為什么蘋果M1和Intel酷睿搶先選擇USB4.0？

在蘋果不久前發(fā)布的三款采用M1芯片的Mac產(chǎn)品中，除了時隔多年后再度換回蘋果自研芯片，帶來讓人驚嘆的性能和功耗表現(xiàn)外，還成為首批搭全新USB4規(guī)范的設(shè)備，

全新的USB4（官方特別標注USB和4之間沒有空格）于2019年發(fā)布，目前除了蘋果這幾款終端外，還有數(shù)款采用第十一代酷睿Tiger Lake處理器的筆記本產(chǎn)品和少量采用該規(guī)范的產(chǎn)品已經(jīng)率先上市。

不過參考它帶來了大量實用的新特性，USB4擁有相當不錯的普及前景，相信不久的將來，我們就能看到采用該協(xié)議的產(chǎn)品大量上市。而今天我們就來聊聊，這個全新的USB規(guī)范將能為我們帶來哪些驚喜。

USB4的主要特性

跟此前最強的USB規(guī)范（USB 3.2 Gen 2 x 2）相比，全新的USB4規(guī)范將擁有更快的傳輸速度、更好的視頻帶寬管理以及對雷電3設(shè)備的兼容性，此外它還肩負著USB標準化組織（USB-IF）要規(guī)范USB協(xié)議命名的重任。

最大傳輸速度提升到40 Gbps

作為一個數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，USB4最關(guān)鍵的升級自然是傳輸速度，搭配使用完整規(guī)格的四個雙向通道線纜進行數(shù)據(jù)傳輸是，USB4設(shè)備的最高傳輸速度達到雷電3接口的40Gbps，相比上一代的USB 3.2 Gen 2×2足足提高了一倍，也為該接口更豐富的應用場景打下基礎(chǔ)。

需要注意的是，雖然USB4的理論速度可以達到40 Gbps，但并非所有USB設(shè)備達到最高的船速速度標準，而且要達到最高傳輸速度標準也對其他硬件提出了更高的要求，這也是限制雷電3接口普及的重要原因。

為此，USB-IF專門制定了20 Gbps版本的USB4規(guī)范，雖然理論極限速度下降到一半，但是仍比目前主流的USB 3.x 規(guī)范快上不少，并且可以支持下面提到的一些新特性。

視頻傳輸協(xié)議升級為DisplayPort 2.0

在視頻傳輸協(xié)議方面，USB4將從此前的DisplayPort 1.4升級支持到DisplayPort 2.0，這意味著USB4可以在DisplayPort Alt Mode（備選模式）下，實現(xiàn)對8K@60Hz+HDR10視頻的實時傳輸。參考DisplayPort 2.0協(xié)議最高可以支持高達80Gbps的傳輸速率，而且支持在USB模式下實現(xiàn)，因此未來的USB4在視頻傳輸帶寬上還有擁有不少進步空間。

兼容現(xiàn)有的雷電3設(shè)備

采用完整規(guī)格的USB4可以兼容現(xiàn)有的雷電3設(shè)備，也是USB4規(guī)范的一個重要特性，這將大幅提高該規(guī)范在推廣初期的可用性，也可以避免雷電2接口向雷電3演進過程中遭遇的兼容性問題再次發(fā)生。之前一直有說法稱，USB4其實是雷電3的一個新馬甲，不過從具體的應用來看，這兩者之間還是存在不少差異的，后面在技術(shù)分析環(huán)節(jié)我們再詳細討論這一問題

只提供數(shù)據(jù)傳輸通道，可以動態(tài)分配不同類型數(shù)據(jù)的帶寬

由于USB4規(guī)范本身并不提供任何的通用數(shù)據(jù)傳輸機制，而是提供數(shù)據(jù)通道并且利用其它數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議（USB 3.2、Displayport 、PCIe等）進行目標類型的數(shù)據(jù)傳輸，該特性搭配全新的動態(tài)調(diào)配機制，可以大幅提高對數(shù)據(jù)通道的利用率。

舉個例子，假如我們使用的是速率為40 Gbps的USB 4設(shè)備，傳輸4K視頻的同時要用支持PCIe通道的外置SSD傳輸數(shù)據(jù)，此時視頻通道只占用了12.5Gbps的通道，其余27.5Gbps的帶寬都可以全部用于通過USB協(xié)議或PCIe通道進行數(shù)據(jù)傳輸。而不是像以往一樣每個通道都占用了固定的帶寬，導致在進行視頻傳輸時（不管是1080P還是4K），數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣染蜁苯颖幌拗频降退倌Ｊ健?/p>

Type-C接口獨占

由于各種新特性的支持，完整規(guī)格的USB 4只能通過雙向Type-C接口進行傳輸，將不再提供對USB Type-A或USB Type-B接口的兼容。這些接口未來應該還會出現(xiàn)在集線器和拓展塢當中，不過就無法利用USB4的新特性。

這種改變也是大勢所趨，因為像USB-PD快充、多協(xié)議雙向傳輸?shù)裙δ芤彩怯蠺ype-C接口的獨占功能，未來其他舊式USB接口也將逐步退出歷史舞臺。

所有符合USB4規(guī)范的設(shè)備都支持PD協(xié)議

在當今一些Type-C設(shè)備支持基于PD協(xié)議的高功率店里傳輸協(xié)議，并非所有采用該接口的設(shè)備都支持這圖改不方便，而來到USB4時代，所有采用該規(guī)范的接口都必須支持PD協(xié)議，這樣才能確保這些設(shè)備獲得充足的店里供應和更出色的電源管理。

成本飆升，但價格會遠低于雷電3

在一大堆新特性的加持下，線纜、接口和周邊設(shè)備的成本自然也會水漲船高，影響這雷電接口普及的最大障礙之一是它的使用成本，為普及這些新特性而來的USB4肯定也考慮到這一點。

由于USB4并不像雷電接口那樣需要額外的授權(quán)費用，擁有這些新特性的USB4線纜自然也會省下一大筆認證費用，而根據(jù)目前透露的信息，USB4在初期并不會像雷電接口一樣只出現(xiàn)在高端市場的產(chǎn)品中，而是將會全面出現(xiàn)在各價位段的產(chǎn)品中。

USB4接口跟雷電接口的關(guān)系

盡管目前市面上已經(jīng)有不少采用雷電3接口的外置顯卡拓展塢，但是經(jīng)過這么多年過去了，只有少數(shù)高端筆記本電腦和臺式機會提供這一接口，而在DIY市場，幾乎沒有主板產(chǎn)品會原生提供雷電3接口。

由于雷電接口主要是intel和蘋果聯(lián)合制定的標準，因此目前的市場上，除了最近幾代的Mac產(chǎn)品和少數(shù)使用intel處理器的高端Windows筆記本提供對這一接口的支持。

與標準USB協(xié)議相比，屬于私有協(xié)議雷電協(xié)議需要額外的授權(quán)費，即便不考慮這一額外的費用，除了需要在CPU上提供支持，還得搭配上額外的輔助芯片才能使用，因此要使用該接口需要付出高昂的額外成本。

采用AMD處理器和其他移動端Soc的產(chǎn)品更是直接被intel拒之門外，因此這款接口一直難以進行大規(guī)模普及，再具吸引力的特性也鮮有用武之地。

而在英特爾已經(jīng)將雷電3協(xié)議授權(quán)給USB標準聯(lián)盟，而且核心特性和技術(shù)都被應用在全新的USB4規(guī)范上，因此完整版USB4的設(shè)備在理論上可以與Thunderbolt 3設(shè)備兼容，這也是這項規(guī)范在公布之初就備受關(guān)注的重要原因。

因為在USB4協(xié)議被推廣后，設(shè)備制造商將不再需要向英特爾支付任何額外的授權(quán)費用，就可以制造出兼容現(xiàn)有雷電3設(shè)備的產(chǎn)品，消費者也可以用更實惠的價格享受到顯卡拓展塢、超高速外置SSD、多屏4K拓展等現(xiàn)在還高高在上的技術(shù)，因此這USB4比雷電3/4更具市場潛力。

不過需要注意的是，USB4對雷電3的兼容并不是硬性要求，設(shè)備制造商們推出的USB4接口并不一定能完美兼容現(xiàn)有的雷電3設(shè)備。

以蘋果最新的使用自家M1芯片的MAC設(shè)備為例，它們雖然是配備了雷電3/USB4端口，但是這些Mac卻不能使用外置顯卡拓展塢，這也跟采用ARM架構(gòu)的處理器與現(xiàn)有顯卡的兼容性以及PCIe通道的調(diào)用有關(guān)。

同樣的情況也會出現(xiàn)在未來的平板電腦和手機上，因此設(shè)備間的兼容性不但跟接口相關(guān)，也得考慮到連接設(shè)備間的兼容性。

而雷電3/4規(guī)范短期內(nèi)也不會因為USB4的推出而被淘汰，采用這該規(guī)格的接口仍需要通過英特爾的認證，制造商們要生產(chǎn)對應的設(shè)備仍需乖乖給intel交費，不過通過認證的產(chǎn)品在兼容性上肯定會更具優(yōu)勢。

這種情況就類似與現(xiàn)實器產(chǎn)品上，NVIDIA的G-Sync技術(shù)和通過DP1.4接口實現(xiàn)的FreeSync技術(shù)之間的關(guān)系，雖然支持的FreeSync技術(shù)的顯示器可以在兼容模式下開啟G-Sync，但是要完美使用G-Sync，顯示器仍需使用專用芯片以及通過NVIDIA的認證。

因此，雖然完整版的USB4雖然理論上可以在通過相似甚至相同的技術(shù)來實現(xiàn)對雷電3/4設(shè)備的支持，并且能實現(xiàn)對應的功能（如通過PCIe通道調(diào)用顯卡、通過DisplayPort 2.0輸出8K視頻、通過PD實現(xiàn)100W快充），但是它們在實現(xiàn)該功能的過程中遵循的規(guī)范和使用的芯片不盡相同。

而最為重要的是，由于USB4的開源協(xié)議，它的功能模塊不是固定的，廠商們可以根據(jù)產(chǎn)品需要和成本自行選擇，這就意味著，在絕大多數(shù)情況下，USB4只能實現(xiàn)某些特性，而通過雷電認證的設(shè)備，尤其是線纜，就可以完整實現(xiàn)這些特性，就比如一條支持USB4的線纜，可能在傳輸速度上能達到40Gbps，但受限于線材材質(zhì)，最大充電功率只能達到20W（最標準仍為7.5W），這種情況在USB 3.x時代已經(jīng)司空見慣，未來的USB4也無法避免。

總結(jié)來說，雷電3/4接口是一種必須通過強制認證的接口，通過認證即能完整支持協(xié)議規(guī)定的所有特性（仍需考慮設(shè)備間軟硬件兼容）；而USB4接口只是一種基于推薦規(guī)范的接口，滿足最低要求即可使用該名稱，上限表現(xiàn)能達到雷電3的水平，但是下限表現(xiàn)可能跟目前主流的全功能Type-C（USB 3.2）沒有明顯區(qū)別。

他們是能實現(xiàn)類似功能并且部分功能相互兼容的兩種不同技術(shù)規(guī)范，而在實際應用層面，雷電3基本可以認為是USB4的完全體，USB4規(guī)范的大部分性能和應用指標也是基于現(xiàn)有的的雷電3規(guī)范。

為什么USB 4被正式拼寫為“USB4”

USB4在官方命名上跟以往產(chǎn)品間最大的特點，就是去掉了USB和后綴數(shù)字間的空格，根據(jù)USB規(guī)范委員會的官方講法，USB4將作為一種品牌標識而不再是作為一種版本號來存在，未來也不會出現(xiàn)USB4.x這些名稱，這種操作的最大意義可以強化這項規(guī)范的標識感，就像目前無線局域網(wǎng)領(lǐng)域的Wi-Fi x命名規(guī)則，很好地推動了Wi-Fi 6（802.11ax）技術(shù)的快速普及。

相信不少朋友對以往USB規(guī)范的命名頗有微詞，各種不同產(chǎn)品線之間的命名五花八們，以USB 3.x未來，一共擁有USB 3.0，USB 3.1 Gen 1，USB 3.1 Gen 2和四個不同版本的USB 3.2在內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范，以還包括USB PD和USB Alt Mode（DP/HDMI視頻模式）等各類名詞，他們的規(guī)范Logo更是豐富，消費者自然也難以直觀地區(qū)分這堆協(xié)議之間的區(qū)別。

USB規(guī)范委員會同時表示，未來的USB4也不再使用USB4.x的版本號進行規(guī)格更新，即便未來基于該技術(shù)規(guī)范的產(chǎn)品能在速度上游更大的突破（比如80Gbps），也未來仍會被稱為USB4，而且還會推廣使用更加直觀的名字，就像USB 3.x被稱為超高速USB（SuperSpeed USB）一樣，USB 4可能會推出更具標示性的名稱，類似于視頻分辨率上的480P=高清、720P=超清、1080P=全高清。

USB4協(xié)議產(chǎn)品的未來截止目前為止，國內(nèi)市場在售的產(chǎn)品中，單獨標識為配備USB4接口的終端產(chǎn)品只有采用M1芯片的蘋果Mac系列，而一眾采用第十一代酷睿Tiger Lake處理器的筆記本產(chǎn)品配備的是更強勁的雷電4規(guī)范接口，雖然向下兼容USB4，但顯然清一色高端產(chǎn)品定位不是USB4接口最大的目標市場。

展望該規(guī)范的未來發(fā)展，目前最具潛力的方向就是逐步替代目前基于USB3.x規(guī)范的全功能Type-C接口，并且在保留8K輸出、超高傳輸帶寬和兼用雷電3設(shè)備這些突出特性，并搭載在更多主流級別產(chǎn)品上，將能有效推動外置顯卡拓展塢（基于USB4而不是雷電3/4）、超高速外置SSD等產(chǎn)品的發(fā)展。

參考4~5年前雷電3接口剛出現(xiàn)，推出拓展塢外設(shè)和如今全功能Type-C拓展塢的價格和使用體驗，我們可以充分期待USB4可以帶給我們的體驗，也許在不久的將來，我們可以在主流價位（5000元以內(nèi)）的輕薄筆記本電腦上以大眾化的價格（500元以內(nèi)）用上高性能顯卡拓展塢，手機和平板等設(shè)備也可以通過USB4外設(shè)實現(xiàn)更豐富和優(yōu)質(zhì)的拓展功能，而隨著該標準的普及，豐富的功能也會讓數(shù)碼設(shè)備上的接口更多地統(tǒng)一在基于USB4的Type-C接口，它的潛在市場將會非常廣闊。
責編AJX