USB帶寬科普

帶寬：簡(jiǎn)單講就是我們修的高速公路，如果一車道就是一個(gè)帶寬，如果幾車道，就乘以相對(duì)應(yīng)的車道，得出來就是可以跑的帶寬，專業(yè)的書本上一般都這么寫，信道可以不失真地傳輸信號(hào)的頻率范圍，為不同應(yīng)用而設(shè)計(jì)的傳輸媒體具有不同的信道質(zhì)量，所支持的帶寬有所不同，信道容量:信道在單位時(shí)間內(nèi)可以傳輸?shù)淖畲笮盘?hào)量，表示信道的傳輸能力，信道容量有時(shí)也表示為單位時(shí)間內(nèi)可傳輸?shù)亩M(jìn)制位的位數(shù)（稱信道的數(shù)據(jù)傳輸速率，位速率），以位/秒（b/s）形式予以表示，簡(jiǎn)記為bps，對(duì)于USB來說，每一個(gè)通道有兩個(gè)差分對(duì)，一個(gè)用于發(fā)送，一個(gè)用于接收。PCIe也一樣是全雙工通信，會(huì)同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，通道的定義也符合這一點(diǎn)。下圖為USB Type-C母座，共有兩個(gè)通道，即高速通道0和高速通道1，我們稱之為L(zhǎng)ane 0 Adapter和Lane 1 Adapter。即通道0適配器和通道1適配器 。這里的適配器可以當(dāng)做信號(hào)轉(zhuǎn)換器來理解。USB是全雙工通信，每一個(gè)通道有兩個(gè)差分對(duì)，一個(gè)用于發(fā)送，一個(gè)用于接收。即差分對(duì)TX1+和TX1-用于發(fā)送數(shù)據(jù)，差分對(duì)RX2+和RX2-用于接收數(shù)據(jù)，兩個(gè)差分對(duì)組成高速通道0，即Lane 0 Adapter。同理，差分對(duì)RX2+和RX2-用于接收數(shù)據(jù)，差分對(duì)TX2+和TX2-用于發(fā)送數(shù)據(jù)，兩個(gè)差分對(duì)組成高速通道1，即Lane 1 Adapter。與Lane 0 Adapter和Lane 0 Adapter相連的通道稱為L(zhǎng)ane 0和Lane 1。單通道模式就是只有l(wèi)ane 0和lane 1其中之一來傳輸U(kuò)SB數(shù)據(jù)，另一個(gè)用作其他用途。比如USB 3.2 Gen 1和USB 3.2 Gen 2，都是通過單通道來傳輸數(shù)據(jù)的。其中USB 3.2 Gen 1的傳輸速度為5Gbps，因?yàn)閱瓮ǖ朗前l(fā)送和接收同時(shí)進(jìn)行，所以傳輸速度指的是發(fā)送或者接收中的一個(gè)的速度。就拿lane 0來說，有TX1+、TX1-和RX2+、RX2-這兩個(gè)差分對(duì)，lane 0的傳輸速度指的就是TX1+、TX1-差分通道的速度為5Gbps，或者說是RX2+、RX2-差分通道的速度為5Gbps，用lane 1的傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，速度同理。USB 3.2 Gen 2的傳輸速度為10Gbps，在USB 3.2 Gen 1基礎(chǔ)上翻倍了，其實(shí)就是說USB 3.2 Gen 2通過lane 0的發(fā)送或者接收的差分通道傳輸速度翻倍為10Gbps，同理用lane 1傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送或者接收的差分通道傳輸速度也是10Gbps。

雙通道模式就是lane 0和lane 1都用來傳輸U(kuò)SB數(shù)據(jù)。比如USB 3.2的USB 3.2 Gen 1x2和USB 3.2 Gen 2x2，USB4的USB4 Gen2x2和USB4 Gen3x2，都是通過雙通道來傳輸數(shù)據(jù)的。如何判斷是單通道模式，還是雙通道模式？“Gen”后面數(shù)字如果帶有“x2”字樣就表示雙通道模式，如果沒有“x2”字樣或者寫的是"x1"字樣，就表示單通道模式。同一個(gè)USB版本規(guī)范，雙通道模式傳輸速度是單通道傳輸速度的2倍。比如USB 3.2 Gen 1x2的傳輸速度是USB 3.2 Gen 1傳輸速度的兩倍，因?yàn)閁SB 3.2 Gen 1傳輸數(shù)據(jù)只用了一個(gè)5Gps的通道 ，而USB 3.2 Gen 1x2傳輸數(shù)據(jù)用了兩個(gè)5Gps的通道，所以傳輸速度就變?yōu)榱?0Gbps。單通道傳輸?shù)腢SB 3.2 Gen 2 的傳輸速度是在同樣單通道傳輸?shù)腢SB 3.2 Gen 1(5Gbps)基礎(chǔ)上翻倍了，變成了10Gbps，同理，雙通道傳輸?shù)腢SB 3.2 Gen 2x2的傳輸速度自然就變成了USB 3.2 Gen 2的2倍，即20Gbps。USB4的USB4 Gen2x2是雙通道傳輸，維持了USB 3.2 Gen 2x2同樣的傳輸速度20Gbps。USB4的USB4 Gen3x2也是雙通道傳輸，在USB4 Gen2x2基礎(chǔ)上翻倍，變成了40Gbps。上面提到過，從USB 3.2開始就只支持USB Type-C接口，而不再支持Type-A和Type-B接口了。這是為什么呢？因?yàn)閺腢SB 3.2開始定義了USB數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p通道模式，即兩組差分對(duì)用來發(fā)送，兩組差分對(duì)用來接收，需要4組差分對(duì)，只有USB Type-C接口能提供4組差分線。單通道模式是一組差分對(duì)用來發(fā)送，一組差分對(duì)用來接收。Type-A和Type-B接口只能提供2對(duì)差分線，只適用于單通道模式?？傊?yàn)橐肓穗p通道傳輸U(kuò)SB數(shù)據(jù)的模式，所以使得USB 3.2及之后的USB4都只能支持USB Type-C接口。

帶寬和傳輸速率

舉例：雖然USB 3.1標(biāo)稱的接口理論速率是10Gbps，但是其還保留了部分帶寬用以支持其他功能，因此其實(shí)際的有效帶寬大約為7.2Gbps，理論傳輸速度應(yīng)該可以達(dá)到900MB/s，目前業(yè)界普遍認(rèn)為，現(xiàn)在的USB 3.1接口還有很大的提升空間，至少應(yīng)該達(dá)到800MB/s的水平，以下是廠家實(shí)測(cè)的參數(shù).（紅色字體多看幾遍，其實(shí)就是作文的中心思想，以后出去吹牛就想到這個(gè)紅色的字體）

從上圖測(cè)試結(jié)果來看，USB 3.1接口的實(shí)際性能要比USB 3.0高出不少，連續(xù)讀寫速度在500MB/s到600MB/s左右，最高成績(jī)甚至可以突破700MB/s，而USB 3.0接口方面，其連續(xù)讀寫速率大概在300MB/s到400MB/s左右.