USB 4 چیست ؟

Universal Serial Bus 4 (USB4) که گاهی به اشتباه USB 4.0 نامیده می‌شود، جدیدترین مشخصات فنی استاندارد ارتباط داده USB (Universal Serial Bus) است. انجمن پیاده‌سازان USB در ابتدا USB4 را در سال 2019 معرفی کرد.

USB4 چندین دستگاه را قادر می‌سازد تا به صورت پویا یک پیوند داده پرسرعت را به اشتراک بگذارند. دستگاه های USB4 باید از نرخ سیگنال دهی حداقل 20 گیگابیت بر ثانیه پشتیبانی کنند. نسخه فعلی نرخ سیگنال دهی 40 گیگابیت بر ثانیه (از USB4، نسخه اول) و 80 گیگابیت بر ثانیه (از USB4 نسخه 2.0) را مجاز می‌کند. USB4 فقط برای کانکتورهای USB-C و مشخصات Type-C آن، کانکتور، کابل‌ها و همچنین ویژگی‌های تحویل برق را در همه موارد استفاده از کابل‌های USB-C تنظیم می‌کند. استاندارد USB4 سازگاری عملکردی با USB 3.2 (که جایگزین USB 3.0 و USB 3.1 می‌شود) و سازگاری اختصاصی به نسل بسیار گذشته خود با USB 2.0 (و بنابراین متعاقباً USB 2.0/1.1) را الزامی می‌کند. اتصال USB4 با تونل زدن پروتکل های دیگر به دست می‌آید. این شامل تونل سازی USB 3.2 Gen 2 و DisplayPort است. پروتکل های اختیاری دیگر مانند PCI Express و Ethernet نیز می‌توانند تونل شوند. USB4 بر اساس پروتکل Thunderbolt 3 است. با این حال، اجرای پروتکل Thunderbolt 3 فقط برای هاب ها اجباری است.

تاریخچه Universal Serial Bus (USB)

قبل از USB4، تاندربولت Thunderbolt راهی برای به اشتراک گذاشتن پویا پهنای باند بین چندین اتصال DP و PCIe از طریق یک کابل ارائه کرد. Thunderbolt در ابتدا از کانکتور mDP استفاده می‌کرد و فقط با اتصالات DP سازگار بود و از انتقال برق پشتیبانی نمی‌کرد.

معرفی کانکتور Type-C در سال 2014 کانکتوری را ارائه کرد که می‌توانست از اتصال داده USB، انتقال نیرو و همچنین اتصالات DP پشتیبانی کند. همچنین به اشتراک گذاری استاتیک پهنای باند بین اتصالات DP و USB از طریق همان کابل امکان پذیر است. Thunderbolt 3 به استفاده از کانکتور جدید Type-C تغییر مکان داد و همچنین برای اتصالات USB و ویژگی‌های انتقال نیرو سازگاری رو به عقب را اضافه کرد.

USB4 در مارس 2019 توسط USB Promoter Group معرفی شد. اولین نسخه از مشخصات USB4 که در 29 آگوست 2019 منتشر شد، "Universal Serial Bus4" یا "USB4" نام دارد. چندین گزارش خبری قبل از انتشار آن نسخه، گاهی اوقات از اصطلاحات اشتباه "USB4.0" و "USB4" استفاده می‌کنند.

اهداف ذکر شده در مشخصات USB4 افزایش پهنای باند، کمک به همگرایی اکوسیستم اتصال USB-C و "به حداقل رساندن سردرگمی کاربر نهایی" است. برخی از زمینه های کلیدی برای دستیابی به این هدف، استفاده از یک نوع کانکتور USB-C است، در حالی که سازگاری با محصولات موجود USB و Thunderbolt را حفظ می‌کند. در 18 اکتبر 2022، USB Promoter Group مشخصات USB4 نسخه 2.0 را منتشر کرد. نرخ سیگنال دهی 80 گیگابیت بر ثانیه با سیگنال دهی نامتقارن اختیاری، جایگزینی جدید و اختیاری برای "تونل زنی USB3 Gen T" موجود، حذف محدودیت های سربار PCIe و به روز رسانی پشتیبانی از DisplayPort به نسخه فعلی 2.1.

در حوالی انتشار مشخصات جدید USB4 2.0، USB-IF همچنین لوگوها و نام‌های بازاریابی جدید را برای ساده‌سازی نمایش حداکثر نرخ سیگنال و وات پشتیبانی شده برای مصرف‌کنندگان الزامی کرد.

بررسی اجمالی معماری USB

USB4 شبیه به نسخه های قبلی USB است زیرا یک گذرگاه کابلی است که از داده ها پشتیبانی می‌کند تبادل بین یک کامپیوتر میزبان و طیف وسیعی از تجهیزات جانبی که به طور همزمان در دسترس هستند. با این حال، USB4 همچنین به یک کامپیوتر میزبان اجازه می‌دهد تا تبادل داده بین دستگاه‌های سازگار را تنظیم کند.

لوازم جانبی تجهیزات جانبی متصل پهنای باند را طبق پیکربندی رایانه میزبان به اشتراک می‌گذارند. این گذرگاه اجازه می‌دهد تا دستگاه های جانبی متصل، پیکربندی، استفاده و جدا شوند در حالی که میزبان و سایر موارد تجهیزات جانبی در حال کار هستند.

وقتی از طریق رابط USB Type-C پیکربندی می‌شود، USB4 به طور کاربردی جایگزین USB 3.2 می‌شود در حالی که گذرگاه USB 2.0 به طور موازی کار می‌کند. USB SuperSpeed ​​پیشرفته، همانطور که در USB تعریف شده است. USB 3.2 معماری اساسی برای انتقال داده USB در یک محصول USB4 باقی مانده است. این تفاوت USB4 در مقابل USB 3.2 این است که USB4 یک اتصال گرا و تونل زنی است. معماری طراحی شده برای ترکیب چندین پروتکل در یک رابط فیزیکی واحد، به طوری که سرعت و عملکرد کل USB4 Fabric را می‌توان به صورت پویا به اشتراک گذاشت.

USB4 به USB اجازه می‌دهد. انتقال داده ها به موازات دیگر پروتکل های مستقل خاص برای نمایش، بارگذاری/فروشگاه و رابط های میزبان به میزبان. علاوه بر این، USB4 عملکرد را فراتر از 20 گیگا بایت بر ثانیه (Gen 2 x 2) USB 3.2 تا 40 گیگابیت بر ثانیه (Gen 3 x 2) روی یک خط دوگانه، دو سیمپلکس و معماری  افزایش می‌دهد.

این مشخصات مفهوم تونل زنی پروتکل را به معماری گذرگاه USB معرفی می‌کند. علاوه بر این تونل زنی USB SuperSpeed ​​پیشرفته (USB3)، تونل سازی نمایشگر بر اساس DisplayPort (DP) پروتکل و تونل بار/ذخیره بر اساس PCI Express (PCIe) تعریف شده است. این پروتکل ها و تونل ها به طور مستقل بر روی لایه های حمل و نقل USB4 و فیزیکی کار می‌کنند. علاوه بر این، USB4 بسته ها را برای پیکربندی و مدیریت گذرگاه اختصاص می‌دهد و بسته ها را می‌توان به طور خاص برای اتصالات داده میزبان به میزبان تخصیص داد.

توضیحات سیستم USB4

شکل 2-1 معماری دو باس USB 3.2 را نشان می‌دهد که توسط USB4 تقویت شده است. همانطور که معماری، سازگاری عقب با حداقل قابلیت همکاری که از USB شروع می‌شود، پشتیبانی می‌شود. 2.0، کار از طریق USB 3.2 و در نهایت تا USB4 بر اساس بالاترین سطح باس رایج در سراسر اجزای به هم پیوسته پشتیبانی می‌شود. تونل های پروتکل از طریق آداپتورهای پروتکل مخصوص هر پروتکل به هم متصل می‌شوند. برای USB و پروتکل‌های PCIe، هاب‌های USB بومی و سوئیچ‌های PCIe برای رسیدگی به پروتکل‌های مرتبط مورد نیاز هستند مسیریابی و بافر کردن بسته ها برای تونل سازی صفحه نمایش، هیچ منطق ویژه DP میانی وجود ندارد با ایجاد تونل های نمایش به عنوان یک پیوند انتها به انتها مورد نیاز است. همگام سازی زمان در یک پارچه USB4 از واحدهای مدیریت زمان توزیع شده (TMU) مرتبط با هر روتر استفاده می‌کند.

سازه های معماری

در زیر ساختارهای اساسی در معماری USB4 خلاصه می‌شود.

• روترها (Routers)

روتر یک بلوک ساختمانی اساسی در معماری USB4 است. یک روتر نقشه های تونل شده را نشان می‌دهد. ترافیک پروتکل به بسته‌های USB4 و مسیریابی بسته‌ها از طریق USB4 Fabric. یک روتر نیز از طریق واحد مدیریت زمان آن، زمان را در سراسر محصول USB4 توزیع و همگام می‌کند.

یک روتر توسط یک مدیر اتصال در میزبان USB4 کشف و پیکربندی می‌شود. مفهوم روتر نباید با هاب USB4 اشتباه گرفته شود. روتر شامل یک سوئیچ نقطه به نقطه صاف و قابل تنظیم است که برای ایجاد مسیرهای داخلی بین آداپتورها ضروری است. یک روتر معمولاً در هر نمونه از هاست، هاب یا دستگاه USB4 وجود دارد.

دو نوع روتر وجود دارد: روترهای میزبان و روترهای دستگاه.

• آداپتورها (Adapters)

هر روتر دارای حداکثر 64 آداپتور است. آداپتورها یک رابط بین یک روتر و یک موجودیت خارجی ایجاد می‌کنند. سه نوع آداپتور وجود دارد: آداپتورهای پروتکل، آداپتورهای خط و آداپتورهای کنترل.

• آداپتور پروتکل (Protocol Adapter)

یک آداپتور پروتکل برای ترجمه بین یک پروتکل بومی پشتیبانی شده و یک تونل USB4 استفاده می‌شود. چهار نوع آداپتور پروتکل وجود دارد: آداپتورهای USB3، آداپتورهای DisplayPort (DP)، آداپتورهای PCIe و آداپتورهای رابط میزبان (HI).

• آداپتور لاین(Lane Adapter)

یک Lane Adapter یک رابط برای Lane فراهم می‌کند. یک پورت USB4 دارای یک آداپتور خط در هر خط است.

• آداپتور کنترل (Control Adapter)

یک روتر حاوی یک آداپتور کنترل است. آداپتور کنترل یک آداپتور منطقی است و لایه فیزیکی ندارد. آداپتور کنترل، مصرف کننده نهایی بسته های کنترلی است که روتر را هدف قرار می‌دهد. آداپتور کنترل همچنین بسته های کنترلی را تولید می‌کند که به مدیر اتصال ارسال می‌شود.

• پورت ها و لینک های (USB4 Ports and Links)

پورت USB4 موجودی است که رابط عملکردی USB4 را ارائه می‌دهد که در هر انتهای یک پیوند USB4 قرار دارد. این شامل خطوط انتقال و دریافت گذرگاه داده USB4 به همراه یک کانال دو سیمه باند جانبی (SB) (SBTX/SBRX) است. پورت های USB4 به عنوان یک لینک یک خط یا
پیوند دو خطه. هنگام کار به عنوان یک پیوند یک خطی، خط 1 پورت USB4 غیرفعال است.
هنگام کار به عنوان یک پیوند دو خطی، خطوط 0 و 1 به طور منطقی به یکدیگر متصل می‌شوند تا یک کانال داده واحد را ارائه دهند. شکل 2-2 یک پیوند تک لاین را نشان می‌دهد. شکل 2-3 یک پیوند دو خطی را نشان می‌دهد. کانال ارتباطی اصلی USB4 Fabric روی پیوند USB4 است که به هم متصل می‌شود. دو پورت USB4 پیوند USB4 بسته ها را هم برای ترافیک پروتکل تونل شده و هم برای اتوبوس حمل می‌کند. مدیریت ترافیک بین روترها کانال باند جانبی یک پورت USB4 برای مقداردهی اولیه استفاده می‌شود و لینک USB4 بین پورت های USB4 را مدیریت کنید.

برای درگاه USB Type-C دارای USB4، رابط کامل شامل یک پورت USB4، یک گذرگاه داده USB 2.0 و کانال پیکربندی USB Type-C (CC) به همراه برق/زمین (VBUS، VCONN و GND) است.

عملکرد پورت های USB4 (Universal Serial Bus)

همانطور که مشخصات USB 3.x پروتکل‌های جدید SuperSpeed ​​(Plus) را برای نرخ سیگنال‌دهی سریع‌تر تعریف کرد، اما همچنین الزامی کرد که USB 3.x از نظر فیزیکی و معماری مشخصات USB 2.0 را با سیم‌های اختصاصی پیاده‌سازی کند، مشخصات USB4 2 جنبه مختلف را توصیف می‌کند.

اولین مورد این است که یک پورت USB4 چه نوع اتصالات و سازگاری موجود را تضمین می‌کند. از آنجایی که USB4 از کانکتور Type-C استفاده می‌کند، که برای چند منظوره و قابل برگشت طراحی شده است، اصطلاح پورت "میزبان" وضعیت را به درستی منعکس نمی‌کند. این بهتر است به عنوان یک درگاه رو به پایین (DFP) نشان داده شود. سمت محیطی را می‌توان به طور مشابه به عنوان پورت رو به بالا (UFP) توصیف کرد.

هر پورت USB4 رو به پایین برای اجرای پشتیبانی از USB 2.0، USB 3.2 و DP Alternative Mode نیز لازم است. هر کدام با توجه به مشخصات خود. به این ترتیب USB4 DFP با همه دستگاه‌های USB قبلی سازگار است.

• ویژگی های USB 2.0 DFP

USB#USB 2.0 3 نرخ سیگنالینگ مختلف (پایین، کامل، پرسرعت) را تعریف می‌کند که همه آنها باید پشتیبانی شوند. قابلیت‌های USB 2.0 از سیم‌های جداگانه در کانکتور Type-C استفاده می‌کنند که توسط USB 3.2 یا USB4 استفاده نمی‌شوند.

• ویژگی های USB 3.2 DFP

USB 3.2 نرخ سیگنالینگ متفاوت را تعریف می‌کند ("5 گیگابیت بر ثانیه" با نام SuperSpeed، "10 گیگابیت در ثانیه" با نام SuperSpeed+، "20 گیگابیت بر ثانیه" با نام SuperSpeed ​​+ 20 گیگابیت بر ثانیه). در حالی که مشخصات USB 3.2 به طور عملکردی توسط USB4 پشتیبانی می‌شود، تنها 2 سرعت پایین‌تر (5 گیگابیت بر ثانیه، 10 گیگابیت بر ثانیه) برای پشتیبانی از USB4 DFP الزامی است.

• ویژگی های DP Alt Mode DFP

مشخصات USB4 هیچ اشاره ای به حداقل ویژگی برای حالت جایگزین DP آن ندارد، اما Thunderbolt 3 این کار را انجام می‌دهد. در عمل، خانواده کنترلرهای TB 3 اینتل به DisplayPort#1.2 نیاز دارد، همچنین طبق مشخصات DisplayPort 1.4a و مشخصات DisplayPort Alt Mode تا سرعت HBR3 را پشتیبانی می‌کند.

• ویژگی های انتقال نیرو برای DFP

مشخصات USB4 هیچ تقاضای صریحی برای خروجی برق ندارد. تمام الزامات از نظر قدرت را به مشخصات Type-C که زیربنای تمام استانداردهای USB، Vesa و سایر استانداردهایی است که از کانکتور USB-C استفاده می‌کنند، برون سپاری می‌کند. این کار به یک USB4 DFP برای تامین جریان حداقل 7.5 وات نوع C نیاز دارد. هیچ ویژگی مصرف انرژی (مانند شارژ یک نوت بوک) مورد نیاز نیست، اما مطمئناً می‌توان آن را با توجه به مشخصات USB PD پشتیبانی کرد و همچنین انرژی بسیار بیشتری را تامین کرد. پروتکل USB PD همیشه باید پشتیبانی شود (تبادل داده ها طبق پروتکل. این جدا از هر عملکرد PD برای مذاکره در مورد تحویل برق واقعی به غیر از 5 ولت یا > 15 وات است).

• هاب و داک USB4

هاب ها و داک های USB4 به عنوان دسته خود از دستگاه های USB4 تعریف می‌شوند که شامل الزامات بیشتر می‌شود. به عنوان مثال، هاب USB4 باید به عنوان یک هاب USB 3.2 کلاسیک با گذر از حالت جایگزین DP با میزبان هایی که از اتصالات USB4 پشتیبانی نمی‌کنند نیز استفاده کند.

پروتکل/اتصالات USB4

هر پورت USB4 باید از پروتکل/اتصالات USB4 پشتیبانی کند، که استانداردی متمایز برای ایجاد پیوندها / اتصالات USB4 بین دستگاه های USB4 است که به موازات پروتکل های USB قبلی وجود دارد. برخلاف USB 2.0 و USB 3.x، راهی برای انتقال مستقیم داده ها ارائه نمی‌دهد، بلکه محفظه ای است که می‌تواند چندین "تونل"/اتصال مجازی را در خود جای دهد.

سایر مشخصات برای تعریف محتویات و عملکرد داخلی یک تونل ذکر شده است. USB4 انواع تونل های زیر را تعریف می‌کند:

• اتصالات USB3
• اتصالات DisplayPort
• اتصالات PCIe
• اتصالات اترنت/شبکه ​​مطابق با مشخصات USB4Net و Cross-Domain ارائه شده است.

اصول کلی USB4 (General principles of USB4)

USB4 یک توپولوژی درخت مانند از روترهای USB4 را تشکیل می‌دهد (هر دستگاه USB4 شامل یک روتر USB4 برای مشارکت در این شبکه است). یک تونل می‌تواند سرتاسر باشد، جایی که مسیر از طریق کل شبکه مسیریاب ها از قبل پیکربندی شده است. اما تونل ها همچنین می‌توانند تک هاپ باشند، جایی که فقط برای یک پیوند USB4 (بین 2 روتر) وجود دارد. در این حالت، تونل توسط گیرنده "باز بسته" خواهد شد و از ابزارهای خاص دیگری از نوع تونل استفاده می‌کند تا مشخص کند که داده ها باید کجا ارسال شوند. اگر پرش بعدی روتر USB4 دیگری باشد، داده ها دوباره به تونل تک هاپ بعدی وارد می‌شود تا زمانی که از شبکه USB4 خارج شود.
بر این اساس، تونل های تک هاپ به پشتیبانی خاصی در هر روتر USB4 نیاز دارند تا حتی از عبور آنها به روترهای USB4 دیگر پشتیبانی کند. با این حال، تونل‌های انتها به انتها فقط به پشتیبانی خاص در روتر USB4 نیاز دارند که در آن داده‌ها به داخل تونل وارد می‌شوند و در هدف، نقطه‌ای که تونل به پایان می‌رسد.

دستگاه های یواس بی چهار (USB4 Devices)

• دستگاه جانبی USB4

یک دستگاه جانبی USB4 دارای یک درگاه رو به بالا بالادست است. هیچ پورت رو به پایین دستی ندارد. یک دستگاه جانبی USB4 حاوی یک روتر دستگاه است و همچنین می‌تواند به صورت اختیاری شامل یک یا چند مورد زیر باشد

1. هاب یا نقطه پایانی SuperSpeed ​​پیشرفته
2. یک سوئیچ PCIe یا نقطه پایانی
3. منبع یا سینک DisplayPort

یک دستگاه جانبی USB4 از عملکرد 20G USB4 (Gen2x2) و به صورت اختیاری عملکرد 40G USB4 (Gen3x2) پشتیبانی می‌کند.

• هاب USB4

در سطح بالا، هاب USB4 از نظر عملکردی مشابه هاب USB 3.2 است از یک بالادست تشکیل شده است درگاه رو به رو و یک یا چند درگاه رو به پایین دست.  هاب USB4 به طور عملکردی به عنوان یک ساختار درخت مانند برای امکان سرویس دهی به یک یا چند پورت رو به پایین دست توسط یک پورت  رو به بالا، معمولاً به منظور گسترش پورت. علاوه بر عملکرد هاب مخصوص USB4، عملکرد هاب USB 3.2 و USB 2.0 نیز وجود دارد. به گونه‌ای پشتیبانی می‌شود که پورت‌های رو به پایین یک هاب USB4 می‌توانند از سازگاری با دستگاه‌های USB 3.2 و USB 2.0 پشتیبانی کنند.

یک هاب USB4 شامل:

1. روتر دستگاه
2. هاب USB SuperSpeed ​​پیشرفته
3. یک سوئیچ PCIe
4. یک هاب USB 2.0

هاب USB4 از عملکرد 20G USB4 (Gen2x2) و عملکرد 40G USB4 (Gen3x2) پشتیبانی می‌کند. یک هاب USB4 برای پشتیبانی از DisplayPort Alt Mode در تمام DFP آن مورد نیاز است.

آداپتورهای ورودی/خروجی پروتکل (Protocol input/output adapters)

یک آداپتور ورودی پروتکل یک اتصال را مطابق با هر پروتکلی که بر اساس آن است وارد می‌کند و محتویات را به یک تونل USB4 تبدیل می‌کند. آداپتورهای خروجی پروتکل برعکس عمل می‌کنند. آنها یک تونل را از شبکه USB4 استخراج می‌کنند و در صورت نیاز یک اتصال منظم را از محتویات تونل دوباره ایجاد می‌کنند.

تبدیل به یک تونل معمولاً مستلزم حذف هر لایه Phy/Electrical و رمزگذاری استاندارد اتصال زیرین است و به طور بالقوه محتویات را به طور بالقوه فشرده می‌کند، به عنوان مثال با حذف داده های پر خالی می‌کنند. یک تونل USB4 به خودی خود مجازی است و نیازی به هیچ گونه پهنای باند ثابت یا محدودیت های دیگری که از لایه Phy/Electric استاندارد اتصال زیرین ناشی می‌شود، مطابقت ندارد. اما از آنجایی که اکثر انواع تونل ها در نهایت دوباره به یک اتصال معمولی و فیزیکی تبدیل می‌شوند، بیشتر این محدودیت های فیزیکی مانندحداکثر پهنای باند همچنان در پایان اعمال می‌شود.

تونل زنی USB3 Gen X

این یک تونل تک هاب است که اساساً می‌تواند هر اتصال SuperSpeed ​​پیشرفته را مطابق با مشخصات USB 3.2 منتقل کند. USB3 Gen X از توپولوژی پیشرفته SuperSpeed ​​Hub پیروی می‌کند، جایی که هر روتر USB4 با بیش از یک نقطه پایانی USB3 باید یک هاب USB3 نیز داشته باشد. این روش پیش فرض اتصال USB3 از طریق USB4 است. پشتیبانی از آن با سرعت 10 گیگابیت بر ثانیه (SuperSpeed ​​USB 10 Gbps, Gen 2x1) در هر USB4 DFP اجباری است. حداقل سرعت پشتیبانی شده برای اتصال USB3 در حال تونل 10 گیگابیت بر ثانیه است، زیرا هر دستگاه USB4 از قبل باید از این سرعت پشتیبانی کند و هاب USB3 این را به دستگاه های 5 گیگابیت بر ثانیه که ممکن است متصل شوند تبدیل می‌کند.

این بدان معناست که یک هاب USB4 یک اتصال USB3 بالادستی را به اشتراک می‌گذارد و پهنای باند خود را در تمام پورت های رو به پایین خود که از اتصالات USB3 استفاده می‌کنند توزیع می‌کند.

تونل زنی USB3 Gen T

این یک جایگزین اختیاری برای تونل USB3 Gen X است که در USB4 نسخه 2.0 معرفی شد. این یک نوع انتها به انتها از تونل USB3 Gen X است.
از این طریق، از نیاز به هاب USB3 در هر روتر USB4 که می‌تواند و می‌تواند توان خروجی را محدود کند، اجتناب می‌کند. این اجازه می‌دهد تا چندین تونل جداگانه USB3 Gen T حتی روی پیوندهای مشترک وجود داشته باشد. از آنجایی که این یک تونل سرتاسر است، هر هاب USB4 از عبور آن پشتیبانی می‌کند. USB3 Gen T منحصراً مجازی در نظر گرفته شده است، هیچ معادل فیزیکی برای آن وجود ندارد. بنابراین، آن را فقط می‌توان در داخل یک کنترلر USB4 استفاده کرد. این به آن اجازه می‌دهد تا محدودیت های اتصال 10 یا 20 گیگابیت بر ثانیه USB 3.2 را پشت سر بگذارد، در حالی که از بیشتر قسمت های دیگر پروتکل پیشرفته SuperSpeed ​​استفاده مجدد می‌کند. هیچ کنترلر شناخته شده USB4 تا به امروز (اوت 2024) از تونل سازی Gen T پشتیبانی نمی‌کند.

تونل سازی DP

DisplayPort نیز به عنوان اتصال انتها به انتها تونل شده است. ممکن است چندین تونل DP مستقل وجود داشته باشد، اما هر کدام به یک آداپتور خروجی پروتکل تحویل داده می‌شوند (در این مرحله DisplayPort MST ممکن است برای تقسیم بیشتر هر اتصال استفاده شود).

USB4 نسخه 1.0 فقط نحوه تونل کردن اتصالات DP را طبق مشخصات DisplayPort 1.4a (تا سرعت HBR3) تعریف می‌کند. USB4 نسخه 2.0 این پشتیبانی را به مشخصات کامل DisplayPort 2.1 (تا سرعت UHBR20) به روز می‌کند.

تونل DP درک خوبی از محتویات اتصالات DP دارد و به طور موثر از هر داده پرکننده عبور می‌کند و پهنای باند واقعی استفاده شده تونل DP را کاهش می‌دهد. اما از آنجایی که اتصالات DP الزامات بلادرنگ دارند، پهنای باند باید برای آنها رزرو شود. USB4 الزام می‌کند که در صورت عدم وجود هرگونه اطلاعات دیگر، حداکثر پهنای باند ممکن برای اتصال DP خاص (خطوط DP و سرعت) باید رزرو شود. اگرچه این رزرو فقط برای سایر تونل‌های بلادرنگ اعمال می‌شود. پهنای باند رزرو شده، اما استفاده نشده می‌تواند توسط تونل‌های غیرواقعی مانند PCIe یا USB3 استفاده شود، اما رزرو همچنان ممکن است مانع از ایجاد سایر تونل‌های DP شود.

تونل زنی PCIe

مشابه تونل USB3 Gen X، تونل PCIe از تونل های تک هاب استفاده می‌کند که در هر روتر USB4 که از تونل PCIe پشتیبانی می‌کند، به سوئیچ های PCIe نیاز دارد. USB4 از ابتدا به PCI Express Specification Revision 4 و با USB4 Version 2.0 ارجاعاتی به PCI Express Specification Revision 5.0 اضافه کرده است.

تونل PCIe محدودیت قابل توجهی در USB4 نسخه 1.0 و همچنین Thunderbolt 3 داشته است: PCIe Express دارای حداکثر اندازه محموله متغیر است که از انتها به انتها برای انتقال اعمال می‌شود. اگر هر یک از مؤلفه‌ها یا سوئیچ PCIe دارای MPS محدودی باشد، تمام بسته‌های عبوری باید بر این اساس محدود شوند. از آنجایی که USB4 از یک محموله حداکثر 256 بایت در هر بسته USB4 استفاده می‌کند و یک بسته تونل PCIe حاوی هدرهای PCIe و متا داده های بیشتری است، MPS برای تونل های PCIe به 128 بایت محدود شد. این محدودیت می‌تواند کارایی اتصال PCIe را برای همه دستگاه ها و سیستم هایی که در غیر این صورت از MPS 256 بایت یا حتی بزرگتر پشتیبانی می‌کنند، به شدت کاهش دهد.

USB4 نسخه 2.0 این گلوگاه (اجباری برای همه پیاده‌کننده‌ها) را با تعریف نحوه تقسیم یک بسته PCIe بزرگتر در چندین بسته USB4 برطرف می‌کند. پشتیبانی از این ویژگی جدید به هر مؤلفه / کنترلر USB4 درگیر در تونل PCIe نیاز دارد تا USB4 نسخه 2.0 را پیاده سازی کند.

حالت های سیگنال دهی USB4

سیگنالینگ به پایین ترین لایه مدل OSI اشاره دارد که لایه فیزیکی یا phy نیز نامیده می‌شود. اتصالات USB4 را می‌توان با نام های رو به رو مصرف کننده بیان کرد که همچنین مبنایی برای آرم های رسمی استفاده شده در بسته بندی و محصولات است. اینها برچسب‌های "20 گیگابیت بر ثانیه"، "40 گیگابیت در ثانیه"، "80 گیگابیت در ثانیه" هستند و به صراحت نحوه برقراری ارتباط در لایه فیزیکی را نشان نمی‌دهند. همچنین نام های فنی بیشتری بر اساس پیاده سازی و استفاده از کابل های USB-C وجود دارد. اینها معمولاً شامل یک سرعت در هر جفت سیم هستند که به صورت Gen 1/2/3/4 (به ترتیب 5 گیگابیت در ثانیه، 10 گیگابیت بر ثانیه، 20 گیگابیت بر ثانیه، 40 گیگابیت بر ثانیه) و اطلاعات بیشتر در مورد تعداد سیم بیان می‌شود. جفت در کدام ترکیب استفاده می‌شود.

USB معمولاً "Lane" را به عنوان یک اتصال (دو طرفه) تعریف می‌کند که برای همه حالت های انتقال اخیر از یک جفت سیم ارسال و یک دریافت کننده تشکیل شده است. نماد "Gen AxB" به خطوط B حالت عملکرد A اشاره دارد. از آنجایی که حالت های Gen 4 همچنین اتصالات نامتقارن با تعداد ناهموار جفت سیم های اختصاص داده شده به ارسال و دریافت را معرفی کردند، علامت گذاری Lane دیگر قابل اجرا نیست.

خانواده USB 3.x در نسخه‌های USB 3.1 و USB 3.2 دارای همان نماد فنی است که به صورت عطف به ماسبق اضافه شده است. اگرچه این نشان دهنده اصول مشترک است و همان نسل ها به سرعت های اسمی یکسانی اشاره می‌کنند، "Gen A" در هر دو مشخصات USB 3.x و USB4 معنای دقیق یکسانی ندارد. همپوشانی در نام‌گذاری عمدتاً برای کابل‌ها مرتبط می‌شود، همانطور که در Cable Compatibility نشان داده شده است، که توسط مشخصات Type-C به اشتراک گذاشته شده در همه کاربران رابط Type-C تنظیم می‌شود.

Thunderbolt 3 Gen 2 و Gen 3 و حالت‌های USB4 Gen 2 و Gen 3 از سیگنال‌های بسیار مشابه استفاده می‌کنند، با این حال، Thunderbolt 3 در مقایسه با سرعت‌های گرد USB4 با سرعت‌های کمی بالاتر به نام سرعت‌های قدیمی اجرا می‌شود.[28] همانطور که در مشخصات Thunderbolt لازم است، سرعت آن با سرعت 10.3125 گیگابیت بر ثانیه (برای نسل 2) و 20.625 گیگابیت بر ثانیه (برای نسل 3) کمی سریعتر است. USB4 Gen 4 معمولاً به عنوان سرعت "40 گیگابیت بر ثانیه" یا 40 گیگابیت بر ثانیه نامیده می‌شود و اتصالات کامل بر اساس آن 80، 120/40، 40/120 گیگابیت بر ثانیه نامیده می‌شود. اما از آنجایی که سیگنال‌دهی واقعی دیگر باینری نیست، نرخ بیت خام واقعی دیگر دقیقاً با آن اعداد مطابقت ندارد.

قابلیت های USB4 بر اساس نوع دستگاه

• هاب USB4

هاب USB4 با داشتن 1 USB4 UFP و یک یا چند USB4 DFP تعریف می‌شود.

• داک مبتنی بر USB4

یک داک مبتنی بر USB4 به عنوان یک هاب USB4 تعریف می‌شود که دارای خروجی های تخصصی تری مانند HDMI یا DP است، اما همچنان مقداری USB4 DFP را حفظ می‌کند.

• دستگاه جانبی USB4

یک دستگاه جانبی USB4 با نداشتن USB4 DFP تعریف می‌شود. این بدان معناست که دستگاه هایی که به صورت محاوره ای "هاب USB-C" نامیده می‌شوند، ممکن است از USB4 برای پشتیبانی از اشتراک پهنای باند پویا یا پهنای باند بالاتر USB4 استفاده کنند. اما اگر USB4 DFP نداشته باشند، هاب USB4 نیستند. نداشتن USB4 DFP به دستگاه جانبی این امکان را می‌دهد که دقیقاً از ویژگی‌های USB4 پشتیبانی کند که به طور بالقوه اجرای آن را به طور قابل توجهی ساده می‌کند.

سازگاری با کابل

استاندارد Type-C از سازگاری کابل های نسل گذشته و جدید در بسیاری از موقعیت ها پشتیبانی می‌کند. سازگاری معمولاً فقط بین خانواده های مختلف استانداردها (USB&2.0، USB 3.2، USB4) قطع می‌شود. استاندارد USB4 ایجاب می‌کند که کابل‌های اکتیو یا هیبریدی کلاسیک هنوز از سازگاری با نسل گذشته به صورت گسترده  پشتیبانی می‌کنند، به طوری که در نظر مصرف‌کننده به‌گونه‌ای رفتار می‌کنند که انگار کابل‌های عادی و غیرفعال هستند. اما سازگاری رو به جلو برای کابل‌های فعال محدود است. فقط کابل‌های فعال نوری ایزوله شده (OIAC) که باید به وضوح قابل تشخیص باشند (قیمت، طراحی، ضخامت کابل، تبلیغات) اجازه دارند بیشتر سازگاری با نسل گذشته را از بین ببرند.

حالت انتقال نسل 4 با PAM-3 از سیگنال دهی بسیار متفاوتی نسبت به حالت های قبلی استفاده می‌کند. هر مؤلفه فعال باید صریحاً از این سیگنالینگ جدید پشتیبانی کند. اما مطابق با تمام الزامات کیفیت سیگنال کابل‌های نسل 3 غیرفعال (USB4 و TB3) موجود است.

نامگذاری کابل و ارتباط با نسخه های آن

USB-IF فقط برای آرم‌ها و نام‌های جدید مبتنی بر پهنای باند در نظر گرفته شده است تا برای مصرف‌کنندگان استفاده شود و برای کابل ها، نوع (غیرفعال، فعال) و بالاترین پهنای باند پشتیبانی شده معمولاً برای شناسایی منحصر به فرد کابل و ویژگی های پشتیبانی شده آن کافی است.

اگرچه برخی از انواع فعال تمایزهای واضحی را در مواردی که جزئیات بیشتری در مورد نوع مورد نیاز است، ایجاد می‌کنند. به طور رسمی، یک نوع کابل و ویژگی‌های آن توسط یک نسخه با مشخصات خاص تعریف می‌شود که در طول توسعه/طراحی مدل کابل مذکور استفاده شده است، بنابراین هر کابل یک کابل معتبر و احتمالاً تایید شده مطابق با مجموعه خاصی از نسخه‌های مشخصات USB مانند "است.

Type-C 2.3، USB 3.2، USB4 نسخه 2.0 اینچ اما این استاندارد همچنین به گونه‌ای طراحی شده است که قابلیت همکاری داشته باشد، به این صورت که یک نسخه با مشخصات جدیدتر معمولاً حالت‌های جدید کار، انواع کابل‌های جدید را اضافه می‌کند، اما چیزهای قبلی را محدود نمی‌کند. زیرا این امر باعث می‌شود چیزهای موجود با محصولات جدید ناسازگار باشند. برای این منظور، حتی آرم‌ها و برچسب‌های USB قدیمی‌تر شامل یک نسخه مشخصات نمی‌شدند، بلکه فقط عبارت «USB Certified SuperSpeed+ 10 Gbps» را بیان می‌کردند. این نشان‌واره کابل‌هایی را شناسایی می‌کند که می‌توانند از سرعت اتصال 10 گیگابیت بر ثانیه USB3 در هر دو نسخه USB 3.1 و USB 3.2 پشتیبانی کنند، زیرا الزامات کابل‌ها تغییر نکرده است. بنابراین نسخه مشخصات دقیق معمولاً مرتبط نیست و تفاوتی ایجاد نمی‌کند.

حالت‌های انتقال مانند Gen2x2 نیز به کابل‌ها بی‌ربط هستند، زیرا کابل‌های معتبر یا با ویژگی‌های کامل هستند، همه جفت سیم‌های پرسرعت را برای اتصالات دو لاین با سرعت اعلام شده دارند یا فقط USB2 هستند یا موارد خاص دیگر. نوع محدود کننده همانطور که در زیر ذکر شده است.

پشتیبانی از حالت DP Alt از کابل های USB4

ارائه USB-C در حالت DP Alt کابل‌های USB-C با ویژگی‌های کامل غیرفعال را برای پشتیبانی از DisplayPort و فضای سر برای افزایش سرعت DP در آینده فراخوانی می‌کند. HBR3 بالاترین سرعت DP موجود در این زمان بود. کابل‌های فعال ممکن است عوارض بیشتری داشته باشند، زیرا لوازم الکترونیکی فعال برای عملکردهای USB معمولی نیازی به کارکردن تمام جفت‌های سیم پرسرعت در یک جهت ندارند (اما کابل‌های "۸۰ گیگابیت در ثانیه" برای پشتیبانی از اتصالات نامتقارن الزامی هستند که حداقل شامل برخی از جفت سیم ها در هر جهت عمل می‌کنند). کابل‌های فعال می‌توانند محدودیت‌های بیشتری داشته باشند، زیرا الکترونیک فعال ممکن است فقط از حالت‌های سیگنالینگ خاص پشتیبانی کند.

2 نوع الکترونیک فعال وجود دارد. ReDrivers خطی فقط سیگنال را بدون هیچ حالت سیگنال دهی یا رمزگذاری خاصی در ذهن تقویت می‌کند. ReTimers به ​​صراحت سیگنال دریافتی را برای نتیجه با کیفیت بالاتر بازسازی می‌کند.

کابل‌های TB4، حتی کابل‌های فعال، حداقل تا 2 متر طول دارند که از حالت DP Alt پشتیبانی می‌کنند. حداکثر مشخص سرعت نیز ذکر نشده است، اما سایر الزامات TB4 همه به DP 1.4 و حداکثر آن اشاره دارد. سرعت HBR3.TB5 با ارجاع به مشخصات DP 2.1 (تا سرعت UHBR20) همان ضمانت را برای کابل های "80 گیگابیت بر ثانیه" تجدید می‌کند.

DP 2.1 طبق گفته Vesa، خالق DisplayPort، خود را با لایه USB4 PHY تراز کرد. مشخص نیست که این تراز چقدر کامل است، اما سرعت UHBR10 DP با نرخ بیت و رمزگذاری با USB4 Gen 2 و سرعت UHBR20 DP با USB4 Gen 3 مطابقت دارد. نرخ بیت و رمزگذاری یک سرویس گواهی USB و DP، کابل‌های USB Gen 1 ("5 گیگابیت در ثانیه") را به عنوان پشتیبانی از سرعت UHBR10 فهرست می‌کند که برای داشتن همان الزامات اتصالات USB4 "20 گیگابیت بر ثانیه" مناسب است. Anandtech گزارش می‌دهد که "این همچنین به این معنی است که DP Alt Mode 2.0 باید تا حد زیادی با کابل های سازگار با USB4 کار کند، اگرچه VESA مراقب است تا از سازگاری امیدوارکننده با همه کابل ها جلوگیری کند". درایورهای مجدد خطی و رتمرهای موجود هستند که برای سرعت USB4 Gen 3 و همه سرعت‌های DP فعلی تا UHBR20 و از جمله UHBR13.5 تبلیغ می‌شوند.

تاندربولت 3 (Thunderbolt 3)

مشخصات USB4 بیان می‌کند که هدف طراحی "حفظ سازگاری با اکوسیستم موجود محصولات USB و Thunderbolt" است. سازگاری با Thunderbolt 3 برای هاب USB4 مورد نیاز است. برای میزبان های USB4 و دستگاه های جانبی USB4 اختیاری است.[49] محصولات سازگار باید حالت 40 گیگابیت بر ثانیه، حداقل 15 وات برق عرضه شده و ساعت متفاوت را اجرا کنند. اجراکنندگان باید قرارداد مجوز را امضا کرده و شناسه فروشنده را در اینتل ثبت کنند.

تاندربولت4 (Thunderbolt 4)

در طول نمایشگاه CES 2020، USB-IF و اینتل قصد خود را برای اجازه دادن به محصولات USB4 که به صورت اختیاری از یک یا همه عملکردهای مشابه محصولات Thunderbolt 4 پشتیبانی می‌کنند، اعلام کردند. اولین محصولات سازگار با USB4 پردازنده‌های Tiger Lake اینتل بودند و دستگاه‌های بیشتری در اواخر سال 2020 ظاهر شدند. USB4 "40 Gbps" پیاده‌سازی Thunderbolt 4 است. Thunderbolt 4 برخی از ویژگی‌هایی را که در USB4 اختیاری هستند از جمله حداقل PCIe ("32 Gbps") و قابلیت‌های DP (2 تونل DP، "هر کدام 4K60"، HBR3+DSC) الزامی می‌کند.

USB4 "40 Gbps" پیاده‌سازی Thunderbolt 4 است. Thunderbolt 4 برخی از ویژگی‌هایی را که در USB4 اختیاری دارند، از حداقل PCIe ("32 Gbps") و قابلیت‌های DP (2 تونل DP، "هر کدام 4K60"، HBR3+DSC) الزامی می‌کند.

تاندربولت5 (Thunderbolt 5)

Thunderbolt 5 پیاده سازی USB4 "80 Gbps" است. حداقل PCIe حتی بالاتر ("64 گیگابیت بر ثانیه") و قابلیت های DP (2 تونل DP، "هر کدام 6K60"، حداقل سرعت DP نامشخص) را الزامی می‌کند. همچنین پشتیبانی از اتصالات نامتقارن 120 / 40 گیگابیت بر ثانیه از میزبان به داک را الزامی می‌کند، اما به عکس آن اشاره نمی‌کند.

Pinout (پینوت)

USB4 دارای 24 پین در یک پوسته متقارن USB نوع C است. USB4 دارای 12 پایه A در بالا و 12 پایه B در پایین است.  USB4 دارای دو خط جفت SuperSpeed ​​دیفرانسیل است. خط یک از TX1+، TX1−، RX1+، RX1− و خط دو از TX2+، TX2−، RX2+، RX2− استفاده می‌کند. USB4 سیگنال ها را با سرعت 20 گیگابیت بر ثانیه در هر خط انتقال می‌دهد. USB4 همچنین دیفرانسیل D+ و D- را برای انتقال USB 2.0 نگه می‌دارد.

کانال‌های پیکربندی CC نقش ایجاد رابطه بین پورت‌های متصل، تشخیص جهت پلاگین به دلیل پوسته برگشت‌پذیر USB نوع C، کشف پین‌های منبع تغذیه VBUS، تعیین ترتیب خطوط خطوط SuperSpeed ​​و در نهایت پروتکل USB را دارند. کانال پیکربندی CC مسئول ورود به عملیات USB4.

تفاوت USB 4 و تاندربولتThunderbolt

ممکن است تصور این که این دو فناوری چگونه و از چه نظر با یکدیگر تفاوت دارند که این  مقداری دشوار است، خصوصا زمانی که می‌بینید USB4 برپایه Thunderbolt 3 است، اما این دو فناوری با یکدیگر تفاوت دارند. سال‌های گذشته فناوری Thunderbolt از پورت Mini DisplayPort استفاده می‌کرد، اما زمانی که نسخه 3 این فناوری ارائه شد، اینتل پورت فیزیکی تاندربولت را به USB-C تغییر داد. علاوه بر این اینتل امکان استفاده از این فناوری را برای سازندگان دستگاه‌های کامپیوتری رایگان کرد تا دیگر سازندگان نیز شروع به استفاده از این فناوری و همه‌گیر شدن آن کنند. سپس USB-IF پروتکل USB 4 را معرفی کرد و اعلام کرد که برپایه Thunderbolt 3 است و مشخصات مشابهی با این پروتکل را خواهد داشت و طبیعتا برخی از قابلیت‌های آن را نیز خواهد داشت.

ایده کلی این کار این بود که امکان استفاده از دستگاه‌ها و تجهیزاتی که از فناوری‌های تاندربولت و USB پشتیبانی می‌کردند با یکدیگر امکان پذیر شود.

البته امروزه جدیدترین نسخه تاندربولت، Thunderbolt 4 است که تفاوت‌هایی با Thunderbolt 3 دارد. به عنوان مثال حداقل ظرفیت پشتیبانی شده آن برای PCIe از 16 Gbps به 32 Gbps افزایش یافته و امکان استفاده از کابل‌هایی با طول 2 متر با پهنای باند 40 Gbps وجود دارد.

پشتیبانی USB 4

با توجه به مشخصات USB4 امکان اتصال آن به دستگاه‌های میزبان Thunderbolt 3 و USB 3.2 وجود دارد. همچنین دستگاه‌هایی که دارای پورت تایپ سی باشند در برقراری اتصال دشواری زیادی نخواهند داشت.

اما با توجه به پشتیبانی USB 4 از USB 2.0 و استفاده آن از USB Type-A برای اتصال این دستگاه‌ها به یکدیگر نیاز به یک تبدیل تایپ سی مانند تبدیل تایپ سی خواهید داشت تا بتوانید دستگاه‌هایی که از این دو پورت متفاوت استفاده می‌کنند را به صورت فیزیکی به یکدیگر متصل کنید.

تفاوت USB4 با USB 3 و USB2

دنیای الکترونیک انواع مختلفی از USB را تجربه کرده است. USB هایی که در جهت رفع نیاز کاربران به بازار عرضه شده‌اند. کار کردن با یو اس بی‌ها کار آسانی است؛ مانند همه انواع وسایل، یو اس بی ها نیز از تحول مصون نمانده‌اند و انواع مختلفی از آن‌ها برای پاسخگویی به نیازهای کاربران در دنیای الکترونیک تولید شده است.
یو اس بی‌ها ابتدا با شکل Type A مانند USB 1 تا USB 3.2 عرضه می‌شدند، اما نسخه USB 4.0 با پورت Type C ارائه شده است. پورت Type C از چند سال قبل معرفی شده و در گوشی‌های هوشمند و دستگاه‌های الکترونیکی به‌جای Micro USB برای شارژ و انتقال داده استفاده می‌شود.
دو رو و متقارن بودن، همراه با سرعت بالا، از ویژگی‌های برجسته پورت Type C هستند. تجهیزات بازی رایانه‌ای نیز به این پورت مجهز شده‌اند. USB 4.0 فقط از کانکتور نوع C پشتیبانی می‌کند، در حالی که نسخه‌های قبلی مانند USB 3.2 علاوه بر Type C، از کانکتورهای SuperSpeed Type-A ،SuperSpeed Type-B و USB 3.0 Micro-B نیز ساپورت می‌کند. در این بخش به ۴ مورد از تفاوت‌های USB ۴ با USB ۳ و USB ۲ می‌پردازیم. یو‌اس‌بی نسخه ۴ در واقع نسخه‌ای است که در سال ۲۰۱۹ برای اولین بار منتشر شد و تفاوت‌های قابل ملاحظه‌ای با نسل قبل‌تر خود دارد که به شرح زیر است:

• سرعت انتقال

یکی از تفاوت‌های اساسی USB 4.0 با USB 3.0 و USB 2.0، سرعت بالای انتقال داده‌ها از طریق آن است. به عنوان مثال، سرعت انتقال داده در USB 4.0 حدود 120 گیگابیت بر ثانیه است، در حالی که در USB 3.0 حدود 5 گیگابیت بر ثانیه و در USB 3.2 نیز حداکثر 20 گیگابیت بر ثانیه قابل انتقال است.

• پشتیبانی از کانکتور

USB 4.0 نخستین نسخه‌ای است که صرفا از کانکتور تایپ-سی پشتیبانی می‌کند، در حالی که نسل قبلی USBها یعنی USB 3.2، علاوه بر تایپ-سی، با کانکتورهای مختلف SuperSpeed Type-A ،SuperSpeed Type-B و USB 3.0 Micro-B سازگار است. بنابراین تفاوت USB 4.0 با USB 3.0 و USB 2.0 در پشتیبانی از کانکتورهای مختلف آن‌ها است. USB 4، قدرت سازگاری با تمام انواع USB‌ها را ندارد، در حالی که USB نوع 3 چنین محدودیتی را ندارد.

USB4، سازگار با نسخه‌های قبلی USB

نکته‌ی حائز اهمیت در مورد نسل‌های مختلف USB، این است که نسل‌های جدیدتر، از استانداردهای قدیمی‌تر پشتیبانی می‌کنند. البته باید توجه داشت که همواره سرعت انتقال داده متناسب با ضعیف‌ترین نسل است. به این معنا که مثلا هنگام استفاده از درگاه‌های USB 2 و USB 4 سرعتی متناسب با درگاه USB 2 در اختیار خواهیم داشت.

همچنین، انتقال داده ازطریق درگاه USB 4 با استفاده از کابل‌های قدیمی‌تر، با حداکثر سرعت کابل قدیمی انجام می‌شود. برای مثال اگر حداکثر سرعت کابل شما 5 Gbps باشد، نمی‌توان سرعت بیشتری را انتظار داشت.

شرکت سازنده‌ی USB، در میانه‌ی سال 2019، مشخصات USB4 را اعلام می‌کند اما تا سال2020 شاهد این محصول در بازار نخواهیم بود. بنا به‌گفته‌ی مدیرعامل نهاد توسعه‌دهنده‌ی استاندارد USB، برد ساندرز، معمولا و پس از معرفی فناوری جدید، توسعه‌ی محصولی جدید بین 12 تا 18 ماه زمان نیاز خواهد داشت. اما مدت زمانی‌که طول می‌کشد، تا دستگاه‌های مجهز به USB 4 تولید و عرضه شوند، از این هم طولانی‌تر خواهد بود. همان‌طور می‌دانید USB C در سال2014 معرفی شد؛ اما، حتی همین امروز هم برخی دستگا‌ه‌ها از این فناوری پشتیبانی نمی‌کنند.

قابلیت‌های USB4 به سرعت بالا محدود نمی‌شود!!

در واقع USB4 دارای دو سرعت متفاوت با توجه به پروتکل خود است : 20 Gbps برای USB 4 Gen 2×2 و 40 Gbps برای USB 4 Gen 3×2. این سرعت‌ها قطعا بسیار بالاتر از نسخه‌های قبلی هستند، اما سرعت بالا تنها بهبودی نیست که USB 4 ارائه می‌دهد.

• مدیریت پهنای باند

اگر در حال استفاده از بیشتر از یک دستگاه به صورت همزمان باشید USB 4 می‌تواند متوجه شود که هر یک از این دستگاه‌ها به چه مقدار پهنای باند احتیاج دارند و میزان کافی را به هر یک اختصاص دهد. به عنوان مثال اگر در حال استفاده از یک مانیتور و انتقال فایل به حافظه خارجی باشید، این دو فعالیت بدون این که هیچ یک پهنای باند مازادی که باعث اختلال در دستگاه دیگر شود را به خود اختصاص دهد کار خواهند کرد.

همچنین قابلیت مشابهی برای استفاده از پشتیبانی از DisplayPort 2.0 در پورت USB4 وجود دارد که به شما این امکان را می‌دهد تا با استفاده همزمان از 4 لین کابل از پهنای باند 80 Gbps برای داشتن تصاویر 8K روان و با رفرش ریت بالا بهره‌مند شوید.

• توان شارژ بالا

تمام دستگاه‌های USB4 از USB PD یا USB Power Delivery پشتیبانی خواهند کرد که به این معناست که می‌توانید از این دستگاه‌ها برای شارژ دستگاه‌های دیگر USB با بازدهی بالا استفاده کنید. به عنوان مثال می‌توانید تلفن همراه خود را به کمک لپتاپ خود شارژ کنید یا مانیتور شما که از USB 4 پشتیبانی می‌کند و به برق شهری متصل شده است می‌تواند از طریق اتصال کابل USB C خود که از USB 4 پشتیبانی می‌کند، لپ تاپ شما را نیز شارژ کند. البته به همان شکل که سرعت انتقال دیتا USB 4 از نسخه‌های قبلی بیشتر است، سرعت شارژ آن نیز بیشتر خواهد بود و می‌تواند دستگاه‌های شما مانند یک آداپتور فست شارژ 100 واتی شارژ کند.

همچنین امکان مشابه مدیریت پهنای باند در امکان شارژ نیز وجود دارد و به عنوان مثال دستگاهی مانند لپتاپ‌ها که نیاز به قدرت شارژ بیشتری دارند می‌توانند از قدرت شارژ بیشتری استفاده کنند و دستگاه‌هایی مانند هدفون‌ها که قدرت شارژ کمتری نیاز دارند توان شارژ کمتری را دریافت کنند.

تفاوت USB 4 و تاندربولت در چیست ؟

ممکن است تصور این که این دو تکنولوژی چگونه و از چه نظر با یکدیگر تفاوت دارند مقدار سخت باشد، خصوصا زمانی که می‌بینید USB4 برپایه Thunderbolt 3 است، اما این دو فناوری با یکدیگر تفاوت دارند. سال‌های گذشته، فناوری Thunderbolt از پورت Mini DisplayPort برای اتصال استفاده می‌کرد. اما با معرفی نسخه 3 این فناوری، اینتل تصمیم گرفت که پورت فیزیکی Thunderbolt را به USB-C تغییر دهد. این تغییر باعث شد که اتصالات بین این دو فناوری متفاوت شود.

لاوه بر این اینتل امکان استفاده از این فناوری را برای سازندگان دستگاه‌های کامپیوتری رایگان کرد تا دیگر سازندگان نیز شروع به استفاده از این تکنولوژی و همه‌گیر شدن آن کنند. سپس USB-IF پروتکل USB 4 را معرفی کرد و اعلام کرد که برپایه Thunderbolt 3 است و مشخصات مشابهی با این پروتکل را خواهد داشت و طبیعتا برخی از ویژگی‌های آن را نیز خواهد داشت.
ایده کلی این کار این بود که امکان استفاده از دستگاه‌ها و تجهیزاتی که از تکنولوژی‌های تاندربولت و USB پشتیبانی می‌کردند با یکدیگر امکان‌پذیر شود. البته امروزه جدیدترین نسخه تاندربولت، Thunderbolt 4 است که تفاوت‌هایی با Thunderbolt 3 دارد. به عنوان مثال حداقل ظرفیت پشتیبانی شده آن برای PCIe از 16 Gbps به 32 Gbps افزایش یافته و امکان استفاده از کابل‌هایی با طول 2 متر با پهنای باند 40 Gbps وجود دارد.

USB4 از کانکتورهای تایپ C استفاده می‌کند!!

طبیعی است که این استاندارد جدید، از درگاه‌های Type-C استفاده کند. قاعدتا نمی‌توانیم با درگاه‌های قدیمی Type-A از استاندارد USB4 استفاده کنیم. استانداردهای جدید دیگر مانند استاندارد USB Power Delivery هم تنها قادر به استفاده از پورت نوع C هستند. اگر از درگاه نوع A به همراه مبدل‌ها استفاده کنید، مسلما سرعت انتقال داده افت خواهد کرد.

سرعت های مختلف در پورت USB4

USB4 یک استاندارد واحد نخواهد بود و در همه ی دستگاه ها یکسان عمل نخواهد کرد. علاوه بر حداکثر سرعت 40 گیگابیت بر ثانیه، سرعت های 20 گیگابیت و 10 گیگابیت هم درنظر گرفته شده اند. انجمن اجراکنندگان یو اس بی اعلام کرده است که این سرعت های محدودتر به منظور پشتیبانی از نسل های قبل است و مربوط به دستگاه هایی که از USB4 پشتیبانی می‌کنند نمی‌شود.

هنوز مشخص نیست هنگام عرضه به بازار USB4 از کدام سرعت های اصلی استفاده می‌کند. در پشت صحنه، سرعت 40 گیگابیت بر ثانیه این نسل Gen 3x2 نام دارد و سرعت 20 گیگابیت بر ثانیه Gen 2x2. البته این اصطلاحات و اسامی فنی برای سازندگان است و علائم فروشگاهی برای مشتریان نیست!USB-IF گفته است که در اوایل سال 2020 میلادی مشخصات و دستورالعمل های تجاری USB4 را اعلام خواهد کرد اما احتمالا بخاطر شیوع کرونا، زمان دقیق این رویداد در هاله ای از ابهام قرار گرفته است.

مشخصات کلی پورت USB4

نسخه جدید یو اس بی از پهنای باند تا 40 گیگابیت بر ثانیه پشتیبانی می‌کند، با نسخه های پیشین و همچنین Thunderbolt 3 سازگاری دارد. انتظار می‌رود پردازنده های Tiger Lake اینتل و نسل جدید پردازنده های AMD با معماری Zen 3 از یو اس بی 4 پشتیبانی کنند. معرفی و عرضه این محصولات در پایان سال 2020 محتمل است. مشخصات یو اس بی 4 بر مبنای Thunderbolt 3 است اما متاسفانه پشتیبانی از Thunderbolt 3 اجباری نیست و برخی از دستگاه ها ممکن است آن را درنظر نگرفته و حذف کنند. اما با این حال یک بروزرسانی خوب بنظر می‌آید. از دیگر ویژگی های USB4 تکنولوژی USB PD (USB Power Delivery) است که در همه ی تجهیزات USB4 را در برخواهد گرفت و امکان انتقال نیرو تا 100 وات را ممکن خواهد کرد. بدین ترتیب از شارژ قطره ای تلفن همراه خبری نخواهد بود!

یک نوع کانکتور برای همه!

USB4 قرار است انقلابی در اندازه و شمایل پورت USB باشد که آن را فراگیرتر در استفاده روزمره در تمام جهان خواهد کرد. در حال حاضر ما انواع زیادی از پورت ها در شکل های مختلف داریم؛ Type-A، Type-C، micro-USB و... که هرکدام در دستگاه های مختلف استفاده می‌شوند. همین نکته نشان دهنده آشفتگی و سردرگمی زیاد در پورت ها و کابل های USB است. از آنجایی که قرار است USB4 فقط از اتصالات و پورت های Type-C استفاده کند، امیدواریم بالاخره بتوانیم یک نوع پورت و یک کابل برای همه چیز داشته باشیم!

البته این اتفاق به این زودی ها فرا نخواهد رسید. به طور مثال لپ تاپ ها باید همچنان به پورت های Type-A برای اتصال دستگاه های نسل های قبلی مجهز باشند. اما باز هم شروع خوبی برای یکپارچگی بیشتر است.

ویژگی و مزایا USB 4 به طور کلی

تاتدربولت بهتر از USB-C است چرا که ویژگی‌های جالب‌تری دارد و می‌تواند کارهای مختلف زیادی انجام دهد. همه چیز را سریع‌تر می‌کند و می‌توانید چیزهای بیشتری را به آن متصل کنید. این پورت مانند داشتن یک ابزار فوق‌العاده مفید برای کامپیوتر است، که به شما کمک می‌کند کارهای بیشتری را هم‌زمان انجام دهید.

همانطور که گفتیم این پورت می‌تواند سه کار را هم‌زمان انجام دهد: دستگاه شما را شارژ کند، اطلاعات را انتقال دهد و یک صفحه نمایش خارجی را پشتیبانی کند.

فرض کنید یک لپ‌تاپ دارید که دارای Thunderbolt™ 4 است، یک مانیتور که آن هم از این پورت پشتیبانی می‌کند. هنگامی که لپ‌تاپ را با استفاده از کابل تاندربولت به مانیتور وصل می‌کنید، لپ‌تاپ می‌تواند ویدیوی خود را به مانیتور ارسال کند تا بتوانید همه چیز را روی صفحه نمایش بزرگ‌تر ببینید. و در عین حال، مانیتور می‌تواند لپ‌تاپ را شارژ کند و آن را روشن و آماده استفاده نگه دارد!

می‌توانید ببینید که این پورت اتصال دستگاه‌های شما را بسیار آسان می‌کند و بسیاری از کارهای مختلف را به یکباره انجام می‌دهد.

با اینکار ویژگی‌های جذابی دریافت خواهید کرد نظیر:

• پهنای باند بالا: این اتصال می‌تواند سرعت فوق‌العاده بالای 40 گیگابیت در ثانیه برای داده و ویدئو را تحمل کند.
• شارژ سریع: تا 100 وات برای لپ‌تاپ‌ها و 15 وات برای لوازم جانبی
• گزینه‌های زیاد صفحه نمایش: تا 2 صفحه نمایش 4K (و یا یک صفحه نمایش 8K)

اتصال کارت گرافیک خارجی

تاندربولت دارای اتصالات فوق سریع است که به شما امکان می‌دهد کامپیوتر خود را به لوازمی مانند کارت گرافیک خارجی، یا هارد درایو متصل کنید. گرافیک خارجی می‌تواند به گیمرها کمک کند تا حتی در لپ‌تاپ‌های باریک و متوسط، بازی‌هایی با گرافیک بهتر انجام دهند. همچنین می‌تواند به سازندگان کمک کند تا با کاهش زمان ایجاد و ذخیره پروژه‌هایشان، کار خود را سریع‌تر به پایان برسانند.

برای رو‌به‌رو شدن با نسل کاملا جدیدی از حافظه‌های فلش آماده شوید! گروه توسعه‌دهنده‌ی استاندارد USB اخیرا اعلام کرده است که در حال کار روی نسل جدیدی از این استاندارد با نام USB4 است. جزئیات نهایی این استاندارد جدید و دستگاه‌های سازگار با این استاندارد احتمالا در سال جاری میلادی معرفی خواهد شد. USB4 علاوه‌بر بهره‌مندی از سرعت بیشتر برای انتقال اطلاعات، با استاندارد تاندربولت ۳ نیز سازگار خواهد بود.

با وجود 4 ورژن مختلف USB 3.2، دو ورژن USB 3.1، انواع مختلفی از کانکتورها و گونه‌های فراوان درگاه‌های شارژ، معرفی نوع جدیدی از استاندارد USB شاید کمی بیش از حد به نظر بیاید! اما خوب است بدانید، این تکنولوژی، هنوز هم بسیار جای پیشرفت دارد. در ادامه، همه‌ی آنچه را که در مورد USB4 لازم است بدانید، عنوان خواهیم کرد.

USB4 از استاندارد USB PD پشتیانی می‌کند!!

با آنکه برخی از USB Type-C هایی که امروزه از آن‌ها استفاده می‌کنیم، از استاندارد USB Power Delivery پشتیبانی می‌کنند، اما همه‌ی آن‌ها این ویژگی را ندارند. این در حالی است که استاندارد جدید USB4 از USB PD کاملا پشتیبانی می‌کند. لازم به ذکر است USB PD، استانداردی است که با استفاده از آن می‌توان انرژی الکتریکی را به دستگاه‌هایی با مصرف بالا منتقل کرد.

USB PD، قادر است تا توان اسمی ۱۰۰ واتی را برای دستگاه‌های مختلف فراهم کند؛ اما، این دستگاه‌ها ممکن است قادر به دریافت این مقدار توان نباشند. بنابراین شاید نتوان با استفاده از USB4 یک نوت‌بوک را شارژ کرد، اما می‌توان امیدوار بود که برخی دستگاه‌ها این امکان را فراهم آورند.

سازگاری USB4  با درگاه تاندربولت ۳

طبق اعلام اینتل (Intel)، سازنده‌ی درگاه تاندربولت ۳، این شرکت از حق انحصاری این فناوری فوق‌سریع انتقال اطلاعات، صرف‌نظر کرده‌ است و برای سازگاری کامل USB4 با تاندربولت ۳ آن را در اختیار سازمان توسعه‌دهنده‌ی استاندارد USB قرار داده است. این مطلب، خبر خوبی برای همه‌ی کاربران، به‌خصوص افرادی است که می‌خواهند با استفاده از کارت گرافیک خارجی (eGPU)، به بازی با لپ‌ تاپ بپردازند. با اینکه کارت‌های گرافیک‌ خارجی وجود دارند که مجهز به تاندربولت ۳ هستند، اما لپ‌تاپ‌ها و رایانه‌های محدودی موجودند که از این درگاه پشتیبانی کنند. از آن‌جایی که تاندربولت ۳، استانداردی ساخته شده به دست اینتل است، طبیعتا، در هیچ یک از محصولات AMD، شاهد این درگاه نخواهیم بود. از طرفی، تاندربولت ۳، گران‌قیمت است؛ زیرا، علاوه‌بر حق انحصاری اینتل، برای استفاده در محصولات مختلف، وجود تراشه‌ی اختصاصی، الزامی است. بنابراین، اگر خواهان استفاده از eGPU هستید، رایانه‌ها و لپ‌تاپ‌هایی که می‌توانید از آن‌ها استفاده کنید بسیار محدودند. اما به‌زودی و با معرفی USB4، اکثر تولیدکنندگان، می‌توانند بدون پرداخت حق امتیازی به اینتل و با استفاده از استاندارد USB4 از تاندربولت ۳ نیز بهره‌مند شوند. البته باید توجه داشت که سازگاری با تاندربولت ۳، بخشی از ویژگی‌های اصلی USB4 نیست و ممکن است در دستگاه‌هایی نتوانیم از استاندارد تاندربولت ۳ استفاده کنیم. البته، برد ساندرز، مدیر گروه تولیدی USB، اظهار داشته، این شرکت در تلاش است تا اکثر رایانه‌های مجهز به USB4، از تاندربولت ۳ نیز پشتیبانی کنند.

از گفته‌های برد ساندرز، اینگونه بر می‌آید که نهاد توسعه‌دهنده‌ی USB، امیدوار است سازندگان رایانه‌ها، به سازگاری محصولاتشان با استاندارد تاندربولت ۳ نیز توجه کنند تا کاربران با مشکلی رو‌به‌رو نشوند. البته همان‌طور که عنوان شد، هر شرکتی که بخواهد محصولش را به‌عنوان محصولی سازگار با استاندارد تاندربولت ۳، معرفی کند، ملزم به پرداخت حق امتیاز به اینتل است. حال باید دید شرکت‌های مختلف چه سیاستی را در پیش می‌گیرند.

سرعت های مختلف در  USB4

استاندارد USB4، سرعت اسمی 40 گیگابیت بر ثانیه را دارا است؛ البته، مسلما همه‌ی دستگاه‌ها، نمی‌توانند به این سرعت بیشینه دست یابند. آنطوری که برد ساندرز گفته است، USB4 با سه سرعت مختلف 10، 20 و 40 گیگابیت بر ثانیه در دستگاه‌های مختلف، اطلاعات را منتقل می‌کند. برای محصولات ارزان‌قیمت‌تری مانند موبایل‌ها و کروم‌بوک‌ها، سرعت‌های پایین‌تر و برای لپ‌تاپ‌های گران‌قیمت، سرعت‌های بالاتر موجود خواهد بود. هنگام خریدن این دستگاه‌های باید این مولفه را بررسی کرد.

توزیع پهنای باند بین ویدئو و داده

یکی از مشخصه‌های مهم استاندارد USB4، توزیع پویای پهنای باند در انتقال همزمان داده و ویدئو است. برای مثال اگر پهنای باند شما 40 گیگابیت بر ثانیه باشد و شما همزمان در حال پخش یک ویدئو 4K و انتقال داده از یک SSD خارجی باشید، در صورتی که پخش ویدئو به12.5 گیگابیت بر ثانیه پهنای باند نیاز داشته باشد، 27.5 گیگابیت بر ثانیه‌ی باقیمانده صرف انتقال داده‌ها می‌شود. استاندارد USB-C تا حدودی این کار را انجام می‌دهد؛ اما، مشکل این استاندارد آن است که تخصیص پهنای باند تنها به‌صورت مساوی صورت می‌گیرد.

پشتیبانی سخت افزاری

براد ساندرز، مدیر عامل گروه USB Promoter، پیش بینی می‌کند که اکثر رایانه های شخصی دارای USB4 از Thunderbolt 3 پشتیبانی می‌کنند، اما برای تلفن های سازنده احتمال کمتری دارد که پشتیبانی Thunderbolt 3 را اجرا کنند. در 3 مارس 2020، Cypress Semiconductor قدرت جدید Type-C را اعلام کرد (PD) ) کنترلرهایی که از USB4، CCG6DF به عنوان دو پورت و CCG6SF به عنوان تک پورت پشتیبانی می‌کنند.

برند بافو در تولید کابل و مبدل های با کیفیت همیشه در تلاش بوده است و درصدد تولید کابل و مبدل های باکیفیت است. در این باره در تولید پورت USB4 از تمامی برندها پیشی گرفته است و تنها پورت USB4 در بازار جهانی است که در دیجیت ایران این کابل باکیفیت را می‌توانید خر یداری کنید.