USB 3.2和USB 4来袭！USB新标准一览

yehangdy

USB接口是大家最常见、最熟悉的传输接口了，无论是充电还是传递数据，USB接口在目前的PC和移动设备中都占据了极为重要的地位。在长期的发展中，USB通过不断地提高速度和充电能力，带来了一代又一代标准的更新。现在，USB接口的速度标准已经发展到USB 3.2和USB 4，那么，这两代新的标准又带来了哪些更新呢？今天本文就和大家一起梳理一下这些内容。
USB堪称全球发展最成功的数据接口。从早期的USB 1.0时代、数据传输1.5Mbps的接口开始，USB经历了多个世代。出现了USB 1.0、USB 2.0、USB 3.0等多个规格，接口外形和设计方案也出现了USB Type-A、USB Type-B以及现在比较最常见的USB Type-C等。现在，USB-IF组织又公布了全新的USB 3.2标准和未来的USB 4，在速度和规格上又发生了一些变化。下面我们一起来看看吧。

▲IF现在将所有的USB名称都纳入USB 3.2旗下
+ h: _5 J3 \# ~# n8 v( zUSB 3.2，让人迷惑还是更为清晰？
USB 3.2是USB-IF组织新发布的标准，其正式推出的时间是2017年的9月份。从技术角度来看，USB 3.2是对USB 3.1的改进和补充，核心变化就是数据传输速度提升到20Gbps，接口则沿用了USB 3.1时代起就确定的Type-C方案，不再支持Type-A和Type-B两种接口。
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之所以USB 3.2只留下了Type-C接口，而放弃了另外两种接口，究其原因还是随着技术和产品的不断发展，使得Type-A和Type-B这两种接口已经无法取得市场的青睐。具体来说，这两种接口由于设计时间较早，即使后期进行改进也无法在尺寸和根本的物理特性上进一步提升，其不足包括相对较大的体积、存在插拔方向、可靠性不足、兼容性不强、供电能力较差等。
相应的，Type-C接口在物理结构上做出了改善，大幅度改变了这样的情况。Type-C接口采用了可靠、无方向性的插拔，所有的信号引脚都设计在了接口中央的“舌头”上，正反各12个，绝大部分对称排布。在每组各12个信号接口中，包含了接地、USB 2.0数据信号、USB 高速信号、供电信号、边带（非USB传统信号）信号等多个数据接口。
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: l1 }' B) f0 w& r" k1 R  E* J: |▲USB目前流行的三种接口
3 v3 n" g! u- u在耐用度方面，Type-C接口的受力部件主要是外部金属壳，强度更高且更不容易损坏，中央的数据通道被弧形外壳保护，很难受到破坏。设计要求显示，USB Type-C能够维持10000次以上的插拔不会损坏，按照一天插拔3次来计算的话，USB Type-C插接口至少能使用10年时间。
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▲Type-C接口触点更多，包含了之前USB接口的所有针脚。
此外，在供电能力方面，由于专用的供电线路的设计，Type-C能够实现五种不同的供电配置，包括最传统的5V@2A（10W）方案以及新加入的12V@1.5A（18W）、12V@3A（36W）、20V@3A（60W）以及最大的20V@5A（100W），这是在之前的老接口上难以实现的。
在经过USB 3.0和USB 3.1时代的过渡之后，USB Type-C逐渐出现在市场中并获得了用户的青睐，因此在USB 3.2上，USB-IF决定彻底放弃设计老旧且功能较差的USB Type-A和USB Type-B接口，全力主推全新的USB Type-C，更充分地利用USB Type-C的各个特性，实现传输速度的进一步提升。
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▲Type-C很可能在未来一段时间成为应用最广泛的USB接口形式
在USB 3.2规范中，USB Type-C的高速特性被充分利用。USB Type-C拥有2个高速数据传输通道，分别被命名为（TX1+/TX1-，RX1+/RX1-）和（TX2+/TX2-，RX2+/RX2-），之前USB 3.1只利用了其中一个通道传输数据，另一个通道以备用的方式存在。
. i. o( U4 Z2 t$ P. q在USB 3.2中，两个通道可以在合适的情况下都被启用，并实现每个通道10Gbps的最高传输速度，这样总和就是20Gbps，采用128b/132b编码，实际数据速度可以达到约2500MB/s，相比现在的USB 3.1直接翻倍。值得一提的是，USB 3.2的通道切换是完全无缝的，无需用户进行特殊操作。
不过，20Gbps只是USB 3.2传输中的一个规格而已，这一次USB 3.2发布后被众人诟病的原因就是USB IF希望通过USB 3.2标准，将之前USB 3.0和USB 3.1全部纳入，只是以不同的版本区分。根据USB IF的信息，USB 3.2标准包括如下的内容：
从USB IF给出的USB 3.2标准情况来看，其中USB 3.2 Gen 1x1实际上是之前的USB 3.0，USB 3.2 Gen 2则是USB 3.1改头换面而来，只有最后的USB 3.2 Gen 2x2才是全新的高速规格，命名也充分突出了双高速通道的优势。因此在选购相关产品时，如果用户对速度有要求，一定要注意USB 3.2的模式名称，毕竟最高速度和最低速度相差约4倍。
在相关产品研发方面，目前AMD和英特尔都没有在主板芯片组上提供原生支持，并且近期内也不太可能有原生支持USB 3.2尤其是USB 3.2 Gen 2x2的芯片组出现，因此要完成USB 3.2的高速传输规格，还需要第三方主控芯片或者PCIe扩展卡上市。在主控芯片方面，祥硕已经展示了相关的芯片产品，传输速率已经能够达到20Gbps的高度，不过祥硕也表示相关产品将在2019年才能推出，实际登上主板应该在2020年左右了。
9 N6 K7 i9 r  ?# x0 e& E# `" N/ xUSB 4——全面兼容雷电3
在USB 3.2正式协议公布之后，USB组织又在很短的时间内预告了有关USB 4规格的内容。和之前USB 3.2等标准基于USB自家协议不同的是，USB 4在基础协议上不再采用USB规范，转而采用英特尔彻底公开的雷电3规范，这也是USB数十年发展中最大的一次改变。

* o8 M* B2 W$ Q- q! l英特尔的雷电3规范发布于2015年。以当时的技术水平来看，雷电3相当先进甚至激进，其支持最高40Gbps的速度以及100W的供电能力，还支持HMDI 2.0（4K@60Hz）或者DisplayPort 1.2（5K@60Hz）的视频输出，这样一来显示器也可以使用雷电3接口规格。
1 O/ o# D/ X8 s- C9 q/ q0 |" E8 `在外观接口上面，雷电3和USB Type-C采用完全兼容的物理设计，可以互相插拔，但是雷电3的接口上会带一个雷电的小Logo，借此以显示和实际支持USB 3.1规范、数据传输速度较低的USB Type-C接口的区别。
6 _! }( c4 A: m8 L: M- M) U" V2 q毫不夸张地说，雷电3的传输带宽和相关规格是非常强大的，甚至远胜于同期的USB规范，即使是目前所公布的最新USB 3.2规范也无法达到雷电3接口的标准。那么，这是不是意味着雷电3接口就天下无敌了呢？事实并不是这样的。从2015年公布规范开始，雷电3和相关接口的推广就不是很顺利，主要原因就一个字——贵。

: D7 K6 i5 x" \( b, V▲未来USB Type-C接口的新规范在纳入雷电3的技术后将兼容几乎目前所有应用场景
由于雷电3和相关传输技术属于英特尔的专利，因此厂商使用这个接口必须向英特尔缴纳相应的专利使用费。另一点非常重要的内容是，雷电3为了达到如此高的速度必须使用专用的芯片，英特尔为此也推出了数款芯片对外销售，因此价格自然不会便宜。
2 E3 m* ^  H( C( w  d6 U另外，使用雷电3接口的设备还需要经过英特尔的认证，自然又需要一定的时间成本和一笔额外的费用支出。这样一来，雷电3接口的使用门槛就无形之中被抬高了很多，相比几乎免费开放的USB标准来说，雷电3接口就有点曲高和寡了。
# M' Y) g6 K: M一个典型例证就是，从2015年到现在，也只有463款设备获得了英特尔的认证，可见其发展速度并不令人满意。甚至有部分厂商在第一代产品中支持了雷电3接口，反而又在第二代产品中以普及率、授权费用等问题“倒退”回USB标准，令人唏嘘。
! L( t# i. e" m6 l8 C3 A0 q为了进一步加速雷电3接口的普及，特别是在如今流行的大量移动设备中提供对雷电3接口的支持，英特尔在2017年5月作出决定，从2018年起免除雷电3接口的授权费用，但是规范协议在当时并未彻底开放，还是在一定程度上需要受到英特尔的约束。

% c  B7 a- x& c. F. L▲雷电3的增长速度极为缓慢
! T5 n) o; n) |. i8 S" `$ B+ v  d直到2019年3月，“想通了”的英特尔又才更进一步，向USB推广组织开放了雷电3接口的所有规范，今后各大厂商就可以基于该规范，免费设计和生产支持雷电3的相关设备。接下来USB IF又宣布将雷电3的相关标准纳入即将发布的USB 4规范中，雷电3和USB继接口一统后，终于又要在规范上完成统一了。
# T8 K/ g. L. c% f$ r根据目前的消息，新的USB 4接口将纳入雷电3的标准，其传输速度将提升至最高40Gbps，相比刚发布的USB 3.2 Gen 2x2翻了一番，其余雷电3接口的相关特性全部继承，比如供电能力最高100W、支持视频传输等。更重要的是，USB 4的整个专利和授权和目前的USB设备方式相同，厂商可以自行研发相关匹配的设备，包括传输芯片等，也不需要经过额外的认证，这大大方便了USB 4的拓展和普及。接口规格方面，USB 4目前只有Type-C一种，不再支持任何其他的接口方案，诸如Type-A和Type-B都已经彻底退出历史舞台。

- x$ ^+ }% Y" v( I+ P9 {; w. i▲USB组织将正式把雷电3规范纳入USB 4之中
最后再来看看相关标准的发布时间。USB 4标准目前正在制定中，据估计可能会在2020年左右正式对外发布。具体到相关的产品方面，英特尔的10nm处理器已经开始考虑纳入雷电3的原生支持了，因此对USB 4原生支持也应该不存在技术上的问题，这依旧需要等到2019年底或者2020年初。
总的来看，USB 3.2的正式发布和USB 4相关消息的披露，大大推进了这一在我们生活中应用广泛的高速接口的发展，使得数据的转移和复制更为方便。可以预见的是，在USB 3.2乃至USB 4成为主流接口的时候，“一接口走天下”的时代很可能到来，显示器也只需要一根线就能完成电能和信号传输，这将大大方便人们的生活。


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