Алгоритм - Учебный центр
Заполните форму ниже! Мы вам перезвоним!

Нажав на кнопку "Отправить", Я даю своё согласие на автоматизированную обработку указанной информации, распространяющейся на осуществление всех действий с ней, включая сбор, передачу по сетям связи общего назначения, накопление, хранение, обновление, изменение, использование, обезличивание, блокирование, уничтожение и обработку посредством внесения в электронную базу данных, систематизации, включения в списки и отчетные формы.


USB 4 - Thunderbolt 3. USB Type-C.

USB 4 - Thunderbolt 3. USB Type-C.

Некоммерческая организация USB Implementers Forum объявила о запуске USB 4 — новой версии популярного разъема. Полные спецификации USB 4 были опубликованы ближе к концу 2019 года. Максимальная пропускная скорость обновленного разъема составит до 40 Гбит/c. Это вдвое больше, чем у USB 3.2 Gen 2×2 и столько же, сколько у Thunderbolt 3 (Type-C), который вышел еще в 2015 году.

Пропускная мощность USB 4 составляет 100 Вт, как у Thunderbolt 3. Этой мощности и скорости 40 Гбит/c хватит для подключения двух мониторов с разрешением 4К или одного 5К-дисплея. Во многом USB 4 повторяет характеристики трехлетнего Thunderbolt 3, но обойдётся дешевле производителям железа. А значит, его потенциально задействуют в гораздо большем количестве девайсов. Как и Thunderbolt 3, он будет использоваться не только в компьютерах, но и в мониторах и внешних видеокартах (eGPU). Первые гаджеты с поддержкой USB 4 появится ориентировочно в 2020 году.

В четвертом поколении интерфейса USB добавлена поддержка новых функций, в частности, новый открытый стандарт позволит заменить Thunderbolt 3, за который производителям приходилось отчислять лицензионные платежи. При этом компания Intel, владеющая Thunderbolt, не планирует от него отказываться — вместо этого она добивается сосуществования интерфейсов со схожими функциями. Взамен Intel предложит производителям уровень поддержки, недоступный для открытых решений.

В свою очередь, USB 4 станет альтернативой для бюджетных ноутбуков и компьютеров, с которой производители сэкономят на отчислениях.

USB Implementers Forum планирует стандартизировать все перечисленные возможности, однако производитель сам будет решать, какие из них реализовать в своем устройстве. Несмотря на открытость USB 4, он будет совместим только со стандартом USB Type-C. Тем самым USB Implementers Forum хочет поставить точку в многолетней истории USB-A. Полные спецификации USB 4 опубликуют во второй половине года, однако устройства с его поддержкой появятся не раньше 2021 года.

Спецификация USB 4 является серьезным обновлением для архитектуры USB следующего поколения она удваивает пропускную способность USB и позволяет использовать несколько протоколов передачи видео и данных одновременно.

USB 4 будет поддерживать совместимость с существующими устройствами USB 3.2, USB 2.0 и Thunderbolt 3. Разъемы при этом останутся такими же, как у USB-C, а это означает, что все существующие кабели Thunderbolt 3 также должны работать.

По прогнозам USB-IF, первые устройства, поддерживающие USB 4 появятся на рынке не ранее, чем через полтора года после окончательного анонса спецификации, который запланирован на вторую половину этого года. Так что ждать поддержку USB 4 стоит не раньше 2021 года.

Контроллер Intel Thunderbolt 3 (кодовое имя Alpine Ridge) увеличивал максимальную пропускную способность в 2 раза, до 40 Гбит/с (5 ГБ/с), имел меньшее энергопотребление и позволял подключать до двух мониторов с разрешением 4K, либо один с разрешением 5K (вместо одного 4K для более ранних версий стандарта). Контроллер поддерживает PCIe 3.0 и протоколы HDMI 2.0, DisplayPort 1.2 (до 30 Гц 4K). Thunderbolt 3 представляет собой порт, совместимый с USB 3.1, выполнен с разъёмом USB Type-C. Совместимость с более ранними вариантами интерфейса обеспечивается с помощью переходников.

Intel предложила два варианта контроллера Thunderbolt 3 — один использует PCI Express x4 и предоставит два порта Thunderbolt 3, второй использует PCI Express x2 и имеет лишь один порт Thunderbolt 3. Первый используется в Mac Pro (2-го поколения) и Retina MacBook Pro, а второй — в более дешёвых Mac Mini и MacBook Air. Поддержка Thunderbolt 3 есть и в чипсетах для платформы Skylake

Интерфейс Thunderbolt был разработан компанией Intel в сотрудничестве сApple. Торговая марка Thunderbolt была зарегистрирована Apple, но позже была передана компании Intel. Полные права принадлежат Intel. Первым устройством, где был применён данный интерфейс, стал ноутбук MacBook Pro компании Apple, который был анонсирован еще в феврале 2011 года. Thunderbolt изначально разрабатывался для объединения мобильных устройств, ноутбука и настольного компьютера с использованием меньшего числа кабелей. В стандарте был предложен универсальный разъём для дисплеев и внешних устройств хранения. Передаваемая по Thunderbolt 1 и 2 мощность электропитания составляет 10 Ватт — больше, чем 4,5—5 Ватт в стандартном USB 3.0.

Интерфейс Thunderbolt объединяет протоколы PCI Express (PCIe) и DisplayPort (DP) в один последовательный сигнал и предоставляет постоянное напряжение по тому же кабелю. Контроллеры Thunderbolt мультиплексируют один или более каналов данных от подключённых к ним устройств PCIe или DisplayPort для передачи через один дуплексный канал Thunderbolt, затем демультиплексируют их для использования устройствами PCIe или DP на другом конце. Один порт Thunderbolt поддерживает до шести устройств Thunderbolt, подключаемых через концентраторы (хабы) или цепочкой (daisy chain). Несколько устройств могут использоваться в качестве мониторов, но их количество не может превышать количества источников сигнала DP.

Монитор, использующий настоящий разъём MDP, может быть подключён к концу Thunderbolt-цепочки, так как Thunderbolt совместим с устройствами, поддерживающими DP 1.1a. При подключении DP-совместимого устройства к порту Thunderbolt предоставляется сигнал DP c 4 линиями (lane) и скоростью не более 5,4 Гбит/с на линию Thunderbolt. При соединении с устройством Thunderbolt скорость передачи данных по каждой линии составляет 10 Гбит/с, 4 линии Thunderbolt сконфигурированы как 2 полнодуплексных 10 Гбит/с канала, каждый состоит из линии на приём и линии на передачу.

Интерфейс Thunderbolt может быть реализован на PCIe-видеокартах, у которых есть доступ к разъёму DP и подключению по шине PCIe, или на материнской плате новых компьютеров со встроенным видео, таких, как MacBook Air.

Интерфейс изначально разрабатывался для работы с оптическими кабелями, разработанными партнёрами Intel и в лаборатории Intel’s Silicon Photonics. В это время технология была известна под названием Light Peak. Но в 2011 технология была переименована в Silicon Photonics Link. Однако было обнаружено, что обычное медное проводное соединение могло предоставить требуемую пропускную способность в 10 Гбит/с на каждую линию по более низкой цене. Оптические кабели Thunderbolt были заявлены в середине апреля 2012 года компанией Sumitomo Electric Industries.

Конструктивно в интерфейсе Thunderbolt версий 1 и 2 используется тот же разъём, что и Mini DisplayPort (MDP). MDP электрически совместим с полноразмерным DisplayPort, но использует меньший по размеру разъём, на котором отсутствует защёлка.

Активные кабели Thunderbolt содержат специальные интегральные микросхемы внутри корпуса разъёма. У кабеля есть пять проводов: один для управления и две однонаправленных пары, одна для входящего и вторая для исходящего трафика. В интерфейсе Thunderbolt 3-й версии используется разъём USB Type-C.

Благодаря технологии Thunderbolt 3 можно передавать электроэнергию в двух направлениях через порт USB-C. То есть можно заряжать и само устройство, и подключать другое на подзарядку. Порт поддерживает мощность до 100 Вт, поэтому через один кабель можно подключить док-станцию или монитор и одновременно заряжать ваш MacBook Pro или MacBook Air.

Среди ключевых характеристик USB 4 выделяют следующее:

- двухполосная работа с использованием существующих кабелей USB-C и передача данных на скоростях до 40 Гбит/с по сертифицированным кабелям;

- несколько протоколов данных и протоколов отображения изображения для эффективного разделения общей пропускной способности;

- обратная совместимость с USB 3.2, USB 2.0 и Thunderbolt 3.

Публикация спецификаций нового стандарта намечена на середину текущего года, но сторонние источники говорят, что реальные устройства с USB4 появятся на рынке лишь в 2021 году. Как уже говорилось выше, USB4 — это фактически Thunderbolt 3, так что спецификации подразумевают в том числе поддержку подключения двух дисплеев 4K либо одного дисплея 5K по одному кабелю. При этом, в отличие от того же Thunderbolt 3, новый стандарт будет бесплатным для производителей, а в качестве эталонного разъёма будет использован USB-C.

Извечная проблема устройств с USB-коннекторами любого формата была решена с помощью USB Type-C (для решения этой задачи используется определенная логика автоматического согласования и коммутации). Конструктивно разъем имеет овальную форму. Сигнальные и силовые выводы размещены на пластиковой стойке в центральной части. Контактная группа USB Type-C включает 24 вывода (на нужды USB 1.0/2.0 выделялось всего 4 контакта, а разъемы USB 3.0 имеют 9 выводов).

С обеих сторон интерфейсного кабеля располагаются идентичные разъемы. Потому, используя USB Type-C, не нужно выбирать, какой стороной проводника подсоединять ведущее и ведомое устройства.

Внешняя оболочка коннектора не имеет никаких отверстий или вырезов. Для его фиксации в разъеме используются внутренние боковые защелки. Штекер надежно удерживается в разъеме (люфтов, подобных тем, что можно было наблюдать у USB 3.0 Micro-B, здесь нет). Механический ресурс разъемов USB Type-C составляет порядка 10000 подключений. USB Type-C не является интерфейсом передачи данных - это тип разъема, позволяющий связать воедино различные сигнальные и силовые линии.

Одно из преимуществ USB Type-C – возможность использования для передачи данных интерфейса USB 3.1, сулящего повышение пропускной способности до 10 Гб/с. Однако, USB Type-C и USB 3.1 – это не равнозначные термины и точно не синонимы. В формате USB Type-C могут быть реализованы возможности как USB 3.1, так и USB 3.0 и даже USB 2.0 (480 Мб/c). Поддержку той или иной спецификации определяет интегрированный контроллер. Например, при реализации возможностей USB 3.1 возможны отличия в максимальной скорости передачи данных: для USB 3.1 Gen 1 – это 5 Гб/с, USB 3.1 Gen 2 – 10 Гб/с. Номинально порт USB Type-C может использоваться для максимально производительного подключения на скоростях до 10 Гб/c, но, чтобы получить такую пропускную способность, ее должны обеспечивать подключаемые устройства.

При использовании интерфейса USB 3.1, для передачи данных без потерь на скоростях до 10 Гб/c (Gen 2) длина кабеля c разъемами USB Type-C не должна превышать 1 метр, для соединения на скорости до 5 Гб/c (Gen 1) – 2 метра.

USB Type-C обеспечивает возможность передачи энергии мощностью до 100 Вт. Этого хватит для питания/зарядки мобильных устройств, и для беспроблемной работы ноутбуков, мониторов или, например, внешних накопителей формата 3,5”.

Порт USB 1.0 обеспечивал всего 0,75 Вт (0,15 А, 5 В). Достаточно для работы лишь мышки/клавиатуры. USB 2.0 - ток до 0,5 А (2,5 Вт) - этого хватало для питания, например, внешних жестких дисков формата 2,5”. USB 3.0 - ток до 0,9 А (4,5 Вт). Специальные усиленные разъемы на материнских платах или ноутбуках способны были выдавать до 1,5 А для ускорения зарядки подключенных мобильных устройств, но это 7,5 Вт.

Чтобы порт USB Type-C наполнился необходимыми мощностями, нужна поддержка спецификации USB Power Delivery 2.0 (USB PD). Если таковой нет, порт USB Type-C штатно сможет выдать 7,5 Вт (1,5 А, 5 В) или 15 Вт (3,0 А, 5 В) в зависимости от конфигурации.

Энергетические возможности портов с USB PD, определяет система силовых профилей, предусматривающих возможные комбинации напряжений и токов. Соответствие Profile 1 гарантирует возможность передачи 10 Вт энергии, Profile 2 – 18 Вт, Profile 3 – 36 Вт, Profile 4 – 60 Вт, Profile 5 – 100 Вт (порт, соответствующий профилю более высокого уровня, поддерживает все состояния предыдущих по нисходящей). В качестве опорных напряжений были выбраны 5В, 12В и 20В. Использование 5В необходимо для совместимости с огромным парком имеющейся USB-периферии. 12В – стандартное напряжение питания различных компонентов систем. 20В предложено с учетом того, что для зарядки аккумуляторов большинства ноутбуков используются внешние БП на 19–20В.

Устройство оснащенное USB Type-C, поддерживающим максимальный энергетический профиль USB PD и позволяет передавать до 100 Вт энергии (не любой порт нового формата сможет обеспечить заявленную мощность в 100 Вт, потенциальная возможность для этого есть, но однако данный вопрос обязательно должен быть решен производителем на уровне схемотехники).

В USB Type-C есть возможность смены направления передачи энергии. Если позволяет схемотехника устройств, потребитель может, например, на время стать источником заряда. Причем для обратного энергетического обмена не понадобится даже переподключение разъемов.

Совместимость USB Type-C с устройствами, оснащенными портами USB предыдущего поколения, из-за принципиальных отличий конструкции коннекторов можно обеспечить только с использованием соответствующих переходников.

Помимо непосредственной передачи данных по USB, он может также использоваться в альтернативном режиме (Alternate Mode) для реализации сторонних интерфейсов. Такую гибкость USB Type-C использовала ассоциация VESA, внедрив возможность передачи видеопотока посредством DisplayPort Alt Mode.

USB Type-C располагает четырьмя высокоскоростными линиями (парами) Super Speed USB. Если две из них выделяются на нужды DisplayPort, этого достаточно для получения картинки с разрешением 4 K (3840×2160). При этом не страдает скорость передачи данных по USB. На пике это все те же 10 Гб/с (для USB 3.1 Gen2). Также передача видеопотока никак не влияет на энергетические способности порта. На нужды DisplayPort может быть выделено даже скоростных 4 линии. В этом случае будет доступны режимы вплоть до 5K (5120×2880). В таком режиме остаются не задействованы линии USB 2.0, поэтому USB Type-C все еще сможет параллельно передавать данные, хотя уже с ограниченной скоростью.

В альтернативном режиме для передачи аудиопотока используются контакты SBU1/SBU2, которые преобразуются в каналы AUX+/AUX-. Для протокола USB они не задействуются, потому здесь тоже никаких дополнительных функциональных потерь.

При использовании интерфейса DisplayPort, коннектор USB Type-C по-прежнему можно подключать любой стороной. Необходимое сигнальное согласование предусмотрено изначально.

Подключение устройств с помощью HDMI, DVI и даже D-Sub (VGA) также возможно, но для этого понадобятся отдельные переходники, однако это должны быть активные адаптеры, так как для DisplayPort Alt Mode, не поддерживается режим Dual-Mode Display Port (DP++). Вообще альтернативный режим USB Type-C может быть использован не только для протокола DisplayPort.

Итак, разъём USB Type-C может работать в одном из альтернативных режимов (англ.alternate mode), в котором его контакты используются для передачи данных при помощи других физических протоколов. Определены следующие альтернативные режимы для коннекторов Type-C:

1. Альтернативный режим DisplayPort (опубликован VESA в сентябре 2014 года), поддерживает стандарт DisplayPort 1.3.

2. Альтернативный режим MHL - Mobile High-Definition Link (анонсирован в ноябре 2014 года), поддерживает стандарт MHL 1.0-3.0 и super MHL.

3. Альтернативный режим Thunderbolt — поддержка стандартаThunderbolt 3.

4. Альтернативный режим HDMI (объявлен в сентябре 2016 года), поддерживает HDMI 1.4b.

Изучаются возможности по реализации других последовательных высокоскоростных протоколов, например, PCI Express и Base -T Ethernet.


Лицензия