Всё, что нужно знать про usb4. скорость, совместимость и особенности

Как смогут питаться и заряжать гаджеты по USB4

Устройства с USB4 портами будут полностью поддерживать технологию USB Power Delivery (USB PD). Это значит, что через порт можно будет осуществлять питание потребителя до 100 Вт.

Вот основные особенности USB PD:

️ технология разделяет пять профилей электропитания: 5В 2А, 12В 1.5А, 12В 3А, 12-20В 3А и 12-20В 4-5А.

️ для поддержки технологии нужны не только два устройства с соответствующими портами, но и поддерживающий Power Delivery кабель с дополнительными контактами (обычные кобели смогут работать только по профилю 5В 2А)

️ при подключении совместимые устройства обмениваются данными по специальному протоколу, который работает параллельно с USB

️ источник и приемник могут “договариваться” об используемой силе тока и напряжении, отключать передачу энергии и даже меняться местами

Так при помощи USB Power Delivery можно получать быструю зарядку в зависимости от возможностей передатчика и потребностей приемника.

Технология USB PD уже применяется в технике Apple. Начиная с iPad Pro 12.9 2015 года выпуска, iPhone 8 и iPhone X все устройства поддерживают протокол Power Delivery при использовании оригинальных или MFI кабелей USB-C > Lightning.

Смартфоны Apple способны заряжать до 50% емкости аккумулятора за 30 минут, если подключать их к мощным адаптерам от MacBook или iPad на 18, 29, 30, 61 или 87 Вт.

Основные отличия USB провода

Несмотря на одинаковые размеры гнезда и самого коннектора, USB 3.0 отличается от предшественника 2.0 дополнительными 5 контактами и синим цветом сердцевины:

Отличия USB 2.0 и 3.0

Передача данных через разъем 3 поколения происходит в 2 раза быстрее за счет сокращения тактов передачи данных с 2 до 1. Чтобы добиться сопряжения с устройством, нужно убедиться, что штекер USB 3.0 вставлен полностью (до конца).

Частая путаница возникает у пользователей с разъемами mini USB с micro. Отличить их можно по размеру (первый чуть больше), а также по специальным защелкам на задней стороне у второго.

Отличие mini USB от micro USB

По остальным параметрам они идентичны.

USB-C и USB 3.2 не всегда соединяются вместе

Просто помните, что USB-C не определяет автоматически какой-либо уровень производительности сам по себе. Некоторые производители также ограничивают определенные режимы работы в зависимости от типа используемого кабеля и/или зарядного устройства

Например, телефоны могут ограничивать использование быстрой зарядки, поэтому важно проверить стандарты, поддерживаемые вашим кабелем, таким образом, чтобы

Порт USB Type-C рядом с USB 3.0.

отсоединение стандарта производительности USB 3.1 от разъема USB Type-C на сегодняшний день вызвало некоторую путаницу на рынке, но проблема совместимости кабелей, вероятно, является большей головной болью. Одним из преимуществ использования USB-C (или Type-C, но USB-C более популярен) является то, что стандарт обеспечивает мощность до 100 Вт. За последние несколько лет было выпущено более чем несколько ноутбуков с поддержкой USB-C, а не с более традиционной цилиндрической вилкой. Хотя USB-C не требует определенного уровня производительности, он становится все более популярным по мере роста скорости USB, и большинство ноутбуков с USB-C будут поддерживать скорость передачи данных, достаточно высокую для работы с любым внешним SSD или HDD. Те времена, когда внешнее хранилище было мучительно медленнее, чем внутреннее, прошли.

Был выпущен стандарт USB 4.0, но пока не поставляется ни с какими продуктами. Он основан на Intel Thunderbolt 3 с поддержкой скорости передачи до 40 Гбит/с. Полная таблица с включенным стандартом находится здесь:

Очевидно, что USB-IF не усвоил своего урока, поскольку мы переходим к «USB4 Gen 3 × 2», название которого может войти в историю как один из самых запутанных способов, которые когда-либо приходили в голову для попыток передачи особенности продукта. Надеемся, на данный момент мы прояснили различия между различными USB 3.x. Мы, несомненно, вернемся к этому вопросу, как только в 2021 году появится USB4.

Выражаем свою благодарность источнику из которого взята и переведена статья, сайту extremetech.com.

Оригинал статьи вы можете прочитать здесь.

USB 2.0 и 3.0: отличия

Наконец, рассмотрим USB 2.0 и 3.0: отличия этих портов друг от друга и сравним их. Вот признаки, по которым они различаются:

Визуально отличить USB 2.0 от 3.0 очень легко – разъёмы 3.0 окрашены в синий цвет.

• Второе отличие, которое легко ощущается на практике – это скорость передачи. У версии 3.0 она значительно выше. Она может уступать заявленной теоретической скорости (5 Гбит/с), но всё равно остаётся выше версии 2.0.
• Отличие USB 2.0 от 3.0 есть в силе тока. В ранней версии она была 500 мА, в новой достигает уже 900 мА. Таким образом, новыми USB можно питать большее количество мощных устройств.
• В старой версии USB было 4 провода, в новой стало ещё на 4 больше. Таким образом, ещё одно отличие USB0 от 3.0 – второй имеет более толстый кабель. Это также ограничило максимальную длину кабеля 3.0 до 5 метров и сделало его более дорогим.
• Windows XP не поддерживает USB 3.0, даже если физически оборудование компьютера на это способно, работать оно будет как 2.0. Только более старшие версии Windows способны работать с 3.0 полноценно.

Увеличение быстродействия

В устаревшем ныне, но все еще широко используемом стандарте USB 2.0 показатель скорости передачи данных был в пределах 460-490 Мбит/с. У нового стандарта 3.0 этот показатель может достигать в 8 раз большего значения – до 5 Гбайт в секунду. Что эти цифры означают для рядового пользователя? А вот что: теперь для передачи больших файлов, таки как фильмы, архивы и прочее, нужно будет затратить в 10 раз меньше времени. Однако, не все так просто. Эти показатели характеризуют только стандарт разъема 3.0, и чтобы передавать, например, файлы на флэш память на высоких скоростях необходима их поддержка так же и микросхемой-контроллером, самой «флешки».

Что такое USB-C?

Со временем возможности USB Type-A перестали отвечать потребностям пользователей, и возникла нужда в более быстром и компактном подключении. USB-C – относительно новый интерфейс, он появился в 2014 году. По форме он отличается от USB-A: это тоже прямоугольник, но гораздо меньшего размера и с сильно скругленными углами. Сегодня Type-C является одним из самых широко используемых типов подключения в потребительских устройствах.

Его ключевые особенности:

• Компактность и удобство (штекер USB-C вставляется в разъем любой стороной).
• Передача тока мощностью до 100 Вт (в некоторых случаях до 130 Вт).
• Возможность подавать питание на энергоемкие устройства, например, ноутбуки.
• Более высокая скорость передачи данных (до 10 Гбит/с).
• Возможность передачи видео в 4К.
• Универсальность — можно заменить множество специфических разъемов, включая HDMI и VGA.
• Потенциальная совместимость с Thunderbolt 3 (при наличии дополнительного оборудования порт USB-C может использоваться в качестве Thunderbolt 3).

Скорость

Что отличает USB4 от его предшественника USB 3 (или 3.2, или 3.1 gen2v2), так это способность передавать до 40 гигабит в секунду со скоростью передачи, В два раза выше, чем в последней версии USB 3.2, максимальная скорость составляет 20 Гбит / с. Более того, последняя итерация USB в 8 раз быстрее оригинального стандарта USB 3. Тем не менее, хотя USB4 предназначен для обеспечения скорости до 40 Гбит / с, не каждое USB-устройство сможет его поддерживать,

Генеральный директор USB Promoter Group Брэд Сондерс (Brad Saunders) заявил, что последняя версия вездесущего разъема будет предлагать три скорости: 10 Гбит / с, 20 Гбит / с и 40 Гбит / с. Мы ожидаем, что смартфоны и недорогие устройства будут поддерживать низкие скорости, в то время как высокопроизводительные устройства будут совместимы с максимальной скоростью.

Порт (стандарт) USB 3.0

USB 3.0 в этом разъёме уже нельзя было обеспечить большую скорость притом же количестве проводов  и разработчики добавили дополнительные провода для передачи информации, проводов стало 9 плюс экран в качестве 10 проводника, проводов стало ровно в 2 раза больше чем в USB 2.0. Также благодаря увеличение количества пар проводов стало возможным передавать информацию полным дуплексом то есть  одновременно по одной паре в одну сторону по второй в другую что также увеличивает скорость обмена информацией.

Для обеспечения совместимости было сохранено предыдущее расположение проводов так что устройства имеющие разъём USB 2.0 легко подключаются к порту USB 3.0 и наоборот. Это означает что имея например флешку её свободно можно подключить к порту USB 3.0 но скорость передачи будет на уровне USB 2.0. Наоборот немного сложнее так как есть модификации других типов разъёмов. Но одинаковые кабели и разъёмы совместимы.

Для того что бы пользователь мог визуально определить разъём  USB 3.0 он делается  синим  внутри.

USB 3.0 обеспечивает скорость передачи информации до 5Гбит/с и может поддерживать устройства потребляемые ток до 1 А. Стандарты токовых нагрузок наведены ниже, но любой производитель может внести свои коррективы в сторону увеличения.

Спецификация	Ток	Напряжение	Мощность
USB 1.x и 2.0	500 мА	5 V	2,5 Вт
USB 3.0	900 мА	5 V	4,5 Вт
USB 3.1	2	5 V	10 W
5	12 V	60 W
5	20 V	100 W
USB для зарядки батареи	0,5-1,5	5 V	2,5-7,5 Вт
USB Power Delivery	2	5 V	10 W
3	12 V	36 W
3	20 V	60 W
5	20 V	100 W

Наконец, действительно универсальный стандарт

Когда USB 1.0 был выпущен, это было нечто. Больше не нужно, чтобы компьютер находился среди беспорядка входных портов. Теперь компьютер может просто иметь шесть портов USB . Это значительно увеличило возможности подключения. И USB стал более популярным; эта тенденция к объединению только увеличилась.Но, несмотря на множество улучшений, USB не стал единым. Разъемы были разбиты на несколько разных типов разъемов для разных приложений с разной степенью долговечности и популярности. USB Type C и USB 3.1 Gen 2, наконец, удаляют последний барьер для обеспечения универсальности. Один True Port может передавать тонны данных и тонны мощности. И в результате мы могли бы наконец увидеть действительно универсальный мир периферийных устройств.

Лучшее распределение ресурсов

Другой отдел, где USB4 намного лучше, чем USB 3, — это лучшее распределение ресурсов в таких вещах, как отображение и разделение данных, В отличие от предшественника, новейшая версия USB прекрасно регулирует количество доступных ресурсов для отправки видео и данных по одному соединению. Таким образом, нет никаких шансов на снижение скорости.

Например, допустим, вы имеете дело с двумя вещами, такими как передача данных и одновременная обработка видеопотока на устройстве USB4, которое оборудовано для обеспечения скорости до 40 Гбит / с. Если первому процессу требуется 15 Гбит / с для быстрой и плавной передачи данных, USB4 будет динамически настраиваться, чтобы предоставить оставшиеся 25 Гбит / с последнему, гарантируя отсутствие задержки. В старых стандартах USB такой функции не было, поэтому это изменение очень ценится.

USB и его версии

По мере развития стандарт Universal Serial Bus, что переводится как универсальная последовательная шина, менялся в плане скорости, мощности и других характеристик, что позволило подключаемым с использованием интерфейса устройствам быстрее работать и вывело технологию на совершенно иной уровень.

USB 2.0

Пришедший на смену первой версии в 2000-м, USB 2.0 быстро приобрёл популярность и, несмотря на появление более современных решений, является универсальным интерфейсом. От версии 1.1, первой вышедшей в массы, улучшенный стандарт отличается поддержкой режима High-Speed, максимальная регламентированная скорость составляет 480 Мбит/с или 60 мегабайт (здесь и далее речь о номинальных значениях, труднодостижимых в практических условиях), достигаемая поддерживающими устройствами, такими как видеокамеры, фотоаппараты, флешки и пр. Хотя на практике средняя скорость передачи информации составит около 20 мегабайт в секунду, в «нулевых» эта возможность была впечатляющей.

Стандарт второго поколения работает в трёх режимах:

• Low-speed, 10-1500 Кбит/с (клавиатуры, мышки, джойстики, геймпады);
• Full-speed, 0,5-12 Мбит/с (аудио- и видеоустройства);
• High-speed, 25-480 Мбит/с (видеоустройства, устройства хранения данных).

USB 3.0

С появлением USB 3.0 (SuperSpeed) в 2008-м скорость передачи информации возросла до 5 Гбит/с, что значительно выше, чем обеспечиваемая предыдущим поколением, а сила тока с 500 мА (выдаваемая 2.0), увеличена до 900 мА. Так, от одного разъёма имеется возможность запитать большее число устройств, к тому же исчезла необходимость применения внешнего источника питания для энергозависимых устройств. Разъёмы и кабели USB 3.0 совместимы с USB 2.0, однако, когда требуется получить скорость, заявленную обновлённым стандартом, подключаемые устройства и кабель должны поддерживать третье поколение (спецификация сейчас используется во многих устройствах).

USB 3.1

USB 3.1 с заявленной скоростью до 10 Гбит/с, равной той, что достигается с использованием Ethernet кабеля, а также выходной мощностью до 100 Вт, представили в 2013 году. С её появлением произошли изменения в маркировках стандартов. Режим USB 3.0 со скоростными характеристиками до 5 Гбит/с стали классифицировать как USB 3.1 Gen 1 (SuperSpeed), в то время как USB 3.1 со скоростью до 10 Гбит/с – стал USB 3.1 Gen 2 (SuperSpeed+).

Кроме того, что пропускная способность, если сравнивать с 3.0, увеличилась вдвое, появился и новый разъём Type-C. Это симметричный универсальный разъём, позволяющий подключать кабель любой стороной к девайсу.

USB 3.2

В сентябре 2017 года вышла уже новая версия для работы с шнурами Type-C в двухлинейном режиме (каналы по 10 Гбит/с на каждое направление и общей скоростью 20 Гбит/с)

Кроме удвоенной пропускной способности, важно обратить внимание ещё на один момент – поддерживается только разъём Type-C (тип разъёма Type-A остался не у дел в случае с данной версией)

И снова последняя ревизия ЮСБ внесла путаницу в результате изменений в системе маркировки, причём конструктивно стандарты не менялись, только названия. После ребрендинга (с февраля 2019 года) их наименования выглядят так:

• SuperSpeed (USB2 Gen 1) со скоростью до 5 Гбит/с соответствует USB 3.1 Gen 1 (а ранее просто 3.0);
• SuperSpeed+ (USB2 Gen 2) со скоростью до 10 Гбит/с соответствует USB 3.1 Gen 2;
• SuperSpeed++ (USB 3.2 Gen 2х2) со скоростью до 20 Гбит/с (по двум линиям, каждая из которых соответствует USB 3.1 Gen 2).

Распиновка USB Type C

Всего в этой спецификации 24 контакта, где:

• 12 сверху маркируются от А1 до А12.
• 12 снизу от В12 до В1.

Благодаря такому соответствию, пользователи могут вставлять шнур обеими сторонами.

USB разъем тип C

Виды контактов:

1. USB 3.1 – контакты, обладающие высокоскоростной передачей данных. Развиваемая скорость – до 10 Гб/с. Им соответствуют контакты под номерами 2, 3, 10, 11, где RX – передача, а TX – прием данных.
2. USB 2.0 – медленная передача данных, максимально развиваемая скорость до 500 Мб/с. Находится в контактах под цифрами 6 и 7.
3. GND – заземление.
4. SBU – 8 канал для передачи видеосигнала.
5. СС – канал, который определяет тип устройства и его конфигурацию.
6. VBUS – 4 канала питания, которые регулируют напряжение и силу тока периферийного устройства (максимально 100V).

Распиновка USB типа C по цветам

Благодаря третьей спецификации, напряжение в 5 V может повышаться до 20. Подача тока также может быть увеличена до 5 А. В сумме получается 100 Вт мощности.

Помимо симметрии, у интерфейса Type-C есть ключевые моменты:

1. Поддержка всех ранних интерфейсов, начиная со второго поколения.
2. Альтернативный режим работы, с помощью которого работает поддержка протоколов DisplayPort и HDMI.
3. Управление через интерфейс входящей энергией с помощью конфигурирования.

История PCIe

Сам интерфейс был разработан еще в 2000-е в активном сотрудничестве компаний Intel и Apple. Изначально технология предназначалась для работы с оптическими кабелями и называлась Light Peak. Но оказалось, что даже обычное недорогое медное соединение может обеспечить заданную скорость. Более того, медный кабель мог передавать питание – в последнем стандарте до 100 Вт на каждый порт. Технология была представлена Intel в 2009 году – 30 метровый оптический кабель послужил для передачи двух видеопотоков высокого разрешения. А первым коммерческим устройством с этим интерфейсом стал MacBook Pro, анонсированный в начале 2011 года. Постепенно сформировался и рынок периферийных устройств с поддержкой Thunderbolt. В 2013 году была представлена его вторая версия, но в актуальных устройствах Apple используется уже Thunderbolt 3.

Важно знать, что Thunderbolt он построен на основе PCI Express (PCIe) и DisplayPort. Вот почему кабели и аксессуары Thunderbolt 3 несовместимы с «чистыми» портами USB-C (точнее, с большинством из них, подробнее об этом мы расскажем чуть ниже)

PCIe предлагает огромную пропускную способность – большие объемы данных идут сразу по нескольким каналам связи. Именно поэтому Thunderbolt 3 настолько быстр. Но это же означает, что для аксессуаров с Thunderbolt 3 подходит… только порт с Thunderbolt 3. Почему? Потому, что USB-C не использует в своей работе PCIe. Так что если вы подключаете Thunderbolt 3-аксессуар к порту USB-C, то он просто не будет работать, т.к. в USB-C-порте нет контроллера PCIe!

Другими словами, у Thunderbolt 3 есть дополнительное «железо» по сравнению с более «массовым» и, соответственно, более простым USB-C

Важно знать, что USB-C аксессуары и кабели совместимы с Thunderbolt 3-портами

Правда, здесь есть одно приятное «но»… Да, использовать большинство Thunderbolt 3-устройств с USB-C портом нельзя. Но зато верно обратное – подключать девайс с USB-C к Thunderbolt 3 можно, т.к. Thunderbolt 3 полностью поддерживает USB-C. Т.е., например, если вы подключите жесткий диск с USB-C к вашему MacBook Pro, все будет работать безукоризненно. Иными словами, для владельцев Mac этот вопрос неактуален – вся периферия с USB-С совместима.

И вот еще что – в начале 2018 года всё стало сложнее (но и приятнее). Дело в том, что Intel представила новый контроллер для Thunderbolt 3 под названием Titan Ridge. У него осталась пропускная способность Thunderbolt 3 (40 Гбит/с), а у совместимых аксессуаров появилась обратная поддержка USB-C. Это означает, что аксессуары с контроллером Titan Ridge Thunderbolt 3 будут работоспособны при подключении к порту USB-C. Да, скорость будет не та – но это лучше, чем ничего. Другое дело, что никто особенно не рекламирует эту функцию, так что перед покупкой того или иного аксессуара придется поизучать матчасть.

Различия USB Type-C и microUSB

• Возможности. Число контактов по одной стороне в USB Type-C – 12, против 5 контактов в microUSB. Благодаря этому в новом разъеме реализуемо больше сценариев использования.
• Подключение. Симметричная конструкция USB Type-C позволяет устанавливать кабель любой стороной, что упрощает и ускоряет процесс подключения.
• Звучание. С USB Type-C реализована возможность подключения аналоговых и цифровых наушников.
• Ресурс. Надежность разъема аналогична microUSB и составляет 10000 циклов подключения-отключения. При одном цикле в день ресурса хватит до 27 лет, а при четырех циклах в день – до 6 лет.
• Совместимость. В USB Type-C реализована полная обратная совместимость с устройствами, что работают на устаревшей спецификации. Кабели питания, УМБ и другие аксессуары работают с переходником USB-C-microUSB или наоборот.
• Передача данных. При использовании спецификации USB 3.1 Gen 1 максимальная скорость передачи данных достигает 5 Гбит, тогда как в microUSB c USB 2.0 скорость в 11 раз меньше – 480 Мбит. А с использованием новых стандартов доступна скорость вплоть до 40 Гбит.
• Быстрая зарядка. В низкокачественных microUSB кабелях для зарядки используется тонкий токопроводящий провод, что приводит к просадкам по току и напряжению. В качественных microUSB кабелях обычно используется усиленный токопроводящий провод или ещё один вспомогательный провод, что в сумме способны передать до 25 Вт энергии. В USB Type-C используется дополнительная линия питания, что позволяет передавать до 100 Вт энергии.
• Передача изображения на экран. В microUSB доступен вывод картинки в FullHD через HDMI, если поддерживается стандарт MHL. При этом мобильное устройство быстро разряжается ввиду отсутствия дополнительного питания. В USB Type-C реализуема поддержка DisplayPort, HDMI и Thunderbolt. Дополнительные линии питания обеспечивают передачу необходимой энергии, а максимальное разрешение вывода картинки – 4К.
• Универсальность. Порт USB Type-C позволяет подключить несколько периферийных устройств, выводить изображение и передавать данные на высокой скорости. Благодаря этому один компактный порт легко заменит несколько массивных разъемов.

Обратная совместимость

Девайсы USB 3.0 взаимно совместимы с устройствами, имеющими разъёмы второго поколения, при этом конструктивные отличия USB 2.0 и 3.0 (в вариации 2.0 используется 4 провода, а у 3.0 их 8), определяющие их характеристики, обуславливают ограничения по скорости. То есть, данные не будут передаваться быстрее посредством 3.0, чем заявлена скорость у предшествующего поколения интерфейсов. Если нужна скорость, заявленная новым стандартом, оба устройства и шнур должны поддерживать версию 3.0.

Обратную совместимость ЮСБ третьего поколения имеет со всеми ранними версиями, разъёмы типа Type-A подходят для устаревших, но ещё используемых портов 2.0, новые разъёмы типов Type-B, mini и micro в большинстве случаев не подойдут для старых портов.

Как правильно выбрать

Новое поколение стандарта обеспечило устройствам значительный прирост скорости обработки информации, но при выборе устройства стоит обращать внимание не только на скоростные характеристики, лучше будет тщательно изучить характеристики перед покупкой. Чтобы ощутить в полной мере все преимущества обновлённой спецификации, необходима поддержка всеми участвующими в соединении устройствами, иначе максимальная скорость при использовании интерфейсов разных поколений будет ограничена возможностями более раннего стандарта

Если же планируется подключение таких устройств, как, например, мышь или клавиатура, едва ли удастся почувствовать разницу

Чтобы ощутить в полной мере все преимущества обновлённой спецификации, необходима поддержка всеми участвующими в соединении устройствами, иначе максимальная скорость при использовании интерфейсов разных поколений будет ограничена возможностями более раннего стандарта. Если же планируется подключение таких устройств, как, например, мышь или клавиатура, едва ли удастся почувствовать разницу.

Стоит ли приобретать устройства с разъёмами 3.0, переплачивая за них, хотя, по сути, не так уж и много – решать вам, поскольку важно учитывать и собственные нужды, есть ли необходимость в увеличении скорости и иных параметров или достаточно возможностей более ранней версии интерфейса. Стандарт 2.0 уже устарел, но его поддержка продолжается и будет продолжаться ещё не один год, так что использование USB-устройств второго поколения во многих случаях актуально

При этом, покупая флешку, не забываем, что версия 2.0 будет слабой для записи многочисленных мелких файлов.

Совместимость USB 2.0 и 3.0

Если подключить устройство USB 2.0 в разъём 3.0, то работать оно будет на уровне 2.0. Если подключить устройство USB 3.0 к разъёму 2.0, то работать оно тоже будет на уровне 2.0. Таким образом, при совместимости этих интерфейсов, меньшая версия задаёт качество работы.

Устройства способны работать на других версиях USB, но они могут стать менее производительными.

Итак, подытожу. USB 2.0 и 3.0: отличия в первую очередь в качестве работы – более новая версия лучше, хоть и немного дороже. Современное оборудование выпускается с интерфейсом 3.0, поэтому приобретать компьютер целесообразно тоже с такой версией. Устройства разных версий совместимы друг с другом и работают приемлемо, хоть и производительность их падает.