Naar inhoud springen

USB4

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
De opmaak van dit artikel is nog niet in overeenstemming met de conventies van Wikipedia. Mogelijk is ook de spelling of het taalgebruik niet in orde. Men wordt uitgenodigd deze pagina aan te passen.
Opgegeven reden: Machinevertaling vanaf en-wiki

USB4
USB4
Algemene gegevens
Ontwerper USB Promoter Group
Ontworpen 29 augustus 2019
Vervangt USB 3.2
Algemene specificaties
Daisy chain Nee
Audiosignaal DisplayPort
Videosignaal DisplayPort
Kabel USB-C
Voeding
Max. voltage 48 V (PD 3.1)
Max. current 5 A (PD)
Data-overdracht
Data signal Ja
Width 40 Gbit/s (5 GB/s)
Portaal  Portaalicoon   Informatica
USB4 Gen3x2-kabel (40 Gbps) met 100 W vermogensafgifte

USB4, ook wel USB 4.0 genoemd, is een technische specificatie die het USB Implementers Forum (USB-IF) voor het eerst heeft uitgebracht op 29 augustus 2019. USB4 is gebaseerd op de Thunderbolt 3-protocolspecificatie, die Intel heeft gedoneerd aan de USB-IF. De USB4-architectuur kan een enkele, snelle link dynamisch delen met meerdere hardware-eindpunten, waardoor elke overdracht het beste wordt bediend per gegevenstype en toepassing.

In tegenstelling tot eerdere USB-protocolstandaarden, schrijft USB4 het exclusieve gebruik van de Type-C-connector en USB Power Delivery (USB-PD)-specificatie voor. USB4-producten moet in staat zijn om 20 Gbit/s te behalen en het ondersteunt 40 Gbit/s doorvoer, maar vanwege tunneling kan zelfs nominaal 20 Gbit/s resulteren in hogere effectieve datasnelheden in USB4, in vergelijking met USB 3.2, bij het verzenden van gemengde gegevens. In tegenstelling tot USB 3.2 maakt het tunneling van DisplayPort en PCI Express mogelijk.

Ondersteuning van interoperabiliteit met Thunderbolt 3-producten is optioneel voor USB4-hosts en USB4-randapparatuur; maar is verplicht voor USB4-hubs op al hun stroomafwaarts gerichte poorten (DFP), en voor USB4-gebaseerde docks, op hun stroomopwaarts gerichte poort (UFP) naast al hun stroomafwaarts gerichte poorten. Aan de andere kant is ondersteuning voor USB4 vereist in Thunderbolt 4.

De USB4 2.0-specificatie werd op 18 oktober 2022 uitgebracht door het USB Implementers Forum en levert 80 Gbit/s en zelfs 120 Gbit/s in asymmetrische modus.

USB4 werd aangekondigd in maart 2019. De USB4-specificatie versie 1.0, uitgebracht op 29 augustus 2019, gebruikt "Universal Serial Bus 4" en in het bijzonder "USB4", dat wil zeggen dat de korte merknaam opzettelijk geen scheidingsruimte heeft ten opzichte van de eerdere versies. Verschillende nieuwsberichten vóór de release van die versie gebruiken de terminologie "USB 4.0" en "USB 4". Ook na publicatie van ds. 1.0 schrijven sommige bronnen "USB4", bewerend "om de manier weer te geven waarop lezers zoeken".

Op 1 september 2022 kondigde de USB Promoter Group de aanstaande release van de USB4 versie 2.0-specificatie aan, en de specificatie werd vervolgens uitgebracht op 18 oktober 2022.

Op het moment van publicatie van versie 1.0 waren promotorbedrijven met werknemers die deelnamen aan de technische werkgroep USB4-specificatie: Apple Inc., Hewlett-Packard, Intel, Microsoft, Renesas Electronics, STMicroelectronics en Texas Instruments.

Doelen die in de USB4-specificatie worden vermeld, zijn het vergroten van de bandbreedte, het helpen convergeren van het ecosysteem van de USB-C-connector en "het minimaliseren van verwarring bij eindgebruikers". Enkele van de belangrijkste gebieden om dit te bereiken, zijn het gebruik van één type USB-C-connector, terwijl de compatibiliteit met bestaande USB- en Thunderbolt-producten behouden blijft.

Op 29 april 2020 werd DisplayPort Alt Mode versie 2.0 uitgebracht, die DisplayPort 2.0 via USB4 ondersteunt.

Modi voor gegevensoverdracht

[bewerken | brontekst bewerken]

USB4 biedt op zichzelf geen generiek mechanisme voor gegevensoverdracht of apparaatklassen zoals USB 3.x, maar dient vooral als een manier om andere protocollen zoals USB 3.2, DisplayPort en optioneel PCIe te tunnelen. Hoewel het een native Host-to-Host-protocol ondersteunt, is het, zoals de naam al aangeeft, alleen beschikbaar tussen twee verbonden hosts; het wordt gebruikt om Host IP Networking te implementeren. Daarom, wanneer de host en het apparaat geen optionele PCIe-tunneling ondersteunen, is de maximale niet-weergavebandbreedte beperkt tot 20 Gbit/s (USB 3.2), terwijl alleen 10 Gbit/s (USB 3.2) verplicht is.

USB4 specificeert tunneling van:

  • USB 3.2 ("Enhanced Superspeed")-tunneling
  • Op DisplayPort 1.4a gebaseerde tunneling
  • Op PCI Express (PCIe) gebaseerde tunneling

USB4 vereist ook ondersteuning voor DisplayPort Alternate Mode. Dat betekent dus dat DP kan worden verzonden via USB4-tunneling of via DP Alternate Mode.

DisplayPort Alt Mode 2.0: USB 4 ondersteunt DisplayPort 2.0 met de alternatieve modus. DisplayPort 2.0 ondersteunt 8K-resolutie bij 60 Hz met HDR10-kleur en kan tot 80 Gbit/s gebruiken, wat dezelfde hoeveelheid is die beschikbaar is voor USB-gegevens, maar slechts in één richting.

Verouderde USB (1.x–2.x) wordt altijd ondersteund met behulp van de speciale kabels in de USB-C-connector.

Sommige overdrachtsmodi worden ondersteund door alle USB4-apparaten, maar de ondersteuning voor andere is optioneel. De vereisten voor de ondersteunde modi zijn afhankelijk van het type apparaat.

Ondersteuning van overdrachtsmodus door eindpunten
Modus Host Hub Randapparaat
Ouderwetse USB (1.x-2.x) (Maximaal 480 Mbit/s) Ja Ja Ja Ja Ja Ja
USB4.0 20 Gbit/s Vervoer Ja Ja Optioneel
USB4.0 40 Gbit/s Vervoer Optioneel
Getunneld USB3.2 (10 Gbit/s) Ja Ja Ja Ja
Getunneld USB3.2 (20 Gbit/s) Optioneel Optioneel Optioneel
Getunneld DisplayPort Ja Ja Ja Ja
Getunneld PCI Express Optioneel
Host-naar-Host Communicaties Ja Ja
DisplayPort Alternatieve Modus Optioneel
Thunderbolt Alternatieve Modus Optioneel
USB-C Alternatieve Modus Optioneel
Vergelijking van overdrachtsmodi
Modusnaam Oude benaming Codering Meerdere banen Baansnelheid
(Gbit/s)
Nominale snelheid USB-IF marketingnaam Logo
(Gbit/s) (GB/s)
USB 3.2 Gen 1×1 USB 3.0, USB 3.1 Gen 1 8b/10b Enkel 5 5 0,625 SuperSpeed USB 5Gbps
USB 3.2 Gen 1×2 Dubbel 10 1,2
USB 3.2 Gen 2×1 USB 3.1 Gen 2 128b/132b Enkel 10 SuperSpeed USB 10Gbps
USB 3.2 Gen 2×2 Dubbel 20 2,4 SuperSpeed USB 20Gbps
USB4 Gen 2×1 64b/66b Enkel 10 1,2
USB4 Gen 2×2 Dubbel 20 2,4 USB4 20Gbps
USB4 Gen 3×1 128b/132b Enkel 20
USB4 Gen 3×2 Dubbel 40 4,8 USB4 40Gbps
USB4 Gen 4×1 PAM-3 Enkel 40
USB4 Gen 4×2 Dubbel 80 9,6 USB4 80Gbps
USB4 Gen 4 Asymmetrisch Drievoudig 120 14,4 USB4 120Gbps

USB4 Gen 2 verschilt van USB 3.2 Gen 2. Ze geven alleen dezelfde snelheid aan, namelijk 10 Gbit/s, maar ze zijn anders gecodeerd op de elektrische laag.

Hoewel USB4 vereist is om dual-lane-modi te ondersteunen, gebruikt het single-lane-bewerkingen tijdens initialisatie van een dual-lane-link; single-lane link kan ook worden gebruikt als een fallback-modus in het geval van een lane bonding-fout.

In de Thunderbolt-compatibiliteitsmodus zijn de lijnen iets sneller met 10,3125 Gbit/s (voor Gen 2) en 20,625 Gbit/s (voor Gen 3), zoals vereist door Thunderbolt-specificaties (dit worden legacy-snelheden en afgeronde snelheden genoemd. Na verwijdering van 64b/66b codering worden die ook rond, 20,625/66*64 = 20 Gbit/s.

Vermogensafgifte

[bewerken | brontekst bewerken]

USB4 vereist USB Power Delivery (USB PD). Een USB4-verbinding moet worden onderhandeld over een USB PD-contract voordat deze tot stand kan worden gebracht. Een USB4-bron moet minimaal 7,5 W leveren (5 V, 1,5 A) per poort. Een USB4-sink heeft minder dan 250 mA nodig (standaard), 1,5 A, of 3 A @ 5 V vermogen (afhankelijk van USB-C-weerstandconfiguratie) vóór USB PD-onderhandeling. Met USB PD, tot 240 W aan vermogen is mogelijk met 'Extended power range' (5 A op 48 V). Voor 'Standard Power range' is tot 100 W mogelijk (5 A op 20 V).

Thunderbolt 3-compatibiliteit

[bewerken | brontekst bewerken]

De USB4-specificatie stelt dat een ontwerpdoel is om "compatibiliteit met het bestaande ecosysteem van USB- en Thunderbolt-producten te behouden". Compatibiliteit met Thunderbolt 3 is vereist voor USB4-hubs; het is optioneel voor USB4-hosts en USB4-randapparatuur. Compatibele producten moeten een 40 Gbit/s-modus, minimaal 15 W geleverd vermogen en een andere klok hebben; implementeerders moeten de licentieovereenkomst ondertekenen en een Vendor ID registreren bij Intel.

Pinout type-C-aansluiting (uiteinde-aanzicht)

USB4 heeft 24 pinnen in een symmetrische USB type C-schaal. USB4 heeft 12 A-pinnen aan de bovenkant en 12 B-pinnen aan de onderkant.

USB4 heeft twee rijstroken met differentiële SuperSpeed-paren. Baan één gebruikt TX1+, TX1-, RX1+, RX1- en baan twee gebruikt TX2+, TX2-, RX2+, RX2-. USB4 draagt gegevens over met 20 Gbp/s per baan. USB4 behoudt ook de differentiële D+ en D- voor USB 2.0-overdracht.

De CC-configuratiekanalen hebben de rol van het creëren van een relatie tussen aangesloten poorten, het detecteren van de plug-oriëntatie vanwege de omkeerbare USB type C-shell, het ontdekken van de VBUS-voedingspinnen, het bepalen van de rijstrookvolgorde van de SuperSpeed-rijstroken, en ten slotte maakt het USB-protocol de CC-configuratiekanaal dat verantwoordelijk is voor het invoeren van de USB4-werking.

Type-C-aansluiting Een pin-indeling
Pin Naam Beschrijving
A1 GND Aarde
A2 SSTXp1 ("TX1+") SuperSpeed differentieel paar #1, TX, positief
A3 SSTXn1 ("TX1-") SuperSpeed differentieel paar #1, TX, negatief
A4 V- BUS Busstroom
A5 CC1 Configuratiekanaal
A6 Dp1 USB 2.0 differentieel paar, positie 1, positief
A7 Dn1 USB 2.0 differentieel paar, positie 1, negatief
A8 SBU1 Zijbandgebruik (SBU)
A9 V- BUS Bus stroom
A10 SSRXn2 ("RX2-") SuperSpeed differentieel paar #4, RX, negatief
A11 SSRXp2 ("RX2+") SuperSpeed differentieel paar #4, RX, positief
A12 GND Aarde
Type-C houder B-penindeling
Pin Naam Beschrijving
B12 GND Aarde
B11 SSRXp1 SuperSpeed differentieel paar #2, RX, positief
B10 SSRXn1 SuperSpeed differentieel paar #2, RX, negatief
B9 V- BUS Busstroom
B8 SBU2 Zijbandgebruik (SBU)
B7 Dn2 USB 2.0 differentieel paar, positie 2, negatief [a]
B6 Dp2 USB 2.0 differentieel paar, positie 2, positief [a]
B5 CC2 Configuratiekanaal
B4 V- BUS Busstroom
B3 SSTXn2 SuperSpeed differentieel paar #3, TX, negatief
B2 SSTXp2 SuperSpeed differentieel paar #3, TX, positief
B1 GND Aarde
  1. a b Er is slechts één niet-SuperSpeed differentieel paar in de kabel. Deze pin is niet aangesloten in de stekker/kabel.

Software-ondersteuning

[bewerken | brontekst bewerken]

USB4 wordt ondersteund door:

Hardware-ondersteuning

[bewerken | brontekst bewerken]

Tijdens CES 2020 hebben USB-IF en Intel hun intentie uitgesproken om USB4-producten toe te staan die alle optionele functionaliteit ondersteunen als Thunderbolt 4-producten. De eerste producten die compatibel waren met USB4 waren de Tiger Lake- processors van Intel, en eind 2020 kwamen er meer apparaten op de markt. Brad Saunders, CEO van de USB Promoter Group, verwacht dat de meeste pc's met USB4 Thunderbolt 3 zullen ondersteunen, maar voor telefoons zullen de fabrikanten minder snel Thunderbolt 3-ondersteuning implementeren.

Op 3 maart 2020 kondigde Cypress Semiconductor nieuwe Type-C power (PD)-controllers aan die USB4, CCG6DF als dubbele poort en CCG6SF als enkele poort ondersteunen.

In november 2020 onthulde Apple de MacBook Air (M1, 2020), MacBook Pro (13-inch, M1, 2020) en de Mac mini (M1, 2020) met twee USB4-poorten.

Lijst van Apple-apparaten met USB4-poorten:

  • MacBook Air (M2, 2022)
  • MacBook Pro (13-inch, M2, 2022)
  • iMac (24-inch, M1, 2021)
  • MacBook Pro (13-inch, M1, 2020)
  • MacBook Air (M1, 2020)
  • Mac mini (M1, 2020)

AMD verklaarde ook dat Zen3+(Rembrandt)-processors USB4 zullen ondersteunen. AMD heeft echter alleen ondersteuning aangekondigd voor USB 3.2 Gen2x2 in Zen 4 -processors die in september 2022 zijn uitgebracht.

[bewerken | brontekst bewerken]