USB 3.2 Gen 2 и проблемы стандартизации

Между выходом технологий USB 2.0 и USB 3.0 прошло много лет и преимущество новинки было очевидным — десятикратный прирост скорости. Но затем обновления самого распространенного проводного интерфейса начали появляться, словно грибы после дождя. В период с 2013-го по 2019 год была представлена целая россыпь новых стандартов, которым по несколько раз меняли названия.

Сначала маркетологи пришли к названиям вроде Superspeed USB и SuperSpeed+ USB dual line. Однако из-за того, что стандарт буквально каждый день обрастал новыми функциями, довольно быстро все скатилось в производственный хаос ― USB 3.0 (он же USB 3.1 Gen 1) переименовали в USB 3.2 Gen 1×1, USB 3.1 (он же USB 3.2 Gen 2) переименовали в USB 3.2 Gen 2×1, а USB 3.2, существовавшая в двух вариантах, стала обозначаться как USB 3.2 Gen 1×2 и USB 3.2 Gen 2×2.

Если на этом месте у вас в голове возник безмолвный крик «что это нафиг такое?», то вы не одиноки, ведь в этих названия путаются и техно-блоггеры, и консультанты в магазинах, и даже почтенные мужи из USB-IF.


Как видим, основное различие между всеми форматами состоит в скорости. А в названии протокола важнее не его порядковый номер, а поколение. Второе всегда быстрее первого. Если сейчас вам показалось, что это не так уж и сложно, то вот вам еще один сбивающий с толку факт ― разные девайсы с поддержкой одного и тот же USB протокола могут быть оснащены разными физическими коннекторами ― чаще всего это классический USB A и популярный нынче USB C.

Понимая, что стандартов стало слишком и никто не хочет запоминать эту чушь, выбирая ноутбук, в USB-IF решили сыграть на опережение и объединили все наработки последних лет под флагами USB4. Фактически новый стандарт является эволюцией USB 3.2 Gen 2x2, которому вдвое увеличили пропускную способность (было 20 Гбит/с, стало 40), добавили обратную совместимость со старыми версиями и четко прописали, что стандарт обязан поддерживать современные технологий вроде Power Delivery и Alt Mode.

USB4 это конструктор, который многое умеет

В отличие от любой другой версии USB, новая спецификация официально пишется без пробела перед номером версии — USB4. Генеральный директор USB Promoter Group Брэд Сондерс (Brad Saunders) объяснил, что отсутствие пробела должно отвлечь внимание от номеров версий и сфокусировать людей на названии бренда. Дескать, названия вроде USB 3.1 Gen 2 носили чисто функциональный характер и были предназначены для инженеров, а покупателям понятнее названия вроде SuperSpeed USB.

Правда ребята из USB-IF не смогли удержаться и все лишний раз не усложнять. Чтобы покупателю было удобнее, они разделили USB4 на 2 типа ― «USB4: 20» и «USB4: 40». Цифры 20 и 40 обозначают пропускную способность порта, которая измеряется в Гигабитах в секунду.

Стандарт USB4 будет использовать исключительно порт USB C. Почему так? Всё из-за его универсальности. Порт USB C ― это вроде как конструктор с 24 парными контактами, которые обеспечивают широкую пропускную способность и могут быть использованы в альтернативных режимах. Например, для того чтобы передавать изображение или энергию. Или и то, и то одновременно.

Ниже мы выбрали самые интересные возможности UBS4, которые отличают его от устаревших версий USB 3.

Параллельная работа и умное распределение ресурсов

.

USB4 крут тем, что может выполнять несколько задач параллельно. Например, выводить картинку с монитора и в то же время заряжать монитор. А это минус один кабель на столе, что уже весьма круто. Но дальше больше. В отличие от старых версий, контроллер USB4 научился динамически распределять нагрузку между каналами.

К примеру, вы используете этот порт, чтобы подключить рабочий ноутбук к 4K монитору. В какой-то момент вам понадобилось скинуть на ноутбук пачку видеоисходников с внешнего SSD. Глядя на это, порт логично решает, что монитор все-таки в приоритете и подрезанная скорость наверняка скажется на качестве изображений. А вот файлы можно копировать чуть помедленнее. Поэтому контроллер USB зарезервирует пропскную полосу в условные 15 Гбит/с для монитора, а остальные 25 Гбит/с оставит для копирования. Раньше USB контроллер делил канал надвое ― половина под видео, половина под данные, и плевать, что канала не хватает для вывода картинки в 4K.

Power Delivery и быстрая зарядка по USB

Не все современные устройства USB C поддерживают стандарт USB Power Delivery (USB PD) для передачи электроэнергии. Каждое устройство USB4 и хост должны соответствовать USB PD, что обеспечит более высокую мощность и лучшее управление питанием. Глядя на темпы роста рынка аккумуляторов и быстрых зарядок, ребята из USB-IF подстраховались и задрали планку энергопотребления повыше, чтобы был запас на будущее.

Поэтому теоретически порт USB4 может обеспечить до 100 Вт. И это круто. Но есть проблема. Даже если ноутбук оснащен соответствующим портом это не значит, что его зарядное устройство будет обладать такой же мощностью. Т.е. спецификации как бы есть, но гарантии никто не дает.

Alternate Mode и внешние мониторы

Когда Apple презентовала первые Макбуки с портом USB C у многих фанатов и хейтеров тут же пригорело ― дескать, Apple снова лишает нас входов и выходов, вынуждая покупать дорогие USB-концентраторы у Belkin и других официальных партнеров. Со временем оказалось, что порт USB C с «альтернативным режимом» ― это действительно удобно, ведь в него можно воткнуть хоть мышку, хоть флешку, хоть внешний 4K монитор.

USB4 официально узаконил внешние мониторы. Благодаря обязательной поддержке Power Delivery и Alternate Mode ноутбуки с этим портом смогут одновременно передавать на монитор и картинку, и питание. Используемый сегодня стандарт позволяет через один порт выводить изображение на один монитор с разрешением до 4K. Новый USB4 сможет передавать по одному порту картинку сразу не несколько 4K дисплеев с HDR и высокой частотой обновления. Либо использовать один 8K-монитор с частотой обновления 60 Гц и активированным HDR. В спецификациях стандарта заявлена возможность зарядки мощностью до 100 Вт.

Обратная совместимость USB4 со старыми версиями USB

Основным приоритетом стандарта USB всегда была обратная совместимость. Официально USB4 будет совместим со всеми предшественниками вплоть до USB 2.0. При таком подключении потребуется переходник для соединения портов USB A и USB C, а передача данных будет осуществляться на максимально доступной скорости, которая доступна младшей версии USB. Проще говоря старый порт USB 2 не станет быстрее, если вы подключите его к накопителю с USB4.

Устройства с портами USB C и стандартами USB 3.1/3.2 будут работать без переходников, а максимальная скорость передачи данных может достигать 40 Гбит/с, соответственно. Гаджеты с поддержкой USB4 будут требовать соответствующие кабели для достижения максимально возможной скорости передачи данных. Один из первых сертифицированных кабелей USB4 в конце 2020 года представила компания Club 3D.


Насчет совместимости с Thunderbolt 3 не все так гладко. USB4 может иметь обратную совместимость с Thunderbolt 3, но это не является обязательным требованием. Компания Intel с марта прошлого года предоставила возможность бесплатно использовать спецификации Thunderbolt 3, но за использование названия стандарта придется платить отчисления. Об этом мы поговорим ниже.

Причем тут Thunderbolt?


Внимательные читатели и владельцы МакБуков наверняка заметили, что все эти спецификации очень напоминают один нашумевший протокол под названием Thunderbolt. Он тоже позволяет подключаться к монитору, передавать энергию или обмениваться данными на сверхзвуковой скорости. Тогда в чем разница?

Тут все запутанно. Дело в том, что толчком для создания протокола USB4 стал добрый жест корпорации Intel. Той самой, которая и придумала с нуля все волшебные возможности протокола Thunderbolt. Накануне презентации протокола Thunderbolt 4 в 2019 году представители Intel совершили жест доброй воли и обнародовали все спецификации Thunderbolt 3. Раньше чтобы прикрутить поддержку Thunderbolt производителю условного ноутбука нужно было заплатить за лицензию Intel, теперь все эти прелести можно безвозмездно прикрутить к USB4.

По идеологическим причинам во вселенной USB поддержка Thunderbolt всегда была лишь дополнительной опцией. Как-никак, обычный USB создавался с прицелом на универсальность, чтобы пользователь мог использовать плюс-минус одни и те же кабели для зарядки всех своих гаджетов, будут то старенький MP3 плеер, зеркальная камера или самая обычная флешка. Поэтому в приоритете у инженеров была дешевизна и доступность, а все что мешало или увеличивало скорость разработки ― отправлялось под нож.

До поры до времени этот подход работал. Однако в прошлом десятилетии выросла совершенно новая креативная отрасль, которую представляют многочисленные художники, дизайнеры, аниматоры и специалисты по визуальным эффектам, которым требовались свои условия взаимодействия с компьютером. Например, иметь возможность подключить к ПК несколько мониторов с высоким разрешением или подружить рабочий ноутбук с внешней видеокартой. Фактически эти требования шли вразрез с принципами протокола USB, поэтому Intel и Apple объединили свои усилия чтобы создать совершенно новый стандарт передачи данных, который обойдет все старые ограничения.

Thunderbolt 4 предлагает те же 40 Гбит/с, что и Thunderbolt 3. Как и в случае текущей версии интерфейса, Thunderbolt 4 будет использовать порт USB C, только на сей раз USB4. То есть любой порт Thunderbolt 4 — это и порт USB4, но не наоборот. Фактически разница между заключается в поддержке PCI-e контроллеров и минимальной скорости передачи данных ― у Thunderbolt 4 минимум составляет 40 Гбит/с, а у USB4 скорость обмена данных находится в диапазоне от 20 до 40 Гбит/с. При этом сохранена и обратная совместимость. Кроме того, Thunderbolt 4 поддерживает два дисплея 4K либо один 8K, а также подразумевает защиту от атак DMA за счёт технологии Intel VT-d.

Однако есть загвоздка: совместимость с Thunderbolt не является частью спецификации USB4, поэтому производители не должны обязательно ее реализовывать. В итоге вы можете купить ноутбук с USB4 и обнаружить, что он не работает, например, с вашей графической док-станцией Razer Core X из-за отсутствия протокола Thunderbolt. Однако генеральный директор USB Promoter Group Брэд Сондерс ожидает, что большинство компьютеров с USB4 будут работать с Thunderbolt 3.

Вывод

Если вы немного запутались, то это нормально, ведь соперничество между USB и Thunderbolt продолжается силами Intel, хотя эти стандарты давно следовало объединить. Поэтому еще раз: USB4 ― это интерфейс, USB C ― это физический коннектор, который подключается к соответствующему порту, а Thunderbolt ― это, если упростить, надстройка интерфейса USB, которая расширяет его возможности и не может существовать в вакууме. Все возможности Thunderbolt 3 будут доступны в технике с портами USB4, а вот поддержка Thunderbolt 4 будет опциональной.