USB4

USB4（Universal Serial Bus 4）是USB4規範中指定的USB系統，USB開發者論壇於2019年8月29日發布了其1.0版本。^[1]

USB4

類別	USB
產品歷史
設計者	USB Promoter Group
設計時間	2019年8月29日，​6年前​（2019-08-29）
前身	USB 3.2
Daisy chain	No
音頻信號	DisplayPort
視頻信號	DisplayPort
連接器	USB-C
電力
最大電壓	48 V (PD 3.1)
最大電流	5 A (PD)
數據
數據信號	是
比特率	20 Gbit/s（可選最高至120 Gbit/s）

與以往的USB協議標準不同，USB4需要USB-C連接器，並且要需要USB PD的支持以進行供電。與USB 3.2相比，它允許建立DisplayPort和PCI Express隧道。這種架構定義了一種與多個終端設備類型動態共享單個高速鏈路的方法，該方法能夠最好地按類型和應用處理數據傳輸。USB4產品必須支持20Gb/s的吞吐量，並可選擇性支持40或80Gb/s的吞吐量（上、下載速度對稱）。非對稱傳輸模式下，最高速度可達120Gb/s，另一方向則減至40Gb/s。由於進行了隧道傳輸，當傳輸混合數據時，即使只以 20 Gbit/s 的速率傳輸數據，實際的數據傳輸速率可能比USB 3.2更高。

USB4規範基於Thunderbolt 3協議規範。^[2]

總覽

名稱

USB4規範版本1.0（於2019年8月29日發布）使用「Universal Serial Bus 4」（「通用串行總線 4」）和「USB4」的名稱。該版本發布之前的一些新聞報道使用術語「USB 4.0」和「 USB 4」^[3][4]。即使在修訂版1.0發布之後，有些人還是故意寫了「USB 4」，聲稱是「為了反映讀者搜索的方式」^[5]。

技術規範

USB4規範

歷史

2019年3月，USB4首次正式宣布^[6][7]。

貢獻者

在1.0版發布時，蘋果（Apple）、惠普（hp）、英特爾（Intel）、微軟（Microsoft）、瑞薩電子（Renesas）、意法半導體（ST）、德州儀器（TI）這些公司的員工參加了標準技術工作組。

設計目標

USB4規範中闡明的目標是更高的傳輸帶寬，幫助融合USB-C連接器的生態並「最大程度地減少終端用戶的困惑」。實現此目的的一些關鍵領域是使用單個類型的USB-C連接器，同時保持與現有USB和Thunderbolt產品的兼容性。^[8]

數據傳輸方式

USB4本身不提供任何的通用數據傳輸機制或設備類（不像USB 3.x），而是主要用於提供隧道以傳輸其他協議（如USB 3.2，DisplayPort和可選的PCIe）。儘管它確實提供了原生的「主機到主機」協議，但顧名思義，它僅在兩個連接的主機之間可用，並用於實現主機IP網絡。因此，當主機與設備不支持可選的PCIe隧道傳輸時，最大非顯示帶寬被限制為USB 3.2 20Gbps，而僅有USB 3.2 10Gbps是強制實現。

USB4支持如下的隧道傳輸協議：

• USB 3.2（「增強型超高速」）隧道
• 基於DisplayPort 1.4a的隧道
• 基於PCI Express（PCIe）的隧道

USB4還需要支持DisplayPortAlternate Mode（備選模式）。因此可以使用USB4隧道或該備選模式傳送DisplayPort信號。^[9]

USB-C連接器中的專用線始終支持USB 2.0。

數據傳輸模式支持

某些傳輸模式是所有設備都支持的，但對其他傳輸模式的支持是可選的。這取決於設備的類型。

數據傳輸模式的支持情況^[1]

類型	主機	集線器	外設
USB 2.0 (480 Mbit/s)	是	是	是
USB4 20 Gbit/s 傳輸	是	是	是
USB4 40 Gbit/s 傳輸	選擇性	是	選擇性
USB 3.2 (10 Gbit/s) 隧道	是	是	選擇性
USB 3.2 (20 Gbit/s) 隧道[10]	選擇性	選擇性	選擇性
DisplayPort隧道	是	是	選擇性
PCI Express隧道	選擇性	是	選擇性
主機到主機（Host-to-Host）通信	是	是	不適用
DisplayPort Alternate Mode	是	是	選擇性
Thunderbolt Alternate Mode	選擇性	是	選擇性
USB-C Alternate Modes	選擇性	選擇性	選擇性

USB 數據傳輸模式

USB4 數據傳輸模式

名稱	圖標	規範				雙通道	編碼	速率
		USB4	USB 3.2	USB 3.1[11]	USB 3.0			Gbit/s	GB/s
SuperSpeed USB 5Gbps		Does not appear	USB 3.2 Gen 1×1	USB 3.1 Gen 1	USB 3.0	否	8b/10b	5	0.5
SuperSpeed USB 10Gbps			USB 3.2 Gen 2×1	USB 3.1 Gen 2	Does not appear	否	128b/132b	10	1.2
不適用			USB 3.2 Gen 1×2	Does not appear		是	8b/10b	10	1.0
SuperSpeed USB 20Gbps			USB 3.2 Gen 2×2			是	128b/132b	20	2.4
不適用		USB4 Gen 2×1	Does not appear			否	64b/66b[a]	10	1.2
不適用		USB4 Gen 3×1				否	128b/132b[a]	20	2.4
USB4 20Gbps		USB4 Gen 2×2				是	64b/66b[a]	20	2.4
USB4 40Gbps		USB4 Gen 3×2				是	128b/132b[a]	40	4.8

1. USB4 能夠使用可選的里德-所羅門碼進行前向糾錯（RS FEC）。

USB4 Gen 2 與 USB3.2 Gen 2是不同的。它們僅有傳輸速率（10 Gbps）是相同的，但二者在電氣層上的編碼方式不同。

儘管需要支持雙通道模式，但在其雙通道連接的初始化期間仍使用了單通道操作。如果此時發生通道綁定錯誤，單通道連接也可以用作備選模式。

在Thunderbolt兼容模式下，根據Thunderbolt規格的要求，通道以10.3125 Gbps（Gen 2）或 20.625 Gbps（Gen 3）的更高速率工作。

USB-IF在COMPUTEX 2023展示最新USB4高速傳輸效能 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）^[12]

供電

在連接的建立前，需要先完成USB Power Delivery（USB PD）協商。USB4電源的每個接口必須提供至少7.5W（5V，1.5A）的供電。在USBPD協商之前，USB4設備的耗電需要小於250mA（默認）、1.5A或3A，5V（這取決於USB-C的電阻配置）。USB PD最高可提供100W 的功率。^[13]

Thunderbolt 3兼容性

USB4標準指出，USB4的設計目標是「保持與USB和Thunderbolt產品的現有生態系統的兼容性」。但是與Thunderbolt 3的兼容性僅對於主機和外設是可選的。

備用模式合作夥伴規格

DisplayPort Alt Mode 2.0

2020年4月29日，DisplayPort Alt Mode 2.0發布，它支持基於的DisplayPort 2.0。^[14]

軟件支持

2020 年 3 月 29 日發布的Linux 5.6支持USB4。^[15]

硬體支持

在2020 年國際消費電子展（CES 2020）期間，USB-IF和英特爾表示打算允許支持了所有可選功能的產品作為Thunderbolt 4產品。預計首批與兼容的產品將是英特爾的Tiger Lake系列和AMD的Zen 3系列CPU，這些產品將於2020年末發布。

支持的設備有望在 2020 年出現。^[16][17]

2023年 ASMedia’s ASM2464PD USB4 Device Silion World's First to Receive USB-IF Certification （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）^[18]

全球第一個支援USB4 & Thunderbolt4 的非Intel陣營晶片於2024年獲USB-IF及 Thunderbolt4認證ASMedia^[19]

USB Promoter Group 首席執行官 Brad Saunders 預計，大多數帶有的個人電腦將支持 Thunderbolt 3。但對於手機，製造商不太可能實現對 Thunderbolt 3 的支持。^[5]

2020年3月3日，賽普拉斯半導體宣布推出支持的新控制器。其中包括雙端口的 CCG6DF 和單端口的 CCG6SF。^[20]