USB 4、Thunderbolt 4登場,隨蘋果Mac現身的新接頭是什麼來頭?強在哪裡?

2020.12.22 by
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USB 4、Thunderbolt 4登場,隨蘋果Mac現身的新接頭是什麼來頭?強在哪裡?
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蘋果先前推出搭載M1晶片的Mac系列產品,除了產品本身的話題之外,也讓USB 4以及Thunderbolt 4進入大眾的視野。兩者的亮點特性一次看!

隨著搭載M1晶片的Mac產品線發布,USB 4也逐漸進入大眾的視野中。不過,蘋果官網的MacBook Pro介紹圖或許會讓很多人一頭霧水,明明標註為USB4,但速度為何只提到USB 3.1第二代?

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此外,為什麼宣傳圖裡將Thunderbolt 4和USB 4放在一起?USB 4和原先的USB 3協議哪些不同?以及最新的Thunderbolt 4(簡稱TB 4)有哪些改變?你將能在這篇文章裡得到解答。

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比USB 3更好的USB 4來了

USB 4是最新一代USB規範標準,帶來下列的特性:

  • 更方便:統一的形狀
  • 更合理:透過「隧道」進行傳輸
  • 更相容:不僅相容現在,也相容未來

統一的形狀

統一的接頭
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USB 4將只有Type-C這樣形狀的接頭,和TB 3接頭上保持完全一致,且最低也會保障USB 2(480Mbps)的速度,足以滿足簡單的數據傳輸需求。基於上述,相信大家以後帶Mac出門,其意義上,可以只帶一根或者兩根線(C-Lightning)就能出門。

全新的數據「隧道」

USB 4不使用傳統的數據傳輸機制,而是採用「隧道」的方式,在整條資料鏈路上劃分出不同的「隧道」用來傳輸數據,目前USB 4支援以下三種隧道:

  • 數據傳輸:USB 3.2隧道
  • 影像傳輸:DisplayPort 1.4a隧道
  • 可選隧道:PCI-E隧道

為方便理解,這裡舉個例子:將USB 4理解成一個可以隨時調整車道的公路。數據傳輸(小汽車)、影像傳輸(SUV)和大型數據傳輸(大貨車)都可以從這個線上(公路)經過;由於(車道)可以隨時發生改變,所以可以根據即時數據傳輸速度(車流量),調整每個隧道的最大速度(有多少車道),做到充分利用頻寬。

對於數據傳輸通道和PCI-E隧道,這種可以同時建立多個相同隧道的類型,頻寬也可以被充分利用。例如,給新Mac接上支援USB 4的USB擴充埠,也同時接上多個隨身碟和SSD,當一個隨身碟傳輸數據,佔用掉擴充埠10%左右的頻寬,剩下90%的頻寬可以釋放給高速外接SSD使用,相較於舊版本的USB協議,所有裝置平均分享的總頻寬要好上許多。

USB 3.1的第二代隧道
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因此,明明是USB 4協議,在搭載M1晶片的Mac上,其技術詳情裡標記的卻是USB 3.1第二代(也就是USB 3.2一代)的主要原因。在USB 4的狀態下,數據傳輸時的速度只有USB 3.2 10Gbps的速度。那麼USB 4最大40Gbps的速度是如何達到的呢?

兩倍的速度,但高速傳輸卻更複雜了

如果僅支援透過USB 3.2隧道傳輸數據,那麼USB 4只強制要求10Gbps的數據傳輸頻寬,也可以選擇20Gbps的數據傳輸頻寬。如果加上顯示傳輸所需要的頻寬,USB 4強制要求的頻寬則是20Gbps,也可以選擇40Gbps的高速版本(擴充埠強制需要),一切全部由廠商決定。

由於存在非常多的可選項目,所以將介面、轉接器和外接裝置在支援USB 4以後的速度歸納出來,方便大家日後查詢:

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和其他協議的相容

DisplayPort 2.0

雖然USB 4本身已經支援DisplayPort 1.4a的影像傳輸標準——支援8K 60FPS或者4K 120FPS的影像傳輸,這個標準能夠滿足未來3–5年的需求,但是更久以後呢?USB 4選擇的是相容DisplayPort 2.0,也就是USB 4的DisplayPort Alt Mode。這也是為什麼M1晶片沒有具體標註DisplayPort版本的主要原因,因為這個Type-C接頭能夠在DisplayPort 1.4a與DisplayPort 2.0適用,方便在需要的時候能夠隨時切換。

透過DisplayPort 2.0,最大可以推動一個60Hz 10bit色彩深度的可壓縮16K HDR顯示器,或是一個60Hz 10bit色彩深度的無壓縮10K SDR顯示器,足以能夠滿足未來8–12年的顯示需求。

Thunderbolt 3與Thunderbolt 4

想要更快速的傳輸,還是要靠Thunderbolt 3&4。但USB 4對Thunderbolt 3&4都是可選相容性,不過一般支援PCI-E隧道的USB 4就是相容TB協議的,如搭載M1晶片的Mac。如果相容TB協議,USB 4還能支援網路傳輸、PCI-E外接擴展、菊花鏈拓撲等特性。

由於TB的特殊性,當USB 4運作於TB相容模式的時候,每個鏈路都會比原來更快一些。

PD協議

PD協議也算是我們的「老朋友」,同樣USB 4也支援PD協議,規定每個USB 4介面至少支援7.5W供電,最大支援100W的供電。

USB 4還考慮到PD連接之前的功率,規定在PD協商之前,每個USB 4介面需要提供5V的電壓,和下列三項中的任何一個<250mA(預設)、1.5A和3A電流。

透過全新的USB 4,你不僅可以使用一根線完成筆電的擴展螢幕、傳輸數據、甚至外接GPU暢玩遊戲,甚至還會智慧分配頻寬讓該快的更快,其他不需要的裝置更加節省頻寬。

「小」更新的Thunderbolt 4協議

TB 4和其他協議的對比。
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總結來說,TB 4沒有太大的升級,但確實減少使用者許多的麻煩。。

更統一

先前TB 3時,雖然以最大速度40Gbps為宣傳,但實際上還是有最大速度20Gbps的版本(Alpine Ridge)。而這次更新,完整寫明了TB 4的最大速度,且只有40Gbps這個選項,讓用戶能清楚對比。

TB 4對USB4是完整相容,再也不會出現買了根很貴的線卻用不了的情況,萬能線認準TB 4就好。

更安全

強制開啟DMA保護,能夠阻止外圍裝置未經許可直接訪問記憶體。Surface系列一直不支持TB的原因,正是因為先前的外圍裝置可以直接訪問記憶體,存在著安全的問題。

更方便

TB 4至少有一個介面能保留充電的功能,大部分在外出的場景時,可以用一個PD充電器解決。以往有不少游戲筆電支持TB 3卻不支持充電,出門還要背著體積很大的電源才行,但未來這個情況應該會少很多了。

TB 4的擴充埠還允許外接滑鼠和鍵盤來喚醒電腦,在一根線連接電腦、顯示器、擴充埠、外接硬碟的場景裡,應該會變得更加容易使用。

TB 4介面也將支持雙路伺服器4K輸出。原本在使用擴充埠時,只能輸出一個4K 60Hz畫面,另一個4K 60Hz畫面需要用另外一根TB電纜。未來使用一個TB 4的擴充埠,甚至是一根TB 4電纜就可以同時支持2個4K顯示器的輸出。這可能也是為什麼新Mac不支持TB 4的主要原因,因為搭載M1晶片的Mac透過Type-C外接顯示器時,只能連接一台。

總結來說,TB 4並沒有大幅度的升級,卻也沒有把Type-C做得更複雜——不會讓普通用戶更加困惑:「明明都是Type-C,為什麼這個線用不了?」除此之外,TB 4能夠完整相容USB4,也就是可以將TB 4和USB4 40Gbps畫上等號,用戶在選購時不會再搞錯了,且不會再出現將昂貴的線接在電腦和硬碟上,卻發現速度只有USB 2.0這樣令人沮喪的情況。

責任編輯:文潔琳、蕭閔云
本文授權轉載自:少數派

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