usb4 苹果M1、Intel十一代酷睿抢先支持！USB4到底好在哪儿

在苹果不久前发布的三款搭载M1芯片的Mac产品中，除了在多年后切换回苹果自主研发的芯片，带来了惊人的性能和功耗性能外，还成为第一款采用新USB4标准的设备。

全新的USB4于2019年发布。目前除了苹果终端，还有几款笔记本产品使用的是第11代Core Tiger Lake处理器，也有几款产品使用的是这个规格。

但是参考它带来的很多实用的新特性，USB4有很好的推广前景，相信在不久的将来，我们会看到大量采用这种协议的产品上市。今天我们就来说说这个新的USB规范会给我们带来什么惊喜。

USB4的主要特性

与之前最强的USB规范相比，新的USB4规范将具有更快的传输速度、更好的视频带宽管理以及与Thunderbolt 3设备的兼容性。此外，它还肩负着USB标准化组织规范USB协议命名的重要任务。

最大传输速度提高到40 Gbps

作为一种数据传输协议，USB4最关键的升级是传输速度。当使用4根规格齐全的双向通道电缆进行数据传输时，USB4设备的最高传输速度达到Thunderbolt 3接口的40Gbps，是上一代USB 3.2 Gen 2×2的两倍，为该接口更丰富的应用场景奠定了基础。

需要注意的是，虽然USB4的理论速度可以达到40 Gbps，但并不是所有的USB设备都满足最高船速标准，需要其他硬件满足最高传输速度标准，这也是限制Thunderbolt 3接口普及的重要原因。

为此，USB-IF专门制定了20 Gbps版本的USB4规范。虽然理论极限速度下降了一半，但仍然比目前主流的USB 3.x规范快很多，可以支持下面提到的一些新特性。

将视频传输协议升级到显示端口2.0

在视频传输协议方面，USB4将从DisplayPort 1.4升级到DisplayPort 2.0，这意味着USB4可以在DisplayPort Alt模式下实现8K@60Hz+HDR10视频的实时传输。参照DisplayPort 2.0协议，可以支持高达80Gbps的传输速率，可以在USB模式下实现。所以USB4在未来的视频传输带宽空上会有很大的进步。

与现有的Thunderbolt 3设备兼容

规格齐全的USB4可以兼容现有的Thunderbolt 3设备，这也是USB4规格的一个重要特点，在普及初期会大大提高该规格的可用性，也避免了Thunderbolt 2接口向Thunderbolt 3演进过程中遇到的兼容性问题的再次出现。一直都说USB4其实是迅雷3的新马甲，但是从具体应用来看，两者还是有很多区别的。我们将在后面的技术分析部分详细讨论这个问题

只提供数据传输通道，可以动态分配不同类型数据的带宽

USB4规范本身没有提供任何通用的数据传输机制，而是提供了一个数据通道，并使用其他数据传输协议来传输目标类型的数据。这一特性可以通过全新的动态分配机制大大提高数据通道的利用率。

例如，如果我们使用速率为40 Gbps的USB 4设备，我们需要使用支持PCIe通道的外部SSD来传输数据，同时传输4K视频。此时视频通道只占用12.5Gbps通道，剩下的27.5Gbps带宽可以通过USB协议或PCIe通道进行数据传输。而不是像过去那样每个通道占用固定的带宽，在视频传输过程中数据传输速度会直接限制在低速模式。

C型接口是独占的

在各种新功能的支持下，规格齐全的USB 4只能通过双向的Type-C接口传输，将不再兼容USB Type-A或USB Type-B接口。这些接口将来应该仍然会出现在集线器和扩展坞中，但是它们不能利用USB4的新功能。

这种变化也是大势所趋，因为USB-PD快速充电、多协议双向传输等功能也有Type-C接口的专属功能，其他老的USB接口在未来也会逐渐退出历史舞台。

所有符合USB4的设备都支持PD协议

现在有些Type-C设备支持基于PD协议的大功率店内传输协议，但并不是所有使用这种接口的设备都支持这种不便。在USB4时代，所有使用该规范的接口都必须支持PD协议，以保证这些设备能够获得足够的店内供电和更好的电源管理。

成本会暴涨，但是价格会比闪电3低很多。

在很多新功能的加持下，线缆、接口、外围设备的成本自然会上升。影响这种雷电接口普及的最大障碍之一就是使用成本。来推广这些新功能的USB4当然会考虑到这一点。

由于USB4不像lightning interface那样需要额外的许可费用，所以具有这些新特性的USB4线缆自然会节省大量的认证费用。从目前披露的信息来看，USB4不仅会在初期出现在闪电接口等高端产品中，还会出现在所有价位的产品中。

USB4接口与雷电接口的关系

虽然市面上有很多带Thunderbolt 3接口的外置显卡坞站，但是这么多年过去了，只有少数高端笔记本电脑和台式机会提供这种接口，而在DIY市场上，几乎没有主板产品会本土提供Thunderbolt 3接口。

由于闪电接口主要是由英特尔和苹果联合开发的标准，该接口得到了最近几代Mac产品和少数使用英特尔处理器的高端Windows笔记本的支持。

与标准USB协议相比，作为私有协议闪电协议需要额外的许可费。即使不考虑这个额外费用，它也需要在CPU上得到支持，并在使用前与额外的辅助芯片相匹配，因此使用这个接口需要支付很高的额外成本。

使用AMD处理器等移动SoCs的产品直接被英特尔拒绝，所以这个界面一直难以大规模推广，很少使用吸引人的功能。

但是英特尔已经将Thunderbolt 3协议授权给USB标准联盟，并且将核心特性和技术应用到全新的USB4规范中，所以USB4设备的完整版本在理论上可以兼容Thunderbolt 3设备，这也是该规范自发布以来备受关注的一个重要原因。

USB4协议普及后，设备厂商将不再需要向英特尔支付任何额外的许可费用，可以制造与现有Thunderbolt 3设备兼容的产品。消费者还可以以更实惠的价格享受显卡对接、超高速外置SSD、多屏4K扩展等先进技术。所以这个USB4比Thunderbolt 3/4更有市场潜力。

但需要注意的是，USB4与Thunderbolt 3的兼容性并不是硬性要求，设备厂商推出的USB4接口可能与现有Thunderbolt 3设备并不完全兼容。

以苹果最新的使用自己的M1芯片的MAC设备为例。虽然配备了Thunderbolt 3/USB4端口，但这些Macs无法使用外置显卡坞站，这也与基于ARM的处理器与现有显卡的兼容性以及PCIe通道的调用有关。

未来的平板电脑和手机也会出现同样的情况，所以设备之间的兼容性不仅仅与接口有关，还要考虑连接设备之间的兼容性。

Thunderbolt 3/4规格短期内不会因为USB4的推出而被淘汰。采用该规范的接口仍需通过intel的认证，厂商生产相应设备仍需向Intel付费，但认证产品在兼容性上肯定会有更多优势。

这种情况类似于现实产品中英伟达的G-Sync技术和通过DP1.4接口实现的FreeSync技术之间的关系。虽然FreeSync技术支持的显示器可以在兼容模式下开启G-Sync，但要完美使用G-Sync，显示器还是需要使用特殊芯片，并通过NVIDIA认证。

所以，虽然完整版的USB4理论上可以通过类似甚至相同的技术支持雷电3/4设备，并且可以实现相应的功能，但是他们在实现这个功能的过程中遵循的规范和芯片并不相同。

最重要的是，由于USB4的开源协议，其功能模块并不是固定的，厂商可以根据产品需求和成本自行选择，这意味着在大多数情况下，USB4只能实现一定的特性，而防雷认证的设备，尤其是电缆，可以完全实现这些特性。比如一根支持USB4的电缆，传输速度可能会达到40Gbps，但是会受到线材的限制。最大充电功率只能达到20W，在USB 3.x时代已经习惯了空，未来USB4也不可避免。

综上所述，Thunderbolt 3/4接口是必须通过强制认证的接口，认证后可以完全支持协议中规定的所有特性；USB4接口只是基于推荐规范的接口，满足最低要求即可使用。上限性能可以达到Thunderbolt 3的水平，但下限性能可能与目前主流的全功能c型相差不大。

它们是两种不同的技术规范，可以实现相似的功能，其中一些相互兼容。在实际应用中，Thunderbolt 3基本可以认为是USB4的完整体，USB4规范的大部分性能和应用指标也是基于现有的Thunderbolt 3规范。

USB4为什么正式拼写为“USB 4”

USB4和以前的产品在官方命名上最大的区别就是去掉了USB和后缀号之间的空空格。根据USB规范委员会的官方声明，USB4将作为品牌标识而非版本号存在，以后不会再有USB4.x这样的名称。这个操作最大的意义可以加强这个规范的logo感，就像现在无线局域网领域的Wi-Fi x命名规则一样。

相信很多朋友对以往USB规格的命名都有很多抱怨，不同产品线的命名都很贵。未来，有了USB 3.x，就有了包括USB 3.0、USB 3.1 Gen 1、USB 3.1 Gen 2以及USB 3.2的四个不同版本在内的数据传输规范，其中也包含了USB PD、USB Balt Mode等各种名词。他们的标准Logo更加丰富，消费者自然很难在视觉上区分这些协议的区别。

USB规范委员会还表示，未来的USB4将不再使用USB4.x的版本号进行规范更新。即使基于这种技术规范的产品在未来的上游速度上能有更大的突破，未来还是会叫USB4。也会促进更直观的名字的使用。就像USB 3.x被称为超高速USB一样，USB 4可能会引入一个更标记的名字，类似于视频分辨率上的480P= HD和720P=等

USB4协议产品的未来到目前为止，在国内市场销售的产品中，只有搭载M1芯片的苹果Mac系列被确定为搭载USB4接口的终端产品，而搭载第11代核心虎湖处理器的笔记本产品则搭载了更强的雷电4标准接口。虽然USB4在向后兼容，但很明显，所有高端产品都不是USB4接口最大的目标市场。

展望该规范未来的发展，目前最有潜力的方向是逐步取代基于USB3.x规范的全功能的Type-C接口，保持8K输出、超高传输带宽、两用Thunderbolt 3设备的突出特点，并将其承载在更主流的产品上，将有效推动外接显卡扩展坞、超高速外接SSD等产品的发展。

参考4~5年前Thunderbolt 3接口出现后推出的坞站外设和现在功能齐全的Type-C坞站的价格和使用体验，完全可以期待USB4能带给我们的体验。也许在不久的将来，我们可以在主流价格的轻薄笔记本电脑上以大众化的价格对接高性能显卡，手机、平板等设备也可以通过USB4外设实现更丰富更好的扩展功能。随着该标准的普及，丰富的功能将使数字设备上的接口更加统一在基于USB4的Type-C接口上，其潜在市场将非常广阔。