ShibaMaru

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沿用 Type-C 接口、USB 4 / Thunderbolt 4 連接埠來了!但它們是什麼?

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大家現在一定很常聽到「USB」這個詞,除了一般口語中會直接用它當作隨身碟代名詞以外(其實是不一樣的東西😂…),在電腦領域中還有「Unuversal Serial Bus」的意思、中文譯作「通用序列匯流排」,主要是電腦系統和外部裝置連結的標準介面之一,而隨身碟之所以常被誤作 USB,只是因為它們都採用這個介面作為傳輸接口而已。至於 USB 介面本身目前最常見的已經來到 Type-C 樣式,在此之前還有 USB Type-A 和 Type-B 等等,不過本文為了減少大家的負擔(畢竟真的亂…),不會講太多有關後面兩者的內容,主要將會以 Type-C 和現行即將到來的新標準為主。

關於 USB 的新標準也就是 USB-IF 開發者論壇去年公布的 USB 4 標準(現為 1.0 版本),目前市面上唯一具備這個接口的裝置只有蘋果剛推出不久的 M1 版本 MacBook 筆電和 Mac Mini,這個 USB 4 主要會帶來幾個重點特性:

  • 更方便:外型統一
  • 更合理:新的「隧道」傳輸
  • 更相容:展望過去、迎向未來!(聽起來很威)

先說更方便這點,USB 4 在外型上沿用目前常見的 Type-C 接口,它長得就跟大家現在手上的新 Android 手機充電孔一樣、也跟 MacBook 上使用的唯一接口相同,拋棄過往時常容易讓人搞混的 Type-A、Type-B、甚至 Micro 系列介面(這邊就不細談了)。

而實際上 USB 4 接口的外型也和現有的 Thunderbolt 3 相同(這等等再說、還有 Thunderbolt 4 呢!),所以理論上來說,以後大家如果是用新 MacBook 筆電出門工作的話,只要帶一條 Type-C 傳輸線就能安心上路(嗯?),或者頂多對應 iPhone 再帶一條 Type-C 轉 Lightning 線就能搞定。

接著是全新的「隧道」數據傳輸,傳統的 USB 接口採用數據傳輸機制,你會發現有時市面上買的充電線只會提供充電功能、但接上電腦後卻不能讀取裝置資料。新的 USB 4 將不會有這個問題,「隧道」的傳輸設定下,讓 USB 4 能在不同模式下以不同的通道來傳輸數據,目前主要包含三種:

  1. 數據傳輸:採 USB 3.2 隧道
  2. 影像傳輸:採 DisplayPort 1.4a 隧道
  3. 可選隧道:PCIe 隧道
USB 4 目前的正式官方圖標,未來新品推出時可藉由該標章認證。

試著把 USB 4 的隧道想像成可以隨時調整車道的公路(而非簡單的幾線道),數據傳輸、影像傳輸和大型數據傳輸可以理解成不同類型的車輛,每種車輛都可以同時在這條道路上行駛,這條道路最自動根據不同的車流量(也就是數據傳輸速度)自動調整每種車輛可擁有幾條車道行駛,這樣就不會彼此影響,造成大塞車(佔用頻寬)的問題。實際應用在現實生活中的話,也就是如果你幫新 M1 MacBook 筆電購買對應的 USB 4 集線器(Hub)的話,在傳輸資料和外接螢幕的同時,兩者之間並不會影響傳輸速度。

在傳輸速度方面,USB 4 最基本強制一定要具備至少 10Gbps 的傳輸速度,你可能會覺得「說好的 40Gbps 呢?」,這是在其他可選的選項中而定,也就是說廠商在設定產品具備 USB 4 接口功能時,如果只要需要 USB 3.2 隧道單純傳輸數據的話,那至少最低要有 10Gbps 的速度、但也可以選擇 20Gbps 傳輸速度;倘若要再額外加上影像傳輸(也就是外接螢幕)所需頻寬的話,那就至少強制要有 20Gbps 了,這時也可以額外選擇 40Gbps 的高速版本(如果是擴充埠的話就強制一定要有),這些設定都是廠商可以自由決定,畢竟多一個功能、產品就貴上一分。至於日後 USB 4 全面導入新世代電子產品後,其採納的是那些模式大家就要仔細看看囉!

最後回到更相容這點,USB 4 先天上因為採納 Type-C 外型的關係就已經能支援現有的多數新品,包含 Android 手機、MacBook 筆電、甚至部分集線器、隨身碟等等。而在內部和其他標準的相容設定上,在影像傳輸部分 USB 4 相容於 DisplayPort 2.0(也就是 DisplayPort Alt Mode),USB 4 本身是已經支援前面提到的 DisplayPort 1.4a 版本,但為了應付更久以後的使用需求,才有了相容 DisplayPort 2.0 標準的功能,這個標準是目前較新的影像傳輸版本(至少在 DisplayPort 這方面來說),足夠推動一台 60Hz 10bit 色彩成像的可壓縮 16K HDR 顯示器,或是一台 60Hz 10bit 色彩成像的無壓縮 10K SDR 顯示器,雖然有很多天文名詞😅,但大家只要知道現階段較高階的創作者顯示器多數仍停留在 4K 10bit HDR 等級、甚至蘋果自己的 ProDisplay XDR 也還是最高 6K 10bit HDR 左右的程度,可理解 USB 4 相容的 DisplayPort 2.0 影像輸出能夠滿足在未來展望性還能走好長一段路。

另一個相容部分則是和 Thunderbolt 3 和 Thunderbolt 4 的支援,這部分其實就是剛才在「隧道」篇章時提到的「PCIe 隧道」部分。

這邊我們岔開話題先說一下,Thunderbolt 3 和 Thunderbolt 4 兩者之間在理論傳輸速度上並無差異、都是 40Gbps,不過新標準(Thunderbolt 4)加入了許多最低需求項目,如果裝置需要通過認證測試,就必須滿足這些最低需求。首先是必須將資料傳輸速度從原先的 PCIe 3.0 x2(16Gbps)提升至 PCIe 3.0 x4(32Gbps),而且還必須通過 USB 4 的相容測試,影像傳輸部分則是從原先僅支援單一 4K 畫面提升為 2 個,且將線材長度提升至 2 公尺。

另外,Thunderbolt 4 也支援 PD 充電,所以如果是充電功率小於 100W 的筆電,就需要提供至少一組可充電的接口,才能通過測試。Thunderbolt 4 也針對資料安全部分做了額外強化,須支援以 VT-d 為基礎的 DMA 資料保護措施,這部分原先在 Thunderbolt 3 標準時是採用選配的支援項目。

  • 編按:以上這部分基本上都是對於廠商端比較重要,一般大家只要知道 Thunderbolt 4 速度會更快、集線器擴充能力更強、資料更安全、並且相容於 USB 4 就可以了。

回過頭來看 USB 4 這部分,雖然新的 Thunderbolt 4 標準必須相容於 USB 4(是必修課),但 USB 4 是否要支援 Thunderbolt 4 就變成廠商的自由(反而變選修),不過如果廠商選擇提供 PCIe 隧道支援的話,基本就代表其相容 Thunderbolt 4 標準,比如新推出的蘋果 M1 MacBook 筆電就有支援。如果 USB 4 有相容 Thunderbolt 4 標準的話,該接口還能同時支援網路傳輸、PCIe 外接擴充(像是外接顯示卡)等等,使用的彈性也會更大。(但蘋果 M1 電腦們目前尚不支援外接顯卡、原因不明,可能未來才有機會更新)

最後一個 USB 4 相容的重點標準則是 PD 協議,規定每個 USB 4 接口至少支援 7.5W 供電,最大支援 100W 的供電。也就是說,如果未來你買到的筆電具備 USB 4 接口並且支援 PD 快充的話,就可以直接利用同樣具備 PD 標準的行動電源幫裝置充電,進一步減少出外時所需攜帶的線材,在日常使用上也會方便許多。

那麼現在的重點就是具備 USB 4 接口的裝置什麼時候才會正式和大家見面,畢竟 USB 4 和 Thunderbolt 4 兩項標準的規範內容都已經正式公布半年了,但目前唯一具備 USB 4 接口的只有蘋果 M1 系列電腦們,而且它們都是具備 Thunderbolt 4 標準、能提供額外進一步功能的接口(比較高階一點),對於一般大眾來說,基本的 USB 4 是能帶動普及的主流。這關鍵推動者勢必就落在 Intel 和 AMD 兩大處理器廠商的肩上,目前最新的消息來看,知名記憶體 IC 無晶圓廠商鈺創已經通過供應鏈認證,今年應該就會進入大量出貨階段,上半年就會開始看到具備 USB 4 接口的 Intel 和 AMD 筆電亮相,所以現在想買筆電的人可以先再忍忍~


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