معرفی یو‌اس‌بی ۴

معرفی یو‌اس‌بی ۴

USB4 سیستم USB است که در مشخصات USB4 مشخص شده است. انجمن توسعه‌دهندگان USB نسخه ۱.۰ آن را در ۲۹ آگوست ۲۰۱۹ منتشر کرد. نام کامل USB4 نسل چهارم گذرگاه سریال جهانی است. این فناوری بر اساس فناوری انتقال داده "Thunderbolt 3" است که به طور مشترک توسط اینتل و اپل توسعه داده شده است. سرعت انتقال داده USB4 می‌تواند تا ۴۰ گیگابیت بر ثانیه برسد که دو برابر سرعت آخرین نسخه منتشر شده USB 3.2 (Gen2×2) است.

برخلاف استانداردهای پروتکل USB قبلی، USB4 به یک کانکتور USB-C نیاز دارد و برای تامین برق به پشتیبانی از USB PD نیاز دارد. در مقایسه با USB 3.2، امکان ایجاد تونل‌های DisplayPort و PCI Express را فراهم می‌کند. این معماری روشی را برای اشتراک‌گذاری پویای یک لینک پرسرعت با انواع دستگاه‌های ترمینال متعدد تعریف می‌کند که می‌تواند به بهترین شکل انتقال داده را بر اساس نوع و کاربرد مدیریت کند. محصولات USB4 باید از توان عملیاتی 20 گیگابیت بر ثانیه پشتیبانی کنند و می‌توانند از توان عملیاتی 40 گیگابیت بر ثانیه پشتیبانی کنند. با این حال، به دلیل انتقال تونلی، هنگام انتقال داده‌های مختلط، حتی اگر داده‌ها با سرعت 20 گیگابیت بر ثانیه منتقل شوند، نرخ انتقال داده واقعی ممکن است بالاتر از USB 3.2 (USB 3.1 Gen 2) باشد.

USB4 به دو نسخه تقسیم می‌شود: 20 گیگابیت بر ثانیه و 40 گیگابیت بر ثانیه. دستگاه‌های دارای رابط USB4 موجود در بازار ممکن است سرعت 40 گیگابیت بر ثانیه Thunderbolt 3 یا نسخه کاهش یافته 20 گیگابیت بر ثانیه را ارائه دهند. اگر می‌خواهید دستگاهی با بالاترین سرعت انتقال، یعنی 40 گیگابیت بر ثانیه، خریداری کنید، بهتر است قبل از خرید، مشخصات را بررسی کنید. برای سناریوهایی که نیاز به انتقال پرسرعت دارند، انتخاب USB 3.1 C TO C مناسب بسیار مهم است زیرا حامل اصلی برای دستیابی به سرعت 40 گیگابیت بر ثانیه است.

بسیاری از مردم در مورد رابطه بین USB4 و Thunderbolt 4 دچار سردرگمی هستند. در واقع، هم Thunderbolt 4 و هم USB4 بر اساس پروتکل اساسی Thunderbolt 3 ساخته شده‌اند. آنها مکمل یکدیگر هستند و با هم سازگارند. رابط‌ها همه از نوع Type-C هستند و حداکثر سرعت برای هر دو 40 گیگابیت بر ثانیه است.

اول از همه، کابل USB4 که ما به آن اشاره می‌کنیم، استاندارد انتقال USB است که یک مشخصات پروتکل مربوط به عملکرد و کارایی انتقال USB است. USB4 را می‌توان به عنوان "نسل چهارم" این مشخصات درک کرد.

پروتکل انتقال USB به طور مشترک توسط چندین شرکت از جمله Compaq، DEC، IBM، Intel، Microsoft، NEC و Nortel در سال ۱۹۹۴ پیشنهاد و توسعه داده شد. این پروتکل در ۱۱ نوامبر ۱۹۹۴ به عنوان نسخه USB V0.7 منتشر شد. بعداً، این شرکت‌ها در سال ۱۹۹۵ یک سازمان غیرانتفاعی برای ترویج و پشتیبانی از USB به نام انجمن پیاده‌سازی USB تأسیس کردند که همان USB-IF آشنا است و USB-IF اکنون سازمان استانداردسازی USB است.

در سال ۱۹۹۶، USB-IF رسماً مشخصات USB1.0 را پیشنهاد داد. با این حال، سرعت انتقال USB1.0 تنها ۱.۵ مگابیت در ثانیه بود، حداکثر جریان خروجی ۵ ولت/۵۰۰ میلی‌آمپر بود و در آن زمان، دستگاه‌های جانبی بسیار کمی وجود داشتند که از USB پشتیبانی می‌کردند، بنابراین تولیدکنندگان مادربرد به ندرت مستقیماً رابط‌های USB را روی مادربرد طراحی می‌کردند.

▲یو‌اس‌بی ۱.۰

در سپتامبر ۱۹۹۸، USB-IF مشخصات USB 1.1 را منتشر کرد. این بار سرعت انتقال به ۱۲ مگابیت در ثانیه افزایش یافت و برخی از جزئیات فنی در USB 1.0 اصلاح شد. حداکثر جریان خروجی ۵ ولت/۵۰۰ میلی‌آمپر باقی ماند.

در آوریل ۲۰۰۰، استاندارد USB 2.0 معرفی شد که سرعت انتقال آن ۴۸۰ مگابیت در ثانیه یا ۶۰ مگابایت در ثانیه است. این سرعت ۴۰ برابر USB 1.1 است. حداکثر جریان خروجی آن ۵ ولت/۵۰۰ میلی‌آمپر است و از طراحی ۴ پین بهره می‌برد. USB 2.0 تا به امروز هنوز مورد استفاده قرار می‌گیرد و می‌توان گفت که ماندگارترین استاندارد USB است.

با شروع از USB 2.0، USB-IF «استعداد منحصر به فرد» خود را در تغییر نام نشان داد.

در ژوئن ۲۰۰۳، USB-IF مشخصات و استانداردهای USB را تغییر نام داد و USB 1.0 را به USB 2.0 نسخه کم‌سرعت، USB 1.1 را به USB 2.0 نسخه پرسرعت و USB 2.0 را به USB 2.0 نسخه پرسرعت تغییر داد.

با این حال، این تغییر تأثیر کمی بر وضعیت فعلی در آن زمان داشت، زیرا USB 1.0 و 1.1 اساساً از مرحله تاریخی خود خارج شده‌اند.

در نوامبر ۲۰۰۸، گروه ترویج‌دهنده USB 3.0، متشکل از غول‌های صنعتی مانند اینتل، مایکروسافت، اچ‌پی، تگزاس اینسترومنتس، NEC و ST-NXP، استاندارد USB 3.0 را تکمیل و به صورت عمومی منتشر کردند. نام رسمی آن "SuperSpeed" بود. گروه ترویج‌کننده USB عمدتاً مسئول توسعه و تدوین استانداردهای سری USB است و این استانداردها در نهایت برای مدیریت به USB-IF واگذار خواهند شد.

حداکثر سرعت انتقال USB 3.0 به 5.0 گیگابیت بر ثانیه می‌رسد که معادل 640 مگابایت بر ثانیه است. حداکثر جریان خروجی 5 ولت/900 میلی‌آمپر است. این پورت کاملاً با 2.0 سازگار است و از انتقال داده تمام دوطرفه پشتیبانی می‌کند (یعنی می‌تواند همزمان داده دریافت و ارسال کند، در حالی که USB 2.0 نیمه دوطرفه است)، و همچنین از قابلیت‌های مدیریت توان بهتر و سایر ویژگی‌ها برخوردار است.

USB 3.0 از طراحی 9 پینی بهره می‌برد. 4 پین اول مشابه USB 2.0 هستند، در حالی که 5 پین باقی‌مانده مخصوص USB 3.0 طراحی شده‌اند. بنابراین، می‌توانید از روی پین‌ها تشخیص دهید که آیا USB 2.0 است یا USB 3.0.

در ژوئیه ۲۰۱۳، USB 3.1 با سرعت انتقال ۱۰ گیگابیت بر ثانیه (۱۲۸۰ مگابایت بر ثانیه) منتشر شد که ادعا می‌شود SuperSpeed+ است و حداکثر ولتاژ منبع تغذیه مجاز به ۲۰ ولت/۵ آمپر افزایش یافته است که معادل ۱۰۰ وات است.

ارتقاء USB 3.1 در مقایسه با USB 3.0 نیز بسیار مشهود بود. با این حال، مدت کوتاهی پس از آن، USB-IF نام USB 3.0 را به USB 3.1 Gen1 و USB 3.1 را به USB 3.1 Gen2 تغییر داد.

این تغییر نام برای مصرف‌کنندگان دردسرساز شد، زیرا بسیاری از فروشندگان بی‌وجدان، فقط روی بسته‌بندی محصولات، پشتیبانی از USB 3.1 را قید می‌کردند، بدون اینکه مشخص کنند نسل ۱ است یا نسل ۲. در واقع، عملکرد انتقال این دو کاملاً متفاوت است و مصرف‌کنندگان ممکن است به‌طور تصادفی در دام بیفتند. بنابراین، این تغییر نام برای اکثر مصرف‌کنندگان حرکت بدی بود.

در سپتامبر ۲۰۱۷، USB 3.2 منتشر شد. تحت USB Type-C، از دو کانال ۱۰ گیگابیت بر ثانیه برای انتقال داده پشتیبانی می‌کند، با سرعتی تا ۲۰ گیگابیت بر ثانیه (۲۵۰۰ مگابایت بر ثانیه) و حداکثر جریان خروجی هنوز ۲۰ ولت/۵ آمپر است. سایر جنبه‌ها پیشرفت‌های جزئی داشته‌اند.

▲ روند تغییر نام USB

با این حال، در سال ۲۰۱۹، USB-IF تغییر نام دیگری را ارائه داد. آنها USB 3.1 Gen1 (که همان USB 3.0 اصلی بود) را به USB 3.2 Gen1، USB 3.1 Gen2 (که همان USB 3.1 اصلی بود) را به USB 3.2 Gen2 و USB 3.2 را به USB 3.2 Gen 2×2 تغییر نام دادند.

حال و آینده: جهش رو به جلوی USB4

حالا که به USB4 رسیده‌ایم، بیایید نگاهی به ارتقاها و پیشرفت‌های این استاندارد پروتکل جدید بیندازیم. اول و مهمتر از همه، از آنجایی که این یک ارتقاء بین نسلی از «۳» به «۴» است، پیشرفت باید قابل توجه باشد.

بر اساس تمام اطلاعاتی که جمع‌آوری کرده‌ایم، ویژگی‌های جدید USB4 به شرح زیر خلاصه می‌شوند:

۱. حداکثر سرعت انتقال ۴۰ گیگابیت بر ثانیه:

از طریق انتقال دو کاناله، حداکثر سرعت انتقال نظری USB4 باید بتواند به 40 گیگابیت بر ثانیه برسد، که همان سرعت Thunderbolt 3 (که در زیر به آن "Thunderbolt 3" گفته می‌شود) است.

در واقع USB4 سه سرعت انتقال خواهد داشت: 10 گیگابیت بر ثانیه، 20 گیگابیت بر ثانیه و 40 گیگابیت بر ثانیه. بنابراین اگر می‌خواهید دستگاهی با بالاترین سرعت انتقال، یعنی 40 گیگابیت بر ثانیه، خریداری کنید، بهتر است قبل از خرید، مشخصات آن را بررسی کنید.

۲. سازگار با رابط‌های Thunderbolt 3:

برخی از دستگاه‌های USB4 (نه همه) می‌توانند با رابط‌های Thunderbolt 3 نیز سازگار باشند. به عبارت دیگر، اگر دستگاه شما رابط USB4 دارد، ممکن است اتصال خارجی یک دستگاه Thunderbolt 3 نیز امکان‌پذیر باشد. با این حال، این امر اجباری نیست. سازگاری یا عدم سازگاری به نگرش سازنده دستگاه بستگی دارد.

۳. قابلیت تخصیص منابع پهنای باند پویا:

اگر از پورت USB4 همزمان برای اتصال یک نمایشگر و انتقال داده استفاده کنید، پورت پهنای باند مربوطه را با توجه به شرایط اختصاص می‌دهد. به عنوان مثال، اگر ویدیو فقط به 20٪ از پهنای باند برای نمایش یک نمایشگر 1080p نیاز داشته باشد، 80٪ باقی مانده از پهنای باند را می‌توان برای کارهای دیگر استفاده کرد. این در USB 3.2 و دوره‌های قبلی امکان‌پذیر نبود. قبل از آن، حالت کار USB به صورت نوبتی بود.

۴. دستگاه‌های USB4 از USB PD پشتیبانی خواهند کرد

USB PD مخفف USB Power Delivery (انتقال توان از طریق USB) است که یکی از پروتکل‌های شارژ سریع رایج فعلی است. این پروتکل نیز توسط سازمان USB-IF تدوین شده است. این مشخصات می‌تواند به ولتاژها و جریان‌های بالاتر دست یابد، به طوری که حداکثر انتقال توان تا ۱۰۰ وات می‌رسد و جهت انتقال توان را می‌توان آزادانه تغییر داد.

طبق مقررات USB-IF، شکل استاندارد رابط شارژ USB PD فعلی باید USB Type-C باشد. در رابط USB Type-C، دو پین CC1 و CC2 وجود دارد که برای کانال‌های پیکربندی ارتباط PD استفاده می‌شوند.

۵. فقط می‌توان از رابط USB Type-C استفاده کرد

با توجه به ویژگی فوق، طبیعی است که بدانیم USB4 فقط می‌تواند از طریق کانکتورهای USB Type-C کار کند. در واقع، نه تنها USB PD، بلکه در سایر استانداردهای جدید USB-IF نیز، فقط برای Type-C قابل استفاده است.

۶. می‌تواند با پروتکل‌های قبلی سازگار باشد

USB4 می‌تواند همراه با دستگاه‌ها و پورت‌های USB 3 و USB 2 استفاده شود. به عبارت دیگر، می‌تواند با استانداردهای پروتکل قبلی سازگار باشد. با این حال، USB 1.0 و 1.1 پشتیبانی نمی‌شوند. در حال حاضر، رابط‌هایی که از این پروتکل استفاده می‌کنند تقریباً از بازار ناپدید شده‌اند.

البته، هنگام اتصال یک دستگاه USB4 به پورت USB 3.2، نمی‌تواند با سرعت ۴۰ گیگابیت بر ثانیه انتقال یابد. و رابط قدیمی USB 2 صرفاً به دلیل اتصال به رابط USB4 سریع‌تر نخواهد شد.