USB4 与 Thunderbolt 4 备忘

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最近研究了一些关于 USB4 以及 Thunderbolt 4 的资料, 在此做个备忘.
目前只考虑 USB Type-C 接口, 并且忽略 Type-C 可以正反随意插带来的复杂性.

  1. USB Type-C 接口里有一对(两根)差分信号线, 用于 USB 2.0 协议(USB 2.0, 480 Mbps).

  2. USB Type-C 接口里有四根 GND 以及四根 V_BUS 用于送电,
    具体电压和电流由两端使用 CC 线协商 (Power delivery).

  3. 在 Type-C 接口里再取两对差分信号线, 用于 USB 3.x 协议(USB 3.2 Gen 1, 5 Gbps).

  4. 通过改进协议, 可以将传输速度翻倍(USB 3.2 Gen 2, 10 Gbps).

  5. 再把 Type-C 中最后剩下四根信号线也用上,
    传输一样的协议, 可以将速度再次翻倍(USB 3.2 Gen 2x2, 20 Gbps).

  6. 大家发现这八根高速信号线不止可以用于 USB, 也可以用来传输其他信号.
    比如：电脑可以与显示器透过 CC 线协商,
    使用两对差分信号线传输 DisplayPort 信号(DP Alt mode).

  7. Intel 觉得 Type-C 接口不错, 于是有了 Thunderbolt Alt mode,
    使用全部四对差分信号线传输 Thunderbolt 协议(Thunderbolt 3, 40Gbps).
    Thunderbolt 3 本身是一种隧道协议,
    在这个隧道中可以传输 PCI-E 数据和 DisplayPort 数据.
    至于 USB 则可以在扩展坞中内置一个 USB 控制器芯片,
    通过 PCI-E 与电脑连接, 这样扩展坞就可以插 USB 设备了.

  8. USB-IF 觉得 Thunderbolt 3 这个协议不错,
    在 Intel 开放了 Thunderbolt 3 协议后, 就把它拿过来“改名”成了 USB4.
    使用 USB Type-C 中的两对或四对差分信号线传输(USB4, ~40Gbps).
    与 Thunderbolt 3 相同, USB4 也是一种隧道协议,
    其中可以传输 USB 3.2, PCI-E, DisplayPort 等协议.
    (吐槽时间：外层协议和内层协议都叫 USB 你是认真的吗？)
    USB4 规范并不要求硬件生产厂家实现所有功能, 比如说,
    一个最高只支持 20Gbps 速度的设备可以合法地被称作“支持 USB4”.
    因为 USB4 规范并不要求所有设备都支持 40Gbps. (吔屎啦你 USB-IF)

  9. Intel 觉得 USB-IF 的标准混乱, 是赚钱的好机会,
    于是自己列了一套更高的标准(比如要求设备必须支持 40Gbps 速度),
    并给符合 Intel 的标准的设备贴上 “Thunderbolt 4” 的标签.

最后围观 USB4 混乱的速度要求被鞭尸的现场: https://youtu.be/ly5-QHjs8Gw?t=1845

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Allison Sheridan: So a Thunderbolt 4 device is a USB4 device...
Brad Saunders:    (nodding)
Allison Sheridan: ...but a USB4 device is not necessarily a Thunderbolt 4 device?
Brad Saunders:    It can be ...
Allison Sheridan: It can be but it isn't necessarily.
Brad Saunders:    It'll probably have... they may have made a choice to... maybe it's only 20 Gbps.
Allison Sheridan: Right, but it's Thunderbolt 4 it's 40 [Gbps] per second, Okay.

From
https://recursiveg.me/2021/08/usb4-thunderbolt4-memo/