что такое тандерболт юсб 4
Представлен интерфейс Thunderbolt 4, который не стал быстрее Thunderbolt 3
Но изменения всё же есть
Впервые об интерфейсе Thunderbolt 4 компания Intel рассказала в начале года, но тогда анонса не было, а объяснения компании относительно отличий Thunderbolt 4 от Thunderbolt 3 были крайне странными.
Сегодня же мы можем всё расставить на места, так как компания представила новый интерфейс. Итак, самое важное, что нужно знать, никакого повышения скорости передачи данных нет. То есть Thunderbolt 4 предлагает те же 40 Гбит/с, что и Thunderbolt 3. Как и в случае текущей версии интерфейса, Thunderbolt 4 будет использовать порт USB-C, только на сей раз USB-C 4.0. То есть любой порт Thunderbolt 4 — это и порт USB-C 4.0, но не наоборот. При этом сохранена и обратная совместимость.
Отличий нового интерфейса от старого на самом деле минимум. Во-первых, с Thunderbolt 4 можно будет использовать универсальные кабели длиной до 2 метров. Кроме того, компания работает над оптическими кабелями длиной от 5 до 50 метров, но неясно, когда они появятся. Во-вторых, благодаря новому контроллеру появятся аксессуары с четырьмя портами Thunderbolt 4.
Также в пресс-релизе сказано, что Thunderbolt 4 всегда обеспечивает скорость в 40 Гбит/с, то есть, вероятно, в новом интерфейсе не подразумевается использование меньшего количества линий с меньшей максимальной скоростью передачи данных. При подключении по протоколу PCIe скорость передачи данных выросла вдвое, до 32 Гбит/с. Кроме того, Thunderbolt 4 поддерживает два дисплея 4K либо один 8K, а также подразумевает защиту от атак DMA за счёт технологии Intel VT-d. Что интересно, совершенно неясно, как это условие будет реализовано на системах с процессорами AMD и с грядущими процессорами Apple Silicon. Сама Intel не смогла это объяснить, заявив, что всё будет зависеть от производителей ПК.
Новый интерфейс выйдет на рынок вместе с мобильными процессорами Tiger Lake, которые получат интегрированный контроллер Thunderbolt 4.
USB4: все тот же USB?
В конце 2020 года ожидается выход устройств с поддержкой интерфейсов нового поколения USB4/Thunderbolt 4. Данные интерфейсы похожи, однако имеют ряд принципиальных отличий. Среди таких отличий можно выделить наиболее значимое: спецификации на USB4 общедоступные и любой желающий может изучить основные принципы работы данного интерфейса, в отличие от Thunderbolt 4.
В данной статье мы рассмотрим изменения, которые претерпел интерфейс USB4 по сравнению с предыдущей версией (USB 3.2), разберем архитектуру USB4 и перечислим его основные характеристики.
Более подробную информацию можно найти в спецификации на USB4.
Что мы знаем о USB4?
Основные характеристики USB4:
Разъем: аналогично современным интерфейсам от Intel (Thunderbolt 3/4) USB4 поддерживает только разъем USB-C.
Скорость передачи данных: тут уже дело обстоит немного сложнее и все не так однозначно, попытаемся разобраться: минимальная поддерживаемая скорость для устройства, имеющего USB4-сертификацию, составляет 20 Гбит/c. Но также может поддерживаться скорость 40 Гбит/c, если хост, устройство и кабель на это способны. И данная пропускная способность уже ничем не уступает своему конкуренту от Intel – Thunderbolt 4.
Туннелирование интерфейсов: одной из основных задач, которые необходимо было решить на этапе разработки USB4-интерфейса, являлось объединение нескольких различных протоколов, работающих через разъем USB-C, в единый физический интерфейс. Основные интерфейсы, работающие в режиме туннелирования:
Поддержка конфигурации шины: поддержка возможности специального соединения между двумя хостами (host-to-host).
Питание USB4: для работы USB4 питание устанавливается и регулируется в соответствии со спецификациями USB Type-C и USB PowerDelivery (PD). Реализована возможность передачи питания до 100 Вт.
Поддержка Thunderbolt 3: хост или устройство, работающее по интерфейсу USB4, может также взаимодействовать с устройствами, поддерживающими подключение по интерфейсу Thunderbolt 3. Но данный функционал не является обязательным, поэтому поддержка данной возможности зависит только от разработчиков устройств.
Сравнение с USB 3.2
После того как мы рассмотрели основные характеристики USB4, можем выделить ряд значительных изменений по сравнению с предыдущей версией стандарта:
Разъем: предыдущие версии разъемов не поддерживаются. В связи с необходимостью использовать дополнительную сигнальную линию данных (Sideband Channel), нет возможности использовать такие разъемы, как USB Type A/B.
Скорость передачи данных: для последней версии USB 3.2 Gen2 x 2 максимальная скорость передачи данных составляет 20 Гбит/c, но данная скорость достигалась только с использованием одновременно двух линий передачи данных, то есть только для разъема USB-C. На предыдущих версиях разъемов скорость была вдвое меньше – 10 Гбит/c.
Питание: распределение питания в стандарте USB 3.2 регламентируется аналогично стандарту USB 2.0, с увеличением потребляемого тока для устройств, работающих на SuperSpeed-шине. Стандарты USB BC (Battery Charging) и USB PD для них являются дополнением, расширяющим возможности питания. Для USB4, в отличие от USB 2.0 и USB 3.2, не определена собственная модель питания устройства и регламентируется только с помощью спецификаций USB PD и USB Type-C.
Поддержка дополнительных возможностей подключения: для интерфейса USB 3.2 полностью отсутствуют какие-либо дополнительные возможности. Отсутствуют режимы туннелирования для интерфейсов DP и PCIe, нет возможности организовать специальное соединение между двумя хостами. Только при использовании разъема USB-C появляется несколько опциональных альтернативных режимов (USB-C Alt Mode), например DisplayPort Alternate Mode, но данный функционал относится именно к использованию разъема USB-C и регламентируется спецификациями конкретного вендора, а не стандартом USB 3.2.
Отличие архитектуры USB4 от USB 3.2
На рисунке ниже представлена архитектура подключения системы USB 3.2. Как мы видим из рисунка, в системе присутствуют два параллельно работающих интерфейса – Enhanced SuperSpeed и USB 2.0, – за счет чего обеспечивается обратная совместимость интерфейса USB 3.2 с более ранней версией USB 2.0. Так как обе шины работают параллельно, то они могу быть активны одновременно.
Архитектура системы USB4 имеет ряд отличий. Для совместной работы с интерфейсом USB 2.0 все так же присутствует шина, которая функционирует независимо от других интерфейсов. Так как обмен данными по интерфейсу USB 3.2 выполняется по тем же линиям данных, по которым обеспечивается обмен данными и для других поддерживаемых интерфейсов, необходимо использовать туннелированный протокол. Подробная схема системной архитектуры USB4 представлена на рисунке.
Для туннелирования таких интерфейсов, как USB 3.2 и PCIe, необходимо использовать специальные адаптеры протокола (Protocol Adapters). Так, для туннелирования интерфейса USB 3.2 используется специальный хаб (Enhanced SuperSpeed Hub). В свою очередь для PCIe используется специальный коммутатор (PCIe Switch), необходимый для обработки связанных с протоколом маршрутизации пакетов и обеспечивающий буферизацию данных. Для туннелирования DP не требуется никакой промежуточной логики. Соединение устанавливается напрямую, как сквозное.
В каждом маршрутизаторе (Router) системы установлен блок, отвечающий за синхронизацию и распределение времени. На схеме он обозначен как TMU (Time Management Unit).
Маршрутизатор (Router) – основной блок, необходимый для построения архитектуры USB4. Он отвечает за сопоставление трафика туннельных протоколов с пакетами USB4, формирует и направляет пакеты через структуру USB4. За счет внутреннего TMU-блока маршрутизатор синхронизирует время по всей структуре передачи USB4. За настройку и обнаружение маршрутизатора на линии отвечает диспетчер подключения (Connection Manager), расположенный на стороне хост-устройства. Выделяются всего два типа маршрутизаторов: маршрутизатор устройств (Device Router) и хост-маршрутизатор (Host Router).
Для полной поддержки интерфейса USB4 необходимо, чтобы на обеих сторонах располагался USB4-порт. Он состоит из линий приема и передачи данных (RX/TX) и двухпроводного дополнительного канала (Sideband (SB)) (SBTX/SBRX). USB4-порт может работать в двух режимах: одноканальном или двухканальном. В одноканальном режиме линия 1 (Lane 1) будет отключена. В двухканальном режиме линии 0 и 1 связаны и обеспечивают общий канал данных. На рисунке ниже представлены оба режима работы.
Дополнительный SB-канал необходим для инициализации устройства на линии с хостом и для управления между портами.
Важно понимать, что интерфейс USB 2.0 не входит в маршрутизатор USB4 и работает параллельно с ним.
Таким образом, для порта USB Type-C с поддержкой USB4 полный режим подключения включает в себя:
Новые уровни в функциональной модели USB4
На рисунке ниже представлена функциональная модель USB 3.2. Присутствуют три основных уровня: физический уровень (Physical Layer), канальный уровень (Link Layer) и наивысший уровень – уровень протокола (Protocol Layer).
В USB4 мы уже видим другую модель, так как были внесены значительные изменения. Самым низким из всех остается физический уровень (Physical Layer), который в свою очередь состоит из двух подуровней: логического (Logical Layer) и электрического (Electrical Layer). Уровнем выше расположен транспортный уровень (Transport Layer). Наивысшими равнорасположенными уровнями являются: уровень конфигурации (Configuration Layer) и уровень протокола адаптера (Protocol Adapter Layer). Уровень протокола адаптера был добавлен в связи с реализацией туннелирования. Он используется для обработки данных туннелированных интерфейсов.
На рисунке ниже представлена схема функциональной модели USB4.
Рассмотрим каждый из них подробнее:
Электрический уровень (Electrical Layer) определяет электрические характеристики для USB4-соединения: уровни напряжения сигнала, фазовое дрожание (jitter), скремблирование и кодирование сигнала.
Логический уровень (Logical Layer) расположен над электрическим уровнем и ниже транспортного. Данный уровень устанавливает соединения между двумя маршрутизаторами и необходим для передачи потоков байт между ними.
Транспортный уровень (Transport Layer) определяет формат передаваемого пакета, маршрутизацию, синхронизирует передачу по времени и управляет передаваемыми потоками. На данном уровне выполняется передача туннелированных пакетов и пакетов управления (Control Packets) через шину.
Уровень конфигурации (Configuration Layer) необходим для обработки входящих пакетов управления и обеспечивает настройку конфигурации маршрутизатора. Данный уровень также определяет схему адресации для пакетов управления в домене и гарантирует наличие надежного транспортного механизма для пакетов управления, которые предоставляют доступ к пространству конфигурации маршрутизатора.
Уровень протокола адаптера (Protocol Adapter Layer) необходим для преобразования пакетов между транспортным уровнем и туннельным протоколом. На данном уровне определяется тип туннельного протокола.
Новый канал связи (Sideband Channel)
Основное отличие интерфейса USB4 от предыдущей версии и в то же время одной из причин невозможности использования нового интерфейса с предыдущими версиями разъема является появление нового дополнительного канала связи, расположенного на дополнительных линиях разъема USB Type-C (SBU1/SBU2).
Данный канал выполняет ряд функций:
Транзакции дополнительного канала отправляются по линии SBTX и принимаются по линии SBRX. На рисунке ниже показано несколько примеров подключения SBTX и SBRX между двумя маршрутизаторами с использованием активных, пассивных кабелей и встроенных на устройствах ретаймеров.
Существуют три основных типа транзакций для данного канала. Каждая из них отвечает за свой функционал:
Каждый порт USB4 реализует набор регистров конфигурации канала. Каждый ретаймер, установленный на линии, также имеет собственную конфигурацию. Маршрутизатор использует AT-транзакции для получения доступа к регистровому пространству другого маршрутизатора или RT-транзакции для доступа к регистровому пространству ретаймера.
Вывод
Обещание, данное Intel в 2017 году, было выполнено, благодаря чему стандарт USB4 вобрал в себя многое от Thunderbolt 3. В итоге можно сказать, что USB4 остается все тем же стандартным интерфейсом, выполняющим роль обмена данными между хост-устройством и широким спектром одновременно доступных периферийных устройств. В то же время в нем появилось множество изменений, которые выглядят крайне положительными и многообещающими на текущий момент: избавление от различных версий интерфейса и объединение в одно общее название (USB4), отказ от различных разъемов в сторону одного единого (USB Type-C), попытка сделать общедоступным объединение различных интерфейсов, таких как DisplayPort, PCI Express, USB3, добавление новых дополнительных возможностей, например соединение host-to-host – все эти факторы, а также открытость стандарта (в отличие от Thunderbolt 4) свидетельствуют о том, что USB4 имеет все шансы стать более «массовым» интерфейсом, чем Thunderbolt 4.
Thunderbolt 4 — TYPE-C Будущего!
Мы знаем, что существует универсальный разъём USB Type-C. Он есть в телефонах, ноутбуках, наушниках — повсюду. Но несмотря на одинаковую форму внутри разъёма Type-C могут оказываться разные решения: это может быть и древний USB 2.0, и современный USB 3.2. Но существует еще и USB Type-C на стероидах. Имя ему Thunderbolt 3. Это самая продвинутая версия Type-C.
Через один такой порт в цепочку можно подрубить до шести устройств: в том числе два монитора, внешнюю видеокарту, SSD-диск и одновременно заряжать ваш ноутбук мощностью до 100 Вт. Казалось бы — продано! Дайте мне Thunderbolt 3 и я успокоюсь. А Intel взяли и представили еще более крутой стандарт — Thunderbolt 4! Но же там нового если и так всё было круто? Давайте разбираться!
Проблема
Thunderbolt 4 тизернули еще в начале года на CES 2020. Intel объявили, что новые процессоры Tiger Lake будут поддерживать Thunderbolt 4 по умолчанию. Кстати, почему это делает Intel — отдельный вопрос. Поговорим дальше. Но объяснить, в чем отличия четвертой версии от третьей они тогда не смогли. И, честно скажу, сейчас с этим тоже возникли сложности. Для начала давайте посмотрим на сравнительную табличку.
Ну смотрите, если верить этой табличке, то получается, что общая скорость одинаковая с Thunderbolt 3 — 40 Гбит/с. А вот пропускная способность PCI-Express в Thunderbolt 4 в два раза выше в 32 Гбит/с против 16-ти. А это важно для устройств, которые работают исключительно по PCI-Express, например, для внешних видеокарт.
А еще Thunderbolt 4 поддерживает подключение сразу двух 4К-дисплеев, а Thunderbolt 3 только одного. Действительно, теперь всё понятно! Странно, что Intel сразу об этом не сказали, правда?
Вот только есть одна проблемка. Давайте посмотрим как Intel рекламировал Thunderbolt 3.
Получается Thunderbolt 3 и раньше спокойно поддерживал работу с двумя 4K-дисплеями и скорости в 32 Гбит/с по PCIe.
Это что же получается Intel нас вводил раньше и вводит сейчас в заблуждение? Давайте разберёмся.
В чём подвох?
Как мы получаем общую скорость в 40 Гбит/с Thunderbolt? Основной вклад в пропускную способность вносит прямое подключение к высокоскоростной шине PCIe.
Если говорить грубо, то одна линия PCIe версии 3.0 даёт нам 8 Гбит/с. На самое деле скорость в гигатранзакциях. Кто интересуется, почитайте на Википедии, это интересно. Но в целом одна линия выдаёт скорость — 8 Гбит/с.
Так вот, как правило для того чтобы обеспечить должную скорость в устройствах с поддержкой Thunderbolt 3 к порту подходит сразу 4 линии PCIe и мы получали 32 Гбит/с только за счёт этой шины.
Но существует и урезанная версия Thunderbolt 3 в которых к порту подходит только 2 линии PCIe, отсюда и в два раза меньше скорость, всего лишь 16 Гбит/с.
И это не является нарушением спецификации. Поэтому производители могли спокойно заявлять поддержку Thunderbolt 3 и говорить о скорости до 40 Гбит/с. Хотя правильнее было бы говорить об общей пропускной способности где-то в 20 Гбит, может чуть больше.
И так делали многие, например, Dell в линейке XPS и даже Apple. В MacBook Pro 13 с тачбаром только два порта порта справа имеют максимальную пропускную способность, а два порта слева урезанные.
В табличке Intel так и указывает “минимальные требования” в столбике про Thunderbolt 4 — всё чистая правда. Но вот странно, что для Thunderbolt 3 также указано 40 Гбит, хотя мы с вами знаем, что не все девайсы с Thunderbolt 3 могли выжать такую скорость.
Зато теперь, в Thunderbolt 4 минимальные требования ужесточили, и больше париться по поводу “урезанности” не придётся.
Требования ужесточились не только в отношении пропускной способности. Теперь в минимальную комплектацию интерфейса вошли такие фичи как:
Thunderbolt такой быстрый, потому что через шину PCI Express у него есть прямой доступ к оперативной памяти. DMA-атаки как раз пользуются этой уязвимостью. Подключив девайс к порту Thunderbolt можно взять и напрямую закачать вредоносный код в оперативку.
DMA-атака — Direct Memory Access
Чтобы обезопасить себя от подобного рода атак, придумали изолировать все данные которые проходят через Thunderbolt-соединение при помощи технологии виртуализации Intel VT-d — Virtualization Technology for Directed I/O. В процессорах Intel такая штука реализована на аппаратном уровне, а как будут поступать остальные производители пока неизвестно.
Тем не менее, Intel заявляют, что все фишки Thunderbolt 4 можно будет реализовать и на других процессорах. В том числе от AMD и даже на новых MacBook с процессорами Apple Silicon, у который вообще другая архитектура — ARM. И Apple официально подтверждают, что в будущих устройствах будет использоваться Thunderbolt. Так что, преданные фанаты Apple и AMD — выдыхаем. Будет нам всем Thunderbolt.
По-честному, все эти фишки можно было реализовать в Thunderbolt 3, но если раньше это было опциональным, то теперь все обязательно. Не отвертишься!
Реальные отличия
Требования подросли, это хорошо, будет меньше путаницы. Но есть ли реальные отличия. Скажем так их совсем немного, а если быть предельно точным и честным — всего два.
Во-первых, в интерфейсе обновился контроллер, что позволило делать делать док с четырьмя портами Thunderbolt 4 против двух в случае Thunderbolt 3.
И конечно же Intel анонсировали новые универсальные двухметровые кабели! Кстати вот так стандартный медный кабель выглядит в разрезе.
А в будущем нам обещают оптоволокно до 50 метров! Но сколько будет стоить такой проводок, даже представить сложно.
Итоги
В целом Thunderbolt 4 — это Type-C на максималках, в нём вообще есть всё, что может быть. Это и максимальные скорости, и всевозможные фичи, и лучшие аксессуары — всё это будет идти под брендом Thunderbolt 4. Но можно даже сказать, что это улучшенное ответвление Thunderbolt 3.
Хоть изменение и номинальное, у этого есть важное следствие. Стирается фрагментация USB Type-C. Хотите лучшее? Требуйте Thunderbolt 4. А всё остальное видимо будет называться USB4 или Thunderbolt 3. Подробнее про эти спецификации можете посмотреть в нашем отдельном ролике.
Что такое Thunderbolt 4?
Основные моменты:
Вы можете соединять внешние мониторы, устройства Thunderbolt™ и устройства USB одним кабелем Thunderbolt 4.
Высокоскоростная технология Thunderbolt 4 использует возможности вашего процессора для повышения производительности данных и видео.
Расширяйте возможности игровых систем с игровыми док-станциями и решениями для записи видео, чтобы записывать свою игру с максимальными настройками графики.
Подключив высокоскоростной SSD-накопитель к порту Thunderbolt 4, вы сможете брать игровую библиотеку с собой куда угодно.
Универсальные кабели Thunderbolt 4 упрощают выбор кабеля.
Узнайте, как порты, кабели и аксессуары Thunderbolt 4 могут расширить возможности ввода-вывода вашей игровой системы.
Узнайте, как порты, кабели и аксессуары Thunderbolt 4 могут расширить возможности ввода-вывода вашей игровой системы.
Подключение подходящего аппаратного обеспечения поможет оптимизировать вашу игровую систему, но этот процесс не должен быть сложным. Чтобы вы ни подключали, будь то игровой монитор, клавиатура и мышь или устройство записи видео для прямых трансляций, Thunderbolt 4 может помочь.
Порты Thunderbolt 4 разработаны для упрощения подключения устройств, оптимизации игрового пространства, освобождения портов и предоставляют возможность подключать все желаемые устройства без каких-либо сложностей.
В этой статье мы объясним, что такое Thunderbolt 4, и расскажем, как использовать эту универсальную технологию для улучшения игровой системы.
Что такое Thunderbolt 4?
Технология Thunderbolt™ — это кабельный интерфейс, разработанный корпорацией Intel за прошлое десятилетие. Вот три наиболее важных характеристики технологии Thunderbolt™:
Преимущества Thunderbolt 4
Хотя все порты выполняют базовую задачу подключения устройств ввода-вывода к ПК, порты Thunderbolt 4 имеют ряд отличительных преимуществ:
Что можно подключить через порт Thunderbolt 4?
Что нового в Thunderbolt 4?
Thunderbolt 4 — это последнее поколение технологии Thunderbolt. Эти порты можно увидеть в ПК на базе процессоров Intel® Core™ 11-го поколения для мобильных ПК или в системах с контроллером Thunderbolt 4.
Thunderbolt 4 имеет много усовершенствований и новых возможностей по сравнению с Thunderbolt 3.