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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？
2021/2/18
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，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，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
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。而實際上 USB 4 接口的外型也和現有的 Thunderbolt 3 相同，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，或者頂多對應 iPhone 再帶一條 Type-C 轉 Lightning 線就能搞定。
•更合理：新的「隧道」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
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確認.
•更相容：展望過去、迎向未來！
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。這邊先說說明，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。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。
USB 4 這部分，雖然新的 Thunderbolt 4 標準必須相容於 USB 4，但 USB 4 是否要支援 Thunderbolt 4 就變成廠商的自由，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。
(轉載自Matters news 鐵客學堂 )
•更方便：外型統一
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。而實際上 USB 4 接口的外型也和現有的 Thunderbolt 3 相同，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，或者頂多對應 iPhone 再帶一條 Type-C 轉 Lightning 線就能搞定。
•更合理：新的「隧道」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
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確認.
•更相容：展望過去、迎向未來！
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。這邊先說說明，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。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。
USB 4 這部分，雖然新的 Thunderbolt 4 標準必須相容於 USB 4，但 USB 4 是否要支援 Thunderbolt 4 就變成廠商的自由，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。
(轉載自Matters news 鐵客學堂 )
