domenica, Maggio 26, 2024

USB4 vs Thunderbolt 4: tutto ciò che c’è da sapere

L’USB ha fatto molta strada dai tempi dei 12Mbps degli anni ’90. Ha salutato l’USB-B e si sta allontanando dall’USB-A a favore del connettore USB-C sottile e reversibile. Le velocità di trasferimento dei dati sono aumentate così drammaticamente che possiamo eseguire potenti configurazioni con monitor ad alta risoluzione, veloce archiviazione esterna e numerosi altri dispositivi dall’ultimo standard aperto dell’USB Implementers Forum, USB4.

USB4 unifica per la prima volta i protocolli USB e Intel Thunderbolt, espandendo le capacità di USB e dividendo ulteriormente la tecnologia in diverse classi di prestazioni. L’aggiunta di funzionalità come l’allocazione dinamica della larghezza di banda garantisce che USB4 sia di gran lunga la generazione USB più avanzata. Sebbene ci siano PC, dock e cavi che supportano USB4, dobbiamo ancora vedere tutto ciò che il protocollo può fare, come alimentare una eGPU senza il marchio Intel.

Con tutto quello che succede, abbiamo pensato che sarebbe stato un ottimo momento per puntare i riflettori sull’ultima e più grande generazione di USB. Abbiamo preparato un pratico aggiornamento per tutto ciò che riguarda USB4, scomponendo i vari aspetti chiave delle specifiche, da come differisce dalle altre specifiche al tunneling del protocollo, alla modalità alternativa e all’erogazione di potenza.

USB4 vs USB 3 vs Thunderbolt a colpo d’occhio

A breve approfondiremo USB4 e gli standard correlati. Ma se desideri una rapida panoramica di come le generazioni USB attualmente disponibili si confrontano tra loro e le più recenti iterazioni di Thunderbolt di Intel, fai riferimento alla tabella seguente (nota che le velocità sono velocità di trasferimento teoriche massime):

SPEC VELOCITÀ DI TRASFERIMENTO DATI TIPO/I DI CONNETTORE
USB4* Minimo 20 Gbps, 40 Gbps è opzionale USB-C
USB 3.2 Gen 2×2, noto anche come USB SuperSpeed ​​20 Gbps 20 Gbps USB-C
USB 3.2 Gen 2, noto anche come USB SuperSpeed ​​10 Gbps 10 Gbps USB-C, USB-A, USB-B, Micro USB-B
USB 3.2 Gen 1, noto anche come USB SuperSpeed 5 Gbps USB-C, USB-A, USB-B, Micro USB-B
USB 2.0 0,48 Gbps USB-C, USB-A, USB-B, Micro USB-B, Micro USB-A, Mini USB-B, Mini USB-A
USB 1.1 0,012 Gbps USB-A, USB-B
Fulmine 4 40 Gbps USB-C
Fulmine 3 40 Gbps USB-C

*Non include l’imminente USB4 versione 2.0 (vedere la sezione successiva). 

USB4 versione 2.0

La tabella sopra non include l’imminente ” USB4 versione 2.0 “, poiché la specifica non è ancora stata rilasciata. Annunciato il 1 settembre, dovrebbe abilitare fino a 80 Gbps su USB-C attraverso una nuova architettura di livello fisico che utilizza “nuova definizione”, come ha detto l’USB Promoter Group, cavi USB-C attivi da 80 Gbps e USB-C passivo da 40 Gbps cavi che esistono già oggi.

USB4 versione 2.0 aumenterà anche le prestazioni del tunneling del protocollo sfruttando la maggiore larghezza di banda, con miglioramenti previsti, incluso il tunneling USB 3.2 oltre i 20 Gbps.

L’USB-IF prevede di pubblicare le specifiche, nonché i relativi aggiornamenti agli standard USB-Type-C e USB Power Delivery (USB PD), entro novembre 2022.

USB4 vs USB-C

Ora, alcune nozioni di base. In cosa differisce USB4 da USB-C?

Puoi pensare a USB Type-C (o USB Type-A, ecc.) come la forma fisica della porta e della spina e USB4 (o USB 3.2, Thunderbolt 4, ecc.) come tecnologia sottostante. Tutti i prodotti USB4 utilizzano il connettore USB-C, ma non tutti i cavi e le porte USB-C utilizzano il protocollo USB4.

USB4 è l’ultima generazione di USB, gestita dall’USB Implementers Forum ( USB-IF ). L’architettura USB4 e le precedenti generazioni di USB, come USB 3.2 e 2.0, fanno riferimento al bus del cavo che supporta lo scambio di dati tra un computer host o un dispositivo e le periferiche, poiché USB-IF lo inserisce nella specifica USB4.

Un cavo o una porta USB-C potrebbe utilizzare tecnologie USB4 o generazioni precedenti dell’architettura USB, come USB 3.2.

L’USB-IF ha una specifica dettagliata per USB4  e un’altra per cavi e connettori USB-C .

Cos’è USB4?

L’USB-IF ha rilasciato le specifiche USB4 nel 2019, basandosi su USB 2.0 e 3.2, così come le specifiche Thunderbolt 3 che Intel ha reso esente da royalty .

USB4 è compatibile con USB 2.0 e 3.2 e può supportare Thunderbolt 3 e 4. Ricorda che otterrai la velocità di trasferimento dati più bassa disponibile. Ad esempio, se colleghi un cavo USB4 da 40 Gbps a una porta USB 3.2 Gen 1 sul laptop, aspettati che il cavo funzioni a 5 Gbps.

USB4 differisce da USB 3.2 in quanto può funzionare a 40 Gbps; tuttavia, quella velocità di trasferimento teorica massima è facoltativa. Come minimo, USB4 richiede 20 Gbps, proprio come USB 3.2 Gen 2×2.

USB4 introduce anche la possibilità di utilizzare più dati e protocolli di visualizzazione contemporaneamente e allocare la larghezza di banda totale disponibile in base alle esigenze attuali.

40 gigabit al secondo

USB4 deve funzionare a 20 Gbps, ma può anche supportare velocità di 40 Gbps utilizzando una coppia di corsie per cavi bidirezionali.

Un diagramma dalle specifiche USB4.
Un diagramma dalle specifiche USB4.
USB-IF

Jeff Ravencraft, presidente e COO di USB-IF, ha detto ad Ars che il supporto multi-monitor di USB4 dipende dal computer “ed è una questione di quanti stream può supportare un host, ma” dal punto di vista della larghezza di banda, il massimo è di quattro monitor 1K a [una frequenza di aggiornamento di] 120 Hz, due monitor 4K a 120 Hz e un monitor 8K a 30 Hz.”

Ma se USB4 può essere 20 Gbps o 40 Gbps, come fai a sapere cosa stai ricevendo?

La soluzione migliore è esaminare attentamente le schede tecniche. Ma per semplificare le cose, nel 2021 USB-IF ha introdotto un programma di logo che includeva velocità di trasferimento USB4. I badge si presentano così:

Quello a sinistra è per l'imballaggio e quello a destra è per cavi e porte.
Quello a sinistra è per l’imballaggio e quello a destra è per cavi e porte.
USB-IF

Anche la velocità è limitata dalla distanza. Ravencraft ha affermato che la lunghezza massima del cavo passivo è di 3,3 piedi (1 metro), mentre i cavi in ​​rame attivi possono raggiungere 13,1 piedi (4 metri) e funzionare a 40 Gbps e “i cavi ottici attivi possono essere molto più lunghi”.

USB-IF si sta allontanando dai nomi di sottogenerazione USB come USB 3.2, con USB4 versione 2.0” che sarà il prossimo grande aggiornamento. Nel frattempo, USB-IF sta spingendo marchi come “USB 40 Gbps”, “USB 20 Gbps” e “SuperSpeed ​​USB 20 Gbps”, alias USB 3.2 Gen 2×2. Tuttavia, i loghi di accompagnamento sono opzionali e richiedono la certificazione USB-IF. Vedrai ancora molti prodotti etichettati semplicemente come USB4, che non ti dice la velocità di trasferimento dei dati.

Allocazione dinamica della larghezza di banda

L’altra caratteristica principale di USB4 è il tunneling del protocollo, inclusi USB 3.x, DisplayPort e, opzionalmente, PCIe. In breve, questa funzione consente a USB4 di allocare la larghezza di banda in base alle esigenze attuali. Ad esempio, immagina di utilizzare un dock USB4 per collegare il tuo PC, monitor e SSD esterno. USB4 assegnerà la larghezza di banda necessaria al monitor, ad esempio 10 Gbps, e fornirà i restanti 30 Gbps all’unità esterna.

Ciò differisce dalle versioni USB precedenti, che possono supportare DisplayPort e HDMI su modalità alternativa ma possono dividere la larghezza di banda solo tra DisplayPort e USB in modo uguale e non tra USB e HDMI, per Tom’s Hardware .

Tunneling del protocollo: USB 3.x, DisplayPort e PCIe

Secondo le specifiche USB4, “i tunnel di protocollo sono interfacciati tramite adattatori di protocollo specifici per ciascun protocollo. Per i protocolli USB e PCIe, sono necessari hub USB nativi e switch PCIe per gestire l’instradamento e il buffering dei pacchetti relativi al protocollo”.

“Per il tunneling del display, non è richiesta alcuna logica specifica DisplayPort intermedia con i tunnel del display stabiliti come collegamento end-to-end”, affermano le specifiche. “La sincronizzazione dell’ora su una struttura USB4 [protocollo di trasmissione dati] utilizza le unità di gestione del tempo distribuite (TMU) associate a ciascun router” o il componente che gestisce il traffico della struttura USB e la sincronizzazione dell’ora.

USB4 è la prima generazione di USB4 a eseguire il tunneling del protocollo DisplayPort invece di fare affidamento su DisplayPort su Alt Mode. Il tunneling DisplayPort di USB4 si basa sulle specifiche DisplayPort 1.4a (a breve arriveremo al supporto di USB4 per DisplayPort 2.0 su Alt Mode).

Il tunneling PCIe, nel frattempo, è qualcosa di cui sentiamo parlare meno spesso con USB4. Ciò è in parte dovuto al fatto che la funzione è opzionale, ad eccezione dei dock USB4. Il tunneling PCIe rende USB4 un candidato per unità di archiviazione esterne ed eGPU.

Tuttavia, non abbiamo ancora visto alcuna eGPU che utilizzi esclusivamente USB4 (che circumnavigherebbe le tariffe Thunderbolt di Intel). Certo, le eGPU sono un prodotto più di nicchia. “USB4 supporta il tunneling PCIe e quindi può / supporterà le eGPU. Crediamo che vedremo l’adozione del mercato in questa categoria di prodotti iniziare a decollare”, ha detto Ravencraft ad Ars.

Secondo le specifiche USB4, un dispositivo con una porta USB4 che supporta il tunneling PCIe ha uno switch PCIe interno o si connette a un complesso radice PCIe tramite porte root o altri mezzi supportati dalle specifiche PCIe .

Quando sarà disponibile, USB4 versione 2.0 dovrebbe “consentire il tunneling dei dati USB 3.2, DisplayPort e PCIe a prestazioni più elevate per utilizzare al meglio la maggiore larghezza di banda disponibile [80 Gbps]”, ha affermato l’USB Promoter Group annunciando le specifiche. Grazie agli aggiornamenti dell’architettura dati USB, USB4 versione 2.0 dovrebbe supportare il tunneling dei dati USB 3.2 a una velocità di trasferimento dati superiore a 20 Gbps delle specifiche. La versione 2.0 dovrebbe anche essere aggiornata con le attuali specifiche DisplayPort e PCIe.

Modalità alternativa USB4

Una porta USB4 può ancora supportare Thunderbolt e DisplayPort su Alt Mode. Ravencraft ha confermato ad Ars che USB4 non supporta HDMI su Alt Mode.

Secondo la specifica USB-IF per USB Type-C ( 2.1 ), tutte le porte USB-C rivolte verso il basso di un computer devono supportare DisplayPort Alt Mode affinché sia ​​certificato USB4. “L’host USB4 supporterà il primo display DisplayPort collegato su una qualsiasi delle sue porte USB Type-C”, affermano le specifiche. “Il supporto per i display DisplayPort collegati successivamente è opzionale.”

Per essere un vero dock USB4, le specifiche richiedono anche che tutte le porte USB-C rivolte verso il basso supportino la modalità DisplayPort Alt. Questo non era un requisito per le precedenti generazioni di USB. Più specificamente, USB4 può supportare DisplayPort 2.0 Alt Mode . VESA ha rilasciato le specifiche per USB-IF nel 2020, ma  i prodotti DisplayPort 2.0  hanno appena iniziato a essere lanciati lentamente quest’anno.

Oltre al tunneling DisplayPort, USB4 supporta l'ultima versione di DisplayPort su Alt Mode.
Oltre al tunneling DisplayPort, USB4 supporta l’ultima versione di DisplayPort su Alt Mode.
VESA

DisplayPort 2.0 Alt Mode, come spiegato da Ravencraft, “definisce l’uso dei segnali di interfaccia ad alta velocità sul connettore USB Type-C in modo diverso da USB4 e, in alcune configurazioni, DisplayPort Alt Mode può supportare più di 40 Gbps, a seconda della modalità in cui opera”.

Rilevando entrambe le coppie di corsie bidirezionali (quattro corsie in totale), VESA afferma che DisplayPort 2.0 Alt Mode può funzionare  fino a 80 Gbps .

Alimentazione USB4 240 W

Un cavo USB4 può fornire fino a 240 W di potenza , secondo la specifica USB PD Revision 3.1. L’USB-IF lo ha annunciato alla fine del 2021 (aumentando il supporto massimo da 100 W), quindi l’erogazione di potenza USB-C a 240 W è limitata. Sono disponibili, tuttavia, alcuni misuratori di potenza USB-C da 240 W , oltre a un cavo di Club 3D . Nota che un cavo USB-C non deve essere USB4 per supportare l’erogazione di potenza di 240 W; può invece utilizzare una vecchia generazione di USB.

L’erogazione di potenza di 240 W è anche una caratteristica opzionale dei cavi USB-C, quindi per assicurarti di sapere cosa stai ricevendo, puoi cercare il logo opzionale di USB-IF, che ha il marchio USB PD da 240 W e 60 W.

L'USB-IF ha progettato una pila di loghi opzionali che specificano le capacità di un cavo USB-C.
L’USB-IF ha progettato una pila di loghi opzionali che specificano le capacità di un cavo USB-C.
USB-IF

E mentre stiamo parlando di alimentazione, qualsiasi porta USB4 può produrre almeno 7,5 W, rispetto a 4,5 W con USB 3.x.

USB4 contro Thunderbolt 4

CARATTERISTICA USB4 FULMINE 4
Velocità di trasferimento dati minima 20 Gbps 40 Gbps
Requisito video minimo 1x @ 60 Hz 2x 4K a 60 Hz
Requisiti minimi di dati USB 3.2: 10 Gbps PCIe: 32 Gbps, USB 3.2: 10 Gbps
Potenza minima 7,5 W 15 W
Requisito che il PC possa caricare tramite USB No
Requisito che il PC possa essere riattivato dalla modalità di sospensione quando le periferiche sono collegate tramite un dock No
Supporto alla rete
La tecnologia di virtualizzazione Intel per l’I/O diretto ( VT-d ) è necessaria per la protezione dell’accesso diretto alla memoria No
Canoni di licenza No

USB4 è stato costruito sul protocollo Thunderbolt quando Intel lo ha reso esente da royalty nel 2019. Di conseguenza, ci sono numerose somiglianze tra USB4 e l’attuale generazione Thunderbolt 4. Ma ci sono anche differenze chiave e vanno oltre il fulmine di Thunderbolt logo del bullone.

Thunderbolt 4 (il secondo da sinistra) è come USB4 portato al suo massimo potenziale.
Ingrandisci / Thunderbolt 4 (secondo da sinistra) è come se USB4 avesse raggiunto il suo massimo potenziale.
Scharon Harding

In parole povere, Thunderbolt 4, che richiede anche USB-C, può fare tutto ciò che USB4 può ed è completamente compatibile con USB4. Ma ci sono alcune cose che Thunderbolt 4 richiede che USB4 non richiede. Thunderbolt 4 prende di mira i computer ad alte prestazioni, mentre USB4 può essere trovato in altri gadget, come smartphone e tablet, rendendo superflui alcuni dei requisiti più severi di Intel.

Una grande differenza è che Thunderbolt 4, che può anche utilizzare l’allocazione dinamica della larghezza di banda tra dati e video e ha iniziato a essere lanciato con i prodotti nel 2021, opera sempre a 40 Gbps. 40 Gbps è opzionale per USB4; un cavo può funzionare a 20 Gbps ed essere comunque considerato USB4. Quando esce USB4 versione 2.0, tuttavia, dovrebbe essere in grado di superare Thunderbolt 4 raggiungendo 80 Gbps (sebbene a quel punto sia possibile una versione più veloce di Thunderbolt).

L’USB-IF ci ha detto che USB4 potrebbe supportare più monitor, a seconda del computer. Al contrario, Thunderbolt 4  promette il supporto per un massimo di due monitor 4K DisplayPort o HDMI, ciascuno funzionante a 60 Hz e “attraverso un dock compatibile o un adattatore”.

Come accennato, il supporto PCIe è opzionale per USB4, ma il funzionamento a 32 Gbps è obbligatorio per Thunderbolt 4 (Thunderbolt 3 richiede 16 Gbps). Questo è un grande motivo per cui troverai prodotti come eGPU e schede di acquisizione video che si basano sul protocollo Thunderbolt.

Quando si tratta di alimentazione, una porta USB4 deve essere in grado di emettere almeno 7,5 W, ma una porta Thunderbolt 4 (o Thunderbolt 3) deve fornire almeno 15 W. Quindi, se desideri caricare un dispositivo dal tuo laptop il più velocemente possibile possibile, utilizzare una porta Thunderbolt.

Inoltre, se un laptop ultraleggero può caricare a meno di 100 W e desidera includere una porta Thunderbolt 4, deve essere in grado di caricarsi tramite USB. Non esiste tale requisito per i laptop USB4, né i dispositivi USB4 devono essere in grado di riattivarsi quando un dispositivo è collegato tramite un dock.

Intel promuove la capacità di Thunderbolt 4 di collegare due computer in una rete peer-to-peer tramite un cavo Thunderbolt 4 e USB4 può eseguire la stessa funzionalità in modo identico, secondo Ravencraft. Ciò è utile se si dispone di molti dati necessari per spostarsi da un sistema all’altro. Entrambi i protocolli supportano anche una connessione 10 Gigabit Ethernet tramite un adattatore.

Inoltre, Thunderbolt 4 richiede l’uso della funzione VT-d di Intel, che dovrebbe impedire l’accesso virtuale alla memoria fisica del sistema host. Ciò impone più tecnologie Intel ai partner, ma è anche un livello di sicurezza per le persone che eseguono macchine virtuali.

In termini di lunghezza del cavo, Intel afferma che i cavi passivi possono arrivare fino a 6,6 piedi (2 metri) mentre funzionano a 40 Gbps. Tuttavia, abbiamo visto cavi Thunderbolt 4 attivi, ovvero il cavo Thunderbolt 4 Pro di Apple , salire fino a 9,8 piedi (non ci sono ancora opzioni ottiche, sebbene ci siano offerte Thunderbolt 3 che raggiungono 32,8 piedi/10 metri).

Infine, le aziende devono pagare le tasse Intel per utilizzare il marchio Thunderbolt. Non è il caso di uno standard aperto come USB4.

“Con USB4, il consumatore ottiene tutti i vantaggi che uno standard aperto offre al mercato, ovvero più fornitori in competizione tra loro mantenendo prezzi competitivi [e] prezzi più bassi guidano il volume, il che riduce i costi/prezzi”, ha affermato Ravencraft.

Questo è anche il motivo per cui non vedi i computer della rivale Intel AMD con porte Thunderbolt. Ma poiché Thunderbolt fa parte del protocollo USB4, ora puoi ottenere la funzionalità Thunderbolt da un laptop AMD tramite una porta USB4 .

Il futuro dell’USB

La tecnologia USB è in fase di sviluppo attivo da parte di USB-IF. Alla domanda sulle prospettive future dello standard USB, Ravencraft di USB-IF ha anticipato di lavorare per soddisfare la domanda del mercato per prestazioni e applicazioni supportate.

“Sebbene le prestazioni dei dati e l’alimentazione siano chiaramente le aree di interesse più visibili all’utente per USB, lavoriamo anche su altre aree, come il supporto di nuove applicazioni e/o il miglioramento del modo in cui l’USB può essere utilizzato all’interno dei prodotti”, ha affermato.

Non possiamo dirti quale sarà la prossima grande funzionalità USB, poiché USB-IF non fornisce aggiornamenti alle specifiche prima che vengano rilasciate alla comunità degli sviluppatori. Anche in questo caso, di solito ci vogliono dai 12 ai 18 mesi per iniziare a vedere i prodotti rilevanti. Una cosa che ci aspettiamo, tuttavia, è che USB-C continui a essere il connettore preferito. La tecnologia è diventata così onnipresente in un’ampia gamma di prodotti di consumo che l’  Unione europea richiederà l’USB-C su smartphone, tablet, fotocamere digitali, console di gioco portatili, e-reader, auricolari, cuffie e auricolari entro l’autunno del 2024, con il mandato che si applica ai laptop 40 mesi dopo.

Il Brasile sta anche valutando un mandato USB-C per gli smartphone e alcuni politici hanno spinto (con movimenti minimi) per una strategia che richiede uno standard di caricabatterie universale per la tecnologia di consumo negli Stati Uniti . I politici statunitensi non hanno nominato USB-C in modo specifico, ma è chiaro che il mondo sta osservando l’introduzione da parte dell’UE del suo mandato USB-C e cosa significa per i rifiuti elettronici e la semplicità dei clienti. Si dice persino che Apple stia testando USB-C su iPhone , una resistenza USB-C di lunga data.

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