Giới thiệu về USB 4

Giới thiệu về USB 4

USB4 là hệ thống USB được quy định trong tiêu chuẩn USB4. Diễn đàn các nhà phát triển USB (USB Developers Forum) đã phát hành phiên bản 1.0 vào ngày 29 tháng 8 năm 2019. Tên đầy đủ của USB4 là Universal Serial Bus Generation 4. Nó dựa trên công nghệ truyền dữ liệu “Thunderbolt 3” được phát triển chung bởi Intel và Apple. Tốc độ truyền dữ liệu của USB4 có thể đạt tới 40 Gbps, gấp đôi tốc độ của USB 3.2 (Gen2×2) được phát hành gần đây nhất.

Không giống như các chuẩn giao thức USB trước đây, USB4 yêu cầu đầu nối USB-C và cần hỗ trợ USB PD để cấp nguồn. So với USB 3.2, nó cho phép tạo các đường hầm DisplayPort và PCI Express. Kiến trúc này định nghĩa một phương pháp chia sẻ động một liên kết tốc độ cao duy nhất với nhiều loại thiết bị đầu cuối, có thể xử lý tốt nhất việc truyền dữ liệu theo loại và ứng dụng. Các sản phẩm USB4 phải hỗ trợ thông lượng 20 Gbit/s và có thể hỗ trợ thông lượng 40 Gbit/s. Tuy nhiên, do truyền tải qua đường hầm, khi truyền dữ liệu hỗn hợp, ngay cả khi dữ liệu được truyền ở tốc độ 20 Gbit/s, tốc độ truyền dữ liệu thực tế có thể cao hơn so với USB 3.2 (USB 3.1 Gen 2).

USB4 được chia thành hai phiên bản: 20Gbps và 40Gbps. Các thiết bị có giao diện USB4 trên thị trường có thể cung cấp tốc độ 40Gbps của Thunderbolt 3 hoặc phiên bản giảm xuống còn 20Gbps. Nếu bạn muốn mua thiết bị có tốc độ truyền tải cao nhất, tức là 40Gbps, tốt nhất nên kiểm tra thông số kỹ thuật trước khi mua. Đối với các trường hợp yêu cầu truyền tải tốc độ cao, việc lựa chọn cáp USB 3.1 C sang C phù hợp là rất quan trọng vì đây là yếu tố then chốt để đạt được tốc độ 40Gbps.

Nhiều người nhầm lẫn về mối quan hệ giữa USB4 và Thunderbolt 4. Trên thực tế, cả Thunderbolt 4 và USB4 đều được xây dựng dựa trên giao thức Thunderbolt 3. Chúng bổ sung cho nhau và tương thích với nhau. Cả hai đều sử dụng giao diện Type-C và tốc độ tối đa là 40 Gbps.

Trước hết, cáp USB4 mà chúng ta đang đề cập đến là tiêu chuẩn truyền dẫn của USB, một đặc tả giao thức liên quan đến hiệu suất và hiệu quả truyền tải USB. USB4 có thể được hiểu là “thế hệ thứ tư” của đặc tả này.

Giao thức truyền dẫn USB được đề xuất và phát triển chung bởi nhiều công ty, bao gồm Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC và Nortel vào năm 1994. Nó được phát hành dưới dạng phiên bản USB V0.7 vào ngày 11 tháng 11 năm 1994. Sau đó, các công ty này đã thành lập một tổ chức phi lợi nhuận để quảng bá và hỗ trợ USB vào năm 1995, có tên là Diễn đàn những người triển khai USB (USB Implementers Forum), tiền thân của USB-IF, và USB-IF hiện là tổ chức tiêu chuẩn hóa USB.

Năm 1996, USB-IF chính thức đề xuất chuẩn USB 1.0. Tuy nhiên, tốc độ truyền tải của USB 1.0 chỉ là 1,5 Mbps, dòng điện đầu ra tối đa là 5V/500mA, và vào thời điểm đó, có rất ít thiết bị ngoại vi hỗ trợ USB, vì vậy các nhà sản xuất bo mạch chủ hiếm khi thiết kế trực tiếp giao diện USB trên bo mạch chủ.

▲USB 1.0

Tháng 9 năm 1998, USB-IF đã công bố thông số kỹ thuật USB 1.1. Tốc độ truyền tải được tăng lên 12 Mbps, và một số chi tiết kỹ thuật trong USB 1.0 đã được sửa chữa. Dòng điện đầu ra tối đa vẫn giữ nguyên ở mức 5V/500mA.

Vào tháng 4 năm 2000, chuẩn USB 2.0 được giới thiệu, với tốc độ truyền tải 480 Mbps, tương đương 60 MB/giây. Tốc độ này nhanh gấp 40 lần so với USB 1.1. Dòng điện đầu ra tối đa là 5V/500mA, và nó sử dụng thiết kế 4 chân. USB 2.0 vẫn được sử dụng cho đến ngày nay và có thể nói là chuẩn USB có tuổi thọ lâu nhất.

Bắt đầu từ USB 2.0, USB-IF đã thể hiện "tài năng độc đáo" của họ trong việc đổi tên.

Tháng 6 năm 2003, USB-IF đã đổi tên các thông số kỹ thuật và tiêu chuẩn của USB, thay đổi USB 1.0 thành USB 2.0 phiên bản tốc độ thấp, USB 1.1 thành USB 2.0 phiên bản tốc độ đầy đủ và USB 2.0 thành USB 2.0 phiên bản tốc độ cao.

Tuy nhiên, sự thay đổi này hầu như không ảnh hưởng đến tình hình hiện tại vào thời điểm đó, bởi vì USB 1.0 và 1.1 về cơ bản đã lỗi thời.

Vào tháng 11 năm 2008, Nhóm Xúc tiến USB 3.0, bao gồm các ông lớn trong ngành như Intel, Microsoft, HP, Texas Instruments, NEC và ST-NXP, đã hoàn thiện tiêu chuẩn USB 3.0 và công bố rộng rãi. Tên chính thức được đặt là “SuperSpeed”. Nhóm Xúc tiến USB chủ yếu chịu trách nhiệm phát triển và xây dựng các tiêu chuẩn dòng USB, và các tiêu chuẩn này cuối cùng sẽ được chuyển giao cho USB-IF để quản lý.

Tốc độ truyền tải tối đa của USB 3.0 đạt 5.0 Gbps, tương đương 640MB/s. Dòng điện đầu ra tối đa là 5V/900mA. Nó hoàn toàn tương thích với USB 2.0 và hỗ trợ truyền dữ liệu song công toàn phần (nghĩa là có thể nhận và gửi dữ liệu đồng thời, trong khi USB 2.0 chỉ là bán song công), cũng như có khả năng quản lý nguồn tốt hơn và các tính năng khác.

USB 3.0 sử dụng thiết kế 9 chân. 4 chân đầu tiên giống với USB 2.0, trong khi 5 chân còn lại được thiết kế riêng cho USB 3.0. Do đó, bạn có thể xác định đó là USB 2.0 hay USB 3.0 dựa vào số chân cắm.

Tháng 7 năm 2013, USB 3.1 được ra mắt, với tốc độ truyền tải 10 Gbps (1280 MB/s), được quảng cáo là SuperSpeed+, và điện áp nguồn tối đa cho phép được nâng lên 20V/5A, tương đương 100W.

Sự nâng cấp của USB 3.1 so với USB 3.0 cũng rất rõ rệt. Tuy nhiên, không lâu sau đó, USB-IF đã đổi tên USB 3.0 thành USB 3.1 Gen1 và USB 3.1 thành USB 3.1 Gen2.

Việc đổi tên này đã gây rắc rối cho người tiêu dùng vì nhiều thương nhân thiếu trung thực chỉ ghi trên bao bì sản phẩm là hỗ trợ USB 3.1 mà không cho biết đó là thế hệ 1 hay thế hệ 2. Trên thực tế, hiệu năng truyền tải của hai chuẩn này khá khác nhau, và người tiêu dùng có thể vô tình bị lừa. Do đó, việc đổi tên này là một bước đi sai lầm đối với phần lớn người tiêu dùng.

Vào tháng 9 năm 2017, USB 3.2 được ra mắt. Theo chuẩn USB Type-C, nó hỗ trợ hai kênh 10 Gbps để truyền dữ liệu, với tốc độ lên đến 20 Gb/s (2500 MB/s), và dòng điện đầu ra tối đa vẫn là 20V/5A. Các khía cạnh khác có một số cải tiến nhỏ.

▲Quy trình đổi tên USB

Tuy nhiên, vào năm 2019, USB-IF đã thực hiện một sự thay đổi tên gọi khác. Họ đổi tên USB 3.1 Gen1 (phiên bản gốc của USB 3.0) thành USB 3.2 Gen1, USB 3.1 Gen2 (phiên bản gốc của USB 3.1) thành USB 3.2 Gen2 và USB 3.2 thành USB 3.2 Gen 2×2.

Hiện tại và Tương lai: Bước tiến vượt bậc của USB4

Giờ đây khi đã đến với USB4, hãy cùng xem xét những nâng cấp và cải tiến của chuẩn giao thức mới này. Trước hết, vì đây là bản nâng cấp từ thế hệ “3” lên “4”, nên sự cải tiến chắc chắn phải rất đáng kể.

Dựa trên tất cả thông tin chúng tôi đã thu thập được, các tính năng mới của USB4 được tóm tắt như sau:

1. Tốc độ truyền tải tối đa 40 Gbps:

Thông qua truyền dẫn hai kênh, tốc độ truyền tải tối đa về mặt lý thuyết của USB4 có thể đạt tới 40 Gbps, tương đương với Thunderbolt 3 (sau đây gọi là “Thunderbolt 3”).

Trên thực tế, USB4 sẽ có ba tốc độ truyền tải: 10 Gbps, 20 Gbps và 40 Gbps. Vì vậy, nếu bạn muốn mua thiết bị có tốc độ truyền tải cao nhất, tức là 40 Gbps, tốt hơn hết bạn nên kiểm tra thông số kỹ thuật trước khi mua.

2. Tương thích với giao diện Thunderbolt 3:

Một số (nhưng không phải tất cả) thiết bị USB4 cũng có thể tương thích với giao diện Thunderbolt 3. Điều đó có nghĩa là, nếu thiết bị của bạn có giao diện USB4, bạn cũng có thể kết nối thiết bị Thunderbolt 3 bên ngoài. Tuy nhiên, điều này không bắt buộc. Khả năng tương thích hay không phụ thuộc vào chính sách của nhà sản xuất thiết bị.

3. Khả năng phân bổ tài nguyên băng thông động:

Nếu bạn sử dụng cổng USB4 đồng thời để kết nối màn hình và truyền dữ liệu, cổng sẽ phân bổ băng thông tương ứng tùy theo tình huống. Ví dụ, nếu video chỉ cần 20% băng thông để hiển thị trên màn hình 1080p, thì 80% băng thông còn lại có thể được sử dụng cho các tác vụ khác. Điều này không thể thực hiện được trên USB 3.2 và các thế hệ trước đó. Trước đó, chế độ hoạt động của USB là luân phiên nhau.

4. Tất cả các thiết bị USB4 đều hỗ trợ USB PD.

USB PD là viết tắt của USB Power Delivery (truyền tải điện năng qua USB), một trong những giao thức sạc nhanh phổ biến hiện nay. Giao thức này được phát triển bởi tổ chức USB-IF. Chuẩn này cho phép đạt được điện áp và dòng điện cao hơn, với công suất truyền tải tối đa lên đến 100W, và hướng truyền tải điện năng có thể được thay đổi tự do.

Theo quy định của USB-IF, chuẩn giao diện sạc USB PD hiện nay phải là USB Type-C. Trong giao diện USB Type-C, có hai chân, CC1 và CC2, được sử dụng cho các kênh cấu hình giao tiếp PD.

5. Chỉ có thể sử dụng giao diện USB Type-C.

Với đặc điểm trên, điều hiển nhiên là chúng ta cũng biết rằng USB4 chỉ hoạt động thông qua các đầu nối USB Type-C. Trên thực tế, không chỉ USB PD mà cả các tiêu chuẩn mới nhất khác của USB-IF cũng chỉ áp dụng cho Type-C.

6. Có thể tương thích ngược với các giao thức trước đây.

USB4 có thể được sử dụng cùng với các thiết bị và cổng USB 3 và USB 2. Điều đó có nghĩa là nó có khả năng tương thích ngược với các chuẩn giao thức trước đó. Tuy nhiên, USB 1.0 và 1.1 không được hỗ trợ. Hiện nay, các giao diện sử dụng giao thức này hầu như đã biến mất khỏi thị trường.

Dĩ nhiên, khi kết nối thiết bị USB4 với cổng USB 3.2, nó không thể truyền dữ liệu với tốc độ 40 Gbps. Và giao diện USB 2 kiểu cũ cũng sẽ không trở nên nhanh hơn chỉ vì nó được kết nối với giao diện USB4.