Giới thiệu về USB 4

Giới thiệu về USB 4

USB4 là hệ thống USB được chỉ định trong thông số kỹ thuật USB4. Diễn đàn Nhà phát triển USB 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" do Intel và Apple hợp tác phát triển. Tốc độ truyền dữ liệu của USB4 có thể đạt tới 40 Gbps, gấp đôi tốc độ của USB 3.2 (Gen2×2) mới nhất.

Không giống như các tiêu 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 thức 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/giây và có thể hỗ trợ thông lượng 40 Gbit/giây. Tuy nhiên, do truyền dữ liệu theo đường hầm, khi truyền dữ liệu hỗn hợp, ngay cả khi dữ liệu được truyền ở tốc độ 20 Gbit/giây, tốc độ truyền dữ liệu thực tế có thể cao hơn tốc độ của 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 rút gọn 20Gbps. Nếu bạn muốn mua một 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 USB 3.1 C TO C phù hợp là rất quan trọng vì đây là yếu tố then chốt để đạt được tốc độ 40Gbps.

Nhiều người còn nhầm lẫn về mối quan hệ giữa USB4 và Thunderbolt 4. Thực tế, cả Thunderbolt 4 và USB4 đều được xây dựng dựa trên giao thức nền tảng của Thunderbolt 3. Chúng bổ sung cho nhau và tương thích. Tất cả các giao diện đều là Type-C, và tốc độ tối đa cho cả hai là 40 Gbps.

Trước hết, cáp USB4 mà chúng ta đang nói đến là chuẩn truyền dẫn USB, là một thông số kỹ thuật giao thức liên quan đến hiệu suất và hiệu quả truyền dẫn của USB. USB4 có thể được hiểu là "thế hệ thứ tư" của thông số kỹ thuật này.

Giao thức truyền USB được nhiều công ty đề xuất và phát triển chung, bao gồm Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC và Nortel vào năm 1994. Phiên bản USB V0.7 được phát hành 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 USB Implementers Forum, hay còn gọi là USB-IF quen thuộc, và USB-IF hiện là tổ chức tiêu chuẩn hóa USB.

Năm 1996, USB-IF chính thức đề xuất thông số kỹ thuật USB1.0. Tuy nhiên, tốc độ truyền tải của USB1.0 chỉ đạt 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

Vào tháng 9 năm 1998, USB-IF đã phát hành thông số kỹ thuật USB 1.1. Lần này, tốc độ truyền được tăng lên 12 Mbps và một số chi tiết kỹ thuật trong USB 1.0 đã được sửa đổi. Dòng điện đầu ra tối đa vẫn giữ nguyên là 5V/500mA.

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

Bắt đầu từ USB 2.0, USB-IF đã chứng minh “tài năng độc đáo” của họ trong việc đổi tên.

Vào 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 phiên bản USB 2.0 tốc độ thấp, USB 1.1 thành phiên bản USB 2.0 tốc độ đầy đủ và USB 2.0 thành phiên bản USB 2.0 tốc độ cao.

Tuy nhiên, sự thay đổi này ít ảnh hưởng đến tình hình hiện tại vào thời điểm đó, vì USB 1.0 và 1.1 về cơ bản đã rời khỏi giai đoạn lịch sử.

Vào tháng 11 năm 2008, Nhóm Thúc đẩy USB 3.0, bao gồm các công ty 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 Thúc đẩy 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 quản lý.

Tốc độ truyền dữ liệu tối đa của USB 3.0 đạt 5.0 Gbps, tương đương 640MB/giây. Dòng điện đầu ra tối đa là 5V/900mA. USB 3.0 hoàn toàn tương thích với USB 2.0 và hỗ trợ truyền dữ liệu song công toàn phần (tức là có thể nhận và gửi dữ liệu đồng thời, trong khi USB 2.0 chỉ truyền bán song công), đồng thời có khả năng quản lý năng lượng 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 thông qua các chân.

Vào tháng 7 năm 2013, USB 3.1 đã được phát hành, với tốc độ truyền tải 10 Gbps (1280 MB/giây), được cho là SuperSpeed+ và điện áp cung cấp điện tối đa cho phép được nâng lên 20V/5A, tức là 100W.

Sự nâng cấp của USB 3.1 so với USB 3.0 cũng rất rõ ràng. 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 gây ra nhiều phiền toái cho người tiêu dùng vì nhiều nhà cung cấp thiếu đạo đức chỉ ghi sản phẩm hỗ trợ USB 3.1 trên bao bì mà không ghi rõ là Gen1 hay Gen2. Trên thực tế, hiệu suất truyền tải của hai chuẩn này khá khác nhau, và người tiêu dùng có thể vô tình mắc bẫy. Do đó, việc đổi tên này là một động thái không mấy tốt đẹp đối với đại đa số người tiêu dùng.

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

▲Quá trình thay đổi tên USB

Tuy nhiên, vào năm 2019, USB-IF đã đưa ra một thay đổi tên gọi khác. Họ đổi tên USB 3.1 Gen1 (là USB 3.0 gốc) thành USB 3.2 Gen1, USB 3.1 Gen2 (là USB 3.1 gốc) 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 đa thế hệ từ "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 tối đa 40 Gbps:

Thông qua truyền dẫn kênh đôi, tốc độ truyền dẫn tối đa theo lý thuyết của USB4 có thể đạt tới 40 Gbps, tương đương với tốc độ của Thunderbolt 3 (gọi tắt là “Thunderbolt 3” bên dưới).

Trên thực tế, USB4 sẽ có ba tốc độ truyền tải: 10 Gbps, 20 Gbps và 40 Gbps. Vì vậy, nếu bạn muốn mua một 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 (không phải tất cả) thiết bị USB4 cũng có thể tương thích với giao diện Thunderbolt 3. 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. Việc thiết bị có tương thích hay không còn tùy thuộc vào quy định 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 truyền tải 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 ở USB 3.2 và các thế hệ trước. Trước đó, chế độ hoạt động của USB là luân phiên.

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

USB PD (USB Power Delivery - Truyền tải điện USB) là một trong những giao thức sạc nhanh phổ biến hiện nay. Nó cũng được phát triển bởi tổ chức USB-IF. Thông số kỹ thuật này có thể đạt được điện áp và dòng điện cao hơn, với công suất truyền tải tối đa lên tới 100W, và hướng truyền tải điện có thể được thay đổi tự do.

Theo quy định của USB-IF, chuẩn giao diện sạc USB PD hiện tại 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, chúng ta cũng dễ dàng nhận thấy USB4 chỉ có thể hoạt động thông qua đầu nối USB Type-C. Trên thực tế, không chỉ USB PD mà cả các chuẩn USB-IF mới nhất khác 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 này có nghĩa là nó có thể tương thích ngược với các chuẩn giao thức trước đó. Tuy nhiên, USB 1.0 và 1.1 không được hỗ trợ. Hiện tại, các giao diện sử dụng giao thức này gần như đã biến mất khỏi thị trường.

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