Gen1和Gen2，Gen3的区别

USB4简述

在介绍USB4之前就不得不提一下Intel和苹果公司合作推出的雷电协议。雷电协议是组合协议，整合了DisplayPort协议(简称DP)和PCI-Express协议(简称PCIe)而成。先后推出了雷电1和雷电2协议，但都反响平平。后来推出了雷电3协议（Thunderbolt 3，简称TBT3），传输速度达到了40Gbps，后来Intel选择将协议交给了USB-IF协会。2019年，USB-IF在USB 3.2的基础上整合了雷电3协议（简称TBT3），推出了USB4 Gen 2x2和USB4 Gen 3x2。这次改名和以往不同的是依然保留了USB 3.2的名字。USB4就是在原先USB 3.2传输速度基础上进行了倍增，达到了40Gbps，也就是USB4 Gen 3x2的速度。USB4同时支持USB 3.2和TBT3的传输。总之，USB4=USB 3.2+TBT3。USB4和USB 3.2一样，也有单通道模式和双通道模式，USB4接口和USB 3.2接口一样，都支持搭载USB PD快充协议。

Gen1和Gen2，Gen3的区别

USB是一种传输数据的协议规范，也是一种接口技术规范。1996年由美国的Intel、微软、康柏、DEC和IBM，日本的NEC，加拿大的北方电信公司等七家业界巨头组成的非盈利组织USB标准化组织（USB Implement Forum，简称USB-IF）推出了USB 1.0，之后推出了速度更快的USB 1.1和USB 2.0。2008年，由Intel，苹果，惠普，微软，瑞萨电子，意法半导体和德州仪器等组成的USB 3.0 Promoter Group行业技术联盟发布了USB 3.0，然后转移给了USB-IF来管理和维护。2013年到2019年之间，Intel等大公司联合的USB 3.0 Promoter Group相继推出了USB 3.1、USB 3.2和USB4协议规范，在USB-IF官网上发布和更新。

从USB的演变图中可以看出，USB从最开始推出的USB 1.0到USB4共经历了24年。最明显的改进就是带宽的增加，在USB 2.0及之前主要支持低速(1.5Mbps)、高速(12Mbps)和全速(480Mbps)。到了USB 3.0开始进入超速模式，而且每升级一次，带宽就翻倍，从最开始的5Gbps到了现在的40Gbps。

USB编码方式科普

USB 3.1和USB 3.2都是为了提升带宽而推出的，USB4的设计目标仍然保持不变。不过这一规范的发布同样是为了整合USB Type-C生态以及减少终端用户的困惑。新的USB4标准虽然推出了新的底层协议，但仍可以与现有的USB3.2、USB2.0以及Thunderbolt 3兼容。USB4将采用双路双单工的架构，加倍了Type-C的传输带宽，传输速率至少要达到20Gbps，可选40Gbps，最大传输速率是上一代USB 3.2的两倍，对认证的接口和线缆也将提供两种不同的Logo（）。对于40Gbps的USB4，其编码方式依然是USB 3.2所用的128b/132b，而20Gbps将采用64b/66b，即40Gbps的USB4每传输128个Bit，需要发送130个Bit，那么，USB4协议的每一条Lane支持8 * 128 / 130 = 7.877 Gbps = 984.6 MB/s 的速率，一条USB4x2的通道(USB4 Gen 3 x 2是全双工，双通道传输数据的，每个通道同时发送和接收数据),x2的可用带宽为7.877*2 = 15.754 Gbps = 15.754 GB/s，双向带宽高达31.5GB/s,编码方式决定带宽及传输速度。

USB4结构传输数据

USB带宽及lanes科普

对于USB来说，每一个通道有两个差分对，一个用于发送，一个用于接收。PCIe也一样是全双工通信，会同时发送和接收数据，通道的定义也符合这一点。下图为USB Type-C母座，共有两个通道，即高速通道0和高速通道1，我们称之为Lane 0 Adapter和Lane 1 Adapter。即通道0适配器和通道1适配器 。这里的适配器可以当做信号转换器来理解。USB是全双工通信，每一个通道有两个差分对，一个用于发送，一个用于接收。即差分对TX1+和TX1-用于发送数据，差分对RX2+和RX2-用于接收数据，两个差分对组成高速通道0，即Lane 0 Adapter。同理，差分对RX2+和RX2-用于接收数据，差分对TX2+和TX2-用于发送数据，两个差分对组成高速通道1，即Lane 1 Adapter。与Lane 0 Adapter和Lane 0 Adapter相连的通道称为Lane 0和Lane 1。单通道模式就是只有lane 0和lane 1其中之一来传输USB数据，另一个用作其他用途。比如USB 3.2 Gen 1和USB 3.2 Gen 2，都是通过单通道来传输数据的。其中USB 3.2 Gen 1的传输速度为5Gbps，因为单通道是发送和接收同时进行，所以传输速度指的是发送或者接收中的一个的速度。就拿lane 0来说，有TX1+、TX1-和RX2+、RX2-这两个差分对，lane 0的传输速度指的就是TX1+、TX1-差分通道的速度为5Gbps，或者说是RX2+、RX2-差分通道的速度为5Gbps，用lane 1的传输数据时，速度同理。USB 3.2 Gen 2的传输速度为10Gbps，在USB 3.2 Gen 1基础上翻倍了，其实就是说USB 3.2 Gen 2通过lane 0的发送或者接收的差分通道传输速度翻倍为10Gbps，同理用lane 1传输数据时，发送或者接收的差分通道传输速度也是10Gbps。

双通道模式就是lane 0和lane 1都用来传输USB数据。比如USB 3.2的USB 3.2 Gen 1x2和USB 3.2 Gen 2x2，USB4的USB4 Gen2x2和USB4 Gen3x2，都是通过双通道来传输数据的。如何判断是单通道模式，还是双通道模式？“Gen”后面数字如果带有“x2”字样就表示双通道模式，如果没有“x2”字样或者写的是"x1"字样，就表示单通道模式。同一个USB版本规范，双通道模式传输速度是单通道传输速度的2倍。比如USB 3.2 Gen 1x2的传输速度是USB 3.2 Gen 1传输速度的两倍，因为USB 3.2 Gen 1传输数据只用了一个5Gps的通道 ，而USB 3.2 Gen 1x2传输数据用了两个5Gps的通道，所以传输速度就变为了10Gbps。单通道传输的USB 3.2 Gen 2 的传输速度是在同样单通道传输的USB 3.2 Gen 1(5Gbps)基础上翻倍了，变成了10Gbps，同理，双通道传输的USB 3.2 Gen 2x2的传输速度自然就变成了USB 3.2 Gen 2的2倍，即20Gbps。USB4的USB4 Gen2x2是双通道传输，维持了USB 3.2 Gen 2x2同样的传输速度20Gbps。USB4的USB4 Gen3x2也是双通道传输，在USB4 Gen2x2基础上翻倍，变成了40Gbps。上面提到过，从USB 3.2开始就只支持USB Type-C接口，而不再支持Type-A和Type-B接口了。这是为什么呢？因为从USB 3.2开始定义了USB数据传输的双通道模式，即两组差分对用来发送，两组差分对用来接收，需要4组差分对，只有USB Type-C接口能提供4组差分线。单通道模式是一组差分对用来发送，一组差分对用来接收。Type-A和Type-B接口只能提供2对差分线，只适用于单通道模式。总之，因为引入了双通道传输USB数据的模式，所以使得USB 3.2及之后的USB4都只能支持USB Type-C接口。

可传输接口的科普

USB接口按照型号分为Type-A，Type-B和Type-C三种。Standard-A属于Type-A，Micro-B属于Type-B，USB 3.1接口及之前，除了Type-C，还有Type-A和Type-Micro B;Type-MINI B等几种型号，而到了USB 3.2接口就只支持Type-C了。是因为过去的连接器如USB Type-A 或Micro-B，仅支援单通道传输，无法支援USB3.2及USB4。USB 传输速度最快支援40G (20Gbps x2)，并可同时传送。

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