为什么苹果M1和Intel酷睿抢先选择USB4.0？

在苹果不久前发布的三款采用M1芯片的Mac产品中，除了时隔多年后再度换回苹果自研芯片，带来让人惊叹的性能和功耗表现外，还成为首批搭全新USB4规范的设备，

全新的USB4（官方特别标注USB和4之间没有空格）于2019年发布，目前除了苹果这几款终端外，还有数款采用第十一代酷睿Tiger Lake处理器的笔记本产品和少量采用该规范的产品已经率先上市。

不过参考它带来了大量实用的新特性，USB4拥有相当不错的普及前景，相信不久的将来，我们就能看到采用该协议的产品大量上市。而今天我们就来聊聊，这个全新的USB规范将能为我们带来哪些惊喜。

USB4的主要特性

跟此前最强的USB规范（USB 3.2 Gen 2 x 2）相比，全新的USB4规范将拥有更快的传输速度、更好的视频带宽管理以及对雷电3设备的兼容性，此外它还肩负着USB标准化组织（USB-IF）要规范USB协议命名的重任。

最大传输速度提升到40 Gbps

作为一个数据传输协议，USB4最关键的升级自然是传输速度，搭配使用完整规格的四个双向通道线缆进行数据传输是，USB4设备的最高传输速度达到雷电3接口的40Gbps，相比上一代的USB 3.2 Gen 2×2足足提高了一倍，也为该接口更丰富的应用场景打下基础。

需要注意的是，虽然USB4的理论速度可以达到40 Gbps，但并非所有USB设备达到最高的船速速度标准，而且要达到最高传输速度标准也对其他硬件提出了更高的要求，这也是限制雷电3接口普及的重要原因。

为此，USB-IF专门制定了20 Gbps版本的USB4规范，虽然理论极限速度下降到一半，但是仍比目前主流的USB 3.x 规范快上不少，并且可以支持下面提到的一些新特性。

视频传输协议升级为DisplayPort 2.0

在视频传输协议方面，USB4将从此前的DisplayPort 1.4升级支持到DisplayPort 2.0，这意味着USB4可以在DisplayPort Alt Mode（备选模式）下，实现对8K@60Hz+HDR10视频的实时传输。参考DisplayPort 2.0协议最高可以支持高达80Gbps的传输速率，而且支持在USB模式下实现，因此未来的USB4在视频传输带宽上还有拥有不少进步空间。

兼容现有的雷电3设备

采用完整规格的USB4可以兼容现有的雷电3设备，也是USB4规范的一个重要特性，这将大幅提高该规范在推广初期的可用性，也可以避免雷电2接口向雷电3演进过程中遭遇的兼容性问题再次发生。之前一直有说法称，USB4其实是雷电3的一个新马甲，不过从具体的应用来看，这两者之间还是存在不少差异的，后面在技术分析环节我们再详细讨论这一问题

只提供数据传输通道，可以动态分配不同类型数据的带宽

由于USB4规范本身并不提供任何的通用数据传输机制，而是提供数据通道并且利用其它数据传输协议（USB 3.2、Displayport 、PCIe等）进行目标类型的数据传输，该特性搭配全新的动态调配机制，可以大幅提高对数据通道的利用率。

举个例子，假如我们使用的是速率为40 Gbps的USB 4设备，传输4K视频的同时要用支持PCIe通道的外置SSD传输数据，此时视频通道只占用了12.5Gbps的通道，其余27.5Gbps的带宽都可以全部用于通过USB协议或PCIe通道进行数据传输。而不是像以往一样每个通道都占用了固定的带宽，导致在进行视频传输时（不管是1080P还是4K），数据传输的速度就会直接被限制到低速模式。

Type-C接口独占

由于各种新特性的支持，完整规格的USB 4只能通过双向Type-C接口进行传输，将不再提供对USB Type-A或USB Type-B接口的兼容。这些接口未来应该还会出现在集线器和拓展坞当中，不过就无法利用USB4的新特性。

这种改变也是大势所趋，因为像USB-PD快充、多协议双向传输等功能也是有Type-C接口的独占功能，未来其他旧式USB接口也将逐步退出历史舞台。

所有符合USB4规范的设备都支持PD协议

在当今一些Type-C设备支持基于PD协议的高功率店里传输协议，并非所有采用该接口的设备都支持这图改不方便，而来到USB4时代，所有采用该规范的接口都必须支持PD协议，这样才能确保这些设备获得充足的店里供应和更出色的电源管理。

成本飙升，但价格会远低于雷电3

在一大堆新特性的加持下，线缆、接口和周边设备的成本自然也会水涨船高，影响这雷电接口普及的最大障碍之一是它的使用成本，为普及这些新特性而来的USB4肯定也考虑到这一点。

由于USB4并不像雷电接口那样需要额外的授权费用，拥有这些新特性的USB4线缆自然也会省下一大笔认证费用，而根据目前透露的信息，USB4在初期并不会像雷电接口一样只出现在高端市场的产品中，而是将会全面出现在各价位段的产品中。

USB4接口跟雷电接口的关系

尽管目前市面上已经有不少采用雷电3接口的外置显卡拓展坞，但是经过这么多年过去了，只有少数高端笔记本电脑和台式机会提供这一接口，而在DIY市场，几乎没有主板产品会原生提供雷电3接口。

由于雷电接口主要是intel和苹果联合制定的标准，因此目前的市场上，除了最近几代的Mac产品和少数使用intel处理器的高端Windows笔记本提供对这一接口的支持。

与标准USB协议相比，属于私有协议雷电协议需要额外的授权费，即便不考虑这一额外的费用，除了需要在CPU上提供支持，还得搭配上额外的辅助芯片才能使用，因此要使用该接口需要付出高昂的额外成本。

采用AMD处理器和其他移动端Soc的产品更是直接被intel拒之门外，因此这款接口一直难以进行大规模普及，再具吸引力的特性也鲜有用武之地。

而在英特尔已经将雷电3协议授权给USB标准联盟，而且核心特性和技术都被应用在全新的USB4规范上，因此完整版USB4的设备在理论上可以与Thunderbolt 3设备兼容，这也是这项规范在公布之初就备受关注的重要原因。

因为在USB4协议被推广后，设备制造商将不再需要向英特尔支付任何额外的授权费用，就可以制造出兼容现有雷电3设备的产品，消费者也可以用更实惠的价格享受到显卡拓展坞、超高速外置SSD、多屏4K拓展等现在还高高在上的技术，因此这USB4比雷电3/4更具市场潜力。

不过需要注意的是，USB4对雷电3的兼容并不是硬性要求，设备制造商们推出的USB4接口并不一定能完美兼容现有的雷电3设备。

以苹果最新的使用自家M1芯片的MAC设备为例，它们虽然是配备了雷电3/USB4端口，但是这些Mac却不能使用外置显卡拓展坞，这也跟采用ARM架构的处理器与现有显卡的兼容性以及PCIe通道的调用有关。

同样的情况也会出现在未来的平板电脑和手机上，因此设备间的兼容性不但跟接口相关，也得考虑到连接设备间的兼容性。

而雷电3/4规范短期内也不会因为USB4的推出而被淘汰，采用这该规格的接口仍需要通过英特尔的认证，制造商们要生产对应的设备仍需乖乖给intel交费，不过通过认证的产品在兼容性上肯定会更具优势。

这种情况就类似与现实器产品上，NVIDIA的G-Sync技术和通过DP1.4接口实现的FreeSync技术之间的关系，虽然支持的FreeSync技术的显示器可以在兼容模式下开启G-Sync，但是要完美使用G-Sync，显示器仍需使用专用芯片以及通过NVIDIA的认证。

因此，虽然完整版的USB4虽然理论上可以在通过相似甚至相同的技术来实现对雷电3/4设备的支持，并且能实现对应的功能（如通过PCIe通道调用显卡、通过DisplayPort 2.0输出8K视频、通过PD实现100W快充），但是它们在实现该功能的过程中遵循的规范和使用的芯片不尽相同。

而最为重要的是，由于USB4的开源协议，它的功能模块不是固定的，厂商们可以根据产品需要和成本自行选择，这就意味着，在绝大多数情况下，USB4只能实现某些特性，而通过雷电认证的设备，尤其是线缆，就可以完整实现这些特性，就比如一条支持USB4的线缆，可能在传输速度上能达到40Gbps，但受限于线材材质，最大充电功率只能达到20W（最标准仍为7.5W），这种情况在USB 3.x时代已经司空见惯，未来的USB4也无法避免。

总结来说，雷电3/4接口是一种必须通过强制认证的接口，通过认证即能完整支持协议规定的所有特性（仍需考虑设备间软硬件兼容）；而USB4接口只是一种基于推荐规范的接口，满足最低要求即可使用该名称，上限表现能达到雷电3的水平，但是下限表现可能跟目前主流的全功能Type-C（USB 3.2）没有明显区别。

他们是能实现类似功能并且部分功能相互兼容的两种不同技术规范，而在实际应用层面，雷电3基本可以认为是USB4的完全体，USB4规范的大部分性能和应用指标也是基于现有的的雷电3规范。

为什么USB 4被正式拼写为“USB4”

USB4在官方命名上跟以往产品间最大的特点，就是去掉了USB和后缀数字间的空格，根据USB规范委员会的官方讲法，USB4将作为一种品牌标识而不再是作为一种版本号来存在，未来也不会出现USB4.x这些名称，这种操作的最大意义可以强化这项规范的标识感，就像目前无线局域网领域的Wi-Fi x命名规则，很好地推动了Wi-Fi 6（802.11ax）技术的快速普及。

相信不少朋友对以往USB规范的命名颇有微词，各种不同产品线之间的命名五花八们，以USB 3.x未来，一共拥有USB 3.0，USB 3.1 Gen 1，USB 3.1 Gen 2和四个不同版本的USB 3.2在内的数据传输规范，以还包括USB PD和USB Alt Mode（DP/HDMI视频模式）等各类名词，他们的规范Logo更是丰富，消费者自然也难以直观地区分这堆协议之间的区别。

USB规范委员会同时表示，未来的USB4也不再使用USB4.x的版本号进行规格更新，即便未来基于该技术规范的产品能在速度上游更大的突破（比如80Gbps），也未来仍会被称为USB4，而且还会推广使用更加直观的名字，就像USB 3.x被称为超高速USB（SuperSpeed USB）一样，USB 4可能会推出更具标示性的名称，类似于视频分辨率上的480P=高清、720P=超清、1080P=全高清。

USB4协议产品的未来截止目前为止，国内市场在售的产品中，单独标识为配备USB4接口的终端产品只有采用M1芯片的苹果Mac系列，而一众采用第十一代酷睿Tiger Lake处理器的笔记本产品配备的是更强劲的雷电4规范接口，虽然向下兼容USB4，但显然清一色高端产品定位不是USB4接口最大的目标市场。

展望该规范的未来发展，目前最具潜力的方向就是逐步替代目前基于USB3.x规范的全功能Type-C接口，并且在保留8K输出、超高传输带宽和兼用雷电3设备这些突出特性，并搭载在更多主流级别产品上，将能有效推动外置显卡拓展坞（基于USB4而不是雷电3/4）、超高速外置SSD等产品的发展。

参考4~5年前雷电3接口刚出现，推出拓展坞外设和如今全功能Type-C拓展坞的价格和使用体验，我们可以充分期待USB4可以带给我们的体验，也许在不久的将来，我们可以在主流价位（5000元以内）的轻薄笔记本电脑上以大众化的价格（500元以内）用上高性能显卡拓展坞，手机和平板等设备也可以通过USB4外设实现更丰富和优质的拓展功能，而随着该标准的普及，丰富的功能也会让数码设备上的接口更多地统一在基于USB4的Type-C接口，它的潜在市场将会非常广阔。
责编AJX