免费版雷电3？新MacBook上的USB4接口有点猛？

在苹果不久前发布的三款搭载M1芯片的Mac产品中，除了多年后切换回苹果自研芯片，带来了惊人的性能和功耗之外，还成为了第一款采用新USB4规范的设备。新的USB4(官方特别标注USB和4之间没有空格)发布于2019年。目前除了苹果的终端之外，已经有多款搭载第11代酷睿Tiger Lake处理器的笔记本产品和少量这种规格的产品率先上市。

但是参考它带来的很多实用新功能，USB4有很好的推广前景，相信在不久的将来，我们会看到大量采用这种协议的产品上市。今天我们就来说说这个新的USB规范会给我们带来哪些惊喜。

USB4的主要特性

与之前最强的USB规范(USB 3.2 Gen 22)相比，新的USB4规范将具有更快的传输速度、更好的视频带宽管理以及与雷电3设备的兼容性。此外，它还肩负着USB标准化组织(USB-IF)对USB协议命名进行标准化的重要任务。

最大传输速度提升到40 Gbps

作为一种数据传输协议，USB4最关键的升级是传输速度。当开发者_如何学编程使用4根规格齐全的双向通道电缆进行数据传输时，USB4设备的最高传输速度达到雷电3接口的40Gbps，是上一代USB 3.2 Gen 22的两倍，为该接口更丰富的应用场景奠定了基础。

需要注意的是，虽然USB4的理论速度可以达到40 Gbps，但并不是所有的USB设备都满足最高船速标准，需要其他硬件满足最高传输速度标准，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了一半，但仍然比目前主流的USB 3.x规范快很多，可以支持下面提到的一些新功能。

视频传输协议升级为DisplayPort 2.0

在视频传输协议方面，USB4将从DisplayPort 1.4升级到DisplayPort 2.0，这意味着USB4可以在DisplayPort Alt模式下实现8K@60Hz HDR10视频的实时传输。参考DisplayPort 2.0协议，最高可支持80Gbps的传输速率，可以在USB模式下实现。因此，USB4未来在视频传输带宽方面还有很大的提升空间。

兼容现有的雷电3设备

规格齐全的USB4可以兼容现有的雷电3设备，这也是USB4规格的一个重要特点，这将大大提高这一规格在普及初期的可用性，也避免了Thunderbolt 2接口向雷电3演进过程中遇到的兼容性问题的再次出现。一直都说USB4其实是雷电3的新马甲，但从具体应用来看，两者还是有很多区别的。我们将在后面的技术分析部分详细讨论这个问题

只提供数据传输通道，可以动态分配不同类型数据的带宽

USB4规范本身并没有提供任何通用的数据传输机制，而是提供了一个数据通道，并使用了其他数据传输协议(USB 3.2、Displayport、PCIe等)。)来传输目标类型的数据。这一特性以全新的动态分配机制，可以大大提高数据通道的利用率。

例如，如果我们使用速率为40 Gbps的USB 4设备，我们需要使用支持PCIe通道的外部固态硬盘来传输数据，同时传输4K视频。此时视频通道仅占用12.5Gbps通道，剩余27.5Gbps带宽可通过USB协议或PCIe通道进行数据传输。数据传输速度将直接限制在视频传输期间的低速模式(无论是1080P还是4K)，而不是像过去那样对每个通道使用固定的带宽。

Type-C接口独占

在各种新功能的支持下，规格齐全的USB 4只能通过双向Type-C接口传输，将不再兼容USB Type-A或USB Type-B接口。这些接口将来应该仍然会出现在集线器和扩展坞中，但是它们不能利用USB4的新功能。

这种变化也是大势所趋，因为USB-PD快充、多协议双向传输等功能也有Type-C接口的专属功能，未来其他老旧的USB接口也会逐渐退出历史舞台。

所有符合USB4规范的设备都支持PD协议

现在有些Type-C设备支持基于PD协议的大功率店内传输协议，但并不是所有使用这种接口的设备都支持这种不便。在USB4时代，所有使用该规范的接口都必须支持PD协议，这样才能保证这些设备获得足够的店内供电和更好的电源管理。

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，再巨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，多带带标识为配备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，