USB4

USB4
USB4
유형 유에스비
생산이력
디자이너 USB 프로모터 그룹
설계된 2019년 8월 29일; 4년 전 (2019-08-29)
대체됨 USB 3.2
데이지 체인 아니요.
오디오 신호 디스플레이 포트
영상신호 디스플레이 포트
커넥터 USB-C
전기적
최대 전압 48 V (PD 3.1)
최대 전류 5 A (PD)
데이터.
데이터신호 네.
비트레이트 80 Gbit/s (10 GB/s)
USB4 Gen3x2 케이블(40Gbps), 100W 전력 전송

USB4(Official style)는 USB 4.0(USB 4.0)이 2019년 8월 29일 공개한 USB 구현자 포럼(USB-IF)의 기술 사양입니다.[1] USB4는 Intel이 USB-IF에 기여한 Thunderbolt 3 프로토콜 사양을 기반으로 [2]하지만 Thunderbolt 4 사양과 일치합니다.[3] USB4 아키텍처는 하나의 고속 링크를 여러 하드웨어 엔드포인트와 동적으로 공유할 수 있어 데이터 유형 및 애플리케이션별로 전송할 때마다 최적의 서비스를 제공합니다.

이전의 USB 프로토콜 표준과 달리 USB4는 타입-C 커넥터와 USB-PD(Power Delivery) 사양을 독점적으로 사용해야 합니다. USB4 제품은 20Gbit/s의 처리량을 지원해야 하며 40Gbit/s의 처리량을 지원할 수 있지만 터널링 때문에 명목상 20Gbit/s의 경우에도 혼합 데이터를 전송할 때 USB3.2에 비해 USB4에서 더 높은 유효 데이터 속도를 얻을 수 있습니다. USB 3.2와 달리 DisplayPort 및 PCI Express의 터널링을 허용합니다.

Thunderbolt 3 제품과의 상호 운용성 지원은 USB4 호스트 및 USB4 주변 장치의 경우 선택 사항이지만, 다운스트림 페이싱 포트(DFP)에 있는 USB4 허브와 다운스트림 페이싱 포트(UFP)에 있는 USB4 기반 도크의 경우 필수 사항입니다.[4] 반면 Thunderbolt 4에서는 USB4 지원이 필요합니다.[5]

USB4 사양은 2022년 10월 18일 USB Implementers Forum에서 업데이트되었으며, 새로운 80 Gbit/s 양방향 모드와 120 Gbit/s 비대칭 모드가 추가되었습니다.[6][7]

역사

USB4는 2019년 3월에 발표되었습니다.[8][9] 2019년 8월 29일 출시된 USB4 사양 버전 1.0은 "Universal Serial Bus 4", 구체적으로 "USB4"를 사용하며, 이전 버전에 비해 별도의 공간 없이 의도적으로 짧은 이름 브랜딩을 사용합니다. 이 버전이 출시되기 전의 몇몇 뉴스 보도에서는 "USB 4.0"과 "USB 4"라는 용어를 사용합니다.[10][11] 일부 출처는 1.0 개정판이 출간된 후에도 "독자들이 검색하는 방식을 반영하기 위해"라고 주장하며 "USB 4"라고 씁니다.[12]

2022년 9월 1일, USB 프로모터 그룹은 USB4 버전 2.0 사양의 출시가 보류 중이라고 발표했고, 이후 2022년 10월 18일에 사양이 공개되었습니다.[13][14]

버전 1.0이 발표될 당시 USB4 사양 기술 작업 그룹에 참여한 직원이 있는 프로모터 회사는 Apple Inc., Hewlett-Packard, Intel, Microsoft, Renesas Electronics, STMicroElectronics 및 Texas Instruments였습니다.

USB4 사양에 명시된 목표는 대역폭을 늘리고 USB-C 커넥터 생태계를 통합하는 데 도움을 주며 "최종 사용자의 혼란을 최소화하는 것"입니다. 이를 달성하기 위한 주요 영역 중 일부는 기존 USB 및 Thunderbolt 제품과의 호환성을 유지하면서 단일 USB-C 커넥터 유형을 사용하는 것입니다.[15]

2020년 4월 29일, 디스플레이포트 알트 모드 버전 2.0이 출시되었으며, USB4를 통한 디스플레이포트 2.0을 지원합니다.[16]

데이터 전송 모드

USB4 자체는 USB 3.x와 같은 일반적인 데이터 전송 메커니즘이나 장치 클래스를 제공하지 않지만, 대부분 USB 3.2, DisplayPort 및 선택적으로 PCIe와 같은 다른 프로토콜을 터널링하는 역할을 합니다. 네이티브 호스트 간 프로토콜을 제공하지만 이름에서 알 수 있듯이 연결된 두 호스트 간에만 사용할 수 있습니다. 이 프로토콜은 호스트 IP 네트워킹을 구현하는 데 사용됩니다. USB4 1.0 사양을 사용하면 호스트와 장치가 옵션인 PCIe 터널링을 지원하지 않을 때 비표시 대역폭은 필수 USB 3.210 Gbit/s로 제한되며 USB[disputed – discuss] 3.220 Gbit/s를 옵션으로 지원합니다. USB4 2.0 사양은 이 USB3 Gen X 터널링이라는 이름을 붙였고 USB3 프로토콜을 최대 가용 대역폭으로 사용할 수 있도록 확장하는 새로운 USB3 Gen T 터널링에 대한 옵션 지원을 도입했습니다.

USB4 V2.0은 다음의 터널링을 지정합니다.

USB4는 디스플레이 포트 대체 모드도 지원해야 합니다. 즉, DP는 USB4 터널링 또는 DP 대체 모드를 통해 전송될 수 있습니다.[17] USB4는 대체 모드를 통해 DisplayPort 2.0을 지원합니다. 디스플레이포트 2.0은 HDR10 색상으로 60Hz에서 8K 해상도를 지원할 수 있으며 USB 데이터와 동일한 양이지만 단방향으로만 사용할 수 있는 최대 80Gbit/s를 사용할 수 있습니다.[18]

기존 USB(1~2)는 USB-C 커넥터의 전용 와이어를 사용하여 항상 지원됩니다.

일부 전송 모드는 모든 USB4 장치에서 지원되며, 다른 장치에 대한 지원은 선택 사항입니다. 지원되는 모드에 대한 요구 사항은 장치 유형에 따라 다릅니다.

엔드포인트별[7] 전송 모드 지원
모드 주인 허브 주변기기
기존 USB(1~2)(최대 480Mbit/s) 네. 네. 네.
USB4 Gen 2(10 또는 20 Gbit/s) 네. 네. 네.
USB4 Gen 3(20 또는 40 Gbit/s) 선택적. 네. 선택적.
USB4 Gen 4(80 또는 120 Gbit/s) 선택적. 선택적. 선택적.
터널링된 USB 3.2 Gen 2x1 (10 Gbit/s) 네. 네. 선택적.
터널링 USB 3.2 Gen 2x2 (20 Gbit/s) 선택적. 선택적. 선택적.
터널링된 USB3 Gen T(10~80 Gbit/s) 선택적. 선택적. 선택적.
터널링된 디스플레이 포트 네. 네. 선택적.
터널링된 PCI 익스프레스 선택적. 네. 선택적.
호스트 간 통신 네. 네. —
디스플레이 포트 대체 모드 네. 네. 선택적.
Thunderbolt 대체 모드 선택적. 네. 선택적.
USB-C 대체 모드 선택적. 선택적. 선택적.
전송모드 비교
모드 이름 이전 이름 인코딩 다중 차선 차로 요금
(기가비트/s) 		공칭요금 USB-IF 마케팅 이름[19][20] 로고
(Gbit/s) (GB/s)
USB 2.0(고속) 나타나지 않음 비트 채우기 포함 NRZI 싱글 0.480 0.480 0.060 고속 USB
USB 3.2 Gen 1×1 USB 3.0(SuperSpeed),
USB 3.1 Gen 1 		8b/10b 싱글 5 5 0.625 USB 5Gbps
USB 3.2 Gen 1×2 나타나지 않음 듀얼 5 10 1.2 —
USB 3.2 Gen 2×1 USB 3.1 Gen 2 128b/132b 싱글 10 10 1.2 USB 10Gbps
USB 3.2 Gen 2×2[a] 나타나지 않음 듀얼 10 20 2.4 —
USB4 Gen 2×1[a] 64b/66b[b] 싱글 10 10 1.2 —
USB4 Gen 2×2 듀얼 10 20 2.4 USB 20Gbps
USB4 Gen 3×1 128b/132b[b] 싱글 20 20 2.4 —
USB4 Gen 3×2 듀얼 20 40 4.8 USB 40Gbps
USB4[c] 4세대 PAM-3[21] 대칭 40 80 9.6 USB 80Gbps
비대칭적 40 120 14.4 —
  1. ^ a b USB4 Gen 2×1은 USB 3.2 Gen 2×2와 다릅니다. 이들은 동일한 속도(10Gbit/s)만을 의미할 뿐, 전기 층에서는 다르게 코딩됩니다.
  2. ^ a b USB4는 옵션인 리드-솔로몬 순방향 오류 수정(RS FEC)을 사용할 수 있습니다. 이 모드에서는 12 × 16 B(128 비트) 심볼이 각각의 심볼 유형을 나타내는 2 B(12 비트 + 4 비트 예약) 동기화 비트와 4 B의 RS FEC와 함께 조립되어 총 198 B 블록 어디에서나 최대 1 B의 오류를 수정할 수 있습니다.
  3. ^ 4세대는 항상 이중 차선을 가지고 있습니다.

USB4는 듀얼 레인 모드를 지원하기 위해 필요하지만, 듀얼 레인 링크 초기화 시 싱글 레인 동작을 사용하며, 싱글 레인 링크는 레인 본딩 오류 시 폴백 모드로도 사용할 수 있습니다.

Thunderbolt 호환 모드에서는 Thunderbolt 사양에 따라 차선이 10.3125Gbit/s(2세대의 경우) 및 20.625Gbit/s(3세대의 경우)로 약간 더 빠르게 구동됩니다(이를 레거시 속도 및 라운드 속도라고[22] 합니다). 64b/66b 인코딩을 제거한 후에는 20.625/66*64 = 20.000 Gbit/s의 라운드가 됩니다.

동력전달

USB4에는 USB PD(Power Delivery)가 필요합니다. USB4 연결을 설정하려면 USB PD 계약을 협상해야 합니다. USB4 소스는 포트당 7.5W(5V, 1.5A) 이상을 제공해야 합니다. USB4 싱크는 USB PD 협상 전에 250mA 미만(기본값), 1.5A 또는 3A @ 5V(USB-C 저항 구성에 따라 다름)의 전력이 필요합니다. USB PD를 사용하면 'Extended power range'(48V에서 5A)로 최대 240W의 전력이 가능합니다. '표준 전력 범위'의 경우 100W까지 가능합니다(20V에서 5A).

Thunderbolt 3 호환성

USB4 사양에는 "USB 및 Thunderbolt 제품의 기존 생태계와의 호환성 유지"가 설계 목표라고 명시되어 있습니다. Thunderbolt 3과의 호환성은 USB4 허브에 필요하며 USB4 호스트 및 USB4 주변 장치에는 선택 사항입니다.[23] 호환 제품은 40Gbit/s 모드, 최소 15W의 공급 전력 및 다양한 클럭을 구현해야 합니다. 구현자는 라이센스 계약에 서명하고 인텔에 벤더 ID를 등록해야 합니다.[24]

핀아웃

타입-C 리셉터클 핀아웃(End-on View)

USB4는 대칭형 USB 타입 C 쉘에 24개의 핀이 있습니다. USB4는 상단에 12개의 A핀, 하단에 12개의 B핀이 있습니다.[25]

USB4에는 2개의 차선의 차동 슈퍼스피드 쌍이 있습니다. 레인 1은 TX1+, TX1-, RX1+, RX1-를 사용하고 레인 2는 TX2+, TX2-, RX2+, RX2-를 사용합니다. USB4는 레인당 20 Gbit/s로 데이터를 전송합니다. USB4는 또한 USB 2.0 전송을 위한 차동 D+ 및 D-를 유지합니다.[26]

CC 구성 채널은 연결된 포트 간의 관계를 생성하고, 가역적인 USB type C 쉘로 인한 플러그 방향을 감지하고, VBUS 전원 공급 핀을 발견하고, SuperSpeed 레인의 레인 순서를 결정하는 역할을 합니다. 그리고 마지막으로 USB 프로토콜은 CC 구성 채널이 USB4 동작을 입력하는 역할을 합니다.[27]

Type-C 리셉터클 A 핀 레이아웃
핀 이름. 묘사
A1 GND 지상반납
A2 SSTXp1 ("TX1+") 초고속 차동 쌍 #1, TX, 양수
A3 SSTXn1 ("TX1-") 초고속 차동 쌍 #1, TX, 음
A4 브BUS 버스 파워
A5 CC1 구성채널
A6 Dp1 USB 2.0 차동 페어, 위치 1, 양극
A7 Dn1 USB 2.0 차동 페어, 위치 1, 음극
A8 SBU1 사이드밴드 사용(SBU)
A9 브BUS 버스 파워
A10 SSRXn2 ("RX2-") 초고속 차동 쌍 #4, RX, 음
A11 SSRXp2 ("RX2+") 초고속 차동 쌍 #4, RX, 양수
A12 GND 지상반납
타입-C 리셉터클 B 핀 배치
핀 이름. 묘사
B12 GND 지상반납
B11 SSRXp1 초고속 차동 쌍 #2, RX, 양수
B10 SSRXn1 초고속 차동 쌍 #2, RX, 음
B9 브BUS 버스 파워
B8 SBU2 사이드밴드 사용(SBU)
B7 Dn2 USB 2.0 차동 페어, 위치 2, 음극[a]
B6 Dp2 USB 2.0 차동 페어, 위치 2, 양극[a]
B5 CC2 구성채널
B4 브BUS 버스 파워
B3 SSTXn2 초고속 차동 쌍 #3, TX, 음
B2 SSTXp2 초고속 차동 쌍 #3, TX, 양수
B1 GND 지상반납
  1. ^ a b 케이블에는 SuperSpeed가 아닌 차동 쌍이 하나만 있습니다. 이 핀은 플러그/케이블에 연결되어 있지 않습니다.

소프트웨어 지원

USB4는 다음을 통해 지원됩니다.

하드웨어 지원

CES 2020에서 USB-IF와 인텔은 Thunderbolt 4 제품으로 모든 옵션 기능을 지원하는 USB4 제품을 허용하겠다는 의사를 밝혔습니다. USB4와 호환되는 최초의 제품은 인텔의 타이거 레이크 프로세서로 2020년 말경 더 많은 기기가 등장했습니다.[31][32]

USB Promotor Group의 CEO인 Brad Sunders는 USB4가 탑재된 대부분의 PC가 Thunderbolt 3를 지원할 것으로 예상하지만, 전화기의 경우 제조업체가 Thunderbolt 3 지원을 구현할 가능성이 적습니다.[12]

2020년 3월 3일, 사이프레스 반도체는 USB4, CCG6DF를 듀얼 포트로, CCG6SF를 싱글 포트로 지원하는 새로운 타입-C 파워 컨트롤러를 발표했습니다.[33]

2020년 11월, 애플은 맥북 에어(M1, 2020), 맥북 프로(13인치, M1, 2020), 맥 미니(M1, 2020)를 공개했습니다.

USB4 포트를 탑재한 애플 기기 목록은 다음과 같습니다.[34]

  • 맥북에어 (M2, 2022)
  • 맥북 프로 (13인치, M2, 2022)
  • 아이맥 (24인치, M1, 2021)
  • 맥북 프로 (13인치, M1, 2020)
  • 맥북 에어 (M1, 2020)
  • 맥미니 (M1, 2020)

AMD는 또한 Zen 3+ (Rembrandt) 프로세서가[35] USB4를 지원할 것이며 출시된 제품은 칩셋 드라이버 업데이트 후 이 기능을 갖추고 있다고 밝혔습니다.[36] 그러나 AMD는 2022년 9월에 출시된 젠4 프로세서에서 USB 3.2 Gen 2x2 지원만 발표했습니다.[37][38]

  • 델정밀 5540

인텔은 2019년 모바일 9세대 프로세서로 썬더볼트 3와 USB-C를 지원합니다.

참고문헌

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외부 링크