衡量一个技术标准的生命力，一个很重要的指标就是其迭代升级的进程，如果一个标准“停更”了，那也就意味着其离终点也不远了。USB 在去年 9 月又迎来了一次大版本更新——USB-IF 正式发布了 USB4 规格，这意味着这个诞生于 1996 年的标准走入了“4”时代。

速度快、外形小、标准统一、支持热插拔、可传输电力这些优势让 USB 成为目前应用最为广泛的高速串行接口标准，甚至在有些产品中（如苹果的 MacBook Pro）成为了唯一的外接扩展接口。那么 USB4 作为一个“新物种”有何特殊之处，会给市场和产品开发带来哪些变化？我们今天就一起来看看。

从 USB 1.0 到 USB4

USB 传输协议是 1994 年由 Compaq、DEC、IBM、Intel、Microsoft、NEC 和 Nortel 等公司联合研发的串行数据传输技术，并由 USB-IF 完成标准化和市场推广的工作。二十多年中，历经了几次重要的版本更新。

USB1.0 规格是 USB-IF 在 1996 年发布的，其传输速率仅为 1.5Mbps，只能算是初期的试水之作。USB 的规模商用之旅实际上是从 1998 年 9 月发布的 USB 1.1 规范开始的，该版本将传输速率提高到了 12Mbps，并且对 USB 1.0 中的一些技术细节进行了修正，达到了市场的广泛认同，逐渐成为当时如日中天的电脑上的标配。

表 1：USB 标准发展一览

随着用户胃口越来越高，提速成了 USB 标准的必由之路， 2000 年 4 月出台的 USB 2.0 标准没有让人失望，其传输速率达到了 480Mbps，是 USB 1.1 的 40 倍，该传输标准一直沿用至今，成为最“长寿”的 USB 标准。

8 年之后（2008 年 11 月），USB 迎来了 3.0 时代，USB3.0 最大传输速率一跃达到 5.0Gbps，同时支持全双工数据传输，且将电力传输能力从 USB 2.0 之前的 5V/500mA 提升到 5V/900mA，算是一次全面的升级。紧接着 2013 年 7 月发布的 USB 3.1，进一步将传输速度提升到了 10Gbps，同时最高供电功率提升到 100W（20V/5A）。值得一提的是，随着 USB 3.0/3.1 一同升级的，还有全新的 USB Type-C 接口规范以及升级后的 USB-PD 电力传输规范，几方合力作用，促成了当前 USB 接口“一统天下”的大势。

2017 年 9 月 USB 3.2 发布，虽不是一个大版本更新，但是其充分利用了（且只支持）USB Type-C 的特性，支持双 10Gbps 通道（x2）总计 20Gbps 传输数据。这样的设计思路，实际上也成为后续 USB4 的前奏。

图：USB 3.2 中引入的双通道（x2）数据传输方法为 USB4 奠定了基础（图源：安森美半导体）

USB4 的新变化

“提速”仍然是 USB4 的主旋律。在设计思路上，USB4 在继续沿用 USB 3.2 验证过的基于 USB Type-C 双通道（x2）数据传输架构的基础上，在基础协议上放弃了 USB 规范而采用了由 Intel 免费提供给 USB-IF 的、更高速的 Thunderbolt 3（雷电 3）规范，此举使得 USB4 的传输性能翻番，达到了和雷电 3 比肩的 40Gbps！

不过在速度提升的背后，另一层深意就是：从此 USB 规范和“雷电”标准合体了。“雷电”本是 Intel 和苹果共同研发的传输标准，由于高额的专利费用，阻碍了其大规模的应用。而 Intel 免费向 USB4 开放雷电 3，直接的影响是 USB4 增加了兼容雷电 3 设备的新特性，而实际上这也是双方生态系统的一次融合，长期看会形成一个双赢的局面。

除了“快”，USB4 还有一个很有新意的设计，就是真正实现了“一口多用”。通过隧道（tunneling）协议，USB4 可以同时支持数据、视频等多种信息的传输，且可以动态地分配带宽资源，比如 40Gbps 的总带宽中如果传输 1080p 的视频需要占用 20%的带宽，那么其余的 80%的带宽同时可以用来进行数据传输。类似的带宽资源分配，虽然通过 USB Type-C 中的 DisplayPort Alt 模式也可以实现，但带宽分割的比例是 50:50 固定的，无法动态地充分利用带宽资源。这个特性无疑会令 USB4 的应用更趋多元化，加速 USB 一统接口江湖的进程。

在其他方面，由于 USB4 仅支持 USB Type-C 这一种物理接口规格，这对于 USB Type-C 的市场渗透和应用升级会起到一个推动作用。此外，兼容性方面 USB4 宣布向后兼容 USB 3 和 USB 2 规格，所以可以支持目前市场上绝大多数 USB 设备。可见，USB4 整体的构架还是很缜密的。

趋势与影响

当然，随着 USB4 的发布，相关的玩家也要开始未雨绸缪，着手做准备了。从中短期看，大家的着力点和关注点会聚焦在以下几个方面：

如此高的传输速率，会给相应的电路设计带来挑战，很多在中低频下无需操心的设计要素（如信号完整性）都可能成为新问题。这需要开发者修炼一些新的技能。

更高的传输速率，也会对连接器和线缆提出更高的要求，相应的产品选型需提早准备。

USB4 的出现，也会对 USB Type-C 和 USB-PD 等相关规范产生影响，需要相应地升级。考虑到标准演进中的变化，选择一些固件可升级的可编程控制器，应该是一个必要的考量。

从经验上看，从一个新的 USB 传输标准的发布，到商用产品的诞生，中间大概有 18 个月左右的时间，预计采用 USB4 的设备最早也要在 2021 年初才会面市。鉴于做新技术的“先驱”是有风险的，所以想必大多数玩家都会选择密切关注、伺机而动的策略。不过升级换代的模式毕竟已经开启，不紧跟节奏，恐怕是危险的。