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「火雞小科普」USB Type

近年來, 隨著電子產品尺寸的輕薄化, 我們使用的資料介面也在一點點“輕薄化”。 很多老舊的介面, 也因為電子產品厚度問題無法使用而被淘汰。

現在我們看到的很多介面, 基本都是有尺寸更小的版本, 比如HDMI有mini-HDMI和microHDMI, USB同樣也有mini-USB和micro-USB。

這些尺寸更小的版本, 剛好可以用於輕薄類的產品中。

不過, 對於USB來說, micro-USB並不完美。

上圖所示的micro-USB, 實際是USB 2.0的便攜版本。 隨著USB版本的頻寬提升, 新的USB3.0無法相容曾經的micro-USB形式,

經過改進後變成了這樣:

雖然厚度上和micro USB 2.0是一樣的, 但它變長了不少。 對於這種為了“便攜”的介面來說, 長度的增加無疑會影響使用, 也非常不美觀。 為何非要這麼設計呢?

因為它想要相容性。

仔細觀察, 這個micro-USB 3.0實際上是由兩段組成的, 較長的那部分實際上跟micro-USB 2.0是完全一致的。

也就是說, 這個介面, 是為了向下相容micro-USB 2.0才做成了這樣。

不過這也是可以理解的。 USB最大的特點就是相容性, 這麼多年的版本更新, 老設備依舊可以插上使用, 強大的相容性使得USB最終成為了電子產品中無法替代的存在。

可惜, 這種介面保證了相容性, 卻喪失了它原本存在的意義。 現有電子產品中, 除了移動硬碟盒外, 幾乎看不到它的存在, 除了三星note3, 平板和手機幾乎都見不到它的存在。 市場的選擇證明, micro-USB 3.0的設計是失敗的。

USB已經離不開人類了, 總不能一直都使用micro-USB 2.0吧?現在急需一個新的USB版本, 在保持micro-USB 2.0尺寸的同時, 還能夠擁有更高頻寬來傳輸資料。

於是, USB Type-C出現了。

以下為維琪百科的概念解釋:

USB Type-C, 又稱USB-C, 是一種通用序列匯流排(USB)的硬體介面形式, 外觀上最大特點在於其上下端完全一致, 與Micro-USB相比這意味著用戶不必再區分USB正反面, 兩個方向都可以插入。

談到形式, 剛才所說的mini-USB和micro-USB也算是這樣, 但這兩個相對於標準USB來說的。 而這個標準USB, 其實它的名字叫USB Type-A。

這個圖大致解釋了不同形式的USB, 可以看到, 不同版本(2.0/3.0)對應的這些介面是有差別的, 基本上USB 3.0時代都是為了相容USB 2.0才做成了這樣。

Type-A的USB 3.0和2.0形狀一致,並且設備也可以相互相容,而Type-B就不同了,2.0版Type-B的接線可以插到3.0版介面上,但是反過來就不行。

提到接線和介面,這裡還要科普一下什麼是公口和母口。

將設備連接到電腦上時,一般電腦上的介面叫母口,而連接線的介面叫公口。通俗點說,公口就是要“插入”的口,而母口是“被插入”的口。至於為何這麼叫,上上張圖裡也提到了“Male”,想必是老外很早就這麼區分了,用“形象”的比喻更容易理解。

正如剛才所說的,Type-B的母口做到了向下相容,但公口卻無法向下相容。這就是USB新版本反覆運算所導致的相容性降低,現在也就只有Type-A能做到雙向相容了。

這種形勢下,USB不得不去考慮做一個新的形式,Type-C就是這麼來的。

USB Type-C是跟隨USB 3.1標準一起提出來的,由於它是新出現的形式,TypeC其實不存在“相容”老設備的問題。

前面的解釋中一直提到“版本”這個詞,其實有些地方會容易引起歧義。像Type-A、Type-C這種的叫USB介面形式的版本,而2.0、3.0這些叫USB介面規範的版本。

舉個例子,一件衣服,它的外觀設計類比於前者,而尺寸大小和材質類比於後者。前者使得USB可以適用於各種設備上,根據設備的特徵來制定形狀,例如Type-B就是常見於印表機上,個人推測這種介面穩固性更高,傳輸資料時也就保證了穩定性;而後者,是USB組織想要適應時代的發展來提升USB本身的功能。最直觀的提升,就是每一代USB都能把頻寬提高很多,USB2.0理論頻寬480Mbps,而USB3.0則是5Gbps,翻了很多倍。

要介紹USB Type-C有哪些功能和特性,不得不先說說USB 3.1的規範中增加了哪些東西。

USB 3.1分為Gen 1/Gen 2兩種,USB 3.1 Gen1是USB 3.0的改名,也就是說完全沒變化。市面上所有未提及Gen 1/Gen 2區分的,一般都代指USB 3.1 Gen2。

市場中對USB 3.1的宣傳十分混亂,大多廠商在文案中還在使用“USB 3.0”,對Gen 1/Gen 2不做區分,評測室考慮到小白的接受度也不得不用USB 3.0來稱呼。這種糟糕的情況,鍋不得不甩給USB組織。

當初發佈USB 3.1規範時,並沒有提及Gen 1/Gen 2的區分,甚至發佈Type-C介面時也沒有區分,結果後來突然改口,把USB 3.0強行歸入USB 3.1家族中,然後為了區分“真正的”USB 3.1就把Gen 1/Gen 2引入……

所以大多廠商和媒體估計都習慣了以前的說法,沒有及時改正,小白更是無法區分。

USB 3.1 Gen 2的頻寬為10Gbps,比USB 3.0高了一倍。

這個提升跨度並不大,甚至可以說有點雞肋。一方面,大多數USB設備都用不到3.0的極限,另一方面,如果確實需要更大頻寬的話,這麼點提升想必也還是不夠用的。舉個例子,現在USB設備裡能夠到極限的,最常見的是移動固態硬碟,但這是SATA3轉USB 3.0,頻寬6Gbps轉5Gbps,也算是有點損失吧,但變成了6Gbps轉10Gbps(SATA3轉USB3.1 Gen 2)後也並沒有多少變化,說明瓶頸的不是介面版本,而是轉接晶片的性能。

非要說有沒有能夠體現10Gbps的話,也還是有的,之前就出現過2個M.2固態組RAID 0後轉接USB 3.1 Gen 2的,這樣就比USB 3.1 Gen 1速度快很多了……但還是意義不大,沒見幾個正常人在用。

編碼標準變化,從8b/10b升級為128b/132b,極大的降低了編碼損耗率。

原來的USB3.0,每傳送10bit的資料,實際其中只包含了8bit的“真實資料”,這麼做是為了讓信號DC平衡。直觀的結果,就是頻寬上的損失,實際只能負載80%,編碼損耗率20%。

而USB3.1將編碼標準提升為128b/132b,這樣實際的負載就是約97%,編碼損耗率僅3%。

前面的一個特徵,是從5Gbps提升到10Gbps,如果算上這個特徵的話,USB 3.1 Gen 1和Gen 2的實際頻寬差距可以達到1.42倍,也就是說,隱藏的頻寬提升有將近50%。

這樣一看,似乎新的介面提升沒有那麼小……

影音傳輸(USB AV)頻寬增大,匹及HDMI1.4。

這個功能其實在USB2.0時代就有了,利用USB的頻寬來傳輸視訊訊號。注意這裡跟TypeC介面的DP視頻輸出以及雷電3相容的DP視頻不是一個概念,兩者壓根不是一個東西,這個USB AV是利用USB匯流排來傳輸視訊訊號,佔用頻寬,而後者是直接讓TypeC變成“DP介面”,跟機器的另外晶片連接的,跟USB匯流排沒關係,也不佔用頻寬。

不過這個功能相關的資料太少,似乎這種USB顯示器連接後系統會多出來一個顯示裝置,顯示的畫面延遲也很大,會因為頻寬的不足影響畫面顯示。

要區分是不是它很簡單,這個功能是可以跟TypeA介面連接使用的,而TypeC的視頻輸出則不能用,強行使用轉介面會提示DP連接設備異常。

電力輸出可達到100W。

上圖是USB3.1的供電範圍,可以看到電壓也不再拘泥於5V了,還有12V和20V兩檔,電流最大可達5A,確實很恐怖。不過考慮到主機板的供電能力,這個規範目前僅僅是“可以達到”,要想每一個USB介面都有這供電能力,恐怕筆記本的電源適配器都要爆炸了……

要支持這麼高功耗,還需要它支援USB PD(USB Power Delivery功率傳輸協定),這是要額外晶片提供的,自然也就沒什麼機器可以支援到這麼高功率了。估計也就部分機器的某個USB3.1介面(某個TypeC)才能支持更大的功率輸出,而且能到100W的可能性極低。

TypeC作為USB3.1之後新推出的介面,自然也支援上述的所有特性,不僅如此,它還有專屬的特點:

支持正反插。

雖然歷代USB都有防插反設計,但這並不能防止“大力出奇跡”後的悲劇……於是乎這次從源頭解決問題,正反插都能用,再也不會遇到插USB時要試一次後才能插進去的尷尬。

如圖所示,typeC有24個引腳,每一邊12個。沒有連接時,兩邊的引腳定義是中心對稱的,所以typeC正反插時都是一個情況。當然這個定義不是一直都這樣的,連接後會根據識別情況發生變化。

支援替代模式(Alternate Mode/Alt Mode)。

支援替代模式的前提,是機器已經搭載了支援USB PD協定的晶片,就是剛才提到的那個可以增大功率輸出的玩意。

替代模式這個說法估計沒有多少人知道,但是有了它之後,支持的功能就是大家所熟知的東西了——

雷電3

上圖就是列出的一些替代模式下可以實現的功能。這些功能都不是USB3.1給予的,它只是被替代模式識別後轉接到了其他晶片上實現的而已。

不過即便如此,TypeC的用途也由此向前邁進了一大步——雖然我自己做不到,但我可以利用這個介面轉接到其他支援的晶片上啊!這樣一來,統一介面就十分可行了,大家都長成“TypeC”模樣的設備,以後電腦都不需要其他介面了,就算需要支援其他設備,只要這個設備可以用替代模式來實現,就沒問題了。

USB組織確實在下一盤很大的棋。

講到這裡,有關TypeC和USB 3.1的科普知識講的就差不多了,估計大家看一遍也無法全部搞懂,沒關係,我也是,誰閑著沒事把這些全塞進腦子裡……

不過在關閉視窗前先等等,我需要強調一件事:

以上所有的特性,TypeC介面全部都是可配置的。

換句話說,

TypeC介面≠全部新功能(10Gbps頻寬、雷電3、100W供電等)

舉個例子,typeC就像是衣服,女裝≠萌妹,誰都可以穿女裝……

現在的很多手機使用了TypeC介面,然而實際上這些USB只能到2.0。入門級遊戲本以及絕大部分超極本上的TypeC,通常都只是USB3.0,頂多再支援一下DP視頻輸出,只有極少數高端本才能支持雷電3和其他特性,但廠商從來不會給你把TypeC能支持的不支持的給你介紹全了。

那麼問題來了,如何判斷某個設備上的Type-C具有哪些功能呢?

有些遵從規範的PC廠商,會在USB介面旁邊印上支援功能的標識,比如USB 3.1 Gen2就會寫“10G”,雷電3的話就是這個樣子:

不過注意,這個標識不是完全的“閃電”符號,末端還有一個箭頭標識。

有些TypeC介面會標注這個閃電符號,末端沒有箭頭,這是支持關機充電的意思,不是雷電3,別搞混了。

不過大多廠商為了美觀,不會在TypeC旁邊標注這些東西,此時我們只能靠自己來測試了。

是不是USB3.1 Gen2,接個支援的設備看看有沒有USB 3.1控制器就知道了,通過南北橋識別的控制器名稱也能判斷機器是否支援雷電3。最後是否支援DP視頻就用顯示器插一下即可。

但這麼做對於普通消費者來說真的是很煩人,憑啥非得要買回來才知道?

所以,評測的意義就來了……我們也在盡力將這些廠商不標注,但對於消費者來說有必要知道的資訊公佈出來,防止大家因為資訊不對稱問題遇到麻煩。

總之,消費者以後遇到宣傳“TypeC”的時候,心裡都要提醒自己,這個宣傳不可全信,它真正支援什麼功能,還需要實際評測的考驗。

Type-A的USB 3.0和2.0形狀一致,並且設備也可以相互相容,而Type-B就不同了,2.0版Type-B的接線可以插到3.0版介面上,但是反過來就不行。

提到接線和介面,這裡還要科普一下什麼是公口和母口。

將設備連接到電腦上時,一般電腦上的介面叫母口,而連接線的介面叫公口。通俗點說,公口就是要“插入”的口,而母口是“被插入”的口。至於為何這麼叫,上上張圖裡也提到了“Male”,想必是老外很早就這麼區分了,用“形象”的比喻更容易理解。

正如剛才所說的,Type-B的母口做到了向下相容,但公口卻無法向下相容。這就是USB新版本反覆運算所導致的相容性降低,現在也就只有Type-A能做到雙向相容了。

這種形勢下,USB不得不去考慮做一個新的形式,Type-C就是這麼來的。

USB Type-C是跟隨USB 3.1標準一起提出來的,由於它是新出現的形式,TypeC其實不存在“相容”老設備的問題。

前面的解釋中一直提到“版本”這個詞,其實有些地方會容易引起歧義。像Type-A、Type-C這種的叫USB介面形式的版本,而2.0、3.0這些叫USB介面規範的版本。

舉個例子,一件衣服,它的外觀設計類比於前者,而尺寸大小和材質類比於後者。前者使得USB可以適用於各種設備上,根據設備的特徵來制定形狀,例如Type-B就是常見於印表機上,個人推測這種介面穩固性更高,傳輸資料時也就保證了穩定性;而後者,是USB組織想要適應時代的發展來提升USB本身的功能。最直觀的提升,就是每一代USB都能把頻寬提高很多,USB2.0理論頻寬480Mbps,而USB3.0則是5Gbps,翻了很多倍。

要介紹USB Type-C有哪些功能和特性,不得不先說說USB 3.1的規範中增加了哪些東西。

USB 3.1分為Gen 1/Gen 2兩種,USB 3.1 Gen1是USB 3.0的改名,也就是說完全沒變化。市面上所有未提及Gen 1/Gen 2區分的,一般都代指USB 3.1 Gen2。

市場中對USB 3.1的宣傳十分混亂,大多廠商在文案中還在使用“USB 3.0”,對Gen 1/Gen 2不做區分,評測室考慮到小白的接受度也不得不用USB 3.0來稱呼。這種糟糕的情況,鍋不得不甩給USB組織。

當初發佈USB 3.1規範時,並沒有提及Gen 1/Gen 2的區分,甚至發佈Type-C介面時也沒有區分,結果後來突然改口,把USB 3.0強行歸入USB 3.1家族中,然後為了區分“真正的”USB 3.1就把Gen 1/Gen 2引入……

所以大多廠商和媒體估計都習慣了以前的說法,沒有及時改正,小白更是無法區分。

USB 3.1 Gen 2的頻寬為10Gbps,比USB 3.0高了一倍。

這個提升跨度並不大,甚至可以說有點雞肋。一方面,大多數USB設備都用不到3.0的極限,另一方面,如果確實需要更大頻寬的話,這麼點提升想必也還是不夠用的。舉個例子,現在USB設備裡能夠到極限的,最常見的是移動固態硬碟,但這是SATA3轉USB 3.0,頻寬6Gbps轉5Gbps,也算是有點損失吧,但變成了6Gbps轉10Gbps(SATA3轉USB3.1 Gen 2)後也並沒有多少變化,說明瓶頸的不是介面版本,而是轉接晶片的性能。

非要說有沒有能夠體現10Gbps的話,也還是有的,之前就出現過2個M.2固態組RAID 0後轉接USB 3.1 Gen 2的,這樣就比USB 3.1 Gen 1速度快很多了……但還是意義不大,沒見幾個正常人在用。

編碼標準變化,從8b/10b升級為128b/132b,極大的降低了編碼損耗率。

原來的USB3.0,每傳送10bit的資料,實際其中只包含了8bit的“真實資料”,這麼做是為了讓信號DC平衡。直觀的結果,就是頻寬上的損失,實際只能負載80%,編碼損耗率20%。

而USB3.1將編碼標準提升為128b/132b,這樣實際的負載就是約97%,編碼損耗率僅3%。

前面的一個特徵,是從5Gbps提升到10Gbps,如果算上這個特徵的話,USB 3.1 Gen 1和Gen 2的實際頻寬差距可以達到1.42倍,也就是說,隱藏的頻寬提升有將近50%。

這樣一看,似乎新的介面提升沒有那麼小……

影音傳輸(USB AV)頻寬增大,匹及HDMI1.4。

這個功能其實在USB2.0時代就有了,利用USB的頻寬來傳輸視訊訊號。注意這裡跟TypeC介面的DP視頻輸出以及雷電3相容的DP視頻不是一個概念,兩者壓根不是一個東西,這個USB AV是利用USB匯流排來傳輸視訊訊號,佔用頻寬,而後者是直接讓TypeC變成“DP介面”,跟機器的另外晶片連接的,跟USB匯流排沒關係,也不佔用頻寬。

不過這個功能相關的資料太少,似乎這種USB顯示器連接後系統會多出來一個顯示裝置,顯示的畫面延遲也很大,會因為頻寬的不足影響畫面顯示。

要區分是不是它很簡單,這個功能是可以跟TypeA介面連接使用的,而TypeC的視頻輸出則不能用,強行使用轉介面會提示DP連接設備異常。

電力輸出可達到100W。

上圖是USB3.1的供電範圍,可以看到電壓也不再拘泥於5V了,還有12V和20V兩檔,電流最大可達5A,確實很恐怖。不過考慮到主機板的供電能力,這個規範目前僅僅是“可以達到”,要想每一個USB介面都有這供電能力,恐怕筆記本的電源適配器都要爆炸了……

要支持這麼高功耗,還需要它支援USB PD(USB Power Delivery功率傳輸協定),這是要額外晶片提供的,自然也就沒什麼機器可以支援到這麼高功率了。估計也就部分機器的某個USB3.1介面(某個TypeC)才能支持更大的功率輸出,而且能到100W的可能性極低。

TypeC作為USB3.1之後新推出的介面,自然也支援上述的所有特性,不僅如此,它還有專屬的特點:

支持正反插。

雖然歷代USB都有防插反設計,但這並不能防止“大力出奇跡”後的悲劇……於是乎這次從源頭解決問題,正反插都能用,再也不會遇到插USB時要試一次後才能插進去的尷尬。

如圖所示,typeC有24個引腳,每一邊12個。沒有連接時,兩邊的引腳定義是中心對稱的,所以typeC正反插時都是一個情況。當然這個定義不是一直都這樣的,連接後會根據識別情況發生變化。

支援替代模式(Alternate Mode/Alt Mode)。

支援替代模式的前提,是機器已經搭載了支援USB PD協定的晶片,就是剛才提到的那個可以增大功率輸出的玩意。

替代模式這個說法估計沒有多少人知道,但是有了它之後,支持的功能就是大家所熟知的東西了——

雷電3

上圖就是列出的一些替代模式下可以實現的功能。這些功能都不是USB3.1給予的,它只是被替代模式識別後轉接到了其他晶片上實現的而已。

不過即便如此,TypeC的用途也由此向前邁進了一大步——雖然我自己做不到,但我可以利用這個介面轉接到其他支援的晶片上啊!這樣一來,統一介面就十分可行了,大家都長成“TypeC”模樣的設備,以後電腦都不需要其他介面了,就算需要支援其他設備,只要這個設備可以用替代模式來實現,就沒問題了。

USB組織確實在下一盤很大的棋。

講到這裡,有關TypeC和USB 3.1的科普知識講的就差不多了,估計大家看一遍也無法全部搞懂,沒關係,我也是,誰閑著沒事把這些全塞進腦子裡……

不過在關閉視窗前先等等,我需要強調一件事:

以上所有的特性,TypeC介面全部都是可配置的。

換句話說,

TypeC介面≠全部新功能(10Gbps頻寬、雷電3、100W供電等)

舉個例子,typeC就像是衣服,女裝≠萌妹,誰都可以穿女裝……

現在的很多手機使用了TypeC介面,然而實際上這些USB只能到2.0。入門級遊戲本以及絕大部分超極本上的TypeC,通常都只是USB3.0,頂多再支援一下DP視頻輸出,只有極少數高端本才能支持雷電3和其他特性,但廠商從來不會給你把TypeC能支持的不支持的給你介紹全了。

那麼問題來了,如何判斷某個設備上的Type-C具有哪些功能呢?

有些遵從規範的PC廠商,會在USB介面旁邊印上支援功能的標識,比如USB 3.1 Gen2就會寫“10G”,雷電3的話就是這個樣子:

不過注意,這個標識不是完全的“閃電”符號,末端還有一個箭頭標識。

有些TypeC介面會標注這個閃電符號,末端沒有箭頭,這是支持關機充電的意思,不是雷電3,別搞混了。

不過大多廠商為了美觀,不會在TypeC旁邊標注這些東西,此時我們只能靠自己來測試了。

是不是USB3.1 Gen2,接個支援的設備看看有沒有USB 3.1控制器就知道了,通過南北橋識別的控制器名稱也能判斷機器是否支援雷電3。最後是否支援DP視頻就用顯示器插一下即可。

但這麼做對於普通消費者來說真的是很煩人,憑啥非得要買回來才知道?

所以,評測的意義就來了……我們也在盡力將這些廠商不標注,但對於消費者來說有必要知道的資訊公佈出來,防止大家因為資訊不對稱問題遇到麻煩。

總之,消費者以後遇到宣傳“TypeC”的時候,心裡都要提醒自己,這個宣傳不可全信,它真正支援什麼功能,還需要實際評測的考驗。
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