Warum verwendet USB 3.1 nur zwei der vier verfügbaren Datenleitungen?

Wenn ich mir die Spezifikationen für USB-C ansehe, stelle ich fest, dass es vier SuperSpeed-Differentialpaare für die Datenübertragung gibt, wie unter https://en.wikipedia.org/wiki/USB-C#Specifications zu sehen . Der Wikipedia-Artikel sagt auch, dass nur zwei dieser Paare im USB 3.1-Modus verwendet werden, was ich sehr seltsam finde.

In dieser Frage ( Warum ist Thunderbolt 3 auf Kupferdraht schneller als USB 3.1? ), Die ich kürzlich gestellt habe, antwortete Ali Chen, dass Thunderbolt 3 über USB-C beide Paare verwendet, USB 3.1 jedoch nicht. Ich weiß, dass es möglich ist, Thunderbolt 3 über jedes hochwertige USB-C-Kabel zu betreiben , daher müssen alle erforderlichen Kabel vorhanden sein. Warum verwendet Standard-USB 3.1 über Typ C nicht beide Paare, um die Datenübertragung zu verdoppeln?

— brendon-ai
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USB ist serielle Kommunikation. Wenn es wie ein Blitz gemultiplext wird, entspricht es nicht mehr dem Protokoll. Einfach ausgedrückt ist USB 3.1 ein Protokoll / eine Spezifikation und USB Typ C ist eine Verkabelungsspezifikation, die "alternative Modi" unterstützen soll, die diese Paare verwenden.

— BrianC

@BrianC Okay, das bestätigt, was ich dachte. Vielen Dank!

— brendon-ai

"Warum" -Fragen sind schwer zu beantworten und normalerweise nicht thematisch. In diesem Fall können wir Ihnen nicht "warum" sagen, da wir die Spezifikation nicht erstellt haben. Wir können fundierte Vermutungen anstellen, aber wir werden wahrscheinlich keine Möglichkeit haben zu sagen, ob unsere fundierten Vermutungen tatsächlich die wahre Antwort sind. Ferner wird jede ausgewählte "Antwort" nur die Antwort sein, die am besten zu den eigenen Meinungen der OP passt oder am besten zu ihrer eigenen Verteidigung argumentiert. Keines dieser Kriterien beinhaltet das Finden einer Antwort, die ein Grundproblem löst.

— music2myear

Sie können TB nur über ein voll funktionsfähiges Typ-C-Typ-C-Kabel ausführen, nicht über ein Kabel. Der Typ-C-Steckverbinderstandard definiert 15 verschiedene Arten von Kabelbaugruppen (früher gab es 18 Typen, später wurde der Satz auf 15 reduziert).

— Ale..chenski

Abstimmung zur Wiedereröffnung, weil Spiffs Antwort genau richtig zu sein scheint.

— Psusi

Antworten:

USB 3.1 Gen 2 (SuperSpeed +, 10 Gbit / s) wurde entwickelt, um sowohl über vorhandene USB 3.0-Kabel (die mit den 5 zusätzlichen Kontakten) als auch über USB-Typ C-Kabel zu funktionieren .

Da vorhandene USB 3.0-Kabel (die mit Typ A- und B-Anschlüssen sowie die Micro A- und B-Varianten) nur ein Super-Speed-Paarpaar (Tx-Paar und Rx-Paar) enthalten, konnte USB 3.1 Gen 2 nur Verwenden Sie dieses eine Paar und arbeiten Sie immer noch über vorhandene USB 3.0-Kabel. Selbst wenn Sie USB 3.1 Gen 2 über ein Kabel mit Typ C-Anschlüssen betreiben, wird nur das eine Super-Speed-Paar verwendet. Dies ermöglicht auch USB 3.0 / 3.1-fähige Kabel mit einem Typ C-Anschluss an einem Ende und die früheren USB 3.0-Typ A-, B-, Micro A- oder Micro B-Anschlüsse am anderen Ende.

Jetzt könnten Sie eine Folgefrage stellen: "Warum hat das USB Implementers Forum (USB-IF, das USB-Standardkonsortium) keine noch schnellere Version des USB-Protokolls definiert, das beide Super-Speed-Werte verwendet?" Paarpaare im Stecker Typ C? " Das ist eine berechtigte Frage, aber ich bin nicht bereit zu spekulieren. Es wäre sicherlich eine größere Abweichung von früheren USB-PHY-Designs gewesen, da es zwei separate Sende- und Empfangsdatenströme hätte, die koordiniert werden müssten. Tatsächlich wäre es eine Art parallele Schnittstelle, während USB traditionell nominell seriell ist.

Die Art und Weise, wie Sie Ihre Frage gestellt haben, hat einige potenzielle Missverständnisse aufgedeckt, die ich hier ansprechen möchte:

Ich weiß, dass es möglich ist, Thunderbolt 3 über jedes hochwertige USB-C-Kabel zu betreiben

Das stimmt nicht ganz. Es gibt viele hochwertige USB-Typ-C-kompatible Kabel, die nicht für Thunderbolt 3 geeignet sind. Thunderbolt 3 ist auf ≤ 0,5 m Kabellänge begrenzt, wenn Sie ein passives Kabel haben. Um länger zu bleiben (z. B. 2 m), benötigen Sie ein teureres aktives Kabel (ein Kabel mit speziellen IC-Chips zur Unterstützung der Signalverarbeitung).

Warum verwendet Standard-USB-C nicht beide Paare?

USB-C ist kein Protokoll. USB Typ C ist der Name eines Anschlusses und der Verkabelungsspezifikation. Es ist nicht der Name der Protokolle, die über diese Anschlüsse und Kabel verwendet werden. Wenn Sie USB-Protokolle über Typ C-Kabel ausführen, verwenden Sie USB 3.1 Gen 2 (10 Gbit / s "SuperSpeed +") oder frühere USB-Versionen.

— Spiff
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"Thunderbolt 3 ist auf ≤ 0,5 m Kabellänge begrenzt, wenn Sie ein passives Kabel haben." - das ist auch nicht ganz richtig. Die Länge der Verbindung wird durch die Kabelqualität und die Dämpfung des Signals bei der Nyquist-Frequenz begrenzt. Wenn Sie es schaffen, ein Kabel aus beispielsweise Teflon niedriger Dichte mit versilberten Drähten und Abschirmgeflecht herzustellen, die alle sehr gleichmäßig sind, können Sie fehlerfrei über viel längere Kabel kommunizieren, ohne dass aktive Treiber vorhanden sind Sie treffen Far-End-Augendiagramm und Jitter-Badewanne.

— Ale..chenski

Ich entschuldige mich. Mir ist bewusst, dass USB-C ein Kabel ist, kein Protokoll. Bearbeitet.

— brendon-ai

Tatsächlich definiert die Typ-C-Verbindungsspezifikation viele Protokolle. Eine ist für die grundlegenden Pull-Ups / Pull-Downs an CC-Pins, um die Rolle von Port, Host oder Gerät oder anderer zusätzlicher Konnektivität (Debug, Audio, Video) zu bestimmen. Für Dual-Role-Ports gibt es ein anderes Flip-Flop-Protokoll. Die elektronische Markerinteraktion über CC muss ebenfalls einem sehr spezifischen Protokoll folgen. Schauen Sie sich einfach Abschnitt 4.5.2 der Typ-C-Spezifikationen an und studieren Sie die ziemlich ausgefeilten Zustandsmaschinendiagramme in den Abbildungen 4-12, -13, -14, -15, -16 usw. oder die verbale Beschreibung der Interoperabilitätsprotokolle in Abschnitt 4.3.

— Ale..chenski

Nur zwei Monate nachdem diese Antwort geschrieben wurde, wurde USB 3.2 angekündigt, das tatsächlich beide Lanes in vorhandenen USB-C-Kabeln verwenden kann - für eine Geschwindigkeit von 10/20 Gbit / s (Gen1 / Gen2), also doppelte USB 3.1-Geschwindigkeiten: en.wikipedia.org/ wiki / USB_3.0 # 3.2 Aktuelle Controller sind möglicherweise bald verfügbar: anandtech.com/show/14430/…

— user1531083

USB 3.1 verwendet eine Spur (Tx-Paar und Rx-Paar), da es USB-Standard ist, um nur einen Rx + Tx zu verwenden. Alle ursprünglichen USB-Anschlüsse (A, B, microAB) verfügen nur über ein Paar SS-Kontakte (SuperSpeed), und die gesamte USB-Hardwarearchitektur konzentriert sich nur auf ein einspuriges Design.

Um mehr Spuren parallel zu verwenden, sollten zusätzliche Architekturelemente in der Hardware-Datenleitung enthalten sein, die sich mit der Spurensynchronisation und anderen Problemen im Zusammenhang mit der Verwaltung einzelner Verbindungsschichten, dem Austausch von Pufferkrediten und der Fehlerbehebung, dem Verbindungstraining und der elektrischen Optimierung einzelner Kanäle befassen. Sobald Sie dies alles getan haben, wird es in "Thunderbolt" verwandelt. Oder so etwas wie MIPI .

Der Typ-C-Anschluss ist ein neuer Standard für CONNECTOR, der eine breitere Anwendbarkeit als USB allein haben sollte. Der Bedarf an Typ C wurde weitgehend durch das Systemdesign bestimmt, das in kleinere Formfaktoren tragbarer Elektronik passt. In gewissem Sinne hat dies nichts mit USB zu tun, und Ihre Aufforderung, alle verfügbaren Super-Speed-Lanes erneut zu verwenden, um die Standard-USB-Architektur zu ändern, ist unbegründet.

— Ale..chenski
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Eine Sache, auf die ich neugierig bin ... Wenn USB 3.1 nur ein Tx-Rx-Paar verwendet, warum leiten sie dann nicht einfach mehr USB-Signale über den Rest? Selbst mit zwei für DisplayPort wie im "gemischten Modus" könnten Sie zwei unabhängige 5-Gbit / s-Busse für zwei SATA-SSDs oder ähnliches haben. Keine Notwendigkeit, sie zu synchronisieren.

— chx

@chx, die optionale Verwendung des zweiten Paares von Tx + Rx wurde in den USB 3.2-Spezifikationen eingeführt.

— Ale..chenski