USB4

USB4
Deprecated USB4 40 Gbps packaging logo
사용되지 않는 USB4 40 Gbps 패키징 로고
종류 USB
생산 역사
설계자 USB 프로모터 그룹
설계일 2019년 8월 29일(6년 전)(2019-08-29)
이전 단자 USB 3.2
일반 사양
데이지 체인 아니요
음성 신호 디스플레이포트
영상 신호 디스플레이포트
핀 수 24
단자 USB-C
전기
최대 전압 48 V (PD 3.1)
최대 전류 5 A (PD)
데이터
데이터 신호 USB 또는 PCI 익스프레스
비트레이트 20 Gbit/s
40 Gbit/s
80 Gbit/s
120/40 Gbit/s 비대칭
USB 40Gbps, 100 W 케이블

유니버설 시리얼 버스 4(Universal Serial Bus 4, USB4)는 종종 USB 4.0으로 잘못 불리기도 하며, USB(유니버설 시리얼 버스) 데이터 전송 표준의 가장 최근 기술 사양이다. USB-IF는 2019년에 USB4를 발표했다.

USB4는 여러 장치가 단일 고속 데이터 링크를 동적으로 공유할 수 있게 한다. USB4는 20 Gbit/s, 40 Gbit/s, 80 Gbit/s의 신호 전송 속도를 정의한다.[1][2] USB4는 USB-C 커넥터에 대해서만 정의되며, 해당 Type-C 사양[3]은 USB-C 케이블의 모든 사용 전반에 걸친 커넥터, 케이블 및 기본 전력 공급 기능을 규제하고, USB 파워 딜리버리 사양으로 강화되었다.[4][5]

USB4 표준은 USB 3.x에 대한 "기능적 하위 호환성"과 USB 2.0에 대한 전용 하위 호환성을 의무화한다.[6] USB4 연결의 대역폭 동적 공유는 USB 3.x, HDMI, 디스플레이포트, PCI 익스프레스와 같은 다른 프로토콜의 다중 가상 연결("터널")을 캡슐화함으로써 달성된다.

USB4는 선더볼트 3 프로토콜을 기반으로 한다. 그러나 선더볼트 3와의 하위 호환성은 많은 장치 유형에서 선택 사항일 정도로 충분히 차이가 있다.[7]

역사

USB4 이전에는 선더볼트가 단일 케이블을 통해 여러 디스플레이포트 및 PCI 익스프레스 연결 간에 대역폭을 동적으로 공유하는 방법을 제공했다. 선더볼트는 원래 미니 디스플레이포트 커넥터를 사용했으며 디스플레이포트 연결에만 하위 호환되었고 전력 전송은 지원하지 않았다.

2014년 USB-C 커넥터의 도입은 USB 데이터 연결 및 전력 전송뿐만 아니라 DP 연결을 지원할 수 있는 커넥터를 제공했다. 또한 동일한 케이블을 통해 디스플레이포트와 USB 연결 간의 정적 대역폭 공유를 허용했다.

선더볼트 3는 새로운 Type-C 커넥터를 사용하는 것으로 전환했으며 USB 연결 및 전력 전송 기능에 대한 하위 호환성을 추가했다.

USB4 버전 1.0

USB 40Gbps 포트 로고

USB4는 2019년 3월 USB 프로모터 그룹에 의해 발표되었다.[8][9] 2019년 8월 29일에 출시된 USB4 사양의 버전 1.0은 "유니버설 시리얼 버스 4 (USB4™)"라는 제목을 갖는다. 해당 버전 출시 이전의 여러 뉴스 보도에서는 때때로 잘못된 용어인 "USB 4.0" 및 "USB 4"를 사용한다.[10][11]

발표 보도 자료에서 USB 프로모터 그룹은 USB4가 "최근 인텔 코퍼레이션이 기여한 선더볼트™ 프로토콜 사양을 기반으로 한다"고 언급한다.[12] USB4 사양에서 명시된 목표는 대역폭 증가, USB-C 커넥터 생태계 통합 지원, "최종 사용자 혼란 최소화"이다. 이를 달성하기 위한 주요 분야 중 일부는 디스플레이 및 데이터 전송 기능을 제공하면서 "기존 제품 및 선더볼트 제품과의 호환성"을 유지하기 위해 단일 USB-C 커넥터 유형을 사용하는 것이다.[13]

버전 1.0은 20 Gbit/s 및 40 Gbit/s 연결, 최대 10 Gbit/s의 USB 2.0 및 USB 3.x 연결에 대한 필수 지원, PCI 익스프레스 4.0, USB 3.2 및 디스플레이포트 1.4a 사양에 따른 연결 터널링 지원을 정의했다. 선더볼트 3에 대한 선택적 하위 호환성 및 호스트 간 네트워킹도 정의되었다. 선더볼트 3와 비교하여, USB4는 명목상 비트레이트가 원시 비트레이트와 일치하는 다른 USB 사양과 일치하도록 원시 비트레이트를 약간 변경했다. USB4는 또한 이전 USB 표준과의 향상된 하위 호환성을 위해 USB 3 터널과 USB 2 와이어 사용에 대한 지원을 추가했으며, PCI 익스프레스 지원 없이 더 간단한 USB4 장치를 허용했다. 또한 USB4는 선더볼트의 이전 데이지 체인 토폴로지 제한과 비교하여 허브 토폴로지에 대한 지원을 추가했다.

2020년 7월 인텔은 선더볼트 4를 USB4 40 Gbit/s의 구현으로 발표했으며, 선더볼트 3에 대한 필수 하위 호환성 및 소형 노트북이 선더볼트 4 포트를 통해 충전되도록 지원해야 하는 요구 사항과 같은 추가 요구 사항이 포함되었다.[14] 아난드테크와 같은 간행물은 선더볼트 4를 "TB3 및 USB4의 상위 집합"이자 "TB4, TB3, USB4 및 USB 3/2/1 연결을 수용할 수 있음"으로 설명했다. 인텔 자체는 선더볼트 4를 "향상된 최소 성능 요구 사항, 확장된 기능 및 USB4 사양 준수 제공" 및 "선더볼트 3의 혁신을 기반으로" 구축된 것으로 설명한다.[15]

USB4 버전 2.0

USB 80Gbps 포트 로고

2022년 10월 18일, USB 프로모터 그룹은 USB4 버전 2.0 사양을 출시했다.[16][17]

80 Gbit/s 대칭 연결 또는 한 방향으로 120 Gbit/s, 다른 방향으로 40 Gbit/s를 지원하는 비대칭 연결을 허용하는 새로운 전송 속도가 추가되었다. 새로운 PAM3 인코딩 체계는 기존의 수동형 USB 40Gbps 케이블을 통해 이를 가능하게 한다. 능동형 케이블은 같은 방식으로 전방 호환성이 없으며, 대신 새로운 속도 등급의 능동형 케이블이 추가되었다. 또한 디스플레이포트 터널 지원을 디스플레이포트 2.1로 업그레이드하여 최대 80 Gbit/s(UHBR20)의 디스플레이포트 연결 터널링을 허용했다. 또한 기존 USB 3.2 연결 속도의 이전 터널링을 20 Gbit/s를 초과할 수 있고 PCI 익스프레스 오버헤드 제한을 제거한 "USB3 Gen T 터널링"으로 대체했다.

새로운 USB4 2.0 사양 출시 무렵, USB-IF는 또한 소비자에게 최대 지원 비트레이트 및 와트를 나타내는 것을 단순화하기 위해 새로운 로고와 마케팅 이름을 의무화했다.[18]

2023년 9월, 인텔은 80 Gbit/s 연결의 새로운 능력과 업데이트된 디스플레이포트 지원을 사용하는 USB4의 구현으로 선더볼트 5의 출시를 발표했다.[19] 인텔의 자체 보도 자료는 이를 "USB4 V2를 포함한 산업 표준을 기반으로 구축"되었다고 설명한다.[20]

USB4 포트의 기능

USB4 포트는 여러 다른 연결 유형을 제공한다. 이들 중 일부는 공존할 수 있으며 독립적으로 또는 서로 병렬로 작동할 수 있다. 이는 USB4 연결 자체가 다른 연결을 위한 컨테이너일 뿐이라는 사실로 인해 더욱 복잡해진다. 일부 연결 표준은 포트에서 직접 제공되거나 USB4 연결 내에 포함되는 것이 모두 가능하다. 기본적으로 제공되는 기능과 USB4 연결 내에서 제공되는 기능이 다를 수도 있다.

이 섹션에서는 주로 하위 호환성을 위해 존재하는 가능한 비 USB4 연결을 설명한다. USB4 연결 및 그 내용에 대해서는 § USB4 프로토콜/연결을 참조하라.

USB4 사양은 호스트 및 주변기기 포트보다는 하향 포트(DFP) 및 상향 포트(UFP)에 대해 이야기한다. 하향 포트에는 호스트 포트와 USB4 허브의 모든 "출력"이 포함되는 반면, 상향 포트에는 주변기기의 포트나 USB4 허브의 "입력" 포트와 같이 하향 포트에 연결할 수 있는 모든 것이 포함된다.[21]

모든 USB4 DFP 포트는 각각의 자체 사양에 따라 USB 2.0, USB 3.2 및 디스플레이포트 대체 모드 지원도 구현해야 한다. 따라서 USB4 DFP는 모든 이전 USB 표준 및 디스플레이포트 출력에 하위 호환된다.[22]

USB 2.0 DFP 기능

USB 2.0은 3가지 다른 비트레이트(Low-Speed, Full-Speed, High-Speed)를 정의하며, 모두 지원해야 한다.[23] USB 2.0 기능은 USB 3.2나 USB4 또는 대부분의 다른 대체 모드에서 사용되지 않는 Type-C 커넥터의 별도 와이어 및 핀을 사용한다.

USB 3.x DFP 기능

현재 버전인 USB 3.2는 5 Gbit/s, 10 Gbit/s, 20 Gbit/s의 3가지 다른 비트레이트를 정의한다. USB4 사양[24]이 처음부터 USB4에 의해 참조되었지만, USB4 DFP가 지원해야 하는 것은 더 낮은 두 가지 속도(5 Gbit/s, 10 Gbit/s)뿐이다. 이전의 모든 USB 3.x DFP와 마찬가지로, USB 2.0 연결은 병렬로 계속 사용할 수 있다.

디스플레이포트 대체 모드 DFP 기능

USB4 사양은 디스플레이포트 대체 모드 기능에 대한 최소 속도나 기능을 언급하지 않지만, 선더볼트 3는 언급한다. 실제로 인텔의 TB 3 컨트롤러 제품군은 4K60 출력을 지원하기 위해 HBR2 속도에서 최소 디스플레이포트 1.2를 요구하지만, 디스플레이포트 1.4a 사양에 따라 HBR3 속도까지도 사용할 수 있다.[25] 디스플레이포트 대체 모드는 항상 USB 2.0 연결과 공존할 수 있다. 그리고 절반 모드에서 사용할 수 있는데, 이 경우 다른 고속 와이어의 절반이 5 또는 10 Gbit/s USB 3.x 연결에 계속 사용할 수 있게 된다.

선더볼트 3 대체 모드 DFP/UFP 기능

매우 일반적인 기능이지만, 대부분의 USB4 포트에서 TB3 연결(20 또는 40 Gbit/s)을 지원하는 것은 선택 사항이다. 이러한 TB3 연결은 기술적으로 디스플레이포트 대체 모드와 유사한 대체 모드이지만, 원리는 USB4 연결과 가장 가깝다. 자세한 내용은 선더볼트 3 호환성을 참조하라. USB4 장치가 (다른 USB4 장치나 TB3 주변기기로) TB3 연결을 지원할 수는 있지만, TB3 호스트에 의해 인식되는 것을 지원하지 않을 수도 있다.

DFP를 위한 전력 전송 기능

USB4 사양은 전력 출력에 대한 명시적인 요구 사항을 만들지 않는다. 전력과 관련하여 모든 요구 사항을 USB-C 커넥터를 사용하는 모든 USB, 디스플레이포트 및 기타 표준을 뒷받침하는 Type-C[26] 사양으로 위탁한다. 이를 위해서는 USB4 DFP가 최소 7.5W Type-C 전류를 공급해야 한다. 어떤 전력 소비 기능(예: 노트북 충전)도 필수 사항은 아니지만, USB 파워 딜리버리 사양[5]에 따라 지원될 수 있으며, 훨씬 더 많은 전력을 공급할 수도 있다. USB 파워 딜리버리 프로토콜은 항상 프로토콜에 따라 데이터를 교환할 수 있는 지원을 갖추어야 한다. 이는 5V 또는 >15W 이외의 실제 전력 공급을 협상하기 위한 파워 딜리버리의 기능과는 별개이다.

USB4 허브 및 독

USB4 허브와 독은 추가 요구 사항이 포함된 자체 USB4 장치 범주로 정의된다. 예를 들어, USB4 허브는 USB4 연결을 지원하지 않는 호스트와 함께 디스플레이포트 대체 모드 패스스루를 갖춘 클래식 USB 3.2 허브 역할도 수행해야 한다. 선더볼트 3 연결을 지원해야 한다. 자세한 내용은 장치 유형별 USB4 기능을 참조하라.

USB4 프로토콜/연결

모든 USB4 포트는 USB4 프로토콜/연결을 지원해야 하며, 이는 이전 USB 프로토콜과 병렬로 존재하는 USB4 장치 간의 USB4 링크/연결을 구축하기 위한 별도의 표준이다. USB 2.0 및 USB 3.x와 달리 데이터를 직접 전송하는 방법을 제공하지 않으며, 여러 가상 연결("터널")을 포함할 수 있는 단순한 그릇일 뿐이다.

다른 사양은 터널의 내용과 내부 기능을 정의하기 위해 참조된다. USB4는 다음과 같은 터널 유형을 정의한다.

  • USB3 연결
  • 디스플레이포트 연결
  • PCI 익스프레스 연결
  • 포함된 USB4Net 및 도메인 간 사양에 따른 이더넷/네트워크 연결[27]

USB4의 일반 원칙

USB4는 USB4 라우터의 트리형 토폴로지를 형성하며, 각 USB4 장치에는 이 네트워크에 참여하기 위한 USB4 라우터가 포함되어 있다. 터널은 라우터의 전체 네트워크를 통과하는 경로가 사전 구성된 종단 간 방식일 수 있다. 그러나 터널은 단일 USB4 링크(즉, 2개의 라우터 간)에 대해서만 존재하는 단일 홉일 수도 있다. 이 경우, 터널은 수신자에 의해 "압축 해제"되며 데이터가 다음에 어디로 보내져야 하는지 식별하기 위해 터널 유형에 특정한 다른 수단을 사용한다. 다음 홉이 다른 USB4 라우터인 경우, 데이터는 USB4 네트워크를 나갈 때까지 다음 단일 홉 터널로 다시 수집된다.[28]

따라서 단일 홉 터널은 각 USB4 라우터에서 특정 지원이 필요하며, 단순히 추가 USB4 라우터로 통과시키는 것을 지원하기만 하면 된다. 그러나 종단 간 터널은 데이터가 터널로 수집될 때와 터널이 끝나는 지점의 대상에서만 USB4 라우터의 지원이 필요하다.

참고: USB 2.0은 어떤 터널의 일부도 아니다. 해당 기능은 USB 3.x에서 USB 2.0에 대한 하위 호환성으로 처리되었던 것처럼, 전용 와이어를 통해 USB4 연결과 병렬로 물리적 및 논리적으로 분리된 USB 2.0 연결을 유지함으로써 제공된다.

프로토콜 입력/출력 어댑터

프로토콜 입력 어댑터는 기반이 되는 프로토콜에 따라 연결을 수집하고 내용을 USB4 터널로 변환한다. 프로토콜 출력 어댑터는 그 반대를 수행한다. USB4 네트워크에서 터널을 추출하고 필요한 경우 터널 내용에서 일반 연결을 다시 생성한다.

터널로의 변환은 일반적으로 기본 연결 표준의 Phy/Electrical 계층 및 인코딩을 제거하고 내용을 무손실 압축할 가능성이 있다. 예를 들어, 빈 필러 데이터를 생략하는 방식이다. USB4 터널 자체는 가상이며 기본 연결 표준의 Phy/Electrical 계층에서 발생하는 고정 대역폭이나 기타 제한 사항을 따를 필요가 없다. 그러나 대부분의 터널 유형은 결국 일반 물리적 연결로 다시 변환될 것이기 때문에, 최대 대역폭과 같은 대부분의 물리적 제한은 결국 적용될 가능성이 높다.

USB3 Gen X 터널링

이는 기본적으로 USB 3.2 사양에 따라 모든 향상된 슈퍼스피드 연결을 전송할 수 있는 단일 홉 터널이다. USB3 Gen X는 향상된 슈퍼스피드 허브 토폴로지를 따르며, 두 개 이상의 USB3 종단점을 가진 모든 USB4 라우터에는 USB3 허브도 포함되어야 한다. USB4를 통한 USB3 연결이 이루어지는 기본 방식이다. 모든 USB4 DFP에서 10 Gbit/s로 이를 지원하는 것은 필수이다. 터널링되는 USB3 연결에 대해 지원되는 최소 속도는 10 Gbit/s인데, 모든 USB4 장치가 이미 이 속도를 지원해야 하며 USB3 허브는 이를 연결될 수 있는 5 Gbit/s 장치로 변환하는 것을 처리하기 때문이다.

이는 USB4 허브가 단일 상향 USB3 연결을 공유하고 USB3 연결을 사용하는 모든 하향 포트 전반에 걸쳐 대역폭을 분배함을 의미한다.

USB3 Gen T 터널링

이는 USB4 버전 2.0에서 도입된 USB3 Gen X 터널링에 대한 선택적 대안이다. USB3 Gen X 터널의 종단 간 변형이다.

이를 통해 처리량을 제한할 수 있고 제한할 모든 USB4 라우터의 USB3 허브 필요성을 피한다. 공유 링크에서도 여러 개의 별도 USB3 Gen T 터널을 허용한다. 종단 간 터널이므로 모든 USB4 허브가 이를 통과시키는 것을 지원한다. USB3 Gen T는 독점적으로 가상으로 의도되었으며, 물리적 등가물이 존재하지 않는다. 따라서 USB4 컨트롤러 내부에서만 사용할 수 있다. 이를 통해 향상된 슈퍼스피드 프로토콜의 나머지 부분을 대부분 재사용하면서 USB 3.2의 10 또는 20 Gbit/s 연결 제한을 남길 수 있다.[29]

현재(2024년 8월) Gen T 터널링 지원을 구현하는 알려진 USB4 컨트롤러는 없다.

디스플레이포트 터널링

디스플레이포트 또한 종단 간 연결로 터널링된다. 여러 독립적인 디스플레이포트 터널이 있을 수 있지만, 각각은 단일 프로토콜 출력 어댑터로 전달된다(이 시점에서 디스플레이포트 MST를 사용하여 각 연결을 추가로 분할할 수 있음).

USB4 버전 1.0은 디스플레이포트 1.4a 사양(최대 HBR3 속도)에 따라 디스플레이포트 연결을 터널링하는 방법만 정의한다. USB4 버전 2.0은 이 지원을 전체 디스플레이포트 2.1 사양(최대 UHBR20 속도)으로 업데이트한다. 주목할 점은, USB4 사양은 UHBR20이 지원되더라도 UHBR13.5 디스플레이포트 속도를 지원할 필요성을 명시적으로 제외한다는 것이다. 디스플레이포트 사양은 공개되어 있지 않다. 유사한 제외 사항을 만드는지는 알 수 없다.

디스플레이포트 터널링은 디스플레이포트 연결 내용에 대한 뛰어난 이해를 가지고 있으며, 빈 필러 데이터를 효율적으로 건너뛰거나 전송하여 디스플레이포트 터널의 실제로 활용되는 대역폭을 줄인다. 그러나 디스플레이포트 연결은 실시간 요구 사항이 있으므로, 대역폭을 예약해야 한다. USB4는 다른 정보가 없는 경우, 특정 디스플레이포트 연결(디스플레이포트 레인 및 속도)에 대해 가능한 최대 대역폭을 예약해야 한다고 의무화한다. 이 예약은 다른 실시간 터널에만 적용된다. 예약되었지만 사용되지 않는 대역폭은 PCI 익스프레스 또는 USB3와 같은 비실시간 터널에서 사용할 수 있지만, 예약은 여전히 다른 디스플레이포트 터널이 설정되는 것을 차단할 수 있다.[30]

PCI 익스프레스 터널링

USB3 Gen X 터널링과 유사하게, PCI 익스프레스 터널링은 단일 홉 터널을 사용하여 PCI 익스프레스 터널링을 지원하는 모든 USB4 라우터에 PCI 익스프레스 스위치를 요구한다. USB4는 처음부터 PCI 익스프레스 사양 개정 4를 참조했으며, USB4 버전 2.0에서는 PCI 익스프레스 사양 개정 5.0에 대한 참조가 추가되었다.

PCI 익스프레스 터널링은 USB4 버전 1.0 및 선더볼트 3에서 중요한 제한 사항을 가졌다. PCI 익스프레스는 전송에 종단 간 적용되는 가변 최대 페이로드 크기를 가진다. 구성 요소나 PCI 익스프레스 스위치 중 하나라도 MPS가 제한되어 있으면, 통과하는 모든 패킷은 그에 따라 제한되어야 한다. USB4는 USB4 패킷당 최대 256 바이트의 페이로드를 사용하고 PCI 익스프레스 터널 패킷에는 추가 PCI 익스프레스 헤더와 메타 데이터가 포함되기 때문에, PCI 익스프레스 터널의 MPS는 128 바이트로 제한되었다. 이 제한은 그렇지 않으면 256 바이트 또는 더 큰 MPS를 지원할 모든 장치 및 시스템에 대해 PCI 익스프레스 연결의 효율성을 크게 줄일 수 있다.

USB4 버전 2.0은 더 큰 PCI 익스프레스 패킷이 여러 USB4 패킷에 걸쳐 분할되는 방식을 정의함으로써 이 병목 현상을 제거했다(모든 구현자에게 필수). 이 새로운 기능에 대한 지원은 PCI 익스프레스 터널에 관련된 모든 USB4 구성 요소/컨트롤러가 USB4 버전 2.0을 구현해야 한다.[31]

USB4 신호 전송 모드

신호 전송은 OSI 모형의 최하위 계층인 물리 계층 또는 Phy라고도 하는 계층을 의미한다. USB4 연결은 패키징 및 제품에 사용되는 공식 로고의 기반이기도 한 소비자용 이름으로 표현될 수 있다. 이는 "USB 20Gbps", "USB 40Gbps", "USB 80Gbps" 레이블이며, 물리 계층에서 연결이 어떻게 달성되는지는 명시적으로 나타내지 않는다. 또한 USB-C 케이블의 구현 및 사용을 기반으로 하는 더 기술적인 이름도 있다. 이는 일반적으로 Gen 1/2/3/4(각각 5 Gbit/s, 10 Gbit/s, 20 Gbit/s, 40 Gbit/s)로 표현되는 와이어 쌍당 속도와 어떤 조합으로 몇 개의 와이어 쌍이 사용되는지에 대한 추가 정보로 구성된다.

USB는 일반적으로 "레인"을 (양방향) 연결로 정의하며, 모든 최근 전송 모드에 대해 이는 하나의 송신 및 하나의 수신 와이어 쌍으로 구성된다. "Gen AxB" 표기법은 A 작동 모드의 B 레인을 의미한다. Gen 4 모드 또한 송신 및 수신에 전용되는 와이어 쌍의 수가 고르지 않은 비대칭 연결을 도입했으므로, 레인 표기법은 더 이상 적용할 수 없다.

USB 3.x 제품군은 USB 3.1 및 USB 3.2 사양 버전에서 동일한 기술 표기법을 소급 적용했다. 이는 공통 원리를 보여주고 동일한 세대가 동일한 공칭 속도를 나타내지만, "Gen A"는 USB 3.x 및 USB4 사양에서 정확히 같은 의미를 갖지 않는다. 이름의 중복은 주로 케이블 호환성에 표시된 케이블과 관련하여 중요해지며, 이는 Type-C 커넥터의 모든 사용자 간에 공유되는 Type-C 사양에 의해 규제된다.

신호 전송 모드 비교
USB 표준
 신호 전송 모드 이름[a] 도입 시기 인코딩 와이어 쌍 송신+수신 신호 전송 비트레이트
(Gbit/s) 		원시 데이터 레이트[b]
(Gbit/s) 		USB-IF
현재 마케팅 이름[32] 		로고[32]
와이어 쌍당 총계 (방향당)
USB 2.0
 High-Speed USB 2.0 비트 스터핑이 포함된 NRZI 1 (공유) 0.480 (반이중) 0.480 (반이중) ? Hi-Speed USB
USB 3.2
 Gen 1×1 USB 3.0 8b/10b 1+1 5 5 4 USB 5Gbps
Gen 2×1[c] USB 3.1 128b/132b 1+1 10 10 ~9.7 USB 10Gbps
Gen 1×2 USB 3.2 8b/10b 2+2 5 10 8
Gen 2×2[c] 128b/132b 2+2 10 20 ~19.39 USB 20Gbps
USB4
 Gen 2×1[c] USB4 64b/66b[d] 1+1 10 10 ~9.697 (과도기/폴백)[e]
Gen 2×2[c] 2+2 10 20 ~19.39 USB 20Gbps
Gen 3×1 128b/132b[d] 1+1 20 20 ~19.39 (과도기/폴백)[e]
Gen 3×2 2+2 20 40 ~38.79 USB 40Gbps
Gen 4 대칭 USB4 v2.0 PAM-3[33]

11b/7t

2+2 ~40.58[f] ~81.15 ~80.46 USB 80Gbps
Gen 4 비대칭 3:1 3+1 3×:
~121.725
1×:
~40.58 		3×:
~120.69
1×:
~40.23
 빈칸[g]
Gen 4 비대칭 1:3 1+3 빈칸[g]
빈칸 TB3 Gen 2×2 빈칸 64b/66b 2+2 10.3125 20.625 20 빈칸
TB3 Gen 3×2 128b/132b 2+2 20.625 41.25 40 빈칸
  1. ↑ 가장 최신 사양에 따른 이름.
  2. ↑ 인코딩 오버헤드만 제거하고 처리 오버헤드(최대 1/3)는 무시한 한 방향의 원시 데이터 레이트.
  3. ↑ 가 나 다 라 USB4 Gen 2는 USB 3.2 Gen 2와 다르다. 둘 다 10 Gbit/s의 동일한 신호 전송 속도를 나타내지만, 서로 다른 인코딩을 사용하며 전기적 계층에서 차이가 있다. 또한 신호 품질에 대한 요구 사항도 다르다.
  4. ↑ 가 나 USB4 Gen 2 및 3은 선택적 리드 솔로몬 순방향 오류 정정(RS FEC)을 사용할 수 있다. 이 모드에서 12 × 16 B(128 비트) 심볼은 각각의 심볼 유형을 나타내는 2 B(12 비트 + 4 비트 예약됨) 동기화 비트와 함께 조립되며, 총 198 B 블록 내 어디에서나 최대 1 B의 오류를 수정할 수 있도록 4 B의 RS FEC가 포함된다.
  5. ↑ 가 나 USB4는 듀얼 레인 모드를 지원해야 하지만, 듀얼 레인 링크 초기화 중에 단일 레인 작업을 사용한다. 단일 레인 링크는 레인 본딩 오류 시 폴백 모드로 사용할 수도 있다.
  6. ↑ 사양에 따라 라인은 25.6 GBaud에서 실행된다. 하나의 심볼에는 1 트리트의 정보가 포함된다. 인코딩은 각 11비트 그룹을 7트리트로 변환한다. 7트리트는 2187개의 다른 값을 제공하거나 비트/트리를 제공한다. USB4 Version 2.0 Specification 2023, p84, sec. 3.2
  7. ↑ 가 나 USB 80Gbps 연결 및 장치의 선택적 기능.

선더볼트 3 Gen 2 및 Gen 3와 USB4 Gen 2 및 Gen 3 모드는 매우 유사한 신호 전송을 사용한다. 그러나 선더볼트 3는 USB4의 반올림된 속도와 비교하여 레거시 속도라고 불리는 약간 더 높은 속도에서 실행된다.[34] 선더볼트 사양에 따라 10.3125 Gbit/s(Gen 2의 경우) 및 20.625 Gbit/s(Gen 3의 경우)로 약간 더 빠르게 구동된다.

USB4 Gen 4는 일반적으로 "40 Gbps" 또는 40 Gbit/s의 속도로 지칭되며, 이를 기반으로 하는 전체 연결은 80, 120/40, 40/120 Gbit/s로 지칭된다. 그러나 실제 신호 전송은 더 이상 이진법이 아니기 때문에, 실제 원시 비트레이트는 더 이상 이 숫자들과 정확히 일치하지 않는다.

장치 유형별 USB4 기능

USB4 허브

USB4 허브는 1개의 USB4 UFP와 하나 이상의 USB4 DFP를 가지는 것으로 정의된다.

USB4 기반 독

USB4 기반 독은 HDMI나 디스플레이포트와 같은 더 전문화된 출력을 가지지만, 여전히 일부 USB4 DFP를 유지하는 USB4 허브로 정의된다.

USB4 주변 장치

USB4 주변 장치는 USB4 DFP가 없는 것으로 정의된다. 이는 구어체로 "USB-C 허브"라고 불리는 장치가 동적 대역폭 공유나 USB4의 더 높은 대역폭을 지원하기 위해 USB4를 사용할 수 있음을 의미한다. 그러나 USB4 DFP가 없으면 USB4 허브가 아니다. USB4 DFP가 없으면 주변 장치는 자신이 사용하는 USB4 기능만 정확히 지원할 수 있으므로 구현이 크게 단순화될 수 있다.

USB4 기능 지원[35]
기능 호스트 허브 (독) 주변 장치
유형
USB4

연결

"20 Gbps" (Gen 2×2) 예 예 예
"40 Gbps" (Gen 3×2) 선택 사항 예 선택 사항
"80 Gbps" (Gen 4 대칭) 선택 사항 선택 사항 선택 사항
"120/40 Gbps" (Gen 4 3:1) 선택 사항 선택 사항[a] 선택 사항
"40/120 Gbps" (Gen 4 1:3) 선택 사항 선택 사항[a] 선택 사항
터널링 USB3 "10 Gbps" (Gen 2×1) 예 예 선택 사항
USB3 "20 Gbps" (Gen 2×2) 선택 사항 선택 사항 선택 사항
USB3 Gen T (가변 대역폭)[b] 선택 사항 선택 사항 선택 사항
디스플레이포트 예 예 선택 사항
PCI 익스프레스 선택 사항[c] 예 선택 사항
호스트 간 통신/

USB4 네트워킹

예 예 빈칸
기본 USB3 "5 Gbps" (Gen 1×1) 예 예 선택 사항
USB3 "10 Gbps" (Gen 2×1) 예 예 선택 사항
USB3 "20 Gbps" (Gen 2×2) 선택 사항 선택 사항 선택 사항
USB 2.0

(Low-, Full-, High-Speed)[d]

예 예 선택 사항
디스플레이포트 대체 모드[e] 예 예 선택 사항
DFP에서의 선더볼트 대체 모드 선택 사항[c] 예 빈칸
UFP에서의 선더볼트 대체 모드 빈칸 Yes (2024년 이전) / 이후 선택 사항[f] 선택 사항
기타 대체 모드 선택 사항 선택 사항 선택 사항
  1. ↑ 가 나 "USB 80Gbps" USB4 허브의 경우에도 비대칭 연결(어느 방향으로든) 지원은 선택 사항이지만, 80 Gbit/s 지원은 모든 비대칭 지원의 전제 조건이다.
  2. ↑ USB3 Gen T 터널링은 정의된 대역폭 옵션을 가지고 있다. 이는 총 USB4 속도 숫자인 10, 20, 40, 80 및 비대칭 40/120, 120/40 연결과 일치한다. USB4 v2 사양, p536, tab.9-19
  3. ↑ 가 나 윈도우 HLK는 모든 USB4 포트가 PCI 익스프레스 터널링 및 TB3 호환성을 지원하도록 요구한다. 최소 PCI 익스프레스 대역폭 요구 사항은 없다.[36]
  4. ↑ USB3과 마찬가지로, USB2 연결은 메인(USB3/USB4) 연결과 별도의 와이어에서 실행된다. 케이블에서 병렬로 실행되므로 터널링이 필요하지 않다.
  5. ↑ USB4 사양은 디스플레이포트 출력의 최소 속도나 기능에 대한 요구 사항을 만들지 않는다.
  6. ↑ 2024년 버전 USB4 사양은 USB4 허브가 UFP에서 TB3 호환성을 지원해야 하는 요구 사항을 제거했다. DFP에서 TB3 호환성을 지원해야 하는 요구 사항은 영향을 받지 않는다. USB4 v2 사양 2024년 9월, p712, sec. 13

케이블 호환성

Type-C 표준은 많은 상황에서 케이블 하위/하향 호환성을 지원한다. 호환성은 일반적으로 표준의 서로 다른 제품군(USB 2.0, USB 3.2, USB4) 간에만 깨진다. 어느 방향으로든 어떤 신호 방식에도 사용되고 재용도될 수 있는 일반 도체로 주로 구성된 "수동형" 케이블이 있으며, 따라서 가장 높은 전방 및 하위 호환성을 가진다. 또한 표준에서 소비자의 눈에 일반적인 수동형 케이블처럼 작동하도록 방대한 하위 호환성 지원을 갖추어야 하는 능동형 또는 하이브리드 능동형(능동형-전도성 및 광학 혼합) 케이블이 포함된다.[37] 그러나 능동형 케이블은 내부의 능동형 전자 장치로 인해 전방 호환성이 제한된다. 가격, 디자인, 케이블 두께 및 광고로 명확하게 구별할 수 있어야 하는 광학 절연 능동형 케이블(OIAC)만이 대부분의 하위 호환성을 제거할 수 있다.

PAM-3를 사용하는 Gen 4 전송 모드는 이전 모드와 매우 다른 신호 전송을 사용한다. 모든 능동형 구성 요소는 이 새로운 신호 전송을 명시적으로 지원해야 하지만, 기존의 수동형 Gen 3 케이블(USB4 및 선더볼트 3)의 모든 신호 품질 요구 사항 내에 머무른다.

신호 전송 방향 또한 능동형 케이블에 또 다른 과제를 제기한다. 대부분의 USB 신호 전송은 송신을 위해 미리 정의된 와이어 쌍을 사용하고 수신을 위해 다른 와이어 쌍을 사용한다. 그러나 디스플레이포트 대체 모드와 같은 대체 모드는 모든 와이어 쌍을 같은 방향으로 사용해야 할 수 있다. 와이어 쌍의 방향을 전환하면 능동형 케이블이 더 복잡해지므로 해당 지원은 선택 사항이다.

케이블 명명 및 사양 버전과의 관계

USB-IF는 새로운 대역폭 기반 로고와 이름만 소비자와 함께 사용되도록 의도한다.[38] 케이블의 경우 유형(수동형, 능동형)과 최고 지원 대역폭은 일반적으로 케이블과 지원되는 기능을 고유하게 식별하기에 충분하다. 일부 능동형 유형은 유형에 대한 추가 세부 정보가 필요한 곳에서 명확한 구분을 한다. 공식적으로 케이블 유형 및 속성은 해당 케이블 모델의 개발/설계 중에 사용된 별도의 사양 버전에 의해 정의되므로, 각 케이블은 "Type-C 2.3, USB 3.2, USB4 버전 2.0"과 같은 특정 USB 사양 버전 세트에 따라 유효하고 인증될 가능성이 있는 케이블이 된다. 그러나 표준은 새로운 사양 버전이 일반적으로 새로운 작동 모드, 새로운 케이블 유형을 추가하지만 이전에 존재했던 것들을 제한하지 않도록 상호 운용 가능하게 설계되었다. 왜냐하면 그렇게 하면 기존 제품과 호환되지 않는 새로운 제품이 만들어질 것이기 때문이다. 이러한 목적을 위해 이전의 USB 로고와 레이블조차도 사양 버전을 포함하지 않았으며, "인증된 USB 슈퍼스피드+ 10 Gbps"라고만 명시했다. 이 로고는 케이블에 대한 요구 사항이 변경되지 않았기 때문에 USB 3.1 및 USB 3.2 버전 전반에 걸쳐 USB3의 10 Gbit/s 연결 속도를 지원할 수 있는 케이블을 식별했다. 따라서 정확한 사양 버전은 일반적으로 관련이 없으며 차이를 만들지 않는다.

Gen2×2와 같은 전송 모드 또한 유효한 케이블이 명시된 속도로 최대 듀얼 레인 연결을 위한 모든 고속 와이어 쌍을 갖춘 전체 기능을 갖추거나, USB2 전용이거나 아래 나열된 다른 특정 제한 유형이기 때문에 케이블과는 관련이 없다.

USB4 케이블 호환성

수동형[39][40] 및 능동형 Type-C 케이블[41]과 USB4 지원 개요
케이블 유형 속도 마케팅 이름 최대 USB4 비트레이트 예상 최대 케이블 길이[a] 기타 지원 전력
비고 USB2 USB3 TB3 디스플레이포트
USB2
 빈칸 Hi-Speed USB No ≤ 4m 예 아니요 아니요 아니요 USB 파워 딜리버리:

60W

또는

100W

또는

240W

전체 기능 수동형
 빈칸 Gen 1 USB 5Gbps 20 Gbit/s[b] ≤ 2m 예 5 Gbit/s 20 Gbit/s 예[c]
Gen 2 USB 20Gbps

(USB 10Gbps 폐기됨)

20 Gbit/s ≤ 1m 예 예 20 Gbit/s
(수동형 TB4 및 TB5 포함) Gen 3 & Gen 4 USB 40Gbps

USB 80Gbps

80 Gbit/s

(또는 비대칭)

≤ 0.8m 예 예 예[d] 예[c][e]
전체 기능 능동형 (광학 하이브리드 포함)
 빈칸 Gen 2 USB 20Gbps

(USB 10Gbps 폐기됨)

20 Gbit/s < 5m 예 예 예 선택 사항[f]
(능동형 TB4 포함) Gen 3 USB 40Gbps 40 Gbit/s 예 예 예[d] 선택 사항[f]

TB 최대 2m[e]

(능동형 TB5 포함) Gen 4 USB 80Gbps 80 Gbit/s

(또는 비대칭)

예 예 예[d]
USB3 능동형 Gen 2 ? No 예 예 아니요 선택 사항
OIAC
 USB3 Gen 2 ? No ≤ 50m 광학인 경우만 Gen 2 전용 (10 / 20 Gbit/s) 아니요 선택 사항 빈칸
USB4 Gen 3 ? 40 Gbit/s 선택 사항
Gen 4 ? 80 Gbit/s

(비대칭 선택 사항)

선더볼트 3
 수동형 Gen 2 TB 로고( "3" 제외) 20 Gbit/s ≤ 2m 예 1m 초과 시 5 Gbit/s 전용[42] 20 Gbit/s 예[c] USB 파워 딜리버리:

60W

또는

100W

Gen 3 TB 로고 + "3" 80 Gbit/s

(또는 비대칭)[43]

≤ 0.8m 예 예 예
능동형 Gen 3 TB 로고 + "3" No[g] (가장 긴 사용 가능: 3m) 예 (대체로 아님)[44] 예 (대체로 아님)[45]
광학[46] Gen 3 TB 로고 + "3" No ? 아니요 아니요 예 아니요 빈칸
  1. ↑ 최대 케이블 길이는 규범적이지 않으며, 단순히 기존 구리 케이블의 예상 물리적 한계에 근거한 USB 사양의 추정치이다.
  2. ↑ USB4 Gen 2 신호 전송은 USB3 Gen 2 신호 전송보다 덜 엄격한 신호 요구 사항을 가진다. 사양 준수 Gen 1 케이블은 USB4 Gen 2 / 20 Gbit/s 연결을 지원한다
  3. ↑ 가 나 다 Type-C 사양에 의해 보장되는 특정 최대 디스플레이포트 속도 없음
  4. ↑ 가 나 다 구형 선더볼트 3 장비는 케이블을 "선더볼트 3 40 Gbit/s"로 선택적으로 식별해야 할 수 있는데, 이는 Gen 3의 USB-C 정의 이전이기 때문이다. 이 추가 식별 없이는 해당 장비에서 이러한 케이블이 "20 Gbps" / Gen 2로만 보일 수 있다.Type-C Cable and Connector Specification 2023, p393
  5. ↑ 가 나 최대 2m 길이(능동형 및 수동형)의 선더볼트 4 및 선더볼트 5 케이블은 디스플레이포트 지원을 포함하는 "범용 케이블"이다. 디스플레이포트 보장은 선더볼트 4(HBR3) 또는 선더볼트 5(UHBR20)에 대한 디스플레이포트 1.4가 다루는 최고 속도만 포함할 수 있다.
  6. ↑ 가 나 Type-C 사양에 의해 보장되는 특정 최대 디스플레이포트 속도 없음. 능동형 케이블 구현에 따라 다르게 작동할 수 있는 능동형 케이블 구현이 있다.
  7. ↑ 애플 선더볼트 3 프로 케이블은 디스플레이포트와 USB3를 지원하는 몇 안 되는 능동형 선더볼트 3 케이블 중 하나이다. 이것이 특별한 동작인지 아니면 케이블이 USB4와도 호환될 것인지는 불분명하다.“Apple now sells a $129 Thunderbolt 3 Pro cable”. 《theverge.com》. The Verge. 2020년 7월 27일. 2024년 8월 9일에 확인함. 

USB4 케이블에 대한 디스플레이포트 대체 모드 지원

Type-C 사양은 능동형 케이블에 대한 지원이 선택 사항인 수동형 케이블에 대해 지원된다고 간주하는 특정 디스플레이포트 속도를 지정하지 않는다. 디스플레이포트 대체 모드에 대한 USB-C 프레젠테이션[47]은 수동형 전체 기능 USB-C 케이블의 디스플레이포트 지원과 향후 디스플레이포트 속도 증가를 위한 여유 공간을 언급한다. HBR3는 당시 가장 높은 사용 가능한 디스플레이포트 속도였다.

능동형 케이블은 능동형 전자 장치가 일반 USB 작동을 위해 모든 고속 와이어 쌍을 동일한 방향으로 작동할 필요가 없기 때문에 추가적인 복잡성을 가질 수 있다("USB 80Gbps" 케이블은 비대칭 연결을 지원하도록 의무화되어 있으며, 이는 와이어 쌍 중 적어도 일부가 어느 방향으로든 작동함을 포함한다). 능동형 전자 장치가 특정 신호 전송 모드만 지원할 수 있기 때문에 능동형 케이블은 추가적인 제한을 가질 수 있다. 능동형 전자 장치에는 2가지 변형이 있다. 선형 ReDriver는 특정 신호 전송 모드나 인코딩을 염두에 두지 않고 신호를 증폭하기만 한다. ReTimer는 더 높은 품질의 결과를 위해 들어오는 신호를 명시적으로 재구성한다.

선더볼트 4 케이블은 길이가 최대 2m인 능동형 케이블도 디스플레이포트 대체 모드를 지원하도록 보장된다. 특정 최대 속도도 언급되지 않지만, 선더볼트 4에 대한 다른 요구 사항은 모두 디스플레이포트 1.4 및 HBR3의 최대 속도를 참조한다.[48] 선더볼트 5는 디스플레이포트 2.1 사양(최대 UHBR20 속도)을 참조하면서 USB 80Gbps 케이블에 대해 동일한 보장을 갱신한다.[49]

디스플레이포트 2.1은 디스플레이포트의 창시자인 VESA에 따라 USB4 물리 계층에 맞춰 조정되었다.[50] 이 조정이 얼마나 완전한지는 불분명하다. 그러나 UHBR10 디스플레이포트 속도는 비트레이트 및 인코딩에서 USB4 Gen 2와 일치하는 반면, UHBR20 디스플레이포트 속도는 비트레이트 및 인코딩에서 USB4 Gen 3와 일치한다. USB 및 디스플레이포트 인증 서비스는 USB 5Gbps 케이블(USB 3.2 Gen 1)을 USB 20Gbps(USB4 Gen 2x2) 연결과 동일한 요구 사항을 가지는 데 적합할 UHBR10 속도를 지원하는 것으로 나열한다.[51]

아난드테크는[52] "이는 또한 디스플레이포트 대체 모드 2.0이 USB4 호환 케이블과 대부분 작동해야 함을 의미하지만, VESA는 모든 케이블과의 호환성을 약속하는 것을 피하고 있다"고 보도한다.

USB4 Gen 3 속도 및 UHBR20까지의 모든 현재 디스플레이포트 속도(UHBR13.5 포함)에 대해 광고되는 선형 ReDriver[53]와 ReTimer[54]를 사용할 수 있다.

선더볼트 호환성

 이 부분의 본문은 선더볼트 (인터페이스)입니다.

선더볼트 3

USB4 사양은 설계 목표가 "기존 USB 및 선더볼트 제품 생태계와의 호환성 유지"라고 명시한다. 선더볼트 3와의 호환성은 USB4 허브에 필수이며, USB4 호스트 및 USB4 주변 장치에는 선택 사항이다.[55] 호환 제품은 40 Gbit/s 모드, 최소 15W의 공급 전력 및 다른 클럭을 구현해야 한다. 구현자는 라이선스 계약에 서명하고 인텔에 벤더 ID를 등록해야 한다.[56]

USB4 프로토콜은 선더볼트 3의 작동 원리를 기반으로 하며 관련이 있다. USB4 사양은 선더볼트 3와 호환되는 구현을 얻기 위해 어떤 기능을 비활성화하고, 다운그레이드하고, 어떤 매개변수를 변경할지 정의할 뿐이다.[57] 예를 들어 데이지 체인 토폴로지로의 제한(허브는 최대 하나의 USB4 DFP를 노출해야 함), 디스플레이포트 기능을 디스플레이포트 1.2로 다운그레이드, USB3 터널이나 병렬 USB 2.0 연결 비활성화, TB3의 이전, 약간 더 높은 신호 전송 속도로 전환 등이 포함된다. USB 3.x 또는 USB 2.0 연결(전혀 필요 없는 경우)은 PCI 익스프레스-USB 컨트롤러 및 PCI 익스프레스 터널을 통해 처리된다.

TB3 연결은 공식적으로 대체 모드이며 기본 USB 작동 모드가 아니다. 이를 위해 USB 파워 딜리버리의 확장 가능한 "벤더 정의" 메커니즘이 케이블과 장치에 지원 여부를 쿼리하고 연결을 시작하는 데 사용된다.

선더볼트 4

CES 2020 동안, USB-IF와 인텔은 선더볼트 4 제품과 동일한 기능의 일부 또는 전부를 선택적으로 지원하는 USB4 제품을 허용하겠다는 의도를 밝혔다. USB4와 호환되는 첫 번째 제품은 인텔의 타이거레이크 프로세서였으며, 더 많은 장치가 2020년 말경에 나타났다.[58][59]

선더볼트 4는 USB 40Gbps를 중심으로 하는 "솔루션 브랜드"[60]이다. 선더볼트 4는 선더볼트 3에 대한 하위 호환성, 최소 PCI 익스프레스("32 Gbps") 및 디스플레이포트 기능(2개의 디스플레이포트 터널, "각 4K60", HBR3+DSC)을 포함하여 USB4에서 선택 사항인 일부 기능을 의무화한다.[61]

케이블의 경우, 최소 100W 지원 및 최대 2미터에 대한 덜 정의된 "범용성"과 같은 평균 이상의 기능을 유사하게 의무화한다.

선더볼트 4는 특정 노트북이 선더볼트 포트를 통해 충전을 지원하도록 요구하는데, 이는 그렇지 않으면 USB4 지원과는 독립적이다.

선더볼트 5

선더볼트 5는 선더볼트 4의 업그레이드이며 마찬가지로 USB 80Gbps를 중심으로 하는 솔루션 브랜드이다. 더 높은 최소 PCI 익스프레스("64 Gbps") 및 디스플레이포트 기능(2개의 디스플레이포트 터널, "각 6K60", 불분명한 최소 디스플레이포트 속도)을 의무화한다. 또한 호스트에서 독으로의 비대칭 120/40 Gbit/s 연결 지원을 의무화하지만, 그 반대는 언급하지 않는다.[62]

케이블의 경우, 선더볼트 5는 최대 2미터까지 240W 지원 및 "범용성"을 의무화한다.

특히 USB3 20Gbit/s나 UHBR20 속도의 3개의 디스플레이포트 터널 지원과 같이 선더볼트 5의 광고의 일부인 다른 기능들은 선더볼트 5에서도 선택 사항이다. 인텔의 자체 컨트롤러는 이러한 기능을 널리 지원하며 일부는 더 최신 선더볼트 4 컨트롤러에서 사용할 수 있지만, 모든 선더볼트 5 장치나 컨트롤러가 그런 것은 아니다. 알려진 USB4 컨트롤러를 참조하라.

핀 배치

 USB-C 문서에 이 부분의 추가 정보가 있습니다.
Type-C 리셉터클 핀 배치

USB4는 대칭형 쉘에 24개의 핀이 있는 Type-C 커넥터를 사용한다. Type-C는 상단에 12개의 A 핀과 하단에 12개의 B 핀을 가진다.[63]

CC 구성 채널은 Type-C 표준에 따라 연결, 플러그 방향(가역적 USB Type-C 쉘로 인해)을 감지하고 전력을 협상하고 케이블(eMarker) 및 반대쪽 측면의 USB4 또는 TB3 기능을 쿼리하기 위한 USB 파워 딜리버리 통신을 설정하는 데 사용된다.[64][65] 모든 참가자가 USB4를 지원하면, USB4 모드 진입이 시작된다. 그렇지 않으면, 포트는 선더볼트 3 대체 모드, 디스플레이포트 대체 모드 또는 USB3 연결과 같은 다른 대체 모드로 폴백할 수 있다.

USB4 연결이 요청되면, USB4는 SBU 채널을 사용하여 전반적인 연결, 초기화, 연결 해제를 관리한다.[66] 모든 슈퍼스피드 차동 쌍은 메인 USB4 링크에 사용된다. Gen 2 및 Gen 3 연결의 경우, TX1+, TX1−, RX1+, RX1−가 레인 1을 형성하고 TX2+, TX2−, RX2+, RX2−가 레인 2를 형성하며, 각각 송신 및 수신 방향이다. Gen 4 연결은 비대칭 모드를 위해 한 방향으로 3개의 쌍을 사용할 수도 있다. 차동 D+ 및 D− 쌍은 다른 USB4 통신과 독립적으로 실행되는 USB 2.0 전송에 사용된다.[67] USB3 통신은 메인 USB4 링크 내부의 "터널"을 통해 발생하지만, 잠재적 USB2 장치와의 모든 USB2 통신은 USB4 없이 수행되는 것과 동일한 와이어를 통해 계속 발생한다.

USB4는 파워 딜리버리 통신이 발생하고 참가자가 초기 전력 계약에 동의했음을 요구하며, 그 후 USB4 협상으로 진행한다. 그렇지 않으면 독립적이며 전력은 USB4 링크를 방해하지 않고 언제든지(방향 변경 포함) 재협상될 수 있으며 USB4 자체가 아닌 Type-C 및 파워 딜리버리 사양에 의해서만 안내된다.

Type-C 리셉터클 A 핀 배치
핀 이름 설명
A1 GND 접지 리턴
A2 SSTXp1 ("TX1+") 슈퍼스피드 차동 쌍 #1, TX, 양성
A3 SSTXn1 ("TX1-") 슈퍼스피드 차동 쌍 #1, TX, 음성
A4 VBUS 버스 전원
A5 CC1 구성 채널
A6 Dp1 USB 2.0 차동 쌍, 위치 1, 양성
A7 Dn1 USB 2.0 차동 쌍, 위치 1, 음성
A8 SBU1 사이드밴드 사용(SBU)
A9 VBUS 버스 전원
A10 SSRXn2 ("RX2-") 슈퍼스피드 차동 쌍 #4, RX, 음성
A11 SSRXp2 ("RX2+") 슈퍼스피드 차동 쌍 #4, RX, 양성
A12 GND 접지 리턴
Type-C 리셉터클 B 핀 배치
핀 이름 설명
B12 GND 접지 리턴
B11 SSRXp1 슈퍼스피드 차동 쌍 #2, RX, 양성
B10 SSRXn1 슈퍼스피드 차동 쌍 #2, RX, 음성
B9 VBUS 버스 전원
B8 SBU2 사이드밴드 사용(SBU)
B7 Dn2 USB 2.0 차동 쌍, 위치 2, 음성[a]
B6 Dp2 USB 2.0 차동 쌍, 위치 2, 양성[a]
B5 CC2 구성 채널
B4 VBUS 버스 전원
B3 SSTXn2 슈퍼스피드 차동 쌍 #3, TX, 음성
B2 SSTXp2 슈퍼스피드 차동 쌍 #3, TX, 양성
B1 GND 접지 리턴
  1. ↑ 가 나 케이블에는 단일 비 슈퍼스피드 차동 쌍만 있다. 이 핀은 플러그/케이블에 연결되어 있지 않다.

소프트웨어 지원

USB4는 다음을 통해 지원된다.

연결 관리자

연결 관리자는 전체 USB4 토폴로지 전반에 걸친 연결 관리, 터널 설정, 모든 대역폭 예약 및 데이터 우선 순위 지정(예: 어떤 디스플레이포트 터널을 어떤 속도로 설정할 수 있는지)을 처리하는 USB4 호스트의 일부이다. 윈도우 11의 USB4 드라이버는 USB4의 기본 운영 체제 지원을 구현하며, 여기서 연결 관리자는 일치하는 컨트롤러에서만 작동하는 드라이버의 일부이다. 더 오래된 컨트롤러는 연결 관리자가 펌웨어 내부에 구현되어 있었으므로 운영 체제의 지원이 훨씬 덜 필요했다.

리눅스에서 USB4 및 선더볼트 드라이버(이름 "thunderbolt")는 동일한 도구를 통해 펌웨어 관리 컨트롤러와 운영 체제 관리 컨트롤러를 모두 지원한다.

하드웨어 지원

USB 프로모터 그룹의 CEO인 브래드 손더스는 대부분의 PC가 선더볼트 3를 지원할 것으로 예상하지만, 휴대폰의 경우 제조업체가 선더볼트 3 지원을 구현할 가능성은 낮다고 예상한다.[72]

2020년 3월 3일, 사이프러스 세미컨덕터는 USB4를 지원하는 새로운 Type-C 파워(PD) 컨트롤러인 듀얼 포트 CCG6DF와 단일 포트 CCG6SF를 발표했다.[73]

2020년 11월, 애플은 두 개의 USB 40Gbps(USB4 Gen 3) 포트를 특징으로 하는 맥북 에어 (M1, 2020), 맥북 프로 (13인치, M1, 2020) 및 맥 미니(M1, 2020)를 공개했다.

AMD는 젠 3+ (렘브란트) 프로세서가 USB4를 지원할 것이라고 밝혔다[74] 그리고 칩셋 드라이버 업데이트 후 출시된 제품들이 이 기능을 갖추고 있다.[75] 그러나 AMD는 2022년 9월에 출시된 젠 4 프로세서에서 USB 20Gbps(USB 3.2 Gen 2×2) 지원만 발표했다.[76][77] 인텔은 2018년 8세대 모바일 프로세서와 함께 선더볼트 3 및 USB-C를 지원했다. 예를 들어, 레노버 P52는 후면에 듀얼 TB3 포트를 갖추고 있다. 인텔이 논리 설계를 개선할 수 있게 됨에 따라 TB/USB는 진화했다.

알려진 USB4 컨트롤러

다음 USB4 컨트롤러 테이블은 컨트롤러가 지원할 수 있는 기능을 나열한다. 사용되는 보드나 제품은 입력을 모두 연결하지 않거나, 호환성 또는 전력 절약을 위해 컨트롤러를 다르게 구성하거나, 다른 하위 계층 구성 요소와 결합함으로써 구체적인 지원 기능에 영향을 미치는 경우가 많다.

예를 들어, 인텔이 CPU에 내장한 많은 USB4 컨트롤러는 전체 40 Gbit/s 속도에 도달하기 위해 ReTimer와 같은 추가 외부 구성 요소가 필요하다. 20 Gbit/s 전용의 더 간단한 구성으로 사용될 수도 있다.[78]

기본 디스플레이포트나 USB3 속도와 같은 대체 연결의 기능(USB4 연결 내부의 디스플레이포트 및 USB3 터널에 대해 지원되는 속도와 다를 수 있음)도 사용되는 ReTimer와 같은 다른 구성 요소에 따라 달라질 수 있다.[79]

알려진 USB4 컨트롤러
제조업체
 컨트롤러 제품군 유형
기본 관리됨[a]
USB4 버전
속도 (Gbit/s)
 USB4 포트

(상향 / 하향)

디스플레이포트 입력 / 출력

프로토콜 어댑터[b]

USB3

(Gbit/s)

PCI 익스프레스[c]
TB3 호환성
 기타 포트 인증됨
인텔
 JHL8540[80] Maple Ridge 호스트 아니요 01 040 2 하향 2 입력

디스플레이포트 1.4 (최대 HBR3)

10

(통합 컨트롤러)

x4 Gen 3 ("32 Gbit/s") 예 빈칸 TB4
JHL8440[81] Goshen Ridge 허브 / 주변기기 빈칸 1 상향,

3 하향

2 출력

디스플레이포트 1.4 (최대 HBR3)

10

(허브, 통합 컨트롤러)

(32 Gbit/s) PCI 익스프레스 x1 Gen 3 하향,

1 USB3 하향

JHL8140 Hoover Ridge 주변기기 1 상향 2 출력

디스플레이포트 1.4 (최대 HBR3)

10

(허브, 통합 컨트롤러)

빈칸 3 USB3/디스플레이포트 하향,

1 USB3 하향

JHL9540[82] Barlow Ridge 호스트 예 02 2 하향 3 입력

디스플레이포트 2.1 (최대 UHBR10, +UHBR20)[d]

20

(통합 컨트롤러)

x4 Gen 4 ("64 Gbit/s") 1 디스플레이포트 출력[e]
JHL9440[83] 허브 / 주변기기 빈칸 1 상향,

3 하향

3 출력

2 입력 디스플레이포트 2.1 (최대 UHBR10, +UHBR20)[d]

20

(허브, 통합 컨트롤러)

x4 Gen 4 ("64 Gbit/s") 2 디스플레이포트 입력,

1 USB3 하향

JHL9580[84][85] 호스트 예 080 2 하향 3 입력

디스플레이포트 2.1 (최대 UHBR10, +UHBR20)[d]

20

(통합 컨트롤러)

x4 Gen 4 ("64 Gbit/s") 1 디스플레이포트 출력[e] TB5
JHL9480[86] 허브 / 주변기기 빈칸 1 상향,

3 하향

3 출력

2 입력 디스플레이포트 2.1 (최대 UHBR10, +UHBR20)[d]

20

(허브, 통합 컨트롤러)

x4 Gen 4 ("64 Gbit/s") 2 디스플레이포트 입력,

1 USB3 하향

타이거레이크[87] CPU 내장 호스트 아니요 01 040 최대

2 + 2 하향[f]

그룹당 2 입력:

최대 HBR3

10 (32 Gbit/s) 빈칸 TB4
앨더레이크[88] 예 10[g] 빈칸
랩터레이크[89] 10

(20 내부)[g]

기본 출력:[h]

디스플레이포트 UHBR10, +UHBR20,[d] USB3 20G

메테오레이크[90] 20[g] 기본 출력:[h]

디스플레이포트 UHBR10, +UHBR20[d]

루나레이크[91] 최대

2 +1 하향[f]

애로우레이크[92] 2 하향
AMD
 AMD 르누아르, 피닉스[93] 최대 1+1 하향[f] 포트당 2 입력

최대 HBR3

10 빈칸 기본 출력:[h]

디스플레이포트 UHBR10

?
AMD 스트릭스 포인트[94] TB4

[95][96]

AMD 스트릭스 헤일로[97] 기본 출력:[h]

디스플레이포트 UHBR20[i]

애플
 M1/2 애플 USB4/TB3 호스트 ? 01 040 ? 포트당 1 입력

최대 HBR3

010 빈칸 빈칸 TB3
M1-3 Pro, Max, M4 애플 TB4 포트당 2 입력

최대 HBR3

TB4
M3 울트라,

M4 Pro/Max

애플 TB5 (1세대) 02 080 포트당 2 입력

최대 UHBR10, +UHBR20[d]

TB5
M5 Pro[98] 애플 TB5 (2세대) 포트당 3 입력

최대 UHBR10, +UHBR20 ?[d]

10 ?
M5 Max[99] 포트당 4 입력

최대 UHBR10, +UHBR20 ?[d]

VIA
 VL830[100] 빈칸 주변기기 빈칸 01 040 1 상향 1 출력: 디스플레이포트 1.4 (최대 HBR3) 10 (허브) 아니요 아니요 5 USB3 하향,

1 USB2 하향

빈칸
VL832[101] USB4
Asmedia
 ASM2464PD[102] 주변기기 / NVMe 1 상향 빈칸 20 (주변기기) x4 Gen 4 ("64 Gbit/s") 예 (USB3 NVMe 컨트롤러, 통합 PD 전용) TB4, USB4
ASM2464PDX[103] 주변기기 / NVMe 1 상향 20 (주변기기) x4 Gen 4,

(분기 x1)

예 (USB3 NVMe 컨트롤러) TB4, USB4
ASM4242[104] 호스트 예 2 하향 2 입력: 디스플레이포트 1.4 (최대 HBR3) 20 (통합 컨트롤러) x4 Gen 4 ("64 Gbit/s") 예 빈칸 TB4, USB4
리얼텍
 RTX5490[105][106] 주변기기 / 허브 빈칸 1 040 2 하향 USB4 상향/하향: UHBR20, ? 20 (허브, 통합 컨트롤러) ? 예 2 USB3 20G, 1 디스플레이포트 UHBR20 USB4
  1. ↑ 호스트 컨트롤러는 온보드 펌웨어로 자체 관리되지 않으며, ACPI 및 윈도우 11 USB4 드라이버와 같은 일반 운영 체제 드라이버가 있는 USB4 표준을 통해 관리된다. 호스트 컨트롤러에만 적용된다. 다른 모든 컨트롤러는 펌웨어에서 구현되든 운영 체제에서 구현되든 상관없이 호스트의 연결 관리자에 의해 항상 관리되어 왔다.
  2. ↑ 프로토콜 어댑터는 터널과 USB4 외부 연결 간에 변환하는 것이다. 디스플레이포트 입력 어댑터는 GPU의 일부 입력에 직접 매핑된다. 디스플레이포트 출력 어댑터는 여러 물리적 출력 간에 공유될 수 있으며, 이 경우 동시에 사용할 수 있는 출력 수가 제한된다.
  3. ↑ 컨트롤러의 메인 PCI 익스프레스 포트. CPU 내장 호스트 컨트롤러에는 적용되지 않는다. PCI 익스프레스가 컨트롤러 내부에서만 사용되는 경우 PCI 익스프레스 처리량 사양은 거의 제공되지 않는다.
  4. ↑ 가 나 다 라 마 바 사 아 자 UHBR10 및 모든 낮은 속도를 지원한다. 그리고 UHBR20을 지원하며, UHBR13.5 속도는 지원하지 않는다. UHBR10 및 UHBR20은 각각 USB4 Gen 2 및 Gen 3에 맞춰 조정되었으며, UHBR13.5는 기존 USB4 신호 전송에 맞춰 조정되지 않았다.
  5. ↑ 가 나 출력이 얼마나 수행/사용될 수 있는지 아직 불분명함. 유출에 따르면 "사이드 포트"는 세 번째 디스플레이포트 입력의 패스스루일 수 있다.
  6. ↑ 가 나 다 "2+2"는 2개의 별도 듀얼 포트 USB4 호스트 라우터를 나타낸다. 그러나 CPU에 통합되어 있으므로 USB3과 같이 USB4 호스트 라우터의 기술적 일부가 아닌 기능을 공유할 수 있다. 시스템은 공통 USB3 컨트롤러를 공유하여 USB4 포트당 1개의 USB3 루트 포트를 제공할 수 있으며, PCI 익스프레스 포트도 유사하다.
  7. ↑ 가 나 다 모든 통합 USB4 포트 간에 공유되는 USB3 컨트롤러
  8. ↑ 가 나 다 라 USB4를 통해 터널링되는 대신 각각의 USB4 포트가 직접 출력할 수 있는 것. USB4 사양에 의해 제한되지 않고 기술적으로 USB4 작동/연결과 독립적이므로 터널링 지원보다 높을 수 있다.
  9. ↑ 경쟁 인텔 제품과 달리 UHBR13.5 지원이 포함되는지 여부는 불분명함

각주

  1. ↑ USB4 Version 2.0 Specification 2023
  2. ↑ “USB-IF Announces Publication of New USB4 Specification to Enable USB 80Gbps Performance” (PDF). 2022년 10월 18일. 
  3. ↑ Type-C Cable and Connector Specification 2023
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  5. ↑ 가 나 USB Power Delivery Specification 2023
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