الدليل الشامل لتقنية USB4: من سرعة 40 جيجابت في الثانية، وعرض النطاق الترددي الديناميكي، إلى اتصال كابل واحد كامل الوظائف
منذ ظهور USB4، نشرنا العديد من المقالات والروابط لمشاركة المعلومات ذات الصلة. ومع ذلك، فقد لاقت هذه التقنية رواجًا كبيرًا لدرجة أن الناس في كل مكان يتساءلون عن سوق USB4. بدءًا من عصر USB 1.0 المبكر وواجهة نقل البيانات بسرعة 1.5 ميجابت في الثانية، مرّ USB بأجيال متعددة. ظهرت مواصفات مختلفة مثل USB 1.0 وUSB 2.0 وUSB 3.0، وشملت أشكال وتصاميم الواجهات USB Type-A وUSB Type-B، بالإضافة إلى USB Type-C الأكثر شيوعًا حاليًا. لا يتميز USB4 بسرعة نقل بيانات أعلى فحسب، بل يتميز أيضًا بتوافق أفضل (يدعم التوافق مع الإصدارات السابقة). فهو يُمكّن من توصيل جميع الأجهزة تقريبًا بكفاءة أكبر وشحنها. إذا كان هاتفك وحاسوبك وشاشتك وطابعتك، وغيرها، تدعم جميعها USB4، فأنت نظريًا تحتاج فقط إلى كابل بيانات يدعم USB4 لتوصيلها، مما يجعل العمل من المنزل أكثر سهولة. لن تحتاج بعد الآن إلى شراء كابلات تحويل الواجهات المختلفة. لذلك، يُتيح لنا USB4 تنويع أساليب العمل وجعلها أكثر ملاءمة. بالإضافة إلى ذلك، تتمثل إحدى الميزات الرائعة الأخرى لـ USB4 في أنه من المتوقع تطبيقه في الأجهزة الطرفية التي تدعم الحوسبة بالذكاء الاصطناعي.
01 USB4 مقابل USB3.2
يُعدّ USB 3.2 معيارًا جديدًا أصدرته منظمة USB-IF، وقد طُرح في سبتمبر 2017. من الناحية التقنية، يُعتبر USB 3.2 تحسينًا وتكملةً لـ USB 3.1. ويكمن التغيير الأساسي في زيادة سرعة نقل البيانات إلى 20 جيجابت في الثانية، مع الحفاظ على تصميم الواجهة.النوع Cلم يعد نظام USB 4، الذي تم تطويره في عصر USB 3.1، يدعم واجهات Type-A وType-B. يستخدم كل من USB 4 وUSB 3.2 واجهات Type-C، إلا أن USB 4 أكثر تعقيدًا. يدعم USB 4 الإرسال والاستقبال المتزامن لبيانات المضيفين، وPCI Express® (PCIe®)، وصوت/فيديو DisplayPort، وبيانات USB عبر واجهة Type-C نفسها على نفس الرابط. يمكن لمضيفين USB 4 تبادل حزم بيانات IP عبر نفق المضيفين؛ ويعني نقل البيانات عبر نفق DisplayPort وUSB إمكانية نقل الصوت والفيديو والبيانات والطاقة عبر الواجهة نفسها، وهو أسرع بكثير من استخدام USB 3.2. بالإضافة إلى ذلك، يوفر نقل البيانات عبر نفق PCIe نطاقًا تردديًا عاليًا وزمن استجابة منخفضًا، ويحقق إنتاجية عالية للتخزين ذي السعة الكبيرة، والذكاء الاصطناعي على الحافة، وغيرها من حالات الاستخدام.
يدمج منفذ USB4 قناتي إرسال واستقبال في واجهة USB-C واحدة، بمعدل يصل إلى 20 جيجابت في الثانية.40 جيجابت في الثانيةويمكن لكل قناة أن تتمتع بمعدل بيانات يبلغ حوالي 10 جيجابت في الثانية أو 20 جيجابت في الثانية. هذه البيانات بالغة الأهمية لمطوري الرقائق. فهم بحاجة إلى معرفة أنه في وضع Thunderbolt 3، يبلغ معدل البيانات على كل قناة إرسال واستقبال 10.3125 جيجابت في الثانية أو 20.625 جيجابت في الثانية. أما في وضع USB التقليدي، فتعمل قناة إرسال/استقبال واحدة فقط بمعدل 10 جيجابت في الثانية.5 جيجابت في الثانية (USB3.0) or 10 جيجابت في الثانية (USB3.1)، بينما تعمل قناتا USB3.2 بمعدل 10 جيجابت في الثانية.
من حيث المتانة، فإن المكونات الحاملة للقوة في واجهة Type-C هي في الأساس الغلاف المعدني الخارجي، وهو أقوى وأقل عرضة للتلف. أما قناة البيانات المركزية فهي محمية بغطاء مقوس الشكل، مما يجعل تلفها صعبًا. وتشير متطلبات التصميم إلى أنمنفذ USB من النوع Cيتحمل منفذ USB Type-C أكثر من 10000 عملية توصيل وفصل دون أن يتلف. وإذا حُسبت مدة استخدامه بناءً على 3 عمليات توصيل وفصل يوميًا، فإنه يمكن استخدامه لمدة 10 سنوات على الأقل.
02 النشر السريع لتقنية USB4
بعد الإصدار الرسمي لبروتوكول USB 3.2، أعلنت منظمة USB على الفور عن مواصفات USB 4 في غضون فترة وجيزة. على عكس المعايير السابقة مثلUSB 3.2لم يعد USB 4، الذي كان يعتمد على بروتوكول USB الخاص، يتبنى مواصفات USB على مستواه الأساسي، بل يتبنى بروتوكول Thunderbolt 3 الذي كشفت عنه شركة Intel بالكامل. يُعد هذا التغيير الأكبر في تطور USB على مدى العقود الماضية. عند استخدام موصل Type-C للتوصيل، تحل وظائف USB 4 محل وظائف USB 3.2، ويمكن تشغيل USB 2.0 في الوقت نفسه. يبقى USB 3.2 Enhanced SuperSpeed البنية التحتية الأساسية لنقل بيانات USB على خط USB 4 المادي. يكمن الاختلاف الأكبر بين USB 4 وUSB 3.2 في أن USB 4 موجه نحو الاتصال. صُمم USB 4 باستخدام قنوات لنقل البيانات من بروتوكولات متعددة على واجهة مادية واحدة. وبالتالي، يمكن مشاركة سرعة وسعة USB 4 ديناميكيًا. يدعم USB 4 بروتوكولات عرض أخرى أو اتصالًا بين الأجهزة المضيفة أثناء نقل البيانات. بالإضافة إلى ذلك، زاد USB 4 سرعة الاتصال من 20 جيجابت في الثانية (Gen2x2) في USB 3.2 إلى40 جيجابت في الثانية (الجيل الثالث × 2)على نفس بنية المسار المزدوج، والبنية ثنائية الإرسال والاستقبال.
لا يقتصر USB4 على تحقيق سرعة USB عالية (استنادًا إلى USB3)، ولكنه يحدد أيضًا أنفاق العرض المستندة إلى DisplayPort وأنفاق التحميل/التخزين المستندة إلى PCIe.
جانب العرض: يعتمد بروتوكول نفق العرض الخاص بمنفذ USB4 على منفذ DisplayPort 1.4a. يدعم منفذ DP 1.4a نفسه8 كيلو هرتز بتردد 60 هرتز or دقة 4K بمعدل 120 هرتزيجب أن يدعم جهاز USB4 المضيف تقنية DisplayPort على جميع منافذه المتصلة. عند استخدام منفذ USB4 لنقل الفيديو والبيانات في آنٍ واحد، سيقوم المنفذ بتخصيص النطاق الترددي وفقًا لذلك. لذا، إذا كان الفيديو يتطلب 20% فقط من النطاق الترددي لتشغيل شاشة 1080p (التي تعمل أيضًا كموزع)، فيمكن استخدام النسبة المتبقية البالغة 80% لنقل الملفات من قرص SSD خارجي.
فيما يتعلق بأنفاق PCIe: دعم PCIe من قبل مضيفات USB4 اختياري. يجب أن تدعم موزعات USB4 أنفاق PCIe، ويجب أن يكون هناك محول PCIe داخلي.
يُعدّ جزءٌ هامٌ من مواصفات USB 4 القدرة على ضبط كمية الموارد المتاحة ديناميكيًا عند إرسال الفيديو والبيانات عبر نفس الاتصال. لذا، لنفترض أن لديك حدًا أقصى قدرهUSB 4 بسرعة 40 جيجابت في الثانيةويقوم الجهاز بنسخ ملفات كبيرة من قرص SSD خارجي وعرضها على شاشة بدقة 4K. لنفترض أن مصدر الفيديو يتطلب حوالي 12.5 جيجابت في الثانية. في هذه الحالة، سيخصص منفذ USB 4 السرعة المتبقية البالغة 27.5 ميجابت في الثانية لمحرك النسخ الاحتياطي.
يُقدّم منفذ USB-C "الوضع البديل"، وهو إمكانية نقل الفيديو عبر منفذي DisplayPort وHDMI من منفذ Type-C. مع ذلك، لا تُوفّر المواصفات الحالية 3.x طريقةً فعّالةً لتقسيم الموارد. ووفقًا لساوندرز، يُمكن للوضع البديل في DisplayPort تقسيم عرض النطاق الترددي بدقة بين بيانات USB وبيانات الفيديو بنسبة 50/50، بينما لا يسمح الوضع البديل في HDMI بالاستخدام المتزامن لبيانات USB.
يُحدد USB4 معيارًا لسرعة نقل البيانات تبلغ 40 جيجابت في الثانية، مما يُتيح مشاركة النطاق الترددي ديناميكيًا، بحيث يُمكن لكابل بيانات واحد أداء وظائف متعددة. مع USB4، يُمكن نقل بيانات PCIe وبيانات العرض في آنٍ واحد عبر خط واحد، إلى جانب وظائف USB التقليدية، بل وتوفير الطاقة (عبر USB PD) بطريقة سهلة للغاية. في المستقبل، يُمكن ربط معظم الأجهزة الطرفية، سواءً كانت شبكات عالية السرعة، أو بطاقات رسومات خارجية، أو شاشات عالية الدقة، أو أجهزة تخزين عالية السرعة ذات سعة كبيرة، أو حتى جهازين، عبر منفذ Type-C. علاوة على ذلك، إذا كانت هذه الأجهزة تدعم تقنية USB4 Hub، يُمكنك أيضًا توصيل المزيد من الأجهزة على التوالي أو عبر فروع منها، وهو أمر في غاية السهولة.
تاريخ النشر: 20 أكتوبر 2025
