مقدمة عن USB 4
USB4 هو نظام USB المحدد في مواصفات USB4. أصدر منتدى مطوري USB الإصدار 1.0 منه في 29 أغسطس 2019. الاسم الكامل لـ USB4 هو الجيل الرابع من الناقل التسلسلي العالمي. يعتمد على تقنية نقل البيانات "Thunderbolt 3" التي طورتها شركتا Intel وApple. تصل سرعة نقل البيانات عبر USB4 إلى 40 جيجابت في الثانية، أي ضعف سرعة أحدث إصدار من USB 3.2 (الجيل الثاني × الثاني).
بخلاف معايير بروتوكول USB السابقة، يتطلب USB4 موصل USB-C ودعم USB PD لإمدادات الطاقة. بالمقارنة مع USB 3.2، يسمح بإنشاء أنفاق DisplayPort وPCI Express. تُحدد هذه البنية طريقةً لمشاركة رابط واحد عالي السرعة ديناميكيًا مع أنواع متعددة من الأجهزة الطرفية، مما يُحسّن نقل البيانات حسب النوع والتطبيق. يجب أن تدعم منتجات USB4 معدل نقل بيانات يبلغ 20 جيجابت/ثانية، ويمكنها دعم معدل نقل بيانات يبلغ 40 جيجابت/ثانية. ومع ذلك، نظرًا للنقل عبر الأنفاق، عند نقل البيانات المختلطة، حتى لو تم نقل البيانات بمعدل 20 جيجابت/ثانية، فقد يكون معدل نقل البيانات الفعلي أعلى من معدل USB 3.2 (USB 3.1 الجيل الثاني).
ينقسم USB4 إلى نسختين: 20 جيجابت في الثانية و40 جيجابت في الثانية. قد توفر الأجهزة المزودة بواجهة USB4 المتوفرة في السوق إما سرعة Thunderbolt 3 البالغة 40 جيجابت في الثانية أو نسخة مُخفّضة تبلغ 20 جيجابت في الثانية. إذا كنت ترغب في شراء جهاز بأعلى سرعة نقل، أي 40 جيجابت في الثانية، فمن الأفضل التحقق من المواصفات قبل الشراء. في الحالات التي تتطلب نقلًا عالي السرعة، يُعد اختيار منفذ USB 3.1 C TO C المناسب أمرًا بالغ الأهمية، لأنه الناقل الرئيسي لتحقيق معدل 40 جيجابت في الثانية.
يختلط الأمر على الكثيرين بشأن العلاقة بين USB4 وThunderbolt 4. في الواقع، يعتمد كلٌّ من Thunderbolt 4 وUSB4 على بروتوكول Thunderbolt 3 الأساسي، ويتكاملان ويتوافقان. جميع الواجهات من النوع C، وتبلغ السرعة القصوى لكليهما 40 جيجابت في الثانية.
أولاً، كابل USB4 الذي نتحدث عنه هو معيار نقل USB، وهو مواصفة بروتوكولية تتعلق بأداء وكفاءة نقل USB. ويمكن فهم USB4 على أنه "الجيل الرابع" من هذه المواصفة.
تم اقتراح وتطوير بروتوكول نقل USB بشكل مشترك من قبل شركات متعددة بما في ذلك Compaq و DEC و IBM و Intel و Microsoft و NEC و Nortel في عام 1994. تم إصداره كإصدار USB V0.7 في 11 نوفمبر 1994. لاحقًا، أنشأت هذه الشركات منظمة غير ربحية للترويج لـ USB ودعمه في عام 1995، باسم منتدى منفذي USB، وهو USB-IF المعروف، وUSB-IF هو الآن منظمة توحيد معايير USB.
في عام ١٩٩٦، اقترحت USB-IF رسميًا مواصفات USB 1.0. ومع ذلك، لم يتجاوز معدل نقل البيانات في USB 1.0 ١.٥ ميجابت في الثانية، وكان أقصى تيار خرج ٥ فولت/٥٠٠ مللي أمبير. في ذلك الوقت، كانت الأجهزة الطرفية التي تدعم USB قليلة جدًا، لذا نادرًا ما كان مصنعو اللوحات الأم يصممون واجهات USB مباشرةً على اللوحات الأم.
▲يو إس بي 1.0
في سبتمبر 1998، أصدرت USB-IF مواصفات USB 1.1. ورُفع معدل النقل إلى 12 ميجابت في الثانية هذه المرة، كما تم تصحيح بعض التفاصيل الفنية في USB 1.0. وظل الحد الأقصى لتيار الخرج 5 فولت/500 مللي أمبير.
في أبريل 2000، طُرح معيار USB 2.0، بمعدل نقل بيانات يبلغ 480 ميجابت في الثانية، أي ما يعادل 60 ميجابايت/ثانية. وهو أسرع بأربعين مرة من USB 1.1. يبلغ أقصى تيار خرج 5 فولت/500 مللي أمبير، وهو مصمم بتصميم رباعي الأطراف. لا يزال USB 2.0 قيد الاستخدام حتى يومنا هذا، ويمكن القول إنه معيار USB الأطول عمرًا.
بدءًا من USB 2.0، أظهرت USB-IF "موهبتها الفريدة" في إعادة التسمية.
في يونيو 2003، قامت USB-IF بإعادة تسمية مواصفات ومعايير USB، وتغيير USB 1.0 إلى إصدار USB 2.0 منخفض السرعة، وUSB 1.1 إلى إصدار USB 2.0 كامل السرعة، وUSB 2.0 إلى إصدار USB 2.0 عالي السرعة.
ومع ذلك، لم يكن لهذا التغيير تأثير كبير على الوضع الحالي في ذلك الوقت، لأن USB 1.0 و1.1 غادرا المسرح التاريخي بشكل أساسي.
في نوفمبر 2008، أكملت مجموعة مُروّجي USB 3.0، التي تضمّ شركات عملاقة في هذا المجال مثل Intel وMicrosoft وHP وTexas Instruments وNEC وST-NXP، معيار USB 3.0 وأصدرته للجمهور. وكان الاسم الرسمي المُطلق هو "SuperSpeed". تتولى مجموعة مُروّجي USB مسؤولية تطوير وصياغة معايير سلسلة USB، وسيتم تسليم المعايير في نهاية المطاف إلى USB-IF لإدارتها.
يصل الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات في USB 3.0 إلى 5.0 جيجابت في الثانية، أي ما يعادل 640 ميجابايت/ثانية. ويبلغ أقصى تيار خرج 5 فولت/900 مللي أمبير. وهو متوافق تمامًا مع الإصدار 2.0، ويدعم نقل البيانات ثنائي الاتجاه (أي أنه يمكنه استقبال وإرسال البيانات في وقت واحد، بينما يدعم USB 2.0 نصف الاتجاه)، بالإضافة إلى قدرات أفضل لإدارة الطاقة وميزات أخرى.
يعتمد USB 3.0 تصميمًا بتسعة دبابيس. الدبابيس الأربعة الأولى هي نفسها دبابيس USB 2.0، بينما الدبابيس الخمسة المتبقية مصممة خصيصًا لـ USB 3.0. لذلك، يمكنك تحديد ما إذا كان USB 2.0 أم USB 3.0 من خلال الدبابيس.
في يوليو 2013، تم إصدار USB 3.1، بسرعة نقل تبلغ 10 جيجابت في الثانية (1280 ميجابايت/ثانية)، وادعى أنه SuperSpeed+، وتم رفع الحد الأقصى المسموح به لجهد مصدر الطاقة إلى 20 فولت/5 أمبير، وهو ما يعادل 100 وات.
كان تطوير USB 3.1 مقارنةً بـ USB 3.0 واضحًا جدًا. ومع ذلك، لم يمضِ وقت طويل حتى أعادت USB-IF تسمية USB 3.0 إلى USB 3.1 Gen1، وUSB 3.1 إلى USB 3.1 Gen2.
تسبب هذا التغيير في مشاكل للمستهلكين، إذ اكتفى العديد من التجار عديمي الضمير بوضع علامة على المنتجات على أنها تدعم USB 3.1 في عبواتها دون الإشارة إلى ما إذا كانت من الجيل الأول أم الثاني. في الواقع، يختلف أداء الإرسال بين التقنيتين اختلافًا كبيرًا، وقد يقع المستهلكون في فخّ عن غير قصد. لذلك، كان هذا التغيير في الاسم خطوةً سيئةً لغالبية المستهلكين.
في سبتمبر 2017، أُطلق USB 3.2. يدعم USB Type-C قناتين لنقل البيانات بسرعة 10 جيجابت في الثانية، بسرعة تصل إلى 20 جيجابت في الثانية (2500 ميجابايت في الثانية)، ولا يزال أقصى تيار خرج 20 فولت/5 أمبير. وشهدت جوانب أخرى تحسينات طفيفة.
▲عملية تغيير اسم USB
مع ذلك، في عام ٢٠١٩، أجرت شركة USB-IF تغييرًا آخر في الاسم. فأعادت تسمية USB 3.1 Gen1 (الذي كان USB 3.0 الأصلي) إلى USB 3.2 Gen1، وUSB 3.1 Gen2 (الذي كان USB 3.1 الأصلي) إلى USB 3.2 Gen2، وUSB 3.2 إلى USB 3.2 Gen 2×2.
الآن والمستقبل: القفزة إلى الأمام في USB4
الآن وقد وصلنا إلى USB4، دعونا نلقي نظرة على ترقيات وتحسينات هذا البروتوكول الجديد. أولًا وقبل كل شيء، بما أنه ترقية بين الأجيال من "3" إلى "4"، فلا بد أن يكون التحسين كبيرًا.
بناءً على جميع المعلومات التي جمعناها، يمكن تلخيص الميزات الجديدة لـ USB4 على النحو التالي:
1. أقصى سرعة نقل 40 جيجابت في الثانية:
من خلال النقل ثنائي القناة، يجب أن تكون سرعة النقل القصوى النظرية لـ USB 4 قادرة على الوصول إلى 40 جيجابت في الثانية، وهو نفس معدل Thunderbolt 3 (المشار إليه باسم "Thunderbolt 3" أدناه).
في الواقع، سيوفر USB4 ثلاث سرعات نقل: 10 جيجابت في الثانية، و20 جيجابت في الثانية، و40 جيجابت في الثانية. لذا، إذا كنت ترغب في شراء جهاز بأعلى سرعة نقل، أي 40 جيجابت في الثانية، فمن الأفضل التحقق من المواصفات قبل الشراء.
2. متوافق مع واجهات Thunderbolt 3:
بعض (وليس كل) أجهزة USB4 متوافقة أيضًا مع منافذ Thunderbolt 3. أي أنه إذا كان جهازك مزودًا بمنفذ USB4، فقد يكون من الممكن توصيل جهاز Thunderbolt 3 خارجيًا. مع ذلك، هذا ليس إلزاميًا. يعتمد توافق الجهاز من عدمه على موقف الشركة المصنعة.
3. القدرة على تخصيص موارد النطاق الترددي الديناميكي:
إذا استخدمتَ منفذ USB4 مع استخدامه لتوصيل شاشة ونقل البيانات، فسيُخصِّص المنفذ عرض النطاق الترددي المُناسب حسب الحاجة. على سبيل المثال، إذا كان الفيديو يتطلب 20% فقط من عرض النطاق الترددي لتشغيل شاشة بدقة 1080 بكسل، فيمكن استخدام 80% المتبقية من عرض النطاق الترددي لمهام أخرى. لم يكن هذا مُتاحًا في USB 3.2 والإصدارات السابقة. قبل ذلك، كان وضع عمل USB هو التناوب.
4. جميع أجهزة USB4 ستدعم USB PD
USB PD هو بروتوكول توصيل الطاقة عبر USB (نقل الطاقة عبر USB)، وهو أحد بروتوكولات الشحن السريع الشائعة حاليًا. وقد صاغته أيضًا منظمة USB-IF. يتيح هذا المعيار تحقيق جهد وتيارات أعلى، مع أقصى قدرة لنقل الطاقة تصل إلى 100 واط، مع إمكانية تغيير اتجاه نقل الطاقة بحرية.
وفقًا للوائح USB-IF، يجب أن يكون الشكل القياسي لواجهة شحن USB PD الحالية هو USB Type-C. تحتوي واجهة USB Type-C على دبوسين، CC1 وCC2، يُستخدمان لقنوات تكوين اتصال PD.
5. يمكن استخدام واجهة USB Type-C فقط
بفضل الميزة المذكورة أعلاه، من الطبيعي أن نعرف أن USB4 يعمل فقط عبر موصلات USB Type-C. في الواقع، لا يقتصر هذا على USB PD، بل ينطبق أيضًا على أحدث معايير USB-IF، وهو متوافق فقط مع Type-C.
6. يمكن أن تكون متوافقة مع البروتوكولات السابقة
يمكن استخدام USB4 مع أجهزة ومنافذ USB 3 وUSB 2. أي أنه متوافق مع معايير البروتوكولات السابقة. مع ذلك، لا يدعم USB 1.0 و1.1. حاليًا، اختفت الواجهات التي تستخدم هذا البروتوكول تقريبًا من السوق.
بالطبع، عند توصيل جهاز USB4 بمنفذ USB 3.2، لا يمكنه نقل البيانات بسرعة 40 جيجابت في الثانية. ولن تصبح واجهة USB 2 التقليدية أسرع بمجرد توصيلها بمنفذ USB4.
وقت النشر: ٢١ يوليو ٢٠٢٥
