مقدمة عن USB 4

مقدمة عن USB 4

يُعدّ USB4 نظام USB المُحدد في مواصفات USB4. وقد أصدر منتدى مطوري USB الإصدار 1.0 منه في 29 أغسطس 2019. والاسم الكامل لـ USB4 هو ناقل التسلسل العالمي من الجيل الرابع (Universal Serial Bus Generation 4). وهو يعتمد على تقنية نقل البيانات "Thunderbolt 3" التي طورتها شركتا إنتل وآبل بالاشتراك. تصل سرعة نقل البيانات في USB4 إلى 40 جيجابت في الثانية، أي ضعف سرعة أحدث إصدار من USB 3.2 (الجيل الثاني × 2).

على عكس معايير بروتوكول USB السابقة، يتطلب USB4 موصل USB-C ويحتاج إلى دعم تقنية USB PD لتزويد الطاقة. وبالمقارنة مع USB 3.2، يسمح USB4 بإنشاء أنفاق DisplayPort وPCI Express. تُحدد هذه البنية طريقةً لمشاركة رابط واحد عالي السرعة ديناميكيًا مع أنواع متعددة من الأجهزة الطرفية، مما يُحسّن من كفاءة نقل البيانات حسب النوع والتطبيق. يجب أن تدعم منتجات USB4 معدل نقل بيانات يصل إلى 20 جيجابت/ثانية، ويمكنها دعم معدل نقل بيانات يصل إلى 40 جيجابت/ثانية. مع ذلك، ونظرًا لتقنية نقل البيانات عبر الأنفاق، عند نقل بيانات مختلطة، حتى لو تم نقل البيانات بمعدل 20 جيجابت/ثانية، فقد يكون معدل نقل البيانات الفعلي أعلى من معدل USB 3.2 (USB 3.1 Gen 2).

ينقسم منفذ USB 4 إلى إصدارين: 20 جيجابت في الثانية و40 جيجابت في الثانية. قد توفر الأجهزة المزودة بمنفذ USB 4 المتوفرة في السوق سرعة 40 جيجابت في الثانية، وهي سرعة Thunderbolt 3، أو سرعة أقل تبلغ 20 جيجابت في الثانية. إذا كنت ترغب في شراء جهاز بأعلى سرعة نقل بيانات، أي 40 جيجابت في الثانية، فمن الأفضل مراجعة المواصفات قبل الشراء. في الحالات التي تتطلب سرعة نقل بيانات عالية، يُعد اختيار محول USB 3.1 من النوع C إلى C المناسب أمرًا بالغ الأهمية، فهو العنصر الأساسي لتحقيق سرعة 40 جيجابت في الثانية.

يختلط الأمر على الكثيرين بشأن العلاقة بين USB 4 و Thunderbolt 4. في الواقع، يعتمد كل من Thunderbolt 4 و USB 4 على بروتوكول Thunderbolt 3 الأساسي، وهما متكاملان ومتوافقان. جميع منافذهما من نوع Type-C، وتبلغ السرعة القصوى لكليهما 40 جيجابت في الثانية.

أولاً، كابل USB4 الذي نتحدث عنه هو معيار نقل البيانات عبر USB، وهو عبارة عن مواصفات بروتوكول تتعلق بأداء وكفاءة نقل البيانات عبر USB. ويمكن اعتبار USB4 بمثابة "الجيل الرابع" من هذه المواصفات.

تم اقتراح وتطوير بروتوكول نقل البيانات عبر منفذ USB بشكل مشترك من قبل العديد من الشركات بما في ذلك كومباك، ودي إي سي، وآي بي إم، وإنتل، ومايكروسوفت، وإن إي سي، ونورتل في عام 1994. وتم إصداره كإصدار USB V0.7 في 11 نوفمبر 1994. وفي وقت لاحق، أنشأت هذه الشركات منظمة غير ربحية لتعزيز ودعم USB في عام 1995، أطلق عليها اسم منتدى مطوري USB، وهو USB-IF المعروف، والذي أصبح الآن منظمة توحيد معايير USB.

في عام 1996، اقترحت منظمة USB-IF رسميًا مواصفات USB 1.0. ومع ذلك، كانت سرعة نقل البيانات في USB 1.0 تبلغ 1.5 ميجابت في الثانية فقط، وكان الحد الأقصى لتيار الخرج 5 فولت/500 مللي أمبير، وفي ذلك الوقت، كان عدد الأجهزة الطرفية التي تدعم USB قليلًا جدًا، لذلك نادرًا ما صمم مصنعو اللوحات الأم منافذ USB مباشرة على اللوحة الأم.

▲USB 1.0

في سبتمبر 1998، أصدرت منظمة USB-IF مواصفات USB 1.1. وتم رفع معدل نقل البيانات إلى 12 ميجابت في الثانية، كما تم تصحيح بعض التفاصيل التقنية في USB 1.0. وبقي الحد الأقصى لتيار الخرج عند 5 فولت/500 مللي أمبير.

في أبريل 2000، تم إطلاق معيار USB 2.0، بسرعة نقل بيانات تبلغ 480 ميجابت في الثانية، أي ما يعادل 60 ميجابايت في الثانية. وهي أسرع بأربعين مرة من USB 1.1. يبلغ الحد الأقصى لتيار الخرج 5 فولت/500 مللي أمبير، ويعتمد تصميمًا رباعي الأطراف. ولا يزال USB 2.0 مستخدمًا حتى اليوم، ويمكن اعتباره أطول معايير USB عمرًا.

بدءًا من USB 2.0، أظهرت USB-IF "موهبتها الفريدة" في إعادة التسمية.

في يونيو 2003، أعادت منظمة USB-IF تسمية مواصفات ومعايير USB، حيث غيرت 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 يذكر على الوضع الحالي في ذلك الوقت، لأن USB 1.0 و 1.1 قد تجاوزا المرحلة التاريخية بشكل أساسي.

في نوفمبر 2008، أكملت مجموعة الترويج لتقنية USB 3.0، التي تضم شركات رائدة في هذا المجال مثل إنتل ومايكروسوفت وإتش بي وتكساس إنسترومنتس وإن إي سي وإس تي-إن إكس بي، وضع معيار USB 3.0 ونشرته رسميًا تحت اسم "سوبر سبيد". وتتولى مجموعة الترويج لتقنية USB المسؤولية الرئيسية عن تطوير وصياغة معايير سلسلة USB، وسيتم تسليم هذه المعايير لاحقًا إلى منظمة USB-IF لإدارتها.

تصل سرعة نقل البيانات القصوى لمنفذ USB 3.0 إلى 5.0 جيجابت في الثانية، أي ما يعادل 640 ميجابايت في الثانية. ويبلغ الحد الأقصى لتيار الخرج 5 فولت/900 مللي أمبير. وهو متوافق تمامًا مع منفذ USB 2.0 ويدعم نقل البيانات ثنائي الاتجاه (أي أنه يستطيع استقبال وإرسال البيانات في آنٍ واحد، بينما يدعم USB 2.0 نقل البيانات أحادي الاتجاه)، بالإضافة إلى تمتعه بقدرات أفضل لإدارة الطاقة وميزات أخرى.

يستخدم منفذ USB 3.0 تصميمًا ذا 9 دبابيس. الدبابيس الأربعة الأولى هي نفسها المستخدمة في USB 2.0، بينما الدبابيس الخمسة المتبقية مصممة خصيصًا لـ USB 3.0. لذلك، يمكنك تحديد ما إذا كان الجهاز USB 2.0 أو USB 3.0 من خلال عدد 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 إمداد الطاقة إلى 20 فولت/5 أمبير، أي 100 واط.

كان التحسين الذي طرأ على تقنية USB 3.1 مقارنةً بتقنية USB 3.0 واضحًا للغاية. ومع ذلك، بعد فترة وجيزة، أعادت منظمة USB-IF تسمية USB 3.0 إلى USB 3.1 Gen1، وUSB 3.1 إلى USB 3.1 Gen2.

تسبب تغيير الاسم هذا في مشاكل للمستهلكين، إذ اكتفى العديد من التجار عديمي الضمير بتصنيف المنتجات على أنها تدعم USB 3.1 على العبوة دون توضيح ما إذا كانت من الجيل الأول أو الثاني. في الواقع، يختلف أداء نقل البيانات بين الجيلين اختلافًا كبيرًا، وقد يقع المستهلكون ضحيةً لهذا الخلل. لذا، كان تغيير الاسم خطوةً خاطئةً بالنسبة لغالبية المستهلكين.

في سبتمبر 2017، تم إطلاق USB 3.2. يدعم هذا الإصدار، ضمن فئة USB Type-C، قناتين لنقل البيانات بسرعة 10 جيجابت في الثانية، وبسرعة تصل إلى 20 جيجابت في الثانية (2500 ميجابايت في الثانية)، مع الحفاظ على الحد الأقصى لتيار الخرج عند 20 فولت/5 أمبير. وشهدت الجوانب الأخرى تحسينات طفيفة.

▲ عملية تغيير اسم USB

لكن في عام 2019، أجرت منظمة USB-IF تغييرًا آخر في التسمية. فقد أعادت تسمية USB 3.1 Gen1 (الذي كان يُعرف سابقًا باسم USB 3.0) إلى USB 3.2 Gen1، وUSB 3.1 Gen2 (الذي كان يُعرف سابقًا باسم USB 3.1) إلى USB 3.2 Gen2، وUSB 3.2 إلى USB 3.2 Gen 2×2.

الحاضر والمستقبل: قفزة USB4 إلى الأمام

والآن وقد وصلنا إلى USB4، دعونا نلقي نظرة على ترقيات وتحسينات هذا المعيار الجديد للبروتوكول. أولاً 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 لتقنية USB4 على النحو التالي:

1. أقصى سرعة نقل بيانات تبلغ 40 جيجابت في الثانية:

من خلال الإرسال ثنائي القناة، يجب أن تصل سرعة الإرسال القصوى النظرية لـ USB4 إلى 40 جيجابت في الثانية، وهو نفس سرعة Thunderbolt 3 (المشار إليه باسم "Thunderbolt 3" أدناه).

في الواقع، سيدعم منفذ USB4 ثلاث سرعات نقل بيانات: 10 جيجابت في الثانية، و20 جيجابت في الثانية، و40 جيجابت في الثانية. لذا، إذا كنت ترغب في شراء جهاز بأعلى سرعة نقل بيانات، أي 40 جيجابت في الثانية، فمن الأفضل مراجعة المواصفات قبل الشراء.

2. متوافق مع واجهات Thunderbolt 3:

بعض أجهزة USB4 (وليس جميعها) قد تكون متوافقة مع منافذ Thunderbolt 3. بمعنى آخر، إذا كان جهازك مزودًا بمنفذ USB4، فقد يكون من الممكن توصيل جهاز Thunderbolt 3 خارجيًا. مع ذلك، هذا ليس شرطًا. يعتمد التوافق من عدمه على سياسة الشركة المصنعة للجهاز.

3. إمكانية تخصيص موارد النطاق الترددي الديناميكي:

إذا استخدمت منفذ USB4 لتوصيل شاشة ونقل البيانات، فسيخصص المنفذ النطاق الترددي المناسب وفقًا للحالة. على سبيل المثال، إذا كان الفيديو يتطلب 20% فقط من النطاق الترددي لتشغيل شاشة بدقة 1080p، فيمكن استخدام النسبة المتبقية البالغة 80% لمهام أخرى. لم يكن هذا ممكنًا في USB 3.2 والإصدارات السابقة، حيث كان نظام USB يعمل بالتناوب.

4. ستدعم جميع أجهزة USB4 تقنية USB PD

تقنية USB PD هي تقنية توصيل الطاقة عبر منفذ USB، وهي إحدى بروتوكولات الشحن السريع الشائعة حاليًا. وقد صُممت هذه التقنية من قِبل منظمة USB-IF. تتيح هذه التقنية إمكانية نقل فولتيات وتيارات أعلى، حيث تصل الطاقة القصوى المنقولة إلى 100 واط، كما يمكن 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. لا يمكن استخدام سوى واجهة USB من النوع C

بناءً على هذه الميزة، من الطبيعي أن ندرك أن تقنية USB 4 تعمل فقط عبر موصلات USB من النوع C. في الواقع، لا يقتصر الأمر على تقنية USB PD فحسب، بل يشمل أيضاً أحدث معايير USB-IF، التي لا تدعم إلا النوع C.

6. يمكن أن يكون متوافقًا 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 تقريبًا جميع المنافذ التي تستخدم هذا البروتوكول من السوق.

بالطبع، عند توصيل جهاز USB4 بمنفذ USB 3.2، لن يتمكن من نقل البيانات بسرعة 40 جيجابت في الثانية. ولن تصبح واجهة USB 2 القديمة أسرع لمجرد توصيلها بواجهة USB4.