Perché USB 3.1 utilizza solo due delle quattro linee dati disponibili?

Osservando le specifiche per USB-C, noto che ci sono quattro coppie differenziali SuperSpeed per il trasferimento di dati, come si vede in https://en.wikipedia.org/wiki/USB-C#Specifications . L'articolo di Wikipedia dice anche che solo due di queste coppie sono utilizzate in modalità USB 3.1, che trovo molto strana.

In questa domanda ( Perché Thunderbolt 3 su filo di rame è più veloce di USB 3.1? ) Che ho chiesto di recente, Ali Chen ha risposto che Thunderbolt 3 su USB-C utilizza entrambe queste coppie, ma USB 3.1 no. So che è possibile far funzionare Thunderbolt 3 su qualsiasi cavo USB-C di alta qualità, quindi devono avere tutti i cavi necessari. Perché lo standard USB 3.1 su Tipo C non utilizza entrambe le coppie, per raddoppiare il trasferimento di dati?

— Brendon-ai
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USB è una comunicazione seriale. Se si è multiplexato come un fulmine, allora non è più vero per il protocollo. In parole semplici, USB 3.1 è un protocollo / una specifica e USB tipo C è una specifica di cablaggio destinata a supportare "modalità alternative" che utilizzano quelle coppie.

— BrianC,

@BrianC Va bene, ciò conferma ciò che pensavo. Grazie!

— brendon-ai,

Alle domande "Perché" è difficile rispondere e di solito sono fuori tema. In questo caso, non possiamo dirti "perché" perché non abbiamo elaborato le specifiche. Siamo in grado di fornire ipotesi istruite, ma probabilmente non avremo modo di dire se la nostra ipotesi istruita è in realtà la vera risposta. Inoltre, qualsiasi "risposta" selezionata sarà solo quella risposta che meglio si adatta alle proprie opinioni dei PO, o meglio sostiene a propria difesa. Nessuno di questi criteri comporta la ricerca di una risposta che risolva un problema alla radice.

— music2myear,

È possibile eseguire la TB solo su un cavo di tipo C di tipo C FULL-FEATURED, non su alcun cavo. Lo standard del connettore di tipo C definisce 15 diversi tipi di cavi assemblati (c'erano 18 tipi, ma in seguito il set è stato ridotto a 15).

— Ale..chenski,

Votare per riaprire perché la risposta di Spiff sembra perfetta.

— psusi,

Risposte:

USB 3.1 Gen 2 (SuperSpeed +, 10 Gbps) è stato progettato per funzionare sia su cavi USB 3.0 esistenti (quelli con i 5 contatti extra), sia su cavi USB di tipo C.

Poiché i cavi USB 3.0 esistenti (quelli con connettori di tipo A e B, nonché le varianti micro A e B) contengono solo una coppia di coppie superveloci (coppia Tx e coppia Rx), solo USB 3.1 Gen 2 usa quella coppia di coppie e funziona ancora con i cavi USB 3.0 esistenti. Pertanto, anche quando si esegue USB 3.1 Gen 2 su un cavo con connettori di tipo C, utilizza solo una coppia di coppie superveloci. Ciò consente anche di disporre di cavi compatibili con USB 3.0 / 3.1 con un connettore di tipo C su un'estremità e i precedenti connettori di tipo A, B, micro A o B di tipo USB 3.0 sull'altra estremità.

Ora potresti porre una domanda di follow-up, "Perché il USB Implementers Forum (USB-IF, il consorzio di standard USB) non ha definito un sapore ancora più veloce di 10 Gbps del protocollo USB, che utilizza sia la super-velocità coppie di coppie nel connettore di tipo C? " Questa è una domanda valida, ma non sono disposto a speculare. Sarebbe stato sicuramente un grande distacco dai precedenti progetti USB PHY, in quanto avrebbe due flussi di dati di invio e ricezione separati che avrebbero dovuto essere coordinati. In effetti, sarebbe una sorta di interfaccia parallela mentre l'USB è stata tradizionalmente seriale.

Il modo in cui hai posto la tua domanda ha messo in luce alcuni potenziali malintesi che vorrei affrontare qui:

So che è possibile far funzionare Thunderbolt 3 su qualsiasi cavo USB-C di alta qualità

Non è del tutto vero. Esistono molti cavi USB di alta qualità di tipo C conformi a Thunderbolt 3. Thunderbolt 3 è limitato a ≤ 0,5 m di lunghezza dei cavi se si dispone di un cavo passivo. Per andare più a lungo (come 2 m), è necessario un cavo attivo più costoso (un cavo con chip IC speciali per facilitare la gestione del segnale).

Perché lo standard USB-C non utilizza entrambe le coppie

USB-C non è un protocollo. USB Type C è il nome di un connettore e delle specifiche di cablaggio; non è il nome dei protocolli utilizzati su quei connettori e cavi. Quando si eseguono protocolli USB su cavi di tipo C, si esegue USB 3.1 Gen 2 ("SuperSpeed +" 10 Gbps) o versioni precedenti di USB.

— spiff
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"Thunderbolt 3 è limitato a ≤ 0,5 m di lunghezza dei cavi se si dispone di un cavo passivo." - neanche questo è del tutto vero. La lunghezza del collegamento è limitata dalla qualità del cavo, dalla sua attenuazione del segnale alla frequenza di Nyquist. Se riesci a realizzare un cavo, ad esempio, un po 'di Teflon a bassa densità con fili argentati e treccia schermata, tutti altamente uniformi, puoi avere una comunicazione priva di errori su cavi molto più lunghi senza alcun re-driver attivo, purché si incontrano diagramma di occhio lontano e vasca da bagno jitter.

— Ale..chenski,

Chiedo scusa. Sono consapevole che USB-C è un cavo, non un protocollo. Modificato.

— brendon-ai,

In realtà, le specifiche di interconnessione di tipo C definiscono molti protocolli. Uno è per i pull-up / pull-down di base sui pin CC per determinare il ruolo di porta, host o dispositivo o altra connettività ausiliaria (debug, audio, video). Per le porte a doppio ruolo esiste un altro protocollo flip-flop. Anche l'interazione di marcatori elettronici su CC deve seguire un protocollo molto specifico. Basta guardare la Sezione 4.5.2 delle specifiche di Tipo C e studiare i diagrammi della macchina a stati piuttosto sofisticati nelle Figure 4-12, -13, -14, -15, -16, ecc. O la descrizione verbale dei protocolli di interoperabilità nella Sezione 4.3.

— Ale..chenski,

Solo due mesi dopo la stesura di questa risposta, è stato annunciato USB 3.2 che può effettivamente utilizzare entrambe le corsie nei cavi USB-C esistenti - per 10/20 gbps (gen1 / gen2) di velocità, quindi doppie velocità USB 3.1: en.wikipedia.org/ wiki / USB_3.0 # 3.2 I controller effettivi potrebbero essere presto disponibili: anandtech.com/show/14430/…

— user1531083

USB 3.1 utilizza una corsia (coppia Tx e coppia Rx) perché è standard USB, per utilizzare solo una Rx + Tx. Tutti i connettori USB originali (A, B, microAB) hanno solo una coppia di contatti SS (SuperSpeed) e l'intera architettura hardware USB si concentra solo su un design a corsia singola.

Per utilizzare più corsie in parallelo, dovrebbero essere presenti ulteriori elementi architetturali nel data pipe dell'hardware su come gestire la sincronizzazione delle corsie e altri problemi associati alla gestione dei singoli livelli di collegamento, scambi di crediti buffer e recupero degli errori, formazione sui collegamenti e ottimizzazione elettrica dei singoli canali. Una volta fatto tutto questo, viene trasformato in "Fulmine". O qualcosa del genere MIPI .

Il connettore di tipo C è un nuovo standard per CONNECTOR, che doveva avere un'applicabilità più ampia rispetto al solo USB. La necessità di Type-C è stata in gran parte guidata dalla progettazione del sistema, per adattarsi a fattori di forma più piccoli dell'elettronica portatile. In un certo senso non ha nulla a che fare con l'USB e la tua richiesta di riutilizzare tutte le corsie superveloci disponibili per cambiare l'architettura USB standard è infondata.

— Ale..chenski
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Una cosa di cui sono curioso ... se USB 3.1 utilizza solo una coppia Tx-Rx, allora perché non eseguono più segnali USB sul resto? Anche con due per DisplayPort come in "modalità mista", potresti avere due bus indipendenti da 5 gbps per due SSD SATA o qualcosa del genere. Non è necessario sincronizzarli.

— chx,

@chx, l'uso opzionale della seconda coppia di Tx + Rx è stato introdotto nelle specifiche USB 3.2.

— Ale..chenski,