USB4 คืออะไร ? ทำงานอย่างไร ? แตกต่างจาก USB-C, Thunderbolt 4 ยังไง ?

USB4 คืออะไร ? ทำงานอย่างไร ? แตกต่างจาก USB-C, Thunderbolt 4 ยังไง ?

ตั้งแต่การเปิดตัว พอร์ต USB ในปี ค.ศ. 1996 (พ.ศ. 2539) สายเชื่อมต่อ USB ได้รับการพัฒนาทั้งรูปร่างหน้าตา และประสิทธิภาพมาอย่างต่อเนื่อง ในอดีตผู้ใช้งานมักประสบปัญหาความสับสนเกี่ยวกับพอร์ตเชื่อมต่อที่มีอยู่หลากหลาย ไม่ว่าจะเป็นความเร็วที่ไม่เท่ากัน รวมถึงการที่ต้องใช้สายสัญญาณแยกกันสำหรับการรับส่งข้อมูล (Data), การต่อหน้าจอแสดงผล (Display) และการจ่ายพลังงาน (Power Delivery)

เพื่อแก้ปัญหาความกระจัดกระจายและสร้างมาตรฐานกลางที่มีประสิทธิภาพสูง USB Implementers Forum (USB-IF) จึงได้ประกาศเปิดตัวมาตรฐาน USB4 ขึ้นในเดือนมีนาคม ค.ศ. 2019 (พ.ศ. 2562) ซึ่งถือเป็นการก้าวกระโดดครั้งสำคัญที่เข้ามาเปลี่ยนโฉมหน้าการเชื่อมต่ออุปกรณ์ไอทีในปัจจุบัน ...

USB4 คืออะไร ? (What is USB4 ?)

USB4 สะกดโดยไม่มีเว้นวรรคระหว่าง "USB" และ "4" คือข้อกำหนดทางเทคนิค ของสถาปัตยกรรมสื่อสารข้อมูลรุ่นล่าสุด โดยมีจุดเด่นคือ การรวมความสามารถของการส่งข้อมูล, การแสดงผลวิดีโอ/เสียง และการจ่ายไฟไว้ในสายเส้นเดียวผ่านพอร์ต USB-C เท่านั้น คุณลักษณะที่สำคัญของ USB4 มีดังนี้

ความเร็วระดับสูง

รองรับอัตราการส่งข้อมูลพื้นฐานที่ 20 Gbps และ 40 Gbps ใน USB4 เวอร์ชัน 1.0 และได้รับการอัปเกรดให้สูงถึง 80 Gbps หรือสูงสุด 120 Gbps แบบ Asymmetric ใน USB4 เวอร์ชัน 2.0

ใช้งานผ่านพอร์ต USB-C เท่านั้น

USB4 ถูกออกแบบมาให้ใช้งานร่วมกับหัวต่อและ พอร์ต USB-C เท่านั้น ไม่รองรับหัวต่อทรงสี่เหลี่ยมแบบ USB-A รุ่นเก่า

รองรับการจ่ายไฟ (Power Delivery)

อุปกรณ์ USB4 ส่วนใหญ่รองรับมาตรฐาน USB Power Delivery ที่จ่ายไฟได้สูงสุด 100W และรองรับได้ถึง 240W ตามมาตรฐาน PD 3.1

ความเข้ากันได้ย้อนหลัง (Backward Compatibility)

สามารถทำงานร่วมกับอุปกรณ์รุ่นเก่าอย่าง USB 3.2, USB 2.0 รวมถึง Thunderbolt 3 ได้

USB4 ทำงานอย่างไร ? (How Does USB4 Work ?)

หัวใจสำคัญที่ทำให้ USB4 แตกต่างจาก USB รุ่นก่อน ๆ คือ เทคนิคการส่งข้อมูลแบบการสร้างอุโมงค์ โปรโตคอล (Protocol) (Protocol Tunneling)

ภาพจาก : https://www.techpowerup.com/review/usb4-guide-info-technology-details/2.html

ใน USB รุ่นเก่า เช่น USB 3.2 หากมีการส่งข้อมูลวิดีโอผ่าน DisplayPort Alt Mode ระบบจะทำการแบ่งแบนด์วิดท์ เช่น แบ่ง 50% ให้วิดีโอ และ 50% ให้ข้อมูล แต่ USB4 จะมองการเชื่อมต่อทั้งหมดเป็น "อุโมงค์สัญญาณ"  (Tunnel) ที่สามารถรวมโปรโตคอลที่แตกต่างกันให้วิ่งผ่านสายสัญญาณความเร็วสูงเส้นเดียวกันได้อย่างอิสระ

การรวมสายสัญญาณ (Dynamic Bandwidth Allocation)

USB4 มีระบบ Router ภายในที่ทำหน้าที่จัดการแบนด์วิดท์แบบไดนามิก ตัวอย่างเช่น หากผู้ใช้ต่อจอภาพ ความละเอียด 4K ที่ใช้แบนด์วิดท์ 10 Gbps บนสาย USB4 ความเร็ว 40 Gbps ระบบจะจัดสรรแบนด์วิดท์ที่เหลืออีก 30 Gbps ให้กับการโอนถ่ายไฟล์ผ่าน โซลิดสเตตไดรฟ์ (SSD) พกพาโดยอัตโนมัติ

โปรโตคอลที่รองรับภายใน Tunnel (Tunneled Protocols)

• USB3 Tunneling : สำหรับส่งข้อมูล USB 3.2
• DisplayPort Tunneling : รองรับการส่งสัญญาณภาพระดับ 4K, ความละเอียด 8K หรือความถี่สูงถึง 144Hz / 240Hz
• PCIe Tunneling : เปิดทางให้อุปกรณ์ที่ใช้บัส PCI Express (PCIe) เช่น การ์ดจอภายนอก (eGPU), กล่องใส่ NVMe SSD หรือตัวเร่งความเร็ว ปัญญาประดิษฐ์ (AI) สามารถเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ผ่านสาย USB4 ได้โดยตรง
• Host-to-Host Networking : รองรับการเชื่อมต่อเครือข่ายระหว่างคอมพิวเตอร์ 2 เครื่องโดยตรงด้วยความเร็วสูงถึง 10 Gbps

USB4 กับ USB-C แตกต่างกันอย่างไร ? (What is the difference between USB4 and USB-C ?)

ผู้ใช้หลายคนมักสับสน และเรียกทั้งสองคำนี้แทนกัน แต่ในความเป็นจริง "USB-C คือรูปร่างของหัวต่อ" ส่วน "USB4 คือโปรโตคอลมาตรฐานการส่งข้อมูล"

สรุปง่าย ๆพอร์ต USB-C ไม่จำเป็นต้องเป็น USB4 อาจเป็น USB 3.2 หรือ USB 2.0 ก็ได้แต่พอร์ต USB4 ทุกพอร์ต จะต้องเป็น USB-C เท่านั้น

USB4 กับ Thunderbolt 4 แตกต่างกันอย่างไร ? (What is the difference between USB4 and Thunderbolt 4 ?)

ทั้ง USB4 และ Thunderbolt 4 ถูกพัฒนาขึ้นโดยมีรากฐานมาจากสถาปัตยกรรมเดียวกัน นั่นก็คือ Thunderbolt 3 มันใช้หัวต่อ USB-C เหมือนกัน และทำความเร็วสูงสุดได้ 40 Gbps เท่ากันอีกด้วย แต่ว่ามันมีความแตกต่างกันในเรื่อง "ข้อกำหนดขั้นต่ำ" และ "การรับรองมาตรฐาน (Certification)"

สรุปความแตกต่าง

• USB4 เน้นความยืดหยุ่น ผู้ผลิตสามารถเลือกสเปกให้เหมาะกับต้นทุนผลิตภัณฑ์ได้ เช่น โน้ตบุ๊คราคาประหยัดอาจรองรับ USB4 ที่ความเร็ว 20 Gbps
• Thunderbolt 4 คือการการันตีประสิทธิภาพขั้นสูงแบบจัดเต็ม อุปกรณ์ทุกชิ้นที่ตีตรา Thunderbolt 4 จะต้องทำความเร็วได้ 40 Gbps และรองรับสองจอภาพ 4K เสมอ

ประวัติความเป็นมาของ USB4 (History and Evolution of USB4)

การพัฒนาของ USB4 เกิดจากการบูรณาการเทคโนโลยีระหว่างองค์กรกลางด้านมาตรฐาน และภาคเอกชนอย่าง Intel โดยมีความเป็นมาดังนี้

การเปิดตัวพอร์ต USB-C และ Thunderbolt 3

ปี ค.ศ. 2014 - 2015 (พ.ศ. 2553 - 2558)

หลังจากทาง USB-IF เปิดตัว USB-C ต่อมาในปี ค.ศ. 2015 (พ.ศ. 255) ทาง Intel ได้ปรับเปลี่ยนพอร์ตของ Thunderbolt 3 มาใช้ USB-C พร้อมทำความเร็วได้สูงถึง 40 Gbps

Intel มอบสิทธิบัตร Thunderbolt ให้แก่ USB-IF

ปี ค.ศ. 2019 (พ.ศ. 2562) มีนาคม

Intel ประกาศเปิดให้ผู้ผลิตใช้ข้อกำหนดโปรโตคอล Thunderbolt 3 ได้โดยไม่ต้องเสียค่าลิขสิทธิ์ (Royalty-free) เพื่อนำไปเป็นรากฐานในการพัฒนามาตรฐาน USB ของยุคถัดไป

ประกาศเปิดตัวข้อกำหนด USB4 Version 1.0

ปี ค.ศ. 2019 (พ.ศ. 2562) สิงหาคม

USB-IF เผยแพร่ข้อกำหนดมาตรฐาน USB4 เวอร์ชัน 1.0 อย่างเป็นทางการ โดยรองรับเทคโนโลยีส่งข้อมูลแบบ Tunneling และความเร็วสูงสุด 40 Gbps

อุปกรณ์ USB4 ออกสู่ตลาด

ปี ค.ศ. 2020 พ.ศ. 2563

ผู้ผลิตเริ่มใส่พอร์ต USB4 ลงในผลิตภัณฑ์ที่วางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ เช่น Apple M1 MacBooks และคอมพิวเตอร์พกพารุ่นใหม่ ๆ

เปิดตัวข้อกำหนด USB4 Version 2.0

ปี ค.ศ. 2022 (พ.ศ. 2565) ตุลาคม

USB-IF อัปเกรดสเปกเป็น USB4 Version 2.0 เพิ่มความเร็วสูงสุดถึง 80 Gbps และส่งข้อมูลแบบทิศทางเดียวได้สูงสุด 120 Gbps เพื่อรองรับการแสดงผลของยุคถัดไป

บทสรุปเกี่ยวกับ USB4 (Conclusion of USB4)

มาตรฐาน USB4 ถือเป็นก้าวสำคัญของอุตสาหกรรมเทคโนโลยีการเชื่อมต่อที่รวมเอาความสามารถอันยอดเยี่ยมของเทคโนโลยี Thunderbolt 3 เข้ากับมาตรฐานเปิดที่ไม่เสียค่าลิขสิทธิ์ ด้วยเทคโนโลยี Protocol Tunneling ทำให้พอร์ต USB-C พอร์ตเดียวบนคอมพิวเตอร์ของผู้ใช้สามารถรับส่งข้อมูลความเร็วสูง, ส่งสัญญาณภาพความละเอียดสูงระดับ 4K/8K, ต่อการ์ดจอภายนอก และชาร์จพลังงานไฟพร้อมกันได้อย่างราบรื่น

แม้อุปกรณ์ USB4 ในท้องตลาดจะมีข้อกำหนดความเร็วที่แตกต่างกันระหว่าง 20 Gbps และ 40 Gbps รวมถึงสเปกใหม่ 80 Gbps แต่ความสามารถในการเข้ากันได้ย้อนหลังและการจัดการแบนด์วิดท์ที่ชาญฉลาด จะทำให้ USB4 กลายเป็นพอร์ตมาตรฐานหลักของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดในอนาคตอันใกล้นี้อย่างแน่นอน