Pourquoi l'USB 3.1 n'utilise-t-il que deux des quatre lignes de données disponibles?

8

En regardant les spécifications de l'USB-C, je remarque qu'il existe quatre paires différentielles SuperSpeed ​​pour le transfert de données, comme indiqué dans https://en.wikipedia.org/wiki/USB-C#Specifications . L'article de Wikipedia indique également que seules deux de ces paires sont utilisées en mode USB 3.1, ce que je trouve très étrange.

Dans cette question ( pourquoi Thunderbolt 3 sur fil de cuivre est-elle plus rapide que l'USB 3.1? ) Que j'ai posée récemment, Ali Chen a répondu que Thunderbolt 3 sur USB-C utilise ces deux paires, mais pas l'USB 3.1. Je sais qu'il est possible d'exécuter Thunderbolt 3 sur n'importe quel câble USB-C de haute qualité, ils doivent donc avoir tous les fils nécessaires. Pourquoi l'USB 3.1 standard sur Type C n'utilise-t-il pas les deux paires, pour doubler le transfert de données?

brendon-ai
la source
1
L'USB est une communication série. S'il s'est multiplexé comme le fait Thunderbolt, il n'est plus vrai pour le protocole. En termes simples, USB 3.1 est un protocole / spécification et USB type C est une spécification de câblage qui est censée prendre en charge les "modes alternatifs" qui utilisent ces paires.
BrianC
@BrianC D'accord, cela confirme ce que je pensais. Merci!
brendon-ai
1
Il est difficile de répondre aux questions «pourquoi» et généralement hors sujet. Dans ce cas, nous ne pouvons pas vous dire "pourquoi" car nous n'avons pas fourni la spécification. Nous pouvons fournir des suppositions éclairées, mais nous n'aurons probablement aucun moyen de dire si notre supposition éclairée est réellement la vraie réponse. En outre, toute "réponse" sélectionnée ne sera que la réponse qui correspond le mieux aux propres opinions des PO ou qui défend le mieux sa propre défense. Aucun de ces critères n'implique la recherche d'une réponse qui résout un problème racine.
music2myear
Vous ne pouvez exécuter TB que sur un câble de type C complet de type C, pas sur n'importe quel câble. La norme de connecteur de type C définit 15 types différents de câbles (il y en avait 18, mais plus tard, le jeu a été réduit à 15).
Ale..chenski
2
Voter pour rouvrir car la réponse de Spiff semble parfaite.
psusi

Réponses:

12

L'USB 3.1 Gen 2 (SuperSpeed ​​+, 10 Gbit / s) a été conçu pour fonctionner sur les deux câbles USB 3.0 existants (ceux avec les 5 contacts supplémentaires), ainsi que sur les câbles USB de type C.

Étant donné que les câbles USB 3.0 existants (ceux avec les connecteurs de type A et B, ainsi que les variantes micro A et B) ne contiennent qu'une seule paire de paires ultra-rapide (paire Tx et paire Rx), USB 3.1 Gen 2 ne pouvait que utilisez cette paire de paires et travaillez toujours sur les câbles USB 3.0 existants. Ainsi, même lorsque vous exécutez USB 3.1 Gen 2 sur un câble avec des connecteurs de type C, il utilise uniquement la paire de paires ultra-rapide. Cela permet également d'avoir des câbles compatibles USB 3.0 / 3.1 avec un connecteur de type C à une extrémité et les anciens connecteurs de type A 3.0, type A, B, micro A ou micro B à l'autre extrémité.

Maintenant, vous pouvez poser une question de suivi: "Pourquoi le forum des implémenteurs USB (USB-IF, le consortium de normes USB) n'a-t-il pas défini une version encore plus rapide que 10 Gbit / s du protocole USB, qui utilise à la fois la super-vitesse paires de paires dans le connecteur de type C? " C'est une question valable, mais je ne veux pas spéculer. Cela aurait certainement été un écart plus important par rapport aux conceptions USB PHY précédentes, en ce qu'il aurait deux flux de données d'envoi et de réception distincts qui devraient être coordonnés. En effet, il s'agirait d'une sorte d'interface parallèle alors que l'USB est traditionnellement nominalement série.

La façon dont vous avez posé votre question a révélé quelques malentendus potentiels que j'aimerais aborder ici:

Je sais qu'il est possible d'exécuter Thunderbolt 3 sur n'importe quel câble USB-C de haute qualité

Ce n'est pas tout à fait vrai. Il existe de nombreux câbles compatibles USB Type C de haute qualité qui ne conviennent pas à Thunderbolt 3. Thunderbolt 3 est limité à des longueurs de câble ≤ 0,5 m si vous avez un câble passif. Pour aller plus longtemps (comme 2 m), vous avez besoin d'un câble actif plus cher (un câble avec des puces IC spéciales pour aider à la gestion du signal).

Pourquoi l'USB-C standard n'utilise-t-il pas les deux paires

USB-C n'est pas un protocole. USB Type C est le nom d'une spécification de connecteur et de câblage; ce n'est pas le nom des protocoles utilisés sur ces connecteurs et câbles. Lorsque vous effectuez des protocoles USB sur des câbles de type C, vous utilisez USB 3.1 Gen 2 (10 Gbit / s "SuperSpeed ​​+"), ou des versions antérieures d'USB.

Spiff
la source
"Thunderbolt 3 est limité à des longueurs de câble ≤ 0,5 m si vous avez un câble passif." - ce n'est pas tout à fait vrai non plus. La longueur de la liaison est limitée par la qualité du câble, par son atténuation du signal à la fréquence de Nyquist. Si vous parvenez à fabriquer un câble à partir, par exemple, de téflon basse densité avec des fils argentés et une tresse de blindage, tous très uniformes, vous pouvez avoir une communication sans erreur sur des câbles beaucoup plus longs sans aucun pilote actif, tant que vous rencontrez un diagramme de l'œil éloigné et une baignoire à gigue.
Ale..chenski
Je m'excuse. Je suis conscient que l'USB-C est un câble, pas un protocole. Édité.
brendon-ai
En fait, la spécification d'interconnexion de type C définit de nombreux protocoles. L'une est pour les pull-ups / pull-down de base sur les broches CC pour déterminer le rôle du port, de l'hôte ou du périphérique, ou d'une autre connectivité auxiliaire (débogage, audio, vidéo). Pour les ports à double rôle, il existe un autre protocole de bascule. L'interaction des marqueurs électroniques sur CC doit également suivre un protocole très spécifique. Il suffit de regarder la section 4.5.2 des spécifications de type C et d'étudier les diagrammes de machines à états assez sophistiqués des figures 4-12, -13, -14, -15, -16, etc. Ou une description verbale des protocoles d'interopérabilité de la section 4.3.
Ale..chenski
Deux mois seulement après que cette réponse a été écrite, USB 3.2 a été annoncé, qui peut réellement utiliser les deux voies dans les câbles USB-C existants - pour une vitesse de 10/20 Gbps (gen1 / gen2), donc double vitesse USB 3.1: en.wikipedia.org/ wiki / USB_3.0 # 3.2 Les contrôleurs réels pourraient être bientôt disponibles: anandtech.com/show/14430/…
user1531083
5

USB 3.1 utilise une voie (paire Tx et paire Rx) car il s'agit de la norme USB, pour utiliser un seul Rx + Tx. Tous les connecteurs USB d'origine (A, B, microAB) n'ont qu'une seule paire de contacts SS (SuperSpeed), et l'architecture matérielle USB entière se concentre uniquement sur une conception à une seule voie.

Pour utiliser plus de voies en parallèle, il devrait y avoir des éléments architecturaux supplémentaires dans le canal de données matériel sur la façon de traiter la synchronisation des voies et d'autres problèmes associés à la gestion individuelle de la couche liaison, les échanges de crédits tampons et la récupération d'erreurs, la formation des liaisons et l'optimisation électrique des canaux individuels. Une fois que vous avez fait tout cela, il est transformé en "Thunderbolt". Ou quelque chose comme MIPI .

Le connecteur de type C est une nouvelle norme pour CONNECTOR, qui était censée avoir une applicabilité plus large que l'USB seul. Le besoin de type C était largement motivé par la conception du système, pour s'adapter à des facteurs de forme plus petits de l'électronique portable. Dans un certain sens, cela n'a rien à voir avec l'USB, et votre demande de réutiliser toutes les voies ultra-rapides disponibles pour changer l'architecture USB standard est sans fondement.

Ale..chenski
la source
Une chose qui m'intéresse ... si l'USB 3.1 n'utilise qu'une seule paire Tx-Rx, alors pourquoi ne font-ils pas simplement passer plus de signaux USB sur les autres? Même avec deux pour DisplayPort comme en "mode mixte", vous pourriez avoir deux bus indépendants de 5 Gbit / s pour deux SSD SATA ou quelque chose comme ça. Pas besoin de les synchroniser.
chx
@chx, l'utilisation facultative de la deuxième paire de Tx + Rx a été introduite dans les spécifications USB 3.2.
Ale..chenski