USB3.1 Gen1與Gen2到底有什么區別？

USB接口在經歷了USB1.0、USB1.1、USB2.0、USB3.0、USB3.1以及USB3.2之后（USB的前世今生 - USB2.0、USB3.0、USB3.1、USB3.2、USB4.0區別是什么），迎來了當下USB4 ，這些標準的新舊交替下，USB接口的傳輸速率一直在提高，跟隨著傳輸速率提高的還有接口標準的命名復雜程度，就拿USB3.1來說，居然還分為USB3.1 Gen1和USB3.1 Gen2，這就讓許多消費者不理解且容易混淆。

大家估計都會有這樣的疑問：都是USB標準的接口，為什么還要這樣分，USB3.1 Gen1與Gen2到底有什么區別？現在USB4又有一個Gen3線纜，今天我們一起來科普下，USB4標準與Gen1和Gen2，Gen3的區別。

USB4簡述

在介紹USB4之前就不得不提一下Intel和蘋果公司合作推出的雷電協議。雷電協議是組合協議，整合了DisplayPort協議(簡稱DP)和PCI-Express協議(簡稱PCIe)而成。先后推出了雷電1和雷電2協議，但都反響平平。后來推出了雷電3協議（Thunderbolt 3，簡稱TBT3），傳輸速度達到了40Gbps，后來Intel選擇將協議交給了USB-IF協會。

2019年，USB-IF在USB 3.2的基礎上整合了雷電3協議（簡稱TBT3），推出了USB4 Gen 2x2和USB4 Gen 3x2。這次改名和以往不同的是依然保留了USB 3.2的名字。USB4就是在原先USB 3.2傳輸速度基礎上進行了倍增，達到了40Gbps，也就是USB4 Gen 3x2的速度。

USB4同時支持USB 3.2和TBT3的傳輸?？傊?，USB4=USB 3.2+TBT3。USB4和USB 3.2一樣，也有單通道模式和雙通道模式，USB4接口和USB 3.2接口一樣，都支持搭載USB PD快充協議。

Gen1和Gen2，Gen3的區別

一句話概括: Gen指傳輸速率, Gen2的理論傳輸速率是10Gbps, 而Gen1是5Gbps, USB3.2 Gen2x2則是20Gbps,USB4 Gen3x2則是40Gbps,如下圖

USB是一種傳輸數據的協議規范，也是一種接口技術規范。1996年由美國的Intel、微軟、康柏、DEC和IBM，日本的NEC，加拿大的北方電信公司等七家業界巨頭組成的非盈利組織USB標準化組織（USB Implement Forum，簡稱USB-IF）推出了USB 1.0，之后推出了速度更快的USB 1.1和USB 2.0。

2008年，由Intel，蘋果，惠普，微軟，瑞薩電子，意法半導體和德州儀器等組成的USB 3.0 Promoter Group行業技術聯盟發布了USB 3.0，然后轉移給了USB-IF來管理和維護。2013年到2019年之間，Intel等大公司聯合的USB 3.0 Promoter Group相繼推出了USB 3.1、USB 3.2和USB4協議規范，在USB-IF官網上發布和更新。

從USB的演變圖中可以看出，USB從最開始推出的USB 1.0到USB4共經歷了24年。最明顯的改進就是帶寬的增加，在USB 2.0及之前主要支持低速(1.5Mbps)、高速(12Mbps)和全速(480Mbps)。到了USB 3.0開始進入超速模式，而且每升級一次，帶寬就翻倍，從最開始的5Gbps到了現在的40Gbps。

USB接口按照規范分為USB1.0、USB 1.1、USB2.0、USB 3.0。我們經常說的USB2.0接口和USB 3.0接口就是按照USB規范來分類的。2013年USB 3.0改名為USB 3.1 Gen 1，同時推出了10Gbps帶寬的USB 3.1 Gen 2，兩者統稱為USB 3.1。

到了2017年，USB 3.1 Gen 1和USB 3.1 Gen 2分別改名為USB 3.2 Gen 1和USB 3.2 Gen 2。同時加入了帶寬為10Gbps的USB 3.2 Gen 1x2和帶寬為20Gbps的USB 3.2 Gen 2x2，這4個統稱USB 3.2。至此進入了USB 3.2時代，而USB 3.0的名字已經成為歷史?？傊?，USB 2.0還保留著，而USB 3.0現在已經被USB-IF協會改名為USB 3.2 Gen 1了，而且還多了USB 3.2 Gen 2、USB 3.2 Gen 1x2和USB 3.2 Gen 2x2。其中USB 3.2 Gen 1x2和USB 3.2 Gen 2x2表示USB 3.2 Gen 1和USB 3.2 Gen 2的雙通道模式，而USB 3.2 Gen 1和USB 3.2 Gen 2是單通道模式。

USB編碼方式科普

USB 3.1和USB 3.2都是為了提升帶寬而推出的，USB4的設計目標仍然保持不變。不過這一規范的發布同樣是為了整合USB Type-C生態以及減少終端用戶的困惑。新的USB4標準雖然推出了新的底層協議，但仍可以與現有的USB3.2、USB2.0以及Thunderbolt 3兼容。USB4將采用雙路雙單工的架構，加倍了Type-C的傳輸帶寬，傳輸速率至少要達到20Gbps，可選40Gbps，最大傳輸速率是上一代USB 3.2的兩倍，對認證的接口和線纜也將提供兩種不同的Logo（英特爾宣布USB4接口連接器，分成兩版本）。

對于40Gbps的USB4，其編碼方式依然是USB 3.2所用的128b/132b，而20Gbps將采用64b/66b，即40Gbps的USB4每傳輸128個Bit，需要發送130個Bit，那么，USB4協議的每一條Lane支持8 * 128 / 130 = 7.877 Gbps = 984.6 MB/s 的速率，一條USB4x2的通道(USB4 Gen 3 x 2是全雙工，雙通道傳輸數據的，每個通道同時發送和接收數據),x2的可用帶寬為7.877*2 = 15.754 Gbps = 15.754 GB/s，雙向帶寬高達31.5GB/s,編碼方式決定帶寬及傳輸速度。

USB4結構傳輸數據

USB帶寬及lanes科普

對于USB來說，每一個通道有兩個差分對，一個用于發送，一個用于接收。PCIe也一樣是全雙工通信，會同時發送和接收數據，通道的定義也符合這一點。下圖為USB Type-C母座，共有兩個通道，即高速通道0和高速通道1，我們稱之為Lane 0 Adapter和Lane 1 Adapter。即通道0適配器和通道1適配器 。這里的適配器可以當做信號轉換器來理解。

USB是全雙工通信，每一個通道有兩個差分對，一個用于發送，一個用于接收。即差分對TX1+和TX1-用于發送數據，差分對RX2+和RX2-用于接收數據，兩個差分對組成高速通道0，即Lane 0 Adapter。同理，差分對RX2+和RX2-用于接收數據，差分對TX2+和TX2-用于發送數據，兩個差分對組成高速通道1，即Lane 1 Adapter。與Lane 0 Adapter和Lane 0 Adapter相連的通道稱為Lane 0和Lane 1。

單通道模式就是只有lane 0和lane 1其中之一來傳輸USB數據，另一個用作其他用途。比如USB 3.2 Gen 1和USB 3.2 Gen 2，都是通過單通道來傳輸數據的。其中USB 3.2 Gen 1的傳輸速度為5Gbps，因為單通道是發送和接收同時進行，所以傳輸速度指的是發送或者接收中的一個的速度。

就拿lane 0來說，有TX1+、TX1-和RX2+、RX2-這兩個差分對，lane 0的傳輸速度指的就是TX1+、TX1-差分通道的速度為5Gbps，或者說是RX2+、RX2-差分通道的速度為5Gbps，用lane 1的傳輸數據時，速度同理。USB 3.2 Gen 2的傳輸速度為10Gbps，在USB 3.2 Gen 1基礎上翻倍了，其實就是說USB 3.2 Gen 2通過lane 0的發送或者接收的差分通道傳輸速度翻倍為10Gbps，同理用lane 1傳輸數據時，發送或者接收的差分通道傳輸速度也是10Gbps。

雙通道模式就是lane 0和lane 1都用來傳輸USB數據。比如USB 3.2的USB 3.2 Gen 1x2和USB 3.2 Gen 2x2，USB4的USB4 Gen2x2和USB4 Gen3x2，都是通過雙通道來傳輸數據的。如何判斷是單通道模式，還是雙通道模式？“Gen”后面數字如果帶有“x2”字樣就表示雙通道模式，如果沒有“x2”字樣或者寫的是"x1"字樣，就表示單通道模式。同一個USB版本規范，雙通道模式傳輸速度是單通道傳輸速度的2倍。比如USB 3.2 Gen 1x2的傳輸速度是USB 3.2 Gen 1傳輸速度的兩倍，因為USB 3.2 Gen 1傳輸數據只用了一個5Gps的通道 ，而USB 3.2 Gen 1x2傳輸數據用了兩個5Gps的通道，所以傳輸速度就變為了10Gbps。

單通道傳輸的USB 3.2 Gen 2 的傳輸速度是在同樣單通道傳輸的USB 3.2 Gen 1(5Gbps)基礎上翻倍了，變成了10Gbps，同理，雙通道傳輸的USB 3.2 Gen 2x2的傳輸速度自然就變成了USB 3.2 Gen 2的2倍，即20Gbps。USB4的USB4 Gen2x2是雙通道傳輸，維持了USB 3.2 Gen 2x2同樣的傳輸速度20Gbps。USB4的USB4 Gen3x2也是雙通道傳輸，在USB4 Gen2x2基礎上翻倍，變成了40Gbps。上面提到過，從USB 3.2開始就只支持USB Type-C接口，而不再支持Type-A和Type-B接口了。
這是為什么呢？因為從USB 3.2開始定義了USB數據傳輸的雙通道模式，即兩組差分對用來發送，兩組差分對用來接收，需要4組差分對，只有USB Type-C接口能提供4組差分線。單通道模式是一組差分對用來發送，一組差分對用來接收。Type-A和Type-B接口只能提供2對差分線，只適用于單通道模式?？傊?，因為引入了雙通道傳輸USB數據的模式，所以使得USB 3.2及之后的USB4都只能支持USB Type-C接口。

可傳輸接口的科普

USB接口按照型號分為Type-A，Type-B和Type-C三種。Standard-A屬于Type-A，Micro-B屬于Type-B，USB 3.1接口及之前，除了Type-C，還有Type-A和Type-Micro B;Type-MINIB等幾種型號，而到了USB 3.2接口就只支持Type-C了。是因為過去的連接器如USB Type-A 或Micro-B，僅支援單通道傳輸，無法支援USB3.2及USB4。USB 傳輸速度最快支援40G (20Gbps x2)，并可同時傳送。

審核編輯：劉清