¿Por qué USB 3.1 solo usa dos de las cuatro líneas de datos disponibles?

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Al observar las especificaciones para USB-C, noto que hay cuatro pares diferenciales SuperSpeed ​​para la transferencia de datos, como se ve en https://en.wikipedia.org/wiki/USB-C#Specifications . El artículo de Wikipedia también dice que solo dos de estos pares se usan en modo USB 3.1, lo que me parece muy extraño.

En esta pregunta ( ¿Por qué Thunderbolt 3 en cable de cobre es más rápido que USB 3.1? ) Que pregunté recientemente, Ali Chen respondió que Thunderbolt 3 a través de USB-C usa ambos pares, pero USB 3.1 no. Sé que es posible ejecutar Thunderbolt 3 sobre cualquier cable USB-C de alta calidad, por lo que deben tener todos los cables necesarios. ¿Por qué el USB 3.1 estándar sobre el Tipo C no usa ambos pares, para duplicar la transferencia de datos?

Brendon-ai
fuente
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USB es comunicación en serie. Si se multiplexó como lo hace Thunderbolt, entonces ya no es fiel al protocolo. En pocas palabras, USB 3.1 es un protocolo / especificación y USB tipo C es una especificación de cableado destinada a admitir "modos alternativos" que utilizan esos pares.
BrianC
@BrianC Ok, eso confirma lo que pensaba. ¡Gracias!
brendon-ai
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Las preguntas de "por qué" son difíciles de responder y generalmente están fuera de tema. En este caso, no podemos decirle "por qué" porque no se nos ocurrió la especificación. Podemos proporcionar suposiciones educadas, pero es probable que no tengamos una manera de saber si nuestra suposición educada es realmente la respuesta correcta. Además, cualquier "respuesta" seleccionada será solo la respuesta que mejor se ajuste a las propias opiniones de los OP, o que mejor defienda en su propia defensa. Ninguno de estos criterios implica encontrar una respuesta que resuelva un problema raíz.
music2myear
Puede ejecutar TB solo a través de un cable tipo C completo tipo C, no en ningún cable. El estándar del conector tipo C define 15 tipos diferentes de conjuntos de cables (solía haber 18 tipos, pero luego el conjunto se redujo a 15).
Ale..chenski
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Votar para reabrir porque la respuesta de Spiff parece acertada.
psusi

Respuestas:

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USB 3.1 Gen 2 (SuperSpeed ​​+, 10 Gbps) fue diseñado para funcionar tanto con cables USB 3.0 existentes (los que tienen 5 contactos adicionales) como con cables USB Tipo C.

Dado que los cables USB 3.0 existentes (los que tienen conectores Tipo A y B, así como las variantes micro A y B) solo contienen un par de pares de súper velocidad (par Tx y par Rx), USB 3.1 Gen 2 solo podría usa ese par de pares y aún funciona con los cables USB 3.0 existentes. Entonces, incluso cuando ejecuta USB 3.1 Gen 2 a través de un cable con conectores Tipo C, solo utiliza un par de pares de súper velocidad. Esto también hace posible tener cables con capacidad USB 3.0 / 3.1 con un conector Tipo C en un extremo y los conectores USB Tipo A, B, micro A o micro B anteriores en el otro extremo.

Ahora puede hacer una pregunta de seguimiento: "¿Por qué el Foro de implementadores de USB (USB-IF, el consorcio de estándares de USB) no definió un sabor del protocolo USB incluso más rápido que 10 Gbps, que utiliza ambas velocidades? pares de pares en el conector tipo C? " Esa es una pregunta válida, pero no estoy dispuesto a especular. Sin duda, habría sido una desviación mayor de los diseños anteriores de USB PHY, ya que tendría dos flujos de datos de envío y recepción separados que tendrían que coordinarse. En efecto, sería una especie de interfaz paralela, mientras que el USB tradicionalmente ha sido nominalmente serial.

La forma en que hizo su pregunta expuso algunos posibles malentendidos que me gustaría abordar aquí:

Sé que es posible ejecutar Thunderbolt 3 sobre cualquier cable USB-C de alta calidad.

Eso no es del todo cierto. Hay muchos cables de alta calidad compatibles con USB Tipo C que no son adecuados para Thunderbolt 3. Thunderbolt 3 está limitado a ≤ 0.5m de longitud de cable si tiene un cable pasivo. Para ir más allá de eso (como 2 m), necesita un cable activo más costoso (un cable con chips IC especiales para ayudar en el manejo de la señal).

¿Por qué el USB-C estándar no usa ambos pares?

USB-C no es un protocolo. USB Tipo C es el nombre de un conector y especificación de cableado; No es el nombre de los protocolos que se utilizan sobre esos conectores y cables. Al hacer protocolos USB sobre cables Tipo C, está haciendo USB 3.1 Gen 2 (10Gbps "SuperSpeed ​​+"), o versiones anteriores de USB.

Spiff
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"Thunderbolt 3 está limitado a ≤ 0.5m de longitud de cable si tiene un cable pasivo". - Esto tampoco es del todo cierto. La longitud del enlace está limitada por la calidad del cable, por su atenuación de la señal a la frecuencia Nyquist. Si logra hacer un cable de, por ejemplo, un poco de teflón de baja densidad con alambres plateados y trenza de pantalla, todo muy uniforme, puede tener una comunicación sin errores a través de cables mucho más largos sin ningún controlador activo, siempre que te encuentras con el diagrama del ojo del fondo y la bañera con jitter
Ale..chenski
Me disculpo. Soy consciente de que USB-C es un cable, no un protocolo. Editado
brendon-ai
En realidad, la especificación de interconexión Tipo-C define muchos protocolos. Una es para los pull-ups / pull-ups básicos en los pines CC para determinar la función del puerto, host o dispositivo u otra conectividad auxiliar (depuración, audio, video). Para los puertos de doble rol hay otro protocolo de flip-flop. La interacción del marcador electrónico sobre CC también debe seguir un protocolo muy específico. Basta con mirar la Sección 4.5.2 de las especificaciones de Tipo C y estudiar los diagramas de máquinas de estado bastante sofisticados en las Figuras 4-12, -13, -14, -15, -16, etc. O la descripción verbal de los protocolos de interoperabilidad en la Sección 4.3.
Ale..chenski
Solo dos meses después de que se escribió esta respuesta, se anunció USB 3.2, que en realidad puede usar ambos carriles en cables USB-C existentes, para 10 / 20gbps (gen1 / gen2) de velocidad, por lo tanto, velocidades dobles de USB 3.1: en.wikipedia.org/ wiki / USB_3.0 # 3.2 Los controladores reales podrían estar disponibles pronto: anandtech.com/show/14430/…
user1531083
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USB 3.1 usa un carril (par Tx y par Rx) porque es un estándar USB, para usar solo un Rx + Tx. Todos los conectores USB originales (A, B, microAB) tienen solo un par de contactos SS (SuperSpeed), y toda la arquitectura del hardware USB se centra solo en un diseño de un solo carril.

Para usar más carriles en paralelo, debe haber elementos arquitectónicos adicionales en la tubería de datos de hardware sobre cómo lidiar con la sincronización de carriles y otros problemas asociados con la gestión de la capa de enlace individual, los intercambios de crédito de búfer y la recuperación de errores, la capacitación del enlace y la optimización eléctrica del canal individual. Una vez que haces todo esto, se convierte en "Thunderbolt". O algo así como MIPI .

El conector tipo C es un nuevo estándar para CONNECTOR, que debía tener una aplicabilidad más amplia que el USB solo. La necesidad de Tipo-C fue impulsada en gran medida por el diseño del sistema, para adaptarse a factores de forma más pequeños de la electrónica portátil. En cierto sentido, no tiene nada que ver con USB, y su solicitud de reutilizar todos los carriles de supervelocidad disponibles para cambiar la arquitectura USB estándar es infundada.

Ale..chenski
fuente
Una cosa que tengo curiosidad sobre ... si USB 3.1 usa solo un par Tx-Rx, ¿por qué no solo ejecutan más señales USB sobre el resto? Incluso con dos para DisplayPort como en "modo mixto", podría tener dos buses independientes de 5 gbps para dos SSD SATA o algo así. No es necesario sincronizarlos.
chx
@chx, el uso opcional del segundo par de Tx + Rx se introdujo en las especificaciones USB 3.2.
Ale..chenski