วิวัฒนาการของ USB จากสายเคเบิลที่ยุ่งเหยิงสู่เทคโนโลยีความเร็วสูง

จำได้ไหมว่าสายเคเบิลที่พันกันยุ่งเหยิงที่รกโต๊ะคอมพิวเตอร์ในยุค 1990? ยุคของอินเทอร์เฟซแบบอนุกรม แบบขนาน และแบบเฉพาะ ทำให้การเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงเป็นเรื่องที่น่าปวดหัว การเปิดตัว Universal Serial Bus (USB) ได้ปฏิวัติภูมิทัศน์นี้ โดยแทนที่ตัวเชื่อมต่อขนาดใหญ่ด้วยอินเทอร์เฟซ USB Type-A (USB-A) ที่มีขนาดกะทัดรัดและราคาไม่แพง ปัจจุบัน มีอุปกรณ์ USB หลายพันล้านเครื่องที่ใช้งานในชีวิตประจำวัน ทำให้ USB เป็นอินเทอร์เฟซแบบมีสายหลักสำหรับแล็ปท็อป แท็บเล็ต และสมาร์ทโฟน

USB ได้ผ่านการปรับปรุงหลายครั้ง (ดูตารางที่ 1) ซึ่งแต่ละครั้งจะปรับปรุงวิธีการเชื่อมต่อสายเคเบิล สื่อสาร และส่งพลังงานไปยังคอมพิวเตอร์ อุปกรณ์พกพา และอุปกรณ์ต่อพ่วง มาตรฐาน USB4 ล่าสุด เช่นเดียวกับรุ่นก่อนหน้า แสดงถึงก้าวกระโดดครั้งสำคัญในด้านความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูล ความละเอียดวิดีโอ และความสามารถในการจ่ายไฟ

อุปกรณ์สมัยใหม่มักจะมีพอร์ต USB อย่างน้อยสามประเภทที่แตกต่างกัน ในบรรดาเหล่านี้ USB-C ได้รับความโดดเด่นในอุปกรณ์ใหม่กว่าเนื่องจากขนาดที่กะทัดรัด อัตราการถ่ายโอนข้อมูลที่รวดเร็ว และความสามารถในการจ่ายไฟได้สูงสุด 240W สาย USB-C ยังรองรับการส่งสัญญาณวิดีโอ 4K และ 8K ความละเอียดสูง ในขณะที่ทำงานคล้ายกัน พอร์ต Lightning ใช้การออกแบบตัวเชื่อมต่อที่แตกต่างกัน

การออกแบบตัวเชื่อมต่อ USB-C มีบทบาทสำคัญในความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูล ตัวเชื่อมต่อ USB Type-C แต่ละตัวมีพินสี่คู่ (เรียกว่า "เลน") ที่ทุ่มเทให้กับการส่ง (TX) และรับ (RX) ข้อมูล USB 3.0 (5 Gbps) และ USB 3.1 (10 Gbps) ใช้เลน TX หนึ่งเลนและ RX หนึ่งเลน โดยการวางแนวจะเป็นตัวกำหนดว่าเลนใดทำงานอยู่ USB 3.2 ใช้เลนทั้งสี่เลนเพื่อให้ได้ความเร็ว 20 Gbps

การตั้งชื่อ USB 3.2 ในปัจจุบันรวมความเร็วเข้ากับจำนวนเลน ตัวอย่างเช่น USB 3.2 Gen 1×2 หมายถึง 5 Gbps × 2 เลนสำหรับความเร็วรวม 10 Gbps ทั้ง USB4 Gen 2×2 (วางตลาดเป็น USB4 20Gbps) และ USB 3.2 Gen 2×2 ให้การเชื่อมต่อ 20 Gbps USB4 Gen 3×2 (USB4 40Gbps) ใช้รูปแบบการเข้ารหัสข้อมูลที่แตกต่างกันเพื่อให้ได้ 20 Gbps ต่อเลน รวมเป็น 40 Gbps ในโหมดดูอัลเลน

USB4 (อย่างเป็นทางการโดยไม่มีช่องว่าง) แสดงถึงการอัปเดตครั้งใหญ่ที่ไม่เพียงแต่นำเสนอความสามารถใหม่ๆ เท่านั้น แต่ยังแก้ไขรูปแบบการตั้งชื่อ USB 3.x ที่สับสน ในขณะเดียวกันก็มอบประสบการณ์การใช้งานที่คาดเดาได้มากขึ้น โปรโตคอล USB4 กำหนดให้ใช้สาย USB-C เป็น USB-C

การถ่ายโอนข้อมูล 40Gbps: อุปกรณ์ USB4 ต้องรองรับ 20 Gbps (2.4 GB/s) พร้อมรองรับ 40 Gbps (4.8 GB/s) เมื่อใช้สาย Gen 3 ที่สั้นกว่า 0.8 เมตร

โปรโตคอลข้อมูลและการแสดงผลหลายรายการ: USB4 ใช้การทำอุโมงค์โปรโตคอลเพื่อรองรับ USB 3.2, PCIe และ DisplayPort 1.4a ความเข้ากันได้ของ DisplayPort และ Thunderbolt 3 ยังคงอยู่ผ่าน Alt Mode

ความเข้ากันได้แบบย้อนหลัง: USB4 ยังคงเข้ากันได้กับมาตรฐาน USB 3.2, USB 2.0 และ Thunderbolt 3 ผ่าน TB3 Alt Mode

การจัดสรรแบนด์วิดท์แบบไดนามิก: ซึ่งแตกต่างจากการจัดสรรแบนด์วิดท์แบบคงที่ของ USB 3.2 (หรือแบนด์วิดท์วิดีโอ 100% ใน DP Alt Mode) USB4 จะกระจายแบนด์วิดท์ระหว่างวิดีโอและข้อมูลแบบไดนามิกตามความต้องการแบบเรียลไทม์

การชาร์จ 100W: อุปกรณ์ USB4 ทั้งหมดรองรับ USB Power Delivery (USB PD) โดยเจรจาสัญญาพลังงานสูงสุด 100W (5A/20V) เมื่อเชื่อมต่อกับพอร์ต USB4

ผลิตภัณฑ์ที่เข้ากันได้กับ Thunderbolt™ 3 กำลังเข้าสู่ตลาดแล้ว โดยให้การจ่ายไฟเป็นสี่เท่าและความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลแบบสองทิศทางของ USB 3.2 Gen 2 ในขณะที่สร้างความเป็นไปได้ในการประมวลผลที่ไม่เคยมีมาก่อนสำหรับอุปกรณ์ส่วนบุคคล

USB-C ได้รับการออกแบบมาสำหรับอุปกรณ์ที่บางและเบากว่า ทำงานได้ดีพอๆ กันในสมาร์ทโฟน แท็บเล็ต และแล็ปท็อป แล็ปท็อปสมัยใหม่หลายเครื่องได้กำจัดพอร์ต USB-A และ RJ45 Ethernet ออกไปทั้งหมด โดยอาศัย USB-C เพียงอย่างเดียวสำหรับวิดีโอ เครือข่าย การถ่ายโอนข้อมูล และการชาร์จ การเปลี่ยนแปลงนี้ได้กระตุ้นให้มีการนำ USB-C มาใช้เป็นตัวเชื่อมต่อแหล่งสัญญาณมาตรฐานสำหรับโปรโตคอล Thunderbolt™ 3, DisplayPort, MHL และ HDMI

ข้อกำหนด USB-C Type 2.1 (เผยแพร่เมื่อเดือนพฤษภาคม 2021) เพิ่มความจุพลังงานของสายเคเบิลและตัวเชื่อมต่อจาก 100W เป็น 240W ทำให้สามารถจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานสูง เช่น จอภาพ 4K, e-bike และแล็ปท็อปสำหรับเล่นเกม

ในขณะที่โดยพื้นฐานแล้วเป็นโปรโตคอลการสื่อสารระหว่างโฮสต์และอุปกรณ์ต่อพ่วง USB ได้พัฒนาเป็นอินเทอร์เฟซแบบมัลติฟังก์ชัน อุปกรณ์สมัยใหม่อาจรองรับคุณสมบัติขั้นสูงเหล่านี้อย่างน้อยหนึ่งอย่าง:

สาย USB-C เส้นเดียวสามารถจ่ายไฟได้เพียงพอเพื่อกำจัดอะแดปเตอร์แยกต่างหากสำหรับอุปกรณ์ต่อพ่วงที่ต้องการพลังงานสูง เช่น ฮาร์ดไดรฟ์ภายนอก โปรดทราบว่าอุปกรณ์หรือพอร์ตบางรายการไม่รองรับ USB Power Delivery—โปรดดูข้อมูลจำเพาะของผลิตภัณฑ์เพื่อดูรายละเอียดความเข้ากันได้

ข้อกำหนด BC 1.2 ได้แนะนำพอร์ตชาร์จเฉพาะที่ช่วยให้การชาร์จเร็วขึ้นและปลอดภัยยิ่งขึ้น ในขณะที่พอร์ต USB 2.0 และ 3.0 มาตรฐานให้ 500mA และ 900mA ตามลำดับ พอร์ตที่สอดคล้องกับ BC 1.2 ให้สูงสุด 1.5A—แม้ในระหว่างการถ่ายโอนข้อมูล—และอนุญาตให้อุปกรณ์สื่อสารความต้องการพลังงานเพื่อการชาร์จที่เหมาะสมที่สุด

คุณสมบัตินี้ช่วยให้อุปกรณ์พกพาสามารถทำงานเป็นโฮสต์สำหรับอุปกรณ์ต่อพ่วง เช่น แฟลชไดรฟ์ คีย์บอร์ด และเมาส์ อุปกรณ์ที่สอดคล้องกับ OTG ต้องใช้อะแดปเตอร์สำหรับการเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงในขณะที่ยังคงความสามารถในการทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลจำนวนมากที่เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์

ตัวเชื่อมต่อและสาย USB-C สามารถส่งข้อมูล USB พร้อมกันกับสัญญาณวิดีโอ/เสียง VGA, DVI, HDMI หรือ DisplayPort อะแดปเตอร์ช่วยให้สามารถเชื่อมต่อ DisplayPort ผ่าน USB-C กับจอแสดงผลประเภทต่างๆ ได้โดยไม่ต้องใช้ไดรเวอร์เพิ่มเติม

เทคโนโลยีนี้รองรับเอาต์พุตวิดีโอ 4K พร้อมกันไปยังจอภาพ DisplayPort สองจอ—เหมาะสำหรับป้ายดิจิทัลและการใช้งานเล่นเกมประสิทธิภาพสูง

ด็อค USB หรือ Thunderbolt™ 3 ขนาดกะทัดรัดเท่าสมาร์ทโฟนสามารถปรับปรุงการเชื่อมต่อสำหรับ MacBook และแล็ปท็อป ด็อค Thunderbolt™ 3 ล่าสุดมีความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลแบบสองทิศทางที่น่าทึ่ง 40 Gbps สำหรับการถ่ายโอนไฟล์ขนาดใหญ่ที่รวดเร็ว การเชื่อมต่ออีเธอร์เน็ตแบบมีสายในพื้นที่ที่ขาด Wi-Fi และวิดีโอ 4K แบบดูอัลมอนิเตอร์พร้อมรองรับเสียงดิจิทัล