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USB帶寬科普

廣東萬連科技有限公司 ? 2023-06-08 10:34 ? 次閱讀

帶寬:簡單講就是我們修的高速公路,如果一車道就是一個帶寬,如果幾車道,就乘以相對應的車道,得出來就是可以跑的帶寬,專業的書本上一般都這么寫,信道可以不失真地傳輸信號的頻率范圍,為不同應用而設計的傳輸媒體具有不同的信道質量,所支持的帶寬有所不同,信道容量:信道在單位時間內可以傳輸的最大信號量,表示信道的傳輸能力,信道容量有時也表示為單位時間內可傳輸的二進制位的位數(稱信道的數據傳輸速率,位速率),以位/秒(b/s)形式予以表示,簡記為bps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。7cc019d8-0013-11ee-ba01-dac502259ad0.jpg

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。總之,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。7cd3a85e-0013-11ee-ba01-dac502259ad0.jpg

帶寬和傳輸速率

舉例:雖然USB 3.1標稱的接口理論速率是10Gbps,但是其還保留了部分帶寬用以支持其他功能,因此其實際的有效帶寬大約為7.2Gbps,理論傳輸速度應該可以達到900MB/s,目前業界普遍認為,現在的USB 3.1接口還有很大的提升空間,至少應該達到800MB/s的水平,以下是廠家實測的參數.(紅色字體多看幾遍,其實就是作文的中心思想,以后出去吹牛就想到這個紅色的字體)

7cf36022-0013-11ee-ba01-dac502259ad0.jpg

從上圖測試結果來看,USB 3.1接口的實際性能要比USB 3.0高出不少,連續讀寫速度在500MB/s到600MB/s左右,最高成績甚至可以突破700MB/s,而USB 3.0接口方面,其連續讀寫速率大概在300MB/s到400MB/s左右.

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