Por que o USB 3.1 usa apenas duas das quatro linhas de dados disponíveis?

Observando as especificações do USB-C, percebo que existem quatro pares diferenciais SuperSpeed para transferência de dados, como pode ser visto em https://en.wikipedia.org/wiki/USB-C#Specifications . O artigo da Wikipedia também diz que apenas dois desses pares são usados no modo USB 3.1, o que acho muito estranho.

Nesta pergunta ( por que o Thunderbolt 3 no fio de cobre é mais rápido que o USB 3.1? ) Que perguntei recentemente, Ali Chen respondeu que o Thunderbolt 3 no USB-C usa esses dois pares, mas o USB 3.1 não. Eu sei que é possível executar o Thunderbolt 3 em qualquer cabo USB-C de alta qualidade, para que eles tenham todos os fios necessários. Por que o USB 3.1 padrão sobre o Tipo C não usa os dois pares para duplicar a transferência de dados?

— brendon-ai
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USB é comunicação serial. Se multiplexado como um raio, não será mais verdade no protocolo. Simplificando, o USB 3.1 é um protocolo / especificação e o USB tipo C é uma especificação de cabeamento destinada a suportar "modos alternativos" que fazem uso desses pares.

— BrianC 26/05

@ BrianC Ok, isso confirma o que eu pensava. Obrigado!

— Brendon-ai 26/05

Perguntas "por que" são difíceis de responder e geralmente fora de tópico. Nesse caso, não podemos dizer "por que" porque não apresentamos a especificação. Podemos fornecer palpites, mas provavelmente não teremos uma maneira de saber se nosso palpite é realmente a verdadeira resposta. Além disso, qualquer "resposta" selecionada será apenas a resposta que melhor se encaixa nas opiniões dos OPs, ou que melhor argumenta em sua própria defesa. Nenhum desses critérios envolve encontrar uma resposta que resolva um problema raiz.

— Music2myear

Você pode executar o TB apenas através de um cabo Tipo C do tipo C completo, e não em nenhum cabo. O padrão do conector Tipo C define 15 tipos diferentes de conjuntos de cabos (costumava haver 18 tipos, mas depois o conjunto foi reduzido para 15).

— Ale..chenski

Votar para reabrir porque a resposta de Spiff parece certa.

— Psusi 27/05

Respostas:

O USB 3.1 Gen 2 (SuperSpeed +, 10 Gbps) foi projetado para funcionar com os cabos USB 3.0 existentes (aqueles com os 5 contatos extras), bem como com os cabos USB Tipo C.

Como os cabos USB 3.0 existentes (aqueles com conectores Tipo A e B, bem como as variantes micro A e B) contêm apenas um par de pares de super velocidade (par Tx e par Rx), o USB 3.1 Gen 2 poderia apenas use esse par de pares e ainda trabalhe com os cabos USB 3.0 existentes. Portanto, mesmo quando você executa o USB 3.1 Gen 2 em um cabo com conectores Tipo C, ele usa apenas um par de pares super-rápidos. Isso também possibilita a instalação de cabos compatíveis com USB 3.0 / 3.1 com um conector Tipo C em uma extremidade e os conectores Tipo A, B, micro A ou micro B anteriores ao estilo USB 3.0 na outra extremidade.

Agora você pode fazer uma pergunta posterior: "Por que o Fórum de Implementadores USB (USB-IF, o consórcio de padrões USB) definiu um sabor ainda mais rápido que 10 Gbps do protocolo USB, que usa ambas as super-velocidades pares de pares no conector Tipo C? " Essa é uma pergunta válida, mas não estou disposto a especular. Certamente teria sido um afastamento maior dos projetos USB PHY anteriores, pois haveria dois fluxos de dados de envio e recebimento separados que precisariam ser coordenados. Com efeito, seria um tipo de interface paralela, enquanto o USB tradicionalmente é nominalmente serial.

A maneira como você fez sua pergunta expôs alguns possíveis mal-entendidos que gostaria de abordar aqui:

Eu sei que é possível executar o Thunderbolt 3 em qualquer cabo USB-C de alta qualidade

Isso não é bem verdade. Existem muitos cabos compatíveis com USB Tipo C de alta qualidade que não são adequados para o Thunderbolt 3. O Thunderbolt 3 é limitado a comprimentos de cabo de ≤ 0,5 m se você tiver um cabo passivo. Para ir mais além do que isso (como 2m), você precisa de um cabo ativo mais caro (um cabo com chips IC especiais para auxiliar no manuseio do sinal).

Por que o USB-C padrão não usa os dois pares

USB-C não é um protocolo. USB Tipo C é o nome de uma especificação de conector e cabeamento; não é o nome dos protocolos usados nesses conectores e cabos. Ao fazer protocolos USB através de cabos Tipo C, você usa USB 3.1 Gen 2 (10Gbps "SuperSpeed +") ou versões anteriores do USB.

— Spiff
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"O Thunderbolt 3 é limitado a comprimentos de cabo ≤ 0,5 m se você tiver um cabo passivo." - isso também não é verdade. O comprimento do link é limitado pela qualidade do cabo, pela atenuação do sinal na frequência Nyquist. Se você conseguir fabricar um cabo a partir de, digamos, algum Teflon de baixa densidade com fios prateados e trança de blindagem, todos altamente uniformes, poderá ter uma comunicação sem erros através de cabos muito mais longos sem nenhum re-driver ativo, desde que você conhece o diagrama ocular remoto e a banheira instável.

— Ale..chenski 27/05

Peço desculpas. Estou ciente de que o USB-C é um cabo, não um protocolo. Editado.

— Brendon-ai 27/05

Na verdade, a especificação de interconexão do tipo C define muitos protocolos. Uma é para os pull-ups / pull-downs básicos nos pinos CC para determinar o papel da porta, host ou dispositivo ou outra conectividade auxiliar (depuração, áudio, vídeo). Para portas de função dupla, existe outro protocolo de flip-flop. A interação do marcador eletrônico sobre o CC também deve seguir um protocolo muito específico. Basta olhar para a Seção 4.5.2 das especificações do Tipo C e estudar os diagramas de máquinas de estado bastante sofisticados nas Figuras 4-12, -13, -14, -15, -16, etc. Ou descrição verbal dos protocolos de interoperabilidade na Seção 4.3.

— Ale..chenski 28/05

Apenas dois meses após a resposta, foi anunciado o USB 3.2, que pode realmente usar ambas as faixas nos cabos USB-C existentes - para 10 / 20gbps (gen1 / gen2) de velocidade, então o dobro da velocidade do USB 3.1: en.wikipedia.org/ wiki / USB_3.0 # 3.2 Os controladores reais podem estar disponíveis em breve: anandtech.com/show/14430/…

— user1531083

O USB 3.1 usa uma pista (par Tx e par Rx) porque é padrão USB, para usar apenas um Rx + Tx. Todos os conectores USB originais (A, B, microAB) possuem apenas um par de contatos SS (SuperSpeed), e toda a arquitetura de hardware USB concentra-se apenas em um design de faixa única.

Para usar mais faixas em paralelo, deve haver elementos arquiteturais adicionais no canal de dados de hardware sobre como lidar com a sincronização de faixas e outros problemas associados ao gerenciamento individual da camada de links, trocas de créditos de buffer e recuperação de erros, treinamento de links e otimização elétrica de canais individuais. Depois de fazer tudo isso, ele se transforma em "Thunderbolt". Ou algo como MIPI .

O conector Tipo C é um novo padrão para o CONNECTOR, que deveria ter uma aplicabilidade mais ampla do que apenas o USB. A necessidade do Tipo C foi em grande parte motivada pelo design do sistema, para se ajustar aos fatores de forma menores dos eletrônicos portáteis. Em certo sentido, isso não tem nada a ver com USB, e sua solicitação para reutilizar todas as faixas de super velocidade disponíveis para alterar a arquitetura USB padrão é infundada.

— Ale..chenski
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Uma coisa que me interessa ... se o USB 3.1 usa apenas um par Tx-Rx, por que eles não executam mais sinais USB nos demais? Mesmo com dois para DisplayPort como no "modo misto", você pode ter dois barramentos independentes de 5 gbps para dois SSDs SATA ou algo assim. Não há necessidade de sincronizá-los.

— chx 9/10

@chx, o uso opcional do segundo par de Tx + Rx foi introduzido nas especificações do USB 3.2.

— 21418 Alemanchenski