USB 4 소개

USB 4 소개

USB4는 USB4 규격에 명시된 USB 시스템입니다. USB 개발자 포럼은 2019년 8월 29일에 버전 1.0을 발표했습니다. USB4의 정식 명칭은 Universal Serial Bus Generation 4입니다. 이는 인텔과 애플이 공동 개발한 데이터 전송 기술인 "썬더볼트 3"을 기반으로 합니다. USB4의 데이터 전송 속도는 최대 40Gbps에 달하며, 이는 최근 출시된 USB 3.2(Gen2×2)보다 두 배 빠른 속도입니다.

이전 USB 프로토콜 표준과 달리 USB4는 USB-C 커넥터를 필요로 하며 전원 공급을 위해 USB PD를 지원해야 합니다. USB 3.2와 비교했을 때, DisplayPort 및 PCI Express 터널 생성을 허용합니다. 이 아키텍처는 여러 단말 장치 유형이 단일 고속 링크를 동적으로 공유하는 방식을 정의하며, 데이터 유형 및 응용 분야에 따라 데이터 전송을 최적으로 처리할 수 있습니다. USB4 제품은 20Gbps의 처리량을 지원해야 하며 최대 40Gbps까지 지원할 수 있습니다. 그러나 터널 전송으로 인해 혼합 데이터를 전송할 경우, 20Gbps의 속도로 전송하더라도 실제 데이터 전송 속도는 USB 3.2(USB 3.1 Gen 2)보다 높을 수 있습니다.

USB4는 20Gbps와 40Gbps 두 가지 버전으로 나뉩니다. 시중에 판매되는 USB4 인터페이스 기기는 썬더볼트 3의 40Gbps 속도 또는 그보다 낮은 20Gbps 속도를 제공할 수 있습니다. 최고 전송 속도인 40Gbps를 지원하는 기기를 구매하려면 구매 전에 사양을 확인하는 것이 좋습니다. 고속 데이터 전송이 필요한 환경에서는 40Gbps 속도를 구현하는 데 핵심적인 역할을 하는 USB 3.1 C to C 케이블을 제대로 선택하는 것이 매우 중요합니다.

많은 사람들이 USB4와 썬더볼트 4의 관계에 대해 혼란스러워합니다. 사실 썬더볼트 4와 USB4는 모두 썬더볼트 3의 기본 프로토콜을 기반으로 만들어졌습니다. 두 기술은 서로를 보완하며 호환됩니다. 인터페이스는 모두 USB Type-C이며, 최대 속도는 둘 다 40Gbps입니다.

우선, 여기서 말하는 USB4 케이블은 USB 전송 표준을 의미하며, 이는 USB 전송의 성능과 효율성에 관련된 프로토콜 사양입니다. USB4는 이 사양의 "4세대"라고 이해할 수 있습니다.

USB 전송 프로토콜은 1994년 Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC, Nortel 등 여러 회사가 공동으로 제안하고 개발했습니다. 1994년 11월 11일 USB V0.7 버전으로 출시되었습니다. 이후 이들 회사는 1995년 USB를 홍보하고 지원하기 위한 비영리 단체인 USB Implementers Forum(현재 USB-IF로 알려져 있으며, USB-IF는 USB 표준화 기구입니다)을 설립했습니다.

1996년 USB-IF는 USB 1.0 규격을 공식 제안했습니다. 그러나 USB 1.0의 전송 속도는 1.5Mbps에 불과했고, 최대 출력 전류는 5V/500mA였으며, 당시 USB를 지원하는 주변기기가 매우 적었기 때문에 메인보드 제조사들은 메인보드에 USB 인터페이스를 직접 설계하는 경우가 드물었습니다.

▲USB 1.0

1998년 9월, USB-IF는 USB 1.1 규격을 발표했습니다. 이 규격에서 전송 속도는 12Mbps로 향상되었고, USB 1.0의 일부 기술적 세부 사항이 수정되었습니다. 최대 출력 전류는 5V/500mA로 유지되었습니다.

2000년 4월, 전송 속도가 480Mbps(초당 60MB)에 달하는 USB 2.0 표준이 도입되었습니다. 이는 USB 1.1보다 40배 빠른 속도입니다. 최대 출력 전류는 5V/500mA이며, 4핀 방식을 채택했습니다. USB 2.0은 오늘날까지도 널리 사용되고 있으며, 가장 오랫동안 사용된 USB 표준이라고 할 수 있습니다.

USB-IF는 USB 2.0부터 명칭 변경에 있어 "독보적인 재능"을 보여주었습니다.

2003년 6월, USB-IF는 USB 사양 및 표준의 명칭을 변경하여 USB 1.0을 USB 2.0 저속 버전으로, USB 1.1을 USB 2.0 고속 버전으로, USB 2.0을 USB 2.0 고속 버전으로 변경했습니다.

하지만 당시에는 USB 1.0과 1.1이 사실상 역사 속으로 사라졌기 때문에 이러한 변화는 현재 상황에 거의 영향을 미치지 않았습니다.

2008년 11월, 인텔, 마이크로소프트, HP, 텍사스 인스트루먼트, NEC, ST-NXP 등 업계 거물들로 구성된 USB 3.0 추진 그룹은 USB 3.0 표준 개발을 완료하고 공식 발표했습니다. 공식 명칭은 "슈퍼스피드(SuperSpeed)"였습니다. USB 추진 그룹은 USB 시리즈 표준의 개발 및 제정을 주로 담당하며, 향후 표준 관리는 USB-IF에 인계될 예정입니다.

USB 3.0의 최대 전송 속도는 5.0Gbps(초당 640MB)입니다. 최대 출력 전류는 5V/900mA입니다. USB 2.0과 완벽하게 호환되며, 전이중 데이터 전송(즉, USB 2.0이 반이중 방식인 반면 USB 3.0은 데이터를 동시에 수신하고 전송할 수 있음)을 지원할 뿐만 아니라 향상된 전력 관리 기능 및 기타 기능을 제공합니다.

USB 3.0은 9핀 설계를 채택하고 있습니다. 처음 4개 핀은 USB 2.0과 동일하고, 나머지 5개 핀은 USB 3.0 전용으로 설계되었습니다. 따라서 핀 배열을 통해 USB 2.0인지 USB 3.0인지 구분할 수 있습니다.

2013년 7월에는 10Gbps(1280MB/s)의 전송 속도를 자랑하는 SuperSpeed+라고 불리는 USB 3.1이 출시되었으며, 최대 허용 전원 공급 전압이 20V/5A(100W)로 높아졌습니다.

USB 3.0에 비해 USB 3.1의 업그레이드는 매우 분명했습니다. 그러나 얼마 지나지 않아 USB-IF는 USB 3.0을 USB 3.1 Gen1으로, USB 3.1을 USB 3.1 Gen2로 명칭을 변경했습니다.

이러한 명칭 변경은 소비자들에게 혼란을 야기했습니다. 일부 비양심적인 판매업자들이 제품 포장에 USB 3.1 지원 여부만 표기하고 1세대인지 2세대인지 명확히 밝히지 않았기 때문입니다. 실제로 두 버전의 데이터 전송 성능은 상당히 다르므로 소비자들이 혼동할 수 있습니다. 따라서 이러한 명칭 변경은 대다수 소비자에게 부정적인 영향을 미쳤습니다.

2017년 9월, USB 3.2가 출시되었습니다. USB Type-C는 듀얼 10Gbps 채널을 지원하여 최대 20Gb/s(2500MB/s)의 데이터 전송 속도를 제공하며, 최대 출력 전류는 20V/5A로 동일합니다. 그 외 몇 가지 사항은 소폭 개선되었습니다.

▲USB 이름 변경 과정

하지만 2019년에 USB-IF는 또 다른 명칭 변경을 단행했습니다. USB 3.1 Gen1(기존 USB 3.0)을 USB 3.2 Gen1으로, USB 3.1 Gen2(기존 USB 3.1)를 USB 3.2 Gen2로, 그리고 USB 3.2를 USB 3.2 Gen 2×2로 개명했습니다.

현재와 ​​미래: USB4의 도약

이제 USB4에 도달했으니, 이 새로운 프로토콜 표준의 업그레이드 및 개선 사항을 살펴보겠습니다. 무엇보다도, "3"에서 "4"로의 세대 간 업그레이드인 만큼, 개선 사항은 상당할 것입니다.

지금까지 수집한 모든 정보를 바탕으로 USB4의 새로운 기능은 다음과 같이 요약됩니다.

1. 최대 전송 속도 40Gbps:

듀얼 채널 전송을 통해 USB4의 이론상 최대 전송 속도는 40Gbps에 도달할 수 있으며, 이는 썬더볼트 3(이하 "썬더볼트 3")과 동일한 속도입니다.

실제로 USB4는 10Gbps, 20Gbps, 40Gbps의 세 가지 전송 속도를 제공합니다. 따라서 최고 전송 속도인 40Gbps를 지원하는 기기를 구매하려면 구매 전에 사양을 확인하는 것이 좋습니다.

2. 썬더볼트 3 인터페이스와 호환됩니다.

일부(전부는 아님) USB4 장치는 썬더볼트 3 인터페이스와도 호환될 수 있습니다. 즉, 기기에 USB4 인터페이스가 있는 경우 썬더볼트 3 장치를 외부에서 연결할 수 있습니다. 하지만 이는 필수 사항은 아니며, 호환 여부는 기기 제조업체에 따라 다릅니다.

3. 동적 대역폭 자원 할당 기능:

USB 4 포트를 사용하여 디스플레이를 연결하고 데이터를 전송하는 두 가지 작업을 동시에 수행하면, 포트는 상황에 따라 적절한 대역폭을 할당합니다. 예를 들어, 1080p 디스플레이를 구동하는 데 필요한 대역폭이 20%에 불과하다면, 나머지 80%는 다른 작업에 사용할 수 있습니다. 이는 USB 3.2 이전 버전에서는 불가능했던 기능입니다. 그 이전에는 USB의 작동 모드가 순차적으로 전환되는 방식이었습니다.

4. USB4 장치는 모두 USB PD를 지원합니다.

USB PD는 USB Power Delivery(USB 전력 전송)의 약자로, 현재 널리 사용되는 고속 충전 프로토콜 중 하나입니다. USB-IF에서 제정한 이 규격은 더 높은 전압과 전류를 구현할 수 있으며, 최대 100W의 전력을 전송할 수 있고, 전력 전송 방향을 자유롭게 변경할 수 있습니다.

USB-IF 규정에 따르면 현재 USB PD 충전 인터페이스의 표준 형태는 USB Type-C여야 합니다. USB Type-C 인터페이스에는 PD 통신 구성 채널에 사용되는 CC1과 CC2라는 두 개의 핀이 있습니다.

5. USB Type-C 인터페이스만 사용할 수 있습니다.

위의 특징을 통해 USB4는 USB Type-C 커넥터를 통해서만 작동한다는 것을 알 수 있습니다. 실제로 USB PD뿐만 아니라 USB-IF의 다른 최신 표준들도 Type-C에서만 적용됩니다.

6. 이전 프로토콜과 하위 호환성을 유지할 수 있습니다.

USB4는 USB 3 및 USB 2 장치 및 포트와 함께 사용할 수 있습니다. 즉, 이전 프로토콜 표준과 하위 호환됩니다. 하지만 USB 1.0 및 1.1은 지원하지 않습니다. 현재 이 프로토콜을 사용하는 인터페이스는 시장에서 거의 사라졌습니다.

물론 USB4 장치를 USB 3.2 포트에 연결하면 40Gbps의 속도로 데이터를 전송할 수 없습니다. 또한 구형 USB 2 인터페이스가 USB4 인터페이스에 연결된다고 해서 속도가 빨라지는 것도 아닙니다.