3x usb power что это
Материнские платы компании Gigabyte уже давно пользуются заслуженным вниманием пользователей. В ассортименте производителя присутствует большое количество моделей для различных ценовых диапазонов, предназначенных для всех современных процессоров Intel и AMD. Первые платы на основе новейшего набора логики Intel P55 Express Gigabyte представила еще в начале сентября. Одиннадцать материнских плат для процессоров Intel Lynnfield с поддержкой фирменных технологий Gigabyte предлагали пользователям широкие возможности для сборки современных и производительных ПК. Но в конце ноября Gigabyte представила новую серию материнских плат под названием "333". Всю серьезность данного анонса подчеркнула и специальная презентация для европейской прессы, которая была проведена в Риме несколько дней назад.
USB Type-C и туннелирование
Скорость передачи данных стандарта USB 3.1 позволяет не только подключать накопители и периферию, заряжать ноутбук от сети через Type-C-кабель, но и подключить, скажем… монитор. Одним проводом. И USB hub с несколькими 2.0-портами внутри монитора. 100 Вт питания, скорость, сравнимая с DisplayPort и HDMI, универсальный разъём и всего один проводок от ноутбука к монитору, блок питания которого и дисплей обеспечит электричеством, и ноутбук зарядит. Разве это не прекрасно?
Коротко о главном
USB как стандарт появился почти двадцать лет назад. Первые спецификации на USB 1.0 появились в 1994 году и решали три ключевых проблемы: унификацию разъёма, по которому подключалось расширяющее функции ПК оборудования, простоту для пользователя, высокую скорость передачи данных на устройство и с него.
Не смотря на определённые преимущества USB-подключения перед PS/2, COM и LPT-портами, популярность пришла к нему не сразу. Взрывной рост USB испытал в начале двухтысячных: сначала к нему подключались камеры, сканеры и принтеры, затем флеш-накопители.
В 2001 году появились первые коммерческие реализации того USB, который нам привычен и понятен: версии 2.0. Им мы пользуемся вот уже 14-й год и устроен он сравнительно просто.
USB 2.0
Любой кабель USB версии 2.0 и ниже имеет внутри 4 медных проводника. По двум из них передаётся питание, по двум другим — данные. Кабели USB (по стандарту) строго ориентированы: один из концов должен подключаться к хосту (то есть системе, которая будет управлять соединением) и называется он Type-A, другой — к устройству, он называется Type-B. Разумеется, иногда в устройствах (таких, как флешки) кабеля нет вообще, разъём типа «к хосту» располагается прямо на плате.
На стороне хоста существует специальный чип: контроллер USB (в настольных компьютерах он может быть как частью системной логики, так и вынесен в качестве внешней микросхемы). Именно он инициализирует работу шины, определяет скорость подключения, порядок и расписание движения пакетов данных, но это всё детали. Нас больше всего интересуют разъёмы и коннекторы классического USB-формата.
Самый популярный разъём, которым все пользовались — USB Type-A классического размера: он расположен на флешках, USB-модемах, на концах проводов мышей и клавиатур. Чуть реже встречаются полноразмерные USB Type-B: обычно таким кабелем подключаются принтеры и сканеры. Мини-версия USB Type-B до сих пор часто используется в кардридерах, цифровых камерах, USB-хабах. Микро-версия Type-B стараниями европейских стандартизаторов стала де-факто самым популярным разъёмом в мире: все актуальные мобильники, смартфоны и планшеты (кроме продукции одной фруктовой компании) выпускаются именно с разъёмом USB Type-B Micro.
Ну а USB Type-A микро и миниформата наверное никто толком и не видел. Лично я навскидку не назову ни одного устройства с такими разъёмами. Даже фотографии пришлось из википедии доставать:
Все эти разъёмы объединяет одна простая вещь: внутри находится четыре контактных площадки, которые обеспечивают подключаемое устройство и питанием, и связью:
Номер контакта | 4 | 3 | 2 | 1 |
Обозначение | GND | D+ | D- | VBUS |
Цвет провода | Чёрный | Зелёный | Белый | Красный |
С USB 2.0 всё более-менее понятно. Проблема стандарта заключалась в том, что двух проводников для передачи данных мало, да и разработанные в середине первого десятилетия спецификации не предусматривали передачу больших токов по цепям питания. Сильнее всего от подобных ограничений страдали внешние жёсткие диски.
Ассортимент материнских плат Gigabyte серии "333"
Платформа Intel
Компания Gigabyte предлагает восемь системных плат для процессоров Intel, семь из которых основаны на чипсете Intel P55 Express, и одна - на чипсете Intel X58.
Топовая плата GA-X58A-UD7 на базе чипсета X58 поддерживает процессоры Intel Core i7 в исполнении LGA 1366, до 24 Гб памяти DDR3 2200/1333/1066/800 МГц. Благодаря четырем слотам PCI-Express x16 (два из них работают режиме x8) плата поддерживает возможность работы с несколькими видеокартами, объединенными по технологии CrossFireX или 3 way NVIDIA SLI. Полные технические характеристики можно посмотреть на сайте производителя.
Список плат на базе чипсета P55 возглавляет плата Gigabyte GA-P55A-UD6. Она поддерживает процессоры Intel Core i5/ Core i7 в исполнении LGA 1156. Максимальный поддерживаемый объем оперативной памяти равен 16 Гб, возможна работа модулей DDR3 с частотами 2600+/2200/1600/1333/1066/800 МГц. Со спецификациями платы можно ознакомиться здесь.
Не забыты компанией Gigabyte и любители конкурирующей платформы. В настоящий момент производитель имеет в своем портфолио три системные платы серии "333" для чипов AMD: GA-790FXTA-UD5, GA-790FXTA-UD4 и GA-770TA-UD3.
Флагманская плата GA-790FXTA-UD5 основана на чипсете AMD 790FX+SB750, поддерживает процессоры AMD Phenom II / AMD Athlon II в исполнении Socket AM3, и работает с модулями оперативной памяти DDR3 1866/1333/1066 МГц, максимальный объем ограничен 16 Гб. Благодаря трем слотам PCI-E 2.0 x16 с поддержкой ATI CrossFireX геймеры могут собрать достаточно производительную систему для самых современных игр. Остальные характеристики платы можно посмотреть на сайте компании.
Напоследок - несколько слов о славном городе Риме, в котором и проводилась презентация новейших материнских плат Gigabyte. К сожалению, из-за сжатых сроков посмотреть достопримечательности, коих здесь просто огромное множество, практически не удалось. Но даже обычная прогулка по узким улочкам Рима доставила колоссальное удовольствие, особенно если учесть комфортную и теплую погоду, которая стоит в это время в Италии. В солнечные дни температура воздуха достигала 20 градусов - это, по российским меркам, настоящее лето.
Приятным сюрпризом стала поездка на настоящую винодельню. Вид десятков гектаров виноградников действительно впечатляет! После проведения дегустации волшебного напитка, все желающие могли приобрести молодое вино по очень демократичной цене - всего 2 евро за литр.
Интерфейс USB Type-C все чаще применяется для передачи данных, подключения мониторов и подзарядки мобильных устройств. Благодаря широкой функциональности и компактному размеру он получил распространение во множестве цифровых устройств, включая смартфоны, планшеты и ноутбуки.
Gigabyte 333 Onboard Acceleration
Три тройки в названии линейки системных плат объясняются очень просто, это поддержка трех ключевых технологий - USB 3.0, Serial ATA 3.0 и функция 3х USB Power Boost. Если с первыми двумя все более-менее понятно, то третья технология требует пояснения. Благодаря данной функции, USB-порты в новых платах могут предоставлять подключаемым устройствам втрое больший запас по силе тока. Если в обычных материнских платах максимальная допустимая сила тока USB-порта ограничена величиной 500 мА, то в платах Gigabyte 333 этот показатель составляет 1500 мА. Расскажем о каждой из трех технологий немного подробнее.
USB 3.0
Более двух лет прошло с момента анонса стандарта USB 3.0 на форуме IDF 2007, а первые устройства с его поддержкой начинают появляться на рынке только сейчас. Чем же хороша новая версия стандарта, и почему нужна замена привычному USB 2.0? Посмотрите на иллюстрацию ниже.
Скорость передачи данных - вот главное преимущество USB 3.0, который недаром называют еще и SuperSpeed USB. Пиковая производительность USB 3.0 составляет 5 Гбит/с, что более чем в 10 раз быстрее USB 2.0, имеющего максимальную пропускную способность 480 Мбит/с. Это означает, что файл размером 25 Гб можно передать приблизительно за 70 секунд, а при соединении по интерфейсу USB 2.0 на то же задание уйдет 14 минут. Разница очевидна. С распространением HD-контента такие объемы передачи данных станут обычным делом.
Еще одним преимуществом USB 3.0 является его двунаправленность. В отличие от второй версии, где в ходе одной операции данные передаются только в одну сторону, USB 3.0 поддерживает двухстороннюю передачу. Такая функциональность достигнута благодаря добавлению двух пар линий к предшествующему интерфейсу, одна для передачи данных, вторая - для приема.
Еще одно ключевое отличие Super Speed USB от предшественника USB 2.0 - значительно уменьшенное время ожидания при инициализации устройства системой. Теперь инициализация будет происходить практически мгновенно, особенно по сравнению с нынешними "нормативами", составляющими до полутора минут. Наконец, максимальный ток по шине USB был увеличен с 500 мА до 900 мА. Это позволит устройствам, потребляющим большую мощность, получать питание непосредственно от компьютера, а USB-хабы будут поддерживать больше соединений. Кроме того, имеющая аккумуляторы электроника при подключении к компьютеру будет заряжаться значительно быстрее. Таким образом, преимущества USB 3.0 вполне очевидны. Тем удивительнее решение компании Intel отложить включение поддержки стандарта USB 3.0 в свои чипсеты до 2011 года. По этой причине для реализации поддержки SuperSpeed в своих продуктах производителям материнских плат приходится использовать контроллеры сторонних производителей.
Представляем интерфейс USB Type-C
В отличие от интерфейса USB Type-A, USB Type-C выполнен в виде обратимого разъема, поэтому подключение осуществляется проще, а сам разъем является более долговечным. Помимо передачи данных, USB Type-C поддерживает альтернативные режимы работы, например, для вывода видеосигнала по протоколам DisplayPort и HDMI. Это является немаловажным для развития современных ноутбуков, которые становятся все тоньше и легче. Кроме того, USB Type-C становится стандартным разъемом для питания и подзарядки электронных устройств – с мощностью до 100 Вт. Таким образом, количество необходимых для полноценной работы кабелей сокращается.
Варианты интерфейса USB Type-C в ноутбуках MSI
USB Type-C – это обозначение интерфейсного разъема. По функциональности порт USB Type-C может быть представлен одним из 3-х вариантов.
- 1. Только передача данных
Данный вариант используется исключительно для передачи данных. Скорость передачи указывается рядом с разъемом. Например, число 10 будет означать 10 Гбит/с. - 2. Альтернативные режимы
Если рядом с разъемом USB Type-C имеется значок «DP», то данный порт может работать в режиме видеовыхода DisplayPort или HDMI. Он также будет поддерживать передачу данных на скорости, указанной рядом с разъемом. Такой вариант USB Type-C реализован в ноутбуках MSI серий GE / GS / GP / Stealth 15M / Summit / Modern / Creator . - 3. Thunderbolt
Разъем USB-С, сопровождаемый значком «молния», представляет собой интерфейс Thunderbolt . Он совместим с протоколами USB 4.0, Thunderbolt 3 и 4, обеспечивает пропускную способность 40 Гбит/с при передаче данных и позволяет подключать внешние мониторы по протоколам DisplayPort или HDMI. Также поддерживаются док-станции, последовательное подключение нескольких устройств и организация локальной сети по стандарту Thunderbolt Networking. В последнем случае между двумя компьютерами можно обмениваться данными на скорости до 10 Гбит/с. Удобный и многофункциональный интерфейс Thunderbolt доступен в ноутбуках MSI GE / Creator / Summit / Prestige / Modern .
Иногда рядом с разъемом USB Type-C имеется значок штепсельной вилки. Он указывает на поддержку электропитания по стандарту Power Delivery (PD) мощностью до 100 Вт. В ноутбуках MSI серий Summit и Prestige разъем USB Type-C с поддержкой стандарта PD заменяет собой традиционный разъем питания, позволяя пользователю обойтись меньшим числом кабелей.
При подключении к разъему USB Type-C док-станции Docking Station функциональность последней будет зависеть от варианта USB Type-C. Например, если ноутбучный разъем USB Type-C поддерживает только передачу данных, док-станция сможет лишь передавать данные, но не выводить видеосигнал, даже если у нее имеется разъем HDMI. При подключении к разъему USB Type-C в варианте Thunderbolt доступна будет вся функциональность док-станции, включая подзарядку по стандарту PD.
Интерфейс USB Type-C реализован в каждом ноутбуке MSI. Желательно знать, какой именно его вариант представлен в вашей модели, чтобы полностью использовать всю его функциональность. Исчерпывающую информацию об этом вы можете найти в следующих таблицах.
День добрый, Geektimes! Все уже слышали про USB Type-C? Тот самый, который двухсторонний, быстрый-модный-молодёжный, заряжает новый макбук, делает волосы гладкими и шелковистыми и обещает стать новым стандартом подключения на следующие лет десять?
Так вот, во-первых, это тип разъёма, а не новый стандарт. Стандарт называется USB 3.1. Во-вторых, говорить нужно именно о новом стандарте USB, а Type-C лишь приятный бонус. Чтобы понять, в чём разница, что скрывается за USB 3.1, а что — за Type C, как заряжать от USB-кабеля целый ноутбук и что ещё можно сделать с новыми USB Type-C:
Итоги
USB 3.1 наконец-то станет «королём» разъёмов. По нему можно подключить практически что угодно: внешний диск, дисплей, периферию, адаптер питания и даже массив из SSD-дисков. Пропускная способность и 100 Вт передаваемой мощности — серьёзная заявка на успех.
Представьте мир через 5 лет? Куда не приди — всюду и зарядка есть, и разъём подходит, и спрашивать не надо. И фотоаппарат подключить легко, и телефон, и вообще всё-всё-всё… И только в бухгалтерии как пользовались дискетами, так и будут пользоваться.
Спасибо за внимание!
Почитав вот этот пост и сопутствующую ему дискуссию, я решил попробовать внести ясность в то, что такое USB Power Delivery и как это работает на самом деле. К сожалению у меня сложилось впечатление, что большинство участников дискуссии воспринимают 100 ватт по USB слишком буквально, и не до конца понимают что за этим стоит на уровне схематики и протоколов.
Итак, кратко – основные пункты:
О кобелях Про кабели
USB Power Delivery работает с шестью типами коннекторов:
- USB 3.0 PD Standard-A USB 3.0 PD Standard-B plug
- USB 3.0 PD Standard-A USB 3.0 PD Micro-B plug
- USB 3.0 PD Micro-A USB 3.0 PD Micro-B plug
- USB 3.0 PD Micro-A USB 3.0 PD Standard-B plug
- USB 2.0 PD Standard-A USB 2.0 PD Standard-B plug
- USB 2.0 PD Standard-A USB 2.0 PD Micro-B plug
- USB 2.0 PD Micro-A USB 2.0 PD Micro-B plug
- USB 2.0 PD Micro-A USB 2.0 PD Standard-B plug
Про порты
После сертификации USB PD порты маркируются следующим образом:
Данное лого информирует о версии USB (2.0 или 3.0 SuperSpeed), а также о профилях электропитания которые поддерживает данный порт. Значение ”I” означает потребляемый профиль, необходимый для полноценного функционирования устройства, а значение «О» то какой профиль порт может предоставить. Примеры маркировки портов:
- Первый порт поддерживает USB2. Он может давать питание по Профилю 1 ( 2A@5V) и использует Профиль 3 ( 5V@2A или 12V@3A) для полноценного функционирования. Например порт для планшета или нетбука.
- Второй порт поддерживает USB2. Он может давать питание по Профилю 2 (2A@5V или 12V@1.5A) и использует Профиль 4 ( 5V@2A или 12V@3A или 20V@3A) для полноценного функционирования. Например порт для ноутбука или лаптопа.
- Третий порт поддерживает USB3. Он только дает питание по Профилю 1 (5V@2A). Сам он по VBus не запитывается. Например порт десктопа, монитора, телевизора, и т.д.
- Четвертый порт поддерживает USB3. Как и в первом примере он может давать питание по Профилю 1 (5V@2A) и сам требует питание по Профилю 3 для полноценного функционирования (5V@2A или 12V@3A). Пример придумайте сами :)
Физический канал
USB PD определяет принципиальную схему физической организации соединения посредством кабеля следующим образом:
Как видно из схемы, USB PD также требует чтобы и в источнике и в приемнике были реализованы схемы определения падения/скачка напряжения, а так же методы определения разряженной батареи для случаев когда одна из сторон не может запитаться от своего внутреннего источника.
И соответственно такая же блок-схема для приемника:
Сериализированная кодировка 4b5b и декодировка 5b4b подразумевает что все данные по шине, кроме преамбулы пакета, передаются пятибитными последовательностями в соответствии c таблицей кодировки, определяемой стандартом. Каждая такая последовательность кодирует либо одну из 16 цифр (0x00..0x0F), либо сигналы начала / синхронизации / сброса и конца пакета. Таким образом передача одного байта занимает 10 бит, 16-битного слова – 20 бит и 32-битного двойного слова – 40 бит и т.д.
Логический канал
USB PD протокол основывается на последовательных парах типа запрос-ответ. Запросы и ответы пересылаются с использованием пакетов. Пакеты состоят из преамбулы (фаза подготовки к передаче), начала пакета SOP (три сигнала Sync-1 и завершающий Sync-2 в кодировке 4b5b), заголовок, 0..N байт полезной нагрузки, контрольной суммы (CRC-32) и сигнала конца пакета (одиночный сигнал EOP):
Как было упомянуто выше, преамбула не кодируется в 4b5b. SOP, CRC и EOP кодируются 4b5b на физическом уровне, заголовок и полезная нагрузка кодируются на уровне логического протокола.
Сброс шины производится путем посылки трех сигналов RST1 и завершающего сигнала RST2, в соответствии с кодировкой 4b5b.
Протокол
Отдельно следует упомянуть что поля вида tSourceActivity, tSinkRequest и т.д. — это константы, значения которых глобально заданы самой спецификацией в отдельной главе. Сделано это потому что они определялись опытным путем в результате прототипирования, и найденные оптимальные значения просто подставили в отдельную главу, чтобы не рыскать по всей спецификации.
- Power Data Object (PDO) – используется для описания характеристик порта источника или требований приемника
- Request Data Object (RDO) – используется портом приемника для установки соглашения по характеристикам электропитания
- BIST (Built In Self Test) Data Object (BDO) – используется для тестирования подключения на соответствие требованиям спецификации для физического соединения
- Vendor Data Object (VDO) – используется для передачи нестандартной, дополнительной или иной проприетарной информации определяемой производителем оборудования и выходящей за рамки спецификации USB PD.
PDO соответствующий элементу с постоянным типом электропитания 5V всегда должен идти первым в цепочке объектов.
Структура объекта PDO:
Для каждого типа электропитания предлагаются различные характеристики.
Постоянный тип электропитания, напряжение постоянное. Источник должен иметь хотя бы один такой элемент:
Программируемый тип электропитания, напряжение может регулироваться путем запросов в пределах между минимальным и максимальным:
Вариативный тип электропитания, напряжение может изменяться в заданных пределах абсолютного минимума и абсолютного максимума, но не может регулироваться:
Батарея, данный тип используется для обозначения батарей которые могут быть напрямую подключены к линии VBus:
Структура объекта RDO:
На мой взгляд данной информации достаточно, чтобы получить хорошее представление о принципах работы USB Power Delivery. Я сознательно не стал углубляться в дебри, связанные с таймерами, счетчиками и обработкой ошибок.
Взаимодействие с традиционным USB
Как уже было упомянуто выше, Power Delivery – это самостоятельная подсистема, которая функционирует параллельно и независимо от канонического USB. Тем не менее, в случаях когда устройства реализуют оба протокола – и USB и Power Delivery, спецификация рекомендует реализацию т.н. System Policy Manager или SPM, компонента который может контролировать оборудование USB PD посредством традиционных запросов USB.
Для систем с поддержкой SPM, спецификация рекомендует предоставить PD информацию посредством специальных типов USB дескрипторов. Не считаю нужным в них детально углубляться, просто перечислю их названия:
- Power Delivery Capability Descriptor, является составной частью BOS дескриптора и сообщает о том поддерживает ли устройство зарядку батареи через USB, поддерживает ли оно стандарт USB PD, может ли оно выступать источником питания, и может ли оно быть приемником. Кроме того данный дескриптор содержит информацию о количестве портов-источников, портов-приемников и версии поддерживаемых спецификаций USB Battery Charging и Power Delivery.
- Battery Info Capability Descriptor, требуется для всех устройств заявивших батарею в качестве одного из элементов электропитания. Содержит информацию о названии, серийном номере и производителе батареи, ее емкости, а также о пороговых значениях тока в заряженном и разряженом состоянии.
- PD Consumer Port Capability Descriptor, требуется для всех устройств которые заявили поддержку хотя бы одно порта-приемника. Содержит информацию о поддержке стандартов Power Delivery и Battery Charging, минимальное и максимальное напряжение, операционную мощность, максимальную пиковую мощность и максимальное время, которое оно может эту пиковую мощность потреблять
- PD Provider Port Capability Descriptor, требуется для всех устройств которые заявили поддержку хотя бы одного порта-источника питания. Содержит информацию о поддержке стандартов Power Delivery и Battery Charging, а так же список всех PDO объектов, характеризующих элементы электропитания доступных устройству.
- PD Power Requirement Descriptor, требуется для всех устройств-приемников поддерживающих USB PD. Каждое устройство должно возвращать хотя бы один такой дескриптор в составе дескриптора конфигурации. Этот дескриптор должен идти сразу после первого дескриптора интерфейса. В случае когда их несколько, он должен идти после каждого первого дескриптора интерфейса функции, если используется IAD, или в случае композитного устройства без IAD, непосредственно после каждого дескриптора интерфейса, и до endpoint дескрипторов.
Заключение
Надеюсь что данным постом я подогрел интерес публики к USB Power Delivery. Скромно замечу, что автор имеет непосредственное отношение к данной спецификации, поэтому готов ответить на любые вопросы по Power Delivery в частности и USB в общем.
Для начала сравнительные фото сегодняшнего героя в компании заслуженных предков.
Коннектор USB Type-C немного крупнее привычного USB 2.0 Micro-B, однако заметно компактнее сдвоенного USB 3.0 Micro-B, не говоря уже о классическом USB Type-A.
Габариты разъема (8,34×2,56 мм) позволяют без особых сложностей использовать его для устройств любого класса, включая смартфоны и планшеты.
Сигнальные и силовые выводы размещены на пластиковой вставке пожалуй это самое слабое его место в центральной части разъёма. Контактная группа USB Type-C содержит 24 вывода. Напомню, что у USB 1.0/2.0 имелось всего 4 контакта, а разъемам USB 3.0 потребовалось уже 9 выводов.
Если внимательно присмотреться к рисунку слева, то видно, что контакты имеют разную длину. Это обеспечивает их замыкание в определённой последовательности. На рисунке в центре мы видим наличие защёлок, которые должны удерживать воткнутый кабель и обеспечивать тактильный щелчок в процессе соединения-рассоединения. На правом графике изображена зависимость усилия в процессе вставки-вынимания разъёма.
Пики, которые мы видим на нём — это моменты срабатывания защёлки.
Можно констатировать, что разработчики стандарта сделали если не всё, то почти всё, чтобы разъём стал максимально удобным и надёжным: он вставляется любым концом и любой стороной с ощутимым щелчком. По их мнению, он способен пережить эту процедуру более 10 тысяч раз.
Многоликий симметричный янус
Крайне приятной и полезной особенностью USB-C стал симметричный дизайн разъёма, позволяющий подключать его к порту любой стороной. Достигается это благодаря симметричному расположению его выводов.
По краям расположены выводы земли. Плюсовые контакты питания также расположены симметрично. В центре находятся контакты, отвечающие за совместимость с интерфейсом USB2 и младше. Им повезло больше всего — они дублируются и поэтому поворот на 180 градусов при соединении не страшен. Синим цветом помечены выводы, отвечающие за высокоскоростной обмен данными. Как мы видим тут всё хитрее. Если мы повернём разъём, то к примеру, выход TX1 поменяется местами с TX2, но одновременно и место входа RX1 займёт RX2.
Выводы Secondary Bus и USB Power Delivery Communication служебные и предназначены для общения между собой двух соединяемых устройств. Ведь им необходимо очень о многом друг другу рассказать, прежде чем начать обмен, но об этом позже.
А пока ещё об одной особенности. Порт USB Type-C изначально разрабатывался в качестве универсального решения. Помимо непосредственной передачи данных по USB, он может также использоваться в альтернативном режиме (Alternate Mode) для реализации сторонних интерфейсов. Такую гибкость USB Type-C использовала ассоциация VESA, внедрив возможность передачи видеопотока посредством DisplayPort Alt Mode.
USB Type-C располагает четырьмя высокоскоростными линиями (парами) Super Speed USB. Если две из них выделяются на нужды DisplayPort, этого достаточно для получения картинки с разрешением 3840×2160. При этом не страдает скорость передачи данных по USB. На пике это все те же 10 Гб/с (для USB 3.1 Gen2). Также передача видеопотока никак не влияет на энергетические способности порта. На нужды DisplayPort может быть выделено даже 4 скоростные линии. В этом случае будут доступны разрешения вплоть до 5120×2880. В таком режиме остаются не задействованы линии USB 2.0, потому USB Type-C все еще сможет параллельно передавать данные, хотя уже с ограниченной скоростью.
В альтернативном режиме для передачи аудиопотока используются контакты SBU1/SBU2, которые преобразуются в каналы AUX+/AUX-. Для протокола USB они не задействуются, потому здесь тоже никаких дополнительных функциональных потерь.
При использовании интерфейса DisplayPort, коннектор USB Type-C по-прежнему можно подключать любой стороной. Необходимое сигнальное согласование предусмотрено изначально.
Подключение устройств с помощью HDMI, DVI и даже D-Sub (VGA) также возможно, но для этого понадобятся отдельные переходники, однако это должны быть активные адаптеры, так как для DisplayPort Alt Mode, не поддерживается режим Dual-Mode Display Port (DP++).
Альтернативный режим USB Type-C может быть использован отнюдь не только для протокола DisplayPort. Возможно, вскоре мы узнаем о том, что данный порт научился, например, передавать данные с помощью PCI Express или Ethernet.
И этому дала, и тому дала. В общем… о питании.
Еще одна важная особенность, которую привносит USB Type-C – возможность передачи по нему энергии мощностью до 100 Вт. Этого хватит не только для питания/зарядки мобильных устройств, но и для работы ноутбуков, мониторов, а если пофантазировать, то и небольшого лабораторного источника питания.
При появлении шины USB, передача энергии была важной, но всё же второстепенной её функцией. Порт USB 1.0 обеспечивал всего 0,75 Вт (0,15 А, 5 В). Достаточно для работы мыши и клавиатуры, но не более того. Для USB 2.0 номинальная сила тока была увеличена до 0,5 А, что позволило получать от неё уже 2,5 Ватта для питания, например, внешних жестких дисков формата 2,5”. Для USB 3.0 номинально предусмотрена сила тока в 0,9 А, что при неизменном напряжении питания в 5В гарантирует мощность в 4,5 Вт. Специальные усиленные разъемы на материнских платах или ноутбуках способны были выдавать до 1,5 А для ускорения зарядки подключенных мобильных устройств, но и это “всего лишь” 7,5 Вт. На фоне этих цифр возможность передачи 100 Вт выглядит чем-то фантастическим.
Для того чтобы наполнить такой энергией порт USB Type-C служит поддержка спецификации USB Power Delivery 2.0 (USB PD). Если таковой нет, порт USB Type-C штатно сможет выдать на гора 7,5 Вт (1,5 А, 5 В) или 15 Вт (3А, 5 В) в зависимости от конфигурации. Для подробного описания этой спецификации в данной статье недостаточно места, да и всё равно я не сделаю это лучше, чем уважаемый stpark в своей замечательной статье.
Однако, совсем обойти эту архиважную тему не получится.
Для того, чтобы обеспечить мощность в 100 ватт при напряжении пять вольт потребуется ток в 20 ампер! Такое при габаритах кабеля USB Type-C возможно пожалуй только если изготовить его из сверхпроводника! Боюсь, что сегодня это будет обходиться пользователям дороговато, поэтому разработчики стандарта пошли по другому пути. Они увеличили напряжение питания до 20 Вольт. “Позвольте, но ведь оно выжжет напрочь мой любимый планшет” — воскликните вы, и будете совершенно правы. Для того, чтобы не пасть жертвой разъярённых пользователей, инженеры задумали хитрый трюк — они ввели систему силовых профилей. Перед соединением любое устройство находится в стандартном режиме. Напряжение в нём ограничено пятью вольтами, а ток двумя амперами. Для соединения с устройствами старого типа этим режимом всё и закончится, а вот для более продвинутых случаев, после обмена данными, устройства переходят в другой согласованный режим работы с расширенными возможностями. Чтобы познакомиться с основными существующими режимами глянем на таблицу.
Профиль 1 гарантирует возможность передачи 10 Вт энергии, второй уже – 18 Вт, третий – 36 Вт, четвёртый целых – 60 Вт, ну а пятый нашу заветную сотню! Порт, соответствующий профилю более высокого уровня, поддерживает все состояния предыдущих по нисходящей. В качестве опорных напряжений выбраны 5В, 12В и 20В. Использование 5В необходимо для совместимости с огромным парком имеющейся USB-периферии. 12В – стандартное напряжение питания различных компонентов систем. 20В предложено с учетом того, что для зарядки аккумуляторов большинства ноутбуков используются внешние БП на 19–20В.
Пара слов о кабелях!
Поддержка описываемого в статье формата в полном объёме потребует огромной работы не только программистов, но и производителей электроники. Потребуется разработать и развернуть производство очень большого количества компонентов. Самое очевидное это разъёмы. Для того, чтобы выдерживать высокие токи питающего напряжения, не оказывать помех передаче сигналов очень высокой частоты, да ещё при этом не выходить из строя после второго коннекта и не вываливаться в самый неподходящий момент, качество их изготовления должно быть радикально выше по сравнению с форматом USB 2.
Для совмещения передачи энергии большой мощности и сигналом с гигабитным трафиком, производителям кабелей придётся серьёзно напрячься.
Полюбуйтесь, как выглядит подходящий для нашей задачи кабель в разрезе.
Кстати, об ограничениях на длину кабелей при использовании интерфейса USB 3.1. Для передачи данных без существенных потерь на скоростях до 10 Гб/c (Gen 2) длина кабеля c разъемами USB Type-C не должна превышать 1 метр, для соединения на скорости до 5 Гб/c (Gen 1) – 2 метра.
Схемотехники производителей материнских плат, докстанций и ноутбуков долго будут ломать голову, как сгенерировать мощность порядка сотни ватт, а трассировщики, как подвести её к разъёму USB Type-C.
Производители чипов на низком старте.
Симметричное подсоединение и работа сигнальных линий в разных режимах потребует применения микросхем высокоскоростных коммутаторов сигналов. Сегодня уже появились первые ласточки. Вот, например, коммутатор от фирмы Texas Instruments, который поддерживает работу в устройствах как в режиме хоста так и ведомого устройства. Он способен коммутировать линии дифференциальных пар с частотой сигнала вплоть до 5ГГц.
При этом размеры чипа HDC3SS460 3.5 на 5.5 мм и в режиме покоя он потребляет ток порядка 1 микроампера. В активном же режиме — меньше миллиампера. Существуют и более продвинутые решения, например чипы производства NXP поддерживают частоту обмена до 10 ГГц.
Стали появляться и менеджеры питания, совмещённые с цепями защиты сигнальных линий от статики, например вот такое изделие от NXP
Оно предназначено для корректной обработки момента подключения разъёма, а так же размыкания цепи питания в случае неполадок. Данный чип уже поддерживает напряжение на VBUS до 30 вольт, а вот с максимальным коммутируемым током всё много хуже — он не должен превышать 1 ампера, что и понятно, учитывая габариты — 1.4 на 1.7 мм!
Безусловным лидером в этой области выступила Cypress, которая выпустила специализированный микроконтроллер с ядром ARM Cortex M0 поддерживающий все пять возможных для стандарта профилей питания.
Типичная схема включения для использования в ноутбуке даёт о нём некоторое представление, а подробнее с ним можно будет ознакомиться скачав даташит.
В отличие от чипа NXP он ориентирован на управление внешними силовыми ключами и поэтому может обеспечить коммутацию требуемых токов и напряжений, не смотря на свои малые размеры.
Внимание, Важная особенность для тех кто уже торопится заказать первые образцы — микроконтроллер не имеет USB интерфейса и не является полным и законченным решением. Он может служить только в качестве менеджера питания. В данный момент открыт предзаказ на поставку образцов и демонстрационных плат. Судьба этого микроконтроллера видимо будет во многом зависеть от того, снабдит ли фирма — производитель разработчиков референсными библиотеками для его использования в разных режимах.
Тот факт, что уже для него уже создано несколько демокитов сильно повышает вероятность последнего.
Лифт в небеса или Вавилонская башня.
Итак сегодня полностью сложилась революционная ситуация. Верхи не могут, а низы не хотят жить по старому. Всем надоела неразбериха с огромным количеством кабелей, зарядных устройств, блоков питания и их низкая надёжность.
Новый стандарт породил невиданную активность. Флагманы электронной индустрии — Apple, Nokia, Asus готовят к выпуску свои первые гаджеты с поддержкой USB Type-C. Китайцы уже штампуют кабели и переходники. На подходе докстанции и хабы с поддержкой высокой нагрузки по мощности. Производители чипов разрабатывают новые микросхемы и думают как бы запихнуть драйвер нового порта в микроконтроллер. Маркетологи решают куда воткнуть новый разъём, а инженеры чешут репу пытаясь реализовать многопрофильные устройства из уже имеющихся электронных компонентов.
Пока не ясно только одно. Что мы получим в результате? Удобный и надёжный разъём, который заменит львиную долю интерфейсов и найдёт повседневное применение, или вавилонское столпотворение, ведь ситуация может начать развиваться по не самому благоприятному сценарию:
Пользователи могут окончательно запутаться в многочисленных спецификациях и кабелях, которые будут выглядеть с виду совершенно одинаково, но при этом будут сертифицированы только под определённые профили. Попробуй разберись с ходу со всеми этими маркировками.
Но даже если получится, то это вряд ли решит проблему — китайцы без зазрения совести легко поставят на любой шнур любой значок. А если надо, то до кучи на каждую сторону одного кабеля разные, их не смутит даже если они будут взаимоисключающими.
Рынок наводнится невероятным количеством переходников разного калибра и сомнительного качества.
Пытаясь подключить одно устройство к другому никогда в результате не будешь знать к какому результату этот процесс приведёт и из-за чего коннект либо вовсе отсутствует, либо всё жутко глючит. То ли один из гаджетов не поддерживает нужный профиль, то ли поддерживает но не слишком корректно, то ли вместо качественного кабеля попалась его грубая китайской подделка. А что прикажете делать, если вдруг на вашем ноутбуке выйдет из строя единственный оставшийся на нём разъём?
Поживём — увидим как оно выйдет. Пока же будем надеяться на лучшее, хотя в переходный период точно придётся не легко. Понимаю, что моя статья ответила далеко не на все вопросы о новом стандарте, но пора закругляться и браться уже за работу, а то у меня вырисовывается как раз первый клиент, который уже мечтает о плате с поддержкой USB Type-C. Есть шанс протестировать это чудо технологий на практике и затем поделиться уже личным опытом.
До новых встреч.
P.S. Новый стандарт уже приводит к появлению весьма экзотических устройств. Так анонсирован кабель 100 метровой длины, который вроде бы никак не вписывается в стандарты. Вся фишка в том, что он активный. На обоих своих концах кабель имеет преобразователь сигналов USB3 интерфейса в оптический. Сигнал передаётся по оптике и на выходе конвертируется назад. Естественно он не передают энергию, а только данные. При этом каждый из преобразователей на его концах питается от разъёма к которому подключен.
Думаю, что в скором времени для подтверждения подлинности уважающие себя фирмы начнут вставлять в кабели активные метки. Проблема хабов породит невиданную активность у разработчиков и производителей DC-DC преобразователей. Как справедливо заметил уважаемый пользователь TimsTims может возникнуть например ситуация, что устройство, которое питает способно выдать только 12 вольт, а подключенные к нему устройства начнут затребовать скажем одно 5, другое 18.
В общем этот стандарт обещает прокормить не одного разработчика, да и производители в накладе не останутся.
Демонстрация возможностей материнских плат Gigabyte 333
На самой презентации, кроме представителей итальянского офиса Gigabyte, также присутствовали вице-президент Генри Као (Henry Kao) и старший продакт-менеджер Джексон Хсу, которые, собственно, и рассказали обо всех характеристиках новинок и показали их возможности в работе.
Главные достоинства новой серии материнских плат были описаны выше, однако это далеко не все, чем интересны новинки.
Так, каждый USB-порт теперь имеет свой плавкий предохранитель, так что в случае короткого замыкания другие порты не пострадают.
Кроме того, для предотвращения просадки напряжения на USB-портах в материнских платах была внедрена дополнительная 5-В линия питания. По словам Джексона Хсу, данное нововведение призвано обеспечить стабильную работу USB-периферии.
Компания Gigabyte поделилась результатами собственных тестов, которые продемонстрировали определенное преимущество новых интерфейсов.
Если средняя скорость чтения и записи повысилась менее чем на 10%, то пиковая скорость возросла на треть. Как видно, нынешним жестким дискам вполне достаточно пропускной способности предыдущей версии SATA, что подтверждали и предыдущие тесты.
Преимущества SATA 3.0 раскрываются при использовании RAID-массивов нулевого уровня. Как видно из диаграммы, два жестких диска, объединенных в массив RAID 0, демонстрируют производительность не хуже SSD-накопителей. При этом цена за 1 Гб в случае твердотельных накопителей существенно выше. Впрочем, участвовавший в тесте SSD-диск Intel X25-M - далеко не рекордсмен, так что при сравнении с другими моделями SSD-накопителей ситуация была бы несколько иной. Хотя отрицать гораздо лучшее соотношение объем/цена у НЖМД было бы глупо. "На закуску" представители компании Gigabyte провели тестирование внешнего накопителя Buffalo с интерфейсом USB 3.0, который оснащался жестким диском объемом 1 Тб и интерфейсом SATA.
Для начала, накопитель был подключен к порту USB 2.0. Результаты тестирования утилитой HD Tach таковы - средняя скорость чтения составила 42,4 Мб/с. После подключения к порту USB 3.0 бенчмарк был запущен заново. В итоге, средняя скорость чтения достигла 122,4 Мб/с, то есть почти в три раза выше! Так что, если практическая польза от перехода на стандарт SATA 3.0 оправдана только в случае RAID-массивов и SSD-накопителей, то в случае USB 3.0 сомнений быть не может - уж слишком очевидны его преимущества. Остается лишь надеяться, что производители наборов системной логики не станут все-таки дожидаться наступления 2011 года и внедрят поддержку новых версий стандартов уже в будущем году. Пока же производителям материнских плат приходится использовать контроллеры сторонних производителей, что, безусловно, влияет на итоговую стоимость продуктов. Так, в системных платах Gigabyte поддержка USB 3.0 реализована благодаря применению контроллера NEC uPD720200, а за интерфейс SATA 3.0 отвечает контроллер Marvell 88SE9128. Еще одним преимуществом контроллера Marvell, по утверждению Gigabyte, является интегрированный RAID-процессор, позволяющий на аппаратном уровне создавать RAID-массивы, которые почти не потребляют ресурсы ЦП (в отличие от традиционных программных RAID-массивов).
Что сейчас есть на USB Type-C
Так как технология молодая, на USB 3.1 девайсов совсем немного. Устройств же с кабелем / разъёмом USB Type-C немногим больше, но всё равно недостаточно, чтобы Type-C стал таким же распространённым и естественным, как Micro-B, который есть у любого пользователя смартфона.
На персональных компьютерах Type-C ждать можно уже в 2016, но некоторые производители взяли и обновили линейку имеющихся материнских плат. Например, USB Type-C с полной поддержкой USB 3.1 есть на материнской плате MSI Z97A Gaming 6.
Не отстаёт и компания ASUS: материнские платы ASUS X99-A и ASUS Z97-A поддерживают USB 3.1, но, к сожалению, лишены разъёмов Type-C. Кроме того, анонсированы специальные платы расширения для тех, кому не хочется ни обновлять материнскую плату, ни отказываться от пары USB 3.1-портов.
Компания SanDisk не так давно представила 32 Гб флеш-накопитель с двумя разъёмами: классическим USB Type-A и USB Type-C:
Разумеется, не стоит забывать про недавний MacBook с пассивным охлаждением и всего одним разъёмом USB Type-C. Про его производительность и прочие прелести поговорим как-нибудь отдельно, а вот про разъём — сегодня. Apple отказалась как от своей «волшебной» зарядки MagSafe, так и от других разъёмов на корпусе, оставив один порт для питания, подключения периферии и внешних дисплеев. Разумеется, если вам мало одного разъёма, можно купить официальный переходник-разветвитель на HDMI, классический USB и разъём питания (всё тот же Type-C) за… 80 долларов. :) Остаётся надеяться, что Type-C придёт и на мобильные девайсы Apple (и на этом зоопарк с проводами для смартфонов закончится окончательно), хотя шансы на такой апдейт минимальные: зря что ли разрабатывали и патентовали Lightning?
Один из производителей периферии — LaCie — уже успел выпустить для нового макбука стильный внешний накопитель с поддержкой USB 3.1 Type-C. Цена у него, правда, совершенно яблочная, но что поделаешь – за новые технологии и надпись PORSCHE DESIGN надо платить.
Кроме Apple заигрывают с USB 3.1 Type-C и в компании Google: новый ChromeBook Pixel помимо интересных характеристик получил и соответствующий порт.
Ну и, разумеется, не стоит забывать про девайс от компании Nokia. Их планшет N1 получил разъём Type-C одним из первых, правда, без поддержки функций USB 3.1.
USB Type-C и обратная совместимость
USB как стандарт силён своей обратной совместимостью. Найдите древнюю флешку на 16 мегабайт, поддерживающую только USB 1.1, вставьте её в порт 3.0 и работайте. Подключите современный HDD в разъём USB 2.0, и если ему хватит питания — всё заведётся, просто скорость будет ограничена. А если не хватит — существуют специальные переходники: они используют цепи питания ещё одного порта USB. Скорость не увеличится, но HDD будет работать.
Та же история и с USB 3.1 и разъёмом Type-C, с одной лишь поправкой: новый разъём геометрически никак не совместим со старыми. Впрочем, производители активно начали производство как проводов Type-A Type-C, так и всевозможных переходников, адаптеров и разветвителей.
USB 3.1, Type-C и питание
За возможности по передаче действительно серьёзных мощностей отвечает новый стандарт USB PD (Power Delivery). Согласно спецификациям, для сертификации USB PD устройство и кабель должны обеспечивать передачу тока с мощностью до 100 Ватт, причём в обе стороны (как к хосту, так и от него). При этом передача электроэнергии не должна мешать передаче данных.
Пока существует только два ноутбука, полностью поддерживающие USB Power Delivery: новый макбук и Chromebook Pixel.
Ну а потом, кто знает, может, будем дома вот такие розетки ставить?
USB 3.0
Для улучшения характеристик стандарта была разработана новая спецификация USB 3.0, которая содержала следующие ключевые отличия:
Кроме того, появилось ещё 4 разъёма, электрически и механически совместимые с USB Type-A версии 2.0. Они позволяли как подключать USB 2.0-устройства к 3.0-хостам, так и 3.0-устройства к 2.0-хостам или по 2.0-кабелю, но с ограничением по питанию и скорости передачи данных.
Gigabyte 3х USB Power Boost
На рынке сейчас представлено огромное количество устройств с интерфейсом USB, в том числе и переносных. Зачастую удобство использования таких мобильных и компактных устройств омрачается необходимостью подключать к ним дополнительный блок питания, ведь тока 500 мА, который способен обеспечить обычный USB-разъем, хватает далеко не всегда. Иногда производители вместо использования внешнего блока питания комплектуют продукт кабелем с двумя USB-разъемами. Неплохой выход из ситуации, но количество USB-портов у компьютеров, особенно портативных, ограничено, и не всегда найдется парочка свободных.
Именно поэтому технологию 3х USB Power Boost, разработанную компанией Gigabyte, можно считать одним из лучших решений данной проблемы. Каждый из двенадцати портов USB 2.0 материнской платы серии 333 способен предоставлять устройствам ток вплоть до 1500 мА. В случае разъемов USB 3.0 сила тока была также увеличена со стандартных 900 мА до 2700 мА.
USB 3.1
С осени 2013 года приняты спецификации на обновлённый стандарт USB 3.1, который и принёс нам разъём Type-C, передачу до 100 Вт питания и удвоение скорости передачи данных по сравнению с USB 3.0. Однако стоит отметить, что все три новшества — это лишь части одного нового стандарта, которые могут быть как применены все вместе (и тогда девайс или кабель получит сертификацию USB 3.1), либо по отдельности. Например, технически внутри Type-C кабеля можно организовать хоть USB 2.0 на четырёх проводах и двух парах контактов. К слову, такой «финт» провернула компания Nokia: её планшет Nokia N1 имеет разъём USB Type-C, но внутри используется обычный USB 2.0: со всеми ограничениями по питанию и скорости передачи данных.
Gigabyte 333 Onboard Acceleration
Три тройки в названии линейки системных плат объясняются очень просто, это поддержка трех ключевых технологий - USB 3.0, Serial ATA 3.0 и функция 3х USB Power Boost. Если с первыми двумя все более-менее понятно, то третья технология требует пояснения. Благодаря данной функции, USB-порты в новых платах могут предоставлять подключаемым устройствам втрое больший запас по силе тока. Если в обычных материнских платах максимальная допустимая сила тока USB-порта ограничена величиной 500 мА, то в платах Gigabyte 333 этот показатель составляет 1500 мА. Расскажем о каждой из трех технологий немного подробнее.
SATA 3.0
Финальные спецификации стандарта SATA 3.0 (SATA 6 Gb/s) были опубликованы организацией Serial ATA International Organization (SATA-IO) 27 мая 2009 года, а первые устройства с его поддержкой были продемонстрированы на выставке Computex 2009.
Читайте также: