为什么我非要买这么多根数据线啊?

作者: 王昱

来源: 环球科学

发布日期: 2022-11-10 20:30:13

本文讨论了当前市场上多种互不通用的手机充电线问题,以及USB接口标准的混乱现状。文章详细介绍了USB接口的发展历程和命名混乱的原因,并探讨了USB-C接口统一的可能性及其带来的问题。

为什么我非要买这么多根数据线啊?

人类的巴别塔建不成就算了,难道我们连充电线的巴别塔都建不成吗?每当这种请求在耳边响起,它都在提醒我们,现在市面上存在多种互不通用的手机充电线。充电线连接手机的那一端主要有三种接口,安卓手机的、苹果手机的和老旧手机的,它们的名字分别为USB Type-C(或称为USB-C),闪电(lightning)和Micro-USB。

在充电头的那一端,接口则又分为USB-C和“传统的USB”两种,“传统的USB”正式名称名为USB Type-A,它外形是方的,不能正反插。

如果开会需要用到投屏,那你可能又要用上专用的视频接口,投影仪上的视频接口主要分为HDMI和老旧的VGA两种;在电脑显示器上,还有一种名为DP(DisplayPort)的视频信号接口。看到这里你可能已经晕了。其实,作为一个普通人,不知道这些也正常。毕竟不是所有人都是那些天天泡在电子产品里的“技术宅”,不是所有人都会关心这些在大多数时候都无关痛痒的问题。

今年9月,欧洲委员会公布了一项新立法提案,希望能在两年内统一智能手机、平板电脑等便携式电子设备的充电接口类型,USB-C接口将成为欧盟境内电子设备的通用标准。10月,苹果全球营销副总裁Greg Joswiak在采访中表示苹果将“不得不”在iPhone上使用USB-C接口。似乎未来只要等老旧的Micro USB慢慢退役,手机充电接口就能统一成USB-C了。

而且USB-C也有视频传输能力,我们是否可以扔掉其他数据线,把数据线全都换成USB-C呢?可能不太行,至少只有一根USB-C数据线应该是不行的。现阶段,当全部接口都统一成USB-C后,我们或许会面临一个意想不到的问题——USB接口的标准实在是太乱了!

通用接口在USB接口刚诞生时,没人会把它和“混乱”联系在一起。这种名为通用串行总线(Universal Serial Bus)的接口天生就是为了统一出现的。在USB出现之前,鼠标键盘、打印机、摄像头等一系列电脑外设在连接电脑时用的接口标准各不相同,人们需要一个统一的接口改变这“群魔乱舞”的窘境。

1995年,IBM、英特尔、微软等七家企业为了简化个人电脑连接外设的流程,共同设立USB标准,并建立了USB开发者论坛(USB Implementers Forum,USB-IF)。这种接口可以传输信号,也能传输电力。起初的USB 1.0标准中,USB接口只有两种形态,连接电脑的Type-A和连接电脑外设的Type-B。那时的USB标准还不够完善,未能在市场上大力推广。

直到1998年USB 1.1标准面世,USB标准才逐渐推广开来。

2000年4月,USB 2.0标准出炉了。这个标准不仅将USB的数据传输速度从原先的12 Mbps提升到480 Mbps,还推出了Mini-USB接口,减小USB接口的尺寸,以供便携设备使用。2007年,他们又推出了更小的Micro-USB接口,厚度仅有1.8毫米,以响应电子设备越来越轻薄,越来越便携的趋势。到2008年,全球已经有了60亿个USB接口。

除了显示器需要的数据带宽太大外,USB似乎能连接一切电脑外设。在这8年间,个人电脑也飞速发展,USB接口480 Mbps的速率逐渐力不从心。于是,USB 3.0标准出现了,它在USB接口内部添加了几根额外的针脚传输数据,从而将USB的接口速率提升到了5 Gbps。标准还把接口中的塑料片颜色从原来的白色调整成蓝色(色号为潘通300C),以和原来的USB 2.0标准做区分。

至于Micro-USB接口,它本身已经很小了,3.0标准只能将整个接口横向拉长,在旁边的接口中添加额外的针脚。所以老款手机上的Micro-USB接口其实都是USB 2.0。

到现在为止,一切似乎都还很正常,USB接口很好得完成了它的使命——直到2013年的USB 3.1标准。混乱的标准2013年,USB 3.1标准出炉,将USB最高的速率提升到了10 Gbps。

标准将最高规格的USB标准改名称为USB 3.1 Gen 2,将原有的USB 3.0接口名改为USB 3.1 Gen 1。USB 3.1 Gen 2接口中的塑料片从蓝色换成了淡蓝色,以做区分。不管是命名还是作为区分的颜色标识,USB-IF似乎就没打算让消费者分清楚这两个标准。

2014年,USB-C接口标准问世。USB-C不再区分接口的正反面,并且体积也足够小,可以在便携设备上使用,这也是当前智能手机上最常见的接口。不过USB-C只是一个物理接口,不同USB-C接口上使用的USB标准并不固定,这也给更后来“同一接口,不同功能”的乱象埋下了伏笔。

2017年,USB接口标准升级到了USB 3.2,最新版的USB接口可以以20 Gbps的速率传输数据——这本是一件好事,但USB 3.2中的命名标准实在令人瞠目结舌:将USB 3.1 Gen 1(也就是USB 3.0)改名为USB 3.2 Gen 1,最大速率5 Gbps;将USB 3.1 Gen 2改名为USB 3.2 Gen 2,最大速率10 Gbps,同时添加了USB-C对该模式的支持;新添加的传输模式名为USB 3.2 Gen 2×2,最大速率20 Gbps,该模式只支持USB-C,不支持传统的USB Type-A接口。

这还没完,或许是制定USB标准的这帮工程师觉得大部分人理解不了USB已经惊为天人的命名标准,他们还给USB不同的传输模式加上了更加“通俗”的名字:USB 1.0(1.5 Mbps)名为Low Speed;USB 1.0(12 Mbps)名为Full Speed;USB 2.0(480 Mbps)名为High Speed;USB 3.2 Gen 1(5 Gbps,曾用名USB 3.1 Gen 1,曾曾用名USB 3.0)名为SuperSpeed;USB 3.2 Gen 2(10 Gbps,曾用名USB 3.1 Gen 2)名为SuperSpeed+;USB 3.2 Gen 2×2(20 Gbps)名同为SuperSpeed+。

虽然USB接口的名字十分混乱,但它的接口速率在这几年间却实打实的提升了。USB-IF便有了让USB传输视频信号的打算,他们打算把DisplayPort接口(DP接口)整合到USB-C里。让USB数据线真正实现一根线传输所有信号。但USB-C只是一个物理接口,上面运行的到底是什么信号传输协议可不一定。

除了最初加入的DP外,USB-C还能以MHL,雷雳(Thunderbolt,又译成雷电,本身也可传输DP信号),HDMI和VirtualLink模式传输信号。

更要命的是,每种协议能在USB-C上传输的都有好几种版本,每种版本都有或多或少的区别:DP有DP 1.2、DP 1.4和DP 2.0(现在DP 2.0已更名为DP 2.1);MHL有MHL 1.0、MHL 2.0、MHL 3.0和superMHL 1.0;雷雳有雷雳3和雷雳4(数据带宽为40 Gbps);HDMI则只有HDMI 1.4b(HDMI接口本身也十分混乱,想要讲清楚的话,可能需要再写一篇文章了);VirtualLink也只有VirtualLink 1.0。

而且,USB-C线缆并不一定支持所有这些协议,电脑外设支持的标准也不一样。2019年9月3日,USB-IF组织公布了USB4标准。USB4接口基于雷雳协议开发,数据带宽40 Gbps,只能使用USB-C接口。但是USB 2.0和USB 3.2的命名并没有更改,USB的混乱在这时达到了顶峰。这种混乱的接口命名标准,别说爱好者了,就连英特尔内部的专家也记不住它的名字。

迟来的化简今年10月18日,USB-IF公布了USB4 2.0版本,可以让USB接口以80 Gbps的带宽传输数据。USB-IF这次似乎发现他们对USB接口的命名存在一些“小小的”问题,终于简化了USB的命名方式。

新的USB接口只有USB-C一种物理接口,并且以线缆传输带宽命名:USB 3.2 Gen 1更名为USB 5Gbps,带宽5 Gbps;USB 3.2 Gen 2更名为USB 10Gbps,带宽10 Gbps;USB 3.2 Gen 2×2更名为USB 20Gbps,带宽20 Gbps;原先的USB4则更名为USB 40Gbps,带宽40 Gbps;新推出的标准名为USB 80Gbps,带宽80 Gbps。

至于之前的USB 2.0和USB 1.0,USB-IF则认为这两个接口年代太久远,其命名不适宜再做修改。除了数据带宽,USB接口还必须明确标注自身能传输的功率——并且只有60W和240W两个档位。USB的命名终于不再令人疑惑了。那是不是我现在只要拿上一根USB 240W/80Gbps的线,就能一线走天下了?

很遗憾,不能。

因为除了USB-IF公布的标准USB-C接口规范外,一些厂商会在私下修改USB-C接口。比如一些手机厂商会为了增加手机充电功率,更改USB-C接口内部引脚的定义,在使用通用USB接口充电时,这些手机可能就会失去快充功能。而且,高功率、高传输速率的USB线缆还有一个问题:贵。

当线缆传输信号带宽上升时,对线缆的制造要求就会提高,USB 40Gbps线缆的价格已经算不上便宜,一根1米多的数据线仅成本就能达到几百元。就更不要说还没有上市的USB 80Gbps了。而且这些高规格线缆又粗又硬,便携性也很差。

USB统一所有接口,这是一个美好的愿景,但它也带来了一个前所未有的问题——相同接口,功能不同。

随手拿出一根USB-C数据线,它上面运行的协议可能是2年前才推出的雷雳4,也可能是20多年前的USB 2.0(或者说High Speed)。不同的USB-C线缆内部结构可能都是不同的,但是它们的外观却几乎没有区别。所以,就算我们把所有电脑外设接口的形状都统一成USB-C,电脑接口的巴别塔或许也不能真正建立起来。但至少比接口物理形状不统一根本连不起来要强不少。

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