奇妙的Type-C

 

最近升级了显示器，买了Dell新出的U2723QE。这款显示器自称Hub Monitor。

(大图)

简单的说，你可以把所有外设都接在显示器上，包括：键盘/鼠标/网线/耳机/移动硬盘，甚至于第二台显示器，然后只用一根Type C的线连笔记本就行了。 连接如此简洁，让我对Type C产生了兴趣，想搞明白它内部的工作方式。

名词解释

先把几个名词说明一下，方便后文全用缩写表示。

USB Type-C： 是一种USB接口外形标准USB-C： USB Type-C 的缩写DP： DisplayPort的缩写, 视频接口标准TBT： Thunderbolt, 雷电，一种传输协议，由Intel发布。

早期的雷电1/2用的特殊接口，基本上只在Apple的设备上使用。从雷电3开始转而使用Type C，同时在Windows上提供，从而普及。

USB-C PD： 充电协议，最高输出功率为100W (5V*20A)。PD是Power Delivery的缩写。全功能USB-C： 是指该USB-C同时支持充电、数据、视频。

时间线

整理了一下时间线：

时间主角说明2000USB 2.0USB 2.0 最大传输带宽为480Mbps(60MB/s)2008USB 3.0USB 3.0 最大传输带宽为5.0Gbps(625MB/s)2010DP 1.2DP 1.2 (HBR2)，带宽 21.6Gbps(包含4个信道，单个信道5.4Gbps)，有效带宽17.28Gbps，支持4K@60Hz2013/09HDMI 2.0HDMI 2.0 带宽 18Gbps 支持4K@50/60Hz2013/12USB 3.1USB 3.1 宣布Gen2规格，带宽翻倍，最大传输带宽为10Gbps。先前的3.0被命令为Gen1。2015/06TBT3雷电3，40Gbps，可支持两个4K@60Hz显示器同时使用。原生支持 USB 3.1、DisplayPort、PCI Express 和 Thunderbolt 四种协议。(雷电1 10Gbps, 雷电2 20Gbps)2016/02DP 1.4DP 1.4 (HBR3)，带宽 32.4Gbps((包含4个信道，单个信道8.1Gbps))，有效带宽25.92Gbps，支持4K@120Hz，8k@60Hz2017/01HDMI 2.1HDMI 2.1，带宽 48Gbps，支持4K@120Hz，8K@60Hz2017/09USB 3.2USB 3.2，支持双通道，提高数据传输效率。Gen 1x2 10Gbps, Gen 2x2 20Gbps2019/06DP 2.0DP 2.0，77.37Gbps，支持8k@60Hz2019/08USB4USB4 = USB 3.2 + TBT3. 宣布Gen3规格，Gen 3x1 20Gbps, Gen 3x2 40Gbps2020/06TBT4雷电4 = 满血USB4。 雷电4接口的带宽虽然仍然是40Gbps，但是其中用于数据传输的部分提高到了32Gbps，作为对比，雷电3接口用于数据传输的部分只有22Gbps；另外，雷电4最高可以输出8K分辨率视频画面或两路4K分辨率视频画面

Display Alt Mode

Type C一统江湖的趋势很明显，这也是为什么DP和HDMI纷纷出了各自的Alt Mode，使之能够在Type C接口上跑视频信号，使得Type C变成集视频/数据/电源的全功能接口。

Type C接口的构成

USB Type C针脚包含了2组通道(RX和TX)。

这两组通道有不同的玩法：

既可以完全跑数据，最高支持到Gen2x2(Gen2表示USB3.1协议，x2表示USB3.2的双通道)的20Gbps

对应产品有Kingston的XS2000固态移动硬盘

也可以用其中一个通道跑数据，另一个通道通过Alt Mode传输视频信号

比如DP Alt Mode，在DP1.4(HBR3)的协议下，可以传输4K@60Hz的视频信号

甚至可以用这两个通道都跑视频信号

传输2路4K@60Hz，或1路4K@120Hz，8K@60Hz。

Dell显示器接口分析

再回来看Dell U2723QE的USB-C的技术指标：

USB-C upstream/DisplayPort 1.4 Alt Mode with Power Delivery (power up to 90W, HDCP 2.2)

(链接)

它可以承载：视频：DP1.4 (HBR3) 4k@60Hz, 用掉一个通道高速数据：USB 3.2 Gen1，传输速度能到600M+(没有更快的测试设备了)，用掉另一个通道 从接口上来说，数据部分极限可以支持到USB 3.2 Gen 2, 但可能这个Hub硬件不支持，不过USB 3.2 Gen1的5Gbps就已经能够满足多数使用场景的需求了。其他数据：千兆网线，猜测是共享USB3的数据通道，影响不大。其他USB2.0的设备应该是共享USB2.0的数据通道。供电：PD 90W(20V4.5A)

而日常使用模式的话，4K@60Hz视频 + 充电 + 键/鼠/耳机，毫无压力。

其他信息

常见显示分辨率所需带宽

分辨率所需的最小带宽1 x FHD (1920 x 1080) 显示屏 @60 Hz3.2 Gbps1 x QHD (2560 x 1440) 显示屏 @60 Hz5.6 Gbps1 x 4K (3840 x 2160) 显示屏 @30 Hz6.2 Gbps1 x 4K (3840 x 2160) 显示屏 @60 Hz12.5 Gbps

USB3.0的命名

USB3.0的命名比较容易产生困扰，因为它总是在新版本里重新命名老版本，见表格：

传输速度 (接口选项)USB3.0USB3.1USB3.25Gbps

(USB-A、 USB-C、microUSB)USB3.0Gen 1Gen 1x110Gbps

(仅 USB-C)--Gen 1x210Gbps

(USB-A、 USB-C、microUSB)-Gen 2Gen 2x120Gbps

(仅 USB-C)--Gen 2x2

参考文章

Type-C 扩展器 方案指南（DP Alternative Mode 篇）USB Type-C引脚排布指南USB 3.1 Gen 1、Gen 2 和 USB 3.2DP1.4，HDMI2.1，只支持到4K120Hz。那些4K144Hz甚至更高的显示器是怎么实现的?

Reference: