就傳輸介面過往的技術發展普及經驗來看,產品選擇豐富性和價格具有關鍵影響性,USB4 或許能順利成為 Thunderbolt 4 / 3 經濟替代方案。

去年的 USB4 初體驗,我們搭配 ASMedia 所提供裝置端工程樣板,進行 USB4 儲存應用傳輸速度試驗。隨著採用 ASMedia 設計解決方案的實體產品陸續開賣,我們利用市售版產品再次進行速度比拚,也順道簡單聊聊這段期間的變化,至於核心技術等部分就同樣不細說了。

截至目前為止,可支援 USB4 或 Thunderbolt 4 / 3 的電腦並不少,只不過都以行動平台為主。Intel 於 2020 年推出第 11 代 Core 行動處理器,開始原生內建 Thunderbolt 4 控制器,此外還有為數不少的 Apple 筆電產品也相容,而 AMD 是從 Ryzen 6000 系列行動處理器開始有限度開放 USB4 功能。

2022 年我們介紹 Lenovo ThinkPad Z16 Gen 1 筆電,所採用 Ryzen 6000 系列行動處理器,其韌體層已經開啟 USB4 功能,在 Windows 11 控制台能看到相關資訊。
Intel 自第 11 代 Core 行動處理器開始原生內建 Thunderbolt 4,同時也強調與 USB4 的互換相容性,因此逐漸有 Thunderbolt 4 = USB4 這類話術出現。

就在幾天之後,AMD 與 Intel 將相繼推出新一代桌上型平台,會分別內建整合 USB4 與 Thunderbolt 4 介面,打破特定平台產品才支援的局面。由於 USB4 結合了 Thunderbolt 3 關鍵技術,因而 USB4、Thunderbolt 4 / 3 具備相容性,隨著內建支援主控端的電腦數量再增加,應用普及之路都將邁向下一個里程碑。

更精準來說,AMD Ryzen 8000G(代號 Phoenix 1 / 2)系列桌上處理器也有內建 USB4,GIGABYTE AORUS B650E ELITE X AX ICE 是極少數針對它調整線路設計布局,得以使用處理器內建 USB4 的新品之一。

USB4 和 Thunderbolt 4 / 3 各有優點,Intel 向來強調 Thunderbolt 4 所支援、具備功能性更佳,是和 USB4 競爭的優勢。只不過 Intel 並未推出外接儲存 / 顯示卡適用的新控制器,導致零售市場只能買到 Thunderbolt 3 世代製品,像是使用第 2 代 Thunderbolt 3 控制器其中之一的 JHL7440。

Intel 角度的 Thunderbolt 4 / 3 與 USB4 比較表,表列功能性是以最低要求規格作為基準,實際支援規格仍以個案晶片設計為準,總之 Thunderbolt 4 / 3 與 USB4 三者是具有高度互換相容性。
Thunderbolt 4 控制器版本稍多,USB 3.2 向下相容性最高為 USB 3.2 Gen 2×2(20Gbps)或 USB 3.2 Gen 2(10Gbps),自 Core Ultra 系列行動處理器開始才算普遍完整支援。

反觀 USB4 在 USB-IF 推動之下,設計解決方案跑在前頭的 ASMedia,主控端與裝置端晶片都已經量產出貨,在零售通路市場也能購買到相關實體產品。其中特別是主控端,陸續通過了 USB-IF 與 Intel Thunderbolt 雙重認證,至於裝置端 ASMedia 的工程測試板亦有通過 Intel Thunderbolt 認證。

USB4 架構示意圖,圖例中 USB4 Protocol 核心技術是源自 Thunderbolt 3,而 Thunderbolt 4 其實只算是 Thunderbolt 3 微改款,除了提升功能性更針對 USB4 相容性兩三事進行強化。

話說,AMD 截至目前為止提供的 USB4 功能,像幾天之後所要解禁 X860E、X870 桌上型晶片組,可以確定是藉由綁定 ASMedia 的 ASM4242 主控晶片來負責。在此之前的產品,我們並不認為 AMD 會分心去自主開發設計,可能是和晶片組合作夥伴 ASMedia 協調,取 ASM4242 的 IP 來進行整合(這段話僅供參考… …)。

ASMedia 的 ASM4242 主控晶片與 ASM2464PD / PDX 裝置端晶片,USB 向下相容所有 USB 3.2(20Gbps、10Gbps、5Gbps)規範,因此又稱為全功能解決方案,其整體規格高於 USB4 規範的最低要求。

前述差異概要,我們將之彙整成下列表格,讓大家快速參考比較。如表格所示,USB4 和 Thunderbolt 4 / 3 規格都存在一些變數,確實很容易讓人陷入混亂。我們也難以保證這些資訊完全正確,或許哪天 Intel 會跳出來說,啊這個、那個應該是… …我們很棒的,天曉得呢。

USB4 vs. Thunderbolt USB4 v1.0 Thunderbolt 4 Thunderbolt 3
控制器 ASMedia 方案 USB-IF 規範 Intel JHL8000 系列 Intel 處理器內建 Intel JHL7000 系列 Intel JHL6000 系列
傳輸速率 40Gbps 20Gbps、40Gbps 選配 40Gbps 40Gbps 40Gbps 40Gbps
PCIe Tunneling PCIe 4.0 x4 (40Gbps) Host、Device 選配 PCIe 3.0 x4 PCIe 3.0 x4 PCIe 3.0 x4 (26Gbps) PCIe 3.0 x4 (22Gbps)
USB 3.2 20Gbps、10Gbps、5Gbps 10Gbps、Device 選配 10Gbps、5Gbps 20Gbps*、10Gbps、5Gbps 10Gbps、5Gbps 10Gbps、5Gbps
DisplayPort Tunneling Host 支援 Device 選配 Yes Yes Yes Yes
Thunderbolt 4 / 3 Compatibility Yes Host、Device 選配 Yes Yes Yes Yes
供電 7.5W (5V / 1.5A),可搭配 USB PD 7.5W (5V / 1.5A) 15W (5V / 3A) 15W (5V / 3A) 15W (5V / 3A) 15W (5V / 3A)

* 簡化來說,自進入 Core Ultra 世代開始,USB 3.2 Gen 2×2(20Gbps)已成為必然支援規格。

即便 USB4 是 USB 3.2 與 Thunderbolt 3 的融合體,但 USB-IF 陣營向來相對比較開放(或說放任… …),參與的製造商與品牌數量眾多,讓產品價格親民這宗旨相對容易實現。USB4 看來也不會例外,ASMedia 設計解決方案相關產品(如擴充介面卡、固態硬碟外接盒等),目前價位都比 Thunderbolt 4 / 3 產品親民。

以 ASUS 自家特定主機板適用的擴充卡為例,USB4 PCIe Gen4 Card 開賣不到一年,價格比銷售多時的 ThunderboltEX 4 Card 便宜數百元。

以固態硬碟外接盒為例,起先要價動輒達 3,xxx~4,xxx 元,然而近來能看到喊出 1,500 元有找,呼應了「先買先享受、晚買享折扣」這句話。反觀 Thunderbolt 4 / 3,嚴謹的測試認證要求有其優點,但成本加諸在實體產品上往往導致價格高不可攀,真正通過測試認證的產品猶如「日本製壓縮機非常稀少」,我們就不舉例了。

真 USB4 固態硬碟外接盒,陸續開賣頂多一年左右的時間,價格直直落正好讓更多人也負擔的起。

USB4 vs. Thunderbolt 實測比一比

藉著介紹 ASUS USB4 PCIe Gen4 CardOWC Express 1M2 外接盒這兩款新品的機會,我們索性再一次進行 USB4 速度體驗,差異在於都是使用市售版產品,更能夠反映真實世界的狀況。

我們一樣備齊 USB4 和 Thunderbolt 兩種介面,所需的擴充介面卡與儲存裝置,在固定的桌上型平台進行,將性能測試變數控制在最小範圍內。當然了,由於 Thunderbolt 4 沒有推出外接儲存應用解決方案,只好以 Thunderbolt 3 產品來代替。

ASUS 所推出 USB4 與 Thunderbolt 4 擴充介面卡,只適用於自家特定的主機板,並非通用設計型產品。
圖例 USB4 與 Thunderbolt 3 儲存應用裝置,都是支援 PCIe M.2 固態硬碟模組。

測試平台

性能數據彙整取重點來看,USB4 PCIe Gen4 Card 搭配 Express 1M2 這樣完整的 USB4 組合,於 CrystalDiskMark 測得最大存取速度為讀取 3,7xxMB/s、寫入 3,6xxMB/s,在 ATTO Disk Benchmark 視佇列深度而定,可達到讀取 3.27GB/s~3.44GB/s、寫入 2.92GB/s~3.01GB/s。

其中 Thunderbolt 4 / 3 搭配組合,由於 PCIe Tunneling 支援規格因素,所以 CrystalDiskMark 實測速度落在讀取 3,1xxMB/s、寫入 2,8xx~2,9xxMB/s 附近,與完全 USB4 方案相較落後 19.x%~24.x%。Thunderbolt 4 實力到底在哪,答案只有 Intel 自己知道了… …

另外就 ATTO Disk Benchmark 來看,完全 USB4 方案讀取達到 3.2xGB/s~3.44GB/s,反觀交叉組合最高不過 2.92GB/s,至少落後 16.x%~17.x%。至於寫入方面,完全 USB4 方案至少有 2.92GB/s 表現,交叉組合則是在 1.99GB/s~2.2GB/s,落後多達 35.x%~47.x% 不等。

ASUS USB4 PCIe Gen4 Card - Benchmark (3)
ASUS USB4 PCIe Gen4 Card - Benchmark (4)
ASUS USB4 PCIe Gen4 Card - Benchmark (1)
ASUS USB4 PCIe Gen4 Card - Benchmark (2)
ASUS USB4 PCIe Gen4 Card - Benchmark (3) ASUS USB4 PCIe Gen4 Card - Benchmark (4) ASUS USB4 PCIe Gen4 Card - Benchmark (1) ASUS USB4 PCIe Gen4 Card - Benchmark (2)

如果於外接儲存裝置有著特殊應用需求,那麼 4K 隨機吞吐量相對值得注意,此時差距不再那麼顯著。ATTO Disk Benchmark 顯示差異最多是讀取 3.x%、寫入 6.x%,隨著佇列深度增加會縮小到相近,至於 CrystalDiskMark 差異大多落在 1.x%,僅 Q1T1 條件下寫入是略多的 3.x%。

ASUS USB4 PCIe Gen4 Card - Benchmark (5)
ASUS USB4 PCIe Gen4 Card - Benchmark (6)
ASUS USB4 PCIe Gen4 Card - Benchmark (7)
ASUS USB4 PCIe Gen4 Card - Benchmark (8)
ASUS USB4 PCIe Gen4 Card - Benchmark (5) ASUS USB4 PCIe Gen4 Card - Benchmark (6) ASUS USB4 PCIe Gen4 Card - Benchmark (7) ASUS USB4 PCIe Gen4 Card - Benchmark (8)

到這邊大家可能也好奇,如果 USB4 外接盒只使用 PCIe 3.0 x4 固態硬碟模組,那麼速度表現又會是如何呢?簡單以 CrystalDiskMark 實測截圖為例,我們試著搭配 Western Digital WD_BLACK SN750 1TB,最大存取速度來到讀取 3,36xMB/s、寫入 2,90xMB/s,也是比 Thunderbolt 4 / 3 方案來得好。

PCMark 10 與 3DMark 儲存測試結果,和前述 4K 隨機吞吐量相呼應,儘管完全 USB4 方案的得分與平均頻寬都最高,但實質差距算下來都落在 4.x%。就 3DMark 附加細項來看,遊戲載入平均搜尋時間僅 1 項差異來到 3.x%,而遊戲相關綜合應用部分,最大勝差是搬移遊戲達到 16.x%。

ASUS USB4 PCIe Gen4 Card - Benchmark (13)
ASUS USB4 PCIe Gen4 Card - Benchmark (10)
ASUS USB4 PCIe Gen4 Card - Benchmark (11)
ASUS USB4 PCIe Gen4 Card - Benchmark (12)
ASUS USB4 PCIe Gen4 Card - Benchmark (13) ASUS USB4 PCIe Gen4 Card - Benchmark (10) ASUS USB4 PCIe Gen4 Card - Benchmark (11) ASUS USB4 PCIe Gen4 Card - Benchmark (12)

最後,我們利用工具軟體產生 100GB 單一大檔,透過 FastCopy 傳輸試驗來作為實際應用代表。完全 USB4 方案的平均速度達到讀取 3,624MB/s、寫入 3,228MB/s,反觀交叉試驗組單一最佳值是讀取 3,158MB/s、寫入 2,617MB/s,差距分別達到 14.x%、23.x% 或以上。

USB4 和 Thunderbolt 你怎麼選?

ASMedia 的 USB4 設計解決方案,在儲存應用可提供速度高於 Thunderbolt 4 / 3,這是早已經確認的現實就不贅述了。我們並不否認,USB4 要進入成熟期還有段路得走,除了硬體層難免發生一些奇特現象,作業系統也只有 Windows 11 支援性較佳。

不過就測試把玩經驗來說,USB4 或說 ASMedia 的 USB4 方案已具有一定可用性,入門門檻終究比較低同樣是吸引力。至少單就高速外接儲存應用而言,我們是更推薦 USB4 方案給予多數人,Thunderbolt 4 / 3 暫時就留給商用族群吧。你的選擇會是?

延伸閱讀