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 等於 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。

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,由於 PCIe Tunneling 最高僅支援 PCIe 3.0 x4,而且 PCIe 頻寬規格上限為 32Gbps、實際速度最高約等 3,000MB/s(Intel 所揭露資訊,仍得視控制器而定),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%。

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)
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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)
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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?

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