一文看懂USB和雷電介面規範的發展史
對於蘋果來說2020年是一個不平凡的一年，首次在秋季召開了3場發佈會，發佈了一系列重磅的產品，常規升級的Apple Watch以及iPad、外觀大改的iPhone 12系列，以及最重要的基於蘋果自研M1晶片的MacBook Air、Pro、以及Mac mini，無論是對蘋果自己還是整個筆電行業來說都是一次大震動。
蘋果的一系列動作也在踐行著蘋果的理念，打造產品生態，使用全套服務。蘋果自研晶片M1確實是大動作，不過除了這個小編還關注到了一個不同的地方，在新款MacBook筆記本的介紹當中已經將介面的介紹變成了兩個雷靂/USB4埠。兩個USB4介面均支援充電、DP視頻傳輸、雷電3協定以及USB3.1 Gen 2。
USB4是什麼？它出現在了蘋果最新款的Mac產品上是不是也代表了最新的傳輸標準，今天就來聊聊傳輸標準的發展史。
一、物理介面變遷史
USB介面是生活中最常見的介面之一，無論是充電還是資料傳輸。但無論是充電還是資料傳輸一個單純的USB-A介面也也分好多種類。USB全稱Universal Serial Bus，中文名稱通用序列匯流排，由英特爾、康柏、IBM、Microsoft等多家公司于1994年底聯合提出。
USB介面使用範圍非常廣泛， 被廣泛地應用於個人電腦和移動設備等資訊通訊產品，並擴展至攝影器材、遊戲機等其它相關領域，也是目前最常見的介面類別型之一。
目前常見的USB-A介面內部白色底座，當然也有其他配色的介面。從上圖中可以看出USB-A介面內部有4個觸點，其中兩側的2個觸點稍長一些，中間的2個觸點稍短一些。這是因為兩側較長的觸點負責電力連接，中間的兩個稍端的觸點負責資料通訊。所以原則上在拔掉線材時先斷開資料傳輸再斷電，可以防止資料損壞。內部帶有4個針腳USB-A介面也是使用範圍最廣，使用時間最長的介面之一。直到2020年的現在依舊有很多設備在使用。
後來USB-IF和Intel等大公司推動USB-A介面的發展，一種新的介面類別型出現了。整個介面的大小不變，只不過內部的觸點數量由此前的4個增加到了9個，並且USB-A介面的性能也大幅度增強。
USB-A介面發展較早，加上有很多科技巨頭主推，所以得以快速的普及。但USB-A介面也不是很完美的，介面體積較大，並且不支持盲插，所以相信有很多使用者在使用的時候需要嘗試2次甚至3次才可以成功連接。
USB-C的出現徹底改變了這一局面，USB-C全稱USB Type-C，也叫Type-C。是一種新型的物理介面類別型，其規範由USB標準化組織USB-IF發佈。相較於USB-A來說，USB-C有著體積小、支持盲插等特點，徹底解決了’USB永遠插不准‘的世紀難題。
正因為如此使得USB-C得以在很多設備上使用，在2020年的今天USB-C介面已經非常普及，但USB-C真正第一次出現在大眾的眼前是在2015年，首款USB-C手機樂視超級手機1、首款USB-C筆記本New Macbook、首款平板Nokia N1、首款USB-C充電器Apple 29W、首款USB-C充電寶羽博YB-CP1，這些先行者為日後USB-C介面迅速普及做出了推動作用。
相較於USB-A，USB-C除了物理介面體積更小，支援盲插等特點外，內部可以容納更多的針腳也是USB-C的特點之一。由於單個針腳的體積更小，所以在USB-C接頭內部最多可以容納24個針腳，也就是常說的滿pin的針腳。
針腳數量越多也就代表著可以實現更多的功能特性，至於都有哪些功能特性，這個我們會在後面提及。但從2020年推出的設備與介面的更新反覆運算來看，USB-C大有取代USB-A成為新一代大眾普及的介面類別型。
二、充電功率的提升
由於USB1.0和1.1過於老舊，這裡就直接略過，直接從USB2.0開始聊起。USB2.0是以USB-A物理介面類別型存在的，上面也提到了最初的USB-A介面內部只有4個觸點用於傳輸電力和資料，當然，最大輸出電流也僅有5V 500mA。
到了USB3.0階段，USB-A內部的針腳就從4個增加到了9個，同時充電性能也有所增強，支援最大5V 900mA的充電，雖然有所增強，但在現在看來肯定是不夠看的。這也就是為什麼將資料線插在筆記本或者桌上型電腦箱的USB-A介面充電慢的原因，因為電流小，僅僅處於能充電的程度。
常規的USB-A介面支援的充電不高（魔改USB-A暫且不談），這時候USB-C和PD出現了。USB-C的出現使得充電變的不同，最高可以支援20V5A 100W的功率傳輸，USB-C的出現瞬間就讓充電功率有了質的提升。
三、USB介面傳輸速率的提升
前面已經講了一些常見的介面類別型，USB-A到USB-C算是一個大的介面反覆運算。而每個物理介面還會因為內部針腳的不同而存在著不同的功能特性，下面就來講一下基於這些物理介面所支援的傳送速率的不同。
USB2.0是最常見的傳送速率標準，但有2.0有沒有1.0呢？這個是有的，只不過由於時間太過久遠與傳輸都太慢而逐漸被遺忘。最初的USB1.0推出於1996年，但傳送速率只有1.5M/s。1998年升級為USB1.1， 速度也提升到了12M/s，現在USB1.0和1.1已經很少見了。
USB2.0規範是由USB1.1規範演變而來的，於2000年推出。USB2.0將傳送速率提升到了480Mbps，也就是60MB/s，被稱之為HighSpeed，這一協議標準存在時間最長，到2020年今天依舊有大部分USB-A介面在使用著USB2.0的標準。
這裡需要提醒大家，上面的USB1.0、USB1.1、USB2.0的命名規範還算正常，對應的傳送速率標準也很好理解。從USB3.0開始，傳送速率變快，命名規則也變得更多了。
2008年，USB 3.0由英特爾、惠普、NEC、NXP半導體以及德州儀器（Texas Instruments）等公司共同開發，由USB-IF於2008年11月份推出。USB3.0的發佈將傳送速率標準從480Mbps提升到了5Gbps，也就是625MB/s，傳送速率變快了，命名也被更新了，新的USB3.0傳送速率標準被稱之為SuperSpeed。
不過後面USB3.0的命名被USB-IF改了2次，第一次將USB3.0改為USB3.1 Gen 1，第二次將USB3.1 Gen 1改為了USB 3.2 Gen 1。按照USB-IF的說法是為了統一命名規範，可是改到最後使用者也無法準確的分辨出哪個是USB3.0標準了。雖然被改了2次名字，不過傳送速率標準依舊為5Gbps，這一點倒是沒變。
2013年，USB3.1發佈，將資料傳輸標準從5Gbps上升到10Gbps，也就是1250MB/s，整整翻了一倍，而這一標準也被稱之為SuperSpeed+。不過，後面USB-IF將USB3.1陸續更名為USB3.1 Gen2和USB 3.2 Gen2，雖然名字變了兩次，不過傳送速率標準還是10Gbps，也就是USB3.1的傳送速率。
2017年，USB3.2發佈，將傳送速率標準從USB3.1的10Gbps再度提升，而且依舊是翻倍的提升，最高可達20Gbps，也就是2500MB/s。嗯，是的，USB-IF又來改名了，不過這次只改動了一次，也就是USB3.2 Gen2x2。還是那句話，雖然命名改動了，但傳送速率標準還是20Gbps，還是USB3.2。
四、另闢蹊徑的蘋果與雷電介面
相較於USB協定的發展，雷電介面的發展要簡單許多。這裡就還需要提到蘋果了，從1976年4月蘋果成立，到1976年Apple I到1998年第一台iMac發佈再到2007年初代iPhone的發佈，蘋果一系列的動作都說明了蘋果在很多時候都沒有隨波逐流，而是自己站出來引領潮流。之所以在介紹雷電介面的時候提到蘋果是因為蘋果就是雷電介面的締造者之一。
雷電介面即Thunderbolt，這個字眼相信在蘋果官網流覽Mac電腦的時候經常看到。2011年，英特爾與蘋果合作開發的、技術代號為“Light Peak”的Thunderbolt正式公佈。而且雷電介面融合了PCIE和DisplayPort兩種通信協議，所以在全功能TYPE-C之前，雷電介面是罕見同時支援高速資料傳輸和視頻/音訊廣播的多功能介面，即同時具備USB和DP或HDMI/DVI/VGA轉接輸入/輸出功能。且因其頻寬達到10Gbps（雷電2為20Gbps），可以說是非常先進的介面擴展技術，而如此優秀的性能也註定讓雷電介面會引領潮流。
在雷電1和雷電2時期，基本是以Mini DP的物理介面搭載於蘋果MacBook筆記型電腦上面。而且介面邊帶有一個帶著箭頭的閃電。但當時由於雷電介面相關設備稀有，即便有所搭載也都是在高端設備上，而且由於蘋果MacBook筆記型電腦的售價一直很高的原因，導致其知名度在大眾用戶群體中一直不高，也很少被用戶所主動關注。
雷電介面逐漸被使用者所熟知是在雷電3階段，這是因為雷電3也採用了通用度更高的USB-C物理介面。但當時由於雷電3還沒有遠遠達到多人瞭解的情況，所以很多使用者將USB-C和雷電3聯繫在了一起，傻傻分不清楚。其實很好理解，雷電3的物理介面一定是USB-C，但物理介面是USB-C的不一定支援雷電3。
雷電3是目前功能最全的協議，無論是傳送速率、視頻拓展還是充電都是目前性能頂級的介面協定。但搭載雷電3的USB-C介面大部分都出現了諸多高端設備上，比如蘋果MacBook筆記本或iMac等設備。而且雷電介面支援PCIE通信協定，所以雷電3介面還可以直接連接外置顯卡。
按道理來說一個介面支援的功能越多，性能越強大，應該會有很多人喜歡用的。但事實並不是如此，為什麼很多人用不了，一大部分原因是因為貴，價格問題導致很多廠商與用戶望而止步。這是因為雷電3介面標準的專利掌握在英特爾手中，所以如果有廠商想使用雷電3介面標準的話就需要向英特爾繳納高昂的授權費用。這還沒完，雷電3介面需要獨立的控制晶片，所以如果有廠商想要使用雷電3介面標準的話就需要在晶片上付出成本和繳納授權費（這就是配備雷電3介面和的設備以及雷電3線材售價很貴的原因）。
那有沒有可能改變這一局面呢？還真有，USB-IF組織在2019年9月份推出了USB4規範，USB4的推出徹底改變了雷電3介面標準的巨額成本問題。
五、大一統的USB4/雷電3
2019年9月份，USB-IF組織推出了USB4規範，USB 4整合Thunderbolt3的先進技術，直接具備了超大頻寬的資料傳輸能力，支援和雷電3同等的視頻拓展能力，具備充電功能。可以說，一枚全功能的USB 4介面是目前功能最全、體積最小、速度最快的物理介面。並且向下相容USB 3.2、3.1、3.0、2.0，相容雷電3。
為什麼把雷電3和USB4放在一個小標題裡？2019年3月份，英特爾宣佈向USB-IF開放Thunderbolt協議，USB4具備了雷電3的所有功能特性，並且免費向大眾開放。以後眾多廠商可以使用USB4介面標準獲得雷電3的高性能標準，這樣做勢必會讓雷電3進一步的普及，加速高性能介面標準的落地。
六、一個介面走天下
一台筆記本所配備的介面需要承擔充電、資料傳輸以及視頻拓展等任務，而可以將以上任務全部包攬並且還可以獲得更好的性能，目前來看只有搭載USB4規範的USB-C介面了。100W大功率的充電、40Gbps的資料傳輸速度以及支援拓展5K解析度的顯示器也使得其成為了目前功能最強大的介面。
2015年首款搭載USB-C介面的New MacBook，2016年首款搭載雷電3的MacBook Pro，再到2020年搭載自研M1晶片並且配備USB4介面的MacBook系列筆記本。蘋果一直走在推廣雷電3/USB4的前沿。相信此次USB4的推出會讓雷電3的性能標準進一步得到普及，會有越來越多的用戶使用上雷電3的性能標準。
文章的結尾就用一張圖看懂USB和雷電介面標準的發展史吧，由於最開始的USB1.0和USB1.1太過老舊所以沒有統計在裡面。從早期的USB2.0到最新的USB4、從雷電介面到雷電3介面。之所以在表格中將USB4放在最後面是因為USB4的出現頗有統一介面規範的趨勢，可以加速雷電3的普及，讓更多的用戶可以使用USB4的高性能標準。
總結
從USB1.0到USB4，USB協定規範已經走過了近24年，傳輸標準從1.5Mbps到現在的40Gbps，充電從最開始的5V500mA到現在的20V5A。USB協定規範也在不斷的發展，現在的充電以及傳送速率已經是最開始的27000多倍了，我們在見證USB協定規範發展的同時也在享受著它帶來的便利。
而蘋果在協定規範的領域一開始就沒打算走USB協定規範的路，於是和英特爾研發出了雷電標準，並且從誕生開始就遙遙領先。雖然領先但由於硬體以及成本等關係導致雷電一直無法普及大眾，只有在蘋果MacBook筆記本等高端機型當中才看得到。
2019年，USB-IF推出USB4協定規範，USB4的推出徹底改變了雷電3無法普及的局面。相信以後USB4會大面積普及，廠商無需再支付高額的授權費用就可以生產製造帶有USB4協定規範的產品配件以及硬體產品，而雷電3的性能標準也會伴隨著USB4的普及而受用於大眾。隨著製造成本的降低，雷電產品的售價也會走低。這樣就會加速USB4的普及，讓雷電3的性能標準快充落地，讓越來越多的用戶享受到高性能帶來不一樣的使用體驗。
USB-C介面已經普及，相容雷電3的USB4協定規範也會大面積普及。以後使用者進行充電、資料傳輸以及視頻拓展統統只需要一條USB4線纜即可搞定。並且高達100W的充電功率、40Gbps的資料傳輸速度以及5K的視頻拓展會讓使用者更進一步體會到便利。
