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USB-C，亂成一鍋粥
USB-C這個小小的標準曾被譽為未來所有線纜需求的解決方案，將電源和資料傳輸與顯示和音訊連接統一起來，如今它已經實現了開創通用連接埠時代的目標。然而，USB-C 也變成了約翰·卡朋特 (John Carpenter) 筆下的怪物——原始零件的混雜在其越來越糊狀的外形中幾乎看不見。
無論我們深入研究 USB-C 的哪些看似基本的功能，它都變成了一個越來越複雜的相容性問題。無論是相互衝突的專有快速充電標準，還是解讀USB 資料速度在特定電纜連接埠上的工作方式，我都不知道該往哪個方向走。USB-C 標準的定義原則使問題變得更加複雜，它導致消費者認為一切都正常，而實際情況卻大相逕庭。
但我想，至少USB-C 電纜的工作方式是隨便插的。
什麼是 USB-C？
它與之前的標準有何不同？
在深入探討 USB-C 的問題之前，我們有必要先討論一下標準。簡而言之，USB-C 是第一個可正反插的 USB 連接器，僅憑這一點，它就比其前代產品有了功能升級。正如您所期望的那樣，它現在出現在大多數計算裝置上，從智慧型手機到筆記型電腦，作為 USB-A 連接器的替代品。您還可以在少數可攜式電子裝置上找到 Type-C 連接埠，例如電動牙刷、迷你吸塵器和數位相機。
與之前的 USB 標準相比，Type-C 連接器不僅可正反翻轉；而且相當緊湊且功能極其豐富。如上圖所示，典型的 USB-C 連接器比前幾代 USB 擁有更多的引腳。該標準支援快速充電、資料傳輸、音訊、4K 外部顯示輸出等。它還相對具有交叉相容性，因此您幾乎可以使用單個介面卡和電纜，至少對於不使用專有標準的裝置而言。甚至 Apple 也在其最新的iPhone 15 系列中採用了這一標準；放棄Lighting 轉而使用 USB-C，並使後者成為智慧型手機的通用連接器。
USB-C 只是物理連接器；令人頭疼的是底層標準。因為連接埠的功能取決於物理硬體支援的底層協議，包括 USB Power Delivery、Thunderbolt 資料、用於外部顯示器的 DisplayPort、USB4 等等。但我們稍後會討論這些。
過去六年發生了什麼變化？
讓我們快速回顧一下這段時間裡情況發生了哪些變化，甚至有所改善。
首先說說積極的一面，USB-C 幾乎已經成為了我們見過的最普遍的連接埠，而舊款 USB 連接埠在高端裝置甚至如今大多數廉價裝置中都已不復存在。歐盟委員會要求所有新電子裝置在 2024 年底前必須通過 USB-C 供電，這一趨勢勢必會進一步加強。如果您還沒有這樣做，那麼很快就能用一根電纜和充電器使用所有裝置了。
說到這裡， USB-C 上的USB 供電已成為智慧型手機和筆記型電腦市場上幾乎通用的充電標準。即使是依賴專有快速充電技術的手機也大多以某種形式採用了它，儘管功率水平遠低於其專有協議。不幸的是，正如我們將在整篇文章中看到的那樣，USB-C 充電實現對於大多數消費者來說仍然難以理解，尤其是在增加了 USB PD PPS 之後。很少有智慧型手機品牌掌握了新可程式設計標準提供的靈活功率建模，與專有協議相比，許多裝置的充電速度非常慢。
USB-C 成功簡化了裝置連接埠、電纜類型和充電要求。
與舊款 USB-A 插座相比，筆記型電腦領域的 USB-C 連接埠數量越來越多。這既是好事也是壞事，具體取決於有多少配件仍在使用舊連接埠。介面卡的壽命已成為主流，但隨著 USB-C 滲透到越來越多的產品中，現在正處於下行軌道。不幸的是，USB-C 的黑盒特性意味著各種 USB-C 連接埠之間的差異越來越大，即使是在一台筆記型電腦上。弄清楚哪個連接埠支援高功率、顯示連接埠輸出或超高速資料傳輸需要費力的手動研究。
總體而言，情況比早期有所好轉。話雖如此，USB-C 已經演變成一團亂麻，而且在某些方面實際上變得更糟。
充電仍然是一個揮之不去的
USB-C問題
目前，USB-C 標準在充電方面仍是一個常見問題。雖然 USB-C 可以確保手機以某種方式充電，但乍一看很難確定哪些充電器、電纜、手機和筆記型電腦可以很好地配合使用以實現最佳快速充電。
一方面，專有協議仍然在中國手機中盛行，榮耀、一加、小米等手機都提供超高功率和極快的充電時間。前提是您將手機與正確的充電器和電纜配對。然而，這些品牌的充電速度以更通用的標準而著稱，通常上限為 18W 及以下，有時甚至降到只有 5W 充電。偶爾也有例外，但從整個價格區間來看，儘管採用了 USB-C，但充電仍然是一個問題。
只要您保持單一生態系統，就沒問題，但如果開始混合搭配，您的智慧型手機可能需要幾個小時才能在其他品牌的插頭上充電。雖然有些品牌支援其插頭的通用充電標準，但這是例外。
USB PD PPS 給消費者的購買決策又增添了一層困惑。
USB 供電在筆記型電腦和西方主要智慧型手機品牌（包括蘋果、Google和三星）中更為常見。在這裡，您最有可能發現裝置之間的充電和諧性，但也存在揮之不去的問題。首先，智慧型手機、平板電腦和筆記型電腦之間的充電功率水平和速度存在很大差異，儘管它們都使用相同的標準。
USB 電力傳輸可程式設計電源 (USB PD PPS) 變體的推出無疑使事情變得複雜。例如，我們發現Google的 Pixel 旗艦在充電功率要求方面表現得非常隨意，與舊的 18W USB PD 型號相比，使用更昂貴的 30W USB PD PPS 插頭，手機的充電速度幾乎沒有任何提高。這肯定會讓消費者感到困惑。同樣，三星最近的 Galaxy Ultra 型號需要 45W USB PD PPS 充電器，但更實惠的Galaxy S24型號仍然使用 25W。但無論哪種情況，如果您沒有 PPS 插頭，您只能使用 15W，而這需要數小時才能充電。
USB PD PPS 本應是該行業的一大進步，它將以前僅在快速專有標準中發現的電壓靈活性與 USB 標準的向後相容性和大規模採用相結合。現實情況則更加複雜，很少有品牌能夠最大限度地利用這項技術。華碩、Google和三星是最知名的品牌，而使用該協議的其他手機充電速度相對較慢。
值得慶幸的是，USB Power Delivery（大部分情況下）可以作為可靠的後備方案，確保裝置充電功率超過 USB-C 連接埠本身宣稱的 5W 基本水平。然而，為特定手機挑選最佳充電器和電纜仍然需要付出比許多消費者對一個聲稱萬能的連接埠所期望的更多的努力。
USB-C 資料速度變得更加混亂
充電仍然過於複雜，但從資料傳輸速度來看，情況就更糟了。從技術上講，這不是 USB-C 的錯，而是 USB IF 繼續使 USB-C 支援的技術複雜化。雖然有些連接埠有標籤，但並不總是能通過目測輕鬆判斷 USB-C 連接埠的速度有多快，而深入研究規格表肯定會讓人頭疼。
最新的 USB 資料速度協議分為幾個標準。有傳統的 USB 1.0 和 2.0、USB 3.0、USB 3.1、USB 3.2 和最新的 USB 4.0，所有這些都可以通過 USB-C 獲得支援。這已經夠讓人困惑了，但這些標準後來經過修訂和更新，包括各種子標準，其中包括 USB 3.1 Gen 1、USB 3.1 Gen 2 和 USB 3.2 Gen 2，以及較新的 USB 3.2 Gen 1×1、USB 3.2 Gen 1×2 和 USB 3.2 Gen 2×2 修訂版。希望您能在沒有手冊的情況下解讀這些差異。希望下面的圖表能有所幫助。
USB4（不是 USB 4！）於 2019 年發佈，承諾簡化格局並“最大限度地減少終端使用者的困惑”，但它已經徹底失敗了。
USB4 已經擁有 Gen 2×1、Gen 2×2、Gen 3×1、Gen 3×2 和 Gen 4 變體，資料速度範圍從 10 到 80 Gbps。沒錯，2022 年末的修訂版隨著 USB4 Gen 4 的推出將標準的峰值速度從 40 Gbps 提高到了 80 Gbps，但現在看來，原始規範屬於 Gen 3×2 名稱。甚至還有一個非對稱版本的 USB4 Gen 4，它可以達到 120Gbps，但不遵循以前的命名約定，這讓使用者更加難以理解。
坦率地說，USB 3.2 和 USB4 完全是一團糟。
行銷名稱（例如 USB 40Gbps）和相關徽標應該使所有這些選項聽起來更方便消費者使用。然而，電纜和裝置並不總是貼有適當的標籤，而且有限的品牌標識對更高級的組態沒有幫助。
進入USB備用模式“兔子洞”
在支援“替代模式”和增強功能方面，裝置和電纜同樣存在問題。這些包括通過連接器提供的 DisplayPort、MHL、HDMI、乙太網路和音訊功能。雖然其中大部分都屬於 USB-C 規範，而不是連接埠的資料速度規範，但 USB4 再次被認為至少在某種程度上為連接埠的功能集帶來統一。
USB4 基於 Thunderbolt 3，與 Thunderbolt 4 規範保持一致，因此捆綁了 DisplayPort 2.0 隧道支援，最多可支援兩個 4K 或一個 8K 顯示輸出，以及集線器裝置上的 PCI Express 功能。但是，不需要其他 USB-C 替代模式。當然，強制要求每台裝置都具備這些功能是沒有意義的，但選項範圍之廣會讓消費者感到沮喪。
最大的問題是，產品不一定提供使用者所期望的功能。如果筆記型電腦缺少傳統連接埠，消費者可能會認為 USB-C 連接埠支援 HDMI 或乙太網路，但事實可能並非如此。更令人沮喪的是，功能可能僅限於裝置上的特定 Type-C 連接埠。您可能有三個連接埠，但只有一個提供您想要的功能。雖然這是製造商方面的問題，但缺乏更嚴格的標準加劇了這種不透明的現實。
USB-C 相容許多功能，但組合是否有效通常是即插即用的情況。
歸根結底，USB-C 使功能變得更加不透明，而不是更不透明。它聲稱可以做所有事情，但仍無法保證產品能夠真正使用這些功能。
USB4 並沒有幫助統一功能相容性，而且，如果說有什麼不同的話，那就是較舊的 USB 3.2 規範對消費者來說變得更加難以掌握。傳統裝置和剩餘可選標準的範圍之廣意味著 USB-C 連接埠功能乍一看仍然未知。即使有更詳細的資訊可用，並且連接埠正確標記了適當的品牌，但當人們想要的只是有用的東西時，要理解各種模式和術語可能要花費大量時間去消化。
為什麼會出現USB-C相容性問題？
即使您已做好萬全準備，錯誤的 USB-C 線纜也可能帶來麻煩。例如，那些花哨的 40Gbps 和 80Gbps 資料速度無法通過長距離線纜實現，並且您無法在額定電流僅為 3A 的標準線纜上達到 240W 的功率。您必須尋找帶有正確標籤和徽標的線纜，以確保它們支援您想要連接的功能。
由於硬體陳舊，USB-A 轉 USB-C 介面卡線纜的世界同樣令人困惑。例如，USB 2.0 僅具有用於資料和電源的四針連接器，而 3.0 線纜則將其增加到九針。通常用於充電的 USB-C 轉 A 線纜有 2.0、3.0 和 3.1 版本，這會影響它們可以處理的資料量和電量。如果您需要快速資料傳輸或其他功能支援，則必須插入九針線纜。但是，一些專有充電標準更喜歡具有高電流額定值的舊式四針線纜，這通常會違反官方規格。
電纜質量、額定值和長度會影響 USB-C 連接埠的功能。有些電纜甚至違反了標準！
正如我們之前提到的，高速資料和即時視訊傳輸的引入帶來了新的問題。高速訊號在長距離傳輸時會受到衰減和時鐘抖動的影響，這意味著資料可能會在傳輸過程中丟失。為瞭解決這個問題，USB 電纜也有無源和有源兩種。有源電纜包括重新驅動器，用於恢復訊號幅度並防止長距離訊號質量損失。因此，用於非常高資料速度的長電纜（例如通過 Thunderbolt 傳送 4K 60fps 視訊或資料）需要有源元件，而基本的充電和資料傳輸可以使用長度不到兩米的標準無源電纜。
如果無源 USB-C 線纜帶有“三叉戟”SuperSpeed USB 徽標，則支援 DisplayPort、MHL、HMDI 和 Thunderbolt，距離不超過兩米；如果線纜帶有 SuperSpeed+ 標籤，則距離不超過一米。如果距離更遠，則需要有源線纜，如果您想要 40Gbps 的速度，則必須留意 Thunderbolt 徽標。其他 USB 類型的無源介面卡線纜不支援任何這些模式。
功能相容性問題還涉及相關連接埠和裝置，這些連接埠和裝置可以組態為多種充電速度、傳統標準和備用模式。USB-C 連接埠比其前代產品更複雜，需要更多的軟體和硬體輸入才能正常工作。
USB-C 產品的起點是 Power Delivery 協議。這不僅僅與充電有關；它也是連接埠如何使用連接器的附加引腳來傳達對 HDMI 和 DisplayPort 等額外功能的支援。備用模式使用 Power Delivery 結構化供應商定義消息 (VDM) 來發現、組態、進入或退出這些模式。最重要的是，如果您的裝置不支援 Power Delivery，它也不會支援任何其他功能。不幸的是，Power Delivery 電路比基本電路更複雜、更昂貴，並且複雜性會隨著連接埠數量的增加而增加。
隨著藍牙的接管，USB-C 音訊基本上已經消亡。
即便如此，這並不意味著每個 Power Delivery 連接埠或裝置都會支援所有功能。裝置製造商需要在 Power Delivery 元件和常規連接埠連接之外新增必要的多路復用器和其他 IC，以支援乙太網路、顯示和其他替代模式。下圖僅顯示了擴展單個 USB-C 連接埠的功能集所需的一些不同元件塊。
當產品需要將多個訊號（如視訊或音訊）路由和管理到多個 USB 連接埠時，連接埠電路只會變得更加複雜。訊號路由變得越來越複雜和昂貴，因此製造商將功能限制在一個或兩個連接埠上。
即使供電也需要 USB-C 的複雜電路來適應可逆連接器類型、各種電源選項以及向上、向下和雙向充電連接埠和資料選項之間的選擇。為了降低成本和複雜性，並非所有 USB-C 連接埠都具備所有功能。
USB-C 注定會一片混亂
USB-C 的複雜性無疑是其失敗的原因。雖然一根線纜支援所有功能的想法聽起來非常有用，但現實情況很快就變成了專有產品與符合規格的產品、不同的線纜質量和功能以及不透明的功能支援等複雜組合。結果就是，這個標準看似簡單易用，但很快就會讓消費者感到沮喪，因為沒有明確的跡象表明為什麼某些線纜和功能無法跨裝置使用。
幸運的是，高端筆記型電腦越來越多地採用 USB-C 規格的全部潛力，而蘋果將 iPhone 移至該規格也使智慧型手機系列更加完整。總體而言，手機已經採用了共享充電標準，但在許多情況下，情況仍然遠非簡單。
USB-C 是一款出色的連接器，但卻因連接埠上運行的各種技術而受到破壞。
不幸的是，USB4 對統一 USB-C 連接埠毫無幫助。更好的標籤可以幫助消費者識別哪些電纜和產品支援哪些功能，但試圖修改命名方案和徽標只會進一步疏遠消費者的適用性。強制性的電纜和連接埠顏色（如 USB 3.0 連接埠的情況）可能會有所幫助，但卻違背了這種一刀切解決方案的整個目的。
不幸的是，2024 年的 USB-C 生態系統與我 2018 年第一次研究這個問題時一樣複雜，儘管方式不同。USB PD PPS、USB 3.2 和 USB 4 的發佈使 USB-C 連接埠變得更加複雜，而沒有向終端使用者提供有關支援哪些內容的明確資訊。雖然 USB Power Delivery 支援的增長是一個好兆頭，但 PPS 的引入已經阻礙了人們對該行業可能很快圍繞單一充電標準達成共識的任何希望。
USB 規格每年都在變化，消費者無法跟上。 (半導體行業觀察)