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USB 치트시트 (2022)

 (fabiensanglard.net)
1P by GN⁺ 4시간전 | ★ favorite | 댓글 1개
  • USB 세대명과 마케팅 이름이 서로 엇갈려 같은 규격이 USB 3.0, 3.1, 3.2, Gen 1처럼 여러 이름으로 병기되며 혼동을 키움
  • 세대별 표에는 신호 속도, MiB/s 환산값, 필요한 선 수, 케이블 길이가 함께 정리되어 있어 USB 1.1부터 USB4 40Gbps까지 한눈에 비교 가능함
  • USB Gen A x B 표기는 A를 세대, B를 lane 수로 두며, 인코딩 오버헤드와 실효 대역폭, 실사용 속도 차이까지 함께 드러남
  • 케이블은 4선, 8선, 12선 구성에 따라 지원하는 lane 구조가 달라지고, USB Type-C는 두 개 lane을 지원할 만큼 충분한 핀 수와 CC, SBU 신호선을 갖춤
  • 전력 표에는 USB 2.0의 2.5W부터 USB-C PD 3.1 EPR의 240W까지 최대 전압, 전류, 전력이 함께 정리되어 있어 데이터와 전력 규격을 한 번에 파악할 수 있음

USB 명칭과 속도

  • USB 마케팅 이름과 내부 표기명이 서로 달라 혼동되기 쉬우며, 같은 세대가 여러 이름으로 병기되기도 함
    • SuperSpeed USB 5Gbps는 USB 3.0 / 3.1 / 3.2 / Gen 1 계열 이름으로 함께 쓰임
    • SuperSpeedPlus USB 10Gbps는 USB 3.1 / 3.2 / Gen 2 계열 이름으로 함께 쓰임
    • SuperSpeedPlus USB 20Gbps는 USB 3.2 Gen 2x2, USB4 20Gbps는 USB4 Gen 2x2, USB4 40Gbps는 USB4 Gen 3x2에 대응함
  • 세대별 표에는 신호 속도, MiB/s 환산값, 필요한 선 수, 케이블 길이가 함께 정리되어 있음
    • USB 1.1은 12 Mbps, 1.5 MiB/s, 4선, 4m로 표시됨
    • USB 2.0은 480 Mbps, 60 MiB/s, 4선, 4m로 표시됨
    • USB4 40Gbps는 40000 Mbps, 5000 MiB/s, 12선, 0.8m로 정리됨
  • USB Gen A x B 표기는 A를 세대, B를 사용하는 lane 수로 둠
    • USB 3.2 Gen 1 x 1은 5000 Mbps 신호, 8b/10b 인코딩, 유효 4000 Mbps, 500 MiB/s, 실사용 400 MiB/s로 정리됨
    • USB 3.2 Gen 2 x 1은 10000 Mbps 신호, 128b/132b 인코딩, 유효 9696 Mbps, 1212 MiB/s, 실사용 780 MiB/s로 표시됨
    • USB 4 Gen 3 x 2는 20000 Mbps 신호 2개로 총 40000 Mbps, 유효 38787 Mbps, 4848 MiB/s, 실사용 2700 MiB/s로 정리됨
  • 인코딩 오버헤드가 실효 대역폭에 반영되며, 예시로 8b/10b는 20% 오버헤드를 가짐
  • 멀티 lane 시스템은 TX lane striping과 RX lane bonding을 사용함

케이블, 커넥터, 전력

  • 케이블 선 수에 따라 전달 가능한 lane 구성이 달라짐
    • 4선은 PWR, GND, D+, D- 로 구성됨
    • 8선은 여기에 RX+, RX-, TX-, TX+ 가 추가됨
    • 12선은 RX1/RX2, TX1/TX2 쌍까지 포함함
  • USB lane 1개는 +/- 꼬임선 한 쌍으로 정의됨
    • 4선은 half-duplex lane 1개로 동작함
    • 8선은 상향 1개와 하향 1개를 포함한 lane 2개로 동작함
    • 12선은 상향 2개와 하향 2개를 포함한 lane 4개로 동작함
  • USB Type-C만 두 개 lane을 지원할 만큼 충분한 핀 수를 가짐
    • CC1과 CC2는 DFP/UFP 감지에 쓰이며, 전력 협상과 alt mode 전환에도 사용됨
    • SBU1과 SBU2는 DisplayPort AUX 채널과 hot plug detection용 보조 버스 선으로 쓰임
  • 충전 규격 표에는 최대 전압, 전류, 전력이 함께 정리되어 있음
    • USB 2.0은 5V, 500mA, 2.5W로 표시됨
    • USB 3.0 / USB 3.1은 5V, 900mA, 4.5W로 정리됨
    • USB Battery Charging 1.2는 5V, 1.5A, 7.5W임
    • USB-C Current Mode 비PD는 5V, 3A, 15W임
    • USB-C Power Delivery 1/2는 20V, 5A, 100W임
    • USB-C PD 3.1 EPR은 48V, 5A, 240W임
  • 관련 규격 문서는 버전별 링크로 정리되어 있음

함께 보면 좋은 글 β

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GN⁺ 4시간전  [-]
Hacker News 의견들

  • SBU는 "Secondary Bus"가 아니라 Sideband Use를 뜻함
    일부 기기에서는 UART를, 다른 기기에서는 오디오를 실어 나르기도 함
    [1]: https://www.usb.org/sites/default/files/USB%20Type-C%20Spec%20R2.0%20-%20August%202019.pdf (pdf)

    • 헤더의 Contact 링크 아래에 이메일 주소가 있음 :)

  • 곁가지지만, 작성자의 이 글도 정말 추천할 만함: https://fabiensanglard.net/mjolnir/index.html
    몇 년 전에 한 번 읽었고, 가끔 다시 찾게 됨
    지금 쓰는 10년 넘은 PC가 조용히 수명을 다해 줘서 드디어 작고 아담한 시스템을 새로 조립할 수 있으면 좋겠다는 생각도 듦

    • 뭐, 사고라는 게 일어나기도 함
      카펫에 걸려 넘어졌는데 그 유서 깊은 PC가 쓰레기통으로 떨어질 수도 있지

  • 3.2 네이밍 자체는 오히려 괜찮다고 봄
    Gen은 속도, "by"는 대역폭 폭을 뜻해서 대략 PCIe 네이밍과 비슷한 체계임
    다만 USB 3, USB 3.1, USB 3.2가 사실상 같은 것을 가리키는 건 싫고, 영업 쪽도 3.1이나 3.2 지원이라고만 적어 두면 5~20Gbps 어디든 될 수 있어서 전혀 이상적이지 않음

    • PCI-E는 처음부터 1.0, 2.0, 3.0처럼 같은 규칙을 유지해 왔음
      USB는 여러 번 바뀌면서 대다수에게 계속 혼란스러웠고, 예전의 3.0이 이제는 더 이상 3.0도 아님
      3.1조차 의미가 바뀌었는데도 지금 같은 네이밍을 고집할 이유가 없어 보임
    • 영업만의 문제가 아님
      Windows도 메인보드가 무엇을 지원하는지 어디에서도 제대로 보여주지 않고, 기기를 연결해도 실제로 어떤 속도로 협상됐는지 알려주지 않음

  • 2050년의 근거리 데이터 통신이 어떤 모습일지는 몰라도, 이름이 USB일 거라는 점만은 확실해 보임

    • 아마 USB-G 4.6 SuperSpeed Plus 같은 이름일 텐데, 케이블은 여전히 온갖 전자기기 충전에만 쓰일 것이고 그마저도 절반은 제대로 안 될 듯함
    • 2030년이 무슨 기술을 쓸지는 모르겠지만, 2040년에는 USB sticks and stones를 쓸 것 같음

  • 좋은 표임
    여기에 Type-C 커넥터의 암수 크로스오버 네이밍과 핀아웃, 실제 전압·변조·시그널링 방식(USB4v2는 PAM3 11b/7t 인코딩 사용), 그리고 PD 세대와 프로파일도 들어가면 더 좋겠음

    • 그리고 Quickcharge 같은 각종 독자 전압 방식도 빠지면 아쉬움

  • 아직도 왜 MacBook이 USB4/Thunderbolt 4/5는 지원하면서 USB 3.2 Gen 2x2는 지원하지 않는지 이해가 안 됨
    그래서 더 비싼 외장 디스크로는 20~40Gb/s가 나오는데, 20Gb/s를 광고하는 더 싸고 흔한 제품으로는 10Gb/s밖에 못 냄

    • MacBook은 기본적으로 Thunderbolt를 우선 지원하고, TB 스펙에 이미 들어 있는 것 외의 USB는 꼭 필요한 부분만 얹는 구조인 듯함
      그리고 TB 5 이하 어느 스펙에도 3.2 Gen 2x2가 정의돼 있지 않은 것 같음

  • 이 글을 보고 사무실의 USB 독 케이블을 전부 교체했음
    노트북에 연결되는 케이블이 충분한 전력을 전달하도록 맞추지 않으면, 노트북이 조용히 클럭을 낮춰서 전력 소모를 줄이기 때문임
    케이블만 바로잡아도 10~30% 성능 향상이 나왔음

  • 관련 글도 있음
    USB Cheat Sheet - https://news.ycombinator.com/item?id=31271038 - May 2022 (168 comments)

  • USB 네이밍은 의도적으로 헷갈리게 만든 것 같다는 얘기를 들은 적 있음
    벤더가 창고에 남은 구세대 액세서리를 계속 팔 수 있게 하려고, USB-IF가 예전 세대를 재브랜딩해서 최신처럼 보이게 만든다는 느낌임
    이렇게 표기하면 훨씬 명확함:
    USB 3.0 / USB 3.1 Gen 1 / USB 3.2 Gen 1 -> USB 3 5Gbps
    USB 3.1 / USB 3.1 Gen 2 / USB 3.2 Gen 2 -> USB 3 10Gbps
    USB 3.2 Gen 2x2 -> USB 3 20Gbps
    USB 4는 드디어 올바른 방향으로 가는 듯함

    • USB 4는 오히려 더 나쁜 방향으로 가고 있음
      USB 4는 Thunderbolt 4와 비슷하지만 거의 모든 것이 optional임
      예를 들어 USB 4는 DP Alt mode조차 지원하지 않을 수 있지만, Thunderbolt 4는 항상 지원함
    • 최근 산 USB 허브 하나는 표기가 거의 그런 식으로 돼 있어서 꽤 마음에 듦
      호스트와는 USB4로 연결되고 포트에는 이렇게 적혀 있음:
      Power in/USB 10Gbps
      USB 10Gbps
      USB 10Gbps
      8K HDMI
      지금까지는 꽤 만족스러움
    • 이건 정말 대놓고 그런 식으로 굴러간다고 봄
      HDMI Forum도 HDMI 2.0을 HDMI 2.1에 흡수시켰고, 2.1 기능을 optional로 만들어서 제조사가 실제 2.1 기능 없이도 2.0 기기를 2.1이라고 부를 수 있게 했음
      AMD도 최근 비슷하게, 모바일 프로세서 신세대라고 내놓으면서 절반은 구세대 재브랜딩인 경우가 있었음
    • 아니면 그냥 이렇게 가도 됨
      5 Gbps --> USB 3
      10 Gbps --> USB 3.1
      20 Gbps --> USB 3.2
      숫자가 높을수록 더 좋다는 게 바로 읽힘

  • 45년째 기술 업계에 있었는데도 아직 USB와 Thunderbolt, 무엇이 무엇과 맞고 얼마나 빨라야 하는지 도무지 감이 안 잡힘

    • Thunderbolt 5 케이블을 사면 모든 USB 표준과 그 이상까지도 다 커버됨
    • 내 첫 USB-C 기기와 케이블을 산 게 겨우 작년이었음
      그 전까지는 DisplayPort와 Thunderbolt 2를 오랫동안 안정적으로 써 와서, USB-C는 물리적으로 너무 섬세해서 정말 싫음
      2023년 전에는 2012년 이후 나온 컴퓨터조차 없어서 USB3 전성기와 네이밍 논쟁을 거의 통째로 건너뛰었지만, 속도 향상만큼은 확실히 체감됨
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