噩梦一场：USB-C和Thunderbolt 3

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摘要：

2016年款MacBook Pro颠覆了很多传统。用Touch Bar取代了Esc和功能键等按键，用“万能”接口取代了我们熟悉的很多接口。设备、周边外设、线缆，还能继续愉快地“即插即用”吗？

正文：

你买了新款MacBook或MacBook Pro，或是Google Pixel了吗？多亏有了那些新版“USB-C”接口，你已经开始步入一片混乱的世界。你可晓得，那个看似简单的接口实际上暗藏了很多复杂问题，此外为了实现向后兼容性（谢你全家），不同任务还会用到不同类型的线缆。在给自己的设备购买线缆时，你可一定要仔细分辨清楚！

随着苹果、谷歌，以及其他很多公司逐渐开始采用USB Type-C和Thunderbolt 3，设备连线问题开始变得愈加怪异

USB Type-C：接口和协议

USB Type-C接口正在逐渐普及，谷歌将其用在自家的Pixel计算机和Nexus手机上，苹果也将其用在自家12英寸MacBook以及最新款MacBook Pro中。这是一种24针，可正反插拔线缆的物理规范。下文我会将这种物理线缆和接口称之为“USB-C”，因为大家都是这样称呼的[1]。

USB Type-C接口可支持多种协议，每种协议均可实现一定程度的向后兼容性

USB-C可以通过一种接口传输多种信号：

• USB 2.0 – 令人惊讶的是，一些最早发布的USB-C设备，包括Nokia N1仅能支持USB 2.0信号和供电。几乎每台新计算机至少已能支持USB 3.0的速度，但有些USB-C手机和平板却存在这样的限制。
• 第1代USB 3.1 – 与“超高速”USB 3.0非常类似，这是一种5Gbps速度的串行连接，可供从硬盘到网卡，再到计算机拓展坞的各类外设使用。该接口可向后兼容“超高速”USB 3.0、“高速”USB 2.0，甚至早在1996年就已面世的最原始的USB 1.x！苹果的12英寸MacBook就使用了该协议。
• 第2代USB 3.1 – 这个名称容易造成混淆的规范将USB协议外设的最大吞吐率提升至10Gbps，同时该规范可向后兼容所有老版本USB协议。但仅最新款USB-C设备支持这种高速协议[2]。
• 交替模式（Alternate Mode） – USB-C物理接口还可支持非USB协议，包括DisplayPort、MHL、HDMI，以及Thunderbolt。下文将详细介绍，但完全可以说并非每款设备均能支持每种交替模式的协议，这会对用户造成极大的困扰！
• 供电 – 虽然这不是数据协议，但USB-C可为所连接的设备提供最高100瓦特的电力。但是需要再次提醒，用户可能会遇到两种不同规范，以及多种不同的配置。
• 音频外设模式 – 此外还可使用另一种规范通过这种接口传输模拟音频。

USB-C最大的问题在于混乱：并非每个USB-C线缆、接口、设备，以及供电能够全面相互兼容，此外不同方面还有更多排列组合需要考虑。最新、功能最全的设备（例如苹果带Touch Bar的最新款MacBook Pro）所装备的USB-C接口通常可支持大部分不同用途，但一般旧款的设备只能支持最基本的USB 3.0速度以及（如果你足够幸运的话）交替模式的DisplayPort。

实际情况其实更糟。很多USB-C外设在诸多方面也存在局限。例如最简单的USB-C HDMI适配器：可能通过USB 3.0实现HDMI，或可能使用了交替模式（原生）的HDMI，甚至可能（理论上）通过交替模式的Thunderbolt使用非板载（Off-board）图形芯片实现HDMI！这么多种方式，只有最新款计算机，例如MacBook Pro可以全部支持。你能想象当消费者打算购买一个“USB-C HDMI适配器”，却发现自己使用的MacBook或Pixel或其他任何设备不支持，随后所面临的尴尬吗？

噩梦般的线缆问题

StarTech Thunderbolt 3 USB-C线缆（40Gbps）

Monoprice Palette Series 3.1 USB-C到USB-C带供电线缆（10Gbps，100瓦特）

Monoprice Palette Series 3.0 USB-C到USB-C线缆（5Gbps，15瓦特）

Monoprice Palette Series 2.0 USB-C到USB-C线缆（480Mbps，2.4安培）

这些特性各不相同的线缆看起来没有任何区别。有关USB-C线缆的困惑无异于一场注定将要发生的噩梦！（我觉得上述Monoprice线缆中有两根根本就使用了同一张照片）

线缆不兼容的问题可能会变得更加严重。很多公司，包括我写作本文时一些信息的来源：Monoprice公司都在生产不同质量和兼容性的USB-C线缆，如果不够仔细，使用错误的线缆可能导致设备失灵或损坏。更严重的是：错误的线缆甚至有可能损坏计算机！这种本不应该发生的情况就这么出现了。

一些两端均为USB-C接口的线缆只能实现5Gbps数据传输率，而一些线缆可能兼容10Gbps传输率的第2代USB 3.1。有些线缆无法用于供电，或不兼容交替模式Thunderbolt。看看Monoprice的3.1 10Gbps/100瓦特USB-C到USB-C、3.0 5Gbps/15瓦特USB-C到USB-C，以及2.0 480Mbps/2.4安培USB-C到USB-C线缆，为什么会存在如此怪异的变体[3]？

还有一些两端使用不同接口的线缆：Monoprice销售了一款非常受欢迎的USB-C转USB 3.0 10Gbps适配器，但同时还销售着一款最高传输率5Gbps的版本，另外还有另一款最高只能达到480Mbps的USB 2.0线缆。这些产品看起来竟然完全相同。对消费者来说，这是何等痛苦的噩梦[4]！

注意：我在这里并不是针对Monoprice。我很喜欢他家的线缆，甚至刚刚还购买了一系列总价超过100美元，精心挑选的不同型号Monoprice USB-C线缆。他们家所销售的不同类型USB-C线缆很好地证明了“不兼容”这一问题的现实存在，我在这里提到这家公司只是为了举例。实际上每家USB-C线缆供应商，从苹果到贝尔金，再到StarTech，都存在相同的问题。

Thunderbolt 3

随后还有一个更让人困惑的问题：Thunderbolt 3。随着2011年款MacBook Pro面世，Mac用户就已经熟悉了同时承担图形和数据传输两个功能的Mini DisplayPort接口。并且他们已经习惯了将Thunderbolt线缆插入基本款Mini DisplayPort插孔，然后发现根本无法使用的尴尬体验。

USB标准新增的Type-C接口开始出现同样的问题：

• 并非所有USB-C设备接口可提供相同的功能 – 很多只能传输数据，一些可以传输数据和视频，很少可以同时支持数据、视频和Thunderbolt 3！
• Thunderbolt 3需要专用线缆 – 虽然看起来和普通USB-C线缆完全相同，但需要借助专用的Thunderbolt 3线缆才能连接Thunderbolt 3设备！
• Thunderbolt 3设备看起来和普通的USB-C设备完全相同 – 大部分支持USB-C线缆的普通设备最多只能实现5Gbps（甚至更低）的USB数据传输率，而通过PCI Express传输数据的Thunderbolt 3设备可实现40Gbps的吞吐率！

Thunderbolt 3接口和线缆本应向后兼容USB 3.1 Type-C线缆、接口、设备。但此时无疑会运行在最低速度下，并且不具备Thunderbolt连接能力。这还真要感谢提出“向后兼容性”这个概念的人[5]！

对于支持Thunderbolt 3的计算机用户，例如2016年最新款MacBook Pro的用户，为了获得预期性能，在购买设备和线缆时必须非常仔细。苹果目前的USB-C外设和线缆中，大部分能支持新款MacBook Pro（向后兼容性），但也许无法提供完整的Thunderbolt 3体验。而老款12英寸Retina MacBook用户要承受的风险就更大了，虽然Thunderbolt 3设备可以插入自己的计算机，但可能根本无法正常使用[6]！

由于Thunderbolt 3 也 可以同时传输数据和视频，此时就更加难以确定特定计算机、线缆和设备之间的兼容性。例如某根Thunderbolt 3线缆可支持两个4K 60Hz显示器，甚至支持5K显示，但USB-C线缆也许最多只能支持一个4K显示器[7]。

遗憾的是，苹果并未在新款MacBook Pro的接口上印上Thunderbolt图标，客户的困惑可能进一步加剧！

Stephen的立场

考虑到全新USB Type-C接口让人抓狂的“兼容性”，用户在购买线缆和设备时必须万分小心。虽然整个行业正在努力推广更简单、更耐用、可正反插，可同时传输数据和视频，并能供电的接口，这本是一件好事，但不同设备与线缆之间混合使用的种种障碍无疑会让消费者感到沮丧，甚至导致技术问题。买家需要注意！

推荐阅读我撰写的2016款MacBook Pro USB-C/Thunderbolt生存指南。这是本文的后续文章，从更乐观/积极的角度介绍了相关问题！

补遗：能插进去应该就能用

本文获得了极大关注（例如Hacker News），并收获了很多积极看法和批评意见。主要的批评意见认为，我这是在危言耸听，USB-C的实际情况并没有那么糟糕。截至目前来看，大部分情况下这样说也没错，因为这些人使用着Nexus手机等只支持USB的设备。但我觉得这种“全功能”线缆/接口的滥用可能会造成一些潜在问题，进而导致本文标题处提到的那种“噩梦”。原因如下。

电子设备不再是极客的专宠。大部分计算机、手机、平板，以及外设都是非技术人士购买的。他们不懂每种接口使用了什么协议，也真没必要费心去了解“USB Type-C”与“Thunderbolt 3”或“USB 3.1”有何不同。他们只想买个设备，插入计算机，然后开始使用。他们会依照外型以及是否能“插入”接口作为依据来判断兼容与否，在他们的世界里不需要考虑具体规范和外包装上的徽标。

历史上，整个业界在这方面曾取得了不错的成果。在解决了初期的一些小问题后，USB很快开始为普通的设备用户提供着各种便利。线缆、设备、外设，几乎都能正常工作。虽然大家对USB 3、Mini USB、Micro USB，以及快速充电等技术也略有微词，但总的来说目前USB“能插进去应该就能用”这种普遍认识依然深入人心。我目前就在用一根很廉价，质量一般的USB线缆！主要原因在于USB始终只有一种线缆和一种协议。抛开供电问题姑且不谈（有多少人在使用iPhone的电源插头给iPad慢速充电？），USB成功的原因就在于，它只是“USB”。

现在出现了“全功能”线缆，甚至有设备真正意义上只提供一种类型的接口。数据、视频、供电，全都使用USB Type-C接口。而英特尔最近也通过Thunderbolt 3对数据和视频传输的全面支持开始步入“快车道”。期待着每个接口、线缆，以及设备均能良好配合使用这本就不现实，尤其是考虑到要生产最基本款的第1代USB 3.1，甚至USB 2.0线缆或设备的成本是那么低。

从现在（Thunderbolt 3设备发布时）开始，我们需要通过一种接口让消费者获得这样的期待：尽管使用了相同的接口，但线缆不一定能相互兼容，设备可能不支持某些外设。这才是真正的噩梦：消费者从抽屉里，从商店里，或从自己的包包里拿出一根“错误的线缆”，发现不能用，于是认为自己的外设或者充电器坏掉了。我们会看到层出不穷的挫败感和退货，甚至大量“技术不正确”的支持指导教程。

这将是旷日持久的兼容性拉锯战。我们以往在兼容性方面所采取的努力让消费者产生了“一切都能兼容”的心理预期。USB Type-C将改变大家的这种认识，因为USB-C同时代表了太多不同的东西。这才是真正的噩梦。

本文一经发布获得了极大反响，原文下方发表的部分评论摘录如下：

发布者：Benson Leung
嗨Stephen：
确实会造成很多误会，这一点我同意，但就算你从“可信来源”精心挑选的廉价Monoprice线缆本身也有很多容易造成误会的地方，例如你在文中就有一处误解。
文中提到一些C-to-C线缆“不支持供电”，结论出自Monoprice产品描述中看到的说法，但事实并非如此...
所有Type-C到Type-C线缆必须至少以每种可行电压级别支持3.0安培电流。
2米长的仅USB 2.0 C-to-C线缆，例如MacBook自带的线缆，可支持3A电流。这种最基本的线缆足以支持供电，这意味着可支持多种电压级别，例如5V、9V、15V，或20V。符合供电规范的线缆可支持的最大功率为60W（20V x 3A）。
你提到Monoprice的所谓“可供点线缆”是指能支持超过3A电流的线缆。这是一种5A线缆，需要通过一个特殊的身份芯片与充电器进行协商。
然而Monoprice不应把这种线缆称之为“可供点线缆”，因为这实际上是在暗示仅支持3A的线缆不能支持供电。3A线缆绝对支持供电，但最大功率不能超过60W。
此外如果Monoprice称线缆只能支持2.4A，拿么这些线缆等于不符合规范要求，因为Type-C规范明确要求C-to-C线缆必须能承载3A电流。
同时如果他们称线缆仅支持15W功率，那就是纯粹的误导了，因为任何合格的3A线缆在用于支持更高电压的充电器和设备时，都应能支持更高电压，因此肯定会大于15W。
Monoprice自己也造成了大量误会。

发布者：takeos
我的（不怎么大的）旅行包现在已经装了至少5种不同线缆，以及各种变体的USB和Lightning插头。我希望有朝一日可以用一种类型（USB C到C）将它们全部取代。希望这一天能早日到来，实际上我自从2015年起就尽量不购买非USB-C设备了。
关于这个问题我有两个看法：苹果应当在新款iPhone上使用USB C（这样用户现在就可以在iPhone和MacBook Pro上使用同一个耳机，用同一根USB C-C线缆充电，而不需要准备转接头或两种类型的耳机）。并且在新款MacBook Pro产品发布时，他们应当和大家一样将这种接口称之为USB C，而不要叫做Thunderbolt。我们已经很信赖苹果，认为它可以做得最好，其实根本不需要更改接口的名称，人们很看重这个的。

发布者：Another Guest
确实会遇到问题，因为USB-IF在发布该规范时并未要求必须进行认证，对于Type-C接口的使用，以及公口和母口的类型也没提出强制要求。
本文对可能造成的问题已经说的很清楚了，实际情况可能更糟，谷歌有人撰写了在为多种谷歌设备寻找合适的Type-C线缆时的一些遭遇。
简而言之，如果在Type-C接口的旁边、上方，或下方印上Thunderbolt的徽标，则会让用户感觉更有保障：
- 可以提供显示器、USB，以及Thunderbolt设备连接能力
- 最低供电规格：至少15瓦特（+5v @ 3安培）
兼容Thunderbolt 3的Type-C到Type-C可供点线缆有两个基本变体，一种速度可达20Gbps，另一种高达40Gbps。
Type-C到Type-C线缆最简单的形式可以简单至仅仅是使用屏蔽线连接在一起的两个公口插头。
高质量的Type-C到Type-C线缆必须在每一端正确连接每个针脚，内部包含厂商芯片，能够在可支持电压范围内承载3安培电流，更重要的是能实现恰当的RF性能，以便支持Thunderbolt至少20Gbps的速度。线缆需要通过主动原件（Active component）提供用于描述线缆功能的e-marker芯片。然而一些线缆只支持3安培电流，某些可以支持到5安培。供电方面的最低规范要求15W功率下实现3安培下+5v或+20v，或最高60W供电能力。
供电方面要求无源线缆必须能承载5安培电流，如果使用+20V高电压和5安培电流需要提供最高100W功率。但这依然需要通过厂商芯片来描述对应的功能。
全面兼容Thunderbolt 3的高质量Type-C到Type-C线缆的主动原件需要能确保实现40Gbps的高性能，问题在于这样的线缆是否能承载3安培或5安培的电流。
此外还有一些无法向所连接设备提供或供应电流的光纤线缆。
没错，消费者会感到困惑，但USB-IF需要采取措施尽量消除这样的问题。
查看线缆和接口上是否带有Thunderbolt徽标可以帮助我们了解并确认兼容性。

发布者：motrek
其实不算太严重，这并不是USB-C独有的新问题。
你可以随便去店里买一根劣质的USB线，因为劣质，只能获得USB 2.0的速度。虽然慢，但依然可用。
你可以随便去店里买一根劣质的HDMI线，在4K电视上只能获得1080p的分辨率。虽然分辨率并非最佳，但至少可用。
补充编辑：你还可以随便去店里买一根5类或5e类以太网双绞线，无论插在什么设备上都能用，尽管无法让你获得6类线的速度。
无论怎样死不了人的。USB-C改变不了任何事。

发布者：Franklin Yu
只不过是将协议与接口区分对待了。过去只要看一些包含哪些接口，就能知道计算机支持哪些协议。现在只需要读一下规格表就知道MacBook Pro支持哪些协议。过去你需要两个USB接口，两个Thunderbolt接口，两个DisplayPort接口（如果未与Thunderbolt合并的话），以及一个给MacBook充电的电源接口。现在你只需要两个“万能”接口。（从技术上说这两个接口是不同的，毕竟在不使用适配器的情况下无法在充电的同时连接两个USB设备。）
因此现在最大的问题实际上变成了：你不能再通过看有哪些接口来了解所能支持的协议了。你需要自己记在心里（或者随手查一下）。

作者：Stephen Foskett，阅读英文原文：Total Nightmare: USB-C and Thunderbolt 3