USB4는 하나의 USB Type-C 링크 위에서 USB 데이터와 DisplayPort 같은 프로토콜을 함께 나른다. 여러 종류의 신호가 한 경로를 쓰므로, 링크가 가진 대역폭을 상황에 맞게 배분하는 구조를 함께 사용한다. USB4는 Intel이 기여한 Thunderbolt 프로토콜을 바탕으로 한다. 그래도 USB4 제품과 Thunderbolt 인증 제품이 같은 표시인 것은 아니다. 인증 체계가 다르므로 제품에 붙은 이름과 지원 기능을 따로 확인해야 한다.
규격 범위
- USB4
- USB-IF 특성은 2 Lane 동작, 최대 80Gbps, 이전 USB 하위 호환
- 실제 링크
- 호스트와 장치, 케이블이 지원하는 기능과 속도의 교집합에서 정해진다
- 기반
- Intel이 기여한 Thunderbolt 프로토콜을 바탕으로 하지만 인증 체계는 별개다
터널링
- 구조
- USB 3 데이터, DisplayPort 영상, PCIe 트래픽을 구분된 터널로 보낸다
- 선택 기능
- 모든 USB4 제품이 모든 터널을 제공하지는 않는다
- eGPU
- 호스트와 장치 양쪽이 PCIe 터널링을 지원해야 경로가 구성된다
도킹스테이션
- 호스트
- USB4·Thunderbolt 세대와 터널링 지원
- 케이블
- 인증 속도와 전력 정격
- 도크
- 업스트림 링크와 내부 허브·디스플레이 컨트롤러
- 화면
- 모니터 해상도와 주사율이 차지하는 링크 대역폭
- 전력
- USB Power Delivery 공급 전력과 노트북 요구량을 함께 본다
USB-IF가 공개한 USB4 특성에는 2 Lane 동작, 최대 80Gbps, 이전 USB 버전과의 하위 호환이 들어 있다. 이는 규격이 허용하는 범위일 뿐, 연결마다 80Gbps가 보장된다는 뜻은 아니다. 호스트와 장치, 케이블이 모두 지원하는 기능과 속도의 교집합에서 실제 링크가 정해진다. 다만 케이블의 기존 속도 표기를 단순히 상한으로 적용해서는 안 된다. USB4 Version 2.0은 기존 40Gbps USB Type-C 패시브 케이블로도 최대 80Gbps 동작을 지원하도록 정의했다. 능동 케이블은 내장 회로가 해당 신호 방식을 지원해야 하므로 40Gbps 능동 케이블까지 같은 조건으로 일반화할 수 없다.
터널링과 대역폭 배분
USB4 라우터는 USB 3 데이터, DisplayPort 영상, PCIe 트래픽을 서로 구분한 터널로 보낼 수 있다. 이 가운데 어떤 터널을 실제로 쓸지는 구현된 기능에 달려 있다. 모든 USB4 제품이 모든 선택 기능을 제공하지는 않기 때문이다. eGPU나 PCIe 기반 장치를 쓰려면 호스트와 장치 양쪽이 PCIe 터널링을 지원해야 하고, 한쪽이라도 빠지면 해당 장치 경로를 구성할 수 없다. 화면을 여러 대 붙이는 경우도 비슷하다. 호스트 GPU의 출력 능력, DisplayPort 터널 수, 도킹스테이션의 내부 구조가 함께 맞아야 원하는 화면 구성이 나온다.
Thunderbolt는 Intel의 인증과 상표 체계를 거친 규격이다. 세대별 필수 기능과 인증 조건이 USB4의 최소 구현 범위와 다를 수 있다. 따라서 번개 모양이나 Type-C 커넥터만 보고 지원 속도와 터널링 기능을 짐작하면, 연결했을 때 필요한 PCIe 경로나 영상 출력이 빠질 수 있다.
도킹스테이션 연결 조건
- 호스트 포트의 USB4·Thunderbolt 세대와 터널링 지원
- 케이블의 인증 속도와 전력 정격
- 도크의 업스트림 링크와 내부 허브·디스플레이 컨트롤러
- 모니터 해상도·주사율이 차지하는 링크 대역폭
- USB Power Delivery의 공급 전력과 노트북 요구량
USB 기본 구조: USB · 영상 경로: HDMI와 DisplayPort
40·80·120Gbps의 의미
USB4 Version 1.0의 20·40Gbps와 Version 2.0의 최대 80Gbps는 세대별 링크 능력이다. Thunderbolt 4는 40Gbps 링크와 최소 PCIe 데이터 대역폭 32Gbps를, Thunderbolt 5는 80Gbps 링크와 64Gbps PCIe 데이터 경로를 규정한다. 이 수치는 파일 복사의 실측 속도가 아니며, 프로토콜 처리와 도크 내부 장치가 사용하는 대역폭을 빼야 한다.
Thunderbolt 5의 Bandwidth Boost는 화면 전송 수요가 클 때 한 방향을 최대 120Gbps로 늘리는 비대칭 모드다. 양방향이 동시에 120Gbps가 되는 기능이 아니며 반대 방향은 40Gbps가 된다. 따라서 여러 고해상도 모니터를 붙인 도크에서 외장 저장장치 전송률을 예상할 때는 최대 숫자뿐 아니라 방향과 터널의 자원 배분을 함께 보아야 한다.
외장 GPU는 PCIe 터널링 외에도 운영체제·드라이버 지원이 필요하다. GPU가 만든 프레임을 노트북 내부 화면으로 되돌리는 구성은 같은 외부 링크에 추가 트래픽을 만들 수 있어, eGPU에 직접 연결한 모니터와 성능 조건이 같지 않다.