能否将数个usb4接口并联在一起，达到pci3.0 x8甚至x16的带宽，减少外接显卡无损耗?
将数个USB4接口并联以期达到PCIe 3.0 x8甚至x16的带宽，并实现无损耗外接显卡，这是一个非常吸引人的想法，但从目前的技术实现和设计原理来看，这是非常困难的，甚至可以说是不切实际的，并且存在本质上的误解。
让我来详细地解释一下为什么会这样，并尝试用一种更直接、更人性化的方式来阐述。
首先，我们需要理解两个关键的技术概念：USB4和PCIe。
PCIe (Peripheral Component Interconnect Express): 这是一种专门为连接高性能组件（如显卡、固态硬盘、网络卡等）而设计的点对点串行总线标准。它的设计目标就是低延迟、高带宽和直接的硬件访问。每一代PCIe都有明确的带宽规格（例如PCIe 3.0 x16的理论带宽是约15.75 GB/s）。显卡与主板之间的通信，无论是数据传输还是控制信号，都通过PCIe通道进行，这种连接是非常低延迟和高效率的。它允许CPU和GPU直接、快速地交互，对图形处理的性能至关重要。
USB4: 这是一种通用串行总线标准，它的设计初衷是灵活、多功能，能够承载多种不同的协议。它基于Thunderbolt 3协议，能够传输数据（包括USB数据和DisplayPort视频信号），并且可以通过USB4 Hub或者Docking Station来实现多种外设的连接。USB4的核心特点是“隧道协议” (Tunneling Protocol)，它允许不同的数据流（如USB 3.x、DisplayPort、PCIe）在同一个物理USB4接口上共享带宽，并根据需要动态分配。
为什么USB4接口并联实现PCIe高带宽是行不通的？
这里面涉及到几个层面的问题，我们一个一个来看：
1. 协议的根本区别与适配层：
USB4虽然可以承载PCIe信号，但它不是直接的PCIe连接。USB4内部有一个PCIe隧道适配器，用于将PCIe信号封装成USB4的数据包进行传输。这意味着在USB4接口上使用PCIe，必须经过一层协议转换和封装解封的过程。这个过程本身就会引入延迟，并且必然会带来一定的损耗。就像你开车从一条快速高速公路换到另一条相对较慢的国道，然后需要经过一个复杂的交通枢纽才能到达目的地，效率自然会下降。
USB4的设计是通过一个集中的控制器来管理所有连接的设备和协议。而PCIe则是一个分布式的、更低级别的总线，直接与硬件交互。将多个USB4接口并联，相当于要让多个“交通枢纽”同时协调，并且它们还要处理与“国道”性质相似但底层逻辑不同的PCIe信号。这在设计和控制上都极为复杂，且效率低下。
2. 带宽的“汇聚”问题：
设想一下，USB4接口的带宽是有限的（例如，USB4 40Gbps或20Gbps）。即使你并联了两个USB4接口，理论上你可以获得40Gbps + 40Gbps = 80Gbps的总带宽。
然而，PCIe 3.0 x16的带宽是15.75 GB/s，大约是126 Gbps。即使是USB4的最高标准（USB4 Gen3，80Gbps），也远低于PCIe 3.0 x16的带宽，更不用说更高的PCIe代际了。
更重要的是，USB4的带宽分配是动态的，并且受到整个USB4生态系统（包括集线器、线缆、主机控制器）的限制。它不是简单的带宽叠加。你无法强制所有USB4接口都“专职”用于传输PCIe信号，并且以固定的模式去叠加带宽。
3. 延迟和同步问题：
显卡对延迟非常敏感。CPU需要频繁地向GPU发送指令和数据，GPU也需要实时反馈。PCIe提供了极低的延迟，确保了这种高效的交互。
USB4作为一种共享总线，其延迟会比PCIe高。如果并联多个USB4接口，并且这些接口上的数据包都需要经过USB4控制器进行调度和路由，整体延迟会进一步增加。而且，要让并联的多个USB4接口以精确的同步来传输PCIe信号，对于外部显卡来说几乎是不可能完成的任务。显卡的运行需要高度的同步性，一点点的不协调都可能导致性能下降甚至无法工作。
4. 硬件实现上的障碍：
目前的USB4控制器和主板设计，并没有考虑将多个USB4接口“绑定”在一起以模拟PCIe x16通道。每一个USB4接口都是独立的，其内部连接的PCIe隧道适配器也是独立工作的。
要实现你设想的“并联”，需要一个全新的、高度定制化的硬件设计，这不仅仅是软件上的简单调整。它可能需要一个专门的USB4toPCIe桥接芯片，这个芯片需要能够处理多个USB4输入流，将它们解封装成PCIe信号，并以极低的延迟和高度的同步性重新组合成一个PCIe x16的接口输出。这样的技术目前还没有公开或成熟的应用。
5. “无损耗”的误解：
即使是最理想化的设计，任何协议转换和数据封装都会带来一定程度的损耗。PCIe是为直接硬件通信设计的，它本身就是“无损耗”的最高体现。任何通过其他协议层进行的通信，都不可避免地会引入损耗（性能下降和延迟增加）。将USB4用作PCIe的载体，本身就包含了损耗。
那么，目前USB4在显卡外接方面是如何实现的？
目前，USB4接口能够实现外接显卡，主要是通过以下方式：
eGPU (External Graphics Processing Unit) 解决方案： 这种方案通常是一个独立的雷电/USB4外接显卡坞，它通过一根高质量的雷电/USB4线缆连接到笔记本电脑。
PCIe Tunneling： 在这种eGPU解决方案中，USB4接口并非简单地“并联”，而是直接在USB4接口上打开一个PCIe通道的“隧道”。这意味着，一个USB4接口（或在一个USB4控制器下管理的带宽）被专门分配给PCIe信号。
带宽限制： eGPU的性能受到USB4接口总带宽的限制。例如，使用USB4 40Gbps接口外接显卡，其PCIe带宽通常会限制在PCIe 3.0 x4或者更低，这与直接插在主板上的PCIe 3.0 x16或PCIe 4.0 x16相比，性能会有明显差距。
效率和损耗： 即使是这种直接的PCIe隧道，由于协议的封装和解封装，以及USB4总线本身的调度机制，也会比直接PCIe连接带来一定的延迟和性能损耗。
总结一下，为什么你提出的“数个USB4接口并联达到PCIe 3.0 x8/x16带宽”的想法是行不通的：
协议不兼容与转换损耗： USB4和PCIe是根本不同的协议，USB4传输PCIe信号需要经过复杂的封装和解封装，这必然带来延迟和带宽损耗。
带宽叠加的复杂性与限制： 并联多个USB4接口并不能简单地叠加带宽来模拟PCIe的低级别、高效率连接。USB4的带宽管理是动态且复杂的。
延迟与同步要求： 显卡对延迟和同步性要求极高，USB4的架构难以满足PCIe级别的高性能、低延迟要求，尤其是在进行“并联”这种复杂操作时。
硬件设计上的缺失： 目前没有现成的硬件和控制器支持将多个USB4接口以你设想的方式进行“并联”，以模拟单一、高带宽的PCIe通道。
如果你希望获得更接近原生PCIe x16的显卡外接体验，目前的最佳方案仍然是使用配备 Thunderbolt 4 (通常也支持 USB4) 接口的笔记本电脑，并连接到专门设计的、高带宽的雷电显卡坞。即便如此，也请准备好接受一定的性能损失。
简单来说，USB4更像是一辆可以拉很多不同类型货物的货车，它灵活，可以让你通过一个接口连接硬盘、显示器、网线等等。而PCIe则是一条专门为赛车设计的赛道，它追求速度、低阻力和直接的通道。你想让货车在赛道上跑出赛车的速度，并且还要通过几辆货车一起“赛跑”来提升整体速度，这是不符合它们各自设计初衷的。
希望这样的解释能够让你更清楚地理解其中的原理和局限性。我们总是在追求更极致的性能和便利性，但技术的实现总会伴随着权衡和挑战。
让我来详细地解释一下为什么会这样，并尝试用一种更直接、更人性化的方式来阐述。
首先，我们需要理解两个关键的技术概念：USB4和PCIe。
PCIe (Peripheral Component Interconnect Express): 这是一种专门为连接高性能组件（如显卡、固态硬盘、网络卡等）而设计的点对点串行总线标准。它的设计目标就是低延迟、高带宽和直接的硬件访问。每一代PCIe都有明确的带宽规格（例如PCIe 3.0 x16的理论带宽是约15.75 GB/s）。显卡与主板之间的通信，无论是数据传输还是控制信号，都通过PCIe通道进行，这种连接是非常低延迟和高效率的。它允许CPU和GPU直接、快速地交互，对图形处理的性能至关重要。
USB4: 这是一种通用串行总线标准，它的设计初衷是灵活、多功能，能够承载多种不同的协议。它基于Thunderbolt 3协议，能够传输数据（包括USB数据和DisplayPort视频信号），并且可以通过USB4 Hub或者Docking Station来实现多种外设的连接。USB4的核心特点是“隧道协议” (Tunneling Protocol)，它允许不同的数据流（如USB 3.x、DisplayPort、PCIe）在同一个物理USB4接口上共享带宽，并根据需要动态分配。
为什么USB4接口并联实现PCIe高带宽是行不通的？
这里面涉及到几个层面的问题，我们一个一个来看：
1. 协议的根本区别与适配层：
USB4虽然可以承载PCIe信号，但它不是直接的PCIe连接。USB4内部有一个PCIe隧道适配器，用于将PCIe信号封装成USB4的数据包进行传输。这意味着在USB4接口上使用PCIe，必须经过一层协议转换和封装解封的过程。这个过程本身就会引入延迟，并且必然会带来一定的损耗。就像你开车从一条快速高速公路换到另一条相对较慢的国道，然后需要经过一个复杂的交通枢纽才能到达目的地，效率自然会下降。
USB4的设计是通过一个集中的控制器来管理所有连接的设备和协议。而PCIe则是一个分布式的、更低级别的总线，直接与硬件交互。将多个USB4接口并联，相当于要让多个“交通枢纽”同时协调，并且它们还要处理与“国道”性质相似但底层逻辑不同的PCIe信号。这在设计和控制上都极为复杂，且效率低下。
2. 带宽的“汇聚”问题：
设想一下，USB4接口的带宽是有限的（例如，USB4 40Gbps或20Gbps）。即使你并联了两个USB4接口，理论上你可以获得40Gbps + 40Gbps = 80Gbps的总带宽。
然而，PCIe 3.0 x16的带宽是15.75 GB/s，大约是126 Gbps。即使是USB4的最高标准（USB4 Gen3，80Gbps），也远低于PCIe 3.0 x16的带宽，更不用说更高的PCIe代际了。
更重要的是，USB4的带宽分配是动态的，并且受到整个USB4生态系统（包括集线器、线缆、主机控制器）的限制。它不是简单的带宽叠加。你无法强制所有USB4接口都“专职”用于传输PCIe信号，并且以固定的模式去叠加带宽。
3. 延迟和同步问题：
显卡对延迟非常敏感。CPU需要频繁地向GPU发送指令和数据，GPU也需要实时反馈。PCIe提供了极低的延迟，确保了这种高效的交互。
USB4作为一种共享总线，其延迟会比PCIe高。如果并联多个USB4接口，并且这些接口上的数据包都需要经过USB4控制器进行调度和路由，整体延迟会进一步增加。而且，要让并联的多个USB4接口以精确的同步来传输PCIe信号，对于外部显卡来说几乎是不可能完成的任务。显卡的运行需要高度的同步性，一点点的不协调都可能导致性能下降甚至无法工作。
4. 硬件实现上的障碍：
目前的USB4控制器和主板设计，并没有考虑将多个USB4接口“绑定”在一起以模拟PCIe x16通道。每一个USB4接口都是独立的，其内部连接的PCIe隧道适配器也是独立工作的。
要实现你设想的“并联”，需要一个全新的、高度定制化的硬件设计，这不仅仅是软件上的简单调整。它可能需要一个专门的USB4toPCIe桥接芯片，这个芯片需要能够处理多个USB4输入流，将它们解封装成PCIe信号，并以极低的延迟和高度的同步性重新组合成一个PCIe x16的接口输出。这样的技术目前还没有公开或成熟的应用。
5. “无损耗”的误解：
即使是最理想化的设计，任何协议转换和数据封装都会带来一定程度的损耗。PCIe是为直接硬件通信设计的，它本身就是“无损耗”的最高体现。任何通过其他协议层进行的通信，都不可避免地会引入损耗（性能下降和延迟增加）。将USB4用作PCIe的载体，本身就包含了损耗。
那么，目前USB4在显卡外接方面是如何实现的？
目前，USB4接口能够实现外接显卡，主要是通过以下方式：
eGPU (External Graphics Processing Unit) 解决方案： 这种方案通常是一个独立的雷电/USB4外接显卡坞，它通过一根高质量的雷电/USB4线缆连接到笔记本电脑。
PCIe Tunneling： 在这种eGPU解决方案中，USB4接口并非简单地“并联”，而是直接在USB4接口上打开一个PCIe通道的“隧道”。这意味着，一个USB4接口（或在一个USB4控制器下管理的带宽）被专门分配给PCIe信号。
带宽限制： eGPU的性能受到USB4接口总带宽的限制。例如，使用USB4 40Gbps接口外接显卡，其PCIe带宽通常会限制在PCIe 3.0 x4或者更低，这与直接插在主板上的PCIe 3.0 x16或PCIe 4.0 x16相比，性能会有明显差距。
效率和损耗： 即使是这种直接的PCIe隧道，由于协议的封装和解封装，以及USB4总线本身的调度机制，也会比直接PCIe连接带来一定的延迟和性能损耗。
总结一下，为什么你提出的“数个USB4接口并联达到PCIe 3.0 x8/x16带宽”的想法是行不通的：
协议不兼容与转换损耗： USB4和PCIe是根本不同的协议，USB4传输PCIe信号需要经过复杂的封装和解封装，这必然带来延迟和带宽损耗。
带宽叠加的复杂性与限制： 并联多个USB4接口并不能简单地叠加带宽来模拟PCIe的低级别、高效率连接。USB4的带宽管理是动态且复杂的。
延迟与同步要求： 显卡对延迟和同步性要求极高，USB4的架构难以满足PCIe级别的高性能、低延迟要求，尤其是在进行“并联”这种复杂操作时。
硬件设计上的缺失： 目前没有现成的硬件和控制器支持将多个USB4接口以你设想的方式进行“并联”，以模拟单一、高带宽的PCIe通道。
如果你希望获得更接近原生PCIe x16的显卡外接体验，目前的最佳方案仍然是使用配备 Thunderbolt 4 (通常也支持 USB4) 接口的笔记本电脑，并连接到专门设计的、高带宽的雷电显卡坞。即便如此，也请准备好接受一定的性能损失。
简单来说，USB4更像是一辆可以拉很多不同类型货物的货车，它灵活，可以让你通过一个接口连接硬盘、显示器、网线等等。而PCIe则是一条专门为赛车设计的赛道，它追求速度、低阻力和直接的通道。你想让货车在赛道上跑出赛车的速度，并且还要通过几辆货车一起“赛跑”来提升整体速度，这是不符合它们各自设计初衷的。
希望这样的解释能够让你更清楚地理解其中的原理和局限性。我们总是在追求更极致的性能和便利性，但技术的实现总会伴随着权衡和挑战。
网友意见
USB协议的最大问题不是带宽，而是延迟。
USB2.0时代是半双工的通信方式，USB3.0以后支持全双工，但很多协议仍然以半双工方式工作，这样的后果就是传输延迟很大，从请求发出到数据传输完成，整体延迟可能是毫秒级的，再加上两边协议层的编码、解码开销，后果就是显示器的刷新频率很低。
而且对于很多USB控制器来说，它本身就是工作在PCI控制器上的，如果追求带宽，砍掉USB控制器，直接上PCI其实更好。
当然，如果抛弃USB协议，只是用TYPE-C作为物理介质，那么还是可行的。
另外，多个USB口的带宽未必是叠加的关系，如果是集成在一个PCI-E通道上面，多个口的总带宽可能小于理论值。
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