컴퓨터, TV, 모니터, 스마트폰, 태블릿 등 다양한 장치와 주변기기를 연결하기 위해 우리는 다양한 형태의 케이블을 사용한다. 케이블 끝에는 여러 형태의 커넥터(포트, 단자)가 있는데, 이름도 형태도 용도도 복잡하다. 어떤 건 모양도 똑같게 생겼는데 2.0이니 3.0이니, 또는 썬더볼트 지원이라던가 DP포트 지원이라든가 생소하고 복잡한 용어들이 난무한다. 새롭게 발전하는 기술적인 용어들을 모두 잘 알 필요는 없지만 내가 소유한 장치들을 용도에 맞게 잘 사용하기 위해서는 중요한 용어나 개념 정도는 구분할 필요가 있다. 특히나 IT 장치나 최신 기술에 관심이 많은 사람이라면 더 잘 구별할 필요가 있다.
최근 애플에서 M1 칩을 채용한 Mac 제품군을 발표하는데 눈여겨 볼만한 지원 사양이 있었다. 바로 Thunderbolt/USB 4 지원이다. 그리고 USB-C 포트가 둘 지원된다고 했다. 여기에 등장하는 USB-C, 썬더볼트 4, USB4를 중심으로 다양한 커넥터와 프로토콜에 대해 알아보자.
USB
USB에 대해서는 많이들 알고 있다. 90년대 말에 등장해서, 크고 뽀족한 핀이 많이 달린 시리얼포트, 패러럴포트 등을 대체하며 컴퓨터 주변장치인 키보드, 마우스, 프린터, 저장 메모리, 외장 스토리지 등을 연결하는데 광범위하게 활용되고 있다. 그런데 스마트폰의 등장과 함께 고성능 소형기기가 많아지면서 더 빠르면서도 더 작은 단자가 필요하게 되었다. 거기에 데이터뿐만 아니라 높은 전원도 공급하고 충전 지원도 필요하게 됐다.
그런 요구를 충족하기 위해 발전한 가장 최근의 프로토콜(통신규약)이 바로 썬더볼트(Thunderbolt) 4, USB4다. 초고대역으로 빠르고, 범용성을 지녀, 기존에 있던 하위 프로토콜을 지원하고, 디스플레이 전송 규약인 DisplayPort도 품고 있다. 거기다 2018년부터 인텔이 썬더볼트 3 로열티를 풀고, 2019년 USB 프로모터 그룹에 썬더볼트 프로토콜 사양을 공개하면서 USB4는 썬더볼트 프로토콜 기반으로 사양을 정했다. 이런 최신 프로토콜인 썬더볼트 4와 USB4가 선택한 커넥터가 USB-C 형태의 단자다. USB-C 형태의 커넥터는 기존 USB 3.2, 썬더볼트 3도 채용했던 형태로 기존에 광범위하게 사용되어온 USB A 타입과 다양한 용도의 USB 미니, 마이크로 A, B 타입 단자를 대체하고 있다. 다양한 디바이스 연결 커넥터(포트, 단자)가 USB-C로 대체되고 최신 프로토콜까지 빨아들이고 있는 형국이다.
정리하면 USB 연결 단자의 모양은 컴퓨터에 많이 사용된 'USB 표준 Type-A' 형태에서 안드로이드 스마트폰에 사용됐던 'USB 마이크로 Tybe-B' 형태를 거쳐 'USB Type C' 형태로 옮겨가고 있다. 스마트폰 같은 경우 교체주기가 빨라서 USB-C로 빠르게 대체되고 있는 반면에 오랜기간 광범위하게 컴퓨터와 다양한 외부 연결장치, 기타 독립장치에 사용된 '표준 Type-A' 단자는 교체에 오랜 시간이 필요할 것 같다. 아직도 몇몇 장치에서 시리얼포트를 지원하는 것을 보면 단자가 새로운 규격으로 대체되는데 얼마나 오랜 시간이 필요한지 알 수 있다.
USB-C
USB-C의 가장 큰 장점은 대칭 디자인으로 기존 USB 타입의 비대칭 디자인 때문에 단자 연결에 신경을 써야했던 불편을 해소했다는 점이다. 누구나 USB 소켓에 플러그를 결합하기 위해 여러 번 돌려가며 시도했던 경험이 있을 것이다. 그럼 USB-C의 특징에 대해 USB-IF에서 정리한 내용을 보며 더 자세히 알아보자.
USB Type-C® 제품 주요 메시지
USB Type-C® 는 커넥터 유형입니다. USB Type-C® 키 메시지는 커넥터 디자인, 사용 편의성 및 향후 장치 상호 운용성에 중점을 두어야 합니다.
- 모바일 장치 제품 디자인에 맞게 조정 된 슬림하고 날렵한 커넥터지만 랩톱 및 태블릿에는 충분히 견고합니다.
- 뒤집을 수 있는 플러그 방향 및 케이블 방향 기능
- 솔루션의 미래 보장을 위해 확장 가능한 전력 및 성능 지원
다음 사항에 유의하십시오.
- USB Type-C는 USB 3.2가 아닙니다.
o USB Type-C® 케이블 및 커넥터 사양은 USB 3.2 사양이지만 USB Type-C® 는USB 3.2가 아닙니다. 이 용어는 혼용 할 수 없습니다.- USB Type-C® 는 USB Power Delivery가 아닙니다.
o USB Power Delivery는 USB 전원 기능을 최대 100W까지 향상시키는 프로토콜 / 하드웨어 솔루션입니다. 이러한 용어는 서로 바꿔서 사용할 수 없습니다.- 제품에 USB Type-C® 기능이 있는 경우 반드시 USB Power Delivery 및 / 또는 USB 3.2를 지원하지는 않습니다.
o 장치 제조업체는 USB Power Delivery 및 / 또는 USB 3.2 성능을 지원하도록 선택할 수 있지만 USB Type-C® 제품에는 필요하지 않습니다.USB Type-C® 제품에 대한 전원 및 성능 기능 주요 메시지
USB Type-C® 제품의 성능 및 전원 기능은 다양합니다. 장치 제조업체는 제품에서 지원하는 USB 프로토콜을 모든 자료에 명확하게 광고해야 합니다.
USB Type-C® 제품이 USB Power Delivery도 지원하는 경우 USB-IF는 모든 마케팅 자료에 대해 다음 언어를 권장합니다.:
- -PRODUCT는 USB Power Delivery 지원
USB Type-C® 제품이 USB 3.2 사양도 지원하는 경우 USB-IF는 제품의 성능 기능에 따라 다음 언어를 권장합니다. :
- -PRODUCT signals at 5 Gbps
o PRODUCT는 SuperSpeed USB 5Gbps를 지원합니다.- -PRODUCT signals at 10 Gbps
o PRODUCT는 SuperSpeed USB 10Gbps를 지원합니다.- -PRODUCT signals at 20 Gbps
o PRODUCT는 SuperSpeed USB 20Gbps를 지원합니다.
이상에서 살펴본 바와 같이 커넥터 모양이 USB-C라고 해서 어떤 기술사양으로 어떤 성능과 어떤 파워를 지원하는지 짐작하기는 쉽지 않다. 특히나 권고사항을 지키지 않고 USB-C 제품을 제작하는 업체 때문에 더욱 그러하다. 따라서 USB-C 단자는 모양이 같더라도 사용하려는 제품과 용도에 따라 프로토콜이 USB 3.2 Gen1, Gen2, Gen2x2, USB4, 썬더볼트 3, 4, Power Delivery(USB-PD, 전원 규격) 사양, DisplayPort 지원 등의 여부를 장치 소켓과 연결 케이블 모두에서 확인해야 한다. 번거롭지만 어쩔 수 없다. 참고로 2008년에 USB 3.x 시대가 열리고, 어른(?)들의 이해관계에 따라 두 번의 리브랜딩을 거치면서, USB 3.x 관련 프로토콜 사양을 나누는 용어가 엉망이 되었다. 그냥 그런 게 있다. 정도만 기억해도 대부분 아무 문제가 없다.
USB4
이런 USB 3.X의 혼란을 종식 시켜줄 반가운 소식이 있다. 2019년 USB4의 최종 스펙이 확정됐다. USB4는 전술했다시피 썬더볼트 3 규격을 기반으로 한다. 따라서 USB 3.2, USB 2.0, 썬더볼트 3와 호환성을 가진다. 뿐만 아니라 외장 디스플레이 연결 지원을 강화했다.
USB-IF에서 발표한 USB4 사양은 다음과 같다.
2019 년 9 월 3 일 – USB 기술의 발전 및 채택을 지원하는 조직인 USB-IF (USB Implementers Forum)는 오늘 다음 제품을 제공하기위한 주요 업데이트 인 USB4™ 사양을 발표했습니다.
기존 USB 3.2 및 USB 2.0 아키텍처를 보완하고 이를 기반으로 구축하는 차세대 USB 아키텍처를 제공하기위한 주요 업데이트입니다.
USB4 아키텍처는 최근 Intel Corporation이 USB Promoter Group에 기여한 Thunderbolt™ 프로토콜 사양을 기반으로 합니다. USB의 최대 집계 대역폭을 두 배로 늘리고 여러 데이터 및 디스플레이 프로토콜을 동시에 사용할 수 있습니다.
USB4 사양의 개발은 USB Promoter Group에서 2019 년 3 월에 처음 발표했습니다.
이제 USB-IF에서 공식적으로 게시하고 www.usb.org에서 다운로드 할 수 있습니다.
USB4 솔루션의 주요 특징은 다음과 같습니다.
• 기존 USB Type-C® 케이블을 사용한 2 레인 작동 및 40Gbps 인증 케이블을 통한 최대 40Gbps 작동
• 최대 총 대역폭을 효율적으로 공유하는 다중 데이터 및 디스플레이 프로토콜
• USB 3.2, USB 2.0 및 Thunderbolt 3과의 역 호환성
USB Type-C 커넥터가 많은 호스트 제품의 외부 디스플레이 포트 역할로 발전함에 따라 USB4 사양은 호스트에게 디스플레이 데이터 흐름에 대한 할당을 최적으로 확장 할 수 있는 기능을 제공합니다. USB4 사양이 새로운 기본 프로토콜을 도입하더라도 기존 USB 3.2, USB 2.0 및 Thunderbolt 3 호스트 및 장치와의 호환성이 지원됩니다. 따라서 연결은 연결되는 장치의 최상의 상호 기능으로 확장됩니다. 자세한 내용은 www.usb.org를 참조하십시오.
최종적으로 USB와 관련해서 기억해야 할 것들을 몇 가지 정리해보자.
단순한 장치들인 키보드나 마우스 같은 경우에 커넥터(단자, 포트) 모양만 같으면 사용해도 아무 문제가 없다. 나온 지 20년이 지난 USB 2.0 프로토콜만 지원해도 사용에 아무 문제가 없기 때문이다.
스마트폰이나 노트북 같은 경우 제조사에서 제공하는 케이블을 사용하자. 물론 요즘 번들 액세서리를 없애는 추세라 앞으로는 장담할 수 없고, 제조사에서 낮은 사양의 케이블을 제공하는 경우도 있지만 최소한 사용에 문제는 없을 것이다.
집에 굴러다니는 케이블을 사용하거나, 별도로 구입할 경우에 Power Delivery(전원 규격) 사양만은 잘 확인하자. 특히 USB-C 충전을 지원하는 노트북 같은 경우 전력 공급과 관련해 저가의 비규격 제품은 치명적인 손상을 초래할 수 있기 때문이다.
USB-C 커넥터의 DisplayPort 지원 여부(DisplayPort Alt Mode)는 꼭 확인하자. 외부 모니터와 연결하는 용도로 USB-C 커넥터를 사용하는 경우에 지원 여부에 따라 전혀 사용할 수 없을 수도 있다.
PCI-e를 지원하는 외부 SSD 저장장치나 외장 GPU(eGPU) 같은 경우 반드시 Thunderbolt 3 이상을 지원하는 USB-C 단자인지 확인해야 한다.
이상을 종합해보면 결국 썬더볼트를 지원하는 USB-C 단자인지 아닌지가 여러 지원 여부를 쉽게 확인하는 방법 중 하나다. 그럼 지금부터 썬더볼트에 대해 알아보자.
Thunderbolt
2009년에 처음 공개된 썬더볼트 인터페이스는 초창기에 애플의 요청으로 인텔에서 라이트닝 피크라는 이름으로 개발을 시작해 2011년 썬더볼트로 변경되었다. USB 포트와 광케이블을 채용하려고 했으나, USB 하위 호환 문제로 Mini DisplayPort 커넥터를 사용하고, 단가 문제로 구리선으로 변경했다.
범용성이 떨어지는 단자와, 비싼 로열티 때문에 썬더볼트 1,2는 애플의 맥 제품군에서나 채용되었다. 그러나 썬더볼트 3 이후 USB-C 커넥터로 변경하고, 로열티를 무료화하고, 칩셋도 인텔 CPU에 내장 지원하면서 고급 노트북이나, 모니터에서 채용하기 시작했다. 그리고 가장 최근에는 인텔 칩을 벗어나 자체 M1 칩을 사용한 애플 Mac 제품에서 최신 사양의 Thunderbols/USB 4를 지원한다.
Thunderbolt 4
2020년 9월에 인텔에서 공개한 썬더볼트 4의 특징은 다음과 같다.
썬더볼트 4는 진정한 범용 케이블 커넥티비티 경험을 제공하기 위해 썬더볼트 3의 혁신을 기반으로 구축되었다. 썬더볼트 4는 한 번의 연결로 초당 40기가비트(Gb) 상당의 속도와 데이터, 비디오 및 전원을 제공한다. 이는 가장 포괄적인 썬더볼트 사양으로, 광범위한 업계 표준 사양을 준수하고 있다. 해당 사양에는 USB4, 디스플레이포트(DisplayPort), PCI익스프레스(PCI Express (PCIe))를 포함하며, 이전 세대의 썬더볼트 및 USB 제품과 호환된다. 썬더볼트 4 인증 요구 사항은 아래와 같다.
- 썬더볼트 3의 최소 비디오 및 데이터 요구사항의 두 배 지원
- 비디오: 2 개의 4K 디스플레이 및 1 개의 8K 디스플레이 지원
- 데이터: 최고 3,000 MB/s 의 스토리지 속도 지원하는 32 Gbps PCIe
최대 4 개의 썬더볼트 포트를 위한 도크 지원
최소 한 개의 컴퓨터 포트에서 PC 충전
썬더볼트 도크에 연결 시 키보드 및 마우스 터치로 절전모드에서 컴퓨터 전원을 켤 수 있음
물리적 DMA 공격을 예방하는 인텔 VT-d 기반 직접 메모리 접근(DMA) 보호 필요.
제품 사용 가능 일정: 올해 말 인텔은 새로운 썬더볼트 4 컨트롤러 8000 시리즈를 제공할 예정이다.
- 컴퓨터 제조사를 위한 JHL8540과 JHL8340 호스트 컨트롤러
- 주변기기 제조사를 위한 JHL8440 디바이스 컨트롤러
썬더볼트 4 포트를 탑재한 첫 번째 컴퓨터, 주변기기, 아테나 프로젝트 인증을 받은 노트북 등은 올해 말 사용 가능할 예정이다.
인텔에서 썬더볼트를 개방하고, USB 프로모터에서 이를 적극 채용하면서 앞으로 썬더볼트와 USB가 합쳐질 가능성이 높다. 따로 유지할 실익이 별로 없기 때문이다. 뿐만 아니라 앞으로 모든 데이터, 영상, 음성 전송 유선 통로가 프로토콜과 커넥터 양쪽에서 혼란 없이 단일 표준으로 통합되기를 기대해본다.
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