USB-C扩展坞架构：协议、带宽和供电详解
USB-C扩展坞并非被动式端口扩展器，而是一个主动式接口系统，其核心是多个并行工作的控制器：
USB桥接芯片组——聚合下游数据（USB、以太网、存储）
DisplayPort/Thunderbolt 重定时器和多路复用器——管理高速视频通道
独立电源传输 (PD) 控制器– 负责在扩展坞和主机之间协商电压和电流
扩展坞的实际性能（显示分辨率、数据吞吐量和充电稳定性）取决于通过 USB-C 端口协商的主机端协议，而不是 USB-C 连接器本身。
这就是为什么外观相同的两个码头在实际使用中可能表现截然不同的原因。
USB-C 是一种连接器，而非性能标准。
同一个物理 USB-C 端口可能运行在不同的协议下：
USB 3.2 Gen 1
USB 3.2 Gen 2
USB4
雷霆3
雷霆4
每个协议都定义了自己的通道分配规则，这些规则直接影响：
最大显示分辨率和刷新率
可用 USB 数据带宽
同时视频和数据负载下的稳定性
在为专业工作流程选择扩展坞时，了解这些规则至关重要。
车道分配基本原理
USB-C 线缆提供四条高速差分通道。这些通道的分配方式完全取决于协商的协议。
| 主机协议 | 车道分配模型 | 总体吞吐量 | 实际影响 |
|---|---|---|---|
| USB 3.2 Gen 1 | 2 条通道（USB 数据） | 5 Gbps | 没有DP Alt模式就没有原生视频输出 |
| USB 3.2 Gen 2 | 2 条通道（USB 数据） | 10 Gbps | 视频传输需要牺牲数据通道 |
| DP Alt 模式（USB 3.x） | 2 条 DP 通道 + 2 条 USB 通道 | ~10 Gbps 数据 + DP 视频 | 共享带宽，共同瓶颈 |
| 雷霆3 | 4车道动态 | 40 Gbps | PCIe + DisplayPort 隧道 |
| 雷霆4 | 4车道动态（强制性最低要求） | 40 Gbps | 保证双4K分辨率、PCIe带宽和DMA保护 |
为什么 USB-C 扩展坞在负载下会变慢
在非 Thunderbolt USB-C 扩展坞中，启用 DisplayPort Alt Mode 会将两条通道从 USB 数据传输重新分配给视频传输。这种带宽权衡是结构性的，与固件无关。
视频流量在物理层被赋予了更高的优先级，原因如下：
高分辨率显示器开启时，USB SSD 速度会下降。
视频播放期间以太网性能下降
音频和摄像头设备在负载下会出现抖动。
Thunderbolt 3 与 Thunderbolt 4：究竟有哪些变化？
Thunderbolt 4 并没有将原始带宽提升到 40 Gbps 以上。相反，它强制执行了更严格的最低要求：
保证 PCIe 带宽以用于存储
强制支持双 4K 或单 8K 显示器。
支持 Thunderbolt 集线器（不仅仅是菊花链连接）
增强型DMA安全性
这些保证消除了 Thunderbolt 3 生态系统某些部分中存在的模糊配置。
对于同时运行多个显示器和高速外设的用户来说，Thunderbolt 4 提供的不仅仅是速度，还有可预测性。
电源传输（PD）架构
电源传输由专用的 PD 控制器处理，该控制器独立于 USB 数据和视频路径运行。
公交车供电式充电桩与直通式充电桩
公交车供电的码头
从主机笔记本电脑获取电源
下游功率限制为 7.5–15 瓦
不适用于高负载外设
直通式供电码头
可接受外部直流或 USB-C 电源输入
协商向上游主机输送电力
显示器和存储设备需要稳定的性能
PD谈判逻辑
PD 3.0 ：最高 20V × 5A (100W)
PD 3.1 (EPR) ：使用 28 V、36 V 或 48 V 电压时，最高功率可达 240 W
谈判顺序：
笔记本电脑（水槽）广告宣传其电源要求
Dock（来源）验证功能
在数据通道完全初始化之前，电力合约已经建立。
PD 余量不足通常会导致 CPU 或 GPU 在负载下降频——这经常被误认为是散热问题。
视频信号传输：DP Alt 模式和 MST
DisplayPort Alt 模式限制
DisplayPort Alt Mode 通过 USB-C 通道传输原生 DP 信号。最大分辨率取决于：
支持GPU的DP版本
分配给视频的车道数
显示流压缩 (DSC) 支持
许多 USB-C 扩展坞上的 HDMI 端口并非原生 HDMI 输出。它们依赖于 DP 转 HDMI 转换芯片，这可能会引入以下问题：
额外延迟
HDMI 2.0 之后的兼容性限制
高刷新率下可靠性降低
MST（多流传输）
MST允许多个显示器通过时分复用带宽来共享单个DisplayPort链路。
支持 Windows 和 Linux 系统
支持 DP Alt 模式
macOS 不支持标准 USB-C 或 Thunderbolt 显示路径
macOS 需要独立的显示管道，因此苹果系统上的双外接显示器通常需要带有独立显示控制器的 Thunderbolt 扩展坞。
常见带宽瓶颈
现实世界中的大多数失败都遵循着可预测的模式：
高分辨率显示器会占用固定的通道带宽。
剩余的 USB 通道在 SSD 或以太网负载下会饱和。
同步设备（音频、摄像头）会出现丢包现象
解决方案并非使用更高规格的线缆或更新固件，而是选择一款主机协议与工作负载特性相匹配的扩展坞。
结论
USB-C扩展坞的性能完全取决于与主机系统协商的协议。通道分配、电源传输协商、MST行为以及Thunderbolt强制级别都是架构限制，而非市场营销卖点。
在wfyear ，我们根据实际协议行为设计扩展坞，以确保在 Windows、macOS 和 Linux 平台上实现稳定的显示、一致的数据吞吐量和可靠的充电。
选择合适的码头是一项工程决策——了解其结构至关重要。