USB 3.0

USB3.0 —— 也被認為是SuperSpeedUSB——為那些與PC或音頻/高頻設備相連接的各種設備提供了一個標準介面。只是個硬體設備，計算機內只有安裝USB3.0相關的硬體設備后才可以使用USB3.0相關的功能！從鍵盤到高吞吐量磁碟驅動器，各種器件都能夠採用這種低成本介面進行平穩運行的即插即用連接，用戶基本不用花太多心思在上面。新的USB 3.0在保持與USB 2.0的兼容性的同時，還提供了下面的幾項增強功能：

● 極大提高了帶寬——高達5Gbps全雙工（USB2.0則為480Mbps半雙工）。

● 實現了更好的電源管理。

● 能夠使主機為器件提供更多的功率，從而實現USB——充電電池、LED照明和迷你風扇等應用。

● 能夠使主機更快地識別器件。

● 新的協議使得數據處理的效率更高。

USB3.0可以在存儲器件所限定的存儲速率下傳輸大容量文件（如HD電影）。例如，一個採用USB3.0的快閃記憶體驅動器可以在15秒鐘將1GB的數據轉移到一個主機，而USB 2.0則需要43秒。

受到消費類電子器件不斷增加地解析度和存儲性能需求的推動，希望通過寬頻網際網路連接能夠實現更寬的媒體應用，因此，用戶需要更快速的傳輸性能，以簡化下載、存儲以及對於多媒體的大量內容的共享。USB 3.0在為消費者提供其所需的簡易連接性方面起到了至關重要的作用。

當用於消費類器件時，USB3.0將解決USB 2.0無法識別無電池器件的問題。主機能夠通過USB 3.0緩慢降低電流，從而識別這些器件，如電池已經壞掉的手機。

對於系統和ASIC開發者而言，USB3.0晶元和IP的廣泛的實用性保證了每個設計要求都可以及時得到滿足。這種全方位的支持對於像USB3.0這樣的標準而言特別重要，因為速度、高級協議和各種電纜長度（從幾英寸到幾米）使得設計和標準兼容性成為一項挑戰。

SATA與USB幾年來，在爭相成為外部存儲器介面的各種器件標準中，USB、eSATA和Firewire在個人計算機領域，都各自取得了多個矚目的成績。在這一點上，串列ATA（SATA）在消費類PC的內部驅動連接性上，取代了所有其它介面。儘管被稱為CFast的新型Compactflash版本將基於SATA構建，但較早的并行ATA（PATA）在將CompactFlash作為存儲媒介的工業和嵌入式應用中仍在繼續使用。

自從2004年推出以來，eSATA在外部存儲器應用方面已經向USB 2.0和FireWire提出了挑戰。eSATA在SATA內部驅動器所支持的相同速率下，與外部器件互相傳輸數據。值得一提的是，eSATA介面可以支持高達3Gbps的數據傳輸率。即使接照由編碼所縮減的實際速率，eSATA的數據速率也完全足以用作最高速的硬碟驅動器，這種驅動器能夠以12MB/秒的速度傳輸數據（約為90Mbps）.

儘管eSATA僅用於存儲器應用，但它的這些性能使其能夠搶佔USB 2.0和FireWire的市場份額。SATA的其他優勢還包括低處理器成本。USB 3.0的性能顯著優於eSATA和FireWire 800。在5Gbps全雙工下，USB 3.0比可以達到800Mbps的全雙工的eSATA和FireWire 800的速度更快。（注意，eSATA的3Gbps數據是單雙工的，而USB 3.0所提供的是全雙工的。儘管我們在這裡無法詳盡的說明，但仍需提請注意的是USB 3.0包括可選裝置，用於傳輸無序數據，是用於磁碟驅動搜索的最佳選擇。）

富士通的USB 3.0 —— SATA晶元解決方案

為了實現可以將SATA硬碟驅動器用於USB 3.0的簡單方法，富士通推出了MB86C30A單晶元解決方案，用以將USB 3.0和基於SATA/ATA/ATAPI的大容量存儲器進行橋接。這種橋接晶元將USB2.0和USB3.0的海量存儲要求轉移給SATA和ATA/ATAPI通信協議。

MB86C30A是世界首款USB 3.0從晶元，採用了富士通的高速串列I/O技術。

不久的將來，利用65nmCMOS技術構建的晶元，在採用高速USB規格方面，將實現更低的功耗和更大的靈活性。

富士通已經在“2009SuperSpeed USB開發者協商會上”展示了其USB 3.0從晶元，並證明了它具有行業最快的傳輸速率。

此晶元符合於2008年11月發布的USB 3.0規格1.0以及SATA規格2.6版本的要求。

晶元還符合USB Mass Storage 批量傳輸協議。圖1顯示了晶元的主要功能。USB 3.0標準的正式發布

由Intel、微軟、惠普、德州儀器、NEC、ST-NXP等IT業界巨頭組成的USB 3.0 Promoter Group 2008-11-18 宣布，該組織負責制定的新一代USB 3.0標準已經正式完成並公開發布。新規範提供了十倍於USB 2.0的傳輸速度和更高的節能效率，可廣泛用於PC外圍設備和消費電子產品。

該組織將與硬體廠商合作，共同開發支持USB 3.0標準的新硬體，不過實際產品上市還要等一段時間。

第一版USB1.0是在1996年出現的，速度只有12Mbps；兩年後升級為USB1.1，速度沒有任何改變，僅改變了技術細節，至今在部分舊設備上還能看到這種標準的介面；2000年4月起廣泛使用的USB2.0推出，速度達到了480Mbps，是USB 1.1的四十倍；如今10個年頭過去了，USB 2.0的速度早已經無法滿足應用需要，USB 3.0也就應運而生，最大傳輸帶寬高達5.0Gbps，也就是500MB/s，同時在使用A型的介面時向下兼容。IEEE組織也批准了新規範IEEE1394-2008，不過新版FireWire的傳輸速度只有3.2Gbps，相當於USB 3.0的60%多一點。難怪蘋果等業界廠商普遍對該技術失去了興趣。

USB 2.0基於半雙工二線制匯流排，只能提供單向數據流傳輸，而USB 3.0採用了對偶單純形四線制差分信號線，故而支持雙向併發數據流傳輸，這也是新規範速度猛增的關鍵原因。

除此之外，USB 3.0還引入了新的電源管理機制，支持待機、休眠和暫停等狀態。

測量儀器大廠泰克(Tektronix)在上個月第一家宣布了用於USB 3.0的測試工具，可以幫助開發人員驗證新規範與硬體設計之間的兼容性。

USB 3.0在實際設備應用中將被稱為“USB SuperSpeed”，順應此前的USB 1.1 FullSpeed和USB 2.0 HighSpeed。預計支持新規範的商用控制器將在2009年下半年面世，消費級產品則有望在2010年上市。

這款新的超高速介面的實際傳輸速率大約是3.2Gbps（即320MB/S)。理論上的最高速率是5.0Gbps（即500MB/S）。

USB3.0 引入全雙工數據傳輸。5根線路中2根用來發送數據，另2根用來接收數據，還有1根是地線。也就是說，USB 3.0可以同步全速地進行讀寫操作。以前的USB版本並不支持全雙工數據傳輸。

USB 3.0標準要求USB3.0介面供電能力為1A，而USB 2.0為0.5A。

USB 3.0 並沒有採用設備輪詢，而是採用中斷驅動協議。因此，在有中斷請求數據傳輸之前，待機設備並不耗電。簡而言之，USB 3.0支持待機、休眠和暫停等狀態。

上述的規範也會體現在USB 3.0的物理外觀上。但USB 3.0的線纜會更“厚”，這是因為USB 3.0的數據線比2.0的多了4根內部線。不過，這個插口是USB 3.0的缺陷。它包含了額外的連接設備。

Windows 10、Window8.1、Window8、Windows Vista、Windows 7 SP1和Linux（以及基於Linux的安卓）都支持USB 3.0。蘋果最新發布的蘋果Mac book air和Mac book pro也支持。對於XP系統，USB 3.0可以使用，但只有USB2.0的速率。

USB3.0與USB2.0外觀區別，觀察USB（本身）的插口和電腦上USB插口，中間的塑料片顏色：USB3.0——藍色；USB2.0——黑色。當然，一些設備顏色區分並不規範，比如一些主控晶元支持的非原生usb3.0就有可能不是藍色的，一些usb2.0的設備比如MP3，數據線等有可能是黑色或白色塑料片。

如不能通過顏色區分，也可以看介面針腳數。USB3.0相較於USB2.0多了幾個針腳，在Type-A介面上，介面的裡面多了5個針腳，Type-B介面則在介面上方多了一塊。

從USB 1.1的12Mbps升級到USB 2.0的480Mbps，提升幅度達到了40倍，而從USB 2.0標準升級到USB 3.0標準僅為10倍，但這10倍速度的提升卻有著很大的應用意義，既然USB 3.0的數據傳輸率達到了4.8Gbps，要遠遠高於其他傳輸標準，比如IEEE 1394的數據傳輸通常為400Mbps～3.2Gbps之間，而號稱“USB移動硬碟終結者”的新一代eSATA標準也僅有3Gbps的數據傳輸率。

實際上並非如此，因為IEEE 1394、eSATA有著自己的應用定位，IEEE 1394標準，它的最大數據傳輸速率為3.2Gbps，在速度上落後於USB 3.0，但提供了點對點傳輸功能，這樣不用依賴PC即可實現設備之間的數據傳輸，同時支持同步和非同步傳輸模式，可以連接63個設備，可以同時傳輸數字視頻及數字音頻信號，並且在採集和回錄過程中沒有信號損失，使得IEEE1394介面更加適合多媒體設備（如DV機、採集卡），這些都是USB 3.0標準無可比擬的。總體來看IEEE 1394介面的應用更專業、更自由，不過正是由於這些專業性以及廠商的推廣力度不夠，IEEE 1394設備的普及度不高，通常是一個設備同時擁有IEEE 1394介面和USB介面。

對於eSATA標準，它實際上是SATA介面的擴展，也稱為外置式SATA介面，支持即插即用，但在功能上有很大的局限性，首先不支持供電功能，而且必須配合主板上的eSATA介面使用，這意味著無法擺脫PC的使用限制，一般只適合移動硬碟、便捷DVD光碟機及電視盒等設備使用，對於時下流行的消費數碼電子設備，就顯得無用武之地了，因而在USB 3.0標準推出之後，eSATA是面臨競爭壓力最大的傳輸標準。但仍然要注意，由於eSATA源自主板上的SATA晶元，所以具備了引導啟動功能，也就是說，電腦連接eSATA硬碟或eSATA光碟機可以啟動系統，而這是USB硬碟、USB光碟機實現起來比較麻煩的，這對於系統維護、伺服器在DOS數據下進行數據交換及其重要，不過對於普通大眾來說，eSATA的地位和發展或許就此終結。

USB2.0為各式各樣的設備以及應用提供了充足的帶寬，但是，隨著高清視頻、TB（1024GB）級存儲設備、高達千萬像素數碼相機、大容量的手機以及便攜媒體播放器的出現，更高的帶寬和傳輸速度就成為了必須。

480Mbps的傳輸速度可能都已經不算快了，更何況沒有哪個USB2.0設備能夠達到這個理論上的最高限速。在實際應用中，能夠達到320Mbps的平均速度就已經很不錯了。

同樣，其實USB3.0同樣達不到5.0Gbps的理論值，若只能達到理論值的8成，那也是接近於USB2.0的10倍了。USB3.0的物理層採用8b/10b編碼方式，這樣算下來的理論速度也就4Gbps，實際速度還要扣除協議開銷，在4Gbps基礎上要再少點。

新的“Superspeed USB”將比現有的USB2.0速度快10倍，USB3.0規範已經進入最後的完成階段。USB推廣小組主席Jeff Ravencraft稱，Superspeed USB的最高傳輸速度將是USB2.0的10倍，最低傳輸速度達到300Mb/s.他將給快閃記憶體產品帶來更高的速度，使用固態硬碟，如果介面從USB2.0升級到3.0，那麼就是螺旋槳飛機到噴氣式飛機的飛躍。Superspeed USB的線纜和埠將採用向下兼容模式，intel已經棄用之前光纖互連的方式作為傳輸方式，據了解，此舉是節約成本，而USB3.0的速度也達到了“令人滿意的效果”，而無需在這方面深入開發。USB3.0的介面分為兩部分，一部分採用和USB2.0一致的針腳；另外增加了一系列電氣介面供USB3.0信號傳輸使用。已有不少USB3.0的產品問世、比如USB3.0的移動硬碟、U盤、讀卡器，等等。

我們說的5Gb/s，指的是位（bit），而不是位元組（Byte）。由於8位等於1位元組，就像你拉一條4Mbps的網線，理論下載速度只能達到512KB/S一樣。但是，USB3.0還有一個問題是：編碼規則採用8/10的方法，存在2b的控制信號，所以USB 3.0的理論數據傳輸速率是5Gbps/10bitt=500MB/s。

要達到500MB/s的理論速度，必須突破兩個瓶頸：主板介面、存儲介質。你興沖沖跑到電腦城，買了個USB3.0的移動硬碟回來試，發現還是USB2.0的速度，這瓶頸很可能出在主板介面上。慶幸的是，Intel已經在最新的7系列晶元組中原生支持USB3.0，你也可以通過第三方USB3.0主控晶元來橋接出兩個藍色的USB3.0介面，從而解除主板速度瓶頸。

受限於硬碟的機械結構，主流的3.5寸7200轉500G硬碟的內部傳輸速度不會超過150MB/S，2.5寸5400轉500G移動硬碟的內部傳輸速度更低。所謂的USB 3.0優盤，速度瓶頸在於所採用的主控和FLASH晶元上。

拋開USB3.0的理論速度不談，USB3.0介面產品的實際傳輸速度分別為：讀速度為60MB/s到140MB/s，寫速度為50MB/s到90MB/s。市場上很多所謂的USB3.0優盤、硬碟、其讀速度比較快，但寫速度可能很低。另外，如果移動硬碟是USB2.0介面，將其與PC機USB3.0介面連接傳輸數據，那麼理論最大傳輸速率則是USB2.0的60MB/S。

2013年1月7日上午消息，USB3.0推廣組織周日在美國消費電子展(CES)上宣布，第一批傳輸速率達到10Gbps的USB3.0設備將於2014年面市，此速度將較之現在的5Gbps快一倍之多。

USB 3.0之所以有“超速”的表現，完全得益於技術的改進。

相比USB 2.0介面，USB 3.0增加了更多并行模式的物理匯流排。

可以拿起身邊的一根USB線，看看介面部分。

在原有4線結構（電源，地線，2條數據）的基礎上，USB 3.0再增加了4條線路，用於接收和傳輸信號。

因此不管是線纜內還是介面上，總共有8條線路。

正是額外增加的4條（2對）線路提供了“SuperSpeed USB”所需帶寬的支持，得以實現“超速”。

顯然在USB 2.0上的2條（1對）線路，是不夠用的。

此外，在信號傳輸的方法上仍然採用主機控制的方式，不過改為了非同步傳輸。

USB 3.0利用了雙向數據傳輸模式，而不再是USB 2.0時代的半雙工模式。簡單說，數據只需要朝一個方向流動就可以了，簡化了等待引起的時間消耗。

其實USB 3.0並沒有採取什麼鮮有聽聞的高深技術，卻在理論上提升了10倍的帶寬。也因此更具親和力和友好性，一旦SuperSpeed USB產品問世，可以讓更多的人輕鬆接受並且做出更出色的定製化產品。

“SuperSpeed USB”改進遠不止在傳輸速率方面的提升。在USB 3.0中，設備和電腦主機之間如何更加融洽的配合，也被當作了一項重點研究的方向。在繼承USB 2.0核心架構的基礎上，如何利用雙匯流排模式的優勢，如何讓用戶能夠直接的體驗到USB 3.0比USB 2.0的先進，便成為了重點：

需要時能提供更多電力

USB 3.0能夠提供50%—80%更多的電力支持那些需要更多電能驅動的設備，而那些通過USB來充電的設備，則預示著能夠更快的完成充電。

新Powered-B介面由額外的2條線路組成，提供了高達1000毫安的電力支持。完全可以驅動無線USB適配器，而擺脫了傳統USB適配器靠線纜連接的必要。通常有線USB設備需要連接到集線器或者是電腦本身上，而高電能支持下，就不需要在有“線”存在了。

不需要時就自動減少耗電

轉換到USB 3.0，功耗也是要考慮的很重要的一個問題，因此有效的電源管理就很必要，可以保證設備的空閑的時候減少電力消耗。

大量的數據流傳輸需要更快的性能支持，同時傳輸的時候，空閑時設備可以轉入到低功耗狀態。甚至可以空下來去接收其他的指令，完成其他動作。

其實，在USB 3.0中也並不是所有的東西都更新換代了，比如線纜的長度。當在某些應用中需要儘可能高的吞吐量的時候，往往線纜依舊會成為瓶頸。雖然在USB 3.0規範中，沒有明確指定USB線纜有多長，但是電纜材質和信號質量還是影響了傳輸的效果。因此在傳輸數百兆大數據流的時候，線纜長度最好不要超過3米。

另外，一些支持“SuperSpeed USB”的硬體產品，例如集線器（hub）可能要比USB 2.0的貴很多，這是主動供電集線器和被動供電的一個道理。因為一個真正意義上的“SuperSpeed hub”應該具備2類介面，一個用來扮演真正“SuperSpeed hub”的角色，另外一個則要扮演普通高速hub的角色。

網路上有一些非官方的言論談到了USB 3.0可以使用光纖，其實這正是USB規範組織正在考慮的問題，也許會在下一個修正版本中推出，也許會讓一些有能力的第三方公司來嘗試一下。

Windows Vista/7/8/8.1/10

開源系統方面， Linux明確的表示支持USB 3.0，前提是擴展主控制器界面（xHCI)規範正式發布。非公開版本號為0.95，還是一個待定的草案。

蘋果方面，在2012年中發布的新機已全面改用USB 3.0介面。

至於對Firewire信號是否存在干擾問題，還不得而知，但是不管怎樣，蘋果需要去支持“SuperSpeed”，如果所有人都看好這個介面標準的話。

起初，在USB 3.0的支持方面，不管是操作系統還是設備，肯定不會一步到位。初期會簡單的在小型設備上試用，然後存在這樣那樣的問題，並且還不會全面發揮USB 3.0的優勢。不過，隨著時間的推移，這些都會逐步的完善起來。

請注意，Vista不能夠使用Intel主控的USB 3.0介面（Intel並未針對Vista提供驅動），如果需要在Vista上面使用USB3.0，請使用其他廠牌的主控。

簡單說，所有的高速USB 2.0設備拿到USB 3.0上來只能會有更好的表現，至少不會更加的糟糕。

這些設備包括：

外置硬碟 - 在傳輸速度上至少有兩倍的提升，更不用擔心供電不足的問題了；

高解析度的網路攝像頭、視頻監視器；

視頻顯示器，例如採用DisplayLink USB視頻技術的產品；

USB介面的數碼相機、數碼攝像機；

藍光光碟機等。

另外，最常用的讀卡器設備，尤其是當設備中同時使用多種類型的快閃記憶體卡，或者是讀卡器連接到USB Hub上，而USB Hub上又有多個讀卡器的時候，那種傳輸速度簡直是難以忍受的折磨。

USB 3.0則提供了更多的空間，來解決這樣的問題，提供5-10倍的帶寬不是問題。

還有一點是可以預見的，理論上每秒4.8Gb的傳輸速度，足以讓USB侵入到以前從不敢涉獵的範圍，例如磁碟陣列系統。

隨著Vista操作系統、高清視頻和DX10的逐步普及，大容量、高速的數據傳輸越來越多，對帶寬的需求也越來越高，原來的USB1.1和USB2.0已無法滿足未來的需要。2007年底開始，英特爾公司和惠普（HP）、NEC、NXP半導體及德州儀器（Texas Instruments）等公司共同開發USB3.0技術，USB3.0技術主要應用於個人計算機、消費及移動類產品的快速同步即時傳輸。

USB 3.0具有後向兼容標準，兼容USB1.1和USB2.0標準，具傳統USB技術的易用性和即插即用功能。USB3.0技術的目標是推出比USB2.0快10倍以上的產品，採用與有線USB相同的架構。除對USB 3.0規格進行優化以實現更低的能耗和更高的協議效率之外，USB 3.0的埠和線纜能夠實現向後兼容，以及支持未來的光纖傳輸。

USB3.0將採用一種新的物理層，其中，用兩個通道把數據傳輸(transmission)和確認(acknowledgement)過程分離，因而達到較高的速度。為了取代USB所採用的輪流檢測(polling)和廣播(broadcast)機制，新的規格將採用封包路由 (packet-routing)技術，並且僅容許終端設備有數據要發送時才進行傳輸。新的鏈接標準還將讓每一個組件支持多種數據流，並且每一個數據流都能夠維持獨立的優先順序(separate priority levels)，該功能可在視訊傳輸過程中用來終止造成抖動的干擾。數據流的傳輸機制也使固有的指令隊列(native command queuing)成為可能，因而能使硬碟的數據傳輸優化。

為了向下兼容2.0版，USB 3.0採用了9針腳設計，其中四個針腳和USB 2.0的形狀、定義均完全相同，而另外5根是專門為USB 3.0準備的。

標準USB 3.0公口的針腳定義，白色部份是USB 2.0連接專用針腳，而紅色部分為USB 3.0專用。

標準USB 3.0母口的針腳定義，紫色針腳為USB 2.0專用，紅色為USB 3.0連接專用。

USB 3.0線纜如果不算編織（Braid）用線，一共是8根，值得注意的是，在線纜中，USB 2.0和3.0的電源線（Power）是共用的。

Mini USB3.0介面分為A、B兩種公口（Plug），而母口（Receptacle）將有AB和B兩種，從形狀上來看，AB母口可兼容A和B兩種公口，3.0版公口的針腳是9針。

Ravencraft指出一些攜帶型攝像機保存250Gbyte的數據，甚至一些MP3播放器和手機都增長到內置8到16Gbyte的快閃記憶體。同期於USB 3.0的發布，PCMCIA組織宣布PC設備上的ExpressCard標準的2.0版本，該標準提供比ExpressCard 1.2標準快10倍的傳輸速率，而且同時支持Express 2.0和新的USB 3.0協議。 “ExpressCard技術與Express和USB規範很相近，而2.0標準的發布充分利用了這兩種介面技術進步的優勢，”PCMCIA主席Brad Saunders表示。

USB介面為何流行？USB滑鼠、USB鍵盤、USB攝像頭、USB印表機、USB……接觸電腦的人就不可能不接觸到USB這種大眾到極點的介面，但並非所有人都了解USB介面，而正是這種融入生活的忽略從一個側面驗證了USB的成功——我們已經把它當做自然而然理應存在的東西。

很少有人會去考慮一個小小的USB介面標準為什麼會成功，USB在剛誕生時的傳輸速率是最高的嗎？顯然不是，但USB介面卻絕對是最多巨人力挺的——Microsoft和Intel等等行業領頭人都對USB青睞有佳（最直接的例子就是Intel將USB控制器直接做到了其ICH南橋晶元當中），而世界上使用Intel和Microsoft產品的用戶不說100%也起碼有60%以上，而USB成功推廣的最重要原因正在於此。

與USB同時期推出的IEEE 1394介面則沒有這麼好的待遇了，雖然IEEE 1394的理論傳輸速率比USB要高（IEEE 1394是目前傳輸速率最快的串列匯流排），但由於缺少了設備端廠商的支持而完全沒有USB那般的普及程度。

我們往往看到這樣的情況：一款主板上往往擁有多達六個USB介面而卻沒有一個1394介面。雖然1394的普及度存在極大問題，但它依然是影像領域不二的傳輸方式。

有了Intel和微軟這些大公司的支持，USB自然是風生水起、不停壯大，但IT行業的規則就是不進則倒，因此21世紀初至今USB也經歷了從1.0到2.0的技術革新，現在USB 2.0的理論最高傳輸速率已經達到了480Mbps以上（當然在實際的應用中我們很難達到這個數據），看起來這個數據很嚇人，但計算機的存儲硬體卻也同時在不斷進步著。看到動輒以TB計算的磁碟容量，和動輒以10GB為單位的藍光視頻源，我們不禁苦笑——USB 2.0已然捉襟見肘。

好在固步自封這個詞已經成為行業禁忌，USB 3.0標準也於08年出台，新的USB 3.0標準能夠提供比之前USB 2.0多出10倍以上的傳輸速率，這儼然已經是串列標準中的頂級水準了。

0更高的傳輸性能提供了更快的數據轉換能力，高性能外置顯卡成為可能，這意味著遊戲愛好者們甚至可以在任何計算機上享受同樣的顯示待遇，實際上華碩在USB 2.0介面的基礎上就已經研發出了這樣的產品，而在USB 3.0的支持下，這一產品概念應該會得到迅速落實，畢竟有需求就有市場。

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0更高的傳輸性能提供了更快的數據轉換能力，高性能外置顯卡成為可能，這意味著遊戲愛好者們甚至可以在任何計算機上享受同樣的顯示待遇，實際上華碩在USB 2.0介面的基礎上就已經研發出了這樣的產品，而在USB 3.0的支持下，這一產品概念應該會得到迅速落實，畢竟有需求就有市場。

當然了，還有USB連接的顯示器也將成為可能，甚至更誇張一些，外置CPU都有可能出現在未來USB 3.0的平台基礎上，而各大公司的全力支持則讓USB 3.0幾乎不存在任何普及方面的問題，或許唯一要考慮的就是價格了……

USB發展

USB ,是英文Universal Serial BUS（通用串列匯流排）的縮寫, 而其中文簡稱為“通串線，是一個外部匯流排標準，用於規範電腦與外部設備的連接和通訊. 從1994年11月11日發表了USB 0.7版本以後，USB版本經歷了六年的發展，已經發展到了2.0的版本。它才得到廣泛的普及應用。

早期的USB版本，在推出時普遍不遭到重視。其最大的原因是：當時的主板結構是以Baby-AT板為主，USB功能介面在許多主板上都是一種可選擇的功能，有些主板製造商在主板上提供了4X2或5X2的USB針腳介面，而更多的則為了節省成本，連USB針腳介面都省掉了。另外，在BIOS固件方面也缺乏支持――當時很多主板都是只提供有USB連接針腳介面，而主板的BIOS沒有真正支持USB。這樣，很多用戶為了使用USB，只有通過升級主板BIOS的方法，將主板BIOS刷新到能支持USB功能的BIOS才行。

這種情形一直延續到ATX主板結構的誕生。不過一開始的ATX主板在支持USB的方面還不是很好。因為一般ATX的設備連介面都設計成一層的高度，其所能使用的介面空間都給傳統的串列通訊介面和LPT印表機佔用了，根本沒有餘地留給USB介面，所以當時如果要想使用USB介面的話，還得使用USB轉接卡，通過連線與主板上的USB針腳介面相連才能得以實現。不過後來ATX主板的Back Panel設計成了二層，終於使USB介面在主板上有了安身立足之處，無須再通過外接USB轉接卡了。

1999年初在Intel的開發者論壇大會上，與會者介紹了USB 2.0規範，該規範的支持者除了原有的Intel、Microsoft和NEC等成員外，還有惠普、朗訊和飛利浦三個新成員。USB 2.0向下兼容USB 1.1，傳輸率將達到480Mbps，還支持寬頻數字攝像設備及下一代掃描儀、印表機及存儲設備。

發展趨勢

前言

USB技術的推出，可能是近代來計算機技術最重要的發展，因為USB的出現讓IT產業的介面產生很大的革命，後來的影響不僅在IT產業，連消費性電子產業也到處可見USB的介面，因此USB的成功是無庸置疑的。除了在個人計算機、筆記本電腦、小筆電都是100%的標準配備外，我們也可以輕易在手機、LCD TV 、印表機、複印機等消費性電子產品上發現USB的蹤跡，筆者甚至看過連瑞士小刀上都有USB界面，由此可知USB真是無所不在。就這一點，我們不得不佩服Intel與Microsoft在IT產業強大的影響力，在這兩家廠商的聯手之下，USB硬是把另一個介面-1394給比下去，成為主導IT設備與消費性電子產品通訊介面的標準。

雖然USB目前有很高的應用範疇與Installation base (估計自1996推出USB 1.0規格，已有60億的installation base，而且以每年20億的數目持續增長)，但是當初USB-IF規劃USB的規格時並未很有規劃的將USB介面的技術藍圖整個揭櫫於世，並未像後來的SATA-IO於2001年規劃SATA的技術發展藍圖時，一開始就將SATA 分為1.5 Gbps、3.0 Gbps與6.0 Gbps三個世代（請參考表1之比較表），感覺上比較像是在且戰且走；所以自2000年推出USB 2.0規格后，雖然將USB 2.0的帶寬大幅從12Mb/s提升至480Mb/s，但是我們都知道IT產業的發展定律是帶寬永遠不嫌多，儲存容量也永遠不嫌多，所以很快的大家就覺得USB 2.0已經不敷使用，也因此一直有公司力主要持續推出USB 3.0的規格，但是這些聲音也僅止於大家的討論，USB-IF一直未正式回應是否有USB 3.0的規劃，一直到2007年9月18日在美國舉辦的IDF， Pat Gelsinger說明了USB 3.0的規劃，USB 3.0的發展才確定下來。

3.0背景

當初USB-IF在1994年規劃USB技術時，因為將其定位在較低速的周邊界面，所以帶寬僅訂在1.5Mb/s(Low Speed)與12Mb/s(Full Speed)；其中Low Speed主要用於人機介面裝置（Human Interface Devices，HID）例如鍵盤、滑鼠、遊戲桿，High Speed主要用於大量數據傳輸的需求，這就是USB 1.0的規格，並於1996年正式公布此一規格。當USB 1.0相關產品陸續上市后，隨著使用USB的數量越來越大，市場上也發現關於USB 1.0規格的問題，所以USB 1.1的規格在1998年正式公布，修正1.0版已發現的問題，其中大部分是關於USB Hub的項目。

雖然自USB 1.1規格公布后，USB介面規格算是逐漸完整，但是與IEEE 1394比較起來，在傳輸效能上就完全被比下去(請參考表2之比較)，也正因為如此，在USB介面設備不斷地被廣泛應用后，許多的裝置，如視頻會議的CCD，或是像nand flash隨身碟(U盤)、外接式硬碟、光碟刻錄機、掃描儀、卡片閱讀機便成為USB界面的一個非常流行的應用。隨著市場上廠商與消費者對USB產品的接受度越來越高，希望USB傳輸效能可以更好的呼聲也越來越大。因此在這樣的背景之下，USB-IF開始著手USB 2.0規格的制定，並於2000年正式公布USB 2.0規格。在USB 2.0規格中，最重要的是增加更高的數據傳輸速率 480 Mbps (又稱Hi-Speed)，USB規格至此確立了3種數據傳輸速率，並維持至今，3種速率分別是：

● 1.5Mbps(Low Speed)

● 12Mbps(Full Speed)

● 480Mbps(Hi-Speed)

正如前言所提，在USB 2.0規格推出后，的確暫時解決了帶寬落後IEEE 1394的問題，但是隨著USB的應用範疇越來越廣，與其他界面技術的不斷的進步之下，當然更重要的是-檔案的容量也越變越大，尤其是影音數據，所以USB 2.0的窘境也益加明顯。這其中又以Nand Flash隨身碟產品、硬碟外接盒產品及卡片閱讀機(CardReader)產品影響最大。我們分別簡述如下：

Nand Flash隨身碟產品

雖然USB 2.0 Hi-Speed的數據傳輸速率是480Mpbs，也就是理想狀況下應該為60MB/s，但是在Windows based操作系統下，由於default driver的限制，實際的效能大約為30MB/s～35MB/s，與60MB/s有一大段距離，然而以前Nand flash的效能也不夠好，從來也用不到30MB/s的USB 2.0帶寬，所以也相安無事；但是隨著Nand flash技術不斷的進步，與RAID 0架構(Data Stripping)導入Nand flash產品設計，Nand flash產品的帶寬需求已超越USB 2.0 Hi-Speed所能提供的30MB/s。例如以SATA 介面為主的SSD(solid state disk)產品，sequential read的效能都以超越100MB/s，更顯出USB 2.0 Hi-Speed效能的不足。所以不論是高速的大拇哥產品(大陸稱為U盤)或SSD都迫切需要更高速的USB 3.0提供更好的效能。雖然SATA介面可以符合SSD的需求，但是USB有提供bus power的優勢，這是SATA或eSATA所無法媲美USB的地方。

硬碟外接盒產品

除了Nand Flash隨身碟產品外，硬碟外接盒也是外面的水管比裡面的水管小的狀況。由於USB 2.0 Hi-Speed在Windows base OS之下，僅有30MB/s的效能，而硬碟內部的傳輸速率至少有60MB/s，所以這樣的差距相當的大。以前檔案容量還不太大的時候，消費者還勉強可以忍受，但是各種影音數據動輒數GB以上，BD影片數據更是50GB以上，如果還用USB 2.0 Hi-Speed拷貝數據的話，那麼真的會令人捉狂(請參考表3)。所以隨著硬碟外接盒出貨量年年維持25%以上的年複合增長率之下，提供一個更高效能且普遍性高的介面，是刻不容緩的事情。

卡片閱讀機產品

與Nand Flash有密切關係的memory card，也面臨與nand flash類似的問題；以前的記憶卡，速度還不夠快，但是隨著新的記憶卡規格的推出，如SDXC，最高可達150MB/s的傳輸速率，當然不是USB 2.0 Hi-Speed所能滿足的，也因此USB 3.0對高速的記憶卡而言，是非常重要的里程碑。

正如上述產品效能的壓力，各界對USB 3.0的需求也愈來愈高。在各界千呼萬喚之下2007年9月18日，Intel於IDF上正式宣布USB 3.0的規格將計劃於2008年推出，也宣示了USB 3.0的主要應用範圍(請參考圖1)，正式響應了廣大消費者對更快速傳輸介面的需求；Intel並稱USB 3.0最高傳輸效能為SuperSpeed，有別於傳統的Low Speed、Full Speed與Hi-Speed。經過了一年的時間USB-IF終於在2008年11月18日正式對外公布了USB 3.0的規格，宣告了USB另一個嶄新時代的來臨。

規格

當初規劃USB 3.0的規格時，最重要的就是要解決數據傳輸速率過低的問題，因此在規劃USB 3.0 SuperSpeed架構時，採用新的物理層(PHY)是無可避免的事情，因此從PCIe與SATA等高速IO移轉經驗是再自然不過的考慮。然而USB-IF還是堅持backward兼容性的問題，所以USB 3.0的規範主軸，包含了以下各點：

● 比既有的USB 2.0 Hi-Speed快10倍以上的傳輸速率。

● 完整考慮向後兼容性問題，包含既有的Class Driver都可以在新的組件上正常工作。

● 相同的USB device model，這包含了PIPE model、USB Framework與Transfer type。

● 電源管理的效率，在新規格中，提供了更好的電源效能的管理，特別是在Idle的狀況之下，另外也為了取代USB所採用的輪流檢測(polling)和廣播(broadcast)機制，提供更佳的電源管理效能。

● 架構與技術的延伸性，為了增加技術的scalability，在通訊協議上的規劃都已考慮有效率的Scale up and Scale down的問題。

USB-IF在上述前提之下，採用了PCIe的主要PHY架構，以5.0 Gbps為USB 3.0 SuperSpeed的數據傳輸速率，在傳輸編碼技術的選擇上，導入廣為在其他高速串列傳輸技術所採用的8b/10b編碼技術，以提高傳輸位的辨識率並且降低高頻信號的電磁干擾。在向後兼容性上，為了與USB 2.0 Low Speed、Full Speed與Hi-Speed共存，採用了Dual-bus架構的設計(請參考圖2)，在通信協議上，如上述所提，新的規格採用一種封包路由(packet-routing)技術，並且僅容許終端設備有數據要發送時才進行傳輸，取代USB所採用的輪流檢測(polling)和廣播(broadcast)機制，這也與SATA Asynchronous notifications有異曲同工之妙。在cable connector方面，USB 3.0新增了5個觸點，兩條為數據輸出，兩條數據輸入，採用發送列表區段來進行數據發包，新的觸點將會並排在4個觸點的後方。USB 3.0 bus power標準為900mA，並將支持光纖傳輸。這也就是SuperSpeed技術的雛型(參考表4)。

有關Cable Connector，USB-IF在制定新規格時，同時考慮了技術與市場的平衡點，這些因素包含了：

● 必須能support 5.0 Gbps的數據傳輸

● 可完全維持與USB 2.0的兼容性

● 將cable & connector的form factor改變控制在最小範圍

● EMI防護的問題

● 維持USB容易使用的傳統

因此CableCon就在這樣的指導原則下訂出Stand A、Stand B、Micro B與Micro AB的CableCon規範，USB-IF巧妙的將USB3_TX+、USB3_TX-、USB3_RX+、USB3_RX-與GND導入新的CableCon之中(請參考圖3,4,5)，並透過Double-Stacked connector的support，讓USB 2.0可與USB 3.0共存。

不過在這裡提醒各位，Stand A是完全可以USB 2.0與USB 3.0互相連接沒有問題(這意謂著你可以把USB 2.0 Stand A Cable插入USB 3.0 Stand A connector，也可以把USB 3.0 standard cable插入USB 2.0 Stand A connector)，但是Stand B與Micro B就沒有辦法這樣，但是至少所有舊的線纜都可以插入新的介面，而舊的設備上的介面，無法支持新的線纜（典型案例，市面上已知和未知的大多數手機的連介面均為USB2.0 Micro-B，至少你可以用之前的連接線接入3.0介面，但是新的3.0線纜是無法支持的）

挑戰

High Speed Serial Link 產品(如USB、Serial ATA與PCI Express)的發展，已由主板應用出發，逐漸衍生更多應用於外圍與消費性電子產品，進入百家爭鳴的情況。然而不論是晶元供貨商或系統廠商，都面臨益形複雜的設計挑戰。這些新挑戰包含了：

● 更高的晶元設計進入障礙：與純數字IC設計相比，High Speed Serial Link從480 Mbps、 1.5 Gbps、2.5 Gbps、3.0 Gbps至5 Gbps與6 Gbps，一次又一次的考驗IC設計公司在模擬設計與mixed-mode的能力。這也是為什麼台灣只有少數公司能提供從Serial ATA到PCI Express與USB 3.0完整的產品與IP解決方案。

● 為系統廠商考慮Design Margin問題：對於系統廠商而言，採用一顆IC上自己的系統產品，最擔心的是PCB Layout的design margin過小或是design rule太過複雜。因此IC設計公司必須為系統廠商考慮到這些設計上的問題，也加深了高速IO晶元設計的難度。

●IC量產良率：由於高速IO有物理層(PHY)部分的設計，因此對於IC良率的影響甚為重大，通常將PHY包入SoC內，往往是量產良率最大的殺手。所以如何透過模擬設計design margin的綜合考慮，維持量產良率，對IC設計公司而言是相當大的挑戰。

● IC量產測試方法：通常480MHz以上，往往需要使用較貴的測試機台；但是如果廠商能使用較便宜的測試機台，完成高速IO的相關測試，那就是相當重要的know how，對於IC的成本也有很的的幫助。

● 兼容性議題：USB兼容性問題，眾所周知，所以才有USB-IF logo驗證制度的產生。USB 3.0 logo certification program尚未完成，因此如何克服硬體兼容性的問題，是相當據挑戰性也令人感到繁瑣的問題。

結束語

今日的電子信息技術日新月異，在PC interface的發展也由傳統的並列傳輸方式，演進至高速串列傳輸。新的規格與新的技術，也帶來新的設計挑戰。除了USB 3.0的規格正式問世之外，SATA 6.0 Gbps 的規格也正式問世，相關的產品也將陸續於個人計算機、筆記本電腦上出現，配合已經問世且逐漸成為主流的Gigabit Ethernet，高速Serial Link的技術儼然已成為驅動計算機市場持續增長的動力。

這一塊USB 3.0擴展卡來自國外品牌ACASIS阿卡西斯，做工相當豪華。（ACASIS阿卡西斯為國際品牌，和NEC電子等上游半導體廠商建立起良好的合作關係，並在深圳設立公司及生產線）

USB 3.0的最大改進在於大幅度提升傳輸速度，它的傳輸速度達到了5Gbps，也就是500MB/s，同時在使用A型介面時向下兼容原有的USB 2.0和USB 1.1等。最早的USB 1.0規範出現在1996年，傳輸速度僅為1.5Mbps。1998年，USB 1.1規範誕生，速度提升到了12Mbps。到了2000年4月，

我們廣泛使用的USB 2.0規範誕生，速度提升到了480Mbps，為USB 1.1規範的40倍。

USB3.0的主要優勢在於高速：5Gbps（USB2.0的速率為480Mbps）、全雙工（數據同時雙向傳輸）。

USB3.0技術將支持銅線和光纖、無線傳輸。

USB 3.0在應用層上至少能達到300MByte/s的數據吞吐量。

它使用5個埠連線（兩個用於發送，兩個用於接收，一個是地線）來實現全雙工從而達到5Gbps的物理層速率，USB產品採用兩線，半雙工的架構。外觀上Type-A的接頭沒有改變，但內部有5個連線來支持全雙工，新的連接器兼容舊的插口。

可以看出一個耗完電的電池接上后不久就可以恢複電力。

點評：雖然暫時還沒有採用USB 3.0規範設備，但作為目前全球採用最為廣泛的介面，我們有充分理由看好USB 3.0的市場前景。無論是數據傳輸還是電力供應，USB 3.0都比當前流行的USB 2.0更有優勢。另據悉，ACASIS阿卡西斯即將推出採用USB 3.0規範的移動硬碟等外圍設備。

產品類型：數據傳輸卡

介面、轉接類型：USB 3.0

擴展卡傳輸速率：5Gbps

產品概述：它採用PCI-E 1×匯流排設計，採用了一顆NEC D720200F1控制晶元，提供兩個USB 3.0擴展介面。擴展卡採用綠色PCB，並採用了大量貼片電容和電阻。

由Intel、微軟、惠普、德州儀器、NEC、ST-NXP等業界巨頭組成的USB 3.0，Promoter Group在2008年11月17日宣布，該組織負責制定的新一代USB3.0標準。制定完成的USB 3.0標準已經移交給該規範的管理組織USB Implementers Forum(簡稱USB-IF)。

在USB開發者會議上，廣泛採用的USB介面引來了新的3.0官方版本，會議上一些廠商希望採用該新標準的產品能達到400Mbyte/s。

USB 3.0在應用層上至少能達到300Mbyte/s的數據吞吐量。新規範與前代版本兼容，然而新介面需要新的線纜和連接器，而且傳輸距離被限制在3米，而USB產品可以支持5米長的線纜。

0標準，也被稱作是超高速USB（SuperSpeed USB），在一些特性上是獨一無二的。它使用5個埠連線 - 兩個用於發送，兩個用於接收，一個是地線 - 來實現全雙工從而達到5 Gb/s的物理層速率，USB產品採用兩線，半雙工的架構。

1.

0標準，也被稱作是超高速USB（SuperSpeed USB），在一些特性上是獨一無二的。它使用5個埠連線 - 兩個用於發送，兩個用於接收，一個是地線 - 來實現全雙工從而達到5 Gb/s的物理層速率，USB產品採用兩線，半雙工的架構。

粗略來說，新的USB 3.0晶元需要兩倍於原來的門數和三倍於以往的功耗，在會議上演示一款USB 3.0晶元的Symwave公司的市場副主席John O'Neill表示。

但是，受益於其較高的速率，USB 3.0在每Gbit數據傳輸的功耗低於規定的標準，John補充道，“另外，因為增強的協議，在主機（host）端處理器運算會得到減輕，從而整個系統的功耗在mW/Gbit的基礎上還會有降低。”

另外，3.0版本在鏈路上採用了中斷驅動，而不是輪檢方法，這樣進一步降低功耗。通信採用點對點的鏈路，而不是像對所有連接的器件採用廣播數據的方法。

規範還將鏈路電流從500毫安提高到900毫安，這樣採用USB充電速度會更快。可以看出一個耗完電的電池接上后不久就可以恢電量。

願意簽署USB接受協議的客戶可以下載新的標準。

新系統2010年上市

USB應用論壇的主席Jeff Ravencraft表示，“我們預測主機和控制器產品會在2009年中陸續進入市場，基於那些器件的系統產品會在2010年初上市。”

該連接希望能擴展更多的應用，最初是想象比如大的視頻文件的傳輸，長期來說，希望能在大範圍的系統上進行替代，特別是日益增多的快閃記憶體和磁碟存儲。

採用新標準的卡將在2010年上市，可能會包括支持固態存儲驅動的6Gbit/s SATA介面的適配器，和用於傳輸視頻流的USB 3.0適配器。

超過400個人想參與那個USB 3.0會議，Synopsys在該會議之前宣布將提供USB 3.0控制器和物理層器件的硅IP。

Symwave已經發布了一款USB 3.0物理層器件，Quasar物理層會在展會上得以展示。

USB 3.0開發者小組包括超過200家公司，全球已經有100億顆USB器件售出。

“2007年一年就出貨了26億個USB埠，USB 3.0的市場機會將會大大擠壓其他有線介面技術的空間，”In-Stat高級分析師Brian O'Rourke在一個發布會上表示，“預計USB 3.0從2009到2012的平均年度增長率將達到100%，在2012年達到五千萬的出貨量。”

Intel的一篇白皮書《USB 3.0 Radio Frequency Interference Impact on 2.4 GHz Wireless Devices》中即清楚地指出，USB3.0在使用時，會在2.4G頻段增加約20dB的雜訊，造成對2.4GHz ISM頻段的射頻干擾。這種干擾會降低無線接收的靈敏度，進而縮減收訊範圍，足以影響干擾無線設備（無線網卡、無線滑鼠及無線耳機等）的正常使用。實際上，USB3.0的擴頻處理導致其頻譜從0Hz一直蓋到5GHz。經Intel測量，干擾功率隨頻率下降，在2.4G頻段約有-60dBm，到5G頻段只有-90dBm。同時文中還指出，當這頻段的射頻接收器放得愈靠近USB 3.0裝置或連接器，干擾的狀況就愈明顯。

很可惜的是，這個由USB 3.0高頻通訊所產生的噪訊是一種寬頻噪訊，因此無法被過濾消除，而且剛好落在常用的2.4-2.5 GHz的頻段範圍。Intel建議的解決方式是對USB 3.0連接器及周邊裝置進行遮蔽設計，做得愈徹底，效果愈好。此外，無線天線放得離USB 3.0連接器及裝置也要愈遠愈好。

對於這樣的設計參考建議，USB 3.0及NB/PC業者感到相當「無言」。舉例來說，當USB 3.0硬碟和無線滑鼠的接收器要一起使用時，無線滑鼠的接收器最好要用延長線接出來到夠遠的位置，才能順利使用，這種作法實在很難說服消費者去接受吧。