USB 3.0傳輸效能大躍進 考驗高效能與回溯相容設計
- DIGITIMES企劃
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回溯USB的規格應用歷程，會發現已經有長達14年以上的發展，也讓USB介面成為全球最普及的電腦周邊應用介面，也可以說是有史以來最受歡迎、最普及的傳輸介面，而其中目前最熱門的USB 2.0應用已有8年，其介面480Mbps的傳輸極限面對現今裝置使用趨勢，已出現新的傳輸瓶頸。
目前的多媒體應用中，不管是靜態的數位照片或是動態的影音多媒體資料，都在考驗著舊介面的傳輸極限，例如，數位相機朝千萬像素等級發展，數位攝影機DV的拍攝能力，也朝1080p水準要求，甚至熱門的BD藍光影音光碟視聽應用，隨便一片影音光碟也要有25GB的儲存空間，若以25GB資料量為例，採取USB 2.0介面進行傳輸需要耗時近15分鐘，若改換USB 3.0介面進行資料傳輸，預估只要1分多鐘就能完成資料傳送，兩者的效能差異相當懸殊。
USB 3.0傳輸介面在2008年11月確認規格並完成發布，從規格觀察其最大傳輸效能一舉提升至5Gbps，相較USB 2.0有了多達10倍的效能差異，新的USB 3.0介面並具備1.0、1.1、2.0介面的回溯相容設計，有了舊介面裝置免於重複投資相關設備的使用利基，更讓USB 3.0導入市場的門檻大幅降低，裝置、晶片與周邊廠商也期待USB 3.0再掀起周邊升級的新高峰。
USB 3.0規格升級 設計挑戰亦大幅提升
USB 3.0規格的變更，也不光光僅有傳輸效能的提升，其實從連接器、線材、控制晶片、裝置、連接介面，甚至是主機板的晶片組，都影響了USB 3.0理論極限傳輸速度的實踐設計，尤其在晶片與系統整合的部分，因應效能提升的多方設計要求，也讓實踐USB 3.0高效能傳輸設計增加了許多設計、量測與驗證難度。
USB 3.0最大個效能進化關鍵，就在於導入最先進的序列傳輸技術，USB 3.0介面採用兩對SuperSpeed傳輸差分信號線，並利用全雙工、雙向高速串列進行傳送/接收，另外，USB 3.0在介面的電氣規格並針對2.0版本的規格限制進行升級，例如，USB 2.0的介面供應驅動裝置電流僅有500mA，3.0版本將之強化具備900mA裝置驅動能力，這對於驅動電源需求較高的行動硬碟裝置，可以取得更穩定的裝置運作資源。
除了裝置開發難度提升 測試設備投資亦是新門檻
由於2.0與3.0版本的規格升級幅度較大，原有針對USB 2.0測試應用的量測設備，可能會因為無法應付更趨複雜的3.0介面特性，而提供較佳的量測支援，甚至會影響量測精密度進而造成開發時程的掌握問題。針對USB 3.0的量測環境，其高速序列傳輸介面就是測試的一大挑戰，介面要達到具備3.0裝置最佳相容度、同時又必須兼顧USB 2.0/1.1/1.0介面裝置的回溯相容，必須在驗證與相容性測試投入更多資源。
測試環境能夠完善支援底層的發射器、接收器、交互連結性、相容性測試，而針對上層的應用曾來說，還必須針對系統整合與數據連結進行深入分析，整個測試環境針對發射器的部分，就必須導入新型的高效能示波器因應，而針對接收器的進階測試，就必須搭配任意波型產生器、信號產生器進行實驗室的實測工作，尤其時USB 3.0在傳輸效能大幅提升前提，會出現影響的層面已不光是僅有晶片或是介面本身，連傳輸線本身的衰減與連接器的品質，都必須納入量測環節中進行驗證，而傳輸線的影響則可搭配軟體參數進行量產前的模擬測試，但若測試環境不夠到位，可能就無法因應這類測試要求。
連接器因應回溯相容的相關設計
若從工程、設計角度檢視，導入USB 3.0介面設計的關鍵問題在解決5Gbps的資料傳輸率，高速傳輸的大量資料如何維持穩定傳送與訊號線品質？USB 3.0除保有2.0的四條纜線與四個訊號接點外，3.0在纜線的部分追加採全雙工、差動訊號的線路與接點，基本上USB 3.0的傳輸纜線等於有了九條線材，連接器也有五個接點。
而回溯相容的定義，應從使用者的角度進行檢視，以回溯相容應為與既有的標準相容、同時可支援新進的傳輸介面規格與裝置，這也表示新的連接器必須能裝載新、舊傳輸線與連接器，目前USB介面連接器有分標準、Mini-B、Micro-B三種外觀與尺寸，在回溯相容方面，Superspeed USB A插孔，必須能夠支援新型的USB 3.0介面，同時也必須支援USB 2.0的A 型接頭，至於USB 2.0 A型插孔也必須能順利接續USB 3.0 A型介面。另一個重點在於Micro-B插孔與接頭，由於USB 2.0版本的Micro-B已經成為多國行動電話的充電連接器標準設計，因此在3.0介面方面維持不變，而是採追加的方式提出USB 3.0 Micro-B規格因應，同時提供USB 2.0/3.0 Portion設計。
3.0規格衝太快 互通性相容測試更為關鍵
USB 3.0裝置、介面，目前以USB-IF認證為基本門檻，對於晶片業者而言，光取得USB-IF認證可能還不夠，因為即便晶片已經取得USB-IF的認證，也不代表可以順利連接目前市售的各式USB周邊！
與USB 2.0的介面導入狀況較不同的是，USB 3.0自介面規格公開後，相關晶片、裝置的導入速度發展比USB 2.0的狀況快太多，短短不到一年各種晶片解決方案就充斥市場，增加了相容測試的難度與驗證時程。 因為USB 3.0的相關互通性驗證的參考基礎較沒有USB 2.0介面來得全面與完整，事實上目前USB 3.0的互通性認證也多僅能保證裝置與介面的基本互通特性，對於目前3.0介面仍不周全或是模糊區塊較無參考依據，如果沒有進行實際的設計驗證與插拔測試，在裝置使用與連接上仍會出現可能的裝置衝突問題。
