擁抱超高速　迎接USB 3.0新世代

祥碩USB 3.0 BC 1.2產品應用圖。

2008年底定義完成，傳輸速度為USB 2.0介面達10倍的USB 3.0(Super-Speed)，這項全世界最成功的介面延續了其一貫向下相容的優勢，USB 3.0接口可以相容於舊式USB 2.0與USB 1.1裝置，使用者可以將既有的USB裝置安插在最新的USB 3.0接口，如此可以大幅加速USB 3.0的普及性，再加上高達5G的傳輸速度使得USB 3.0介面如虎添翼。USB 3.0規格預期將會主導未來3年的消費性電子傳輸媒介。

而在2009年第4季有相關USB 3.0產品上市並廣受好評後，海內外廠商更是前仆後繼投入相關開發與研究。根據研究機構IDC的預估，2010年USB 3.0晶片需求量為1,245萬顆，2011年則有機會一舉躍升至1億顆，2015年的出貨量將達23億個，商機上看新台幣千億元。

USB 3.0特點如下：

1. 超高速的傳輸，主控端─裝置端門當戶對

USB 1.0/2.0/3.0的傳輸速率分別為：USB1.0/1.1 → 1.5Mbps/12Mbps(LS:Low Speed/ FS:Full Speed)；USB 2.0 → 480Mbps(HS: High Speed)；USB 3.0 → 5.0Gbps(SS: Super Speed)。理論上USB 3.0可比傳統的USB 2.0快上10倍。但就實際應用面而言，要達到超高速的理想境界，是由多重因素組合而成的。

不但USB 3.0主控端的性能要好，裝置端的速度也要加以匹配。以目前最流行的USB 3.0 to SATA3G其實並不足以應用到USB 3.0 5Gbps的頻寬，所以若要達成真正的超高速，其裝置端最好選擇有支援SATA6Gps的橋接晶片才能發揮最佳的效果。

除此之外，由於USB對於展頻的限制十分嚴格，到了USB 3.0後更有甚之，所以許多的主機板廠商雖然將USB 3.0的晶片應用在高階主機板上，但卻也因為其所採用的USB 3.0主控端晶片沒有非同步模式，而需犧牲玩家的超頻樂趣，採用非同步設計的USB 3.0晶片組將可解決此一困境，但由於設計有相當難度，故提供的廠商十分有限。

2. 高供電 vs BC 1.2

越來越多消費性產品採用USB匯流排電源，加上智慧型手機大多採用基於USB的通用充電器介面後，可用於USB充電的裝置至少上億，作為電源的USB看來注定會變得更為普及，且對於充電的速度也會更加要求。因應此一風潮，USB 3.0在電源管理的部分也做了許多的改善。在最大供電量的部分，由USB 2.0的500mA提高了1.8倍(900mA)。藉由最大供電量的提升，搭配上2009年4月，全球移動通信系統協會(GSMA)聯合OTMP(手機開放組織聯盟)共約17家移動通信商和製造商宣布實施的通用充電器標準，即所謂Battery Charger規格的整合IC，消費者充電的時間將可大幅縮短20%-1.3倍(根據搭載的手機性能而有所不同)。

USB 3.0電源的現成可用性正改變消費者對傳統AC電源的需求與使用模式，讓消費者更便利，同時減少對AC充電器的需求，給我們更環保的綠生活。

3. 向下相容

USB 3.0主控端晶片組除要能提供USB 3.0裝置足夠好的效能外，向下相容成千上萬的USB 2.0與USB 1.1裝置對IC設計廠商而言也是個艱苦的功課。在設計實務上，由於USB 3.0傳輸架構與USB 2.0並不相同，實體層PHY的設計，包含接收端的等化器、時脈資料回復器、解多工器，發射端的多工器、訊號強化器，以及各式偵測電路，這些電路都與製程息息相關，如果掌握度不夠，雖然在初期量產不會有問題，但是長期而言，不是被量產產品品質均一性不佳就是被提供IP的晶元代工廠綁住而無法有更合理的成本。

此外，如非自行開發，很難在符合規格的基本要求之下，訂定出更為優化與彈性的架構，更由於向下相容的需求，可程式化的調整為各類模式，以充分配合產品需求與市場定位。在效能、面積與功耗三者之間，若非自行研發並搭配有經驗的研發人員很難取得平衡點。而在規格普及化勢必要經過一番價格廝殺的壓力下，台灣晶片組廠商也會有一場血戰。但可預期的是，有自行IP研發能力的廠家將居於上風。

4. 高速訊號，高難度挑戰

由於USB 3.0的速度與PCI-e相當，所以廠商對於高速訊號的處理，不論是印刷電路板上訊號長度的規範或是其電源(power)與鋪地(GND)的限制都比以往要嚴格，但考量使用者的方便性，以往USB 2.0通常會將連接器拉到控制面板前側，於是re-driver便因應而生。經過re-driver強化訊號品質後，應用廠商可以有更多樣性的應用，而re-driver對於電氣特性與製程的設計掌握度又更上一層，故加入研發設計的台灣廠商屈指可數。

無庸置疑的，USB 3.0絕對會是主流中的主流。桌上不再堆滿充電器，拷貝大檔案也無需苦苦等候的生活是如此優雅愜意，但在擁抱此種美好生活之前，還有賴所有控制晶片廠商的努力，尤其是主控端，是否能在外商寡佔之下殺出重圍，設計出成本、效能、相容性兼備的好產品，讓Intel還未正式導入USB 3.0之前，消費者就可以享受科技進步帶來的好處，相信是目前所有投入此一領域設計廠商的共同努力目標。

(本文由祥碩科技提供)

欲深入了解祥碩USB 3.0解決方案，請報名參加3/15高速傳輸技術論壇：http://www.digitimes.com.tw/seminar/DTF_1000315.htm
或3/22深圳--高速傳輸技術論壇 http://www.digitimes.com.tw/seminar/DTF_1000322_C.htm