主機板廠相繼推出 USB 3.1 方案，探究升級價值與其必要性

台灣主機板廠自 Computex 2014 起，相繼展出 USB 3.1 支援方案，終於在近期開始陸續發布即將上市的訊息。除了將第三方控制器整合進主機板，也有獨立主控制卡供用戶選購升級，以加速推動 USB 3.1 應用。不過 USB 3.1 對一般使用者而言，到底有那些值得升級的誘因，讓我們進一步來探討之。

▲ 華碩首波內建 USB 3.1 控制器的主機板，計有 X99-Pro/USB 3.1、Z97-Deluxe/USB 3.1、Z97-Pro/USB 3.1、Z97-A/USB 3.1、Z97-K/USB3.1、B85-Plus/USB 3.1 等款式。

稍早前華擎率先發布新聞，宣稱將推出 USB 3.1 相關產品，但是並未明確指出正式出貨時程，華碩發布雖然略晚一些，但據稱將於 3 月陸續出貨。可預期，較早公開展出測試平台跑分數據的微星，以及目前動作看來較小的技嘉，在近期內也會加入第一名開賣搶奪戰。當東風具備了，那麼接下來最需要的是相對應裝置，尤以高速儲存設備為主，這樣才能體驗到 USB 3.1 頻寬威力。

▲ USB 3.1 獨立控制卡具備搭配彈性，能讓一定限度規格內的舊主機板擴充升級。

變更資料傳輸編碼機制，提升真實可用頻寬

然而 USB 3.1 真的令人期待嗎？從其兩大賣點來看，或許該說是吧！USB 3.1 傳輸速率較 USB 3.0 高出 2 倍，從 5Gbps 提升到 10Gbps 這一大躍進，是得益於改善資料傳輸編碼效率。USB 3.0 採用普遍常見的 8b10b 編碼架構，每 10bit 傳送資料內必須包含 2bit 控制碼，所傳遞真實有效資料量只有 8bit，寶貴頻寬損耗率極高。

對此，USB-IF 提出了有限度改善計畫，為 USB 3.1 新導入 128b132b 編碼機制。雖然必要的控制碼數量增加為 4bit，但是因為占比改變了，所以頻寬耗損從 USB 3.0 那高達約 20％ 的比例，大幅下降至 3％ 左右。這意味 USB 3.1 換算頻寬值可達約 1.25GB/s，真實極限將有機會達到 GB 等級，得以挑戰 Thunderbolt 1 早已達到的水準。

▲ USB 3.1 改善資料傳輸編碼架構，這次將能更接近所宣稱傳輸速度 10Gbps。

Type-C 連接器除了便利，還有一統江湖的企圖

USB 3.1 除了真實有效頻寬提升外，全新設計的 Type-C 連接器，可說是更為受到矚目的焦點。USB-IF 特地編排內部訊號腳位排序，使連接器與線材不再需要傳統的防呆保護措施，沒有方向限制區隔正反都能插。Type-C 不只具有使用便利性，也顧及反覆插拔耐用度這點，USB-IF 宣稱以承受 1 萬次插拔為設計標的。

Type-C 另一大賣點是電流傳輸能力，在維持不變的 5V 電壓條件下，連接器端電器層可支援 5A 電流流通，而線材標準設計規格是要求得能承受 3A 電流。再加上由於尺寸僅 8.3 x 2.5mm，還比目前常見的 Micro B 小一點，這背後隱藏的涵義、企圖相當明顯，那就是打算一統行動裝置當前有些凌亂的規格。

▲ 圖例為 Elecom 所推出 USB 3.1 Type-C 線材，已經稍早前上市。

當前各式智慧型手機、平板電腦，仍然普遍採用 USB 2.0 介面，僅少部分產品已經導入 USB 3.0。這除了作為資料傳輸、同步之用外，也一併取代傳統電源變壓器設計，成為幫裝置充電的唯一途徑。不過 USB 2.0 只能提供 0.5A 電流，而 USB 3.0 雖然提升至 0.9A，對時下智慧型裝置發展趨勢而言，仍然說不上是多麼充裕。

為了加快裝置的充電速度，目前廠商普遍採取應變措施（以跳線處理為主），使廣為採用的 USB 2.0 傳輸途徑，也能流通 1～2A 或更高的電流量。這解決方案雖然帶有土炮的味道，USB-IF 本身也提出作法大同小異的 Battery Charging 規範，將傳輸電流倍增到 1.5A，企圖一統快速充電解決方案標準。

甚至連 SoC 處理器廠商 Qualcomm，也參一腳推出和 Battery Charging 相容的 Quick Charge 標準，將電源管理機制整併在特定型號 Snapdragon 處理器內，最新規範可支援 5、9、12 甚至 20V 電壓與最高 3A 的核定電流量。不過這些方案都具備一個共通限制，那就是需要兩端裝置、設備支援相同標準或處理手法，才能如實提高電流傳輸量，以縮短為裝置充電的時間。

▲ USB 3.1 電源供應組態規劃資訊。

換言之，USB 3.1 Type-C 利基點在於這是通用基本規範，一旦裝置採用此介面標準，那麼保障的最高電流傳輸量即有 3A，不再有額外的規範、標準、相容性對應等問題干擾。而且更為重要的是，Type-C 連接器也適用包含在 USB 3.1 規範之內的 USB Power Delivery，意味同樣可以藉由提高輸出、入電壓值這模式，為裝置帶來更高的充電效率。

（下一頁還有：USB 3.1 頻寬所代表意義探討）