看懂 USB 3.0：為什麼很快？架構完整大介紹

快速目錄：

1、USB 3.0 為什麼速度快？
2、USB 3.0 應用架構解說
3、USB 3.0 電源管理與常見連接器 

真要說USB 3.0普及之路何以如此平坦，高畫質影片絕對是最佳推銷員。HD數位內容的發展，為各式儲存裝置帶來新挑戰，容量是最根本的條件，其次是資料傳輸頻寬需求。高達3TB容量的硬碟已經量產多時，加上能夠無限更換碟片的藍光燒錄器，儲存容量自然不成問題。然而動輒超過10GB的HD內容，如何在各式儲存裝置之間快速傳輸，就是USB 3.0這類新一代高速傳輸介面的使命。

USB 2.0不合時宜

USB 3.0理論頻寬達5Gbps，相當於USB 2.0高速模式480Mbps的10倍快，也比同性質競爭對手SATA 3Gbps快1.65倍。

以大家最熟悉的USB 2.0為例，礙於先天架構缺陷，資料實際傳輸速度很少超過30MB/s。可用來搭配的儲存媒體，哪怕是傳統硬碟，資料傳輸速度老早就超過50MB/s 水準，最新產品則是已經突破140MB/s速度。在這組合下，USB 2.0介面傳輸一部50GB藍光影片，起碼得花上30分鐘，但是USB 3.0可以將時間縮短到6分鐘，任誰都會對它產生興趣。

3倍快絕對過癮

寬頻網路的普及，讓人產生傳輸介面頻寬提升不是那麼迫切的假象。但這能夠代表USB 3.0無路用嗎？其實不然，在其他裝置上仍有發揮空間。

像是人手一台的數位相機，影像感光元件普遍達到1000萬畫素以上。特別是單眼採用RAW格式記錄，每張照片容量約25∼30MB，想製造出數GB檔案輕而易舉。使用USB 2.0讀卡機傳輸照片進電腦，動輒得花費2∼3分鐘以上的時間，改用USB 3.0機種，30秒搞定也並非不可能，至少能達到USB 2.0機種3倍速。

升級USB 3.0值得嗎？答案是肯定的，就看你想要的裝置是否已推出，只要價格和USB 2.0機種相比不算太貴，就值得衝了。

USB 3.0 vs. USB 2.0傳輸效率比較

核心進化，成就高速USB 3.0

USB規範的提升，從研擬到規範制定完成，前進步伐踏的相當快速。USB 3.0發展於2007年，當時又稱為SuperSpeed USB，並且在2008年火速的誕生草案（Version0.9），首批USB 3.0主控制器與應用產品，在2009年底陸續現身市場。

火速定案迎戰對手

從草創到最終定案，USB 3.0這趟旅程花不到4年時間，而且早在1年前就已經遍地開花。其中佔有關鍵位置的設計規範之一，是由Intel在2010年正式公開的xHCI（Extensible Host Controller；xHCI）標準1.0版本，等於敲開了USB 3.0普及之路的大門。

USB 3.0最吸引人的變革，莫過於理論資料傳輸頻寬一舉提升到5Gbps，除了是USB 2.0的10倍快，也僅以1Gbps之差落後於SATA 6Gbps。對這樣的泛用型外接傳輸介面而言，5Gbps頻寬規格算是驚人，現階段只有Intel自家的Thunderbolt技術，以怪獸般的10Gbps頻寬領先超前。不過這2項技術目標市場有所區隔，即便Intel面對市場主流標準USB有惻隱之心，都還沒到短兵相接的時候。

Tips:什麼是Thunderbolt？

Thunderbolt傳輸介面是由Intel主導開發，早先稱做Light Peak。其特點是可以兼容PCI Express匯流排與DisplayPort介面訊號，除了高達10Gbps的理論傳輸頻寬，匯流排電源供應量也達10W之多，較USB 3.0典型的4.5W高出不少。這項技術已經獲得Apple採用，應用在Mac Book Pro、iMac等少數幾款產品上，且Promise等廠商也陸續推出儲存裝置 系統。

通道獨立傳輸更快

那麼10倍快感的USB 3.0是如何達成呢？USB 3.0的拓樸與分層結構和USB 2.0相同，但是為了提升傳輸頻寬，架構經過全面性翻新升級。 特別是在資料傳輸線部分，以往的USB 2.0為單向雙工匯流排，2條資料線（D+、D-）由傳送與接收共用頻寬，限制了整體性能表現。

反觀USB 3 .0變更為雙重單工匯流排， 規劃4 條資料傳輸線（SSTX+/-、SSRX+/-），讓傳送與接收擁有獨立通道，更能夠同時雙向傳輸資料，藉此實現5Gbps傳輸頻寬。這也是USB 3.0連接器接頭，雖然有多種規格和USB 2.0相容，但還多出了4pin訊號腳位的原因。

核心架構大升級

除了訊號腳位增加， 核心架構設計也經過大改造。傚法PCI Express這一類的介面，內部畫分成實體層（physical layer）、鏈結層（link）和通訊協定層（protocol）等結構，較USB 2.0只有簡單的實體層和SIE（Serial Interface Engine；序列介面引擎）來得先進。看似複雜的層級架構各司其職，資料傳輸封包都是在鏈結層建立，而且鏈結層同時負責鏈路連結維持工作，透過錯誤碼偵測機制確保傳輸資料完整性，甚至和電源管理有所關聯。

至於通訊協定層的工作單純一些，掌管主控端與裝置間的終端到終端資料傳輸規則，也就是數據封包的交換傳送控制。其中更特別的是，USB 3.0改採用8bit/10bit資料傳輸編碼方式，並且將時脈訊號和通訊訊號整併在一起。由實體層負責處理8bit與10bit訊號解編碼作 業，再將訊號傳遞至鍊結層，同時間還要減少EMI（電磁干擾）對高速傳輸通道的影響。

USB 3.0主控端架構圖

▲ USB 3.0與USB 2.0獨立，等於是將2個主控制器整合封裝在一起，確保向下相容性。

USB 3.0與USB 2.0特性比較

＜後面還有：雙核架構飆速度＞

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