USB 3.x速度大不同，USB 3.1 Gen 1、Gen 2 及USB 3.2 的差異為何？看懂不同編碼方式對效能的影響

USB-IF組織可以說是最愛改名的組織了，雖然說現在已經刪除USB 3.x/USB4的商用命名方式，把USB 3.X和USB4將變更為“USB+傳輸速度”的命名方式，但是現在依然有很多正在使用的舊機器，保持最混亂的USB 3.x期間的名稱，在這裡我們就回顧一下最容易搞混的，USB 3.1 Gen 1、Gen 2 及USB 3.2 的差異為何？

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USB 3.x從2008年推出USB 3.0規範開始，陸續經歷USB 3.1 Gen1、USB 3.1 Gen2，以及最新發表的USB 3.2等4種不同的版本，各版本具有除了具有不同的資料傳輸率之外，採用的資料編碼方式也有些差異，導致理論傳輸速度也各有不同，就讓我們深入瞭解一下其中細節。

編碼以避免訊號干擾

USB開發者論壇（USB Implementers Forum）在制定USB 3.0規範的時候，將資料傳輸率設定在5Gbps，後來推出USB 3.1時，USB 3.0被重新命名為USB 3.1 Gen1，所以其實兩者是相同的技術。

至於新推出的升級版規範，則命名為USB 3.1 Gen2，資料傳輸率從5Gbps翻倍至10Gbps，並改變使用的編碼方式，進一步提升實際傳輸效能。至於最新推出的USB 3.2，則使用2條USB 3.1 Gen1或Gen2的資料線路，進行雙通道傳輸。

不過為了降低資料傳輸的過程中產生的電磁波干擾，各世代規範都會先將資料編碼處理後再送出。

USB 3.1 Gen1運作時，會將長度為8bit的資料透過8b/10b編碼，打散（Scramble）成長度為10bit的符號（Symbol），並搭配展頻技術（Spread Spectrum）將編碼後的符號傳送出去，以降低電磁波干擾的情況。接收端收到訊號後，則可經由解碼程序將10bit符號還原為8bit資料。

然而USB 3.1 Gen2捨棄了8b/10b編碼，改為採用以10GbE乙太網路使用的64b/66b編碼衍生的128b/132b編碼。這種編碼會將16組8bit的資料組成1個訊框（Frame），並在區塊前端加上4bit的辨識碼（Identifier），傳輸時仍會搭配展頻技術，但可視狀況決定是否打散。接收端收到訊號後，會將132bit訊框還原為128bit資料。

▲ USB 3.1 Gen1使用的8b/10b編碼，會將8bit的資料打散成10bit的符號。

▲ USB 3.1 Gen2使用的128b/132b編碼，則會將16組8bit的資料打包成132bit的訊框。

Gen2能降低傳輸耗損

Gen1與Gen2最大的差別，在於使用的編碼不同，在傳輸過程中產生的耗損也有所不同。在Gen1的情況中，每傳輸10bit的流量，其中只有8bit為真正的資料，耗損高達20%。而在Gen2中，每傳輸132bit的流量，就有128bit為真正的資料，耗損大約只有3%。

所以在計算理論傳輸速度的時候，USB 3.0與USB 3.1 Gen1的計算方式如下：

5Gbps（資料傳輸率） x 8/10（扣除傳輸耗損）= 4,000Mbps（理論傳輸速度） = 500MB/s

而USB 3.1 Gen2的計算方式如下：

10Gbps（資料傳輸率） x 128/132（扣除傳輸耗損） = 9,696Mbps（理論傳輸速度）= 1,212MB/s

至於USB 3.2的情況則最簡單，因為他是採用2條USB 3.1 Gen1或Gen2資料通道，所以只要直接乘上2倍就好，計算方式如下：

500MB/s x 2 = 1,000MB/s
（或） 1,212MB/s x 2 = 2,424MB/s

不過由於這邊提到的速度都是理論值，在實際應用的情況，會受到線材、端子品質，訊號干擾甚至是裝置效能等因素影響，根據經驗至少要打8折才會是實際速度，所以往後測試USB裝置的效能表現比不上官方宣稱的速度，也不用大驚小怪了。

（標題圖片來源：維基百科，採用創用CC姓名標示-相同方式分享，作者為VIA Gallery）

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