danny 2007-11-19 09:03
USB 3.0 速度提升10倍
20071113【digitalhome 第101期11月號】
維持向下相容與隨插即用特性
Intel與HP等公司，最近推出了USB 3.0新規格，最大的差異當然是速度又提升了，這次從480Mbps提升到4.8Gbps以上，一口氣拉高近十倍，而為了因應這種速度上的提升，先前的傳輸線材改用銅線包覆的光纖，此規格可望在2008年第一季制訂完成。
到底USB 3.0有多快呢？一張27GB的HD DVD可在70秒內傳輸完畢，而一般的DVD光碟，則只要11秒便完成了，比你換張光碟片還快，不過光碟機、硬碟機的速度將會是個大問題。一般預測USB 3.0的需求短期內不會出現，除非是有新的殺手應用，不然大部分的周邊將還是繼續使用USB 2.0。
USB蠻好用的，可說是電腦在普及於一般人之後，最成功也最通用的規格，甚至工業界也可以看到許多儀器是用USB與電腦相連。由於USB可以對周邊裝置供電，甚至幫忙充電，而資料傳輸速度夠快，還可以隨插即用，也因為這些我們用起來非常習以為常的特點，所以才會讓它如此成功。不過隨著硬碟容量與網路速度的成長，越來越多人不能忍受USB 2.0的480Mbps，若要搬移硬碟內動輒以10GB為單位的資料，需以幾杯咖啡當時間計算單位，USB還是繼續加速吧。
向下相容決定規格推廣成敗
電腦每年都有新規格推出，看這些規格時有個很重要的地方，有沒有向下相容，比如說200GB與100GB的硬碟機，都可以插在同一個主機板上，USB 1.0印表機與USB 2.0的溝通也沒有問題，不會因為規格升級就要全部翻盤重來。如果不是相同的規格，就是要做到規格通用，以無線上網為例，不論你用Wi-Fi或是現在手機公司狂推的3G、3.5G，甚至是比較少人在用的PHS手機上網，不同的技術卻有相同的連線結果，不會說以後用WiMAX上網，網頁就會多幾張圖。
向下相容帶給使用者無痛升級，買了新產品一樣繼續使用，這才可以帶給使用者最大的便利性，同時給廠商最大的商機，所以USB 3.0在制訂時，便宣稱他們一定會做到向下相容與隨插即用。USB子規格其實蠻多的，主要可分為早期的USB 1.0，速度是12Mbps，現在僅存於一些超低價位的鍵盤、滑鼠，如果你將USB裝置插入電腦，Windows作業系統告訴你「這裝置可以跑得更快點」，那就代表將USB 2.0裝置插入USB 1.0端子了。USB 1.0推出市面即深受好評，除了速度真的該檢討之外，所以接著推出的USB 2.0，速度立刻飆升到480Mbps，這種一口氣加速四十倍的事情真是前所未見。USB 2.0就是我們現在常用的USB規格，瞬間速度在那短短的千分之幾秒內，資料傳輸速度的確是跑到48MBps，這是筆者用儀器親自測量過的。
對規格不太熟悉的朋友，請注意一下筆者的用字，USB的傳輸速度480Mbps，這邊是用小寫的b，代表bit(位元)，而每秒傳送48MBps，這邊用的是大寫的B，代表Byte(位元組)。會有這差別是因為USB為一次一位元的序列傳輸，所以習慣上使用bit當傳輸計算單位，但我們平常處理電腦資料時，都是以Byte計算大小，你會說一張照片大小是20K Bytes，不會說120K bits。
IDF公布USB 3.0相關資訊
英特爾每年都會舉辦研討會，就該公司目前在發展的新技術，與新的技術藍圖與各合作公司與媒體分享，此技術論壇名稱為IDF，(Intel Developer Forum英特爾技術論壇)，每次開會最大的重頭戲就是又有什麼新的CPU開發計畫，速度多快或塞入幾個核心，不過在筆者看來，這已經變成常態了，如果哪天英特爾不打算加強CPU的性能那才是大新聞。
在今年的秋季IDF上，筆者認為與一般使用者最相關的新聞，應該是英特爾即將推出USB 3.0規格，USB 3.0的開發廠商包括了英特爾、HP、NEC、NXP(以前是飛利浦旗下的半導體部門)與德州儀器，但主導的廠商與以前的USB規格相同，依然是英特爾。
如果讀者去網路上尋找英特爾公開的USB 3.0新聞資料，可以發現一直提到IEEE 1394(以下簡稱1394)，因為USB與1394的規格及市場定位太相似了；最重要的，目前的影像設備傾向使用USB的死對頭IEEE 1394 (又稱FireWire)，而目前除了影像資訊外，很難看到其他應用場合有這種傳輸速度的需求。
1394與USB非常接近，但強調的重點不同，當初USB在制訂時由英特爾所主導，1394則是蘋果的點子，想當然爾英特爾一聲令下，所有的PC電腦都會配備USB端子，這下子不流行都不行了。但1394仍然在許多方面獲得視訊玩家的支持，像是支援更長的電纜線，對CPU的要求較低，在以蘋果電腦為主流的影像編輯界，這是最好的選擇。
根據1394的開發計畫，目前不但正在審議比USB 3.0更快的10Gbps超高速規格，更打算讓1394B升級到3.2Gbps，而且不用更換接頭，甚至要推出以一般網路線(CAT5/CAT6)為媒介的規格，降低鋪設家庭網路的麻煩，最後則是100公尺光纖1394計畫。看來USB 3.0想統一電腦規格的日子仍然相當遙遠，起碼在影像編輯的領域相當困難。
USB 3.0技術規格初探
雖然說英特爾已經開始透露USB 3.0的技術資料，不過離上市可還有好長一段路，英特爾的工程師表示，他們透過軟體方式，模擬5GHz與25GHz的速度，雖然速度很誘人，不過請注意是用軟體模擬的。但這仍然透露了一點訊息，USB的速度將不會停在4Gbps，USB 3.0可能會更快，或者下一代的USB又會繼續提升速度。在業界人士看來，這代表英特爾正在做準備，希望下次升級時可以一口氣大幅超越1394。
由於USB 3.0的設計難度相當高，一開始時將會以整合好幾顆晶片的方式，至於什麼時候會做到一顆晶片搞定一切，這就要看各廠商的技術能力跟決心了。現在低價位的顯示卡，板子上除了記憶體之外，往往只有一顆晶片，也就是說，這顆晶片除了負責與CPU溝通、繪圖外，還要送出影像信號給顯示器。但幾年前的顯示卡，在這顆晶片外還需要一顆ADC晶片，送出類比信號給顯示器，所以電路板面積會比較大，這就是整合與否的差別。
顯示卡晶片是否整合與一般使用者的關係不大，很少有人整天拆顯示卡的，但USB晶片是否整合，這問題就很大了。最常見的USB儲存裝置，非USB隨身碟莫屬，要越小越好，而USB隨身碟內，也的確是縮小到剩兩個晶片：快閃記憶體與USB控制晶片。如果USB 3.0遲遲不能單晶片化，需要兩三顆晶片才能完成功能，那USB 3.0隨身碟的體積可能會是現在的三倍到五倍，耗電量的問題也會讓隨身碟有溫暖手心的特殊功能。
在USB 3.0目前所公布的工程數據中，筆者認為最糟糕的一點是電纜線長度的問題，很有可能會從5公尺降到只剩2公尺。老實說一開始時，USB並沒有制訂纜線長度，而是要求纜線的特性必須在某個數字之下，而這個特性會隨電纜線的長度增加而增加，當時的技術在合理成本內就是5公尺。其實USB這樣制訂是很合理的，除了很特殊的儀器外，一般的晶片根本不知道電纜線有多長，只要信號不錯誤就可以了，不會說4.99公尺傳輸正確，5.01公尺就斷線這種事情。
全雙工加強傳輸速度
由物理特性我們知道，越長的電纜，對傳輸晶片的負擔越大，所以傳輸速度會降低，如果不想降低，只好跟USB 3.0一樣，縮短電纜長度。對一般人來說，不要說5公尺，2公尺的USB就很足夠了，最長的USB電纜需求，是從滑鼠到電腦的距離，而滑鼠是個相當低速的裝置，不必考慮這樣多事情。
根據規格數字看來，USB 2.0比1394a還快，但有很多玩家認為實際上後者卻比較快，這箇中緣故是受到控制方法的影響。筆者一直認為USB最大的缺點，是它的半雙工作業方式(Half Duplex)，給予系統相當大的限制，你偶爾會聽到USB 2.0只有200Mbps，而不是480Mbps，就是這緣故。
所謂的單工作業，是指一個傳輸通道上一次只能一個人說話，就像每次颱風過後，山區道路常變成單線通車，往南的車輛必須停下來，等往北的通過後才能放行。USB的單工通訊方式，CPU與周邊一次只能一邊送出訊號，而且USB的通訊方式相當倚賴CPU進行仲裁，就算CPU再快個10倍，所有的控制信號還是塞在USB，影響USB自身的資料搬移。故USB 2.0的最大資料傳遞速度真的具備48MBps，但那只能維持一小段時間，之後又需要等待CPU的允許方能再爆發一次，平均起來就變成拉低效能。
英特爾對這缺點也有所回應，他們表示將會加強USB控制器的功能，CPU不用事必躬親，雖然什麼事情都一樣要由電腦端來控制，但有些小事只要傳輸至主機板就可以了，就算CPU正在忙，對傳輸速度的影響也相當有限。除此之外，USB還在研發新技術，用以達到同步傳輸的功能，簡單來說就是周邊裝置有什麼資料立刻回傳電腦，不必像現在一樣由CPU決定是否重要與可否傳送。
現有的USB是以銅線傳遞信號，無法負荷USB 3.0的規格期待，所以USB 3.0的電纜將與現有不同，內部埋了兩條光纖，用以傳遞GHz等級的信號。這件事相當耐人尋味，如果是兩條而非一條光纖，代表可以同時傳遞兩組信號，一個是電腦通往周邊，另一個則是周邊通往電腦，是否USB 3.0有機會做到同時雙向通行，也就是全雙工(Full Duplex)呢？那這樣USB 3.0的實測性能，很可能會是USB 2.0的二十倍以上。
無線傳輸的WUSB
在我們關切USB 3.0規格時，不妨也看一下WUSB(Wireless USB，無線USB)的進度。WUSB第一版已經上市，跟藍牙一樣號稱要統一所有電腦、手機、相機傳輸資料的無線通道，由於WUSB使用UWB超寬頻通訊技術，而藍牙Bluetooth也採用這技術做為下一代基礎，因此代表WUSB與Bluetooth可能具備互通性。
目前已經有一大批符合WUSB 1.0規格的產品在進行認證，而新規格的制訂也開始了，前不久WUSB公布了1.1版規格的制訂目標，計畫做到3公尺內1Gbps，並且具備更多互通的可能性，以整合電腦之外的3C產品。站在USB官方組織的立場，這等於USB 2.0即將有兩個後續規格產生，一個是USB 3.0，另一個則是WUSB 1.1，而這兩個規格在制訂時，都對媒體與廠商發誓他們一定維持向下相容，而現在兩個規格都還在制訂階段，變成要讓兩個制訂中的規格平行相容，USB官方組織一定在這件事上花了不少精神。
預計兩年後上市
USB官方認為，一個規格從推出到普及約有1~2年的落差，所以USB 3.0將會在2009，最晚2010年普及。那現有的資訊技術繼續普及下去時，兩年後是否會出現對USB 3.0的需求？
當初英特爾在IDF公布USB 3.0要拉高10倍速度時，筆者第一個想法跟很多人很像，這究竟可以做什麼？除了USB外接硬碟可以跑得快一些之外，好像沒什麼好處。但實際想想後，還是有許多優點的，最重要的應用場合是對於影像處理的幫助，如影音廠商最近常打的廣告，現在是高畫質影像的世代，不只是看影像，連Webcam都要進入高畫質才行，目前市面上已經出現5百萬畫素的Webcam，可惜受限於USB 2.0的傳送速度，在觀看即時影像時必須降低畫質。如果有USB 3.0，不用說5百萬畫素，千萬畫素都有可以做到無損無停格。屆時只要一台電腦，加上一條夠好的網路，開視訊會議或用Webcam做家庭保全都很簡單。
說到這，最有趣的發展應該是蘋果電腦可能會轉向使用USB 3.0，或是同時支援USB 3.0與新的1394。這完全是合理推測，蘋果電腦之前跟Sony有得拼，都是以封閉規格著稱，不但價格貴，而且總是用自己所中意的技術。現在蘋果電腦已經使用英特爾的CPU，順便使用英特爾的晶片組，當未來USB 3.0加進英特爾的晶片組之後，代表每台蘋果電腦都內建USB 3.0，至於1934則必須另外安裝電路，在這種情況下，系統若只有支援1394而不支援USB 3.0，實在是不盡合理，所以一年多之後，讀者們可以注意新的蘋果電腦規格，便知道Steve Jobs(蘋果電腦執行長)如何因應這種窘境。
USB速度比較
演進：USB 1.0/1.1
名稱：Low Speed
速度：1.5Mbps
演進：USB 1.0/1.1
名稱：Full Speed
速度：12Mbps
演進：USB 2.0
名稱：High Speed
速度：480Mbps
演進：USB 3.0
名稱：Superhigh Speed
速度：至少4.8Gbps