經過了一年多的好奇等待，USBIF終於正式發布了USB 3.0。這個全新的3.0介面在傳輸速度上大躍進，由原本的480 Mbits/s，大幅躍升到5 Gbits/s (625 MB/s)，還大於先前所宣示的十倍速目標。
USB是Universal Serial Bus的縮寫，這是一種在電腦上很常見的匯流排規格。自1996年，USB1.0發表之後，USB逐漸成為計算機裝置連接週邊的主流連接方式之一。這個標準由USB開發者論壇(USB Implementers Forum，USBIF)負責USB標準制訂，其成員目前包括HP、Intel、Microsoft、NEC、TI和最近剛由ST與NXP合資成立的ST-NXP Wireless。USBIF是一個非盈利組織，主要的活動在推廣、行銷USB標準，並維護規格及認證程序。
自IBM PC於1981年進入市場之後，經過了十幾年的發展，其相容個人電腦已經成為個人電腦的主流，其重要的特點之一，就是具有開放性的匯流排規格，可以彈性的連接各種不同的週邊。然而彈性也帶來頭痛的問題，可用在PC主機上的介面，在當時就有串列埠、並列埠、遊戲埠、鍵盤埠(PS/2)、ISA、ATA、SCSI……等各式各樣的接頭及接線，不但讓使用者感到困擾和不便，在電腦及週邊的軟硬體設計上也是一大負擔。因此，PC產業的業者亟思有一速度夠快、介面夠簡潔、數量擴充容易，而設計層次清楚且關聯性低的新匯流排介面。因此於1995年，USBIF成立，並於次年正式推出USB 1.0規格。2001年，為了與IEEE 1394競爭，再推出速度更快的USB 2.0。
USB並非一開始就遙遙領先，同時期的IEEE 1394規格曾經是強大的競爭者。相較起來，IEEE 1394的速度規格較高，又繼承了SCSI的指令架構，對CPU的負擔也輕，一度足以在高速週邊上成為替代方案。然而，由於IEEE 1394開發聯盟內部對製造授權定價的糾紛，延誤了此技術在市場上的推廣時機。聯盟內許多公司也是USBIF的會員，由於此糾紛，他們開始轉而重視USB 2.0。同時在制定規格時，硬碟價格愈來愈便宜，SCSI裝置也因為改採差動式信號，而使性能有了飛躍的提昇，加上USB 2.0及時推出，由於採用USB 2.0來開發較為便宜，速度也尚且夠用，因而擊敗了IEEE 1394，成為了外接電腦硬碟(包括後來的快閃記憶體行動碟)及其它周邊裝置的最常用介面。
在USB 2.0發布至今，電腦週邊及環境的變化很大，大容量的隨身儲存裝置(如外接式電腦硬碟、快閃記憶體行動碟)興起，隨身的多媒體裝置(如攝影機、數位相機、可攜式媒體撥放器)也內建USB做為傳輸介面，甚至有不少手機不但以USB做為傳輸介面，還做為充電介面。多媒體規格也不斷升級，看一部電影從原本只要二張CD-ROM，到一張DVD ROM，在升級到高畫質影像之後，會需要一張Blu-ray Disk，容量高達25GB，如此一來，透過USB 2.0傳送一部高畫質電影，將花費高達15分鐘！
USB3.0 正式發布
在11月17日，經過了一年多的好奇等待，USBIF終於正式發布了USB 3.0。讓我們來看看全新的3.0介面有什麼特點：
* 傳輸速度躍進：由原本的480 Mbits/s，大幅躍升到5 Gbits/s (625 MB/s)，還大於先前所宣示的十倍速目標。
* 新的速度模式：如同USB 2.0以新增高速模式來提升規格，USB 3.0新增了超速模式 (SuperSpeed mode)。
* 傳輸路徑：原來的四線式纜線已無法提供速度躍升所需的電氣特性，因此再外加6條信號線做為超速模式專用的資料傳輸通道，共5個信號。表 1:USB3.0傳輸率有多快看比較就知道.
* 使用屏蔽雙絞線：規格新增的6條信號線與之前版本的那組略有不同。之前的資料線沒有屏蔽，新的6條信號線分成2組，各有一對雙絞線，各加上一條信號地線之後加以屏蔽，以加強EMI的能力及信號完整度。線材的線徑只定義出範圍，並非指定值。此外，適用於USB 3.0的纜線，外皮內側的編織網屏蔽是必須的。
* 電源電流提高：USB 3.0的電源電流VBUS，在超速模式下，使用在高功率裝置時最大可以提供900 mA，低功率裝置也增加到150 mA (USB 2.0時為 500mA/100mA)。
* 電纜長度：雖然在規格中並沒有定出最大長度，但考量到電源電流VBUS使用的銅線上限為20AWG(AWG是美國線徑規格標準)，以USB 2.0的規格來看，500 mA必須能夠傳送5公尺。根據歐姆定律，電流加大到900 mA，傳送距離應該會減少才對，所以之前外界的推測都是以為會縮短到3公尺。不過依規格中的範例來推算，最大長度仍可到5公尺，原來是電壓落差(voltage drop)由原先的125 mV加大到171 mV。換句話說，接出去的USB裝置最低動作電壓已經變了，由4.4 V下降到 4.0 V，在超速模式下，USB裝置的電源條件將更為嚴苛。
* 連接器：其實，超速模式下，改變最明顯的就是連接器。基於市場的經驗法則，使USB必須緊守「向下相容」的法則，因此，如何在原來就很緊緻的連接器上再塞入5個信號，就成了連接器設計廠商很大的挑戰。由公佈的規格，我們可以看到標準A型的連接器以很漂亮的方法解決這個問題。原來的標準A型插座使用4個彈片，新插座不變，但在前端再加上5個稍微下凹的接點；原來的標準A型插頭使用4個接點，新插頭不變，但現在是在後端再加上5個彈片。如此一來，我們可看出標準A型的插座和插頭，在外型上幾無改變，因此，常見將標準A型的插座緊密相疊或並排的設計，幾乎不受影響。至於標準B型及微型(Micro type)的連接器，解決方式則比較單純，只是簡單的疊上(標準B型)或並排(微型)一個5接點連接器。此外，在新規格中，並未定義迷你型(Mini type)的連接器，這可能意謂者微型連接器將在未來全面取代迷你型連接器。
速度提升10倍
這次的規格更新，最讓人好奇的就是如何能將速度提升10倍。USB 3.0增加了5個信號，做為超速模式的高速資料路徑。由規格可以看出新路徑的特點：
* 增加了SSRX+/-及SSTX+/-兩組差動信號。不同於D+/-這組信號是用類似LVDS的，帶直流準位的信號，SSRX+/-及SSTX+/-都是以電容隔離直流準位之後的交流差動信號。另外，SSRX+/-及SSTX+/-兩組差動信號的方向是固定的，不同於D+/-這組信號是半雙工模式。這樣的信號特性可以在最近發展出來的一些串列介面上看到，如PCIe與SATA。
* 新的差動信號所載的資料經過8B/10B編/解碼。這種見於Ethernet 100TX編/解碼的方式，後來也見於PCIe、SATA與DisplayPort等串列介面。相較於D+/-這組信號只單純使用NRZI編解碼，8B/10B編/解碼可使資料頻寬再增加25%。
要注意，由於USB在產業界中是一個成功的規格，相關產業鏈中的投資與設備已經十分龐大。因此在10倍速這樣革命性的宣示下，新規格的技術其實十分保守。USBIF巧妙的運用市場上類似的規格，如PCIe與SATA，達成速度提升的要求，但這兩個規格都是市場上成熟的規格，都經過許多實證和修正，相關的實作技術與量測技術也已完備，大大降低了進入市場的難度。
隨著標準的發布，各家上游零組件廠商已紛紛提出展示元件，主要的測試儀器大廠也很快就提出新的量測儀器進程(有些廠商甚至已經有基於PCIe與SATA的過渡量測方案)。但規格向來是以機構、電子規格先行，軟體部分的架構固然也包括在內，但細節部分則正在努力之中。例如主控端控制器介面(Host Controller Interface，HCI)，原來USB 2.0高速模式對應的是EHCI，現在Intel在今年8月中旬才發布xHCI 0.9版草案，做為USB 3.0超速模式對應的主控端控制器介面規格，且目前僅知Intel會在今年第4季(就是最近)發布xHCI 0.95版草案。一般預期，真正符合USB 3.0超速規格的產品原型要到2010年的展覽上才看得到。
未來數位環境最重要的傳輸介面
儘管目前全球籠罩在一片不景氣的陰霾之中，新的USB 3.0規格可能不會很快的全面普及，但相較於其他規格幾近革命性的痛苦升級，USB 3.0可說是善用市場上已經成熟的技術加以包裝，使USB規格輕鬆晉升到Gbit等級的傳輸規格。配合新一代的高畫質視訊規格及光碟規格的確立，USB 3.0將順勢在2015年之前成為使用者的數位環境中最重要的傳輸介面。
作者為本刊技術顧問,email:maxwell.hwang@gmail.com
USB是Universal Serial Bus的縮寫，這是一種在電腦上很常見的匯流排規格。自1996年，USB1.0發表之後，USB逐漸成為計算機裝置連接週邊的主流連接方式之一。這個標準由USB開發者論壇(USB Implementers Forum，USBIF)負責USB標準制訂，其成員目前包括HP、Intel、Microsoft、NEC、TI和最近剛由ST與NXP合資成立的ST-NXP Wireless。USBIF是一個非盈利組織，主要的活動在推廣、行銷USB標準，並維護規格及認證程序。
自IBM PC於1981年進入市場之後，經過了十幾年的發展，其相容個人電腦已經成為個人電腦的主流，其重要的特點之一，就是具有開放性的匯流排規格，可以彈性的連接各種不同的週邊。然而彈性也帶來頭痛的問題，可用在PC主機上的介面，在當時就有串列埠、並列埠、遊戲埠、鍵盤埠(PS/2)、ISA、ATA、SCSI……等各式各樣的接頭及接線，不但讓使用者感到困擾和不便，在電腦及週邊的軟硬體設計上也是一大負擔。因此，PC產業的業者亟思有一速度夠快、介面夠簡潔、數量擴充容易，而設計層次清楚且關聯性低的新匯流排介面。因此於1995年，USBIF成立，並於次年正式推出USB 1.0規格。2001年，為了與IEEE 1394競爭，再推出速度更快的USB 2.0。
USB並非一開始就遙遙領先，同時期的IEEE 1394規格曾經是強大的競爭者。相較起來，IEEE 1394的速度規格較高，又繼承了SCSI的指令架構，對CPU的負擔也輕，一度足以在高速週邊上成為替代方案。然而，由於IEEE 1394開發聯盟內部對製造授權定價的糾紛，延誤了此技術在市場上的推廣時機。聯盟內許多公司也是USBIF的會員，由於此糾紛，他們開始轉而重視USB 2.0。同時在制定規格時，硬碟價格愈來愈便宜，SCSI裝置也因為改採差動式信號，而使性能有了飛躍的提昇，加上USB 2.0及時推出，由於採用USB 2.0來開發較為便宜，速度也尚且夠用，因而擊敗了IEEE 1394，成為了外接電腦硬碟(包括後來的快閃記憶體行動碟)及其它周邊裝置的最常用介面。
在USB 2.0發布至今，電腦週邊及環境的變化很大，大容量的隨身儲存裝置(如外接式電腦硬碟、快閃記憶體行動碟)興起，隨身的多媒體裝置(如攝影機、數位相機、可攜式媒體撥放器)也內建USB做為傳輸介面，甚至有不少手機不但以USB做為傳輸介面，還做為充電介面。多媒體規格也不斷升級，看一部電影從原本只要二張CD-ROM，到一張DVD ROM，在升級到高畫質影像之後，會需要一張Blu-ray Disk，容量高達25GB，如此一來，透過USB 2.0傳送一部高畫質電影，將花費高達15分鐘！
USB3.0 正式發布
在11月17日，經過了一年多的好奇等待，USBIF終於正式發布了USB 3.0。讓我們來看看全新的3.0介面有什麼特點：
* 傳輸速度躍進：由原本的480 Mbits/s，大幅躍升到5 Gbits/s (625 MB/s)，還大於先前所宣示的十倍速目標。
* 新的速度模式：如同USB 2.0以新增高速模式來提升規格，USB 3.0新增了超速模式 (SuperSpeed mode)。
* 傳輸路徑：原來的四線式纜線已無法提供速度躍升所需的電氣特性，因此再外加6條信號線做為超速模式專用的資料傳輸通道，共5個信號。表 1:USB3.0傳輸率有多快看比較就知道.
* 使用屏蔽雙絞線：規格新增的6條信號線與之前版本的那組略有不同。之前的資料線沒有屏蔽，新的6條信號線分成2組，各有一對雙絞線，各加上一條信號地線之後加以屏蔽，以加強EMI的能力及信號完整度。線材的線徑只定義出範圍，並非指定值。此外，適用於USB 3.0的纜線，外皮內側的編織網屏蔽是必須的。
* 電源電流提高：USB 3.0的電源電流VBUS，在超速模式下，使用在高功率裝置時最大可以提供900 mA，低功率裝置也增加到150 mA (USB 2.0時為 500mA/100mA)。
* 電纜長度：雖然在規格中並沒有定出最大長度，但考量到電源電流VBUS使用的銅線上限為20AWG(AWG是美國線徑規格標準)，以USB 2.0的規格來看，500 mA必須能夠傳送5公尺。根據歐姆定律，電流加大到900 mA，傳送距離應該會減少才對，所以之前外界的推測都是以為會縮短到3公尺。不過依規格中的範例來推算，最大長度仍可到5公尺，原來是電壓落差(voltage drop)由原先的125 mV加大到171 mV。換句話說，接出去的USB裝置最低動作電壓已經變了，由4.4 V下降到 4.0 V，在超速模式下，USB裝置的電源條件將更為嚴苛。
* 連接器：其實，超速模式下，改變最明顯的就是連接器。基於市場的經驗法則，使USB必須緊守「向下相容」的法則，因此，如何在原來就很緊緻的連接器上再塞入5個信號，就成了連接器設計廠商很大的挑戰。由公佈的規格，我們可以看到標準A型的連接器以很漂亮的方法解決這個問題。原來的標準A型插座使用4個彈片，新插座不變，但在前端再加上5個稍微下凹的接點；原來的標準A型插頭使用4個接點，新插頭不變，但現在是在後端再加上5個彈片。如此一來，我們可看出標準A型的插座和插頭，在外型上幾無改變，因此，常見將標準A型的插座緊密相疊或並排的設計，幾乎不受影響。至於標準B型及微型(Micro type)的連接器，解決方式則比較單純，只是簡單的疊上(標準B型)或並排(微型)一個5接點連接器。此外，在新規格中，並未定義迷你型(Mini type)的連接器，這可能意謂者微型連接器將在未來全面取代迷你型連接器。
速度提升10倍
這次的規格更新，最讓人好奇的就是如何能將速度提升10倍。USB 3.0增加了5個信號，做為超速模式的高速資料路徑。由規格可以看出新路徑的特點：
* 增加了SSRX+/-及SSTX+/-兩組差動信號。不同於D+/-這組信號是用類似LVDS的，帶直流準位的信號，SSRX+/-及SSTX+/-都是以電容隔離直流準位之後的交流差動信號。另外，SSRX+/-及SSTX+/-兩組差動信號的方向是固定的，不同於D+/-這組信號是半雙工模式。這樣的信號特性可以在最近發展出來的一些串列介面上看到，如PCIe與SATA。
* 新的差動信號所載的資料經過8B/10B編/解碼。這種見於Ethernet 100TX編/解碼的方式，後來也見於PCIe、SATA與DisplayPort等串列介面。相較於D+/-這組信號只單純使用NRZI編解碼，8B/10B編/解碼可使資料頻寬再增加25%。
要注意，由於USB在產業界中是一個成功的規格，相關產業鏈中的投資與設備已經十分龐大。因此在10倍速這樣革命性的宣示下，新規格的技術其實十分保守。USBIF巧妙的運用市場上類似的規格，如PCIe與SATA，達成速度提升的要求，但這兩個規格都是市場上成熟的規格，都經過許多實證和修正，相關的實作技術與量測技術也已完備，大大降低了進入市場的難度。
隨著標準的發布，各家上游零組件廠商已紛紛提出展示元件，主要的測試儀器大廠也很快就提出新的量測儀器進程(有些廠商甚至已經有基於PCIe與SATA的過渡量測方案)。但規格向來是以機構、電子規格先行，軟體部分的架構固然也包括在內，但細節部分則正在努力之中。例如主控端控制器介面(Host Controller Interface，HCI)，原來USB 2.0高速模式對應的是EHCI，現在Intel在今年8月中旬才發布xHCI 0.9版草案，做為USB 3.0超速模式對應的主控端控制器介面規格，且目前僅知Intel會在今年第4季(就是最近)發布xHCI 0.95版草案。一般預期，真正符合USB 3.0超速規格的產品原型要到2010年的展覽上才看得到。
未來數位環境最重要的傳輸介面
儘管目前全球籠罩在一片不景氣的陰霾之中，新的USB 3.0規格可能不會很快的全面普及，但相較於其他規格幾近革命性的痛苦升級，USB 3.0可說是善用市場上已經成熟的技術加以包裝，使USB規格輕鬆晉升到Gbit等級的傳輸規格。配合新一代的高畫質視訊規格及光碟規格的確立，USB 3.0將順勢在2015年之前成為使用者的數位環境中最重要的傳輸介面。
作者為本刊技術顧問,email:maxwell.hwang@gmail.com
