发布三年仍未普及！看USB3.0前身今世

    泡泡网主板频道4月28日 USB 3.0规范发布到现在已经有三年了，市场上USB 3.0的设备已经有覆盖之势，但是由于到目前为止还没有一款主板（芯片组）原生提供支持，导致现在的普及程度还远远不够。

    由Intel、微软、惠普、德州仪器、NEC、ST-NXP等业界巨头组成的USB 3.0 Promoter Group宣布，该组织负责制定的新一代USB 3.0标准已经正式完成并公开发布。新规范提供了高达5Gbps的传输速度和更高的节能效率，可广泛用于PC外围设备和消费电子产品。制定完成的USB 3.0标准已经移交给该规范的管理组织USB Implementers Forum(简称USB-IF)。

    USB（Universal Serial Bus Implementers Forum）非盈利组织USB设计论坛（USB-IF）成立的宗旨是为USB技术的发展和普及提供支持。通过其标识和认证项目，USB-IF为高质量、兼容性USB设备的开发提供协助，USB-IF还大力宣传USB的优势以及经其认证的产品的质量。

    以上是每代USB传输速度表，我们可以看到新的USB 3.0相对最古老的USB 1.0提升了几千倍，不过随着时间的发展，我们对传输速度也有了新的要求。现在我们来看一组数据，一般来说用户对传输的等待时间是1.5分钟，如果超过这个时间用户就会感觉厌烦，以下是采用不同接口传输一定文件需要的时间表。

    可以看到采用了新的USB 3.0传输规范，即使拷贝一部25GB的蓝光电影，耗时也只有70秒，消费者也不会觉得厌烦。

    USB 2.0基于半双工二线制总线，只能提供单向数据流传输，而USB 3.0采用了对偶单纯形四线制差分信号线，故而支持双向并发数据流传输，这也是新规范速度猛增的关键原因。

标准USB 3.0接口针脚定义

USB 3.0数据线缆

    我们知道USB 3.0的接口相对USB 2.0有很大的变动，线路增加到9条。由于USB 3.0为了获得超高的速度，单纯在USB 2.0 4线缆上提升难度非常大，几乎不可能实现。但是又不能应此而放弃USB 2.0，那怎么办呢，于是USB 3.0保留了USB 2.0传输的4条线缆，而后添加2对新的传输总线。分别为Rx和Tx（共4条）。

USB2.0/3.0数据传输原理（D+ D-为USB 2.0)

    新的USB 3.0总共有3组数据传输总线，由于新增2组数据总线，所以数据传输就不用像USB 2.0那样半双工工作，所以Rx（接收）和Tx（发送）就能各司其职，只负责单向传输，能够有效的提高传输速度，重要的是它结束了USB 2.0时代半双工数据传输。

USB3.0双总线设计

    由于USB 3.0极高的传输速度（高达5Gbps），迫使其不能再使用USB 2.0时代的NRZ编码，而是采用了安全性更高的8/10b编码方式，对传输的数据每8b进行分组，然后对着8b数据加入2b的校验数据，如果传输过程发生异常，就可以根据校验原理，还原出原始的数据。这样USB 3.0的实际最大有限速率就要打80%的折扣了，也就是5Gbps*8/10=4Gbps，也就是500MB/s，仅比SATA 6Gbps慢了一点点而已。

数据发送

数据接收

    在这里要提到一个问题那就是B和b的区别，很多读者分不清这两者的区别，B是指1个字节，也就是8b，它主要是用来度量数据容量的，当然也可以用---B/s表示数据传输速度。而b则是一个字，它用来衡量数据传输速度的单位，因为在数据传输的过程中是以一个字为单位的，所以用b。

USB 3.0数据总线图

    从上图我们看到当启用USB 3.0传输时，实际用于数据传输的就是Rx（接收）和Tx（发送）两组数据总线。相比USB 2.0，不仅速度得到了极大的提升，而且数据传输的安全性也得到了极大的提高。

USB 2.0和USB 3.0数据传输    　　

    从上图我们可以看到USB 3.0的两对数据总线能够同时发送和接受数据而不受影响，而8/10b的编码方式也使数据传输更加安全准确。

    虽然原生USB 3.0主板还为上市，但是市场上支持USB 3.0的主板已经非常多了，它们都是采用第三方USB 3.0控制器来扩展USB 3.0接口。

板载USB 3.0控制芯片

    另外对于那些没有USB 3.0接口的主板，市场上也出现了很多的转接卡，使用的比较多的属PCIE转接卡，其原理和板载第三方USB 3.0控制器原理一样。

PCIE USB 3.0扩展卡

    针对笔记本市场，由于笔记本特有的Expresscard，针对其开发的产品非常多，像读卡器、网卡等等，现在也出现了不少的Expresscard USB 3.0卡。

Expresscard USB 3.0卡

    另外市场上USB的设备也日益丰富，主要集中在USB 3.0 U盘和移动硬盘。

USB 3.0 U盘

   我们知道板载USB 3.0控制器，无非是把控制器连接在PCIE通道上，由PCIE的规范可知PCIE 1.0为250MB/s，而2.0则支持500MB/s，我们发现500MB比USB 3.0还是要慢一点，不过差距已经很小了，但是250MB和USB 3.0的差距就非常的大了，如果直接连接，那么未来的高速USB 3.0设备可能就无法满足了。

    Intel 6列主板，新的6系列产品带来了很多新特性，其中一个就是PCH芯片可以支持PCIE 2.0，那么主板厂商直接连接一个USB 3.0控制芯片就可以发挥USB 3.0的几乎完整的水平了。

    在Intel较早的X58和主流5系列的芯片组上，由于连接外设的PCIE通道只支持1.0，只能达到全速USB 3.0的一半，当然这个速度对于现在来说还是很高的。大多数的主板厂商为了不增加成本都是直接连在PCH的PCIE通道上，这样扩展的USB 3.0接口的速率就要打一半的折扣了。

    那为了获得全速的USB 3.0该怎么办呢？我们知道P55芯片支持多达8个PCIE通道，除去网卡和声卡等，依然还有好几个通道，但是USB 3.0控制芯片不像显卡，不支持多条PCIE通道，但是PCIE 2.0可以提供近似的USB 3.0的速度，我们可以通过一款PCIE桥接芯片，把两个PCIE 1.0通道合成一条PCIE 2.0通道，那样不就可以满足USB 3.0。

通过PLX桥接芯片把2条PCIE 1.0合成为1条PCIE 2.0

PLX原理图

    特别是那些市场上既有USB 3.0接口，又有SATA 6Gbps接口的扩展卡，它们需要更大的带宽，几乎都是用了PLX桥接芯片。

使用PLX桥接芯片的USB 3.0扩展卡

    对于新的6系列芯片组，由于加入了对PCIE 2.0的支持，提供500MB/s的带宽，几乎可以满足USB 3.0的需求，所以这一方案现在被遗弃了。

提供额外6组PCIE 2.0通道

       相对Intel平台，AMD的北桥除了内置了16个（高端主板达32个）PCIE 2.0通道，用以连接显卡，另外还有额外的几个用以连接其它的设备，所以PLX这一方案也就不需要了。

    从上图我们可以看出AMD的主板，USB 3.0控制器可以直接连接在北桥额外的PCIE 2.0通道，读到可以达到500MB/s，就可以满足USB 3.0对带宽的需求，反观早期的Intel 5系列主板如果直接连接，则速度会损失一半。

    经过十几年的巩固，USB已经确立了行业领导者的角色，早期的竞争对手或淘汰或被用作专一领域。

    目前市场是能够对USB形成威胁的基本上只剩下IEEE 1394、eSATA，不过由Intel主导的Thundelbolt接口，已经推出就高达10Gbps，是USB 3.0的两倍，可能会成为USB强劲的竞争对手。

用在多媒体领域的IEEE 1394

    IEEE 1394，目前它的最大数据传输速率为3.2Gbps，在速度上落后于USB 3.0，但提供了点对点传输功能，这样不用依赖PC即可实现设备之间的数据传输，同时支持同步和异步传输模式，可以连接63个设备，可以同时传输数字视频及数字音频信号，并且在采集和回录过程中没有信号损失，使得IEEE 1394接口更加适合多媒体设备。因此在这些特定领域，仍然具有较强的生命力。

局限于硬盘领域的eSATA

    新一代eSATA标准也仅有6Gb/s的数据传输率，看起来高达6Gbps的eSATA会对USB 3.0构成威胁，不过事实上，eSATA这类接口是难以撼动USB 3.0的。因为其数据传输方式有较大的差异，也就注定它只能应用在特殊的领域。不过eSATA在磁盘控制，数据容错和传输速率方面要比USB3.0强不少。再加上目前eSATA已经开始在主板上得以普及，可能在硬盘领域还是有很大的优势，它们可能会并存，不过这仅仅只是USB 3.0应用的一个很小的领域，而且USB 3.0主打的是便携，所以移动数字设备才是它的主战场。

    随着Intel的Light Peak计划神秘面纱揭开，Thunderbolt提供高达10Gbps的数据以及10瓦的供电能力以外。而且采用了菊花链的连接设备，使得多个设备可以同时同步数据，不得不说USB 3.0任重而道远。

    Thunderbolt沿用类似DisplayPort的菊花链串连架构，每埠可串接6台周边设备，第一台周边连接主机的Thunderbolt端口，第二台周边再连接第一台，依此类推。为此每台周边须配置2个Thunderbolt端口，分别用于连接上一台与下一台设备。当菊花链中有DisplayPort显示器时，必须接在最末端。

支持菊花链串连的Thunderbolt技术

    Thunderbolt同时兼具数字影像以及数据传输的能力，若以目前的技术模拟，Thunderbolt可以视为Disportplay以及USB 3.0的混合品，然而由于直接基于PCIE 4x，拥有的数据承载量又更为惊人。然而这个全新的混合界面到底会带来哪些改变？笔者以个人的浅见小聊一下这个技术的一些可能的影响。

    Thunderbolt选择了免认证且免授权mini Displayport，有利外围装置开发相关产品。不过到目前为止，Intel还是使用了Thunderbolt外接控制芯片，并没有在自家的PCH中集成这一控制器，未来Intel应该会把其集中在自家的芯片中。而为了以后能够拥有更高的传输带宽，Thunderbolt一开始就选择了PCIE作为底层型号传输。

同时支持Displayport和PCIE

    目前Intel Thunderbolt技术只有苹果一家合作伙伴，而苹果的产品始终还未导入USB 3.0，但大容量外接设备与数据传输需求迫在眉梢，而两者近年的配合又日益紧密，苹果亦喜欢采用一些较为特殊的技术，也许就是这些理由，苹果与Intel一拍即合，也成为第一个导入Thunderbolt技术的厂商。而且10Gbps的带宽也可让苹果的笔记本只要一个mini DisplayPort就能通过转接器扩充大量的能力，让机身侧边不须多添占位置的界面插槽。

    从上文我们已经看出新兴的Thunderbolt以其高传输速度和多设备同步等优势，对USB 3.0构成了相当大的威胁，而且背后还是拥有强大实力的Intel。

    不过现阶段只有苹果一家厂商支持这一技术，Thunderbolt还有很长的路要走，Intel还是不敢轻忽PC产业对于USB 3.0的需求，而影像传输界面的主权也还在HDMI之上，所以Intel也不敢明言要放弃USB 3.0或是对HDMI的支持，尤其目前HDMI广受业界支持，反观DisplayPort虽免授权金，但支持的显示器仍不够多；另一方面USB 3.0外围已经渐成气候，Intel若对Thunderbolt孤注一掷并非明智之举，毕竟苹果虽是相当能带动业界需求的公司，但若不能获得传统PC市场供货商的支持，Thunderbolt终究也可能变成如火线一样的命运。

    不过我们也要注意到依靠Intel强大的实力要想获得PC厂商的支持也不是什么难事，在得到PC厂商的支持后，Thunderbolt依靠其速度和其它优势将可能侵蚀甚至取代传统USB的优势。

    如果USB想要继续保持其领导地位，不能只靠单纯的提高速度来应对Thunderbolt的威胁，虽然USB-IF曾经说到USB具备25Gbps的潜能，要知道当速度提高到一定程度时，用户将会更多的去关心设备的方便和其强大的功能性（例如Thunderbolt菊花链的连接方式）。

    而从USB本省的设计上看，USB只具备传输速度和便携性两大优势。似乎并不具备强大的功能性和延伸性，所以USB要想转变，可能困难也是重重。当然依托其强大的市场，还是可以实现转变的。

    据悉AMD即将在三季度大量出货的Llano APU将会率先原生支持USB 3.0，AMD将会根据不同的平台推出不同的Hudson芯片组，其中包括用于移动市场的Hudson-M系列，用于桌面市场的Hudson-D系列还有用于AES应用的Hudson-E系列。由于Fusion APU的集成度已经相当之高，因此Hudson的主要作用是代替现在的南桥芯片，因此被称为Fusion Controller Hub。

　　用于台式机Hudson-D系列共推出三款型号，分别为Hudson-D3、Hudson-D2和Hudson-D1，其中Hudson-D3和Hudson-D2对应Lynx(Liano)处理器，当中又以Hudson-D3为规格不凡，最大分别在于支持4个原生USB 3.0，而Hudson-D2则没有原生USB 3.0。Hudson-D1则是对应低端Lynx+Brazos E处理器，就不支持原生USB 3.0。

    至于现在火热的推土机架构，目前还没有正式的消息，不过应该无法赶上USB 3.0的班车。

整合了USB 3.0控制器

    Intel方面会在明年的第一季度发布新的7系列芯片组，包括定位主流的Z77、Z75和H77它们都将原声支持USB 3.0。

只有14个USB 2.0接口

    可能要令很多玩家失望，将于今年第四季度将发布的旗舰X79，并没有原生支持USB 3.0。

    总体来说，随着今年下半年Llano原生USB 3.0的推出，各硬件应该会大量的生产USB 3.0设备和产品，到时候有望改变现在USB 3.0不温不火的局面。■<