USB3.0與USB3.1簡介

 

重點:由于市場的混亂，和不良奸商的忽悠，大多數人根本搞不清USB3.0和USB3.1。USB 3.1 Gen1就是USB 3.0。而USB 3.1 Gen2才是真正的USB3.1。USB 2.0的最大傳輸帶寬為480Mbps(即60MB/s)，USB 3.0(即USB 3.1 Gen1)的最大傳輸帶寬為5.0Gbps(500MB/s)，USB 3.1 Gen2的最大傳輸帶寬為10.0Gbps(雖然USB 3.1標稱的接口理論速率是10Gbps，但是其還保留了部分帶寬用以支持其他功能，因此其實際的有效帶寬大約為7.2Gbps)。USB 2.0為四針接口，USB 3.0和USB 3.1為九針接口。

 

USB 3.1是最新的USB規范，該規范由英特爾等大公司發起。與現有的USB技術相比，新USB技術使用一個更高效的數據編碼系統，并提供一倍以上的有效數據吞吐率(USB IF協會)。它完全向下兼容現有的USB連接器與線纜。

 

USB 3.1兼容現有的USB3.0軟件堆棧和設備

 

USB3.1 LOGO

協議、5Gbps的集線器與設備、USB 2.0產品。

 

擁有Thunderbolt技術的英特爾也歡迎USB 3.1標準的成形。USB 3.1包含了USB 3.0的大部分特性 。USB 3.1作為下一代的USB傳輸規格，通常被稱為"SuperSpeed+"，將在未來替代USB 3.0。

 

規范制定歷程

 

2008年11月12日USB 3.0推出之后，SuperSpeed帶來了5Gbps高速傳輸效能，附加提供5V/0.9A電源。隨著傳輸速率的要求提高，加上也希望能提升供電能力，2013年1月6日USB IF協會(USB Implementers Forum)正式宣布要推出新的USB 3.0加強版(即USB 3.1)。2013年7月31日宣布正式開始研發SuperSpeed 10Gbps，2013年12月3日USB 3.0 Promoter Group正式宣布USB 3.1誕生。到了2014年6月份Computex Taipei 2014，ASMedia第一家正式展示原生USB 3.1晶片，實現SuperSpeed+，也就是SuperSpeed 10Gbps速率。

 

介面規范

 

usb 3.1有三種連接介面，分別為Type-A(Standard-A)、Type-B(Micro-B)以及Type-C

Type-A(左)與 Type-C(右)

Type-A(左)與 Type-C(右)

 

標準的Type-A是目前應用最廣泛的介面方式，Micro-B則主要應用于智能手機和平板電腦等設備，而新定義的Type-C主要面向更輕薄、更纖細的設備。

 

Type-C大幅縮小了實體外型，更適合用于短小輕薄的手持式裝置上，Type-C將取代Micro-AB型連接器(支援USB裝置直接對傳，不需要有主控系統介入)，也將取代一般Micro-USB連接器，Type-C仿Apple Lightning連接器，正反均可正常連接使用，較現有Micro-USB更理想，Micro-USB雖有防止反接的防呆機制，但正反均可接的好處，勝過防止反接，

Micro-B(反面)

Micro-B(反面)

摸黑狀況上都可順利完成接線。 另外，Type-C還有增進的電磁干擾與RFI mitigation (射頻干擾抑制)特性。

 

Type-C引腳定義

Type-C引腳定義

 

傳輸速率與編碼標準

 

因應各種裝置的高速應用，USB的頻寬從1.0版本(1.5Mbps)、1.1版本(12Mbps)、2.0版本(480Mbps)到3.0版本(5Gbps)，速度已經有很大的進步了，而面對將來的需求，新的USB 3.1介面將把頻寬再翻倍，提升至10Gbps，同時值得注意的是，編碼率也再度提升。

 

USB 3.0為8b10b編碼，也就是每傳送10bit資料中，只有8bit是真實的資料，剩余的2bit是做為檢查碼。8B/10B(簡稱8b10b)最早是IBM在1983年發明并應用于ESCON(Enterprise Systems Connection 200M)(200M互連系統)上的。因此整個頻寬會有高達20%(2/10)的損耗，而新的USB 3.1則是使用128b/132b編碼，在132bit的資料中，只需使用4bit做為檢查碼，傳輸損耗率大幅下降為3%(4/132)，所以USB 3.1不單只是提升頻寬而已，連傳輸效率也增進不少。另外，相較于Thunderbolt，USB 3.1和Thunderbolt1已同樣擁有10Gbps的速度，而Thunderbolt 2雖然提供20Gbps，但只是把原本的Thunderbolt 1中兩條獨立的10Gbps合并，變成單向傳輸20Gbps，而非雙向，而此看來，只要USB 3.1裝置正式問市后，頻寬速度和應用廣度上仍相當具有優勢。

 

電力供應規范

 

相比USB 2.0的5V/0.5A，USB 3.0提供了5V/0.9A電源。但人們任然希望更強的供電能力，于是USB 3.1(SuperSpeed+)將供電的最高允許標準提高到了20V/5A，供電100W。

 

電力供應規范- USB Power Delivery(USB PD)，設計上兼容現有的USB 2.0和USB 3.0線材和連接器，新的USB 3.1 Type-C連接器也通用。USB PD支持更高的電壓和電流，以滿足不同的應用裝置，同時也相容現有的USB Battery Charging 1.2充電規格。USB PD為埠對埠的架構，USB和電力溝通訊號分開，電力的供應是透過主機端和裝置端的VBus通訊協定來溝通，如果裝置支持，則可依組態(Profiles)的電壓和電流，提供更高的瓦數供應。USB PD依裝置不同分成5個組態(Profiles)，皆需要使用新的可偵測線材，才能提供大於1.5A或5V的電力。組態1針對手機，為5V/2A(10W)，基本的電力輸出，已比USB 3.0的5V/0.9A(4.5W)還多; 組態2為5V/2A或12V/1.5A(最大18W)，可為平板和筆電充電;組態3為5V/2A或12V/3A(可提供較大的筆電最大36W的電力);組態4為最大為20V/3A(60W)(Micro-A/B連接器不支持)，，組態5為最大為20V/5A(100W)的電力供應，(TYPE-A/B連接器不支持),也就是說只有type-c才能完全支持最大100W電力供應。USB 3.1供電的提升，以及支持充電的應用將會讓USB 3.1有望大一統手機、平板、電腦傳輸介面。

 

 

影音傳輸標準

 

USB 3.1新增USB A/V影音傳輸。使用USB來傳輸畫面其實有很大的便利性，除了USB介面本身就相當廣泛外，還能省去一條電源線，直接以USB供電，例如ASUS MB168B+ 15.6吋可攜式顯示器，就是以一條USB 3.0來連接顯示，不過它最多只支持到Full HD等級。新的USB AV 3.1提供9.8Gbps頻寬，最高支持4096 x 2304 @ 30FPS的4K顯示畫面，4K顯示的規格已和HDMI 1.4一樣，同時USB AV也支援HDCP影像加密技術，搭配更大的電力供應，較大尺寸的顯示器可望也能藉由USB AV 3.1來顯示4K解析度。另外，現有的裝置和顯示器可透過USB AV轉接器，以USB線來傳送影音。USB AV若能加以普及，勢必能為生活帶來很多便利性，USB線也可能取代其它顯示介面，成為最實用的影音傳輸線材。