USB 3.1技術(shù)分析

瑞德

USB 3.1是最新的USB規(guī)范，該規(guī)范由英特爾等大公司發(fā)起。數(shù)據(jù)傳輸速度提升可至速度10Gbps。與USB 3.0技術(shù)相比，新USB技術(shù)使用一個(gè)更高效的數(shù)據(jù)編碼系統(tǒng)，并提供一倍以上的有效數(shù)據(jù)吞吐率。它完全向下兼容現(xiàn)有的USB連接器與線纜。USB3.1兼容現(xiàn)有的USB 3.0軟件堆棧和設(shè)備協(xié)議、5Gbps的集線器與設(shè)備、USB 2.0產(chǎn)品。

SB是最普及的電子設(shè)備連接規(guī)范，但并非是唯一的連接規(guī)范。最近數(shù)年，Thunderbolt等替代性規(guī)范也開始普及。為了抵御其他連接規(guī)范的威脅，USB標(biāo)準(zhǔn)化組織USB開發(fā)者論壇（USB Implementers Forum）在大力推廣被稱作USB 3.1的新版USB規(guī)范，目標(biāo)是彌補(bǔ)USB規(guī)范的一些短板。

USB 3.1是最新的USB規(guī)范，該規(guī)范由英特爾等大公司發(fā)起。數(shù)據(jù)傳輸速度提升可至速度10Gbps。與USB 3.0技術(shù)相比，新USB技術(shù)使用一個(gè)更高效的數(shù)據(jù)編碼系統(tǒng)，并提供一倍以上的有效數(shù)據(jù)吞吐率。它完全向下兼容現(xiàn)有的USB連接器與線纜。USB3.1兼容現(xiàn)有的USB 3.0軟件堆棧和設(shè)備協(xié)議、5Gbps的集線器與設(shè)備、USB 2.0產(chǎn)品。

2008年11月12日USB 3.0推出之后，SuperSpeed帶來(lái)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(xié)會(huì)（USB Implementers Forum）正式宣布要推出新的USB 3.0加強(qiáng)版（即USB 3.1）。2013年7月31日宣布正式開始研發(fā)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(shí)現(xiàn)SuperSpeed+，也就是SuperSpeed 10Gbps速率。、

接口類型

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。標(biāo)準(zhǔn)的Type-A是目前應(yīng)用最廣泛的介面方式，Micro-B則主要應(yīng)用于智能手機(jī)和平板電腦等設(shè)備，而新定義的Type-C主要面向更輕薄、更纖細(xì)的設(shè)備。Type-C大幅縮小了實(shí)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(duì)傳，不需要有主控系統(tǒng)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(xiàn)有Micro-USB更理想，Micro-USB雖有防止反接的防呆機(jī)制，但正反均可接的好處，勝過(guò)防止反接，摸黑狀況上都可順利完成接線。另外，Type-C還有增進(jìn)的電磁干擾與RFI mitigation特性。

因應(yīng)各種裝置的高速應(yīng)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(jīng)有很大的進(jìn)步了，而面對(duì)將來(lái)的需求，新的USB 3.1介面將把頻寬再翻倍，提升至10Gbps，同時(shí)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(shí)的資料，剩馀的2bit是做為檢查碼，因此整個(gè)頻寬會(huì)有高達(dá)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(jìn)不少。另外，相較於Thunderbolt，USB 3.1和Thunderbolt 1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(dú)立的10Gbps合并，變成單向傳輸20Gbps，而非雙向，而此看來(lái)，只要USB 3.1裝置正式問(wèn)市後，頻寬速度和應(yīng)用廣度上仍相當(dāng)具有優(yōu)勢(shì)。

供電規(guī)范

相比USB 2.0的5V/0.5A，USB 3.0提供了5V/0.9A電源。但人們?nèi)稳幌Ｍ鼜?qiáng)的供電能力，于是USB 3.1（SuperSpeed+）將供電的最高允許標(biāo)準(zhǔn)提高到了20V/5A，供電100W。電力供應(yīng)規(guī)范- USB Power Delivery（USB PD），設(shè)計(jì)上兼容現(xiàn)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支援更高的電壓和電流，以滿足不同的應(yīng)用裝置，同時(shí)也相容現(xiàn)有的USB Battery Charging 1.2充電規(guī)格。USB PD為埠對(duì)埠的架構(gòu)，USB和電力溝通訊號(hào)分開，電力的供應(yīng)是透過(guò)主機(jī)端和裝置端的VBus通訊協(xié)定來(lái)溝通，如果裝置支援，則可依組態(tài)（Profiles）的電壓和電流，提供更高的瓦數(shù)供應(yīng)。USB PD依裝置不同分成5個(gè)組態(tài)（Profiles），皆需要使用新的可偵測(cè)線材，才能提供大於1.5A或5V的電力。組態(tài)1針對(duì)手機(jī)，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(tài)2為5V/2A或12V/1.5A（最大18W），可為平板和筆電充電；組態(tài)3為5V/2A或12V/3A（可提供較大的筆電最大36W的電力）；組態(tài)4為最大為20V/3A（60W），但限制Micro-A/B連接器，組態(tài)5為最大為20V/5A（100W）的電力供應(yīng)，但限TYPE-A/B連接器。USB 3.1供電的提升，以及支援充電的應(yīng)用將會(huì)讓USB 3.1有望大一統(tǒng)手機(jī)、平板、電腦傳輸介面。

影音傳輸

USB 3.1新增USB A/V影音傳輸。使用USB來(lái)傳輸畫面其實(shí)有很大的便利性，除了USB介面本身就相當(dāng)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(lái)連接顯示，不過(guò)它最多只支援到Full HD等級(jí)。新的USB AV 3.1提供9.8Gbps頻寬，最高支援4096 x 2304 @ 30FPS的4K顯示畫面，4K顯示的規(guī)格已和HDMI 1.4一樣，同時(shí)USB AV也支援HDCP影像加密技術(shù)，搭配更大的電力供應(yīng)，較大尺寸的顯示器可望也能藉由USB AV 3.1來(lái)顯示4K解析度。另外，現(xiàn)有的裝置和顯示器可透過(guò)USB AV轉(zhuǎn)接器，以USB線來(lái)傳送影音。USB AV若能加以普及，勢(shì)必能為生活帶來(lái)很多便利性，USB線也可能取代其它顯示介面，成為最實(shí)用的影音傳輸線材。

性能表現(xiàn)

性能測(cè)試中使用的是ASMediaUSB 3.1測(cè)試開發(fā)板，它通過(guò)ASMedia ASM1352R控制器提供兩個(gè)SATA 6Gbps接口并安裝了兩塊英特爾530 240GB固態(tài)硬盤，開啟RAID 0陣列，以發(fā)揮這兩塊SSD的最佳性能。至于作為對(duì)比對(duì)象的USB 3.0接口，則由微星X99 X99A Gaming 9 ACK主板的ASMedia芯片以及Intel X99芯片組提供。

在CrystalDiskMark測(cè)試中USB3.1數(shù)據(jù)讀取速度達(dá)到了700MBps，而X99原生USB 3.0的測(cè)試成績(jī)?yōu)?20MBps左右，VIA VL805的性能成績(jī)?yōu)?57MBps。

在文件拷貝測(cè)試中，使用了27個(gè)文件夾91個(gè)文件共36.7GB用于性能測(cè)試。從測(cè)試成績(jī)表格中可以看到，USB 3.1的性能的確要比以往的USB 3.0設(shè)備高很多。