USB3.0全新特性 点燃2011消费电子新热情

    随着用户对数据传输速率需求不断提升，USB2.0已经无法满足多媒体应用对传输的需要，USB-IF在2008年11月推出全新超高速USB(Super Speed USB)标准，即USB3.0，旨在满足富媒体和大型数字文件传输带宽的要求。USB3.0规定的5Gb/s数据率和200Mb/s的数据吞吐率是USB2.0的10倍。USB系统的演进如图1所示，USB3.0可以兼容原有各种USB传输标准，以及支持未来的光纤传输。

    德州仪器(TI)进军全球USB3.0晶片市场，或许早已不是新闻，但德仪决定大动作进军NB、PC、消费性电子及智慧型手机USB3.0介面市场，却是产业界的一大盛事，相较于瑞萨半导体(Renesas)在市场上的一枝独秀，及台系IC设计业者只顾著摇旗呐喊，德仪在2011年整军经武进军品牌PC、NB及手机市场动作，肯定会继续搅动全球USB3.0晶片市场一池春水。

    USB3.0的推出解决了USB2.0一些性能瓶颈问题。高速USB2.0提供480Mb/s的数据率，但实际数据吞吐率往往受I/O性能限制而超不过35MB/s。当下载较大文件时，较高的吞吐率能节省可观的传输时间。USB3.0可提供高达5Gb/s的数据传输率和200MB/s以上的数据吞吐率，实际中的表现区别详见表1。

    全新特性

    USB2.0接口共有4条线路，其中两条对应数据输入输出，另外两条分别是供电和地线。USB3.0在此基础上增加了5个触点，其中有四条线，两条为数据输出，两条数据输入，并且这四条线路可以实现双向同时传输，即采用了对偶单纯形四线制差分信号线。这样整个配线系统总共就有8条线，4条遵从USB2.0规范和用于确保向后兼容性，新增的4条线配置为专门用于USB3.0通信的两对线(如图3)。它们采用全单工工作模式，一对线发送，另一对线接收。解决了USB2.0的输入输出线路无法实现同时工作(即输入信号时无法输出的问题)之后，USB3.0的双向传输模式大大提高了传输速度。

    SMSC计算与连接事业部门营销总监MarkFu特别介绍道，USB3.0在物理层、链接层以及协议层提供其它的优点，这使它成为显示应用的理想选择。

    在物理层，Super Speed USB的每比特位功率较USB2.0为低，因此，其速度虽然增加了10倍，功耗增加却很少。Super Speed信号为基于专用TX和RX差分信号对的双单工(dualsimplex)信号，因此总线不需要处理双向流量。由于显示器仅单纯地接收信号，因此从USB3.0主机端流向Super Speed USB显示器的大量显示数据不会影响反方向数据传输的性能。

    在链接层，USB3.0使用先进编码技术以达到10-20的误码率，因此可做为稳健且可靠的视频传输总线。

扩展到四个链接功耗状态的电源管理提供了实现高效单位数据功耗的良好基础。事实上，每个设备都能驱动自己的链接状态，以达到所需的功率特性。当某特定设备没有待传输的数据时，此设备可将其链接设定在低功耗状态，不会对其他设备造成影响。除了链接层，USB3.0还进一步采用了一个全局性的电源管理方案。它在物理层、链接层、协议层、主机端、集线器和设备端等所有层级中，都采取了省电技术，以提高整个系统的电源效率。在功耗尽可能降低的同时，每一个端口上USB3.0线缆能获得高达4.5瓦(900mA@5V)的功率，接近USB2.0的2.5瓦的两倍。这有可能催生出总线供电的崭新应用，也许利用单根USB线缆即可为台式显示器供电。更令人兴奋的是，液晶面板技术的最新进展亦同时集中在如何大幅降低功率上面。高功效的LED背光、亮度增强膜以及场序制彩色(fieldsequentialcolor)LCD技术等，都试图把显示器的功耗降低到可控水平，最终有望实现以单根USB缆线为显示器供电的目标。这些技术的发展，将使USB显示器成为与USB鼠标或闪存一样普遍的应用。

    与此同时，德州仪器亚洲区市场开发高性能模拟产品市场经理林士元强调，为了适应节能及待机功耗的新要求，USB3.0还引入了新的电源管理机制，支持待机、休眠和暂停等状态。通过引入了能效更高的供电协议标准，放弃了设备轮询模式，转而采用中断模式。通俗地说，在USB2.0模式下，即使连接的USB处于非活动或待机状态下，USB总线控制器仍然需要定期检查该设备是否需要传输数据。而在USB3.0模式下，设备待机时可完全切断USB连接，需要恢复时会自行向控制器发送一个中断信号，告知控制器开始数据传输，这就使得待机设备无需耗电。

    市场前景

    当年，USB2.0从推出到彻底占领市场仅用了4年的时间，可谓迅猛之极;现在USB3.0如果按照2009年开始进入市场算起，今年已经是第三个年头了，虽然诸多问题限制其扩张的速度，但在2011年的前景依然光明。

    经历了2009年初入市场的试水之后，USB3.0在2010年开始快速增长，据统计，2010年USB3.0的芯片出货量接近2009年的3倍。市场调查机构In-Stat去年底发布报告称，USB3.0接口的普及因为缺乏芯片组的原生支持而没能在2010年达到预期水平，但是前景依然是光明的，预计四年后就会达到现在的12倍。In-Stat提供的数据显示，2010年全球USB3.0接口设备出货量接近1400万，低于业界预计，但是到2014年的时候将猛增超过17亿，基本完成普及。In-Stat首席分析师BrianO’Rourke评论说：“2009年底USB3.0设备开始小规模出货，2010年在笔记本、台式机、转接卡、内置和外置硬盘、U盘等领域的出货量明显增长。总体来说，USB3.0正在逐渐铺开。大规模推广仍然受制于PC芯片组的集成支持，否则PCOEM厂商就可以免费提供USB3.0，从而刺激其在PC周边、消费电子、移动设备中的普及。”在芯片出货量方面，IDC则估计2011年USB3.0的芯片出货量有机会一举跃升至1亿颗。此外，DigitimesResearch也预估，2009年到2015年USB3.0出货量的年复合成长率将达89%，2015年的出货量则将挑战23亿颗，商机上千亿元。

    作为由英特尔，以及惠普(HP)、NEC(现在的瑞萨)、NXP半导体以及德州仪器(TexasInstruments)等公司共同牵头开发的标准，林士元坦言，相较于其他现有的高速串行接口技术，USB3.0的传输速率高达5Gbps，可满足现今最为流行的大量数据传输或高清图像处理等应用。USB3.0是基于目前全世界接口普及(占有)率最高的USB而发展出来的，所以USB3.0在使用者的接受度上以及未来市场的普及率上，将会延续原来USB的基础上，而会更加地成长。

   以Host端、HUB端及Device端的角色而言，一旦CPU大厂推出整合USB3.0功能的晶片组，让身为Host端的PC及NB产品，拥有正式的USB3.0介面，则身为HUB端及Device端的电脑周边、消费性电子产品，及智慧型手机都将师出有名，届时，USB3.0介面即可望大行其道。