浅析USB 3.1规范

　　不仅仅是速度提升

　　你主板上的USB 3.0接口都物尽其用了吗？你手里的USB 3.0闪存盘和移动硬盘都实现了高速的传输吗？对于大多数用户和电脑而言，基本上是难以发挥USB 3.0真正威力的，很多电脑甚至都还不具备USB 3.0接口。但这并不会妨碍技术上的后浪推前浪，不会因为大部分人的落后而停止前进的步伐。所以，USB 3.1来了。

　　虽然USB 2.0这辆老爷车依然老当益壮，USB 3.0也正年轻有为，但我们不得不面对一个现实：文件的体积越来越大了。一款游戏动辄10GB以上，高清电影几十GB。此外，还有一些新的高速闪存盘、搭载SSD的移动硬盘等，别说USB 2.0，就算是3.0都有点力不从心了。所以，新的USB标准呼之欲出。

　　今年1月，USB-IF（USB开发者论坛）的USB 3.0推进小组声称，他们将改进数据编码方式来提升数据传送效率，以获得更高的数据吞吐性能。他们将下一代的USB传输速率定在-IOG b/s，与雷电接口的速度相同。端口和连接线方面与现有的USB 3.0保持一致，软件堆栈和硬件协议保持兼容，也与USB 2.0/1.1接口保持兼容。从这一点上看，USB接口很厚道，不管怎么升级，用户拿到手都会发现迹是原来的配方，还是熟悉的味道。

　　7月，USB-IF公布了USB 3.1的技术规范。从各大媒体基本雷同的新闻稿来看，开发小组已经完成了设计初稿。虽然到目前为止暂时还没有任何相关产品出现，USB-IF的开发者大会也在1 0月份才召开，一切都还未尘埃落定。

　　我们可以从目前了解到的一些资料来为大家简单介绍一下USB 3.1，在这之前，有必要先了解—下它的母体：USB 3.0。尽管USB 3.0和USB 2.0的接口形状看起来一样，但它比USB 2.0多了几个触点。3.0的线缆内合8条线路：Vb。。和GND为电源线，SS RX+/-和SST X+/-为3.0专属的高速差分信号线，D+/-为兼容USB 2.0的信号线。USB 3.0支持全双工，采用发送列表区段来进行数据发包。USB3．O的供电标准为900mA，设计传输速度为5G b/s，采用了三级多层电源管理技术，可以为不同设备提供不同的电源管理方案。

　　USB 3.0规格是2008年11月发布的，但一直到近两年才看到相关产品大规模占领市场。所以，USB 3.1的产品也需要耐心等待。USB 3.1的线缆规格与3 0相同。LOGO上显示它被命名为“SuperSpeed+”，另外在规菹中还可以看至J“Enhanced SuperSpeed”的字样。“10G b/s”的速度标称表现出了USB 3.1的卓尔不凡。一个简单的计算就容易得出，USB 3.1的传输速度是3.0接口的两倍。

　　且慢。10G b/s是理论速度，不要以为USB 3.1就能够每秒传输10Gb即1.25GB的数据。我们知道USB 3.0与PCI E×pressGen2共用物理层，因此它们的速率自然也一样，都是5G b/s。但是，为了信号的直流平衡，USB3.0的编码方式是8b/10b，也就是说理论上虽然传输了10bit数据，实际上只有8bit，即8成的有用数据，所以USB 3.0的理论速度为5×0.8=4Gb/s=500M B/s。

　　USB 3.1怎么样呢？规范提到除了速度提升到-IOG b/s外，编码方式也变更为128b/132b，有效数据的利用率更高。那么我们可以得到USB 3.1的理论速度为10 x128÷132=9.697G b／s=1.212GB/s，是USB 3.0的2.4倍多。这样的速度非常惊人，复制一张蓝光原盘也就是半分钟的事情。

　　由于信号传输速度、编码解码方式的不同，实际上USB 3.1和3.0已经貌合神离属于不同的接口了。但USB必须继承向下兼容的优良传统，因此USB 3.1里面塞入了两个模块，根据外部设备决定以SuperSpeed还是以Super Speed+的模式运行。而USB 3.1又需要与USB2. O/1.1兼容，因此USB 3.jl实际上包含了EnhancedSuperSpeed迓辑层、SuperSpeed物理层、USB1 .1/2．O逻辑层和物理层。为了兼容，不得不让步。

　　为改善USB 3.1的EMI和RFI（电磁干扰和射频干扰）性能，USB-IF在3.1的连接器上新增四片接地弹片(GroundingFigure)，分布于PCB接点、连接器转角、公／母头介面、连接线终端。如此一来连接器内部的隔离程度得到增强，降低EMI和RFI对数据传输品质的影响。USB-IF在实际测试后指出，增加接地弹片后的USB3.-I连接器较原方案减少至少-lOd B以上的EMI／RFI干扰。因此，制造商无需另外增加金属隔离元件，即可达到相同的数据传输表现，有效地降低了物料成本。

　　除了速度标准以外，USB-IF近几年相继发布了三个标准，关于On-The-Go、USB PowerDelivery功率规范和Inter-Chip芯片间应用，他们都将在USB 3.1中得到应用。

　　On-The-Go就是设备之间通过USB直接连接，而不通过电脑。这项技术并不新鲜，相机直连打印机打印照片相信大家都见过。USB Power Delivery值得一提。目前USB足够供应许多小型设备如手机、M P3播故器、移动硬盘等的电力。但打印机等大设备依然需要外接电源。而USB-IF这次将USB 3.1的功率—下提升到了100W。也就是说打印机、笔记本电脑、显示器之类的设备基本上都可以告别电源了，直接由USB供电。以5V的电压传输1 00VV的功率，意味着USB接口的电流高达20A。如此大的电流准得出事，而且手机插上去还会担心烧掉。放心吧，USB-IF绝对不敢把这样一个大杀器扔给用户。在USB PowerDelivery Specification中，提到采用一种阶段提高电压与电流的运作方式：主控与Hub、设备通信期间，从Profilel (5V@2A)到Profile5(20V@5A)之间阶梯型提高。主控将采用一种识别机制，识别接入设备所需的电压和电流规格之后决定采用不同的Profile。

　　Inter-Chip Supplement toUSB简单说来就是让USB 3.0由基于PCI E×press的物理层，向称作MIPI(Mobile IndustryProcessor Interface，移动产业处理器接口）的适合手机等移动产品的低耗电、自由调节速率的物理层转变。这是硬件设计人员和制造商更关注的东西。

　　以上我们俞绍了USB 3.-I的-些新特性，可以看到USB 3.1还是很令人期待的。该规范在开发者大会之后兴许还会进一步修改，业内人士估计消费者最快也得到2014年下半年才能看到USB 3.1的相关产品上市。USB在狂奔，但雷电也没闲着。英特尔正在制定相关标准，要让雷电2的速率达到20Gb/s。不过从价格和兼容性过渡的角度考虑，USB 3.1占领市场应该是毫无压力。