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速度的突破 USB3.0传输效果详细测试


    中关村在线 原创】 作者:安琪     

  当初规划USB 3.0的规格时,最重要的就是要解决数据传输速率过低的问题,因此在规划USB 3.0 SuperSpeed架构时,采用新的物理层(PHY)是无可避免的事情,因此从PCIe与SATA等高速IO移转经验是再自然不过的考虑。然而USB-IF还是坚持backward兼容性的问题,所以USB 3.0的规范主轴,包含了以下各点:
  ● 比既有的USB 2.0 Hi-Speed快10倍以上的传输速率。
  ● 完整考虑向后兼容性问题,包含既有的Class Driver都可以在新的组件上正常工作。
  ● 相同的USB device model,这包含了PIPE model、USB Framework与Transfer type。
  ● 电源管理的效率,在新规格中,提供了更好的电源效能的管理,特别是在Idle的状况之下,另外也为了取代目前USB所采用的轮流检测(polling)和广播(broadcast)机制,新的规格采用一种封包路由(packet-routing)技术,并且仅容许终端设备有数据要发送时才进行传输,提供更佳的电源管理效能。
  ● 架构与技术的延伸性,为了增加技术的scalability,在通讯协议上的规划都已考虑有效率的Scale up and Scale down的问题。
  USB-IF在上述前提之下,采用了PCIe的主要PHY架构,以5.0 Gbps为USB 3.0 SuperSpeed的数据传输速率,在传输编码技术的选择上,导入广为在其他高速串行传输技术所采用的8b/10b编码技术,以提高传输位的辨识率并且降低高频信号的电磁干扰。在向后兼容性上,为了与USB 2.0 Low Speed、Full Speed与Hi-Speed共存,采用了Dual-bus架构的设计(请参考图2),在通信协议上,如上述所提,新的规格采用一种封包路由(packet-routing)技术,并且仅容许终端设备有数据要发送时才进行传输,取代目前USB所采用的轮流检测(polling)和广播(broadcast)机制,这也与SATA Asynchronous notifications有异曲同工之妙。在cable connector方面,USB 3.0新增了5个触点,两条为数据输出,两条数据输入,采用发送列表区段来进行数据发包,新的触点将会并排在目前4个触点的后方。USB 3.0 bus power标准为900mA,并将支持光纤传输。这也就是SuperSpeed技术的雏型(参考表4)。
  有关Cable Connector,USB-IF在制定新规格时,同时考虑了技术与市场的平衡点,这些因素包含了:
  ● 必须能support 5.0 Gbps的数据传输
  ● 可完全维持与USB 2.0的兼容性
  ● 将cable & connector的form factor改变控制在最小范围
  ● EMI防护的问题
  ● 维持USB容易使用的传统
  因此CableCon就在这样的指导原则下订出Stand A、Stand B、Micro B与Micro AB的CableCon规范,USB-IF巧妙的将USB3_TX+、USB3_TX-、USB3_RX+、USB3_RX-与GND导入新的CableCon之中(请参考图3,4,5),并透过Double-Stacked connector的support,让USB 2.0可与USB 3.0共存。
  不过在这里提醒各为,Stand A是完全可以USB 2.0与USB 3.0互相连接没有问题(这意谓着你可以把USB 2.0 Stand A Cable插入USB 3.0 Stand A connector,也可以把USB 3.0 standard cable插入USB 2.0 Stand A connector),但是Stand B与Micro B就没有办法这样,但是至少维持所有旧的Cable(USB 2.0)都能插入新的connector(USB 3.0)的相后兼容性原则,至于新的Cable要插入旧的connector,在Stand B与Micro B就没有办法了(请参考表5)。
USB 3.0 对厂商的挑战
  High Speed Serial Link 产品(如USB、Serial ATA与PCI Express)的发展,已由主板应用出发,逐渐衍生更多应用于外围与消费性电子产品,进入百家争鸣的情况。然而不论是芯片供货商或系统厂商,都面临益形复杂的设计挑战。这些新挑战包含了:
  ● 更高的芯片设计进入障碍:与纯数字IC设计相比,High Speed Serial Link从480 Mbps、 1.5 Gbps、2.5 Gbps、3.0 Gbps至目前的5 Gbps与6 Gbps,一次又一次的考验IC设计公司在模拟设计与mixed-mode的能力。这也是为什么台湾只有少数公司能提供从Serial ATA到PCI Express与USB 3.0完整的产品与IP解决方案。
  ● 为系统厂商考虑Design Margin问题:对于系统厂商而言,采用一颗IC上自己的系统产品,最担心的是PCB Layout的design margin过小或是design rule太过复杂。因此IC设计公司必须为系统厂商考虑到这些设计上的问题,也加深了高速IO芯片设计的难度。
  ● IC量产良率:由于高速IO有物理层(PHY)部分的设计,因此对于IC良率的影响甚为重大,通常将PHY包入SoC内,往往是量产良率最大的杀手。所以如何透过模拟设计design margin的综合考虑,维持量产良率,对IC设计公司而言是相当大的挑战。
  ● IC量产测试方法:通常480MHz以上,往往需要使用较贵的测试机台;但是如果厂商能使用较便宜的测试机台,完成高速IO的相关测试,那就是相当重要的know how,对于IC的成本也有很的的帮助。
  ● 兼容性议题:USB兼容性问题,众所周知,所以才有USB-IF logo验证制度的产生。目前USB 3.0 logo certification program尚未完成,因此如何克服硬件兼容性的问题,是相当据挑战性也令人感到繁琐的问题。
结语
  今日的电子信息技术日新月异,在PC interface的发展也由传统的并列传输方式,演进至目前的高速串行传输。新的规格与新的技术,也带来新的设计挑战。除了USB 3.0的规格正式问世之外,SATA 6.0 Gbps 的规格也于5月27日正式问世,相关的产品在今年下半年也将陆续于个人计算机、笔记本电脑上出现,配合已经问世且逐渐成为主流的Gigabit Ethernet,高速Serial Link的技术俨然已成为驱动计算机市场持续增长的动力。
编辑本段中国制造!世界第一款USB 3.0扩展卡
介绍
  这一块USB 3.0扩展卡来自国外品牌ACASIS阿卡西斯,它采用PCI-E 1×总线设计,采用了一颗NEC D720200F1控制芯片,提供两个USB 3.0扩展接口。扩展卡采用绿色PCB,并采用了大量贴片电容和电阻,做工相当豪华。(ACASIS阿卡西斯为国际品牌,和NEC等上游半导体厂商建立起良好的合作关系,并在深圳设立公司及生产线)
  
   [扩展卡采用日本NEC半导体控制芯片]

扩展卡采用日本NEC半导体控制芯片
   [提供两个USB 3.0接口]

提供两个USB 3.0接口
USB 3.0的最大改进在于大幅度提升传输速度,它的传输速度达到了5Gbps,也就是625MB/s,同时在使用A型接口时向下兼容原有的USB 2.0和USB 1.1等。最早的USB 1.0规范出现在1996年,传输速度仅为1.5Mbps。1998年,USB 1.1规范诞生,速度提升到了12Mbps。到了2000年4月,我们目前广泛使用的USB 2.0规范诞生,速度提升到了480Mbps,为USB 1.1规范的40倍。
  USB3.0的主要优势在于高速:5G(USB2.0的速率为0.48G)、全双工(数据同时双向传输)。USB3.0技术将支持铜线和光纤、无线传输。 USB 3.0在应用层上至少能达到300Mbyte/s的数据吞吐量。新规范与前代版本兼容,然而新接口需要新的线缆和连接器,而且传输距离被限制在3米,而目前的USB产品可以支持5米长的线缆。
  3.0标准,也被称作是超高速USB(SuperSpeed USB),在一些特性上是独一无二的。它使用5个端口连线(两个用于发送,两个用于接收,一个是地线)来实现全双工从而达到5Gb/s的物理层速率,目前的USB产品采用两线,半双工的架构。外观上Type-A的接头没有改变,但内部有5个连线来支持全双工,新的连接器兼容旧的插口。 粗略来说,新的USB 3.0芯片需要两倍于原来的门数和三倍于以往的功耗。但是,受益于其较高的速率,USB 3.0在每Gbit数据传输的功耗低于目前的标准。
  另外,3.0版本在链路上采用了中断驱动,而不是目前的轮检方法,这样进一步降低功耗。通信采用点对点的链路,而不是像现在对所有连接的器件采用广播数据的方法。规范还将链路电流从500毫安提高到900毫安,这样采用USB充电速度会更快。可以看出一个耗完电的电池接上后不久就可以恢复电力。
  点评:虽然目前暂时还没有采用USB 3.0规范设备,但作为目前全球采用最为广泛的接口,我们有充分理由看好USB 3.0的市场前景。无论是数据传输还是电力供应,USB 3.0都比当前流行的USB 2.0更有优势。另据悉,ACASIS阿卡西斯即将推出采用USB 3.0规范的移动硬盘等外围设备。
参数
  产品类型:数据传输卡
  接口、转接类型:USB 3.0
  扩展卡传输速率:5Gbps
  产品概述:它采用PCI-E 1×总线设计,采用了一颗NEC D720200F1控制芯片,提供两个USB 3.0扩展接口。扩展卡采用绿色PCB,并采用了大量贴片电容和电阻。
编辑本段USB 3.0标准正式发布,提升USB接口统治力
  11月17日在USB开发者会议上,广泛采用的USB接口引来了新的3.0官方版本,会议上一些厂商希望采用该新标准的产品能达到400Mbyte/s。
  USB 3.0在应用层上至少能达到300Mbyte/s的数据吞吐量。新规范与前代版本兼容,然而新接口需要新的线缆和连接器,而且传输距离被限制在3米,而目前的USB产品可以支持5米长的线缆。
  3.0标准,也被称作是超高速USB(SuperSpeed USB),在一些特性上是独一无二的。它使用5个端口连线 - 两个用于发送,两个用于接收,一个是地线 - 来实现全双工从而达到5 Gb/s的物理层速率,目前的USB产品采用两线,半双工的架构。
  外观上Type-A的接头没有改变,但内部有5个连线来支持全双工,新的连接器兼容旧的插口。
  粗略来说,新的USB 3.0芯片需要两倍于原来的门数和三倍于以往的功耗,在会议上演示一款USB 3.0芯片的Symwave公司的市场副主席John O'Neill表示。
  但是,受益于其较高的速率,USB 3.0在每Gbit数据传输的功耗低于目前的标准,John补充道,“另外,因为增强的协议,在主机(host)端处理器运算会得到减轻,从而整个系统的功耗在mW/Gbit的基础上还会有降低。”
  另外,3.0版本在链路上采用了中断驱动,而不是目前的轮检方法,这样进一步降低功耗。通信采用点对点的链路,而不是像现在对所有连接的器件采用广播数据的方法。
  规范还将链路电流从500毫安提高到900毫安,这样采用USB充电速度会更快。可以看出一个耗完电的电池接上后不久就可以恢电量。
  愿意签署USB接受协议的客户可以下载新的标准。
  新系统2010年上市
  USB应用论坛的主席Jeff Ravencraft表示,“我们预测主机和控制器产品会在2009年中陆续进入市场,基于那些器件的系统产品会在2010年初上市。”
  该连接希望能扩展更多的应用,最初是想象比如大的视频文件的传输,长期来说,希望能在目前大范围的系统上进行替代,特别是日益增多的闪存和磁盘存储。
  Ravencraft指出一些便携式摄像机保存250Gbyte的数据,甚至一些MP3播放器和手机都增长到内置8到16Gbyte的闪存。
  同期于USB 3.0的发布,PCMCIA组织宣布PC设备上的ExpressCard标准的2.0版本,该标准提供比ExpressCard 1.2标准快10倍的传输速率,而且同时支持Express 2.0和新的USB 3.0协议。
  “ExpressCard技术与Express和USB规范很相近,而2.0标准的发布充分利用了这两种接口技术进步的优势,”PCMCIA主席Brad Saunders表示。
  采用新标准的卡将在2010年上市,可能会包括支持固态存储驱动的6Gbit/s SATA接口的适配器,和用于传输视频流的USB 3.0适配器。
  超过400个人想参与那个USB 3.0会议,Synopsys在该会议之前宣布将提供USB 3.0控制器和物理层器件的硅IP。
  Symwave已经发布了一款USB 3.0物理层器件,Quasar物理层会在展会上得以展示。
  USB 3.0开发者小组包括超过200家公司,目前全球已经有100亿颗USB器件售出。
  “2007年一年就出货了26亿个USB端口,USB 3.0的市场机会将会大大挤压其他有线接口技术的空间,”In-Stat高级分析师Brian O'Rourke在一个发布会上表示,“预计USB 3.0从2009到2012的平均年度增长率将达到100%,在2012年达到五千万的出货量。”

netbook.zol.com.cn true //netbook.zol.com.cn/271/2712460.html report 9195   当初规划USB 3.0的规格时,最重要的就是要解决数据传输速率过低的问题,因此在规划USB 3.0 SuperSpeed架构时,采用新的物理层(PHY)是无可避免的事情,因此从PCIe与SATA等高速IO移转经验是再自然不过的考虑。然而USB-IF还是坚持backward兼容性的问题,所以USB 3.0的规...
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