52d3b6254d83951c1dea367b6b789ea8 台灣主機板廠自 Computex 2014 起,相繼展出 USB 3.1 支援方案,終於在近期開始陸續發布即將上市的訊息。除了將第三方控制器整合進主機板,也有獨立主控制卡供用戶選購升級,以加速推動 USB 3.1 應用。不過 USB 3.1 對一般使用者而言,到底有那些值得升級的誘因,讓我們進一步來探討之。


▲ 華碩首波內建 USB 3.1 控制器的主機板,計有 X99-Pro/USB 3.1、Z97-Deluxe/USB 3.1、Z97-Pro/USB 3.1、Z97-A/USB 3.1、Z97-K/USB3.1、B85-Plus/USB 3.1 等款式。

稍早前華擎率先發布新聞,宣稱將推出 USB 3.1 相關產品,但是並未明確指出正式出貨時程,華碩發布雖然略晚一些,但據稱將於 3 月陸續出貨。可預期,較早公開展出測試平台跑分數據的微星,以及目前動作看來較小的技嘉,在近期內也會加入第一名開賣搶奪戰。當東風具備了,那麼接下來最需要的是相對應裝置,尤以高速儲存設備為主,這樣才能體驗到 USB 3.1 頻寬威力。


▲ USB 3.1 獨立控制卡具備搭配彈性,能讓一定限度規格內的舊主機板擴充升級。

變更資料傳輸編碼機制,提升真實可用頻寬

然而 USB 3.1 真的令人期待嗎?從其兩大賣點來看,或許該說是吧!USB 3.1 傳輸速率較 USB 3.0 高出 2 倍,從 5Gbps 提升到 10Gbps 這一大躍進,是得益於改善資料傳輸編碼效率。USB 3.0 採用普遍常見的 8b10b 編碼架構,每 10bit 傳送資料內必須包含 2bit 控制碼,所傳遞真實有效資料量只有 8bit,寶貴頻寬損耗率極高。

對此,USB-IF 提出了有限度改善計畫,為 USB 3.1 新導入 128b132b 編碼機制。雖然必要的控制碼數量增加為 4bit,但是因為占比改變了,所以頻寬耗損從 USB 3.0 那高達約 20% 的比例,大幅下降至 3% 左右。這意味 USB 3.1 換算頻寬值可達約 1.25GB/s,真實極限將有機會達到 GB 等級,得以挑戰 Thunderbolt 1 早已達到的水準。


▲ USB 3.1 改善資料傳輸編碼架構,這次將能更接近所宣稱傳輸速度 10Gbps。

Type-C 連接器除了便利,還有一統江湖的企圖

USB 3.1 除了真實有效頻寬提升外,全新設計的 Type-C 連接器,可說是更為受到矚目的焦點。USB-IF 特地編排內部訊號腳位排序,使連接器與線材不再需要傳統的防呆保護措施,沒有方向限制區隔正反都能插。Type-C 不只具有使用便利性,也顧及反覆插拔耐用度這點,USB-IF 宣稱以承受 1 萬次插拔為設計標的。

Type-C 另一大賣點是電流傳輸能力,在維持不變的 5V 電壓條件下,連接器端電器層可支援 5A 電流流通,而線材標準設計規格是要求得能承受 3A 電流。再加上由於尺寸僅 8.3 x 2.5mm,還比目前常見的 Micro B 小一點,這背後隱藏的涵義、企圖相當明顯,那就是打算一統行動裝置當前有些凌亂的規格。


▲ 圖例為 Elecom 所推出 USB 3.1 Type-C 線材,已經稍早前上市。

當前各式智慧型手機、平板電腦,仍然普遍採用 USB 2.0 介面,僅少部分產品已經導入 USB 3.0。這除了作為資料傳輸、同步之用外,也一併取代傳統電源變壓器設計,成為幫裝置充電的唯一途徑。不過 USB 2.0 只能提供 0.5A 電流,而 USB 3.0 雖然提升至 0.9A,對時下智慧型裝置發展趨勢而言,仍然說不上是多麼充裕。

為了加快裝置的充電速度,目前廠商普遍採取應變措施(以跳線處理為主),使廣為採用的 USB 2.0 傳輸途徑,也能流通 1~2A 或更高的電流量。這解決方案雖然帶有土炮的味道,USB-IF 本身也提出作法大同小異的 Battery Charging 規範,將傳輸電流倍增到 1.5A,企圖一統快速充電解決方案標準。

甚至連 SoC 處理器廠商 Qualcomm,也參一腳推出和 Battery Charging 相容的 Quick Charge 標準,將電源管理機制整併在特定型號 Snapdragon 處理器內,最新規範可支援 5、9、12 甚至 20V 電壓與最高 3A 的核定電流量。不過這些方案都具備一個共通限制,那就是需要兩端裝置、設備支援相同標準或處理手法,才能如實提高電流傳輸量,以縮短為裝置充電的時間。


▲ USB 3.1 電源供應組態規劃資訊。

換言之,USB 3.1 Type-C 利基點在於這是通用基本規範,一旦裝置採用此介面標準,那麼保障的最高電流傳輸量即有 3A,不再有額外的規範、標準、相容性對應等問題干擾。而且更為重要的是,Type-C 連接器也適用包含在 USB 3.1 規範之內的 USB Power Delivery,意味同樣可以藉由提高輸出、入電壓值這模式,為裝置帶來更高的充電效率。

 

(下一頁還有:USB 3.1 頻寬所代表意義探討)

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