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Cc73e883378dddf16ccdaae49f1a6a34 就像所有的技術一樣,USB 已經發展了好一段時間了。儘管作為通用的資料傳輸介面,但過去這 18 年之間,它已經進化出非常多的版本,有著不同的傳送速率以及非常非常多種類型的連接線。

USB 開發者論壇(USB Implementers Forum),是由一群負責 USB 標準制訂的公司所組成,他們深刻意識到這個問題,而解決的方法就是推出了現在大家都知道的 Type-C 的新型連接線。

Type-C 介面將替代在手機、平板、電腦和其他外接裝置上的所有大小的 USB Type-A 和 Type-B 介面。Type-C 將支援新的、更快的 10Gbps USB3.1 Gen 2 規範,而且在頻寬提高的時候速度還能更快。

在未來的幾年,USB Type-C 很有可能會成為一統天下的標準,完全取代我們書桌抽屜中雜亂的、各種類型的連接線。而暫時來說,它只是讓我們感慨標準變得更多了 。當我們等待 Type-C的同時,先來看看 USB 這些年來的經歷吧:它和什麼競爭標準對抗過,在未來它又會繼續努力克服什麼技術上的困難。

它替代了什麼?

如果你是在最近十年才使用電腦的話,很可能會把 USB 看成一件理所應當的事。但是對於電腦不斷變化的規格和介面來說,USB 比起之前的輸出入介面,仍然是一個巨大的進步。

在 USB 出現之前,奔騰和奔騰 II 那個年代使用電腦的話,往電腦裡連接任何東西都需要從大量不同類型的埠中選擇。連接一個滑鼠?也許你需要一個 PS/2 介面或者一個序列埠。那連接鍵盤呢?還是 PS/2 介面,可能是蘋果的連接介面,或者是 DIN 介面。

印表機或者掃描器通常會使用大而舊的並列埠接口,如果你不想使用 SCSI轉接介面,那麼你也可以用它來連接外部儲存器。而如果要連接搖桿,就需要一個遊戲連接埠(Game Port)。在 90 年代,這個埠通常能在獨立音效卡上找到(當時,主機板還不會內建音效卡)。

從上面這兩段你就可以看到問題所在了。其中的一些介面要求專用的外接擴充卡,它們會占到很大的空間,而且當需要安裝或者尋找故障原因時,會讓我們感到非常煩惱。

直到 90 年代末,電腦開始出現一些 USB 介面,一般出現在主機殼的後面——通常是 USB 1.1 介面,它的最高傳輸速率為 12Mbps(對於外接設備比如滑鼠或者鍵盤來說,速率是 1.5Mbps)。輔助設備製造商並沒有馬上都轉換到 USB,但是鍵盤、滑鼠、印表機還有其他一些輔助設備開始把 USB 介面作為一個可選項,之後成為主要介面。

(USB 隨身碟的出現大大減少了外接硬碟的需求)

當 USB 2.0 在 21 世紀的前五年慢慢流行,它開始替代越來越多的東西。USB 隨身碟葬送了軟碟片(還有其專用的軟碟機),光學媒體走向沒落——當有更小、更快、更通用的 USB 隨身碟能更快地完成任務時,誰還會使用 CD 和 DVD 來攜帶資料和安裝作業系統呢?

USB 2.0 還讓連接外接裝置更可行——比如光碟機、乙太網路埠等等,這些之前都只能夠安裝在電腦內部,屬於電腦的內接裝置,但是現在高達 480Mbps 的傳輸速率,使得這些裝置都可以變成外接。

在這個時代, USB 介面開始快速地、完全地取代PC與筆電上的老式介面。現在,在一個PC背後找到 4 個以上的 USB 介面已經非常普遍,而且在主機前面還會有 1 個或者 2 個,方便用戶的使用。

隨著 USB 2.0 的到來,USB 真正地成熟了。到了 USB 3.0,5Gbps 的傳輸速率使得它在上述所說的所有情況下更加地好用,甚至系統備份、影片檔案的複製移動都更加快速,而且傳輸速度突破了瓶頸,達到 802.11ac 的速率。

在USB 3.0 的硬碟或隨身碟上執行整個作業系統是相當流暢的,而當你嘗試去給一台電腦尋找故障或者恢復資料時,這就特別地好用。

USB 介面通常是筆記型電腦的唯一可用介面,特別是Wi-Fi 的出現傳統有線的乙太網介面的需求減少。USB 的普遍也讓主要的晶片製造廠商必須要對它支援,從英特爾、高通到 AMD都一樣。(英特爾現在的晶片組支援總共 14 個 USB 介面,遠遠超過早期設備的 2 個介面。)

換句話說,USB 並不是沒有問題,但是它獲得科技公司的廣泛支持。而且,在大多數電腦上能找到的基本 USB Type-A 介面,維持現在我們所見的這個大小和形狀已經將近 20 年了。考慮到它替代掉的混雜的介面,這不是一項普通的成就。

 

它與誰在競爭?

(FireWire有它的優點,而且在發展過程中,傳輸速度都比同期的 USB 傳輸速率要快,但它卻從未得到廣泛的採納。)

自從 USB 佔據了絕對地位,一些不同類型的介面就曾試圖挑戰它。它們通常會獲得小規模的成功,或者是用在了某些特定類型的設備之上,而且,它們通常有一些 USB 無法實現的功能。

但是,到目前為止,USB 的無所不在確保了自己的統治地位。

在眾多挑戰 USB 的介面中,FireWire是其中的一個(也被稱作是 IEEE 1394)。從 20 世紀 90 年代末到 21 世紀 10 年代早期,它是由蘋果主力支持的一個標準。當時,FireWire甚至在規格上有些超越 USB 的優勢。

比如,FireWire可以直接串接連結其他設備。這意味著你的電腦只需要一個介面,就可以連接數十個設備;FireWire的運作不像 USB 那麼需要 CPU 的資源;而且,FireWire可以同時向兩個方向傳輸資料(全雙工傳輸),而 USB 1.1 和 2.0 同時只能向一個方向(半雙工傳輸)。

在整個競爭的過程中,FireWire往往會比同時期的 USB 介面速度更快。FireWire 400 支援最高 400 Mbps 的傳輸速率,而同期的 USB 1.1 只能達到 12Mbps,另外,當 USB 2.2 的傳輸速率達到 480Mbps 時,FireWire 800 的速率已經上升到了 800Mbps。

FireWire最大的問題是,它太過昂貴了,在電腦和外接裝置上都需要使用特定的控制晶片。在早期,使用FireWire需要向蘋果支付授權費。當時是 90 年代末期到 21 世紀早期,蘋果雖然正開始其漫長的復興之路,但是當時它的影響力根本無法與今日相比。

這導致了各種令人困惑的不同名字的出現,雖然它們從本質上都是同一個標準。索尼的 i.Link 、以及「IEEE 1394」,基本上都是為了避免授權費用而衍生出來的名稱。

從 FireWire 400 到 FireWire 800,所需的連接線也不同了,而 USB 1.1、1.0、2.0 和 3.0,這些不同代的標準都使用了可以相容的連接器(雖然也出現了 mini 和 micro 兩種不同類型)。

結果是,FireWire在需要大量頻寬的高階外接儲存裝置以及影像裝置上的確有些成功的例子,但是,USB 一直保持低價的優勢,獲得了更為廣泛的應用。最後,自從蘋果在大多數產品中取消了FireWire介面,這種介面的支援基本上就不存在了。

(Thunderbolt 速度很快,但它面對著和FireWire一樣的問題。)

替換掉FireWire後,蘋果的 Mac 如今使用了 Thunderbolt 介面。這種特殊介面比 USB 傳輸速率更快。Thunderbolt 主要是與 Mac 相關聯,因為它首先出現在 Mac 上面,而且,它一直被人以為是蘋果電腦上最常見的東西。

但事實上,Thunderbolt 是英特爾開發和支援的標準。它原來的名字是 Light Peak。

第一代的 Thunderbolt 可以雙向傳輸資訊,速度達到 10Gbps——這是 USB 3.0 速度的兩倍,而且,在 USB 3.0 成為多數 PC 所支援的標準的頭兩年,它就已經上市了。

透過改變資料傳輸的方式,第二代的 Thunderbolt 控制器將速度提升到了 20Gbps。第一代的 Thunderbolt 控制器向一個 PCI Express 通道發送資料,速度是 10Gbps,然後,從另一個 PCI Express 通道接收資料;Thunderbolt 2 則將兩條通道結合起來,因此,當你向一個方向傳輸資料,就能夠獲得更快的速度。但在 Mac 和高階 PC 的主機板和擴充卡之外,這些介面沒有獲得普遍的應用。

目前到了 Thunderbolt 3 後,這種狀況可能會有所改變。Thunderbolt 3 是一個新版本,傳輸速率達到 40Gbps,而且,它使用的「恰好」就是 USB Type-C 介面。這些新的 Thunderbolt 介面仍然需要單獨的控制器,但是,它能夠與 USB Type-C 完全相容,同時,還添加了對 USB 3.1 第二代(10Gbps)的支持。

Thunderbolt 3 已經在一些高階筆電上出現,包括了戴爾的 XPS 系列和惠普的 Elite x2 平板。普及度遠不及 USB,但是,這種來自於主要 PC 製造商所表現出的支持,是 Thunderbolt 從未享受過的待遇。

儘管如此,Thunderbolt 仍然有著FireWire的基本缺點——代工生產商仍然需要在 PC 上添加一個單獨的 Thunderbolt 控制器,而且,要支援這種介面的話,連接線和配件製造商需要在產品中添加附加晶片。

從理論上說,英特爾可以利用自己在 PC 市場的統治地位,加大對 Thunderbolt 的推廣力度,將其控制器直接整合到它銷售的每款晶片中,但是,這同樣有缺點。因為,這樣做的話,生產每款晶片的矽需要增加,從而增加代工生產商的成本,或者削減英特爾的利潤,同時,它還會使晶片的能耗增加,而目前,英特爾正在竭盡全力減少其晶片的能耗。

目前,這些因素限制 Thunderbolt 了發展。如果你需要驅動 4K 顯示器,或者總是傳輸大量的資料,它是一個不錯的功能,但是,對於大多數的使用者來說,USB 仍然是滿足他們需求的一個速度不錯、極為廣泛存在的方式。

 

未來的挑戰

USB 在今天最大的競爭者不是新的物理介面,而是根本沒有介面。

在許多情況下,我們已經在使用無線技術,滿足自己曾使用 USB 完成的需求。雲端同步服務使郵件、通訊錄、日曆、文件和購買的App在你所有的設備上保持最新狀態,無需使用任何實體線路。

在交換檔案上,藍牙、 NFC、 Wi-Fi Direct 和 AirDrop 已經替代了 USB,而 Miracast 和 AirPlay 能夠讓裝置與電視無線連接。配有 Wi-Fi 的印表機甚至錄影機、記憶卡也也都很普遍的了。

所有這些功能的最大問題通常是速度。如果你想要傳輸大量的圖片,或者是你手機拍攝的 1080p 影片,你不會去等待無線傳輸,因為,即使是 USB 2.0 的連接,速度也顯得比較快,開發者和發燒友會寧可用 USB 連接電腦和手機。

此外,即使你從不把裝置與電腦連接,所有的裝置仍需要資料線來充電。一些不同的無線充電標準試圖替代 USB,但是,這些技術仍然遭遇到了各種問題。不同的標準在相互競爭,使得充電板的標準化都難以實現(儘管有些公司已經試圖去解決這個問題。)

代工生產商需要在設備上提供無線充電支援,或者為它們的手機提供附加的充電外殼。即使是最新版的充電器都沒有太廣的使用範圍,而且,充電的效果也不如直接連接好。最終,這些不同的充電器仍通過 USB 供電。

無論如何,即使無線技術獲得普及,USB 也不會很快消失。就像 Wi-Fi 的到來沒有殺死區域網路,無線技術也不會很快取代 USB。即使我們必須在不同速度和不同類型的連接線的糾纏中繼續前行,USB 的速度、便利和相容性都能確保這種標準會在很長時間裡繼續存在。

 

 

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