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是人是神拉出来溜溜 USB3.0详细解说

2011-03-03 19:36:10 来源: 小熊在线(北京)
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前言

  Intel说要到“2012”才会原生支持USB3.0接口,各大移动存储生产厂商可不会吃Intel这一套,你的原生芯片组不支持,还有第三方芯片在,并且USB3.0的优势显而易见,向下兼容也不成问题,市面上的USB3.0设备也逐渐的多了起来,今年很可能会接替USB2.0成为主流,接下来我们一起看看USB3.0接口以及USB3.0控制芯片。

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  由于Intel宣布在主芯片组中提供原生USB 3.0支持延期至2012年,而不少设备商已经推出了相关产品,使得目前主板中的USB 3.0功能全部要借助第三方芯片实现,这方面的竞争也日趋激烈,目前使用最广泛的是NEC D720200F1控制芯片,起步早也是主要原因之一。

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通过NEC方案来提供USB3.0的支持

  市场观察人士预计,2010年全球USB 3.0控制器的出货量将达到2000万颗,2011年更是翻番超过4000万颗,为此台湾的祥硕(Asmedia)、钰创(Etron)、威盛(VIA)以及美国的Fresco Logic都在积极推行各自的产品,而且价格都压得非常低。ASMedia和威盛科技在2010年下半年都已经推出相关的解决方案,USB 3.0芯片的价格将下降到8美元以下。特别是祥硕USB 3.0控制器的批量定价甚至只有1.7-1.8美元一颗。

USB3.0参数指标

  我们首先要明确的一点是:USB 3.0的数据传输速率是500MB/s,不是625MB/s!它的界面速率是5Gbps,但是,它采用了8/10b的编码方式,将8位的数据编码成10位来发送。而USB 2.0则没有采用这种方式,因此480Mbps的界面速率可以全部用来传输数据。从这一点上看,USB 3.0的传输带宽增长上并没有达到USB 2.0的10倍,而只是达到了原来的8.3倍。

USB 3.0 vs USB 2.0
属性 USB 3.0 SuperSpeed USB 2.0 HighSpeed
界面传输率 5Gbps 60MB/s
数据传输率 500MB/s 60MB/s
传输界面 双向,全双工
同时传输USB 2.0信号
双向,半双工
线缆数 10条 4条
传输界面 两对3线差分信号 一对2线普通信号线
传输信号 6条:
两对USB 3.0差分信号线
一对USB 2.0信号线
2条:
一对USB 2.0信号线
总线传输协议 主机控制,异步传输
路由包传输
主机控制,轮询传输
广播包传输
电源管理 闲置、睡眠、挂起模式
Link/Device/Function层电源管理
端口挂起模式
Device层电源管理
总线电源 未配置:150mA
已配置:900mA
未配置:100mA
已配置:500mA
端口状态 硬件端口检测、就绪 硬件端口检测
软件端口就绪
数据传输类型 控制、大块、中断、同步
Bulk大块类型可以进行流传输
控制、大块、中断、同步

  8/10b编码将8位数据编码成10位数据再进行传输,这种做法是为了避免在传输高速数据的时候,还要再单独传输一路高频率的时钟信号,这很容易就会产生EMI问题。8/10b技术同时将时钟信号也编码了进去,从而避免了这个问题。

  8/10b编码技术在高速率总线上很常见,如:SATA和PCI Express,USB 3.0在设计上和PCI Express有很多相似的地方,如相同的8/10b编码技术、界面速率/数据速率、相同的双向差分传输等。

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USB 3.0 SuperSpeed Logo设计,图标上的SS字母就是SuperSpeed的缩写

USB3.0不只是更快

  USB 3.0强化的供电不能不提,在USB 2.0上,每个端口的最高电流提供能力为500mA,因此人们会经常碰到一些耗电较高的移动硬盘不能工作的情况,即使勉强能工作,损坏硬盘的情况也不少见。USB 3.0提升了电源输出能力,每个端口最高提升到了900mA,合输出功率4.5W,这对于正常的移动硬盘来说都应该足够了。

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USB 3.0线缆具有10条线,使用了双路差分传输线缆,而USB 2.0只有4条线,使用普通的差分传输

  在传输上USB 3.0和USB 2.0也很不同:它是全双工的,具有两组线缆同时发送、以及接收数据,而USB 2.0只有一组差分线缆,同时只能发送,或者接收,可以看出,USB 3.0和PCI Express 2.0是一样的,每个链路具有5Gb/s的单向带宽以及10Gb/s的双向带宽。顺便提一下,SATA传输模型上具有两组差分传输,但是实际上分别传输控 制信号和数据信号,因此SATA也是半双工的。SAS则是全双工。

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  USB 3.0模型当中内含了一组USB 2.0,因此它的每端口带宽可以认为是5Gbps+480Mbps=5480Mbps,如果双向带宽算入的话,那么就是10480Mbps。

USB3.0接口也不简单

  兼容旧设备基本上是一个新产品系列成功的基本,如x86处理器,DOS/Windows等,如果和之前不兼容,那么就相当于抛弃了一大堆用户,结果处境将会很糟糕,USB 3.0也一样,它必须兼容USB 2.0,由于电气传输上的不同,USB 3.0使用了一种简单而有效的方法:集成一个USB 2.0接口,使得USB 3.0和USB 2.0在链路上实际独立开来,从而可以完美地兼容旧有的设备。USB 3.0的双总线设计非常少见,笔者极少见到有类似的设计。

  接口上,USB 3.0和USB 2.0也必须互相兼容:

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USB 3.0的A型接口,和USB 2.0的外观一样

  有的USB 2.0 A插头必须能插进USB 3.0插座,新的USB 3.0 A插头也必须可以插入USB 2.0的插座,因此这个插座与插头实际上外观尺寸是一样的,奥妙之处在于插头里面:

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  USB 3.0:在最外面的四条粗USB 2.0兼容针脚的后面,额外增加了5条USB 3.0 SuperSpeed专用针脚,因此上面的两种情况都能轻松解决

  USB 3.0还有传输效率上的提升,它内部实际上是一个路由的架构,而不是USB 2.0的广播式的单总线架构,在同时连接多个设备的时候,其运作效率就会显得更高。同时USB 3.0的Bulk大块传输模式支持流特性,这对于音频视频等媒体应用非常有用,也许现在普通的USB声卡容易受其它设备干扰、声音容易中断的现象将会消失。

NEC USB3.0控制芯片

NEC D720200F1

  NEC作为USB 3.0控制器的开路先锋,2009年开始量产首款USB3.0控制芯片NEC D720200F1,成为当时唯一的USB 3.0解决方案,同时也是目前市场占有率最高的芯片。

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NEC D720200AF1

  不久前NEC又发布了第二代USB 3.0主控制器NEC D720200A,相比首款产品大大降低了待机功耗。第二代D720200A仍然符合USB 3.0 Rev1.0、Intel xHCI Rev0.96标准规范,系统总线符合PCI-E 2.0标准,主要变化是将待机功耗降低了85%之多,在系统未连接任何USB设备的时候控制器芯片只消耗50毫瓦电力。

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  除此之外,其他规格基本保持不变,比如PCI-E 2.0 x1系统接口、支持两个USB 3.0/2.0/1.1/1.0接口、电压1.05V/3.3V、温度范围0-85℃、最大功耗1.0W,而且继续采用176针FPBGA封装,尺寸10×10毫米,球间距0.63毫米,和第一代芯片针脚兼容。

睿思USB3.0控制芯片

睿思科技FL1000G

  早在今年年初的美国CES大展上,名不见经传的睿思科技股份有限公司(Fresco Logic Inc.)也推出了USB 3.0芯片的解决方案,成为了业内第二家推出量产型级别的USB 3.0芯片的公司。Fresco Logic提供了两种USB 3.0的芯片解决方案,一种就是目前已知的FL 1000G芯片,而另一种是FL 1009芯片。

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  FL1000G基于智原科技的物理层(PHY)研发而成,封装规格有LQFP 100针、TFBGA 84针两种,尺寸分别为12×12毫米和8×8毫米,内部整合了USB 3.0 5Gbps实体层传收器、xHCI标准主端控制器、PCI-E控制器与实体层传收器,符合USB 3.0 Rev 1.0、PCI-E 2.0规范并向下兼容,其主要优势是成本更低,非常适合中低端主板、转接卡等产品采用,睿思科技生产的FL1000G,与被广泛使用的NEC D720200芯片不同的是,FL1000G只能提供1个USB3.0接口(NEC D720200为2个)。

睿思科技 FL1009

  Fresco Logic最新发布的FL1009基于其自家的GoXtream xHCI加速引擎专利技术,已获得SuperSpeed USB认证徽标,保证性能的同时还支持低功耗模式,并能降低系统整体成本、缩短研发周期。

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  FL1009完全兼容SuperSpeed USB 1.0、xHCI 1.0标准规范,可以提供两个USB 3.0接口(向下兼容USB 2.0/1.1/1.0模式),系统总线从PCI-E 1.0升级为PCI-E 2.0,这样即便使用PCI-E x1接口,带宽也能从250MB/s翻番到500MB/s,正好满足USB 3.0 5Gbps的理论速度需求。

祥硕USB3.0控制芯片

祥硕ASM1051、ASM1051E

  华硕旗下子公司祥硕科技(Asmedia Technology) 为台湾最早投入USB 3.0研发的公司,并为最早量产USB 3.0 device端控制芯片的公司之一,其下两款USB 3.0控制器型号分别为“ASM1051”和“ASM1051E”(升级版),其杀手锏就是更低的价格,报价每颗不到3美元,只有NEC电子的一半。

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  ASM1051除了USB 3.0、USB 2.0与SATA 1.5/3.0Gbps物理层以外,高整合度的ASM 1051同时也整合了CPU与嵌入式RAM,而为USB与SATA设备互连的市场提供一款先进的解决方案,让用户能够更轻松地强化其储存设备性能。2009年12月成为台湾唯一通过认证的USB 3.0 to SATA控制芯片。并且ASM1051已在2009年12月底前大量出货。

威盛USB3.0控制芯片

威盛VL800

  威盛旗下VLI(VIA Labs Inc)已经开始试产全球首款四口USB 3.0控制器芯片VL800。

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  VL800控制器支持四组下行USB 3.0接口,除5Gbps Super-Speed USB传输外,还向下兼容USB High-Speed(480Mbps)、Full-Speed(12Mbps)和Low-Speed(1.5Mbps)旧版标准。支持0.96版 xHCI规范,支持UASP协议,支持USB接口充电。

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  VL800芯片目前已经开始样品出货,今年下半年我们就将看到搭载该芯片的主板产品上市。威盛也在Computex大展上展示了这款产品。

未来趋势:

  首先要提到的是AMD早在SB850南桥芯片就加入了对USB3.0的支持。事实上,AMD、瑞萨电子在去年早些时候就已经达成合作协议,共同致力于USB 3.0标准的推广,包括开发原型主板和驱动程序支持,但因为USB 3.0规范的主动权握在Intel手中,后者又有意推广自己开发的Light Peak接口,所以芯片组原生支持USB 3.0一时间成了奢望。来自台湾笔记本厂商的消息称,AMD目前正在与瑞萨科技、NEC电子合并后的新公司瑞萨电子进行探讨,考虑获得USB 3.0技术授权并将其集成在AMD Fusion APU融合平台首款芯片组Hudson D1芯片组中。

netease 本文来源:小熊在线 责任编辑:王晓易_NE0011
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