Порт - USB 3.0

Компания Intel предложила создать консорциум, главной целью которого стала разработка нового высокоскоростного стандарта передачи данных USB 3.0. В состав консорциума вошли Intel, HP, Microsoft, NEC, NXP Semiconductors и Texas Instruments.

USB Implementers Forum финализировал спецификации стандарта USB 3.0 в конце 2008 года. Новый стандарт увеличил пропускную способность, хотя прирост не такой значительный, как 40-кратное увеличение скорости при переходе от USB 1.1 на USB 2.0.

Согласно спецификации, USB 3.0 будет работать со скоростью 5 Гбит в секунду, что примерно в 10 раз быстрее USB 2.0. Пропускная способность почти в два раза превышает современный стандарт Serial ATA (3 Гбит/с с учётом передачи информации избыточности).

Новый интерфейс будет рассчитан на использование в потребительской электронике и мобильных устройствах, там, где требуется перекачка больших по размеру файлов. USB 3.0 основан на существующей технологии USB и будет обеспечивать обратную совместимость, на размеры разъемов будут несколько различаться. Кроме того, новый стандарт будет потреблять меньшее количество электроэнергии. Появление первых устройств с поддержкой USB 3.0 ожидается в 2009-2010 гг.

Преимущества

Если говорить о главном преимуществе стандарта USB 3.0 по сравнению со стандартом USB 2.0, то это, конечно же, скорость передачи данных. Спецификацией USB 3.0 предусмотрен режим SuperSpeed со скоростью передачи данных до 5 Гбит/с (640 Мбайт/с), то есть более чем в 10 раз превышающей ту, что предусмотрена спецификацией USB 2.0. Конечно, реальная скорость передачи данных будет, скорее всего, ниже, однако даже с учетом этого для большинства периферийных устройств такой пропускной способности шины USB 3.0 более чем достаточно.

Естественно, высокая скорость передачи у шины USB 3.0 — это не единственное ее отличие от шины USB 2.0. Но при всех различиях (коих немало) сохраняется обратная совместимость USB 3.0 c USB 2.0. То есть в спецификации USB 3.0, кроме режима SuperSpeed, оставлены и режимы Hi-Speed, Full-Speed и Low-Speed. Кроме того, разъемы USB 3.0 совместимы с разъемами USB 2.0. Это означает, что все периферийные устройства с интерфейсом USB 2.0 можно будет подключать к шине USB 3.0.

Следующее важное отличие спецификации USB 3.0 от USB 2.0 заключается в том, что стандартом предусмотрена двунаправленная передача данных по разным витым парам. Таким образом, контактов в разъемах USB 3.0 стало больше. Увеличилось и количество проводов в USB-кабеле. Так, в стандарте USB 2.0 одна витая пара использовалась для приема/передачи данных, а другая — для питания, то есть в разъемах USB 2.0 было четыре контакта, а USB-кабель содержал четыре провода.

В спецификации USB 3.0 первая витая пара применяется для передачи данных, вторая — для приема данных, третья

— для питания, а для совместимости со стандартом USB 2.0 предусмотрена четвертая витая пара, по которой осуществляется прием/передача данных в режиме USB 2.0 (Hi-Speed, Full-Speed и Low-Speed). Кроме того, в обязательном порядке присутствует еще одна «земля» (GND_DRAIN) в виде оплетки двух витых пар.

Таким образом, в кабеле USB 3.0 не четыре провода (как в кабеле USB 2.0), а восемь, а в разъемах USB 3.0 как минимум девять контактов (оплетки витых пар подключаются к контакту GND_DRAIN).

Seagate первой продемонстрирует устройство с USB 3.0 на выставке CES в Лас-Вегасе (январь 2009). USB 3.0 будет использоваться во внешнем жестком диске Seagate FreeAgent, оснащенным контроллером Symwave. Последний и обеспечивает поддержку USB 3.0.

Кодирование 8/10 бит

Чтобы гарантировать надёжную передачу данных интерфейс USB 3.0 использует кодирование 8/10 бит, которое используется, например, в Serial ATA. Один байт (8 бит) передаётся с помощью 10-битного кодирования, что улучшает надёжность передачи в ущерб пропускной способности. Поэтому переход с битов на байты осуществляется с соотношением 10:1 вместо 8:1.

Режимы энергосбережения

Конечно, основной целью интерфейса USB 3.0 является повышение доступной пропускной способности, однако новый стандарт эффективно оптимизирует энергопотребление. Интерфейс USB 2.0 постоянно опрашивает доступность устройств, на что расходуется энергия. Напротив, у USB 3.0 есть четыре состояния подключения, названные U0-U3. Состояние подключения U0 соответствует активной передаче данных, а U3 погружает устройство в "сон".

Если подключение бездействует, то в состоянии U1 будут отключены возможности приёма и передачи данных. Состояние U2 идёт ещё на шаг дальше, отключая внутренние тактовые импульсы. Соответственно, подключённые устройства могут переходить в состояние U1 сразу же после завершения передачи данных, что, как предполагается, даст ощутимые преимущества по энергопотреблению, если сравнивать с USB 2.0.

Больший ток

Кроме разных состояний энергопотребления стандарт USB 3.0 отличается от USB 2.0 и более высоким поддерживаемым током. Если USB 2.0 предусматривал порог тока 500 мА, то в случае нового стандарта ограничение было сдвинуто до планки 900 мА. Ток при инициации соединения был увеличен с уровня 100 мА у USB 2.0 до 150 мА у USB 3.0. Оба параметра весьма важны для портативных жёстких дисков, которые обычно требуют чуть большие токи. Раньше проблему удавалось решить с помощью дополнительной вилки USB, получая питание от двух портов, но используя только один для передачи данных, пусть даже это нарушало спецификации USB 2.0.

Новые кабели

USB 3.0 не использует волоконную оптику, поскольку она слишком дорога для массового рынка. Поэтому перед нами старый добрый медный кабель. Однако теперь у него будет девять, а не четыре провода. Передача данных осуществляется по четырём из пяти дополнительных проводов в дифференциальном режиме (SDP--Shielded Differential Pair). Одна пара проводов отвечает за приём информации, другая - за передачу. Принцип работы похож на Serial ATA, при этом устройства получают полную пропускную способность в обоих направлениях. Пятый провод - "земля".

Цветовое кодирование

Стандарт USB 3.0 обратно совместим с USB 2.0, то есть вилки кажутся такими же, как и обычные вилки типа A. Контакты USB 2.0 остались на прежнем месте, но в глубине разъёма теперь располагаются пять новых контактов. Это означает, что вам нужно полностью вставлять вилку USB 3.0 в порт USB 3.0, чтобы удостовериться в режиме работы USB 3.0, для которого требуются дополнительные контакты. Иначе вы получите скорость USB 2.0. USB Implementers Forum рекомендует производителям использовать цветовое кодирование Pantone 300C на внутренней части разъёма.

Разъем USB 3.0 типа B

У USB-вилки типа B различия визуально более заметны. Вилку USB 3.0 можно определить по пяти дополнительным контактам.

Разъем USB 3.0 типа B, как и разъем USB 2.0 типа B, будет использоваться для подключения стационарных периферийных устройств, таких как принтеры, МФУ и внешние диски.

В компьютерах гнездовые разъемы USB 3.0 типа B применяться не будут (как не используются гнездовые разъемы USB 2.0 типа B). Разъем USB 3.0 типа B частично совместим с разъемом USB 2.0 типа B, то есть в гнездовой разъем USB 3.0 типа B, кроме штепсельного разъема USB 3.0 типа B, можно вставлять штепсельный разъем USB 2.0 типа B. А вот вставить в гнездовой разъем USB 2.0 типа B штепсельный разъем USB 3.0 типа B не удастся.

Разъем USB 3.0 Powered-B

Разъем USB 3.0 Powered-B по своему формфактору полностью совместим с разъемом USB 3.0 типа B, но отличается от него наличием двух дополнительных контактов питания (DPWR и DGND) и двух дополнительных проводов в USB-кабеле, что позволяет запитывать USB-адаптеры без необходимости подключения их к сети.

В гнездовой разъем USB 3.0 Powered-B можно вставлять штепсельный разъем USB 3.0 Powered-B, разъем USB 3.0 типа B и USB 2.0 типа B. Всего в разъеме USB 3.0 Powered-B имеется 11 контактов.

Разъёмы мобильных устройств

У разъёмов для мобильных устройств изменения более заметны. Старый разъём Micro-B USB 2.0 имел ширину 6,86 мм, однако теперь ширина разъёма USB 3.0 Micro-B для мобильных телефонов, плееров и смартфонов увеличилась до 12,25 мм. Опять же, разъёмы были сделаны таким образом, чтобы обеспечить совместимость c USB 2.0.

Разъем USB 3.0 Micro-B

Разъем USB 3.0 Micro-B ориентирован на использование в портативных устройствах, таких как мобильные телефоны, коммуникаторы и т.д. Он совместим с разъемом USB 2.0 Micro-B, то есть в гнездовой разъем USB 3.0 Micro-B, кроме штепсельного разъема USB 3.0 Micro-B, можно также вставлять штепсельный разъем USB 2.0 Micro-B. Однако в гнездовой разъем USB 2.0 Micro-B нельзя вставить штепсельный разъем USB 3.0 Micro-B.

Совместимость гнездового разъема USB 3.0 Micro-B с штепсельным разъемом USB 2.0 Micro-B достигается за счет того, что разъем USB 3.0 Micro-B как бы разделен на две конструктивные части: USB 2.0 и USB 3.0. В часть USB 2.0 можно отдельно вставлять штепсельный разъем USB 2.0 Micro-B. Штепсельный разъем USB 3.0 Micro-B также конструктивно разделен на две части и может вставляться только в гнездовой разъем USB 3.0 Micro-B (или USB 3.0 Micro-AB).

Всего в разъеме USB 3.0 Micro-B имеется десять контактов. Кроме стандартных контактов VBUS, D-, D+, GND, SSTX-, SSTX+, GND_DRAIN, SSRX- и SSRX+, есть еще один специфический контакт ID, предназначенный для идентификации режима OTG.

Разъем USB 3.0 Micro-AB

Гнездовой разъем USB 3.0 Micro-AB будет использоваться только в устройствах, поддерживающих стандарт OTG (On-The-Go) (собственно, как и разъем USB 2.0 Micro-AB). В гнездовой разъем USB 3.0 Micro-AB можно будет вставлять штепсельные разъемы USB 3.0 Micro-B, USB 3.0 Micro-A, USB 2.0 Micro-B и USB 2.0 Micro-A. А вот гнездовой разъем USB 2.0 Micro-AB будет совместим только со штепсельными разъемами USB 2.0 Micro-B и USB 2.0 Micro-A.

Длина кабеля тоже изменилась. Стандарт USB 2.0 позволял использовать кабели с длиной до пяти метров, однако USB 3.0 поддерживает максимальную длину только три метра.

Концентраторы USB 3.0

Конечно, USB 3.0 потребует новых USB-концентраторов (хабов), позволяющих подключать несколько устройств через одно физическое соединение. Концентраторы USB 3.0 будут сложнее, чем устройства класса USB 2.0, поскольку им придётся включать в себя два концентратора: первый SuperSpeed для работы USB 3.0, второй - для поддержки USB 2.0. Пользователю всё будет прозрачно, поскольку все порты будут соединяться к обоим концентраторам. Впрочем, такой подход всё же не повышает максимальное количество устройств на порт USB, которое осталось 127.

Следует отметить возможные проблемы совместимости со стандартом USB 1.1, поскольку устройства USB 3.0 не гарантируют совместимость со старым стандартом на 12 Мбит/с. Поэтому концентраторы USB 3.0 не будут работать со старыми контроллерами USB 1.1.

Перспективы

Спецификации уже утверждены, но пройдёт ещё несколько месяцев, прежде чем на рынок выйдут устройства USB 3.0 в сколько-нибудь заметных количествах. USB 3.0 Promoter Group ожидает, что потребительские продукты USB 3.0 будут доступны к 2010 году - на год позже, чем предполагалось раньше.

Microsoft уже объявила, что компания не будет поддерживать USB 3.0 в "родном" режиме после выхода Windows 7. Время между финализацией спецификаций USB 3.0 и завершением Windows 7 было слишком коротким, чтобы добавить поддержку в Windows 7.

Впрочем, Microsoft определённо добавит поддержку USB 3.0 через обновления. Но пока не известно, будет ли доступна поддержка USB 3.0 для пользователей операционных систем Windows XP или Windows Vista, чтобы и они смогли выиграть от технологии Super Speed.

Задержка также повлияла на разработку продуктов и других производителей, таких как Intel. Изначально ходили слухи, что чипсет Ibex Peak (P55) будет поддерживать USB 3.0, но этого не случилось. Пользователям придётся ждать платформы Intel для 2010 года, чтобы получить встроенную поддержку USB 3.0.