USB 3.0 – новые возможности, новые технические решения, новые кабели.

Стандарт USB 3.0 определяет универсальный скоростной интерфейс. Новая версия интерфейса USB 3.0 поддерживает полнодуплексный режим передачи данных, а пропускная способность возрасла до 4,8 Гбит/с, то есть примерно в десять раз. Улучшены возможности энергосбережения, но обратная совместимость с устройствами USB 2.0 и USB 1.1 по возможности будет сохранена. Созданием USB 3.0 занимались компании Intel, Microsift, Hewlett-Packard, Texas Instruments, NEC и NXP Semiconductors.

Новая ревизия стандарта Uni­versal Serial Bus (рис. 1) предусматривает глубокую модернизацию шины, призванную устранить основные ее недостатки - невысокую ско­рость передачи данных и непри­емлемые накладные расходы на обслуживание протокола. Для этого и была введена новая шина USB SuperSpeed, позволяющая до­биться реальной пропускной спо­собности интерфейса 3,2 Гб/с (400 МБ/с). Теоретически же USB 3.0 может передавать дан­ные со скоростью 4,8 Гб/с (на­помним, что заявленная пропус­кная способность USB 2.0 состав­ляла 480 Мб/с, однако на прак­тике наиболее типичными пока­зателями являются 30-35 МБ/с.

Рис. 1. Что входит в стандарт USB 3.0.

В USB 3.0 радикально улучшена работа с мелкими файлами (это было бичом прошлой ревизии стандарта). SuperSpeed предусматривает возможность передачи данных несколькими потоками по од­ному соединению: теперь все операции проводятся в рамках потока внутри уже существую­щего соединения и не требуют больших накладных расходов. Во второй версии USB, в ходе одной операции, данные передаются только в одну сторону. Шина SuperSpeed, в отличие от USB 2.0, является полнодуп­лексной, поэтому контроллер мо­жет одновременно и принимать, и передавать данные без потерь производительности. Для поддержки полного дуплекса введены две до­полнительные пары проводов и обязательное экранирование ка­беля.

Стандарт SuperSpeed Universal Serial Bus (USB 3.0) является новой версией интерфейса, которая обеспечивает полнодуплексный режим передачи данных и пропускную способность до 4,8 Гбит/с (то есть она возросла примерно в десять раз), но обратная совместимость с устройствами USB 2.0 и USB 1.1 будет максимально сохранена (см. рис. 2).

Кабель для шины USB 2.0 содержит в себе четыре линии — пару для приёма/передачи данных, плюс и ноль питания. В дополнение к ним USB 3.0 (рис. 3) добавляет пять новых линий. В дополнение к имеющимся в предыдущих версиях стандарта линиям питания, земли и дифференциальной пары для передачи данных добавлено ещё две дифференциальные пары для SuperSpeed-режима и отдельный экран, из-за чего сам кабель конструкцией и диаметром стал напоминать экранированную витую пару (STP) категории 6, а SuperSpeed часть USB 3.0 производительностью и использованными методами передачи информации очень напоминает PCI-E 2.0 1x во внешнем исполнении, к сожалению, являясь с ним полностью несовместимой.

Рис. 2. Super speed: 5 Гбит/с (USB 3.0); High speed: 480 Мбит/с (USB 2.0); Full speed: 12 Мбит/с (USB 1.1); Low speed: 1.5 Мбит/с (USB 1.0). 

В результате этого кабель стал гораздо толще, однако новые контакты расположены параллельно по отношению к старым на другом контактном ряду. Теперь можно будет с лёгкостью определить принадлежность кабеля к той или иной версии стандарта, просто взглянув на его разъём. В спецификации USB 3.0 разъёмы и кабели обновлённого стандарта физически и функционально совместимы с USB 2.0.

Каждая пара будет защищена оплеткой (shielded). Вообще, кабель достаточно сложный в разрезе и в наполнении - там есть даже стоковые GND провода в высокоскоростных парах (которые соединены с GND хоста, но не соединены с разъемом). Т.е. проводов в кабеле больше, чем 4 пары - всего 10 (рис. 3).

    Рис. 3. Кабель USB 3.0

Пожалуй, пока единственный заметный недостаток USB 3.0 - это снижение максимальной длины SuperSpeed кабеля до 3 метров, но, возможно, эта информация в дальнейшем будет уточнена, и по итогам массового внедрения эта цифра может непринципиально измениться как в большую, так и в меньшую сторону.

                               Характеристики кабеля USB (рис. 4) стандарта USB 3.0 длиной 3 метра TU3-C10 (Версия v1.0R):

- передача данных на скорости до 5 Гбит/с;

- полнодуплексная передача данных для обеспечения поддержки будущих стандартов;

- обратная совместимость со стандартом USB 2.0;

- коннекторы Type-A "папа" и Type-B "папа" .

Рис. 4

Как известно, часть проблем при эксплуатации USB-устройств может быть вызвана использованием оборудования и кабелей, не удовлетворяющих требования спецификаций USB. И если при использовании USB 1.X несоответствие основным  требованиям  спецификации редко приводит к ошибкам, то уже USB 2.0 такого несоответствия не допускает, а новый стандарт USB 3.0 со скоростью передачи до 4,8 Гбит/с и тем более. Проблемы с кабелем USB могут прояв­ляться по разным причинам:

- компьютер «не опознает» (не ви­дит) устройство, подключенное к USB;

- компьютер  «опознает» USB-устройство, но через некоторый период вре­мени его «теряет»;

- USB-устройство работает неста­бильно (например, принтер изредка распе­чатывает пустые листы, обрывает распечатку, зависает и т.п.).

Все эти проявления могут быть вызваны, например, еще и тем, что рядом с кабелем USB проходит сило­вой питающий кабель, или может располагаться розетка, силовые трансформаторы, мощные акустические сис­темы. При использовании качественных экра­нированных кабелей все эти негативные факторы практически не влияют на работу уст­ройств, но дешевые «тонкие» кабели, изготовлен­ные неизвестными производителями становятся в этих условиях источником сбоев и других проблем (если воз­можность замены низкокачественного кабеля отсутствует, то для решения проблемы можно конечно попытаться снизить скорость передачи данных изменяя настройки драйверов или  BIOS SetUp).

Разработчики уже продемонстрировали образцы разъёмов USB 3.0 с медным кабелем в качестве физического носителя сигнала, но естественно переход на новый стандарт USB предъявил и более «жесткие» требования к качеству соединительных кабелей. Вилки и разъёмы USB 3.0 будут чуть длиннее/глубже существующих, но это не помешает им сохранить обратную совместимость с USB 2.0.

Полной обратной совместимости разъемов (см. табл. 1) все-таки не достигнуто, ниже перечислены возможные сочетания:

 - USB 2.0 устройство с разъёмом USB типа A, например, "флешку", можно подключить к USB 3.0 контроллеру, и оно будет там работать.

 - USB 2.0 устройство с разъёмом USB типа B, например, принтер, можно подключить к USB 3.0 контроллеру стандартным кабелем USB 2.0 A<->B, и оно будет там работать, разъёмы на кабеле просто не достанут до отвечающих за USB 3.0 контактов.

 - USB 3.0 устройство с разъёмом USB типа A можно подключить к контроллеру USB 2.0, и оно должно там работать в режимах USB 2.0.

 - USB 3.0 устройство не будет работать с контроллером USB 1.1.

 - Кабель USB 3.0 типа B невозможно подключить к разъёму USB 2.0, разъёмы старого типа недостаточно глубоки для него.

Пиковая производительность USB 3.0 позволяет файл размером 25 Гб передать приблизительно за 70 секунд (у соединения USB 2.0 на то же задание уйдёт 14 минут). Был добавлен новый тип разъёма - USB Powered B. В дополнение к уже имеющимся в USB 3.0 контактам там добавлены два принципиально новых - DPWR и DGND, которые обеспечивают возможность питания контроллера подключенным к нему устройством (а не наоборот, как было во всех других версиях интерфейса).

Стандарт USB 3.0 предлагает нам более оптимизированное энергетическое управление. Улучшены возможности энергосбережения.

USB 3.0 устраняет почти все недостатки USB 2.0 и имеет значи­тельный запас пропускной способности. Но пожалуй, единствен­ными устройствами, которые теоретически могут загрузить эту шину полностью, являются SSD. Все же, в первую очередь, новый стандарт разрабатывался для устройств категории «sync-and-go», то есть для мобильных телефонов, плееров и внешних накопителей. Среди первых продуктов с его поддержкой будут конечно и внешние накопители, для которых существующий интерфейс уже накладывает ряд ограничений, кроме того, USB 3.0 может использоваться и для трансляции HD-видео.