要點(diǎn)

1,移動(dòng)設(shè)備上多媒體內(nèi)容的增長(zhǎng)要求有更大的存儲(chǔ)容量和更快的連接速度,。

2,USB 3.0 5Gbps原生信號(hào)速率可以承擔(dān)大容量多媒體內(nèi)容的傳輸,，以及高清視頻流,。

3,USB 3.0微型連接器小于USB 2.0和HDMI微型連接器之和，從而節(jié)省了移動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的資源,。

4,雖然Wi-Fi有無(wú)線的便利,，但USB 3.0具有電池充電能力和超高的數(shù)據(jù)速率，使之成為最萬(wàn)能的連接選擇,。

移動(dòng)手持設(shè)備逐漸成為我們生活中不可缺少的一部分,，開(kāi)發(fā)人員每天都在發(fā)明新的應(yīng)用，以支持我們忙碌的生活方式,。例如,，智能手機(jī)和平板電腦都越來(lái)越多地用于媒體的回放。但是,，增加內(nèi)容及其傳送速度已成為最具挑戰(zhàn)性的工作之一,。因此,，提高存儲(chǔ)容量和數(shù)據(jù)傳輸速率都是移動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵,。盡管移動(dòng)設(shè)備的存儲(chǔ)容量每年翻番,，能跟上內(nèi)容的增長(zhǎng)，但數(shù)據(jù)傳輸速率卻一直上不去,。

USB 3.0的誕生

據(jù)In-Stat的數(shù)據(jù),，2015年，廠商將交付2.8億部有USB 3.0功能的手機(jī),。USB 3.0的帶寬較USB 2.0增長(zhǎng)了10倍,，實(shí)現(xiàn)了5Gbps的原始吞吐率，約600MB/s,，考慮到20%的協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)后,，這近乎于480MB/s的實(shí)際數(shù)據(jù)吞吐率。由于USB3.0是與數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)的,，因此可以傳送任何類(lèi)型的內(nèi)容,，包括高清視頻。USB 3.0亦提高了電源供應(yīng)與管理的門(mén)檻,。它允許設(shè)備在工作時(shí)從PC拉出最多900mA電流,，并且仍然保持了即插即用的能力。USB 3.0有多種節(jié)能模式,，如空閑,、睡眠與掛起，優(yōu)化了電池供電移動(dòng)設(shè)備的使用壽命,。

現(xiàn)在已有60多億部設(shè)備有USB功能,，并且在移動(dòng)手持設(shè)備中幾乎有100%的占有率，USB成為最普及的接口,。由于USB 3.0與USB 2.0反向兼容,，消費(fèi)者應(yīng)能毫無(wú)困難地理解并使用它。

消費(fèi)者和平板電腦設(shè)計(jì)者對(duì)USB 3.0一樣熟悉,。當(dāng)移動(dòng)計(jì)算轉(zhuǎn)向平板電腦這種尺度時(shí),，存在著兩種設(shè)計(jì)哲學(xué)。傳統(tǒng)筆記本電腦制造商(包括華碩,、宏基和東芝)都選擇從上至下的微型化,，而手機(jī)制造商(包括蘋(píng)果、三星和HTC)則采用自下至上的方案,。因?yàn)閮煞N方法都已存在了USB 2.0固件,，因此無(wú)論是筆電背景還是手機(jī)背景的平板電腦設(shè)計(jì)者，都會(huì)把轉(zhuǎn)向USB 3.0看作一個(gè)簡(jiǎn)單直接的過(guò)程,。

連接器問(wèn)題

雖然USB 3.0的標(biāo)準(zhǔn)A型連接器與USB 2.0尺寸相同,，但對(duì)于手機(jī),、平板電腦和其它手持設(shè)備上使用的USB 3.0微型連接器則存在著一些問(wèn)題。USB 3.0微型連接器有獨(dú)特的結(jié)構(gòu),，USB 3.0線要從USB 2.0連接器穿過(guò)(圖1),。制造商在為系統(tǒng)增加其它大型連接器方面持謹(jǐn)慎態(tài)度。USB 3.0微型連接器的總寬度為12.85mm (圖2),。這種連接器的外形要大于USB2.0,，而對(duì)渴望獲得極小尺寸的移動(dòng)設(shè)備制造商而言，這就帶來(lái)了問(wèn)題,。

圖1,，在USB 3.0微型連接器中,，USB 3.0線要通過(guò)USB 2.0連接器。該連接器尺寸大于USB 2.0連接器,，從而引發(fā)了移動(dòng)設(shè)備制造商的關(guān)切,。

圖2，連接器總寬為12.85mm,，大于USB 2.0連接器(數(shù)字來(lái)自USB 3.0規(guī)格),。

除了USB 2.0微型連接器以外，今天大多數(shù)高清手持設(shè)備都有一個(gè)HDMI(高清晰度多媒體接口)微型連接器,，用于傳送高清視頻流,。但是，制造商可以省略掉微型HDMI接口,，而代之采用MHL(移動(dòng)高清鏈接)接口傳送高清視頻,，MHL是一個(gè)新提出的移動(dòng)音/視頻接口，可將移動(dòng)設(shè)備直接連接到高清電視機(jī)和外接顯示器上,。由于MHL與連接無(wú)關(guān),，因此USB 3.0可以替代它承載音視頻信號(hào)，從而避免了對(duì)其它HDMI微連接器的需求,。

USB 3.0微型連接器小于USB和HDMI微型連接器兩者之和,。HDMI微型連接器尺寸為6.4mm長(zhǎng)，而USB2.0微型連接器長(zhǎng)度為7.8mm,?？紤]到兩者之間要有一個(gè)間距,，則總連接器的長(zhǎng)度就達(dá)到約15mm~16mm，超出USB3.0微型連接器25%以上,。因此,，移動(dòng)設(shè)備制造商可以用一個(gè)多功能USB 3.0微型連接器做出精致的設(shè)計(jì)，獲得更快的內(nèi)容傳輸速度,、電池充電速度,，以及通過(guò)MHL的高清視頻流。

拓展了吞吐量

大多數(shù)移動(dòng)設(shè)備中的存儲(chǔ)器采用的是SD(安全數(shù)字)卡或eMMC(嵌入多媒體卡)閃存技術(shù),。SD 2.0標(biāo)準(zhǔn)支持最大25MB/s速度，而eMMC 4.3標(biāo)準(zhǔn)支持最大52MB/s,。兩者均不能有效地利用USB3.0的全部數(shù)據(jù)帶寬,。不過(guò)，新的SD 3.0標(biāo)準(zhǔn)改變了這種局面,，新標(biāo)準(zhǔn)將SD性能提高到104MB/s,。同樣，最新的eMMC 4.41規(guī)范將升級(jí)到104MB/s,。SD 3.0已面世,，micro-SD版隨后就到，而符合eMMC 4.41的閃存器件則已量產(chǎn),。

USB 2.0幾乎不支持當(dāng)前的存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)(圖3),。到2012年底，基于UHS(超高速)II和UFS(通用閃存)的器件進(jìn)入市場(chǎng)時(shí),，USB 2.0將很快成為整體數(shù)據(jù)傳輸路徑上的速率瓶頸,。移動(dòng)系統(tǒng)制造商必須在自己的新設(shè)計(jì)中采用USB 3.0，才能充分利用到這些存儲(chǔ)提升的優(yōu)勢(shì),。

圖3,，作為接口演化的一部分，USB 2.0勉強(qiáng)支持著今天的存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn),。

伴隨高清視頻記錄功能的滲透,，移動(dòng)設(shè)備中數(shù)字內(nèi)容量也在持續(xù)增長(zhǎng)。一個(gè)10分鐘的家庭電影可以很容易地占到數(shù)吉兆的存儲(chǔ)量,。今天,，用戶一般會(huì)將這些電影傳送到PC上，做編輯,、分享和回放,。這對(duì)USB2.0尚算一個(gè)勉強(qiáng)的工作,，而USB 3.0 SuperSpeed則可提供幾乎無(wú)等待的即時(shí)感受。

由于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量太大,，手機(jī)和平板供應(yīng)商都在尋求用RAID(獨(dú)立磁盤(pán)冗余陣列)技術(shù)來(lái)提高數(shù)據(jù)流量,。采用RAID-0結(jié)構(gòu)時(shí)，大數(shù)據(jù)被分成條帶,，同時(shí)存儲(chǔ)在兩個(gè)SD或eMMC卡上,。RAID-0與USB 3.0同時(shí)使用時(shí)，存儲(chǔ)設(shè)備的最大吞吐量可以翻番,，更有效地使用USB 3.0的可用帶寬,。今天，一臺(tái)有最快USB2.0接口的手機(jī)要傳送一部8GB的電影,，需要花7min,，速度是18MB/s。升級(jí)到USB 3.0后,，拓寬了數(shù)據(jù)傳輸通路,，數(shù)據(jù)傳輸可以達(dá)到當(dāng)前存儲(chǔ)器的峰值極限，這意味著,，一個(gè)支持USB 3.0端口和兩個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備的RAID-0結(jié)構(gòu)的內(nèi)部橋可以運(yùn)行在存儲(chǔ)設(shè)備的最高性能,。這個(gè)速度現(xiàn)在大約為150MB/s~200MB/s。以此速度,，一部8GB電影的傳送時(shí)間減少

到41s(圖4和圖5),。

圖4，USB 3.0理論上可提供高達(dá)600MB/s的數(shù)據(jù)傳輸速率(a),，因此一個(gè)8GB的文件,，只需要不到14s的傳輸時(shí)間(b)。而實(shí)際上,，存儲(chǔ)器的速度限制了數(shù)據(jù)傳輸速率,。通過(guò)采用內(nèi)部橋和RAID-0結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)器的速度可達(dá)到150MB/s~200MB/s,，因此一個(gè)8GB要花41s,。

Cypress公司Benicia USB 3.0存儲(chǔ)控制器作為內(nèi)部橋，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的便攜設(shè)備數(shù)據(jù)流,，并提供RAID-0結(jié)構(gòu),。" src="http://files.chinaaet.com/images/2012/08/04/8066d900-2c29-4c8e-beb5-611936a5f234.jpg" />
圖5，Cypress公司Benicia USB 3.0存儲(chǔ)控制器作為內(nèi)部橋,，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的便攜設(shè)備數(shù)據(jù)流,，并提供RAID-0結(jié)構(gòu)。

USB 3.0還有助于降低設(shè)備的制造成本,。很多手持設(shè)備供應(yīng)商都會(huì)在出廠時(shí),，通過(guò)USB端口預(yù)先在設(shè)備中裝入應(yīng)用程序、音樂(lè),、電影以及其它內(nèi)容,。智能手機(jī)的操作系統(tǒng)和預(yù)裝內(nèi)容要大于2GB，制造商采用USB 3.0端口做手機(jī)預(yù)裝時(shí),，速度是USB 2.0的10倍，這樣提高了工藝效率,，能節(jié)省更多成本,。

同步與移動(dòng)

在云計(jì)算時(shí)代，出現(xiàn)了大量的云服務(wù),，如iCloud,、微軟SkyDrive，還有Dropbox,，用戶無(wú)需通過(guò)PC就能以無(wú)線方式同步自己的數(shù)據(jù),。移動(dòng)設(shè)備對(duì)連網(wǎng)技術(shù)的需求還有爭(zhēng)議。Wi-Fi是今天最常見(jiàn)的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn),，據(jù)IMS Research分析,，93%的連接速度是在智能手機(jī)和平板電腦上。它有無(wú)需接線的方便,，給我們?nèi)粘Ｉ顜?lái)了數(shù)不清的好處,，例如在本地星巴克店上網(wǎng)，在等飛機(jī)時(shí)發(fā)送電子郵件,，或用一部設(shè)備拍照片,，并通過(guò)云將其傳送給另外一部設(shè)備。

最新修訂版的Wi-Fi 802.11n支持MIMO(多輸入/多輸出),，多天線處理的數(shù)據(jù)明顯多于單天線,。Wi-Fi802.11n還提供40MHz的信道寬度，增加了吞吐量,，可以工作在不擁擠的5GHz ISM(工業(yè)/科研/醫(yī)療)頻段,。盡管802.11n的600Mbps理想帶寬仍然無(wú)法匹配USB 3.0的5Gbps帶寬,，但已經(jīng)足夠用于移動(dòng)設(shè)備與PC之間的內(nèi)容傳送。

然而,，Wi-Fi 802.11n在移動(dòng)設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)正在逐漸消失,。它的600Mbps最大帶寬通常只出現(xiàn)在理想的工作狀況下，此時(shí)40MHz寬的信道使用了四個(gè)空間流,。由于每個(gè)空間流都需要一根天線和一個(gè)ADC,，因此對(duì)移動(dòng)系統(tǒng)供應(yīng)商而言，把四套全做上是沒(méi)有性價(jià)比的,。為得到效率,，各個(gè)天線都需要遠(yuǎn)離放置；而緊湊的移動(dòng)設(shè)備尺寸嚴(yán)重限制了這種要求,。此外,，在擁擠的2.4GHz ISM頻段上，使用40MHz寬的信道通常是不實(shí)際的,，這個(gè)頻段充斥著藍(lán)牙設(shè)備,、微波爐，以及其它常見(jiàn)的RF設(shè)備,?？傊瑢?duì)于任何移動(dòng)設(shè)備,，實(shí)際的Wi-Fi帶寬會(huì)大幅下降,。

圖6,，移動(dòng)設(shè)備與PC之間的數(shù)字內(nèi)容無(wú)線傳送會(huì)同時(shí)消耗設(shè)備的電能,，除非設(shè)備連接了充電器或通過(guò)USB連接到PC上(a)。USB 3.0有多用途的連接能力,、大帶寬,，以及電池充電功能，因此在不久的將來(lái)很可能與移動(dòng)設(shè)備上的Wi-Fi共存(b),。

Wi-Fi還缺少了USB 3.0設(shè)備的可充電優(yōu)點(diǎn),。移動(dòng)設(shè)備與PC之間的數(shù)字內(nèi)容傳送過(guò)程也同時(shí)消耗了設(shè)備的電池，除非同時(shí)接了充電器或通過(guò)USB端口連接PC(圖6)。因此,，移動(dòng)設(shè)備永遠(yuǎn)不可能采用Wi-Fi方式,，做純粹“無(wú)繩”的同步，除非所傳輸?shù)臄?shù)字內(nèi)容量可以忽略不計(jì),。Wi-Fi最適合用于上網(wǎng),、發(fā)送電子郵件，以及聆聽(tīng)空中收音機(jī),；但它不是大量快速內(nèi)容傳送的選擇,。而由于USB 3.0兼具了多功能連接、大帶寬,，以及電池充電功能,，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，它很可能與Wi-Fi在移動(dòng)設(shè)備上并存,。

盡管USB 3.0是移動(dòng)設(shè)備的一種有前途的技術(shù),，它仍然必須克服一些障礙，才能獲得與USB 2.0同等的成功,。因?yàn)閁SB 3.0工作在更高的頻率,，于是就出現(xiàn)了一些新的挑戰(zhàn)，如信號(hào)完整性和電纜長(zhǎng)度,。但設(shè)計(jì)者可通過(guò)遵循最佳設(shè)計(jì)實(shí)踐,，克服這些挑戰(zhàn)。

現(xiàn)在,，只有少數(shù)PC帶有USB 3.0；因此,，移動(dòng)設(shè)備無(wú)法通過(guò)USB 3.0連到很多PC上,，即使移動(dòng)設(shè)備本身具有了這一功能。英特爾下一代支持原生USB 3.0主控的Ivy Bridge CPU已進(jìn)入市場(chǎng),，更多PC將帶有標(biāo)準(zhǔn)的USB3.0端口,。另外，早期USB 3.0適配器必須自己開(kāi)發(fā)USB3.0驅(qū)動(dòng)程序,，這樣就增加了額外開(kāi)銷(xiāo)和設(shè)計(jì)復(fù)雜性,。微軟已宣布在Windows 8操作系統(tǒng)中提供強(qiáng)大的USB 3.0支持，USB 3.0的無(wú)縫支持將遍及整個(gè)市場(chǎng),。

USB仍然是所有移動(dòng)設(shè)備中最萬(wàn)能的連接選擇,。USB 3.0有明確的優(yōu)點(diǎn)，如大帶寬和電池充電,，因此成為大量數(shù)據(jù)傳輸與高清視頻流的理想選擇,。USB 3.0將獲得用戶從USB 2.0得來(lái)的強(qiáng)大認(rèn)同，從硬件到軟件都發(fā)展出一個(gè)廣泛的生態(tài)系統(tǒng)。現(xiàn)在正是移動(dòng)系統(tǒng)制造商在下一代移動(dòng)設(shè)備中引入SuperSpeed USB 3.0的最佳時(shí)機(jī),。