5Gbit/s是第三代通用序列匯流排(USB 3.0)新增的SuperSpeed訊號從控制器經接頭、經過可長達3米(m)的連接線、到另一端接頭至控制器間的傳輸速率。要傳送的資料在SuperSpeed控制器內，會先由8位元(bit)轉成較不易受干擾或衰減影響、且容易校正取樣時機的10位元編碼再送出，另一端控制器再由10位元轉回8位元。
在這8b/10b編碼來回轉換的影響下，SuperSpeed實際硬體最大傳輸速率減少20%，僅剩4Gbit/s。加上傳輸封包(Packet)的編碼，以及軟體控制程式指令等的影響，USB應用者論壇(USB-IF)在其USB 3.0規範文件中估計，實際單向最大資料傳輸速率約為3.2Gbit/s(=400MB/s)或略佳。
另一個可能會影響USB 3.0實際資料傳輸速率的因素，是USB 3.0主控制器(Host)上接的是什麼介面(Bus)或插槽(Slot)。常用的PCI Express 2.0單一通道(PCIe 2.0×1)插槽與USB 3.0 SuperSpeed門當戶對，皆使用類似的雙向5Gbit/s訊號速率，經8b/10b編碼來回轉換後，實際硬體最大單向資料傳輸速率都是4Gbit/s，所以PCIe 2.0不至於成為傳輸瓶頸。
PCIe 2.0×1插槽常見於使用英特爾(Intel) i3/5/7系列中央處理器(CPU)的主機板或桌上型電腦。使用英特爾Core 2中央處理器與4系列晶片組(Chipset)的主機板或桌上型電腦，通常只有供顯示卡用的十六通道(×16)長插槽支援PCIe 2.0，較短的單一通道(×1)插槽僅支援傳輸速率減半的PCIe 1.0。
筆記型電腦現有的ExpressCard插槽也僅支援會形成傳輸瓶頸的PCIe 1.0，因此現有連接ExpressCard的USB 3.0控制卡僅能達到USB 3.0 SuperSpeed的一半傳輸極速。
USB 3.0應用逐漸浮現
內含USB 3.0 to SATA控制晶片的外接式硬碟是目前USB 3.0最風行的應用，市面上已可見到許多廠商銷售此產品。由於有十幾家晶片設計公司在競逐這個商機，USB 3.0晶片價格與USB 2.0晶片的差距正急速縮小中。目前USB 3.0外接式硬碟的傳輸速率已可達到200MB/s以上，要備份一個250GB的硬碟僅需21分鐘。
為了在一片紅海中找商機，USB 3.0 to SATA控制晶片設計公司除了採用較小晶片封裝、整合電壓轉換器等功能以降低整體解決方案的成本外，也紛紛加入支援雙硬碟與磁碟陣列(RAID)以防止資料毀損，硬體加密，以及由現今可達3Gbit/s速度的SATA 2.0提升到6Gbit/s速度的SATA 3.0，以最低的成本、最強的功能來爭取客戶。
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固態硬碟(SSD)不受傳統硬碟的碟片轉速與讀取頭機件的限制，加上可以同時並行存取多個儲存型快閃(NAND Flash)記憶體以提升傳輸速率，理論上固態硬碟比傳統硬碟更易利用升級USB 3.0此新介面來提升傳速。但由於固態硬碟價格頗高，目前多用在平板裝置或高階超薄的筆記型電腦，在外接式硬碟市場尚不多見。 |
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USB 3.0隨身碟是另一個市面上已常見也有多家晶片設計公司競逐的市場。以USB 2.0隨身碟30MB/s的速率，傳輸32GB約需18分鐘。市面上USB 3.0隨身碟可提高速率一至兩倍，使所需時間降為6～9分鐘。其存取速率的關鍵除USB介面的速率外，還在於採用的NAND Flash是較快但較貴的單層單元(SLC)，還是較經濟的TLC，以及記憶晶片存取通路(Channel)是一路、二路，還是四路並列。極力追求速度的提升、有可能造成使用記憶晶片顆數變多，而使隨身碟體積變大、成本變高，未必是一般非重度使用者的最佳選擇。 對一般使用者或只使用隨身碟傳遞容量不大的檔案的人來說，USB 3.0隨身碟節省時間的效益並不明顯，隨身碟供應商勢必要將價差縮小，才能讓USB 3.0隨身碟更普及。 |
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目前的個人電腦，絕大多數已內建以PCI Express介面與晶片組連接的乙太網路控制器。然而在若干特定應用環境下，連接USB介面的乙太網路控制器(USB to Ethernet Adapter)會是最佳的選擇。首先是平板裝置或是超薄的筆記型電腦如蘋果(Apple)MacBook Air，由於超薄的機身容納不下乙太網路的RJ-45接頭，若是不使用內建的無線網路，而須要連接較安全而穩定的有線乙太網路時，利用USB介面的外接式乙太網路卡最為方便。 另外，由於省電或低成本的考量，許多專為可攜式產品或內嵌式工業應用而設計的單晶片微處理器(MPU)並不支援PCI Express介面，使用USB介面是最便於增加乙太網路或其他功能的方法。
由於USB 2.0實際傳輸速率的限制，市面上較常見到USB 2.0 to 10/100Mbit/s乙太網路(Ethernet)卡。新推出的USB 2.0 to GbE高速乙太網路控制器如史恩希(SMSC)LAN7500，能達到逾300Mbit/s持續傳輸速率，雖然已是100Mbit/s的三倍速度，但較一般電腦內建連接於PCI Express介面的GbE控制器還是稍慢一些。未來USB 3.0 to GbE乙太網路控制器上市後，即可達到接近1Gbit/s的速率。 |
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若是筆記型或桌上型電腦只有一個影像圖形陣列埠(VGA)接頭，要如何連接只有高畫質多媒體介面(HDMI)接頭的電視，或是使用多重顯示器？常在電視新聞看到華爾街的交易員一個人盯著好幾個螢幕，一個看網路新聞、一個看大盤走勢，還有一個可以看個股資料兼下單。USB外接顯示擴充卡(USB Display Adapter)可以利用無所不在、又可用集線器(Hub)擴充接頭數量的USB介面，讓一台電腦可外接多達十幾個顯示器，顯著提升工作效率(圖1)。
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| 圖1 USB顯示應用之工作原理示意圖 |
如今，電腦顯示器物美且價廉。只要有空間擺放，不是超級營業員也可以使用多重顯示器，同時上網、寫報告、填報表、看郵件，或是在家邊打遊戲邊回MSN，不再須要既麻煩又易出錯地在幾個應用視窗間頻繁切換。
USB外接顯示擴充卡並不是外接式的第二顯示卡，其功能是將USB接頭變身轉換成一個顯示橋接器。多重螢幕的所有畫面，都由電腦原有的顯示晶片產生。使用USB來顯示畫面前，電腦必須以原有顯示螢幕先安裝USB顯示的驅動程式。之後，已安裝的驅動程式會透過作業系統如微軟(Microsoft)Windows的顯示規範取得個別螢幕的畫面，經過分割與壓縮，再由USB送出。到了USB周邊端，USB顯示晶片將資料解壓縮、還原成完整畫面，再透過VGA、數位視訊介面(DVI)、HDMI或DisplayPort接頭把畫面送到顯示器或電視。
播放1,080p的全高畫質(Full HD)影片，需要高達約1.5Gbit/s的資料。計算方式為1,920×1,080p，再乘24bit Color(一千六百七十八萬色)，再乘30FPS(每秒三十個畫面)，約等於1.5Gbit/s。以USB 2.0不到480Mbit/s的頻寬，來傳送1,080p的影片，必須執行四倍以上的壓縮。壓縮會增加中央處理器的負載，加上經過高倍數壓縮、解壓縮的過程，會造成畫面的些微失真，使得眼光超銳利又要高效能的玩家無法滿意。史恩希已率先推出編號UFX7000的USB 3.0顯示控制器，以SuperSpeed的高速度，使壓縮不再是必要，讓USB顯示的品質更上層樓。
USB顯示可加上無線區域網路(Wi-Fi)、超寬頻(UWB)、或乙太網路轉USB主控端的控制晶片，而衍生出由電腦無線傳輸影像到大尺寸電視，或以乙太網路傳輸影像到100米外的數位看板等應用。
另一種新應用則以USB顯示加上音效晶片、鍵盤與滑鼠，即可以極低成本組成一個個超精簡終端機(Zero Client)，搭配載入微軟新推出的Windows Multipoint Server 2011作業系統的桌上型電腦，可供十個或更多的使用者，在學校、圖書館、銀行或中小企業各自獨立操作，既節省硬體與電力成本，又大幅地減少軟體更新、掃毒與資料備份等電腦管理所需的時間，是省錢、省力又環保節能的好選擇。 |
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以傳統VGA解析度的網路攝影機(Webcam)來看，640×480p，再乘24bit Color，再乘30FPS，若不壓縮約需220Mbit/s。USB 2.0的頻寬足夠直接傳送，再利用中央處理器作壓縮，可節省網路攝影晶片的成本。由於網路攝影機的主要用途是即時視訊會談，受限於網路上傳頻寬，使用如H.264的高倍數壓縮有所必要。一般家用網際網路上傳頻寬有限，以二十四倍壓縮仍需9Mbit/s，所以必須畫面背景不快速移動或降低色彩與畫面更新速度再上傳。 近來高畫質的720p HD網路攝影機也已上市，計算一下頻寬需求，1,280×720p，再乘24bit Color，再乘24FPS，若不壓縮約需530Mbit/s，USB 2.0已無法承載，必須在網路攝影機的控制器端先行壓縮，再傳送到中央處理器。使用更高速的USB 3.0，則毋須壓縮，即時傳送完美傳輸不失真的1,080p Full HD或更高解析度的錄影到電腦。
網路攝影機的資料傳輸方向，是由周邊上行至主機。由於USB 3.0 SuperSpeed有兩對獨立的通道，支援資料同時雙向傳遞，即使同時利用USB外接顯示擴充卡由主機下行，經SuperSpeed傳送畫面至顯示器，高畫質攝影與高畫質顯示雙方也不必爭用頻寬，可以各自享有5Gbit/s傳輸速率。這是只使用一對線、單工雙向、輪流分享480Mbit/s頻寬的USB 2.0 High Speed所不及，由此看來，在雙向同時傳送資料時，USB 3.0的速率約可達USB 2.0的二十倍。 |
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USB外加擴充連接埠(Docking Station)是一個多功能周邊，可能包含由顯示擴充晶片連接顯示器、音效晶片連接喇叭、網路晶片連接有線乙太網路、與藉由USB集線器所擴充的數個USB接頭，用來連接鍵盤、滑鼠與外接硬碟等儲存裝置(圖2)。讓筆記型電腦回到家中或辦公室後，只要連接一條USB線，就能變身為全功能的桌上型電腦，享受大尺寸的人機介面，與多種類的周邊裝置所帶來的舒適便利。
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| 圖2 USB外加擴充連接埠 |
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過去，由於USB 2.0的頻寬有限，不足以提供眾多影音儲存裝置同時運作，所以電腦廠商多以自家設計八十至一百接腳的大型接頭來連接筆記型電腦與專屬擴充連接埠。如今USB 3.0速率大增，又可跨廠牌、跨機型使用，在筆記電腦朝向輕薄短小的趨勢下，USB 3.0通用外加擴充連接埠(Universal Docking Station)，可望越來越受歡迎，進而大量普及。
因緣聚合USB 3.0大有可為
最後來談一個USB 3.0開發廠商經常被詢問的問題：英特爾力拱的Light Peak光纖介面，或由其衍生改為銅線的Thunderbolt介面，是否將來會取代USB 3.0？
根據目前已公開的資訊顯示，衍生自Light Peak、在蘋果(Apple)採用之後廣受矚目的Thunderbolt，現今的傳輸速率是10Gbit/s，為USB 3.0 SuperSpeed的兩倍，未來版本的速率還會再提高，其中承載的PCI Express 2.0是目前系統主板內部最常用的高速介面，另一個承載的DisplayPort是顯示介面的明日之星，但尚未在眾多的外接顯示介面中脫穎而出。
Thunderbolt還能提供10瓦(W)的電力，高於USB 3.0的4.5瓦。單由技術規格來看，USB 3.0似乎不如Thunderbolt。然而，好的技術若沒有合宜的價格，除非能帶來革命性的新應用，將不易被主流市場接受而大量普及。英特爾當年力拱的RDRAM最終不敵雙倍資料速率(DDR)隨機存取記憶體(RAM)就是個好例子。
內建USB 3.0主控制器即將於明年上市，新電腦支援USB 3.0的比例屆時將會飛躍成長。目前全球已有超過一百億台的電腦、周邊、手機和消費電子產品支援USB連接埠，作為其主要或唯一的傳輸介面，而且USB市場仍持續以每年三十億台的飛速擴張，一般大眾已非常熟悉如何使用USB接頭和纜線，就連USB電燈、風扇、保溫墊等新型應用商品也大量上市。
USB 3.0挾其向下相容現有百億台USB產品的優勢，從巨人的肩膀向上成長，在數年內，其在周邊市場的領導地位，絕非從零出發的新介面可取代。Thunderbolt在未來幾年須以開放規格來爭取多數廠商的參與，再以內建於晶片組等方式大幅降低成本，否則其應用可能局限在高階或商用電腦，以及高速多功能的子系統如外加擴充連接埠間的連接，而無法普及到主流消費市場與單一功能的周邊產品。
USB 3.0內建於晶片組的時程雖經1年的延遲，預料USB 3.0仍將在成千上百的廠商全力投入下，即將在2012年登基，成為廣獲周邊產品擁戴的新一代王者。
(本文作者為史恩希台灣分公司應用拓展協理)