英特爾於2007年9月發布USB 3.0的規格。問題是，應該重視嗎？初見USB 3.0標準，看似合理，畢竟是USB 2.0的一個升級方案，似乎是個不錯的想法，但它真的能改變什麼嗎？而市場是否已經成形？身為研發業者，是否須開始擔心如何升級目前的產品？對業界大多數廠商而言，邁向USB 3.0的漫漫長路，也就是所謂的超高速USB，才正要起步。
有趣的是，當USB 2.0在2001年發表時，業界的立場相當分歧。事實上，對於想要存取個人電腦(PC)以外裝置的顧客而言，USB 2.0是期待已久的技術。與此同時，USB 1.0提供1MByte/s的介面，用來控制滑鼠、鍵盤、以及更早期的各種操控裝置。雖然USB1.0的速度遠低於10MByte/s的硬碟、5MByte/s(四倍速)的DVD光碟機、以及6MByte/s的乙太網路。換句話說，USB 1.0是電腦與外接式儲存裝置之間資料傳輸的主要關鍵；目前市面上能達到USB 2.0速度上限的裝置，數量其實非常少。
USB 3.0實用性受質疑
回顧2001年，USB 2.0讓許多全新類型的裝置都能邁入商業化階段，包括外接式DVD燒錄機、影片擷取裝置、蘋果電腦的iPod、以及普及率超高的USB隨身碟。哪些應用正等待最新的介面標準？即使最快的主控端晶片組也無法徹底利用USB 2.0的頻寬。英特爾(Intel)的ICH6晶片組能以32MByte/s的速度來傳送資料，且接收速度則可達40MByte/s。USB的協定與資料傳輸率則可超過50MByte/s。若USB不是與磁碟之間的資料傳輸關鍵，且PC晶片組的傳輸速度還不足以超越現今的USB 2.0，那麼，業界是否還有必要投資發展USB 3.0？
圖1顯示一些常見消費性裝置的原始資料傳輸率。由於這是其原始資料傳輸率，故顯示的是在任何介面的最大傳輸率，不光是USB介面。唯一快過USB 2.0頻寬的裝置就是硬碟，硬碟送出資料的實際速度為60MByte/s，還不及SATA介面300MByte/s上限。對於其他裝置而言，USB 2.0並不是系統的關鍵。因此，研發業者必須思索消費者是否願意付更多錢，得到的僅是提高外接式硬碟的效能？而且大多數外接式硬碟都用來備份資料，其在效能方面的需求並不像在遊戲或伺服器儲存那麼高。
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| 圖1 資料傳輸率比較 |
USB傳輸效率非整體效能關鍵
在消費者與研發業者之間，USB有一項最易被外界誤解的爭論，也是全球通路市場最常見的問題之一，就是USB裝置的實際傳輸速度。有線USB目前有三種資料傳輸率：低速模式為1.5Mbit/s、全速模式為12Mbit/s，高速模式則是480Mbit/s。USB 3.0加入另一種約5Gbit/s的資料傳輸率，然而真正的問題在於：消費者是否會察覺到在實際應用產品中的速度增加。
USB的速度並非USB連結系統的重要考量，而是系統中的其他影響關鍵。最近一項分析顯示，將資料寫入NAND快閃記憶體的系統，透過USB傳送資料，並將資料儲存在緩衝區，然後再把資料寫入快閃記憶體時，每個資料封包都有三個時間元素：執行USB傳輸的時間、主要的作業系統運作時間，以及NAND快閃韌體的編程時間。圖2為將一個128KB資料模組的作業時間作即時效能分析的圖解。
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| 圖2 系統傳輸瓶頸範例 |
在這個階段結束之前，許多工程師都懷疑USB傳輸時間是拖累系統效能的元凶。但當他們了解後，才知道決定效能的主因是NAND快閃元件的編程韌體，透過減少NAND的作業負荷就能改進效能。在大多數系統中，高速USB並非影響效能的關鍵。的確，研發業者必須要更深入分析整個系統，以評估USB 3.0是否能為其設計增加價值。
USB升級實質效益有限
當系統用戶將設計方案從全速模式轉移至高速模式，亦即將資料傳輸率從12Mbit/s提升至480Mbit/s時，預期速度會自動提高四十倍。但在一般情況下，提高USB傳輸速度，只會暴露出讓系統無法達到效能巔峰的其他關鍵問題。例如有些情況下，在系統中加入USB 2.0，效能竟完全沒有增加。這又是怎麼回事？
在許多系統中，USB介面晶片僅是USB與其他介面之間的橋接器。介面的另一端可能是硬碟、NAND快閃元件或另一個處理器。在圖3中，USB傳輸作業與外部介面分別耗用約半數的時間，這裏以100秒的傳輸作業為例，其中包含50秒的USB傳輸，以及50秒的其他處理時間；把USB傳輸時間減少四十倍，裝置的速度僅會提高兩倍，而不是四十倍。
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| 圖3 加入USB 2.0先後之系統處理時間差別 |
另一個例子是蘋果廣受歡迎的iPod。現在許多iPod使用者有使用Podcasts，或經常更新其音樂資料庫，當消費者想把音樂下載到iPod並急著出門時，傳輸速度就很重要了。不幸的是，現今的iPod用不到USB 2.0標準頻寬的一半。第四代iPod Nano的CATC系統頻寬分析圖(圖4)，在灰色的USB傳輸長條圖之間的留白部分，都是閒置的匯流排作業時間。這些留白區域，都可能是Nano中NAND快閃記憶體的編程時間。轉移至更快的互連技術，只會讓綠色長條圖更窄，而不會讓長條圖更緊密。在這個例子中，5分鐘的下載時間裡，USB傳輸作業只占約2分鐘；若升級至USB 3.0，只會讓下載時間從5分鐘加快到3分24秒--加速幅度並不會是USB 3.0規格的十倍速。
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| 圖4 iPoD Nano系統頻寬分析圖 |
回歸根本思考USB升級的必要性
有消息指出，USB 3.0將採用一種運用兩個通道來傳送資料的新實體層，並將取代現今USB使用的輪詢與廣播機制。目前USB是一種封包式通訊協定，冗長的資料模塊被切割成許多512位元組的封包，每個封包都有一個表頭，用來辨別封包的內容，而封包的尾端，則是一個用來確定封包資料完整性的CRC循環冗餘檢查碼。每個封包在傳送後，鏈路的另一端須傳回即時反饋資訊(Acknowledge, ACK)已收訊息。
訊框起始(Start of Frame, SOF)封包每隔125微秒(μs)傳送一次，用以維持匯流排的時序。整個程序的效果，可讓USB的最大頻寬達每微秒傳送十三個大型封包，或53,248,000Byte/s。USB 3.0並不使用這種封包路由技術，僅在裝置有資料要傳送時才會允許資料傳輸。據說新的鏈路，能讓每個裝置支援多資料流，並讓每個資料流都能維持不同的優先權限。SuperSpeed超高速裝置能使用和現在裝置相同的連結器、相同的編程與裝置模型，這對消費者與製造商而言，助益甚大。
無論消費者是否真的在意，真正的問題仍舊存在：儘管全速USB裝置與高速USB裝置之間有四十倍的效能差距，但在消費者不易察覺兩者的差別、硬碟機也幾乎難以現今USB 2.0的速度來寫入資料、PC晶片組也無法充分運用USB 2.0的所有頻寬的情況下，USB 3.0承諾的十倍速性能會創造一個新的市場轉捩點的假設是否得宜？消費者是否能察覺出差異？或者，USB又將成為另一個因系統其他部分的速度無法匹配，而導致許多頻寬無法被徹底運用的資料串流管道呢？值得深思。
(本文作者任職於賽普拉斯半導體)