USB 3.0起飞迹象初现，替换效应率先来自电脑与存储需求

作者：邵乐峰

作为迄今为止最成功的PC接口，USB安装数量目前已经超过100亿，在PC和接口设备上的普及率接近100%，并还在以每年30亿个的速度快速增长。虽然USB 2.0 480Mbps的数据传输速度可满足许多消费者现有的需求，但来自对高清视频、大容量文档、数码影音文件下载速度的需求正有力推动着SuperSpeed USB(3.0)的发展。

终于有了起飞的迹象

最近，USB设计论坛(USB Implementers Forum, USB-IF)主席兼首席运营官Jeff Ravencraft在北京对媒体表示，目前经由该组织认证通过的符合USB 3.0规范的产品已经多达205种；通过认证的公司，则包括华硕(ASUS)、AMD、Renesas、Fujitsu、HP、GIGABYTE、TI、Samsung等，产品涵盖硬盘、主板、笔记本电脑、外接式存储装置、存储控制器、PCI Express与ExpressCard扩充卡，以及单独的芯片。

而根据Intel近日曝光的官方文件称，Intel将于2011年推出第三代酷睿处理器Ivy Bridge，其名为Panther Point的芯片组将整合USB 3.0控制器。处理器市场的另一大玩家AMD，则早在2010年底就透露其Fusion APU芯片组将带有四个USB 3.0接口。

出货量方面，USB-IF提供的数据显示，Renesas有意将其USB 3.0主控端控制器(Host Controller)的出货量提升至400-500万片/月，从而确保其2011全年的出货量达到6千万片，是2010年的3倍；ASUS自去年推出首款带有SuperSpeed USB接口的笔记本电脑N61J以来，目前其集成USB 3.0的主板在2011 Q1的出货量就达到了200万片；GIGABYTE方面也表示，预计其全年集成USB 3.0功能的主板出货量有望达到750万片。

与USB 2.0相比，USB 3.0能够通过两对SDP线达到信号双向传输，其理论传输速率可由USB 2.0时代的每秒480Mbits，提升至每秒5Gbits。此外，USB3.0还可提供更好的电源管理(相当于USB2.0的20%)和更快的电池充电能力(充电时间减半)。这对于未来高画质影音和大容量文档的传输、以及加速USB 3.0在消费类电子与家电产品领域的普及，都起着举足轻重的作用。Ravencraft认为，快速的“同步转发(synch and go)”功能，是USB 3.0技术中最具号召力的用户方案，而工程师们也在开发基于该功能的各种应用。

尽管USB 3.0目前仍处于试水阶段，价格方面并不亲民。但市场研究机构DRAMeXchange认为，随着USB 3.0的应用在主控端(Host)与装置端(Device)技术的逐渐成熟，芯片与连接器等配套零件价格将会因竞争激烈而有效下滑。再加上处理器厂商Intel与AMD的大力支持，USB 3.0仅在台式电脑与笔记本电脑的渗透率在2011年就可望分别达到60%与50%以上。若是芯片价格降价幅度与周边产品配合度提升的速度能够加快，渗透率还将再度提升。

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产品创新不停歇

1996年，凭借“让USB无所不在”的决心，赛普拉斯(Cypress)一头扎进了USB市场。15年来，推出的产品线包括enCoRe、EZ-USB控制器、West Bridge外设控制器和WirelessUSB 2.4-GHz射频器件等。日前，该公司又宣布推出其首款USB3.0控制器EZ-USB FX3，目标应用锁定为视频、成像、打印、扫描及各种比USB 2.0数据吞吐量更大的应用。Cypress USB新产品开发部产品营销经理Ashwini Govindaraman将FX3定义为“业界惟一的灵活极速USB3.0外设控制器解决方案”。她解释称，之所以这样定位，是因为现在市场上的其它解决方案都是固定功能的接口，而EZ-USB FX3是可编程的，可以满足各种应用，因此灵活性大大提高。

EZ-USB FX3 (CYUSB3014)器件是一款灵活的外设控制器，具有可实现5Gbps USB 3.0数据传送能力的通用可编程接口(GPIF II)，一个完全可配置ARM9处理器内核，并且向下兼容USB2.0。据称，EZ-USB FX3拥有的内部总线架构可实现4倍于USB3.0的工作速度，对于需要快速传输大量数据的应用来说，是十分理想的选择。例如，它可以实现成像应用中的高分辨率视频-视频码流传输，而无需在外设端进行压缩。

百利通(Pericom)公司则推出了12款新型连接产品，包括6个SATA/eSATA和USB 3.0 ReDriver信号调节器；2个USB PowerNap充电控制器；2个据称集成了几乎所有的外部元件VGA模拟切换开关；2个高速信号切换开关，其中一个可从支持USB 2.0协议，另一个支持显示端口(DP)切换TMDS视频信号。

Pericom CEO许志明强调说，USB3.0在很多方面会改变电子市场的现状，但为要达到高性能和稳定性，必须使用信号调节产品来补偿PCB、连接器、以及最重要的线缆信号损耗。消费类应用无法接受用来保持信号完整性的高价的高速度元件，但也不能忍受信号完整性问题带来的应用性能和可靠性下降。

高信号质量推动USB 3.0一致性测试

高速串行标准如USB 3.0，由于数据速度提高，往往需要对发射机和接收机都进行物理层特性检验。泰克(Tektronix)公司设计与制造测试仪器产品部应用工程师张欣对此解释称，其实信号本身的特质，包括所谓的协议分析、阻抗分析、链路分析等，都应该从物理层信号的质量特性上体现出来。“与低速信号相比，高速度信号的质量损失更多，由PCB线路、连接器和线缆所造成的信号损耗累计起来将快速损害信号质量。”

以往低速信号的协议，用很简单的协议分析仪，非常便宜的设备就可以完成。但张欣认为，对于PCIE 3.0和USB 3.0这类的高速串行构架来讲，如果在协议层面出现问题，就不得不把协议层的测试从DUT测试机器拿下来，再用示波器或者其他的设备做解析，这时候就可能遇到很多问题，导致丧失很多关键的调试的机会。因此，工程师们不能再仅仅依赖眼图来判断性能，而是需要使用不同的工具。

另一方面，从传统意义上来说，信号速度越快，频率越高，对设备在带宽、采样率方面的要求也就越高。但随之而来的问题是，过高的带宽使得设备采集到的已经不是信号本身，而是更多的噪声。因此，相比主动改善整个信号传输环境的做法，泰克对信号本身做了一些免疫，例如去加重、增加信号均衡度、时钟恢复等，使其抵抗链路对信号衰减和抖动增加的敏感度等问题，从而满足一致性测试要求。

在接收端测试中，泰克的BERTScope通过将误码率分析仪(BERT)、信号发生器和示波器结合在一起，不仅能够完成高速串行系统BER测试，还能对Tx信号进行抖动分析、误码相关性分析；还可以根据规范的要求，进行Rx抖动、幅度容限测试。此外，最新推出的BSAUSB3选件，由一个LFPS开关和自动化软件配合，允许工程师执行自动化压力眼图校准、Loopback启动和抖动容限测试，并同时提供了数据库后端，可以快速生成报告。

F1：USB设备2008-2014年出货量预测

本文来自《电子工程专辑》2011年6月刊，为本刊作者原创，拒绝转载。