USB 3.0應用蓄勢待發 eSATA高速傳輸介面積極搶占市場

USB 3.0具回溯相容設計

HD(High Definition)應用持續發燒，不只是數位相機、數位攝影機...等多媒體應用所產生的資料量持續暴增，已是目前相關應用周邊在整合應用方面的新難題，例如，要將高解析度的數位影片傳入硬碟錄影機，當錄製的是FullHD視訊，是必得花上更多時間處理傳輸這種瑣事。在因應全面HD化的發展趨勢前提，目前已有相當成熟、且可延續使用習慣的USB介面積極透過版本升級搶占市場，而從內接轉外接用途的eSATA進階傳輸介面，也有了新的競爭契機...

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多媒體應用，在不斷拉高影音規格的趨勢下，暴增的紀錄資料早已是GB級的等比倍增趨勢，對於使用者來說，更是不斷考驗電腦平台硬體極限的應用。而在應用這類媒體產製工具前，必須解決的第一件是就是如何有效率的、便捷地將這些媒體素材取出，首當其衝必須面對各式新傳輸介面應用持續改革的關鍵點。

而因應娛樂應用High Definition發展，最明顯的變化就是影音檔案容量暴增達四倍！以前一套電影需使用最多8GB儲存備份，(單面雙層DVD)、記錄內容，而目前針對HD應用的熱門BD藍光光碟，單碟影音內容就使用了近40GB容量，傳輸這些資料所花的時間，也會因為影音資料暴增而同步增加。不論是針對數位資料、影像或是其他應用目的設置的傳輸介面，例如，USB、HDMI、DispalyPort、SATA、eSATA...等介面，都需面對產業需求而持續推出更新版本因應，本文將討論目前發展最熱門的USB介面、與其競爭介面 eSATA 的相關討論。

USB 2.0效能有限 無法有效處理HD高速傳輸需求

觀察USB技術發展，當時可取代USB的連接介面技術相當多、技術也較成熟，在成本更是比導入USB介面低許多，當時USB介面必須花數年持續推廣才改版進階至2.0版本，目前的2.0版的資料傳輸極速可達480Mb/sec。

雖然USB 2.0介面具480Mb/sec足以應付多數操作，但碰上FullHD攝影機或是相機傳輸，就顯得有點力有未逮，因為介面的效能瓶頸，無法有效發揮傳輸效益，使用者必須花較多時間來等候資料傳輸。USB 3.0在2009年正式釋出完整規格，目前技術規格呈現USB 3.0可達到5Gb/sec理論傳輸效能，此效能表現面對各式HD應用需求已綽綽有餘。

目前USB 3.0導入契機，其實也是延續原有USB版本更迭的應用基礎，而USB 3.0介面在可回溯相容的開發前提下，其實提供了在現有架構下的規格大幅升級，對舊有設備用戶來說原有的USB 2.0裝置投資不用因為升級3.0則全部汰換，對於需要採高速傳輸的裝置，如外接式硬碟或是影音裝置，則可透過USB 3.0介面進行高速資料傳輸。

積極搶攻巨量資料傳輸應用

觀察足以與USB 3.0介面相抗衡的傳輸介面，以eSATA在成本、應用上最為接近，即便eSATA在架構與應用成本、成熟度均比USB 3.0高許多，但實際在eSATA的應用比較以外接硬碟的短距傳輸為主，而在外部應用若資料轉移碰到另一部電腦未設置eSATA介面，可能傳輸應用就會因此碰壁。

相對的，USB 3.0雖然屬於新介面，相關的晶片與裝置配套仍不完善，但USB 3.0卻可以回溯相容2.0傳輸方式，透過舊介面解決基本傳輸需求。另一方面，產品的使用瓶頸一般都不是發生在傳輸效能方面的問題，實際卻是eSATA是屬於內接介面的外用延續規格，但內接的周邊一向以來都沒有電源取用的問題，但改外接了，電源從哪取得就是一個令人頭疼的技術問題！連接介面本身無法供應電源為eSATA美中不足的設計，連結設備還需要一組搭配用的外接電源，才能順利完成傳輸。

此外，eSATA還有另一個罩門！由於內接應用為主的傳輸介面，與PCB主機板的連接器距離相當接近，因此可以用簡單的連線完成高速傳輸所需的的環境設定，但今天若想透過eSATA進行長距離資料傳輸，可能就要先應付繁複的雜訊干擾問題？

至於USB 3.0在介面規範時，就已延續USB的傳統為優先，例如，電源、傳輸線材、介面的電氣規格，另相關規格制定也針對2.0常見的限制加以改善，例如在線材長度、供電設計方面進行敢善，以2.0介面電氣規格為500mA，3.0版USB介面則上修為900mA輸出，另USB 3.0的傳輸效能規劃也較2.0版提升至少10倍，對eSATA介面而言，已經形成極大的競爭勢力。

另外，在介面的效能表現，USB 3.0具備5Gb/sec傳輸效能，以此規格對照第三代SATA的6Gb/sec傳輸效能雖仍有一段差距，在傳輸效能方面的表現仍略遜於SATA，但對外接裝置硬碟、光碟機裝置應用而言，USB 3.0與SATA間的規格差異小，USB 3.0反而具備更多條件優勢，這些關鍵也是USB 3.0未來競爭的重要能力。

譬如說，USB 3.0具備回溯2.0規格的介面連接構型，使這不需再為新介面添購轉接線，也具備可串接127組裝置的優勢，此部分規格相比SATA僅能連接15組設備的限制而言，應用彈性相對大許多，而纜線設計方面，在官方資料顯示USB 3.0至少能有3~5公尺纜線距離，而eSATA在規範中最常僅2公尺，兩者相比USB 3.0雖在傳輸效能產生些微差距，但在外接裝置的應用實用性表現，規格面的細節差異卻仍遠遠勝出eSATA。

USB 3.0仍有瓶頸尚待克服

檢視USB 3.0的理想傳輸效能，號稱足以達到USB 2.0的十倍表現，雖說如此，但在實際產品設計中，導入的時程可能還會比預期時程來得更久，也會衍生更多複雜問題。因為目前USB 3.0的主控晶片發展，需要更多實務設計加入參考設計，要達到量產與整合應用的目的，業界一般評估會先以外接式儲存裝置應用為主，多媒體周邊與電腦的介面導入，應該還要一段時間才能普及，至於相關的認證、驗證能否上市的必要程序，也造成初期投入的業者可能需要付出更多成本，才能將USB 3.0介面導入實際產品設計中。

除了硬體端的發展瓶頸，在軟體面也有類似的問題需要進一步改善！例如，目前Microsoft視窗作業系統必須透過系統端的原生驅動程式，來整合USB 3.0的周邊應用支援，但目前的現況是相關驅動程式仍必須由晶片開發商自行張羅，致使導入相關解決方案的廠家必須自己找尋資源，或跟原廠索取技術奧援，利用公版驅動程式來進行細部調修，如此一來，業者的導入成本勢必因此提高，將導致USB 3.0在初期的周邊與應用單價偏高，勢必更不利於高速傳輸介面的推廣工作。

相容與穩定性仍是擴展應用考驗

任何新介面開發，在發展直至公開介面規範過程，無可避免一定會歷經早期推廣碰到的困難。由於USB 3.0一舉將原有的傳輸效能提升10倍，在介面、硬體與軔體搭配的開發難度亦提升數倍，甚至會發生如晶片端、介面接頭、連接器、纜線、作業系統...等各個環節，都極容易因些微差異而產生無法連接或應用不穩定的窘境，這些使用體驗即可能致使介面導入與推廣的問題。

為了確保介面、周邊從設計到成品的相容特性，USB 3.0的測試方案與認證規範，就成為相當重要的環節。在USB Developer Conference中宣布了USB 3.0的產品測試、認證方案，只要通過USB 3.0認證規範，才能取得 SuperSpeed USB的Logo，始可將此Logo用於產品包裝標示、行銷。目前業者在開發USB 3.0裝置時，需將測試實品送交專責測試事宜的USB-IF PIL (USB Platform Interpretability Lab)實驗室進行相關測試與認證程序，取得正是認證才算是達到產品上市的相容品質最低標準。

eSATA 持續搶占USB2.0市場

eSATA介面規格為以SATA為基礎的延續性介面規格，基本上SATA為內接高速裝置的介面技術，多用於硬碟、光碟機、甚至是藍光光碟機...等內接式裝置，而eSATA的推出背景，則是著眼於越來越多的大量資料轉移、複製需求，雖然相同的應用模式，也可透過介面普遍性更高的USB 2.0或是IEEE1394介面取代應用途徑，但現實的問題是目前USB 2.0傳輸效能極限為480Mb/sec，IEEE1394的效能也仍差強人意，反觀硬碟機內部的資料傳輸效能已經可以達到將近80MB/sec的水準，此時再回頭檢視USB 2.0和IEEE1394的介面規格，就會發現光是介面的傳輸極限，就已經成為硬碟裝置或是藍光光碟機的外部傳輸資料效能瓶頸。

把時間拉到2004年，當時SATA-IO因應硬碟或光碟機高速裝置外接化的需求，制定了eSATA的高速傳輸介面標準，實現外接介面也能與針對內接目的設計的SATA介面能具備相同的傳輸效能，達到SATA 3Gb/sec的傳輸極致表現(SATA 3Gb/sec可達300MB/sec：SATA 1.5Gb/sec可達150MB/sec)，對比先前提及硬碟內部傳輸已經可以達到接近80MB/sec的傳輸效能，即便初階的SATA、eSATA也都有150MB/sec傳輸效能餘裕，可以輕鬆應付應用需求。

eSATA規格釋出，也不是單純僅有介面外接化這麼單純，其實在eSATA介面規範中，也針對外接應用提供更完善的應用機制，例如，eSATA可支援熱插拔 (Hot Plug)、連接埠擴充(Port Multipliers)...等延伸SATA外接化需求的功能。

eSATA與USB介面的整合搭配

檢視eSATA的介面規格優勢，eSATA介面在桌上型、筆記型電腦中的應用相當成熟，但eSATA的介面插孔設置必定會對於現有的USB或是IEEE1394產生排擠，因為在筆記型電腦設計介面構型空間有限、桌上型電腦也朝小型化或是AIO的整合趨勢發展，增設eSATA就必須減少其他介面插孔設計。

由於目前高階筆電或是玩家型桌上型電腦、AIO電腦，大多都以搭載eSATA，不管是不是採折衷的eSATA搭配USB設置整合介面，或是直接就導入eSATA介面，都已經對USB介面在高速應用上產生排擠效應，加上eSATA為延續SATA外接化的介面技術，基本上相關功能控制晶片的研發技術已趨向成熟、完整，建構應用架構的成本問題較小，在導入應用的難度也較低許多，已經成為高效傳輸介面常見的選項之一。eSATA搭配USB的Combo Connector就是在此前提下產生的產物， eSATA搭配USB的Combo Connector同時具備 eSATA與USB介面，主力的高效傳輸介面仍以eSATA為主，輔助性質的中/高速傳輸應用則透過介面的USB 2.0搭配使用，屬於較為折衷的解決方案。

成本仍是USB 3.0市場發成長關鍵

USB 3.0高傳輸效能的代價，除在功耗、技術難度的限制外，其實關鍵的問題就在成本方面，尤其是當USB自2.0轉換至3.0，由於運行資料傳輸頻寬等於大幅提升，對於信號抗雜訊的設計勢必得著墨更多，原有USB 2.0架構可能很簡單的抗雜訊設計，轉換至USB 3.0架構上，相關的訊號品質維護與保護元件設置，在數量可能就會增加許多，其間產生的額外成本，也會直接影響系統的建構成本。

USB 3.0設計中，因為訊號的傳輸限制，可能在傳輸距離就不能如2.0裝置般可支援較遠距離的傳輸，而在USB 3.0的系統架構對於時脈的精密度要求，也極可能為USB 2.0設計方案的數倍，而初期在相關解決方案的整合度有限的狀況下，除整合設計的難度大增，電子電路也必須搭配更多特製的元件，維持USB 3.0相對更嚴謹的設計要求，而主控晶片的製作複雜度，業者評估也至少搭配90奈米製程才能一次整合更複雜、數量更多的電晶體元件，若無法有效創造產品數量且在製作成本居高不下的狀況下，更能達到推廣的目的。

根據市場研究機構In-Stat的預測指出，市場USB 3.0元件出貨量可望於2009~2013年間產生200%的穩定成長。 即便USB 3.0目前面臨許多技術或是推廣上的挑戰，但業界多半對此技術抱持樂觀看法，因為USB介面的使用習慣畢竟已經花了相當多時間醞釀，其便利性與接受度已經深入使用者的IT產品使用習慣，而要將USB 3.0系統、產品推銷給電腦用戶，若撇除成本與初期周邊數量較少的問題限制，推廣USB 3.0應用會較推廣其他高速傳輸介面更為簡單。

USB 3.0採實線的電子電路進行數據傳輸，有其物理上的傳輸效能提升極限，而以往在機房應用端才會使用的光纖資料傳輸技術，在英特爾開發者論壇(Intel Developer Forum)中也釋出具備10Gb/sec傳輸速度的Light Peak光通訊技術，根據IDF釋出的訊息理解，Light Peak為採取光學技術為基礎的傳輸介面， Light Peak的主控晶片預估今年上市，在Intel的規劃方向裡，勢必會將Light Peak技術以整合到未來桌上型電腦、筆記型電腦設計為目標。