SuperSpeed USB: всё готово, но придется подождать

Сергей Асмаков

Технические новинки

Перспективы

 

17 ноября 2008 года была утверждена окончательная редакция спецификации интерфейса USB ревизии 3.0, получившего название SuperSpeed USB. В этом обзоре мы рассмотрим наиболее важные нововведения и отличия этого решения от предыдущих ревизий USB, а также попробуем оценить его перспективы.

В 1996 году, когда вышла первая ревизия спецификации USB, далеко не все могли представить, насколько значимым станет это событие в истории персональных компьютеров и многочисленных цифровых устройств. Сейчас уже очевидно, что USB — самый успешный интерфейс за всю историю развития ПК. Секрет его популярности объясняется целым рядом преимуществ, которые выгодно отличают USB от ранее использовавшихся интерфейсов. В их числе — режим «горячего» включения и отключения периферии, возможность подключения очень большого количества устройств (теоретически — до 127), наличие шины питания и т.д.

 

Рисунок

Официальный логотип SuperSpeed USB

Согласно статистическим данным, в настоящее время в мире эксплуатируется более 6 млрд устройств, оснащенных интерфейсом USB. Ежегодный прирост этого парка оценивается экспертами в 2 млрд единиц (в том числе примерно миллиард мобильных телефонов и более 150 млн USB флэш-дисков). Эти показатели лучше всяких слов свидетельствуют об огромной популярности USB.

Разумеется, по мере развития технологий и появления новых типов устройств меняются и требования, предъявляемые к используемым интерфейсам. В начале 2000 года специалисты компаний, входящих в консорциум USB Implementers Forum, завершили работу над текстом спецификации USB ревизии 2.0. Переход к использованию новой версии интерфейса позволил значительно (с 12 до 480 Мбит/с, то есть в 40 раз) увеличить пропускную способность, а также реализовать ряд других улучшений.

Работы по совершенствованию уже получившего широкое распространение интерфейса продолжались, и во второй половине 2007 года на осеннем Форуме разработчиков Intel впервые была обнародована официальная информация о подготовке новой спецификации USB, получившей порядковый номер 3.0. Для ее продвижения в сентябре 2007 года была основана организация USB 3.0 Promoter Group. В настоящее время ее возглавляет Джефф Рэйвенкрафт (Jeff Ravencraft), занимающий также посты президента и председателя Совета директоров USB Implementers Forum. В октябре 2008 года члены USB Implementers Forum утвердили окончательный текст спецификации USB ревизии 3.0. Обновленная версия интерфейса получила официальное название SuperSpeed Universal Serial Bus (SuperSpeed USB). Давайте ознакомимся с ее ключевыми особенностями.

Технические новинки

Одно из главных новшеств — значительное увеличение пропускной способности. Спецификация USB ревизии 2.0 предусматривает возможность применения трех скоростных режимов: низкоскоростного (low speed, до 1500 Кбит/c), полноскоростного (full speed, до 12 Мбит/с) и высокоскоростного (hi-speed, до 480 Мбит/с). В спецификации ревизии 3.0 этот список дополнен еще одним пунктом — SuperSpeed. В данном режиме обеспечивается передача данных со скоростью до 5 Гбит/с, что более чем на порядок быстрее, чем раньше.

Помимо нескольких режимов передачи данных, применявшихся в USB 2.0, спецификация SuperSpeed USB предусматривает возможность использования полнодуплексного режима. Еще одно важное новшество — технология Fast Sync-N-Go, благодаря которой удалось значительно сократить время, затрачиваемое на выполнение процедур идентификации и подключения новых устройств.

 

Рисунок

Сечение соединительного кабеля, соответствующего спецификации
SuperSpeed USB

Увеличение пропускной способности стало возможно благодаря применению дополнительных пар проводников, задействованных для передачи данных. Если в интерфейсах USB ревизий 1.0, 1.1 и 2.0 для передачи данных использовалась одна пара проводников (D+/D–), то в ревизии 3.0 к ним добавлены еще две (TX+/TX– и RX+/RX–). Строго говоря, теперь само название интерфейса USB (универсальная шина с последовательной передачей данных) перестало соответствовать его сути. Ведь фактически в режиме SuperSpeed для передачи данных задействована параллельная шина.

Интересно отметить, что первоначально передачу данных в режиме SuperSpeed планировалось осуществлять по оптическому каналу: наряду с медными проводниками в интерфейсном кабеле должны были присутствовать два световода. Именно такие прототипы кабелей и разъемов были продемонстрированы в 2007 году на осеннем форуме IDF. Однако впоследствии разработчики отказались от использования оптического соединения в пользу дополнительных медных проводников. Вероятно, такое решение было принято вследствие того, что применение световодов и оптических приемопередатчиков повлекло бы за собой неадекватное (для повсеместно используемого интерфейса) увеличение стоимости контроллеров, разъемов и соединительных кабелей.

 

Рисунок

Кабельная часть разъема SuperSpeed USB типа А

Поскольку количество проводников в интерфейсном кабеле было увеличено, пришлось внести соответствующие изменения в конструкцию разъемов. Задача усложнялась тем, что при этом требовалось сохранить обратную совместимость с кабелями и устройствами более ранних ревизий USB. Конструкция розеток SuperSpeed USB обеспечивает возможность подключения кабелей с разъемами, соответствующими как новой спецификации (ревизии 3.0), так и более старой (ревизии 2.0). Спецификация USB ревизии 3.0 предусматривает использование разъемов трех типов: двух полноразмерных (типы А и В), а также миниатюрного microB. Как и прежде, разъемы типа А применяются для подключения кабелей и устройств со встроенными штекерами к портам хост-устройства либо концентратора, а типа В — для подключения кабелей к стационарным периферийным устройствам (сканерам, принтерам, МФУ и т.д.). Разъем типа microB рассчитан на установку в малогабаритные портативные устройства (медиаплееры, мобильные телефоны и т.д.).

 

Рисунок

На схематическом изображении кабельной и приборной частей разъема SuperSpeed USB типа А
показана группа из пяти дополнительных контактов, задействованных для коммутации
двух дополнительных пар проводников

Кабельная часть разъема SuperSpeed USB типа А на первый взгляд не отличается от старой. Однако на самом деле она немного длиннее и имеет ряд конструктивных отличий — в частности за четырьмя контактными площадками установлена группа из пяти подпружиненных контактов. Соответственно в розетке SuperSpeed USB типа А имеется пять дополнительных контактных площадок.

Кабельную часть разъема SuperSpeed USB типа В можно отличить даже по внешнему виду: над ее узкой частью имеется небольшая «надстройка», в которой размещено пять дополнительных контактных площадок. Соответственно приборная часть этого разъема позволяет подключать кабели как нового, так и старого образца.

 

Рисунок

Кабельная часть разъема SuperSpeed USB типа В

Новый разъем типа microB имеет две секции — условно говоря, USB 2.0 и SuperSpeed USB. Благодаря такой конструкции к соответствующей части розетки типа microB также можно подключать кабели с разъемом типа microB ревизии 2.0.

Целый ряд усовершенствований затронул функции управления электропитанием, подаваемым по шине интерфейса. Так, ограничение на силу тока, потребляемого одним устройством, увеличено с прежних 500 до 900 мА. Это позволит, во-первых, уменьшить время подзарядки портативных устройств, а во-вторых, значительно расширить номенклатуру периферийных устройств, способных работать без подключения отдельного источника питания.

Новые энергосберегающие функции позволяют автоматически отключать питание не используемых в данный момент устройств, а также снижать уровень энергопотребления при переходе в режим ожидания.

 

Рисунок

Кабельная часть разъема SuperSpeed USB
типа microB

Существенные изменения внесены в конструкцию USB-концентраторов. Модели, соответствующие спецификации USB ревизии 3.0, фактически объединяют в одном корпусе два отдельных концентратора, один из которых работает с шиной передачи данных USB 2.0 (сигнальная пара D+/D–), а другой — с шиной SuperSpeed USB (сигнальные пары TX+/TX– и RX+/RX–). При работе с шиной SuperSpeed USB применяется механизм маршрутизации пакетов данных (благодаря чему удается избежать генерации широковещательного трафика), а также обеспечивается поддержка всех энергосберегающих режимов, предусмотренных спецификацией USB ревизии 3.0.

Перспективы

Располагая информацией о новшествах, реализованных в новой ревизии интерфейса USB, попробуем оценить перспективы этого решения. Одно из главных усовершенствований SuperSpeed USB, на котором особо акцентируют внимание разработчики, — значительно возросшая пропускная способность. В настоящее время есть несколько категорий периферийных устройств, для которых рамки интерфейса USB 2.0 уже стали слишком тесными. Прежде всего это высокоскоростные внешние накопители на базе жестких дисков и высокопроизводительной флэш-памяти. В перспективе эту группу дополнят внешние оптические приводы формата Blu-ray Disc.

Возможность обмена данными на более высокой скорости позволит гораздо быстрее загружать на ПК большие объемы медиаданных (в частности, изображений и видеороликов) с цифровых фото- и видеокамер, а также обеспечит возможность передачи потокового видео с веб-камер высокого разрешения.

Отдельно стоит упомянуть о технологии DisplayLink, позволяющей подключать к ПК мониторы по интерфейсу USB. Увеличение пропускной способности значительно расширит возможности этого решения.

Разумеется, существует немало устройств, которым более чем достаточно возможностей USB 2.0. В качестве примера можно привести манипуляторы и клавиатуры, в большинстве моделей которых используется передача данных в режиме low speed либо full speed.

Когда же можно ожидать появления в продаже компьютеров и устройств, оснащенных интерфейсом SuperSpeed USB? Согласно планам USB 3.0 Promoter Group, опытные образцы должны появиться во второй половине текущего года, а выпуск первых серийных продуктов начнется в 2010-?м. Но это наиболее оптимистичный сценарий. Что касается экспертов и аналитиков, то они подходят к оценке сроков внедрения SuperSpeed USB более сдержанно. Согласно существующим прогнозам, заметный рост доли устройств, оснащенных SuperSpeed USB, начнется лишь в 2011 году.

Если вспомнить не такое уж далекое прошлое, то для перехода индустрии от USB 1.1 к USB 2.0 потребовалось около трех лет. Спецификация USB ревизии 2.0 была утверждена в 2000 году, а массовый выпуск продуктов, оснащенных этой версией интерфейса, начался в 2002-2003 годах. Вряд ли можно рассчитывать на то, что в нынешней ситуации «смена поколений» произойдет быстрее. Тем более что есть объективные факторы, сдерживающие ход этого процесса.

Очевидно, что устройства, оснащенные интерфейсом SuperSpeed USB, будут дороже аналогов с USB 2.0. К тому же для подключения в режиме SuperSpeed потребуются кабели нового образца. По большому счету, сейчас не так уж и велика доля периферийных устройств, характеристики которых позволяют реализовать преимущества соединения по SuperSpeed USB. Устройствам многих типов вполне достаточно возможностей USB 2.0, а с задачей подключения внешних накопителей на базе жестких дисков или SSD вполне по силам справиться интерфейсу eSATA, уже получившему широкое распространение в современных ПК. Так что на данный момент сочетание USB 2.0 и eSATA является вполне конкурентоспособной альтернативой SuperSpeed USB.

Пока нет полной ясности и с реализацией поддержки SuperSpeed USB в операционных системах. Согласно заявлениям представителей компании Microsoft, поддержка SuperSpeed USB будет реализована в новой ОС Windows 7 — правда, не в том релизе, который уже запущен в производство, а в одном из грядущих пакетов обновлений (Service Pack). Не исключено, что соответствующее обновление будет выпущено и для Windows Vista, хотя официальной информации по этому поводу пока нет.

Можно не сомневаться в том, что со временем SuperSpeed USB заменит USB 2.0 и станет стандартным интерфейсом настольных и портативных ПК. Однако пользователям придется подождать этого еще как минимум пару лет.

Альтернативные решения

Формальными конкурентами SuperSpeed USB являются два компьютерных интерфейса, обеспечивающие возможность обмена данными на скорости более 1 Гбит/с, — IEEE-1394 (FireWire) и eSATA.

 

IEEE-1394 (FireWire)

Спецификация первой версии этого интерфейса (IEEE-1394a) появилась почти одновременно с USB — в 1995 году. Продвижением данного решения под фирменным названием FireWire активно занималась компания Apple, и первыми компьютерами, в которых был внедрен этот интерфейс, стали макинтоши. Кроме того, интерфейс IEEE-1394 широко применялся в цифровых видеокамерах формата miniDV ряда производителей.

Интерфейс IEEE-1394a позволяет передавать данные со скоростью до 400 Мбит/с. Впоследствии была разработана усовершенствованная версия (IEEE-1394b, известная также под названием FireWire 800) с более высокой пропускной способностью — 786 Мбит/с. В декабре 2007 года Ассоциация IEEE-1394 Trade Association завершила работу по созданию спецификации стандарта IEEE-1394b S3200, которая предусматривает использование таких же разъемов и протоколов передачи данных, как и IEEE-1394b, но при этом обеспечивает возможность передачи данных со скоростью до 3,2 Гбит/с.

Посредством интерфейса IEEE-1394 можно подключать большое количество устройств, комбинируя различные варианты топологии (многоуровневая звезда и последовательная цепочка). При включении по схеме «многоуровневая звезда» возможно объединение до 63 узлов, к каждому из которых, в свою очередь, может быть подключено до 16 конечных устройств. Соответственно при включении в виде последовательной цепочки максимальное количество устройств составляет 63.

Уже в первой спецификации IEEE-1394 была реализована возможность «горячего» подключения и отключения, а также механизм автоматической идентификации устройств. Предусмотрена шина для подачи питания на подключаемые устройства (напряжение — от 5 до 40 В постоянного тока, максимальный ток — 1,5 А).

Интерфейс IEEE-1394 обладает незаурядной гибкостью: его можно использовать для подключения периферийных устройств к ПК, объединения нескольких ПК в локальную сеть, а также для прямого соединения электронных устройств (например, подключения цифровой видеокамеры к бытовому DVD-рекордеру).

Нетрудно заметить, что по функциональным возможностям и целому ряду параметров интерфейс IEEE-1394 выглядит более предпочтительным, чем USB. Однако в силу того, что альянс Intel и Microsoft в свое время сделал ставку на продвижение USB, интерфейс IEEE-1394 не стал столь же популярным.

В настоящее время интерфейс IEEE-1394 применяется главным образом в цифровых видеокамерах (в частности, формата miniDV), планшетных сканерах профессионального уровня, широкоформатных печатающих устройствах, многоканальных звуковых интерфейсах и т.д. На рынке также представлен ряд моделей внешних жестких дисков, оснащенных интерфейсом IEEE-1394, однако их доля в сравнении с продуктами, оснащенными USB и eSATA, невелика.

 

eSATA

Интерфейс eSATA является, образно говоря, специальной версией Serial ATA, созданной для подключения внешних устройств. Теоретически интерфейс eSATA обеспечивает скорость обмена данными до 2400 Мбит/с и благодаря значительному сходству с Serial ATA является оптимальным решением для подключения внешних жестких дисков, оснащенных данным интерфейсом.

Строго говоря, eSATA не является прямым конкурентом USB и IEEE-1394, поскольку изначально был разработан для решения более узкого круга задач — главным образом для подключения внешних накопителей на базе жестких дисков. Интерфейс eSATA не рассчитан на подключение большого количества устройств, а его конструкция налагает довольно жесткие ограничения на максимальную длину соединительного кабеля (не более 2 м). Кроме того, для подключения питания к внешнему устройству необходимо использовать дополнительный кабель, что не очень удобно.

В настоящее время встроенные контроллеры интерфейса eSATA имеются на многих моделях системных плат. Кроме того, выпускаются дискретные контроллеры, выполненные в виде плат расширения для шины PCI либо PCI-E.

Наиболее распространенные в настоящее время внешние устройства, оснащенные интерфейсом eSATA, — это внешние жесткие диски и RAID-массивы. В нынешнем году на рынке появились первые модели USB флэш-дисков с интерфейсом eSATA, однако количество таких устройств пока невелико. Стараниями ведущих разработчиков наборов системной логики и производителей материнских плат в перспективе интерфейс eSATA может получить широкое распространение, однако в силу ряда упомянутых выше особенностей сфера его применения пока ограничивается подключением высокоскоростных внешних накопителей высокой емкости.

В начало В начало

КомпьютерПресс 8'2009

Наш канал на Youtube

1999 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2001 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2002 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2003 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2004 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2005 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2006 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2007 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2008 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2009 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2010 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2011 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2012 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2013 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Популярные статьи
КомпьютерПресс использует