USB 3.0 - pro rychlejší periferie

27. 8. 2008 07:00    Rubrika: Technologie    Autor: Aleš Lalík

Po dlouhé době nás čeká rozhraní USB v nové verzi. Příchozí USB 3.0 opět umožní rychlejší přenos dat, zvládne dodat zařízením více energie a přinese i další zlepšení. Pozadu nechce zůstat ani jediný konkurent IEEE 1394, známý nejčastěji jako FireWire. Proto také připravil nové standardy S1600/S3200, které budou čelit budoucímu USB. Pojďme si probrat, jak jsou na tom nástupci po teoretické stránce a na co se uživatelé mohou těšit.

Prakticky nejrozšířenějším rozhraním pro připojení externích zařízení je v dnešní době Universal Serial Bus alias USB. Konkurovat se mu snaží pouze IEEE 1394, které se však nikdy nedočkalo tak masového rozšíření jako USB. Častěji se o IEEE 1394 mluví jako o FireWire, což je pouhý marketingový název používaný společností Apple. Sony si pro změnu vymyslela označení i.Link. Ač odlišné názvy, stále se jedná o stejné rozhraní IEEE 1394 s jednotnými konektory.

Aby se jednalo o skutečný standard, je nutné vytvořit a vyvíjet potřebné specifikace, které budou muset výrobci dodržovat. V případě USB zajišťuje tuto činnost organizace USB Implementers Forum, jejímiž členy jsou například Apple, HP, Intel, Microsoft či NEC. O vznik IEEE 1394 se v největší míře zasloužila společnost Apple, ale k jeho podpoře se přidaly i Microsoft, NEC a další. V současnosti spravuje standard IEEE 1394 organizace 1394 Trade Association. Jak vidno, obě rozhraní mají často podporu stejných firem, protože každý standard má svá pro a proti. Přesto jednou z největších nevýhod, které zřejmě stály (stojí) v cestě velkému rozšíření IEEE 1394, je nutnost platit licenční poplatky za jeho použití.

IEEE 1394 kabel, vlevo malý 4-pinový, vedle velký 6-pin

Technologie USB ve zkratce

První specifikace USB 1.0 se objevila již v roce 1995. O tři roky později přišlo inovované USB 1.1 odstraňující některé prvotní komplikace a přidávající několik vylepšení. Doposud nejdéle užívaná verze USB 2.0 byla vypuštěna v průběhu roku 2000. Kromě drobných úprav bylo nejpozorovatelnější změnou navýšení rychlosti.

Definovány byly tři rychlostní třídy. Nejpomalejší Low Speed končila na nízké přenosové hodnotě 1,5 Mbit/s (187,5 kB/s). Teoretické maximum rychlejší Full Speed sice přineslo navýšení na 12 Mbit/s (1,5 MB/s), přesto se stále nejednalo o žádnou extrémní rychlost. Low Speed i Full Speed byly podporovány ve standardech USB 1.1 a 2.0, zatímco nejrychlejší High Speed je doménou pouze USB 2.0. Rychlostní strop se posunul na 480 Mbit/s (60 MB/s), přičemž ve skutečnosti je možné dosáhnout nejvyšších rychlostí kolem 30-35 MB/s. IEEE 1394 S400 je v tomto ohledu nepatrně rychlejší, dá se dosáhnout přenosových rychlostí až kolem 40 MB/s.

Vlevo konektor typu A, vpravo typ B

Důležitou vlastností je podpora plug & play, tedy snadné připojení a odpojení USB zařízení kdykoliv za chodu operačního systému. Odpadá také nutnost vytvářet speciální ovladač pro každou periferii, je použit pouze jeden hlavní v operačním systému pro obecné USB připojení. Jelikož bylo USB navrhováno pro použití s více zařízeními, je možno jich připojit až 127. Délka propojovacího kabelu přitom nesmí přesáhnout 5 metrů.

Základem propojení je počítač nebo obdobné zařízení fungující jako USB Host, obsahující centrální rozdělovač. Na něj mohou být připojeny buď přímo samotná periferní zařízení, nebo rozdělovač označovaný USB Hub. Každému zařízení je pak přidělena určitá adresa, pomocí které s ní USB Host komunikuje. Po prvním připojení se nejprve nastaví správná přenosová rychlost podporována oběma stranami, pak následuje běžná komunikace sestávající z datového toku nebo speciálních zpráv.

Nevýhodou USB je fakt, že veškeré komunikační protokoly a správu zařízení musí zpracovávat hlavní procesor. U moderních procesorů se jedná o zátěž v řádu procent, rostoucí s počtem připojených zařízení a jejich náročností. Světlou stránkou tohoto řešení je snadnější a levnější výroba samotných periferií. Tady má jasnou výhodu rozhraní IEEE 1394 obsahující hardware určený přímo pro zpracování těchto věcí, procesor je tak zatěžován méně.

vlevo konektor typu mini-B, vpravo typ A

K propojení jsou nejpoužívanější 3 typy konektorů, a sice typ A, B a mini-B. První dva se objevily společně se specifikací USB 2.0 v roce 2000, poslední mini-B určený pro malá přenosná zařízení byl přidán o něco později. Funkčně jsou všechny kabely stejné, rozdíly jsou pouze fyzického rázu. U typů A a B se přesto uvádí, že nabízí díky větším rozestupům pinů lepší stínění přenášeného signálu, ale u většiny normálních aplikací se jedná o nepostřehnutelný rozdíl.

S rostoucím počtem připojených zařízení a zvětšující se změti kabelů přišla na svět myšlenka bezdrátového USB. V roce 2005 byla představena finální specifikace Wireless USB 1.0, která se zatím bohužel velkého rozšíření nedočkala. K přenosu byla použita platforma Ultra-WideBand (UWB), umožňující na vzdálenost 3 metry přenášet rychlostí až 480 Mbit/s. Jedním z nedostatků bylo údajně velmi pomalé připojování zařízení, což by snad měla vyřešit nové revize.

logo Wireless USB

USB 3.0: rychleji, silněji a úsporněji

Tak se ve zkratce dá shrnout přínos nejnovějšího standardu USB 3.0, který byl minulý týden rozeslán výrobcům v téměř finální specifikaci. Všechny uživatele (nebo alespoň většinu) bude určitě nejdříve zajímat, jak je to se zpětnou kompatibilitou. Nový standard je naštěstí plně kompatibilní s předchozí verzí USB, periferie s USB 3.0 rozhraním budete moci připojit i do stávajícího portu. Stejně tak své staré USB vybavení (snad) bez problému připojíte také k nové základní desce, notebooku či jiným. Samozřejmě plné rychlosti a dalších výhod lze dosáhnout pouze pokud budete vybaveni kabelem, periferií a řadičem, kdy všechny tři podporují USB 3.0 standard.

Nejzřetelnějším přínosem bude nárůst přenosové rychlosti na desetinásobek oproti USB 2.0, v řeči čísel je tak nyní teoretické maximum 4,8 Gbit/s. První skutečné ukázky výkonu USB 3.0 jsme se dočkali na Intel Developer Forum (IDF). Společnost Fresco Logic předvedla vlastní softwarovou platformu, kde během přenosu přes nejnovější USB dosáhla rychlosti 2,8G bit/s neboli 350 MB/s. Teoretického vrcholu se jako vždy nedosáhlo, i přesto se jedná o slušný skok.

platforma Fresco Logic

Samotný Intel udává příklad, kdy použitím USB 3.0 zabere kopírování 27GB HD filmu na multimediální přehrávač pouhých 70 sekund, tedy rychlost okolo 380 MB/s. Přitom u staršího USB 2.0 by celá činnost zabrala asi 15 minut. Je samozřejmě nutné mít na paměti, že zdroj i externí zařízení musí být schopné dodat/zpracovat data takovou rychlostí - současným notebookům měříme rychlost čtení okolo 44 MB/s. Zde se budou moci plně projevit nové flash paměti a SSD. Aktualizace se dočká také USB ovladač pro operační systém.

Na zvýšení rychlosti má zásluhu nový návrh fyzické podoby kabelů a konektorů. K dosavadním čtyřem linkám USB 2.0 přibude další pětice vodičů, což sice udělá kabel tlustším (zhruba jako síťový kabel), ale výhody jsou nesporné. Jeden pár linek bude mít na starost vysílání dat, zatímco druhý pár se bude starat o jejich přijímání. Zápis i čtení tak mohou probíhat současně, přičemž dříve se musely tyto činnosti střídat.

Neustále roste i počet připojených zařízení, která dokáží využít energii dodávanou USB portem pro dobíjení vlastní baterie (mp3 přehrávače, PDA atd.). Proto bude USB 3.0 schopno dodat až 900 mA, zatímco předchozí generace USB zvládala nanejvýš 100 mA. Přínosem budou i optimalizační technologie šetřící energie. Po delší době nečinnosti připojeného zařízení nebude USB řadič neustále vysílat kontrolní signály do této periferie, ale počká, až si samotné zařízení vyžádá komunikaci.

Vylepšení se dotkla také Wireless USB. Nyní bude podporovat technologii Near Field Communication, po přiblížení periferie do určité vzdálenosti k USB Host zařízení proběhne automatické spojení bez nutnosti jakéhokoliv zásahu. Navíc rychlost navázání komunikace by měla být výrazně zkrácena. Samozřejmě dojde k navýšení rychlosti, která by údajně měla stačit na přenos videosignálu. Snad se dočkáme většího rozšíření než v případě první verze.

USB 3.0 kabel, vlevo konektor typu B, vpravo typ A

IEEE 1394 S1600/S3200 nezůstává pozadu

Letos schválené standardy IEEE 1394 S1600 a S3200 znamenají hlavně nárůst přenosové rychlosti. V případě prvního je maximum 1,6 Gbit/s, vrchol tvoří S3200 se 3,2 Gbit/s (USB 3.0 zvládne teoreticky až 4,8Gbit/s). Zda-li bude i přes teoreticky nižší rychlost opět rychlejší IEEE 1394 než USB 3.0, ukáží až první testy. Oba nové IEEE 1394 budou používat 9-pinový konektor, stejný jako u S800. Zpětně kompatibilní však budou i s prvotním IEEE S400, s příslušným kabelem proto nebude problém připojit prakticky jakékoliv zařízené s IEEE rozhraním. Podrobné specifikace S1600/S3200 se dostanou k výrobcům až v říjnu letošního roku.

Dostupné až za rok

Periferie a zařízení vybavené rozhraním USB 3.0 se objeví nejdříve v druhé polovině následujícího roku, v nejhorším případě až v roce 2010. Záležet bude pouze na výrobcích, jak rychle zvládnou a budou ochotni vybavit své výrobky jedním z rozhraní nové generace. IEEE 1394 se bude snažit, aby se zařízení vybavená tímto rozhraním objevila dříve, a dosáhli tak alespoň drobného náskoku.

Zdroj: usb.org, maximumpc.com, techon.nikkeibp.co.jp