USB3.0: سریع و تأثیرگذار

این روزها ما شاهد ظهور اولین مادربردهایی که از USB3.0 پشتیبانی می کنند، هستیم. این پشتیبانی به شکل یک تراشه کنترلی اختصاصی ( نوعاً NEC uPD720200) است و احتمالاً تا اواخر سال 2010 یا اوایل 2011 زمان لازم است تا USB3.0 بصورت مجتمع در داخل چیپ ست مادربردها گنجانده شود. اما از آنجاییکه USB3.0 یک پیشرفت عمده در مقایسه با USB2.0 محسوب می شود، بنابراین تولید کنندگان تجهیزات جانبی، از مدت ها قبل تولید محصولات سازگار با این استاندارد جدید را اعلام نموده اند.

در ابتدا اجازه دهید اشاره ای به واژه شناسی این فناوری داشته باشیم. به 1.1/ USB1.0، نوعاً فقط USB گفته می شد و از throughput تا 12Mb/s پشتیبانی می کرد. وقتی USB2.0 با سرعت 480Mb/s به منصه ظهور رسید، کار گروه USB(www.usb.org) به یک اسم متفاوت نیاز داشت، بنابراین آن را Hi-Speed USB نامید. حالا قرار است به USB3.0، SuperSpeed USB گفته شود.
جائی که کهنه و نو با هم ملاقات می کنند
SuperSpeed USB از حداکثر throughput تا 5Gb/s که تقریباً 10 برابر سرعت USB2.0 است، پشتیبانی می کند. هر چند که USB3.0 کاملاً با USB2.0 سازگار است بنابراین زمانی که سیستم ها و مادربردهایی که از قابلیت استفاده از USB3.0 برخوردار هستند وارد بازار شوند، نیازی نیست که شما سخت افزارهای قدیمی خود را از رده خارج کنید.
USB3.0، این سازگاری با استانداردهای قبلی را با استفاده از یک معماری dual-bus که بطور هماهنگ با سیگنالینگ USB connector کار می کند، به دست می آورد و این کار را با اضافه کردن پین های اضافی به کانکتور USB به انجام می رساند. توجه داشته باشید که USB3.0 یک معماری دو جهته( bidirectional) است در حالی که Hi-Speed USB یک جهته( unidirectional) می باشد.
Connector shell سیستم میزبان( آن کانکتور تخت که برای همه ما آشنا است) به همان شکل قبلی است. اگر میزبان، هیچ اتصال USB3.0 را تشخیص ندهد به حالت USB2.0 بر می گردد، در غیر اینصورت با سرعت کامل USB3.0 اجرا می شود. اینترفیس موجود بر روی وسیله جانبی، یعنی آن کانکتور D شکل بلند، تا حدودی بزرگ تر شده و قسمت بالای آن کمی برآمدگی پیدا کرده و تا حدودی شبیه به یک کانکتور اترنت شده است. هرچند این کانکتور می تواند کانکتور D-shell مربوط به USB2.0 را نیز قبول کند. میکروکانکتورها یعنی آن کانکتورهای کوچکی که در دوربین ها، پخش کننده های دیجیتال و سایر ابزارهای کوچک تر گنجانده شده اند دردسرسازتر هستند. مسائل مربوط به سازگاری این ابزار با افزودن فضای اضافی به خود کانکتور برطرف شده است که به شکلی مؤثر آن را به یک کانکتور دوبل، یکی برای ابزار USB2.0 و یکی برای سخت افزار USB3.0 تبدیل نموده است. دو نوع میکرو کانکتور برای USB3.0 به وجود خواهد آمد.
وقتی شما کار با سرعت 5Gb/s را آغاز می کنید، صحت و دقت سیگنالینگ اهمیت زیادی پیدا می کند. بنابراین USB3.0 از کابل کشی twisted-pair بدون حفاظ که در نسخه های قدیمی تر USB مورد استفاده قرار می گرفت، به سمت کابل کشی differential-pair حرکت خواهد کرد. این کار ضمن حفظ دقت و صحت سیگنال مورد نیاز برای SuperSpeed USB، طول کابل مورد نیاز برای برقراری ارتباط مناسب بین تجهیزات جانبی را نیز تعیین می کند. این تکنولوژی جدید از 3 متر( 10 فوت) طول کابل پشتیبانی می کند.
عجیب نیست که خود سیگنال دهی، چیزی شبیه به PCI Express و Serial ATA با دو جفت متفاوت است. از قابلیت hot-plug ابزار USB که در دنیای ابزار قابل حمل یک ضرورت به شمار می رود نیز کماکان پشتیبانی خواهد شد.

مدیریت انرژی
 

یکی از ویژگی هایی که دیگر وجود نخواهد داشت، نیاز به polling است که با یک مدل مبتنی بر وقفه ( interrupt) که در آن، وسیله جانبی سیستم میزبان را ping می کند و سپس یک درخواست انتقال را راه اندازی می کند، جایگزین خواهد شد. باس تنها در زمان انتقال واقعی داده ها فعال می شود. این کار باعث افزایش کارآیی کلی انرژی می شود و بنابراین عمر باطری بیش تر می گردد حتی در throughputهای بالاتر.
در واقع، SuperSpeed USB مدیریت انرژی را در تمام سطوح، از میزبان به سمت هاب ها و به سوی لایه های فیزیکی واقعی حفظ می کند. این کار با استفاده از هشدارهای غیر همزمان در مواقعی که لینک یک وسیله یا میزبان آماده دریافت یا انتقال داده ها است، انجام می گیرد.

یکی از پارامترهای کلیدی طراحی این بود که لینک های USB3.0 هر زمان که باس به حالت IDLE درآید وارد وضعیت کم مصرف می شوند. به کار گیری روش های مدیریت انرژی پیچیده تر بدین معنا بود که هاب ها باید هوشمندتر می شدند. یک هاب USB3.0 را فقط به عنوان راهی برای افزودن درگاه های بیش تر در نظر نگیرید. هاب ها برای اطمینان از این که داده ها به سمت وسیله مناسب هدایت می شوند نیاز به مانیتور کردن upstream و downstream دارند. داده ها نیز تا زمانی که درگاه ها و وسیله ای که در حالت خواب به سر می برد بیدار شوند نیاز به بافر شدن دارند.
یک ویژگی کلیدی دیگر که از مدیریت انرژی استفاده می کند LTM(Latency Tolerant Messaging) است که به سیستم ها اجازه می دهد در حالی که کماکان لینک های فعال به تجهیزات جانبی را حفظ می کنند به حالت deep sleep بروند. به نظر می رسد که تعدادی از ابزارها در برابر تأخیر پیام ها« صبورتر» از بقیه هستند بنابراین می توانند میزان حداکثر شکیبایی در برابر تأخیر را به اطلاع سیستم میزبان برسانند.
آخرین ویژگی کلیدی که باید به آن توجه کنیم، تحویل انرژی یا power delivery است. USB3.0 تا 900 میلی آمپر برای هر اتصال را تحویل می دهد که تقریباً دو برابر 500 میلی آمپر استاندارد فعلی است. این بدان معنا است که ابزاری که به انرژی بیش تر نیاز دارند حالا دیگر به power brickها احتیاجی ندارند. آیا درایوهای نوری بیرونی را که به دو اتصال USB، یکی برای انرژی پشتیبانی و یکی برای داده ها و انرژی نیاز داشتند به خاطر دارید؟ حالا این وسیله جانبی می تواند هر دو را در یک اتصال منفرد جای دهد. در عین حال امکان ساخت شارژهای USB قدرتمندتری نیز فراهم خواهد شد.

نگاهی به جلو
 

با سرعت 5Gb/s، استاندارد USB3.0 سریع تر از سرعت 3Gb/s تکنولوژی Serial ATA و تقریباً هم سرعت با SATA 6Gb/s است. این باعث می شود تا این استاندارد برای ذخیره سازی بیرونی شامل SSDهای سریع، بسیار پر سرعت و عالی شود. تأخیرها نیز کمی بیش تر خواهند شد اما نه به اندازه ای که تفاوتی ایجاد کنند. این ممکن است بدان معنا باشد که عمر eSATA در حال محدود شدن است زیرا USB3.0 انعطاف پذیرتر خواهد بود و کارآیی بیش تری در زمینه انرژی ارائه می کند.
همچنین سرعت یک اتصال منفرد USB3.0 حدوداً مشابه یک اتصال single-line PCI Explress 2.0 خواهد بود. بنابراین امکان ساخت ابزار و تجهیزات شبکه سازی بیرونی، صدا و ویدئوی با کیفیت بالا که در زمان واقعی کار می کنند امکان پذیر می شود. در واقع اولین اعلام عمومی ساخت تجهیزات جانبی که از قابلیت استفاده از USB3.0 برخوردار هستند، دوربین Point Gray USB3.0 بود که می توانست ویدئوی full 1010p را در زمان واقعی از طریق یک اتصال SuperSpeed USB به جریان بیندازد. البته در عین حال نباید منتظر معجزه باشید. اگر بتوانید تعدادی از ابزار و وسائل را به یک درگاه USB3.0 منفرد متصل کنید طبیعتاً throughput کلی برای هر وسیله کاهش پیدا خواهد کرد. امروزه ما شاهد سیستم هایی با 8 تا 10 درگاه USB2.0 هستیم و در آینده نیز مشاهده تقاضا برای افزایش این درگاه ها عجیب نخواهد بود. USB3.0 همچنین به میخی بر تابوت اتصال های FireWire پی سی ها تبدیل خواهد شد.
البته، تجهیزات جانبی عادی و معمولی شما به همان شکل قبل کار خواهند کرد. صفحه کلید، ماوس، کارت خوان و سایر تجهیزات USB2.0 کماکان عملیاتی خواهند بود. شما به throughput سریع تر، تحویل انرژی بهتر و کارآیی قدرتمندتری دست پیدا خواهید کرد. عجیب نیست که تولیدکنندگان مادربرد و تجهیزات جانبی در حال پریدن بر روی این ارابه هستند.
منبع: بزرگراه رایانه، شماره 129