USB 3.0 новые скорости, новые перспективы. Сколько осталось жить новому стандарту USB 3.0?

Существовавший на протяжении многих лет интерфейс передачи данных USB 2.0 хоть и продолжает существовать, но какого-либо интереса к себе уже не вызывает. Связано это с вполне объективными причинами. Во-первых, стандарт уже появился во всех возможных устройствах и с ним работают не только компьютеры. Во-вторых, скоростной предел производительности интерфейса достаточно давно покорен и его явно не достаточно.
Массовое внедрение USB интерфейса началось после появления ее второй ревизии - USB 2.0. Активное распространение данного интерфейса началось с материнских плат, которые с начала 2000 года начали активно внедрять и использовать данный интерфейс в своей структуре. В течение одиннадцати лет данный интерфейс покорил все сферы и стал золотым стандартом в сфере передачи данных. Именно интерфейс USB 2.0 позволил многим из нас раз и навсегда отказаться от дремучих LPT портов, не говоря уже о COM портах, которые в различных модификациях еще долгие годы присутствовали на материнских платах.

Следует отметить, что история развития USB 2.0 интерфейса шло стремительными темпами за счет развития сопутствующих отраслей. В первую очередь, это развитие рынка мобильных телефонов. Многие еще помнят, как производители и народные умельцы умудрялись продавать USB кабель к мобильному телефону прося за него по 20-30% от стоимости самого устройства. Постепенное развитие рынка привело к тому, что производители все-таки начали комплектовать свои мобильные телефоны USB кабелями, так как некоторые представители (в частности, Samsung) умудрялись завоевывать доли рынка за счет включения кабеля в комплект поставки.

-- Картинка кликабельна --

В сфере же компьютерной индустрии USB интерфейс был необходим, так как существующие порты PS/2 для клавиатуры и мыши, порт LPT, порты COM кроме низкой пропускной способности обладали таким существенным недостатком, как отсутствие поддержки режима работы Plug&Play. Обычное вытаскивание кабеля из COM или LPT порта в лучшем случае требовало перезагрузки для возобновления работы с устройством, в худшем замены контроллера из-за его выгорания. Именно поэтому данные порты оснащались винтами - для надежной фиксации кабеля в порту.

Скорости существующих портов COM и LPT не только не хватало для адекватной работы, их низкая производительность накладывала ограничения на другие сферы компьютерной индустрии. Не говоря уже о том, что для каждого LPT или COM порта приходилось распаивать отдельный контроллер и говорить об увеличении количества подключаемых устройств к компьютеру даже не приходилось. В связи с чем многие производители оргтехники видели выход в поставках своих устройств с отдельными платами, на которых был контроллер какого-либо порта. Чаще всего это был порт LPT или SCSI. К примеру, для подключения сканера к компьютеру. Отдельный порт необходим, так как COM порт у пользователя занят модемом, а LPT порт принтером, - приходиться реализовывать отдельный порт для сканера. Производители делали ставку на более производительный SCSI интерфейс.

Новый USB порт взял на себя обязанность полностью переломить ситуацию на рынке. Новый интерфейс обладал не только высокой производительностью, но и позволял подключить к одному компьютерному порту более 128 устройств. К примеру, вы к порту подключаете клавиатуру, которая имеет еще 2 USB порта, к ней еще два устройства со своими USB портами и т.д. Естественно, столь максимальное количество подключаемых к одному устройству портов было необходимо лишь на начальных этапах развития интерфейса, когда одна материнская плата имела 2-4 USB порта. На сегодняшний день материнские платы без надобности имеют более 10 USB уже разведенных портов и готовы предоставить возможность пользователю самому еще развести порядка 6 портов. Максимализм в виде 128 подключенных к одному USB порту устройств не нашел в себе оправдания в связи с тем, что многие устройства начали получать питание от USB порта - это жесткие диски, флэш-накопители, контроллеры, что значительно увеличило нагрузку на шину питания материнских плат. Данная проблема проявила себя особенно отчетливо, когда на рынки массово поступили внешние жесткие диски, которые не могли стартовать из-за нехватки тока в USB порту. Производители находили выход - выпускались кабели с возможностью подключения сразу к двум USB портам, а производители материнских плат усиливали схемы питания USB шины. Последнее обстоятельство привело к появлению на рынке материнских плат от компании Gigabyte, которые обеспечивают повышенное обеспечение током для мобильных устройств при их зарядке через USB порт компьютера, что позволяет зарядить мобильный телефон гораздо быстрее, чем через привычные USB порты.

-- Картинка кликабельна --

Новая технология Plug&Play раньше была реализована на различных картах, таких как звуковая карта, ускорители графики. Они сразу распознавались на этапе загрузки БИОСом компьютера и их возможности интегрировались для обеспечения работоспособности операционной системы. Появившийся интерфейс USB 2.0 поддерживает горячее подключение устройств Plug&Play далеко не на уровне БИОСа, а на уровне операционной системы. Во многом это было связано с упущениями производителей БИОСов и с тем, что операционная система MS Windows старалась стремительно забирать на себя многие функции БИОСов компьютеров. Полноценная поддержка USB 2.0 была реализована вместе с выходом операционной системы Windows 98. К тому времени еще не было устройств для их подключения к данному интерфейсу. Ближе к 2000 году появились первые устройства с USB интерфейсом. Вначале это были мышки, флэш-накопители. БИОСы материнских плат компьютеров также поняли необходимость расширенной поддержки нового формата передачи данных, что привело к поддержке загрузки операционных систем с флэш-накопителей и работу с USB клавиатурами. До появления обновленных БИОСов пользователям приходилось иметь запасную PS/2 клавиатуру для работы в БИОСе и установки операционной системы Windows.

Именно последний момент мы считаем переломным, который заставил производителей отказываться от устаревших LPT и COM портов, как в компьютерах, так и в устройствах для них.

-- Картинка кликабельна --

Новый интерфейс USB 3.0 принес с собой одно главное преимущество - это в разы возросшую скорость передачи данных. При этом новый интерфейс сохранил обратную совместимость с форматом USB 2.0, что является наиболее важным. На сегодняшний день наиболее агрессивно данный интерфейс продвигает компания AMD, которая интегрировала поддержку нового стандарта в свои чипсеты. Комания Intel лишь готовиться к выпуску новых чипсетов с интегрированной поддержкой USB 3.0 интерфейса, для реализации же данных портов в материнских платах с чипсетами Intel применяются сторонние контроллеры, чаще всего, компании NEC, которая участвовала в разработке стандарта USB 3.0.

-- Картинка кликабельна --

Для обычных пользователей USB 3.0 порт и USB 2.0 порт ничем кроме цвета не отличаются между собой. На самом деле это далеко не так. Ускорения скорости передачи данных происходит не только за счет реализации новых методов передачи данных, но и за счет усовершенствования проводников и коннекторов. На рисунке видно, что обычный USB 2.0 порт содержит четыре линии. Две линии в центре предназначены для передачи данных, а крайние для питания - ноль и плюс. Новый коннектор USB 3.0 интегрирует в себя еще четыре линии. Данные линии обособлены от старых линий интерфейса USB 2.0 и не имеют контактной площадки для старых коннекторов USB 2.0. Не вооруженным взглядом можно определить наличие всех восьми линий, поэтому даже без цветовой маркировки вы можете определиться с поддержкой USB 3.0 интерфейса устройством.

Новый порт USB 3.0 в десять раз увеличил свою пропускную способность. Если в теории USB 2.0 интерфейс пропускал через себя 60 Мбайт в секунду, то новый интерфейс готов передавать данные со скоростью 640 Мбайт в секунду. Что же это дает пользователю? Это дает то, что если раньше внешний диск объемом в 1 Тб вы переписывали через USB 2.0 интерфейс 10 часов, то через USB 3.0 интерфейс вы передадите необходимый объем данных за 1 час. Разница ощутима?

-- Картинка кликабельна --

В новых стандартах к USB 3.0 интерфейсу производители учли недостатки по питанию предыдущего интерфейса USB 2.0, которые ограничивались максимальной силой тока равной 500 мА. Новый интерфейс USB 3.0 значительно повысил данную планку и достиг максимальных 900 мА. Теперь производители материнских плат уже не могут спекулировать на тему усиленной схемы питания шины USB, так как ее будет необходимо усиливать всем.

Пользователи же получают реальную возможность освободить многие оставшиеся устройства от блоков питания. К примеру, корзины 3,5 дюймовых винчестеров до сих требует дополнительного питания от розетки, но в ближайшем будущем, полный переход на USB 3.0 интерфейс позволит отказаться от блоков питания.

-- Картинка кликабельна --

Каковы же перспективы USB 3.0 интерфейса и удастся ли ему повторить успех интерфейса USB 2.0? Мы считаем, что процесс внедрения USB 3.0 интерфейса займет время в объеме не менее 5 лет, то есть о полном переходе на новый интерфейс мы сможем сообщить не ранее 2016 года. С чем же это связано?

Во-первых, в момент внедрения стандарта USB 2.0 на рынке было очень мало устройств работающих со стандартом USB 1.1. Многие производители так и продолжали выпускать устройства для работы с LPT и COM портами.

Во-вторых, переход на новый USB 2.0 формат от USB 1.1 ознаменовывал повышение скорости передачи данных в сорок раз! Сегодня же переход от интерфейса USB 2.0 к USB 3.0 мы наблюдаем лишь десятикратное увеличение скорости передачи данных.

В-третьих, медлительность USB 2.0 интерфейса стала заметно ощущаться ни в 2008 году, когда был стандартизирован интерфейс USB 3.0, а в районе 2005 года. Именно к этому времени надо было подготовить новый интерфейс USB 3.0, чтоб получить резкое его распространение. Не дожидаясь появления нового интерфейса производители устройств создали новый интерфейс eSATA для внешних устройств хранения данных. Все винчестеры, флэш устройства с интерфейсом eSATA обеспечивают высокую производительность, поддерживают работу Plug&Play, готовы к горячей замене устройства. Все эти сильные стороны eSATA позволяли производителям закрывать глаза на его недостатки и развивать его как противопоставление существующему USB 2.0 интерфейсу в сфере передачи данных от устройств хранения данных.

В-четвертых, скорость передачи данных в USB 3.0 интерфейсе возросла в десять раз и достигла 650 Мбайт в секунду. Много это или мало? Да, современные жесткие диски передают данные на уровне 120-130 Мбайт/секунду. Существующие твердотельные накопители в некоторых случаях покоряют цифры в 250-260 Мбайт/секунду. Да, это в два с половиной раза ниже, чем максимальная пропускная способность интерфейса USB 3.0, но этого не будет хватать уже через пару лет.

Связано это с тем, что объемы хранения и передачи данных возрастают из года в год. Новые форматы FullHD, новые источники информации требуют увеличения объемов передаваемых данных, что требует от производителей ускорять свои устройства хранения данных. Да, в сфере жестких дисков предел роста производительности практически исчерпан, там не приходиться ожидать пятикратного прироста скорости передачи данных. Но твердотельные накопители находятся на "начальном" этапе своего развития и мировые корпорации вкладывают в них миллиарды долларов не для того, чтоб они продолжали показывать прежнею производительность и уже через 2-3 года мы осознаем, что скорости USB 3.0 для них явно не достаточно.

Тем самым, мы можем констатировать, что новый интерфейс USB 3.0 не сможет стать долгожителем и прожить десять лет, как предыдущее поколение USB 2.0. Максимальный срок жизни данного интерфейса 4 года, затем надобность в создании нового USB 4.0 назреет как насущная необходимость.