要點

1,移動設備上多媒體內容的增長要求有更大的存儲容量和更快的連接速度。

2,USB 3.0 5Gbps原生信號速率可以承擔大容量多媒體內容的傳輸，以及高清視頻流。

3,USB 3.0微型連接器小于USB 2.0和HDMI微型連接器之和，從而節省了移動系統設計中的資源。

4,雖然Wi-Fi有無線的便利，但USB 3.0具有電池充電能力和超高的數據速率，使之成為最萬能的連接選擇。

移動手持設備逐漸成為我們生活中不可缺少的一部分，開發人員每天都在發明新的應用，以支持我們忙碌的生活方式。例如，智能手機和平板電腦都越來越多地用于媒體的回放。但是，增加內容及其傳送速度已成為最具挑戰性的工作之一。因此，提高存儲容量和數據傳輸速率都是移動系統設計中的關鍵。盡管移動設備的存儲容量每年翻番，能跟上內容的增長，但數據傳輸速率卻一直上不去。

USB 3.0的誕生

據In-Stat的數據，2015年，廠商將交付2.8億部有USB 3.0功能的手機。USB 3.0的帶寬較USB 2.0增長了10倍，實現了5Gbps的原始吞吐率，約600MB/s，考慮到20%的協議開銷后，這近乎于480MB/s的實際數據吞吐率。由于USB3.0是與數據無關的，因此可以傳送任何類型的內容，包括高清視頻。USB 3.0亦提高了電源供應與管理的門檻。它允許設備在工作時從PC拉出最多900mA電流，并且仍然保持了即插即用的能力。USB 3.0有多種節能模式，如空閑、睡眠與掛起，優化了電池供電移動設備的使用壽命。

現在已有60多億部設備有USB功能，并且在移動手持設備中幾乎有100%的占有率，USB成為最普及的接口。由于USB 3.0與USB 2.0反向兼容，消費者應能毫無困難地理解并使用它。

消費者和平板電腦設計者對USB 3.0一樣熟悉。當移動計算轉向平板電腦這種尺度時，存在著兩種設計哲學。傳統筆記本電腦制造商(包括華碩、宏基和東芝)都選擇從上至下的微型化，而手機制造商(包括蘋果、三星和HTC)則采用自下至上的方案。因為兩種方法都已存在了USB 2.0固件，因此無論是筆電背景還是手機背景的平板電腦設計者，都會把轉向USB 3.0看作一個簡單直接的過程。

連接器問題

雖然USB 3.0的標準A型連接器與USB 2.0尺寸相同，但對于手機、平板電腦和其它手持設備上使用的USB 3.0微型連接器則存在著一些問題。USB 3.0微型連接器有獨特的結構，USB 3.0線要從USB 2.0連接器穿過(圖1)。制造商在為系統增加其它大型連接器方面持謹慎態度。USB 3.0微型連接器的總寬度為12.85mm (圖2)。這種連接器的外形要大于USB2.0，而對渴望獲得極小尺寸的移動設備制造商而言，這就帶來了問題。

圖1，在USB 3.0微型連接器中，USB 3.0線要通過USB 2.0連接器。該連接器尺寸大于USB 2.0連接器，從而引發了移動設備制造商的關切。

圖2，連接器總寬為12.85mm，大于USB 2.0連接器(數字來自USB 3.0規格)。

除了USB 2.0微型連接器以外，今天大多數高清手持設備都有一個HDMI(高清晰度多媒體接口)微型連接器，用于傳送高清視頻流。但是，制造商可以省略掉微型HDMI接口，而代之采用MHL(移動高清鏈接)接口傳送高清視頻，MHL是一個新提出的移動音/視頻接口，可將移動設備直接連接到高清電視機和外接顯示器上。由于MHL與連接無關，因此USB 3.0可以替代它承載音視頻信號，從而避免了對其它HDMI微連接器的需求。

USB 3.0微型連接器小于USB和HDMI微型連接器兩者之和。HDMI微型連接器尺寸為6.4mm長，而USB2.0微型連接器長度為7.8mm。考慮到兩者之間要有一個間距，則總連接器的長度就達到約15mm~16mm，超出USB3.0微型連接器25%以上。因此，移動設備制造商可以用一個多功能USB 3.0微型連接器做出精致的設計，獲得更快的內容傳輸速度、電池充電速度，以及通過MHL的高清視頻流。

拓展了吞吐量

大多數移動設備中的存儲器采用的是SD(安全數字)卡或eMMC(嵌入多媒體卡)閃存技術。SD 2.0標準支持最大25MB/s速度，而eMMC 4.3標準支持最大52MB/s。兩者均不能有效地利用USB3.0的全部數據帶寬。不過，新的SD 3.0標準改變了這種局面，新標準將SD性能提高到104MB/s。同樣，最新的eMMC 4.41規范將升級到104MB/s。SD 3.0已面世，micro-SD版隨后就到，而符合eMMC 4.41的閃存器件則已量產。

USB 2.0幾乎不支持當前的存儲標準(圖3)。到2012年底，基于UHS(超高速)II和UFS(通用閃存)的器件進入市場時，USB 2.0將很快成為整體數據傳輸路徑上的速率瓶頸。移動系統制造商必須在自己的新設計中采用USB 3.0，才能充分利用到這些存儲提升的優勢。

圖3，作為接口演化的一部分，USB 2.0勉強支持著今天的存儲標準。

伴隨高清視頻記錄功能的滲透，移動設備中數字內容量也在持續增長。一個10分鐘的家庭電影可以很容易地占到數吉兆的存儲量。今天，用戶一般會將這些電影傳送到PC上，做編輯、分享和回放。這對USB2.0尚算一個勉強的工作，而USB 3.0 SuperSpeed則可提供幾乎無等待的即時感受。

由于存儲數據量太大，手機和平板供應商都在尋求用RAID(獨立磁盤冗余陣列)技術來提高數據流量。采用RAID-0結構時，大數據被分成條帶，同時存儲在兩個SD或eMMC卡上。RAID-0與USB 3.0同時使用時，存儲設備的最大吞吐量可以翻番，更有效地使用USB 3.0的可用帶寬。今天，一臺有最快USB2.0接口的手機要傳送一部8GB的電影，需要花7min，速度是18MB/s。升級到USB 3.0后，拓寬了數據傳輸通路，數據傳輸可以達到當前存儲器的峰值極限，這意味著，一個支持USB 3.0端口和兩個存儲設備的RAID-0結構的內部橋可以運行在存儲設備的最高性能。這個速度現在大約為150MB/s~200MB/s。以此速度，一部8GB電影的傳送時間減少到41s(圖4和圖5)。

圖4，USB 3.0理論上可提供高達600MB/s的數據傳輸速率(a)，因此一個8GB的文件，只需要不到14s的傳輸時間(b)。而實際上，存儲器的速度限制了數據傳輸速率。通過采用內部橋和RAID-0結構，存儲器的速度可達到150MB/s~200MB/s，因此一個8GB要花41s。

圖5，Cypress公司Benicia USB 3.0存儲控制器作為內部橋，能夠實現高效率的便攜設備數據流，并提供RAID-0結構。

USB 3.0還有助于降低設備的制造成本。很多手持設備供應商都會在出廠時，通過USB端口預先在設備中裝入應用程序、音樂、電影以及其它內容。智能手機的操作系統和預裝內容要大于2GB，制造商采用USB 3.0端口做手機預裝時，速度是USB 2.0的10倍，這樣提高了工藝效率，能節省更多成本。

同步與移動

在云計算時代，出現了大量的云服務，如iCloud、微軟SkyDrive，還有Dropbox，用戶無需通過PC就能以無線方式同步自己的數據。移動設備對連網技術的需求還有爭議。Wi-Fi是今天最常見的無線標準，據IMS Research分析，93%的連接速度是在智能手機和平板電腦上。它有無需接線的方便，給我們日常生活帶來了數不清的好處，例如在本地星巴克店上網，在等飛機時發送電子郵件，或用一部設備拍照片，并通過云將其傳送給另外一部設備。

最新修訂版的Wi-Fi 802.11n支持MIMO(多輸入/多輸出)，多天線處理的數據明顯多于單天線。Wi-Fi802.11n還提供40MHz的信道寬度，增加了吞吐量，可以工作在不擁擠的5GHz ISM(工業/科研/醫療)頻段。盡管802.11n的600Mbps理想帶寬仍然無法匹配USB 3.0的5Gbps帶寬，但已經足夠用于移動設備與PC之間的內容傳送。

然而，Wi-Fi 802.11n在移動設計中的優勢正在逐漸消失。它的600Mbps最大帶寬通常只出現在理想的工作狀況下，此時40MHz寬的信道使用了四個空間流。由于每個空間流都需要一根天線和一個ADC，因此對移動系統供應商而言，把四套全做上是沒有性價比的。為得到效率，各個天線都需要遠離放置；而緊湊的移動設備尺寸嚴重限制了這種要求。此外，在擁擠的2.4GHz ISM頻段上，使用40MHz寬的信道通常是不實際的，這個頻段充斥著藍牙設備、微波爐，以及其它常見的RF設備。總之，對于任何移動設備，實際的Wi-Fi帶寬會大幅下降。

圖6，移動設備與PC之間的數字內容無線傳送會同時消耗設備的電能

除非設備連接了充電器或通過USB連接到PC上(a)。USB 3.0有多用途的連接能力、大帶寬，以及電池充電功能，因此在不久的將來很可能與移動設備上的Wi-Fi共存(b)。

Wi-Fi還缺少了USB 3.0設備的可充電優點。移動設備與PC之間的數字內容傳送過程也同時消耗了設備的電池，除非同時接了充電器或通過USB端口連接PC(圖6)。因此，移動設備永遠不可能采用Wi-Fi方式，做純粹“無繩”的同步，除非所傳輸的數字內容量可以忽略不計。Wi-Fi最適合用于上網、發送電子郵件，以及聆聽空中收音機；但它不是大量快速內容傳送的選擇。而由于USB 3.0兼具了多功能連接、大帶寬，以及電池充電功能，在可預見的未來，它很可能與Wi-Fi在移動設備上并存。

盡管USB 3.0是移動設備的一種有前途的技術，它仍然必須克服一些障礙，才能獲得與USB 2.0同等的成功。因為USB 3.0工作在更高的頻率，于是就出現了一些新的挑戰，如信號完整性和電纜長度。但設計者可通過遵循最佳設計實踐，克服這些挑戰。

現在，只有少數PC帶有USB 3.0；因此，移動設備無法通過USB 3.0連到很多PC上，即使移動設備本身具有了這一功能。英特爾下一代支持原生USB 3.0主控的Ivy Bridge CPU已進入市場，更多PC將帶有標準的USB3.0端口。另外，早期USB 3.0適配器必須自己開發USB3.0驅動程序，這樣就增加了額外開銷和設計復雜性。微軟已宣布在Windows 8操作系統中提供強大的USB 3.0支持，USB 3.0的無縫支持將遍及整個市場。

USB仍然是所有移動設備中最萬能的連接選擇。USB 3.0有明確的優點，如大帶寬和電池充電，因此成為大量數據傳輸與高清視頻流的理想選擇。USB 3.0將獲得用戶從USB 2.0得來的強大認同，從硬件到軟件都發展出一個廣泛的生態系統。現在正是移動系統制造商在下一代移動設備中引入SuperSpeed USB 3.0的最佳時機。