USB 3.0

USB 3.x phiên bản thứ ba của chuẩn Universal Serial Bus (USB) cho phép máy tính và các thiết bị điện tử giao tiếp với nhau. USB 3.0 có tốc độ đường truyền mới gọi là SuperSpeed USB (SS), với tốc độ chuyển dữ liệu lên đến 5 Gbit/s (625 MB/s), gấp khoảng mười lần so với chuẩn USB 2.0. Để phân biệt các cổng USB 3.0 với các cổng 2.0, các nhà sản xuất thường làm các cổng USB 3.0 theo các mã màu xanh của ổ cắm và các phích cắm chuẩn A, hoặc in ký hiệu SS một bên các cổng 3.0.

Phiên bản kế nhiệm của USB 3.0 là USB 3.1 được phát hành vào tháng 7 năm 2013. USB thừa hưởng những tiêu chuẩn của USB 3.0 và đồng thời thay thế luôn chuẩn 3.0. Chuẩn USB 3.1 giữ lại mức tốc độ SuperSpeed, và bây giờ người ta gọi USB 3.0 với cái tên mới là USB 3.1 Thế hệ 1 (USB 3.1 Gen 1), ngoài ra chuẩn này còn định nghĩa một chuẩn tốc độ SuperSpeed mới với tốc độ 10Gbps được gọi là USB 3.1 Thế hệ 2 (USB 3.1 Gen 2). Thực tế thì đây chính là chuẩn USB 3.1 không đi kèm nhãn USB 3.1 Gen 1 hoặc USB 3.1 Gen 2. Chuẩn này có tốc độ truyền dữ liệu lên tới 10 Gbit/s (1250 MB/s, gấp đôi tốc độ của USB 3.0), mang lại tốc độ tối đa trong lý thuyết ngang bằng với tốc độ của chuẩn giao tiếp Thunderbolt thế hệ đầu tiên.

USB 3.2 được phát hành vào tháng 9 năm 2017 để thay thế cho chuẩn USB 3.1.

Từ "USB 3.0" từ 2017 trở đi thì thay tên lại thành USB 3.1 gen 1.

Tổng quan 
Các đặc điểm kỹ thuật của USB 3.0 tương tự với USB 2.0, nhưng đi kèm nhiều cải tiến cùng với cách hiện thực hóa khác hẳn. Trước đó, các khái niệm về USB như "thiết bị đầu cuối" và bốn tính chất của việc chuyển dữ liệu (số lượng lớn - bulk, kiểm soát - control, không đồng bộ - isochronous và gián đoạn - interrupt) được duy trì, nhưng các giao thức cũng như cách giao tiếp điện là khác nhau. Các đặc điểm kỹ thuật xác định một kênh vật lý riêng để truyền tải lưu lượng của USB 3.0. Những thay đổi được miêu tả như sau:
 Tốc độ truyền tải:  USB 3.0 bổ sung một phương thức truyền mới gọi là loại SuperSpeed hoặc SS, 5 Gbit/s (về mặt điện tử thì chuẩn này giống với chuẩn PCI Express 2.0 và SATA hơn là USB 2.0)
 Tăng băng thông: thay vì sử dụng một đường liên lạc một chiều thì USB 3.0 sử dụng tới hai đường dữ liệu không định hướng, một đường để nhận và một đường để truyền dữ liệu.
 Quản lý điện: trạng thái quản lý điện ở liên kết từ U0 đến U3 được xác định.
 Cải thiện cách sử dụng bus: USB 3.0 bổ sung một tính năng mới, sử dụng các gói NRDY và ERDY để cho phép một thiết bị thông báo theo cách không đồng bộ cho hệ thống biết rằng nó đã sẵn sàng.
 Phương thức bulk được cập nhật, cho phép một lượng lớn các dòng stream ở trong một điểm cuối (Endpoint)
Về cơ bản thì USB 3.0 có tốc độ truyền lên đến 5 Gbps, nhanh hơn khoảng 10 lần so với USB 2.0 (480 Mbps). Và vì USB 3.0 là duplex toàn phần trong khi USB 2.0 là duplex bán phần, lượng băng thông của USB 3.0 có thể lớn gấp 20 lần băng thông của USB 2.0 nếu sử dụng cả hai đường truyền dữ liệu.

Kiến trúc và tính năng 

Ở USB 3.0, kiến trúc dual-bus được sử dụng để cho phép cả hai chuẩn USB 2.0 (tốc độ đầy đủ, tốc độ thấp hoặc tốc độ cao) và USB 3.0 (SuperSpeed) hoạt động đồng thời, nên chuẩn này có tính tương thích ngược. Ngoài ra thì các thiết bị USB 3.0 cũng có thể hoạt động với các cổng USB 2.0.

Truyền tải dữ liệu và đồng bộ 
Những đường truyền SuperSpeed được bắt đầu với việc hệ thống thực hiện một yêu cầu, và thiết bị có thể chấp nhận hoặc từ chối yêu cầu đó; nếu được chấp nhận, thiết bị sẽ gửi dữ liệu hoặc nhận dữ liệu từ máy chủ. Nếu đầu cuối bị dừng, thiết bị sẽ trả lời bằng một cái bắt tay STALL. Nếu thiếu không gian đệm hoặc dữ liệu đệm, thiết bị sẽ phản hồi bằng tín hiệu Không Sẵn sàng - Not Ready (NRDY) để báo cho hệ thống biết rằng nó không thể xử lý yêu cầu. Khi thiết bị đã sẵn sàng, nó sẽ gửi tín hiệu Điểm đến Sẵn sàng - Endpoint Ready (ERDY) tới hệ thống, sau đó hệ thống sẽ lên lịch lại việc truyền dữ liệu.

Việc sử dụng unicast và lượng giới hạn các gói tin multicast kết hợp với các thông báo không đồng bộ, cho phép các liên kết không chủ động chuyển các gói tin sẽ được đưa vào trạng thái tiêu thụ điện thấp, giúp quản lý điện năng tốt hơn.

Mã hóa dữ liệu 

Tất cả dữ liệu được gửi dưới dạng một chuỗi các đoạn 8 bit (một byte) được mã hoá và chuyển đổi thành các ký hiệu 10-bit thông qua phương pháp mã hóa 8b/10b. Điều này giúp bên nhận giải mã chính xác ngay cả khi có nhiễu điện từ (EMI). Sự xáo trộn được thực hiện bằng cách phương pháp đăng ký thay đổi hồi quy tuyết tính - linear feedback shift register (LFSR). LFSR được đặt lại bất cứ khi nào một biểu tượng COM được gửi hoặc nhận.

Không như các chuẩn trước, chuẩn USB 3.0 không trực tiếp chỉ định độ dài tối đa của dây cáp, chỉ yêu cầu rằng tất cả các cáp đạt được các yêu cầu sau: với các cáp đồng AWG 26 dây thì độ dài dây tối đa là .

Nguồn và sạc điện 
USB 3.0 cũng có nguồn ra 5 volts như các phiên bản trước. Đối với các thiết bị SuperSpeed tiêu thụ điện năng thấp, dòng điện ra  là một đơn vị tải (hoặc 150 mA). Đối với các thiết bị SuperSpeed tiêu thụ điện năng lớn thì giới hạn là 6 đơn vị tải hoặc 900 mA, (4,5 W).

Sẵn sàng cho thị trường 

Nhóm quảng cáo USB 3.0 đã công bố vào ngày 17 tháng 11 năm 2008 rằng đặc tả của phiên bản 3.0 đã được hoàn thành và đã chuyển sang Diễn đàn Người thực hiện USB (USB-IF), cơ quan quản lý thông số kỹ thuật USB. Động thái này đã mở ra một cách hiệu quả đặc tả cho các nhà phát triển phần cứng giúp họ triển khai trong các sản phẩm tương lai.

Các sản phẩm đầu tiên sử dụng USB 3.0 được công bố và vận chuyển bởi Buffalo Technology vào tháng 11 năm 2009. Và tới ngày 5 tháng 1 năm 2010, các thiết bị có cổng USB 3.0 được chứng nhận đầu tiên được công bố chính thức tại Triển lãm Điện tử Tiêu dùng (CES) ở Las Vegas, bao gồm hai bo mạch chủ của ASUS và Gigabyte Technology.

Các nhà sản xuất bộ điều khiển máy chủ lưu trữ USB 3.0 bao gồm Renesas Electronics, Fresco Logic, ASMedia Technology, Etron, VIA Technologies, Texas Instruments, NEC và Nvidia. Tính đến tháng 11 năm 2010, Renesas và Fresco Logic đã được thông qua chứng chỉ USB-IF. Bo mạch chủ cho bộ vi xử lý Sandy Bridge của Intel đã được tích hợp ​​với các bộ điều khiển máy chủ Asmedia và Etron. Vào ngày 28 tháng 10 năm 2010, Hewlett-Packard đã phát hành HP Envy 17 3D với bộ điều khiển máy chủ Renesas USB 3.0, nhanh vài tháng trước một số đối thủ cạnh tranh. AMD đã làm việc với Renesas để triển khai việc bổ sung USB 3.0 vào các chipset cho các nền tảng năm 2011 của họ. Tại CES2011, Toshiba đã giới thiệu một chiếc máy tính xách tay mang tên "Toshiba Qosmio X500" tích hợp đồng thời USB 3.0 và Bluetooth 3.0. Sony cũng đã cho ra mắt một loạt máy tính xách tay Sony VAIO tích hợp USB 3.0. Tính đến tháng 4 năm 2011, serie Dell Inspiron và Dell XPS đã sẵn sàng với cổng USB 3.0, sau đó đến tháng 5 năm 2012, dòng Dell Latitude cũng đã có; nhưng các máy chủ gốc USB không hoạt động được với SuperSpeed ​​trong Windows 8. Ngày 11 tháng 6 năm 2012, Apple đã công bố MacBook Air và MacBook Pro mới đi kèm USB 3.0.

Bổ sung vào các thiết bị hiện có 

Trong các máy tính xách tay thiếu cổng USB 3.0 nhưng có khe ExpressCard, các cổng USB 3.0 có thể được thêm vào bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi ExpressCard-to-USB 3.0. Mặc dù cổng ExpressCard được cung cấp từ nguồn 3.3 V, đầu nối cũng có một cổng USB 2.0 (một số thẻ Express thực ra sử dụng giao diện USB 2.0 thay vì cổng ExpressCard). Tuy nhiên, cổng USB 2.0 này chỉ có khả năng cung cấp nguồn cho một cổng USB 3.0. Trường hợp có nhiều cổng được cung cấp trên ExpressCard, cần phải cung cấp thêm điện nguồn.

Việc bổ sung nguồn điện cho nhiều cổng trên máy tính xách tay có thể được thực hiện theo những cách sau:
 Một số adapter ExpressCard-USB 3.0 có thể kết nối bằng cáp đến một cổng USB 2.0 bổ sung trên máy tính, cung cấp nguồn điện bổ sung.
 ExpressCard có thể có ổ cắm cho nguồn điện bên ngoài.
 Nếu thiết bị bên ngoài có một đầu nối thích hợp, nó cũng có thể được cung cấp năng lượng từ bên ngoài.
 Cổng USB 3.0 được cung cấp bởi bộ chuyển đổi ExpressCard-to-USB 3.0 có thể được kết nối với hub USB 3.0 nguồn riêng, với các thiết bị ngoại vi được kết nối với Hub USB 3.0.
Trên bo mạch chủ của máy tính để bàn có khe cắm PCI Express (PCIe) (hoặc các chuẩn PCI cũ hơn), việc hỗ trợ cho USB 3.0 có thể được bổ sung vào dưới dạng card mở rộng PCI Express. Ngoài khe PCIe trống trên bo mạch chủ, nhiều card mở rộng PCI Express to USB 3.0 phải được kết nối với nguồn cung cấp năng lượng như bộ chuyển đổi Molex hoặc nguồn điện bên ngoài, để có thể cung cấp nguồn cho nhiều thiết bị USB 3.0 như điện thoại di động, ổ đĩa cứng gắn ngoài dùng nguồn USB không có nguồn phụ. Vào năm 2011, card này thường được sử dụng để cung cấp cho từ hai đến bốn cổng USB 3.0 với điện năng đầy đủ 900 mA (4,5 W).

Nếu kết nối nhanh hơn với các thiết bị lưu trữ là lý do để ưu tiên USB 3.0, một lựa chọn khác là sử dụng eSATAp. Bằng cách bổ sung một khe cắm khe cắm mở rộng, người ta sẽ có một cổng eSATAp. Hiện nay một số ổ đĩa cứng gắn ngoài có đồng thời cả hai cách kết nối là USB (2.0 hoặc 3.0) và eSATAp. Để đảm bảo tính tương thích giữa các bo mạch chủ và thiết bị ngoại vi, tất cả các thiết bị được chứng nhận USB phải được chấp thuận bởi Diễn đàn Trình kết nối USB (USB-IF). Ít nhất một hệ thống thử nghiệm đầu cuối hoàn chỉnh cho các nhà thiết kế USB 3.0 đã có mặt trên thị trường để các nhà sản xuất cân nhắc.

Sự đón nhận 
USB Promoter Group thông báo phát hành USB 3.0 vào tháng 11 năm 2008. Ngày 5 tháng 1 năm 2010, USB-IF công bố hai bo mạch chủ USB 3.0 được chứng nhận đầu tiên, một của Asus và một bởi Gigabyte. Có thông báo trước đó là bo mạch chủ P55 của Gigabyte và một bo mạch chủ khác của ASUS đã bị hủy bỏ trước khi sản xuất.

Các nhà quản lý thương mại dự kiến sẽ tham gia sản xuất khối lượng lớn trong quý I năm 2010. Ngày 14 tháng 9 năm 2009, Freecom công bố một ổ cứng gắn ngoài sử dụng USB 3.0. Vào ngày 4 tháng 1 năm 2010, Seagate đã công bố một ổ cứng di động nhỏ đi kèm với một thẻ ExpressCard USB 3.0 bổ sung, hướng đến các máy tính xách tay (hoặc máy tính để bàn với khe cắm ExpressCard) tại CES ở Las Vegas Nevada.

Dòng chính của hạt nhân Linux có hỗ trợ USB 3.0 kể từ phiên bản 2.6.31, được phát hành vào tháng 9 năm 2009..

FreeBSD hỗ trợ USB 3.0 kể từ phiên bản 8.2, được phát hành vào tháng 2 năm 2011.

Windows 8 là hệ điều hành đầu tiên của Microsoft hỗ trợ USB 3.0. Windows 7 ban đầu không hỗ trợ cho USB 3.0, nhưng sau đó các nhà sản xuất cũng đã cung cấp driver cho USB 3.0 trên trang chủ của mình.

Intel phát hành chipset đầu tiên với cổng USB 3.0 tích hợp vào năm 2012 với chipset Panther Point. Một số nhà phân tích công nghiệp đã tuyên bố rằng Intel đã chậm chân trong việc tích hợp USB 3.0 vào chipset, do đó làm chậm luôn quá trình chung. Sự chậm trễ này có thể là do các vấn đề trong quá trình sản xuất CMOS, để tập trung vào nền tảng Nehalem, họ đã phải đợi để đạt tất cả các tiêu chuẩn của USB 3.0, PCIe 3.0 và SATA 3.0 trước khi phát triển chipset mới.

AMD đã bắt đầu hỗ trợ USB 3.0 với Fusion Controller Hubs vào năm 2011. Samsung Electronics đã công bố hỗ trợ USB 3.0 với nền tảng Exynos 5 Dual dành cho các thiết bị cầm tay.

Các vấn đề

Tốc độ và tính tương thích 

Một yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ của các thiết bị lưu trữ USB (rõ ràng hơn với các thiết bị USB 3.0, nhưng cũng đáng kể với các thiết bị USB 2.0) là các trình điều khiển giao thức BOT (Mass-Bulk-Only Transfer) USB thường chậm hơn giao thức USB Attached SCSI.

Trên một số bo mạch chủ cũ (2009-2010) Ibex Peak, chipset USB 3.0 tích hợp được kết nối mặc định thông qua một làn PCI Express 2.5 GT/s của PCH, sau đó không cung cấp đầy đủ tốc độ PCI Express 2.0 (5 GT/s), vì vậy nó không cung cấp đủ băng thông cho các cổng USB 3.0. Các phiên bản ban đầu của các bo mạch này có một bộ chuyển đổi bằng tay (trong BIOS) có thể kết nối chip USB 3.0 với bộ vi xử lý (thay vì PCH), cung cấp tốc độ đầy đủ cho PCI Express 2.0, nhưng điều này cũng đánh đổi với việc card đồ họa sẽ mất đi một lượng làn PCI Express. Để tối ưu, các bo mạch mới hơn thường sử dụng kỹ thuật liên kết kênh, kết hợp hai PCI Express 2.5 GT/s để đạt được băng thông cần thiết từ PCH.

Làm nhiễu tần số radio 
Các thiết bị và cáp USB 3.0 có thể gây trở ngại cho các thiết bị không dây hoạt động trong băng tần 2,4 GHz ISM. Điều này có thể dẫn đến sự sụt giảm thông lượng hoặc hoàn toàn mất phản hồi của các thiết bị Bluetooth và Wi-Fi. Người ta đã nghĩ ra rất nhiều giải pháp khác nhau cho vấn đề này, một trong các cách đơn giản là tăng khoảng cách của thiết bị USB 3.0 đến bộ định tuyến Wi-Fi và thiết bị Bluetooth, hoặc thiết kế thêm một bộ che chắn xung quanh các thành phần nội bộ của máy tính.

Một số thiết bị (ví dụ Vivo Xplay 3S) được nhà sản xuất hứa là sẽ được tích hợp USB 3.0, tuy nhiên cuối cùng không có kết nối USB 3.0 vì nhà sản xuất không có khả năng giải quyết sự nhiễu điện từ USB 3.0.

Kết nối 
Chuẩn A được sử dụng ở máy tính. Cổng USB 3.0 chuẩn A chấp nhận các USB 3.0 chuẩn A hoặc USB 2.0 chuẩn A. Ngược lại, bạn có thể cắm USB 3.0 chuẩn A vào cổng USB 2.0 chuẩn A. 

Cổng USB 3.0 chuẩn B chấp nhận các USB 3.0 chuẩn B hoặc các USB 2.0 chuẩn B. Khả năng tương thích ngược được áp dụng để kết nối USB 2.0 chuẩn B vào cổng USB 3.0 chuẩn B. Tuy nhiên, không thể cắm USB 3.0 chuẩn B vào cổng USB 2.0 chuẩn B do đầu nối có kích thước lớn hơn. Chuẩn B được sử dụng ở phía thiết bị.

Vì các cổng USB 2.0 và USB 3.0 có thể cùng tồn tại trên cùng một máy và chúng trông giống nhau, các nhà sản xuất thường sản xuất phần nhựa của cổng USB 3.0 ở màu xanh lam (màu Pantone 300C). Mã màu tương tự áp dụng cho các USB 3.0 chuẩn A.

USB 3.0 cũng giới thiệu một plug-in Micro-B mới, bao gồm một plug-in chuẩn USB 1.x/2.0 Micro-B, với một phích cắm 5-pin "xếp chồng" bên trong. Bằng cách đó, đầu cắm USB 3.0 Micro-B cũng có khả năng tương thích ngược với phích cắm USB 1.x/2.0 Micro-B. Tuy nhiên, không thể cắm USB 3.0 Micro-B vào cổng USB 2.0 Micro-B do đầu nối chuẩn 3.0 có kích thước lớn hơn.

Chân 
Bộ kết nối có cấu hình giống như người tiền nhiệm của nó nhưng có thêm 5 chân.

 Các chân VBUS, D, D +, và GND là bắt buộc đối với việc giao tiếp của USB 2.0. Các chân cắm USB 3.0 bổ sung là hai cặp vi sai và một nối đất (GND_DRAIN). Hai cặp vi sai bổ sung là để truyền dữ liệu SuperSpeed. Chúng được sử dụng cho tín hiệu SuperSpeed full duplex. Chân GND_DRAIN dùng để chấm dứt dây dẫn và kiểm soát EMI và duy trì tính toàn vẹn tín hiệu.

Tính tương thích ngược 

Các cổng USB 3.0 chuẩn B có kích thước lớn hơn bản trước và người dùng có thể cắm cả USB 3.0 chuẩn B hoặc USB 2.0 chuẩn B. Tuy nhiên, đầu cắm của USB chuẩn B lớn hơn đầu cắm của USB 2.0 chuẩn B nên không thể cắm USB 3.0 chuẩn B vào cổng USB 2.0 chuẩn B.

Một cổng eSATAp, là một sự kết hợp giữa eSATA và USB, được thiết kế để cắm được cả USB chuẩn A, vì vậy nó cũng chấp nhận được các USB 3.0 chuẩn A.

USB 3.1 
Thông cáo báo chí tháng 1 năm 2013 của nhóm USB tiết lộ kế hoạch cập nhật USB 3.0 với mong muốn là đạt tốc độ10 Gbit/s (1250 MB/s). Nhóm đã kết thúc việc tạo đặc tả cho USB mới, và USB 3.1 được phát hành vào ngày 31 tháng 7 năm 2013, thay thế cho chuẩn USB 3.0. Đặc tính của USB 3.1 vượt qua tốc độ truyền USB SuperSpeed USB 3.0 hiện tại, còn được gọi là USB 3.1 Gen 1 và mang đến tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn được gọi là USB SuperSpeed 10 Gbps (còn gọi là USB 3.1 Gen 2), giúp cho USB trở nên ngang bằng với một phương thức Thunderbolt thế hệ đầu tiên. Logo của chế độ mới có phụ đề được cách điệu là SUPERSPEED+. Chuẩn USB 3.1 Gen 2 tăng tốc độ truyền dữ liệu tối đa lên 10 Gbit/s (1250 MB/s), gấp đôi tốc độ của SuperSpeed, đồng thời giảm mã hóa đường dây xuống còn 3% bằng cách thay đổi lược đồ mã hóa thành 128b/132b. Phiên bản đầu tiên của USB 3.1 Gen 2 có tốc độ truyền thực tế là 7,2 Gbit/s.

Chuẩn USB 3.1 tương thích ngược với USB 3.0 và USB 2.0. Nó định nghĩa các chế độ truyền tải sau:
 USB 3.1 Gen 1 - SuperSpeed, tốc độ truyền dữ liệu 5 Gbit/s (625 MB/s) trên 1 làn, sử dụng mã hóa 8b/10b tương tự USB 3.0.
 USB 3.1 Gen 2 - SuperSpeed+, tốc độ truyền dữ liệu 10 Gbit/s (1250 MB/s) trên 1 làn, sử dụng mã hóa 128b/132b.

USB 3.2 
Vào ngày 25 tháng 7 năm 2017, một thông cáo báo chí từ Tổ chức Promoter USB 3.0 đã thông báo chi tiết về việc nâng cấp lên USB Type-C, xác định tăng gấp đôi băng thông cho các loại cáp USB-C hiện có. Theo tiêu chuẩn USB 3.2, các loại cáp USB-C 3.1 Gen1 đã được chứng nhận SuperSpeed hiện có thể hoạt động ở tốc độ 10 Gbit/s và cáp USB-C 3.1 Gen 2 được chứng nhận SuperSpeed sẽ có thể hoạt động ở tốc độ 20 Gbit/s.

Chuẩn USB 3.2 tương thích ngược với USB 3.1/3.0 và USB 2.0. Nó định nghĩa các chế độ truyền tải sau:
 USB 3.2 Gen 1x1 - SuperSpeed, tốc độ truyền dữ liệu 5 Gbit/s (625 MB/s) trên 1 làn, sử dụng mã hóa 8b/10b, giống USB 3.1 Gen 1 và USB 3.0.
 USB 3.2 Gen 1x2 - SuperSpeed, tốc độ truyền dữ liệu 10 Gbit/giây (1250 MB/s) trên 2 làn, sử dụng mã hóa 8b/10b. 
 USB 3.2 Gen 2x1 - SuperSpeed+, tốc độ truyền dữ liệu 10 Gbit/s (1250 MB/s) trên 1 làn, sử dụng mã hóa 128b/132b, giống USB 3.1 Gen 2.
 USB 3.2 Gen 2x2 - SuperSpeed+, tốc độ truyền dữ liệu mới là 20 Gbit/s (2500 MB/s) trên 2 làn, sử dụng mã hóa 128b/132b.

Tham khảo

Liên kết ngoài 
 
 

USB
Sản phẩm được giới thiệu năm 2008