說明從 1.0 到 4.0 的 USB 標準

(圖片來源：Same Sky)

通用序列匯流排，其縮寫 USB 更為人熟知，可以說是當今市面上最知名的互連標準。但是，許多人可能不會在意 USB 的含義，尤其是非工程人員。簡而言之，「匯流排」是一種在電子系統的不同組件之間傳輸資料或電力的方式，而「序列」則表示資料以一次一個位元通過同一條電線 (或數條電線) 傳輸。將這兩者結合，USB 提供一個工程標準，為連接電子系統中的各種裝置的連接器和纜線建立「通用」規格。

USB 自 1996 年問世以來，從一種簡單方便的裝置間互連和資料通訊方式，發展為多功能。在 1990 年代 USB 尚未推出時，互連環境不但複雜且資料傳輸速率緩慢。USB 和 USB 開發者論壇 (USB-IF) 經過超過 25 年的穩定改進和改變，不斷提高資料傳輸速度及電力傳輸等能力，創造超出原先互連的功能。然而，隨著這些不斷的改進，出現了新標準、對現有標準的更新以及各種命名規約。因此，若要試著跟上最新的 USB 標準，可能既混亂又衝突。本文旨在提供 USB 標準的詳細背景，同時說明最新的 USB 命名規約。

USB 發布前的互連

如上所述，在有 USB 之前的環境中，緩慢的資料傳輸速率是常態，通常從平行的每秒 100 kB 到序列的每秒 450 kb。電腦製造商不僅同時運用序列埠和平行埠，還有各種專有插頭、連接器、纜線，並且經常需要專用的驅動器和卡。此外，無法進行熱抽換或熱插拔。需要先關閉硬體，插入任何裝置後，再重新開啟硬體。

USB-IF 於 1994 年開始開發 USB 標準，推出幾個預發布版本 (USB 0.8 和 0.9)，但從未在市場銷售過。1995 年，USB 0.99 被排除在預發布標準列表之外，並且也不曾交付商用。

USB 1.0 和 1.1

USB 1.0 在 1996 年發布，是代表 USB 標準的第一個主要版本，提供低速 1.5 Mbps 和全速 12 Mbps 的資料傳輸速率。儘管 USB 1.0 提供熱抽換和自行配置的便利，但並沒有成為第一個廣泛採用的商用 USB 版本。

時隔兩年的 1998 年，推出了 USB 1.1。雖然它與 USB 1.0 的資料傳輸能力相當，但可以對帶寬較低的裝置，用較慢的速度運作。鑑於 Full Speed 的品牌，USB 1.1 被 Apple 的 iMac G3 採用而聞名，iMac G3 自此停止使用序列埠和平行埠。這為今後 USB 標準的普及鋪路。USB 1.0 和 1.1 亦規定了實體 USB 連接器的使用標準：Type A 和 Type B。

圖 1：Type A 和 Type B USB 連接器標準。(圖片來源：Same Sky)

USB 2.0

21 世紀初，由於 PC 及各種周邊裝置的普及，對更高資料傳輸速度需求隨之不斷上升。因此，USB 2.0 於 2000 年 4 月上市。此標準具有 480 Mbps 的資料傳輸能力，但匯流排限制將其降低到 280 Mbps。USB 2.0 被賦予了 High Speed 的品牌，並且向下相容之前的標準及其 1.5 或 12 Mbps 的速度。此時，開始更普遍地將 USB 用作電源，在 5 V 時提供高達 500 mA 的功率的電氣標準。

USB 2.0 還引入了 USB On-the-Go，能讓兩個裝置無需單獨的 USB 主機即可互動。截至此時，USB 連接始終介於主機 (電腦) 和周邊裝置 (滑鼠、鍵盤、音樂裝置等) 之間。

在實體連接器標準方面，USB 2.0 與 USB Type A、B、C 連接器以及 Mini 和 Micro A 和 B 相容。然而，Micro A、B 和 Type C 的實體連接器則經過多年、分別在 2007 年和 2014 年才推出。

USB 3.0

USB 3.0 及更高版本是經過多次迭代和更改命名規約的 USB 標準。為了避免混淆，在更詳細說明最新命名規約之前，我們引用標準時將採用其原始版本名稱。

USB 3.0 於 2008 年發布，支援高達每秒 5 Gbps 的資料傳輸，但速度接近 3 Gbps。USB 3.0 以 SuperSpeedUSB 為品牌，將 USB 2.0 硬體的四條連接線增加一倍，達到八條，並允許雙向傳輸資料，同時亦向下相容 USB 2.0。此標準還將電源能力提高到 5 V 時 900 mA。請注意，USB 3.0 特定硬體 (例如 USB 3.0 Type A 和 Type B 連接器) 用藍色表示，以表明其相容性。

隨著 USB 3.2 命名規約的引入，USB 3.0 現在被稱為 USB 3.2 Gen 1。

USB 3.1

與 USB 3.0 相同，USB 3.1 是 2013 年發布的臨時標準，它只是將資料速率提高了一倍，最高可達 10 Gbps。其品牌名稱為 SuperSpeed+ 並且曾有兩層命名規約：USB 3.1 Gen 1 (USB 3.0) 和 USB 3.1 Gen 2。同樣，隨著 USB 3.2 命名規約的引入，USB 3.1 Gen 2 現在被稱為 USB 3.2 Gen 2。

USB 3.2

USB 3.2 標準於 2017 年 9 月推出，取代 USB 3.0 和 3.1 標準命名規約，同時增加高達 20 Gbps 的第三層資料能力。此標準標記為 USB 3.2 Gen 2x2，充分利用 USB Type-C® 連接器的雙通道資料傳輸通道，可由兩對電線對在各向傳輸 10 Gbps。USB 3.2 標準的較低兩層也很常列為 USB 3.2 Gen 1x1 或 USB 3.2 Gen 2x1，這只是為使用的資料線數量提供額外的背景。

進一步說明，USB-IF 為每一層提供了更新的品牌，其中包括熟悉的 SuperSpeed USB 品牌和資料傳輸限制。如下表 1 所示，這些替代名稱如下：SuperSpeed USB 5 Gbps、SuperSpeed USB 10 Gbps、SuperSpeed USB 20 Gbps。

表 1：定義的 USB 3.2 命名規約。(圖片來源：Same Sky)

USB 4.0

USB 4.0 基於 Thunderbolt 3 協定，於 2019 年 8 月發布，其資料傳輸速度高達 40 Gbps，提供專用視訊傳輸方式。Power Delivery 3.1 標準還將 USB 的功率能力提升至 240 W。雖然從技術方面而言，Power Delivery 標準和 USB 4.0 為獨立，但卻是同時開發，且通常一起使用。這兩個最新標準只能透過實體 USB Type C 連接器的硬體功能才能充分運用。

USB-IF 還改進了 USB 4.0 命名規約，將其更改為具有以下兩層的 USB4：

• USB4 20 Gbps (資料速度與其命名相符)
• USB4 40 Gbps (資料速度與其命名相符)

上述 USB4 和 USB 3.2 的每一層產品上都有一個與之相關的新標誌，用以消除市場上消費者的困惑。然而，USB 標準的各種名稱仍帶來一些挑戰，因為裝置還是經常在舊的命名方案下被引用。

表 2：目前的 USB 命名規約和相關標誌 (圖片來源：Same Sky)

USB 的未來

希望本文能夠消除有關 USB 標準的一些疑惑，同時一睹其能力和功能的快速演進發展歷程。這種小型、符合成本效益且簡單的方法，很容易被視為連接智慧型手機、行動裝置甚至工業應用周邊裝置理所當然的方式。USB 連接器僅用於充電目的(USB Type C 為僅供電力應用所設計) 甚至已成為普遍做法。可以肯定地說，USB 將在未來繼續尋找新的用途和功能，Same Sky 的工程師已設計各種形式的 USB 連接器 和 USB 纜線，用於滿足多種 USB 標準。