USB提速10倍？西数My Book 3.0外置硬盘评测

最近一段时间，高速的USB 3.0接口标准成为业界关注的焦点之一。日前我们收到了西部数据公司采用USB 3.0接口的外置硬盘My Book 3.0，在本文中将对它进行详细的介绍和评测。

西部数据My Book 3.0外置硬盘

上图就是拆开包装之前的My Book 3.0，我们收到的这款容量为1TB，也就是它外壳里面3.5英寸SATA硬盘的容量。My Book 3.0还有一款2TB容量的型号。在包装盒正面下方贴着的红色标签表示它附带了一块USB 3.0接口的PCIe扩展卡，这是考虑到目前绝大多数的主机还没有提供USB 3.0接口。在产品测试之前，我们先来了解一下USB 3.0规范。

提速和兼容性的基础——USB 3.0双总线架构

在多年以前USB 2.0接口开始普及的时候，人们对它相对于USB 1.1 40倍的理论速度提升（480Mbps vs. 12Mbps）感到非常满足。包括移动硬盘、外置刻录机、打印机/扫描仪、摄像头等设备因为传输带宽的提高而大为受益。曾经流行一时的IEEE 1394（Firewire）接口也早已风光不再，尽管传输率为400Mbps的1394A实际效率优于USB 2.0，但还是竞争不过USB控制器集成到主板芯片组这样的“免费午餐”。虽然目前的很多笔记本电脑仍然提供Firewire接口，但外设除了个别高端移动硬盘和DV（通常也支持USB）等视频设备之外就很少见了，至于1394B（800Mbps）及后来更高速的标准也是难以推广。

如今的PC外设接口仍然可以说是USB 2.0一统天下，但是30～40MB/s的实际传输速度面对一些应用已经开始捉襟见肘。外置硬盘就是一个很好的例子：目前主流3.5英寸SATA硬盘的持续传输率已经超过100MB/s，2.5英寸硬盘虽然低于这个数字可是USB 2.0也成为了瓶颈。另外随着高清（蓝光）视频内容的普及，每部影片动辄十几二十GB的容量通过USB 2.0传输的时间也逐渐令人难以忍受。eSATA作为SATA接口向外的一种扩展，其速度不成问题（1.5/3Gbps），然而一方面它几乎只能用于硬盘，另一方面不支持向设备供电使eSATA的应用范围大大受限。在这种情况下，USB 3.0（SuperSpeed USB）标准的发布，使通用串行总线的速率一举提升到5.0Gbps。

USB 3.0的双总线架构

由于USB 3.0的速度达到了5.0Gbps，串行接口的时钟频率已经相当高。目前只有6Gbps的SATA和SAS硬盘接口以及PCI-E 2.0/3.0总线的频率能够与之匹敌，而这些都是主要用于机箱内部的互连（SAS也可以用在外部，PCI-E则很少），USB 3.0却是连接在主机和外设之间。为了保证信号的完整性，对控制器和线缆提出了更加严格的要求。由于USB 3.0和2.0的速度相差10倍以上，再加上还有键盘/鼠标这样的USB 1.x低速外设的拖累，为了保持向下的兼容性USB 3.0采用了双总线架构（如上图）。即在主机、Hub（集线器）、设备和线缆方面全部保留Non-SuperSpeed（USB 2.0）部分模块，在此基础上增加SuperSpeed（USB 3.0）功能模块。这样做可以说是一种折中的办法，虽然增加了一部分成本，但是却很好的解决了兼容性的问题。

USB 3.0线缆结构示意图

以上图中的USB 3.0复合线缆为例，其中Vbus和GND两条连接仍然是+5V电源和低线，中间的部分分为两组，D+和D-用于传输USB 2.0信号，而新增的SSRX+/SSRX-和SSTX+/SSTX-则是2对分别用于收发数据（双向分离）的USB 3.0信号线。

USB 3.0/2.0规格对比表

从上表我们看到，USB 3.0除了在数据速度上提升到5Gbps之外，其传输界面也由USB 2.0的半双工（同一时间只能向一个方向传输数据）改为使用双重单工设计，这一点从上面的线缆图就已经能看出来。“双重单工”（Dual-simplex）与我们常说的全双工（Full-Duplex）技术相类似，二者区别在于双重单工的每对线缆都拥有它自己的接地，而全双工则使用一条公共的地线，双重单工连接可以达到更高的速度和更好的信号质量。这样看来PCI Express总线严格的说应该也属于双重单工连接。

USB接口支持在一个控制器上最多连接127个设备，不过USB 2.0及之前的规范中通信数据包都是以广播形式发送的，这样就影响到了它的效率。USB 3.0对这一点进行了改进，所有传输的数据包都会明确的路由到目标设备上。此外，USB 3.0能够支持更多的电源管理状态级别，以达到更高的能效比。供电方面，USB 2.0标准规定的+5V输出电流是500mA（0.5A），而部分主板厂商在设计时将USB端口实际供电能力提高到800mA。USB 3.0在规范中直接将这个数字确定为900mA，而且还有一种Powered-B增强供电接口+5V输出能够达到1A。USB 2.0在端口硬件侦测到连接事件后，需要通过系统软件使用端口命令去转变端口进入启用状态。而USB 3.0硬件直接能够进入可操作状态，这样就降低了对主机和操作系统的依赖，使设备到设备之间的应用更加简便。

关于USB 3.0的实际效率，相信是大家最关注的一个问题。这里我们要特别说明一下：由于USB 3.0采用的是8b/10b的编码方式（与USB 2.0相同），5Gbps的信号速度就意味着500MBps的最大吞吐量（原始数据），而不是之前有些人宣传的625MB/s。考虑到还有连接级流控制、封包构架和协议开销，实际应用中能够达到400MB/s或者更高的性能。