• Thứ Sáu, 05/02/2010 09:10 (GMT+7)

    USB thời... “lên 3”

    Trong phiên bản cải tiến mới - USB 3.0 hay còn gọi là SuperSpeed - có tốc độ truyền tải lên đến 5Gbps, cao hơn 10 lần so với USB 2.0. Ngoài ra, SupperSpeed còn có khả năng xử lý song công ...

    Gần cuối năm qua và đầu năm nay, ít nhiều bạn cũng từng nghe thuật ngữ có liên quan đến con số 3: công nghệ di động thế hệ thứ 3 - 3G, ti vi 3 chiều – 3DTV, web 3 chiều - Web3D, đầu Blu-ray chiếu phim 3 chiều – Blu-ray 3D rồi đến các chuẩn giao tiếp phiên bản thứ 3 như USB 3.0, SATA 3.0, PCI Express 3.0, Bluetooth 3.0... Mục tiêu của việc nâng cấp các công nghệ và chuẩn giao tiếp mới này nhằm nâng chất lượng dịch vụ lên một tầm cao mới, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao và khắt khe của người dùng.


    Hình 1: Lộ trình USB 3.0 cho thấy các hãng quyết tâm xây dựng các đặc điểm kỹ thuật cho chuẩn này vào năm 2008 , khai thác vào giữa 2009 và phổ biến vào năm 2010

    Trong bài viết này, chúng tôi giới thiệu chuẩn USB 3.0, được coi là bước đột phá trong công nghệ giao tiếp với thiết bị số hiện nay.

    USB 3.0 có gì mới

     

    Hình 2: Logo chính thức của chuẩn USB 3.0

    Theo lộ trình, năm 2010 các sản phẩm USB 3.0 mới phổ biến rộng rãi, nhưng ngay từ những tháng cuối năm 2009, các hãng đã bắt đầu tung ra sản phẩm USB 3.0. Trong phiên bản cải tiến mới - USB 3.0 hay còn gọi là SuperSpeed - có tốc độ truyền tải lên đến 5Gbps, cao hơn 10 lần so với USB 2.0 (480Mbps). Ngoài ra, SupperSpeed còn có khả năng xử lý song công (hay còn gọi là xử lý đa luồng), tức cho phép đọc và ghi dữ liệu đồng thời (USB 2.0 chỉ hỗ trợ dữ liệu một chiều tại một thời điểm).
     

    So sánh USB 3.0 với eSATA hay FireWire 800 (IEEE 1394b), USB 3.0 vượt xa chúng về nhiều mặt. Điểm chung dễ nhận thấy nhất là tốc độ của eSATA và FireWire 800 thấp hơn rất nhiều so với USB 3.0: tốc độ cao nhất theo lý thuyết của eSATA là 3Gbps, còn FireWire 800 thì 800Mbps. Dù eSATA có tốc độ cao hơn FireWire nhưng nó không tự cấp nguồn và hỗ trợ truyền song công như FireWire và USB 3.0. USB 3.0 lĩnh hội tất cả các ưu điểm trên: tốc độ cao hơn, khả năng cấp nguồn cho thiết bị và đặc biệt là khả năng hoạt động 2 chiều.

             Hình 3: Dây nói đến thiết bị ngoại vi của USB 3.0

    USB 3.0 cũng được thiết kế nhằm cung cấp điện hiệu quả hơn so với chuẩn cũ. Diễn đàn các nhà ứng dụng USB cho biết điện năng được cấp qua phiên bản mới lên tới 900mA so với 500mA của 2.0. Cung cấp điện năng hiệu quả hơn có nghĩa là các thiết bị lấy điện qua cổng USB sẽ được hỗ trợ tốt hơn (hỗ trợ được nhiều thiết bị, xạc qua USB sẽ nhanh hơn…). USB 3.0 có khả năng quản lí nguồn tốt hơn hẳn, có nghĩa là thiết bị hoàn toàn có thể được đưa về trạng thái "ngủ" hay tạm ngưng hoạt động, hứa hẹn khả năng tiết kiệm điện hơn cho các thiết bị sử dụng pin thông qua cổng USB như máy tính xách tay, máy ảnh hay điện thoại di động.
     

    USB 3.0 cho phép kết nối nhiều thiết bị hơn: lên đến 127 thiết bị trong chuỗi tối đa 5 hub, mỗi hub có thể có 15 cổng.
     

    USB 3.0 hỗ trợ khả năng tương thích ngược với các chuẩn trước đó. Phần lớn PC/ thiết bị ngoại vi hiện nay đều hỗ trợ USB 2.0. Do đó, chuẩn USB 3.0 vẫn duy trì tính tương thích ngược ở đầu nối (connector) chuẩn A (Standard-A), dù tốc độ sẽ đạt mức thấp hơn; cho phép các thiết bị tốc độ cao vẫn có thể dùng cáp sẵn có để kết nối đến đầu nối chuẩn A của SuperSpeed.


                                                 Hình 4: Các lõi bên trong cáp USB 3.0

    Thay đổi thiết kế
     

    Hình 5: Các chân cắm và cổng của SuperSpeed chuẩn A

    Đạt được mức tốc độ "xé gió" 5Gbps, chắc chắn USB phiên bản mới này phải được thay đổi thiết kế phần cứng. Cáp không vỏ bọc được cho là khá tốt của USB 2.0 được thay thế bằng cáp có vỏ bọc, và các dây được lồng vào trong vỏ theo từng cặp khác nhau hay còn gọi là cáp SDP (Shielded Differential Pair), nên cáp USB 3.0 dày hơn trước đây. Lớp vỏ bọc giúp loại bỏ hiện tượng nhiễu điện từ - nguyên nhân làm giảm sự toàn vẹn của tín hiệu cũng như tốc độ. Điều đó không có nghĩa là thiết kế của SuperSpeed chỉ đơn giản là thay cáp. Một kỹ thuật mới được ứng dụng trong USB 3.0 - mạch biến đổi cân bằng (Adaptive Equalisation - AE). AE trong mỗi thiết bị giúp chất lượng truyền tín hiệu luôn giữ mức tối ưu nhờ khả năng đo và điều chỉnh tín hiệu điện truyền qua kết nối vật lý để bù vào sự khác biệt về độ dài và chất lượng của dây cáp. Ngoài ra, AE cũng giúp kiểm soát các cổng USB 3.0 lân cận ở mặt trước PC và với bản mạch trên bo mạch chủ để có thể kết nối dây dài hơn.
     

    Trong các đặc tả kỹ thuật của USB 1.1 và USB 2.0 cho thấy chiều dài cáp tối đa lần lượt là 3m và 5m. Còn USB 3.0 mới chỉ hỗ trợ tốt nhất trong khoảng chiều dài dưới 3m.

     


    Hình 6: Các chân cắm và cổng của SuperSpeed chuẩn B (Standard B)

    USB 3.0 sẽ tương thích ngược với 2.0, nghĩa là dây cáp mỏng trên chuột máy tính vẫn có thể dùng cho cổng USB 3.0. Thật vậy, như hình 4, cáp USB 3.0 có chứa lõi cáp USB 1.1/2.0 riêng (cáp UTP - Unshielded Twisted Pair), một thành phần rất quan trọng về sau. Và tất nhiên, đầu nối của chuột máy tính USB cũng sẽ làm việc với USB 3.0. Dù đầu nối USB 3.0 chuẩn A trông lớn trước đây (USB 2.0) vì phải chứa 5 dây cáp, phía sau các chân này sẽ được điều chỉnh sao cho khớp với ổ cắm USB 3.0. Tất nhiên, khi lắp cổng USB 2.0 vào, dù thiết bị đó vẫn làm việc nhưng tốc độ chỉ đạt 480Mbps.
     

    Năm dây cáp này gồm: một dây nối đất và hai cặp dây truyền dữ liệu (một gửi và một nhận) - đọc và ghi dữ liệu đồng thời hay còn gọi là truyền song công (dual simplex) - khác với chế độ một chiều hay còn gọi là đơn công (half duplex) trên USB 2.0 (dù hai dây dữ liệu, nhưng tại mỗi thời điểm chỉ có thể đọc hoặc ghi, không đọc và ghi đồng thời).
     

    Giải pháp khá khôn khéo của USB 3.0 chuẩn A là dồn 5 dây vào ổ cắm thiết kế cho 4 dây. Còn với USB 3.0 chuẩn B, thiết kế có thay đổi so với USB 2.0 chuẩn B - đầu cắm vuông thường thấy trên các máy in trước đây. Các chân USB 3.0 được thêm vào chỗ nhô ra trên đầu nối USB 2.0 (xem hình 6), do đó, các ổ cắm USB 3.0 chuẩn B sẽ có nhiều phiên bản USB 2.0, dù không khác biệt đáng kể nhưng chắc chắn sẽ có nhiều loại cáp chuyển đổi xuất hiện trên thị trường. Đặc biệt, USB 3.0 chuẩn B có thêm một cặp nguồn phụ và dây nối đất.

     

    Hình 7: Kiến trúc bus đôi (dual - bus) của USB 3.0. Lưu ý: Khi các host và hub USB 2.0 và USB 3.0 hoạt động đồng thời thì sẽ không cho phép cắm các thiết bị ngoại vi vào.

    USB SuperSpeed có kiến trúc dual-bus cho phép chạy các ổ cắm USB 3.0 ngay cạnh USB 2.0 (Non-SuperSpeed) – cáp USB 2.0 được giấu bên trong lõi USB 3.0. Nhưng khi các ổ cắm và hub USB 2.0 và USB 3.0 hoạt động đồng thời thì sẽ không cho phép cắm các thiết bị ngoại vi vào.
     

    Do đó, sử dụng USB 3.0 có bus hoàn toàn độc lập với USB 2.0 là điều rất cần thiết vì bus mới sử dụng các giao thức khác, dù nó vẫn còn giữ mô hình đường ống và phương thức truyền dữ liệu để đơn giản hóa việc viết chương trình điều khiển cũng như sử dụng nhóm mã lệnh sẵn có.
     

    SuperSpeed truyền dữ liệu theo dạng gói tương tự USB 2.0 nhưng thời gian truyền các gói dữ liệu từ nguồn đến đích của 2 cổng giao tiếp này có sự khác biệt khá rõ ràng. USB 3.0 gửi các gói dữ liệu theo dạng unicast (một đến một): dữ liệu gửi/nhận trực tiếp giữa nguồn và thiết bị đầu cuối. Trong khi đó USB 2.0 làm việc kém hiệu quả hơn do phải gửi dạng quảng bá (broadcast – một đến nhiều) dữ liệu đến tất cả các thiết bị kết nối với máy tính, bất kể các thiết bị đó có tiếp nhận hay không.
     

    Microsoft đang quan tâm đến USB 3.0, Windows 7 chắc chắn sẽ hỗ trợ SuperSpeed, dù có thể bạn phải chờ bản vá Service Pack 1 cho nó. Trong thời điểm này, USB 3.0 có thể tương thích với Windows Vista, còn Windows XP có thể cũng không nhận dạng được USB 3.0, vì hiện nay các cổng USB 3.0 chỉ có trên các máy tính "đời mới" và chạy HĐH Windows 7. Việc USB 3.0 hỗ trợ Linux đã sẵn sàng, nhưng do tính chất của HĐH mã nguồn mở nên việc sử dụng USB 3.0 trên HĐH này phải mất một thời gian nữa để thử nghiệm.

    Sản phẩm USB 3.0

    Sự hấp dẫn của USB 3.0 khiến các hãng sản xuất khó có thể cưỡng lại tham vọng trình làng thiết bị sử dụng USB 3.0 đầu tiên trên thế giới và rất nhiều hãng bắt đầu công bố những thiết bị này.

    Bút nhớ USB 3.0 của Super Talent là một ví dụ điển hình. Theo công bố của hãng, chiếc bút nhớ RAIDDrive USB 3.0 có những đặc điểm nổi bật: tốc độ tối đa 300Mbps, tương thích ngược với USB 2.0, hỗ trợ UPnP và tương thích với Windows 7.

    Với ổ cứng gắn ngoài, Buffalo cũng vừa tung ra thị trường DriveStation HD-HXU3 hỗ trợ giao tiếp USB 3.0. Theo công bố của hãng, thiết bị hỗ trợ tốc độ tối đa 5Gbps. DriveStation HD-HXU3 có 3 mức dung lượng 1TB; 1,5TB và 2TB với mức giá công bố (tại Mỹ) khá cao, lần lượt là 200USD, 250USD và 300USD (tham khảo http://www.buffalotech.com) và thời gian bảo hành 1 năm. Sản phẩm hỗ trợ Windows 7 (32-bit/64-bit), Windows Vista (32-bit/64-bit), Windows XP, Mac OS X 10.4 hoặc cao hơn.

    Với thị trường bo mạch chủ (BMC), Gigabyte công bố một loạt BMC: Gigabyte GA-X58-UD7 (tham khảo bài viết trang 37), GA-790FXTA-UD5, GA-790XTA-UD4 và GA-770TA-UD3 hỗ trợ USB 3.0 dựa trên chipset host controller uPD720200 của NEC. BMC dựa trên nền tảng Intel và AMD này không những hỗ trợ USB 3.0 mà còn hỗ trợ SATA 3.0 (tốc độ lên đến 6Gbps) đang được người dùng mong đợi không kém.

    Tương tự, Asus cũng tung ra BMC P6X58D Premium (chipset Intel X58) hỗ trợ cổng USB 3.0 và cả SATA 3.0

    Sản phẩm hỗ trợ USB 3.0 đã hiện thực và bắt đầu phổ biến, nhưng câu trả lời cho hiệu năng có đúng với những gì đã công bố không thì chúng ta sẽ phải chờ đợi một thời gian nữa.

    Song Minh
    Tham khảo:
    USB.org, reghardware.com.uk

     

    Từ khóa: Song Minh
    ID: A1001_83