ในปัจจุบันนี้คงไม่มีใครไม่รู้จัก USB หรือ Universal Serial Bus? นั้นมีต้นกำหนิดตั้งแต่ปีค.ศ.1996 ซึ่งช่วงนั้น USB นั้นได้รับการสนับสนุนจากหลายๆ สมาคมหรือบริษัทไม่ว่าจะเป็น Intel, Compaq, หรือ Microsoft จนได้มาเป็นสายการเชื่อมสากลที่มีชื่อว่า USB 1.1 ที่ทุกสื่อยอมรับเมื่อปีค.ศ. 1998 โดยมีความเร็วในการแลกเปลียนข้อมูลสูงสุด 12 Mbps แล้วหลังจากนั้นก็มีการพัฒนาการมาเรื่อยๆ จนถึง USB 2.0 (ปี 2000) ที่มีความเร็วขึ้นมากเมื่อเทียบกับ USB 1.1 คือ 480 Mbps
แต่ความต้องการของมนุษย์เราก็ไม่มีสิ้นสุด USB 2.0 ที่เราใช้งานกันอยู่นั้นเริ่มมีความเร็วที่ไม่เพียงพอแล้ว เนื่องจากในปัจจุบันข้อมูล เริ่มมีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ รวมถึง Storage ก็มีขนาดที่ใหญ่ขึ้นด้วย แต่ความเร็วนั้นยังกลับเท่าเดิม การมาของ USB 3.0 หรือที่เรียกในอีกชื่อว่า USB Superspeed ในครั้งนี้ถือว่าเป็นก้าวสำคัญสำหรับวงการคอมพิวเตอร์ และปัจจุบันนี้ก็เริ่มมีอุปกรณ์ด้านคอมพิวเตอร์ได้ออกจำหน่ายในรูปแบบ USB 3.0 ซึ่งส่งถ่ายข้อมูลได้ถึง 5 Gbps กันทีเดียว ฉะนั้นเรามาดูกันดีกว่าว่า USB 3.0 มีรายละเอียดเป็นอย่างไร และมีสิ่งที่ควรรู้คืออะไรบ้าง
ก่อนอื่นถ้ากล่าวถึง USB 3.0 แล้วไม่กล่าวถึงกลุ่มองค์กรนึ่งก็จะขาดความเข้าใจที่มาที่ไปของ USB 3.0 กลุ่มนั้นได้แก่ นั้นก็คือ กลุ่มส่งเสริมการใช้งาน USB 3.0 (http://www.usb.org/home) ให้ความสนใจในการพัฒนาของ USB 3.0 โดยตั้งหลักเกณฑ์ในการพัฒนาในเรื่องหลัก 3 เรื่อง ได้แก่
- ต้องมีการใช้พลังงานที่มีประสิทธิภาพดียิ่งขึ้นเช่นกัน
- ความเข้ากันได้กับรุ่นเก่า
- การปรับปรุงประสิทธิภาพในการถ่ายโอนข้อมูล
กุญแจสำคัญในการพัฒนา USB 3.0 คือ การปรับปรุงเรื่องประสิทธิภาพในการใช้พลังงาน ซึ่งเป็นเรื่องที่จำเป็นในการยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่สำหรับอุปกรณ์พกพา ไม่ว่าจะเป็นโฮสต์หรืออุปกรณ์เสริม มีการพัฒนากรอบการทำงานหลายอย่างเพื่อลดการใช้พลังงานโดยรวมของอุปกรณ์ USB รุ่นใหม่อันประกอบด้วย
- การขจัดเรื่องการสอบถามอุปกรณ์
- การขจัดเรื่องการกระจายแพคเก็ต
- สถานะพลังงานต่ำระหว่างการถ่ายข้อมูล
- เพิ่มความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูล 10 เท่า
ความเปลี่ยนแปลงประการแรกที่ช่วยลดการใช้พลังงานคือ การขจัดการสอบถามอุปกรณ์ (device polling) ใน USB 2.0 โฮสต์คอนโทรลเลอร์ต้องทำการสอบถามอุปกรณ์ที่รู้จักอย่างต่อเนื่องเพื่อตรวจ สอบว่ามีข้อมูลหรือต้องการส่งข้อมูลกลับมายังระบบโฮสต์หรือไม่ การสอบถามอุปกรณ์ทำให้อุปกรณ์ทุกตัวต้อง “ตื่นตัว” อย่างเต็มที่และสามารถส่งข้อมูลได้ตลอดเวลา อันหมายความว่า อุปกรณ์แต่ละตัวต้องเปลืองพลังงานในการส่งสัญญาน ตอบกลับไปยังระบบโฮสต์ เมื่อไม่มีข้อมูลที่ต้องการส่งกลับไปท้ายที่สุดโฮสต์ยังกินพลังงานอย่างต่อเนื่องจากการถามอุปกรณ์ต่างๆ ว่ามีข้อมูลที่ต้องการส่งหรือไม่ ซึ่งส่วนใหญ่แล้ว ไม่มี
ความเปลี่ยนแปลงประการถัดมาคือ การเปลี่ยนรูปแบบการถ่ายโอนแพคเก็ตจากการกระจายมาเป็นการถ่ายโอนโดยตรง เมื่อโฮสต์ USB 2.0 มีข้อมูลที่ต้องการส่งไปยังอุปกรณ์ มันจะกระจายข้อมูลไปให้แก่พอร์ตทุกตัวต่อจากนั้นฮับทุกตัวที่สัมพันธ์กันต้องกระจายแพคเก็ตไปยังพอร์ตที่เกี่ยวข้อง แต่ละอันอีกครั้ง ท้ายที่สุด อุปกรณ์แต่ละตัวบนบัสต้องประมวลผลข้อมูล (ใช้พลังงาน)เพื่อพิจารณาว่ามันเป็นเป้าหมายของการส่งข้อมูลครั้งนี้หรือไม่
SuperSpeed USB มีการเปลี่ยนโปรโตคอลให้จัดส่งข้อมูลไปยังเป้าหมายที่ต้องการโดยตรง ซึ่งทำให้โฮสต์ต้องมีความชาญฉลาดมากขึ้นที่จะทราบว่าอุปกรณ์อยู่ตรงส่วนใด อันประกอบด้วยพอร์ตใดของฮับ (หรือพอร์ตต่าง ๆ หากมีฮับหลายตัวต่อคั่นกลางระหว่างฮับกับโฮสต์) เส้นทางการส่งข้อมูลออกไป เทคนิคนี้ช่วยลดการใช้พลังงานโดยรวมทั้งในแง่การเจาะจงเป้าหมายที่ต้องการ ส่งข้อมูลไปให้โดยเฉพาะและมีเพียงเป้าหมายเท่านั้นที่ต้องมีการประมวลผล ข้อมูล
ความเร็วที่เพิ่มขึ้นมากถึง 10 เท่ายังช่วยลดปริมาณการใช้พลังงานโดยรวม ทั้งนี้ก็ไม่ได้หมายความว่าตัวรับส่งข้อมูลความเร็ว 5 Gbps จะใช้พลังงานในการส่งข้อมูลน้อยกว่าตัวรับส่งข้อมูลความเร็ว 480 Mbps ปกติ USB 2.0 จะมีอัตราการใช้พลังงานอยู่ที่ 4.75 v. – 5.25 V. ต่อพอร์ท และใช้กระแสอยู่ที่ 500mA ซึ่งหากคิดเป็นอัตราค่าพลังงานต่อความเร็วแล้วจะได้ที่ประมาณ 960 Kbp/s ต่อ mA แต่ USB 3.0 จะใช้พลังงานมากกว่าเก่าเกือบสองเท่า คือที่ประมาณ 900mA แต่ได้ความเร็วกลับมาประมาณ 10 เท่า
อย่างไรก็ดี สิ่งที่เรากำลังพูดถึงคือการลดพลังงานโดยรวม ไม่ใช่เพียงแค่กระแสไฟสูงสุดที่เกิดขึ้นเพียงชั่วระยะเวลาอันสั้นเมื่อตัว รับส่งข้อมูลเริ่มทำงาน เมื่อเราคำนึงถึงระยะเวลาทำงานของตัวรับส่งข้อมูลที่ลดลงประมาณ 10 เท่า ดังนั้นพลังงานทั้งหมดที่ต้องใช้เพื่อส่งข้อมูลจำนวนเท่ากันดังเช่น การย้ายไฟล์จากเครื่องคอมพิวเตอร์ไปยังแฟลชไดรฟ์ ย่อมลดลงอยู่ในช่วงระหว่าง 20 เปอร์เซนต์ (เวลาใช้ไฟสูงสุดสองครั้งซึ่งใช้เวลาในการทำงานเพียงหนึ่งในสิบของเวลาเดิม) กับ 50 เปอร์เซนต์ (เวลาใช้ไฟสูงสุดห้าครั้งซึ่งใช้เวลาในการทำงานเพียงหนึ่งในสิบของเวลาเดิม) ของพลังงานทั้งหมดที่ต้องการใช้ในการส่งข้อมูลขนาดเดียวกันผ่านทาง USB 2.0
เมื่อผสมผสานระหว่างประสิทธิภาพการจัดพลังงานขณะว่างงานที่ผ่านการปรับปรุงให้ดีขึ้น คือจะมีโหมด Idle, Sleep, Suspend และ ไม่มีการกระจายแพคเก็ตและขจัดเรื่อง polling , พลังงานที่ใช้ในการส่งข้อมูลโดยเฉลี่ยที่ลดลง ทำให้ SuperSpeed USB จะใช้พลังงานประมาณไม่เกินหนึ่งในสามของ USB 2.0 เท่านั้น
ผลพลอยได้จากการที่ USB 3.0 สามารถส่งพลังงานถึง 900mA นั้นคือ จะะทำให้การชาร์ตอุปกรณ์ที่สนับสนุน USB 3.0 ที่เสียบผ่านสาย USB 3.0 ชาร์ตเร็วขึ้นด้วย
ความเข้ากันได้กับรุ่นเก่า
หัวใจสำคัญลำดับถัดไประหว่างการพัฒนาคือ การคงรักษาความเข้ากันได้กับ USB รุ่นเก่า ในระหว่างการพัฒนา มีการพบว่าสายเคเบิลและหัวต่อที่ใช้อยู่นั้นไม่สามารถทำให้เกิดความน่าเชื่อ ถือมากพอสำหรับการถ่ายโอนข้อมูลที่ความเร็ว 5 Gbps ดังนั้นนักพัฒนาจึงได้ตัดสินใจว่าจำเป็นต้องส่งสัญญาณผ่านทางตัวนำแยกต่าง หากแทนที่จะใช้ตัวที่มีอยู่แล้วใน USB 2.0 สรุปแล้วนักพัฒนาเลือกที่จะใช้วิธีการส่งสัญญาณที่ต่างออกไปแบบ Full Duplex ซึ่งมีรากฐานมาจากมาตรฐานทางไฟฟ้าของ PCI Express
Full Duplex คือการส่งข้อมูลแบบสองทิศทางได้พร้อมกันในทันที (สังเกตได้จากโลโก้ด้านบน ที่มีลูกศรสองหัว) ซึ่งในเวอร์ชันที่เราใช้ๆ กันอยู่นั้นจะสามารถส่งข้อมูลครั้งละ 1 ทิศทาง สังเกตได้ว่ารูปแบบสาย USB 3.0 นั้นจะมีถึงสี่เส้น โดยใช้ทิศทางละสองเส้น ต่างจากเวอร์ชั่น 2.0 จะมีสายที่ใช้ในการส่งข้อมูลเพียงคู่เดียวเท่านั้น
แล้วความเข้ากันได้กับรุ่นเก่ามีความหมายอย่างไร เมื่อเราพิจารณาจากมุมมองของผู้ใช้ทั่วไป มันหมายความว่าสินค้าทุกตัวที่มีอยู่ซึ่งทำงานได้ตรงตามมาตรฐานจะสามารถทำ งานร่วมกับสินค้าใหม่ทุกตัวที่สนับสนุนมาตรฐานใหม่ อันหมายความว่าเคเบิลที่มีอยู่แล้วดังเช่น ปลั๊ก ต้องสามารถใช้กับตัวรับรุ่นใหม่ที่เหมาะสม ในทางกลับบ้าน เคเบิลรุ่นใหม่ต้องสามารถใช้กับตัวรับรุ่นเก่าได้เช่นกัน
กุญแจสำคัญลำดับสุดท้ายในการพัฒนาคือการปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้บัสโดย รวม เราได้กล่าวมาแล้วว่า การขจัดเรื่องการสอบถามอุปกรณ์, การปรับสถาปัตยกรรมเป็นแบบ Full Duplex ของ SuperSpeed USB ช่วยให้สามารถรับส่งข้อมูลได้สองทางพร้อมกันต่างจากสถาปัตยกรรม USB 2.0 ที่เป็น Half Duplex
ใน USB 2.0 บัส Half Duplex ที่มีเส้นทางส่งข้อมูลเพียงชุดเดียว สำหรับการถ่ายโอนข้อมูลก่อให้เกิด ประเด็นเกี่ยวกับประสิทธิภาพบัสสองประการ ประการแรกคือบัสต้อง “หมุนตัว” ทุกครั้งที่ทิศทางการไหลของข้อมูลเปลี่ยนไป อันหมายความว่าตัวส่งข้อมูลต้องหยุดทำงานตรงปลายด้านหนึ่งของการเชื่อมต่อ เมื่อตัวรับที่อยู่อีกด้านหนึ่งหยุดทำงาน เมื่อกระบวนการนี้เสร็จสมบูรณ์ การย้อนกลับจะเกิดขึ้นเมื่อตัวรับเริ่มทำงานบนอุปกรณ์ตัวแรกและตัวส่งเริ่ม ทำงานบนอุปกรณ์ตัวที่สอง
การทำงานแบบนี้ทำให้มีการใช้เวลาบนบัสอย่างสูญเปล่าซี่งมีนัยสำคัญที่ทำ ให้สมรรถภาพลดลง ผลพวงที่ตามมาคือต้องมีการถ่ายโอนข้อมูลเดิมให้เสร็จสิ้นก่อนที่จะการถ่าย โอนอันถัดไปจะเริ่มขึ้น อันหมายความว่าอุปกรณ์ฝั่งรับต้องแจ้งว่าได้รับข้อมูลแล้วและอุปกรณ์ฝั่งส่ง ต้องรับรู้สัญญาน ก่อนที่จะมีการส่งข้อมูลถัดไปผ่านบัส
ในสภาพแวดล้อมของ SuperSpeed ซึ่งมีเส้นทางส่งข้อมูลสองชุดบนอุปกรณ์ทุกตัว ชุดหนึ่งใช้สำหรับรับข้อมูลและอีกชุดหนึ่งใช้สำหรับส่งข้อมูล อันเป็นการขจัดเวลาหมุนตัวของบัส นอกจากนี้ยังช่วยให้สามารถส่งข้อมูลเพิ่มเติมจากฝั่งส่งโดยไม่รอการแจ้งว่า ได้รับข้อมูลแล้วจากฝั่งรับ
ปัญหาจากการความเร็วที่เพิ่มขึ้น
การส่งข้อมูลมักมีคอขวดที่จำกัดสมรรถภาพของการส่งข้อมูลทั้งหมด ในขณะที่ USB 2.0 High-Speed (และแม้แต่ USB Full-Speed ความเร็ว 12 Mbps และ USB Low-Speed ความเร็ว 1.5 Mbps) มีความเร็วเกินพอสำหรับการใช้งานบางประเภท แต่สำหรับการใช้งานบนเครื่องคอมพิวเตอร์แล้ว USB 2.0 ได้กลายเป็นคอขวดในช่วงระยะเวลาหลายปีที่ผ่านมา อันเป็นเหตุผลสำคัญให้มีการพัฒนามาตรฐานใหม่ที่เน้นเรื่องการถ่ายโอนข้อมูล อันเป็นการขจัดคอขวดที่มีอยู่ในปัจจุบัน
ไม่ว่าสื่อที่ใช้บันทึกข้อมูลจะเป็นแบบจานหมุน เช่น ฮาร์ดดิสก์, ซีดี, ดีวีดี , แบบโซลิดสเตทหรือแฟลชไดรฟ์ที่มีการใช้งานกันอย่างแพร่หลาย สื่อเก็บข้อมูลเหล่านี้มีความสามารถในการถ่ายโอนข้อมูลในอัตรามากกว่าที่ USB 2.0 สามารถทำได้
ดังนั้นคำถามก็คือ มีสื่อเก็บข้อมูลในปัจจุบันที่สามารถอ่านและเขียนข้อมูลด้วยอัตราใกล้เคียง 5 Gbps หรือไม่ คำตอบก็คือมีสื่อเช่นนั้นจริง แต่ยังไม่มากนัก คำตอบนี้อาจทำให้หลายคนเกิดความกังวลว่า SuperSpeed USB จะกลายเป็นคอขวดอีกครั้งหรือไม่ เป็นที่แน่นอนว่ามันสามารถเกิดขึ้นแต่คงไม่ใช่ในระยะเวลาอันใกล้นี้ นักวิชาการหรือผู้รู้ด้านคอมพิวเตอร์ คาดการว่า SuperSpeed USB ควรมีอายุยืนยาวไปอย่างน้อยอีก 5 ปี
ข้อมูลอ้างอิง www.usb.org
http://notebookspec.com/web/?p=82474
0 ความคิดเห็น