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USB 3.0

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USB 3.0
Deprecated SuperSpeed USB logo
폐기된 SuperSpeed USB 로고
종류 USB
생산 역사
설계일 2008년 11월(17년 전)(2008-11)
제조사 USB 3.0 프로모터 그룹 (휴렛 팩커드, 인텔, 마이크로소프트, NEC, ST-에릭슨, 텍사스 인스트루먼트)[1]
이전 단자 USB 2.0 Hi-Speed
대체 단자 USB 3.1, USB 3.2, USB4 (2013년 7월, 2017년 9월, 2019년 8월)
일반 사양
길이 Standard‑A 플러그: 12 mm
Standard‑B 플러그: 12 mm
Type‑C (USB‑C) 플러그: 6.65 mm
너비 Standard‑A 플러그: 12 mm
Standard‑B 플러그: 8 mm
Micro‑A & Micro‑B 플러그: 12.2 mm
Type‑C (USB‑C) 플러그: 8.25 mm
높이 Standard‑A 플러그: 4.5 mm
Standard‑B 플러그: 10.44 mm
Micro‑A & Micro‑B 플러그: 1.8 mm
Type‑C (USB‑C) 플러그: 2.40 mm
데이지 체인 아니요
음성 신호 아니요
영상 신호 아니요
핀 수 Type‑C: 24 (플러그 22); Micro: 10; Standard: 9
단자 USB-C (USB Type‑C),
USB 3.0 Standard‑A,
USB 3.0 Standard‑B,
Powered‑B,
USB 3.0 Micro‑A,
USB 3.0 Micro‑B,
USB 3.0 Micro‑AB 리셉터클
전기
최대 전압 5V
최대 전류 900 mA
1.5 A (BC 1.1/1.2, USB 3.2 단일 레인)
3 A (USB 3.2 다중 레인 Type‑C)
데이터
데이터 신호 예
비트레이트 5 Gbit/s (raw 데이터 속도: 500 MB/s, USB 3.0)
10 Gbit/s (1.212 GB/s), § USB 3.1
20 Gbit/s (2.422 GB/s), § USB 3.2

범용 직렬 버스 3.0(Universal Serial Bus 3.0, USB 3.0)은 SuperSpeed USB라는 이름으로 출시되었으며, 컴퓨터와 전자 기기를 연결하기 위한 범용 직렬 버스(USB) 표준의 세 번째 주요 버전이다. 2008년 11월에 출시되었다. USB 3.0 사양은 SuperSpeed라는 새로운 아키텍처와 프로토콜을 정의했는데, 여기에는 물리적으로 5개의 추가 전선과 핀이 필요한 전이중 데이터 전송을 위한 새로운 레인이 포함되었다. 또한 새로운 신호 코딩 방식(8b/10b 기호, 5 Gbit/s; 이후 Gen 1으로 알려짐)을 추가하는 동시에 USB 2.0 아키텍처 및 프로토콜을 보존하여 USB 2.0 하위 호환성을 위한 기존 4개의 핀과 전선을 유지했다. 결과적으로 총 9개의 전선과 커넥터 인터페이스에서 9개 또는 10개의 핀을 사용하게 된다(ID 핀은 연결되지 않음). SuperSpeed USB(SS)로 마케팅되는 새로운 전송 속도는 최대 5 Gbit/s(인코딩 오버헤드 후 500 MB/s의 raw 데이터 속도)로 신호를 전송할 수 있으며, 이는 USB 2.0 표준의 최대 속도인 High-Speed보다 약 10배 빠르다. USB 3.0 Type‑A 및 일반적으로 Type-B 커넥터의 가시적인 내부 절연체는 사양의 권장 사항[2]: §5.3.1.4  및 SS 머리글자에 따라 USB 2.0 커넥터와 구별하기 위해 파란색인 경우가 많다.[3]

2013년 7월에 출시된 USB 3.1은 USB 3.0 사양을 완전히 대체하는 후속 사양이다. USB 3.1은 기존 SuperSpeed USB 아키텍처와 프로토콜을 해당 동작 모드(8b/10b 기호, 5 Gbit/s)와 함께 보존하여 USB 3.1 Gen 1이라는 명칭을 부여했다.[4][5] USB 3.1은 Enhanced SuperSpeed 시스템을 도입했다. 이 시스템은 SuperSpeed 아키텍처와 프로토콜(SuperSpeed USB)을 보존 및 통합하는 동시에, 새로운 코딩 스키마(128b/132b 기호)와 SuperSpeedPlus(SuperSpeedPlus USB, 때때로 SuperSpeed+ 또는 SS+로 마케팅됨)라는 프로토콜을 추가하는 SuperSpeedPlus 아키텍처를 제공하며, 10 Gbit/s의 신호 속도와 기존 Type‑A, Type‑B, Type‑C 연결을 통해 1212 MB/s의 raw 데이터 속도를 가진 USB 3.1 Gen 2[4]라는 새로운 전송 모드를 정의했다. 이는 USB 3.0(Gen 1으로도 알려짐) 속도의 두 배가 넘는다.[6][2] 병렬 USB 2.0 구현을 통해 하위 호환성은 여전히 제공된다. USB 3.1 Gen 2 Standard‑A 및 Standard‑B 커넥터는 청록색인 경우가 많지만, 이는 표준 사양이 아니다. 표준은 Gen 2를 포함한 USB 3 지원 모든 Standard‑A 플러그 및 리셉터클의 절연체가 팬톤 300 C(Pantone 300 C) 색상인 파란색이어야 한다고 권장한다. 청록색이나 Standard‑B 커넥터 색상에 대한 언급은 없으며, 다른 모든 Type‑A 및 Type‑B 커넥터(Micro 및 Mini)는 각각 Type‑A, ‑B, ‑AB에 대해 흰색, 검은색 또는 회색 절연체를 갖추어야 한다.

2017년 9월에 출시된 USB 3.2는 USB 3.1 사양을 완전히 대체한다. USB 3.2 사양은 Enhanced SuperSpeed 시스템에 두 번째 레인을 추가하는 등 다른 개선 사항을 포함하여, SuperSpeedPlus USB가 Gen 2×1(이전의 USB 3.1 Gen 2)과 두 개의 새로운 Gen 1×2 및 Gen 2×2 동작 모드를 두 레인에서 작동하도록 구현한다. SuperSpeed 아키텍처 및 프로토콜(SuperSpeed USB)은 여전히 단일 레인 Gen 1×1(이전의 USB 3.1 Gen 1) 동작 모드를 구현한다. 따라서 USB 3.2 Gen 1×2(10 Gbit/s, 인코딩 오버헤드 후 1 GB/s raw 데이터 속도) 및 USB 3.2 Gen 2×2(20 Gbit/s, 2.422 GB/s)와 같은 2레인 작동은 풀 피처드 패브릭(호스트, 허브, 주변 장치 및 24개 핀이 있는 완전히 연결된 케이블 및 플러그)에서만 가능하다. 2023년 기준으로 USB 3.2 Gen 1×2 및 Gen 2×2는 많은 제품에 아직 구현되지 않았다. 인텔은 2021년 1월부터 LGA 1200 로켓 레이크 칩셋(500 시리즈)에, AMD는 2022년 9월부터 LGA 1718 AM5 칩셋에 이를 포함하기 시작했으나, 애플은 이를 제공한 적이 없다. USB 3.2 Gen 1×1(5 Gbit/s) 및 Gen 2×1(10 Gbit/s) 구현은 매우 일반화되었다. 병렬 USB 2.0 구현을 통해 하위 호환성이 제공된다.

개요

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폐기된[7] SuperSpeed USB 5Gbps 패키징 로고
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USB 5Gbps 포트 로고

USB 3.0 사양은 USB 2.0과 유사하지만 많은 개선 사항과 대체 구현이 포함되어 있다. 엔드포인트 및 4가지 전송 유형(벌크, 제어, 아이소크로너스, 인터럽트)과 같은 초기 USB 개념은 유지되지만 프로토콜과 전기 인터페이스는 다르다. 사양은 USB 3.0 트래픽을 전달하기 위해 물리적으로 분리된 채널을 정의한다. 이 사양의 변경 사항은 다음과 같은 영역에 있다.

  • 전송 속도 — USB 3.0은 SuperSpeed 또는 SS라는 새로운 전송 유형을 추가하며, 5 Gbit/s 속도를 낸다(전기적으로는 USB 2.0보다 PCI 익스프레스 2.0 및 SATA와 더 유사하다).[8]
  • 대역폭 증가 — USB 3.0은 데이터를 수신하는 경로와 전송하는 경로, 이렇게 하나의 경로 대신 두 개의 단방향 데이터 경로를 사용한다.
  • 전원 관리 — U0에서 U3까지의 링크 전원 관리 상태가 정의되어 있다.
  • 버스 사용 개선 — 장치가 폴링 없이 호스트에 비동기적으로 준비 상태를 알릴 수 있도록 하는 새로운 기능(NRDY 및 ERDY 패킷 사용)이 추가되었다.
  • 회전 매체 지원 — 벌크 프로토콜이 엔드포인트 내에서 다수의 논리적 스트림을 허용하는 스트림 프로토콜이라는 새로운 기능으로 업데이트되었다.

USB 3.0은 5 Gbit/s 또는 5000 Mbit/s의 전송 속도를 가지며, 이는 USB 2.0(0.48 Gbit/s)보다 약 10배 빠르다(USB 3.0은 전이중 방식인 반면 USB 2.0은 반이중 방식이라는 점을 고려하지 않았을 때). 이를 통해 USB 3.0은 USB 2.0보다 20배 큰 잠재적 총 양방향 대역폭을 가진다.[9] 흐름 제어, 패킷 프레이밍 및 프로토콜 오버헤드를 고려하면 애플리케이션에서 450 MB/s의 대역폭을 사용할 수 있다.[10]

아키텍처 및 기능

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Standard‑A USB 3.0 플러그의 정면 모습. 전원 및 USB 1.x/2.0을 위한 4개의 핀이 있는 앞줄과 후속 USB 3.0 연결을 위한 5개의 핀이 있는 뒷줄이 보인다. 절연체는 USB 3.0 표준 파란색인 팬톤 300 C 색상이다.

USB 3.0에서는 이중 버스 아키텍처를 사용하여 USB 2.0(Full Speed, Low Speed 또는 High Speed)과 USB 3.0(SuperSpeed) 작동이 동시에 이루어질 수 있도록 하여 하위 호환성을 제공한다. 구조적 토폴로지는 동일하며, 레벨 0의 루트 허브와 더 낮은 레벨의 허브로 구성된 계층적 스타 토폴로지가 장치에 버스 연결을 제공한다.

데이터 전송 및 동기화

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SuperSpeed 트랜잭션은 호스트 요청에 의해 시작되고, 장치의 응답이 뒤따른다. 장치는 요청을 수락하거나 거부하며, 수락하면 장치가 데이터를 보내거나 호스트로부터 데이터를 받는다. 엔드포인트가 중단되면 장치는 STALL 핸드셰이크로 응답한다. 버퍼 공간이나 데이터가 부족하면 Not Ready(NRDY) 신호로 응답하여 호스트에게 요청을 처리할 수 없음을 알린다. 장치가 준비되면 Endpoint Ready(ERDY) 신호를 호스트에 보내고, 호스트가 트랜잭션을 다시 예약한다.

유니캐스트의 사용과 제한된 수의 멀티캐스트 패킷, 그리고 비동기식 알림의 결합은 패킷을 활발하게 전송하지 않는 링크를 저전력 상태로 전환할 수 있게 하여 전원 관리를 최적화한다.

USB 3.0은 EMI를 줄이기 위해 33 kHz에서 최대 5000 ppm까지 변하는 스프레드 스펙트럼 클록을 사용한다. 결과적으로 수신기는 데이터를 복구하기 위해 지속적으로 클록을 '추적'해야 한다. 클록 복구는 8b/10b 인코딩 및 기타 설계에 의해 도움을 받는다.[11]

데이터 인코딩

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SuperSpeed 버스는 기존의 3가지 전송 모드 외에 5.0 Gbit/s의 공칭 속도로 전송 모드를 제공한다. 인코딩 오버헤드를 고려한 raw 데이터 처리량은 4 Gbit/s이며, 사양상 실제 환경에서는 3.2 Gbit/s(400 MB/s) 이상을 달성하는 것이 합리적이라고 본다.[12]

모든 데이터는 스크램블링되어 8b/10b 인코딩을 통해 10비트 기호로 변환되는 8비트(1바이트) 세그먼트 스트림으로 전송된다. 이는 전송 시 전자파장애(EMI) 발생을 방지하는 데 도움이 된다.[6] 스크램블링은 프리러닝 선형 피드백 시프트 레지스터(LFSR)를 사용하여 구현된다. LFSR은 COM 기호가 전송되거나 수신될 때마다 재설정된다.[12]

이전 표준과 달리 USB 3.0 표준은 최대 케이블 길이를 명시하지 않고, 모든 케이블이 전기 사양을 충족할 것을 요구한다. 미국 전선 규격(AWG) 26 전선을 사용하는 구리 케이블의 경우, 최대 실용 길이는 3 미터 (10 ft)이다.[13]

전원 및 충전

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이전 USB 버전과 마찬가지로 USB 3.0은 5볼트 공칭 전압으로 전원을 공급한다. 저전력(1 유닛 로드) SuperSpeed 장치에서 사용할 수 있는 전류는 150 mA로, USB 2.0에서 정의된 100 mA에서 증가했다. 고전력 SuperSpeed 장치의 경우 제한은 6 유닛 로드 또는 900 mA(4.5 W)이며, 이는 USB 2.0의 500 mA보다 거의 두 배 높은 수치이다.[12]: section 9.2.5.1 Power Budgeting 

USB 3.0 포트는 최대 1.5 A 또는 7.5 W를 지원하는 USB 배터리 충전 사양, 또는 USB 3.1의 경우 호스트 장치를 최대 100 W까지 충전할 수 있는 USB 전력 공급 사양 등 더 높은 전력을 위한 다른 USB 사양을 구현할 수 있다.[14]

명명 체계

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USB 3.2 사양부터 USB-IF는 새로운 명명 체계를 도입했다.[15] 기업들의 동작 모드 브랜딩을 돕기 위해 USB-IF는 5, 10, 20 Gbit/s 기능을 각각 SuperSpeed USB 5Gbps, SuperSpeed USB 10 Gbps, SuperSpeed USB 20 Gbps로 브랜딩할 것을 권장했다.[16] 2023년에 이 명칭들은 다시 변경되어,[17] "SuperSpeed"를 USB 5Gbps, USB 10Gbps, USB 20Gbps로 대체하고 새로운 패키징 및 포트 로고를 도입했다.[18]

가용성

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비아 테크놀로지스 칩셋을 사용하는 USB 3.0 4포트 허브의 내부 회로 기판과 커넥터

USB 3.0 프로모터 그룹은 2008년 11월 17일에 버전 3.0 사양이 완료되었으며 USB 사양 관리 기관인 USB-IF로 이관되었다고 발표했다.[19] 이 조치로 하드웨어 개발자들이 향후 제품에 이를 구현할 수 있는 길이 열렸다.

최초의 USB 3.0 소비자용 제품은 2009년 11월 버팔로 테크놀로지가 발표 및 출시했으며, 최초의 인증된 USB 3.0 소비자용 제품은 2010년 1월 5일 라스베이거스 CES에서 에이수스와 기가바이트 테크놀로지의 메인보드 2종을 포함하여 발표되었다.[20][21]

USB 3.0 호스트 컨트롤러 제조업체로는 르네사스 일렉트로닉스, 프레스코 로직, ASMedia, 에트론, 비아 테크놀로지스, 텍사스 인스트루먼트, NEC, 엔비디아 등이 있다. 2010년 11월 기준으로 르네사스와 프레스코 로직[22]이 USB-IF 인증을 통과했다. 인텔의 샌디브리지 프로세서용 메인보드에서도 Asmedia 및 에트론 호스트 컨트롤러가 확인되었다. 2010년 10월 28일, 휴렛 팩커드는 경쟁사보다 수개월 앞서 르네사스 USB 3.0 호스트 컨트롤러를 탑재한 HP 엔비 17 3D를 출시했다. AMD는 2011년 플랫폼용 칩셋에 USB 3.0 구현을 추가하기 위해 르네사스와 협력했다. CES 2011에서 도시바는 USB 3.0과 블루투스 3.0을 포함한 "코스미오 X500" 노트북을 공개했고, 소니는 USB 3.0이 포함된 새로운 소니 바이오 노트북 시리즈를 출시했다. 2011년 4월 기준으로 델 인스피론 및 델 XPS 시리즈에서 USB 3.0 포트를 사용할 수 있었고, 2012년 5월에는 델 래티튜드 노트북 시리즈에서도 사용할 수 있게 되었다. 하지만 윈도우 8에서 USB 루트 호스트가 SuperSpeed로 작동하지 않는 문제가 있었다.

기존 장비에 추가

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PCI 익스프레스 확장 카드 형태의 USB 3.0 컨트롤러.
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노트북 컴퓨터의 측면 커넥터. 왼쪽부터 USB 3.0 Standard‑A (호스트) 포트(혀 부분 아래쪽에 USB 3을 위한 5개의 추가 접점이 보임), VGA 단자, 디스플레이포트 커넥터, USB 2.0 Standard‑A (호스트) 포트.

PCI 익스프레스(PCIe) 슬롯(또는 이전의 PCI 표준)이 있는 데스크톱 PC 메인보드에서는 PCI 익스프레스 확장 카드 형태로 USB 3.0 지원을 추가할 수 있다. 메인보드의 빈 PCIe 슬롯 외에도, 많은 "PCI 익스프레스 to USB 3.0" 확장 카드는 휴대폰이나 USB 외에는 전원이 없는 외장 하드 드라이브와 같은 많은 USB 3.0 장치에 전원을 공급하기 위해 Molex 커넥터 어댑터나 외부 전원 장치에 연결해야 한다. 2011년 기준으로 이는 종종 각 USB 3.0 포트가 수행할 수 있는 0.9 A(4.5 W)의 전체 전원을 공급(데이터 전송과 동시에)하는 데 사용되는데, PCI 익스프레스 슬롯 자체는 필요한 양의 전원을 공급할 수 없기 때문이다.

저장 장치에 대한 빠른 연결이 USB 3.0을 고려하는 이유라면, 대안으로 eSATAp를 사용할 수 있다. eSATAp 포트를 제공하는 저렴한 확장 슬롯 브래킷을 추가하는 방법이 있으며, 일부 외장 하드 디스크 드라이브는 USB(2.0 또는 3.0)와 eSATAp 인터페이스를 모두 제공한다.[21] 메인보드와 주변 장치 간의 호환성을 보장하기 위해 모든 USB 인증 장치는 USB-IF의 승인을 받아야 한다. USB 3.0 설계자를 위한 최소한 하나의 완전한 엔드투엔드 테스트 시스템이 시장에 출시되어 있다.[23]

채택

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USB 프로모터 그룹은 2008년 11월에 USB 3.0 출시를 발표했다. 2010년 1월 5일, USB-IF는 최초의 두 인증된 USB 3.0 메인보드인 에이수스와 기가바이트 테크놀로지 제품을 발표했다.[21][24] 이전 발표에는 기가바이트의 2009년 10월 7개 P55 칩셋 USB 3.0 메인보드 목록[25]과 생산 전에 취소된 에이수스 메인보드가 포함되었다.[26]

상용 컨트롤러는 2010년 1분기에 양산에 들어갈 것으로 예상되었다.[27] 2009년 9월 14일, 프리컴은 USB 3.0 외장 하드 드라이브를 발표했다.[28] 2010년 1월 4일, 씨게이트 테크놀로지는 라스베이거스 CES에서 노트북(또는 익스프레스카드 슬롯이 추가된 데스크톱)을 타겟으로 한 추가 USB 3.0 익스프레스카드가 번들로 제공되는 소형 휴대용 HDD를 발표했다.[29][30]

리눅스 커널 메인라인은 2009년 9월에 출시된 2.6.31 버전부터 USB 3.0을 지원하고 있다.[31][32][33]

FreeBSD는 2011년 2월에 출시된 8.2 버전부터 USB 3.0을 지원한다.[34]

윈도우 8은 USB 3.0에 대한 내장 지원을 제공하는 최초의 마이크로소프트 운영 체제였다.[35] 윈도우 7은 초기 출시 시점에 지원이 포함되지 않았다.[36] 하지만 윈도우 7 지원을 가능하게 하는 드라이버는 하드웨어 제조업체 웹사이트를 통해 사용할 수 있다.

인텔은 2012년 팬서 포인트 칩셋을 출시하면서 통합 USB 3.0 포트가 있는 첫 번째 칩셋을 내놓았다. 일부 업계 분석가들에 따르면 인텔은 칩셋에 USB 3.0을 통합하는 데 속도가 느렸으며, 이로 인해 주류 채택이 지연되었다.[37] 이러한 지연은 CMOS 제조 공정의 문제,[38] 네할렘 플랫폼 발전을 위한 집중,[39] 새로운 칩셋을 개발하기 전 모든 3.0 연결 표준(USB 3.0, PCIe 3.0, SATA 3.0)이 성숙하기를 기다림,[40][41] 또는 새로운 선더볼트 인터페이스를 선호하려는 인텔의 전략 때문일 수 있다.[42] 애플은 USB 3.0이 완성된 지 거의 4년이 지난 2012년 6월 11일에 USB 3.0 포트가 탑재된 노트북을 발표했다.

AMD는 2011년 퓨전 컨트롤러 허브부터 USB 3.0을 지원하기 시작했다. 삼성전자는 휴대용 기기를 대상으로 하는 ARM 기반 엑시노스 5 듀얼 플랫폼에서 USB 3.0 지원을 발표했다.

문제점

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속도 및 호환성

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다양한 초기 USB 3.0 구현은 NEC/르네사스 일렉트로닉스 μD72020x 계열 호스트 컨트롤러를 널리 사용했으며,[43] 이는 일부 장치와 제대로 작동하기 위해 펌웨어 업데이트가 필요한 것으로 알려져 있다.[44][45][46]

USB 저장 장치의 속도에 영향을 미치는 요인으로, USB 3.0 장치에서 더 분명하게 나타나지만 USB 2.0에서도 눈에 띄는 것은 USB Mass Storage Bulk-Only Transfer(BOT) 프로토콜 드라이버가 일반적으로 USB Attached SCSI(UAS[P]) 드라이버보다 느리다는 점이다.[47][48][49][50]

일부 구형(2009–2010) 아이벡스 피크 기반 메인보드에서는 내장 USB 3.0 칩셋이 기본적으로 PCH의 2.5 GT/s PCI 익스프레스 레인을 통해 연결되어 있었다. 이는 당시 전체 PCI 익스프레스 2.0 속도(5 GT/s)를 제공하지 못했기 때문에 단일 USB 3.0 포트에 대해서도 충분한 대역폭을 제공하지 못했다. 이러한 보드의 초기 버전(예: 기가바이트 테크놀로지 P55A-UD4 또는 P55A-UD6)에는 USB 3.0 칩을 (PCH 대신) 프로세서에 연결할 수 있는 수동 스위치(BIOS 내)가 있어, 당시에도 풀 스피드 PCI 익스프레스 2.0 연결을 제공했지만, 이는 그래픽 카드에 더 적은 PCI 익스프레스 2.0 레인을 사용해야 함을 의미했다. 그러나 더 새로운 보드(예: 기가바이트 P55A-UD7 또는 에이수스 P7P55D-E Premium)는 채널 본딩 기술(보드의 경우 PLX PEX8608 또는 PEX8613 PCI 익스프레스 스위치에 의해 제공)을 사용하여 두 개의 PCI 익스프레스 2.5 GT/s 레인을 단일 PCI 익스프레스 5 GT/s 레인으로 결합하여 PCH로부터 필요한 대역폭을 확보했다.[51][52][53]

무선 주파수 간섭

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USB 3.0 장치와 케이블은 2.4 GHz ISM 대역에서 작동하는 무선 장치와 간섭을 일으킬 수 있다. 이로 인해 처리량이 감소하거나 블루투스 및 와이파이 장치의 응답이 완전히 끊길 수 있다.[54] 제조업체가 당시 간섭 문제를 해결하지 못했을 때, Vivo Xplay 3S와 같은 일부 모바일 장치는 출시 직전에 USB 3.0 지원을 삭제해야 했다.[55] 문제를 완화하기 위해 USB 3.0 장치와 와이파이 및 블루투스 장치 간의 거리를 늘리는 것부터 USB 장치 및 USB 호스트 주변에 차폐 및 접지를 적용하는 것까지 다양한 전략을 적용할 수 있다.[56][57]

커넥터

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USB 3.0 Standard‑A 리셉터클(상단, 파란색 팬톤 300 C), Standard‑B 플러그(중간), Micro‑B 플러그(하단)

USB 3.0 Standard‑A 리셉터클은 USB 3.0 Standard‑A 플러그나 USB 2.0 Standard‑A 플러그를 모두 수용한다. 반대로 USB 3.0 Standard‑A 플러그를 USB 2.0 Standard‑A 리셉터클에 연결하는 것도 가능하다. 이것이 하위 호환성의 원칙이다. Standard‑A 플러그는 호스트 측의 컴퓨터 포트에 연결하는 데 사용된다.

USB 3.0 Standard‑B 리셉터클은 USB 3.0 Standard‑B 플러그나 USB 2.0 Standard‑B 플러그를 모두 수용한다. 하위 호환성은 USB 2.0 Standard‑B 플러그를 USB 3.0 Standard‑B 리셉터클에 연결할 때 적용된다. 그러나 물리적으로 더 큰 커넥터로 인해 USB 3.0 Standard‑B 플러그를 USB 2.0 Standard‑B 리셉터클에 꽂을 수는 없다. Standard‑B 플러그는 장치 측에서 사용된다.

USB 2.0 및 USB 3.0 포트가 같은 기기에서 공존할 수 있고 비슷해 보이기 때문에, USB 3.0 사양은 Standard‑A USB 3.0 리셉터클에 파란색 인서트(팬톤 300 C 색상)를 사용할 것을 권장한다. 동일한 색상 코드가 USB 3.0 Standard‑A 플러그에도 적용된다.[12]: sections 3.1.1.1 and 5.3.1.3 

USB 3.0은 또한 새로운 Micro‑B 케이블 플러그를 도입했다. 이는 표준 USB 1.x/2.0 Micro‑B 케이블 플러그 옆에 5핀 플러그가 "쌓여 있는" 형태이다. 이렇게 하면 USB 3.0 Micro‑B 호스트 리셉터클이 USB 1.x/2.0 Micro‑B 케이블 플러그와의 하위 호환성을 유지하여, USB 3.0 Micro‑B 포트가 있는 장치가 USB 2.0 Micro‑B 케이블에서도 USB 2.0 속도로 작동할 수 있게 된다. 그러나 물리적으로 더 큰 커넥터로 인해 USB 3.0 Micro‑B 플러그를 USB 2.0 Micro‑B 리셉터클에 꽂을 수는 없다.

핀 배치

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USB 3.0 Standard‑A 플러그(상단) 및 리셉터클(하단), 핀 번호 표시됨

커넥터는 이전 버전과 동일한 물리적 구성을 가지지만 핀이 5개 더 많다.

VBUS, D−, D+, GND 핀은 USB 2.0 통신에 필수적이다. 5개의 추가 USB 3.0 핀은 두 개의 차동 쌍과 하나의 접지(GND_DRAIN)이다. 두 개의 추가 차동 쌍은 SuperSpeed 데이터 전송을 위한 것으로, 전이중 SuperSpeed 신호 전달에 사용된다. GND_DRAIN 핀은 드레인 와이어 종단 처리와 EMI 제어 및 신호 무결성 유지를 위한 것이다.

USB 3.0 커넥터 핀 배치[58]
핀 색상 신호 이름 설명
A 커넥터 B 커넥터
쉘빈칸실드금속 하우징
1 빨간색VBUS전원
2 흰색D−USB 2.0 차동 쌍
3 초록색D+
4 검은색GND전원 귀환 접지
5 파란색StdA_SSRX−StdB_SSTX−SuperSpeed 수신 차동 쌍
6 노란색StdA_SSRX+StdB_SSTX+
7 빈칸GND_DRAIN신호 귀환 접지
8 보라색StdA_SSTX−StdB_SSRX−SuperSpeed 송신 차동 쌍
9 주황색StdA_SSTX+StdB_SSRX+
USB 3.0 Powered‑B 커넥터는 장치에 전원을 공급하기 위해 전원 및 접지용 핀 2개가 추가되어 있다.[59]
10 빈칸DPWR장치에 공급되는 전원 (Powered‑B 전용)
11 DGNDDPWR 귀환 접지 (Powered‑B 전용)

하위 호환성

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USB Micro‑B USB 2.0 vs USB Micro‑B SuperSpeed (USB 3.0)

USB 3.0 및 USB 2.0 또는 그 이전 버전의 Type‑A 플러그와 리셉터클은 상호 운용되도록 설계되었다.

주변 장치에서 볼 수 있는 USB 3.0 Type‑B 리셉터클은 USB 2.0 또는 이전 버전보다 크며, 더 큰 USB 3.0 Type‑B 플러그와 더 작은 USB 2.0 또는 이전 Type‑B 플러그를 모두 수용한다. USB 3.0 Type‑B 플러그는 USB 2.0 또는 이전 Type‑B 플러그보다 크기 때문에 USB 3.0 Type‑B 플러그를 USB 2.0 또는 이전 Type‑B 리셉터클에 삽입할 수 없다.

Micro USB 3.0(Micro‑B) 플러그와 리셉터클은 주로 스마트폰, 디지털 카메라, GPS 장치와 같은 소형 휴대용 장치를 위한 것이다. Micro USB 3.0 리셉터클은 Micro USB 2.0 플러그와 하위 호환된다.

eSATA/USB 콤보인 eSATAp용 리셉터클은 USB 2.0 또는 그 이전의 USB Type‑A 플러그를 수용하도록 설계되었으므로 USB 3.0 Type‑A 플러그도 수용한다.

USB 3.1

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폐기된[7] SuperSpeed+ USB 10Gbps 패키징 로고
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USB 10Gbps 포트 로고

2013년 1월, USB 그룹은 USB 3.0을 10 Gbit/s(1250 MB/s)로 업데이트할 계획을 발표했다.[60] 그룹은 새로운 USB 사양인 USB 3.1을 만들었으며, 이는 2013년 7월 31일에 출시되어[61] USB 3.0 표준을 대체했다. USB 3.1 사양은 기존 USB 3.0의 SuperSpeed USB 전송 속도를 이어받아 현재는 USB 3.1 Gen 1으로 지칭되며, USB 3.1 Gen 2 동작 모드에 해당하는 SuperSpeed USB 10 Gbit/s라는 더 빠른 전송 속도를 도입했다.[4] 이는 1세대 선더볼트 채널 하나와 동등한 수준이다. 새로운 모드의 로고는 SUPERSPEED+로 양식화된 캡션이 특징이다.[62] 이는 업데이트된 SuperSpeedPlus 프로토콜을 의미한다. USB 3.1 Gen 2 모드는 또한 방식을 128b/132b로 변경하여 라인 인코딩 오버헤드를 3%로 줄였으며, raw 데이터 속도는 1,212 MB/s이다.[63] 첫 번째 USB 3.1 Gen 2 구현은 7.2 Gbit/s의 실제 전송 속도를 보여주었다.[64]

USB 3.1 사양은 USB 2.0 사양을 포함하며, 전용 물리 계층, 아키텍처 및 프로토콜을 병렬로 완전히 보존한다. USB 3.1 사양은 다음과 같은 동작 모드를 정의한다.

  • USB 3.1 Gen 1 – 새로 SuperSpeed 또는 SS로 마케팅됨, 8b/10b 인코딩을 사용하여 하나의 레인에서 5 Gbit/s 신호 속도(raw 데이터 속도: 500 MB/s); USB 3.0을 대체함.
  • USB 3.1 Gen 2 – 새로운 모드, SuperSpeed+ 또는 SS+로 마케팅됨, 128b/132b 인코딩을 사용하여 하나의 레인에서 10 Gbit/s 신호 속도(raw 데이터 속도: 1212 MB/s).

바이트 단위의 공칭 데이터 속도는 비트 인코딩 오버헤드를 고려한다. 물리적인 SuperSpeed 신호 비트 속도는 5 Gbit/s이다. 모든 바이트 전송에 10비트 시간이 소요되므로 raw 데이터 오버헤드는 20%이며, 따라서 raw 바이트 속도는 625가 아닌 500 MB/s이다. 마찬가지로 Gen 2 링크의 경우 인코딩은 128b/132b이므로 16바이트를 물리적으로 전송하는 데 16.5바이트가 걸리며, 이는 3%의 오버헤드이다. 따라서 새로운 raw 바이트 속도는 128/132 * 10 Gbit/s = 9.697 Gbit/s = 1212 MB/s이다. 실제로 어떤 동작 모드든 추가적인 링크 관리 및 프로토콜 오버헤드가 있으므로, Gen 2 동작 모드에서 달성 가능한 최상의 데이터 속도는 읽기 벌크 전송의 경우 800 MB/s 미만이다.[65][10]

USB 3.0을 "USB 3.1 Gen 1"로 재사양화한 것은 일부 제조업체에서 정의 세대를 생략하고 5 Gbit/s 신호 속도를 가진 제품을 "USB 3.1"로 광고하는 데 악용되었다.[66]

USB 3.2

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폐기된[7] SuperSpeed+ USB 20Gbps 패키징 로고
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USB 20Gbps 포트 로고

2017년 7월 25일, USB 3.0 프로모터 그룹의 보도 자료는 기존 USB‑C 케이블의 대역폭을 두 배로 늘리는 것을 정의하는 USB-C 사양의 보류 중인 업데이트를 자세히 설명했다. 2017년 9월 22일에 출시된 USB 3.2 사양에 따라[10] 기존 SuperSpeed 인증 USB‑C 3.1 Gen 1 케이블은 10 Gbit/s(5 Gbit/s에서 증가)로 작동할 수 있으며, SuperSpeed+ 인증 USB‑C 3.1 Gen 2 케이블은 20 Gbit/s(10 Gbit/s에서 증가)로 작동할 수 있게 된다. 대역폭 증가는 USB‑C 커넥터의 플립플롭 기능을 위해 의도되었던 기존 전선을 통한 다중 레인 작동의 결과이다.[67][68]

USB 3.2 표준은 물리 계층에 4개의 전용 전선이 있는 USB 2.0 사양을 포함한다. Enhanced SuperSpeed 시스템은 두 가지 모두를 포함하지만, USB 2.0 구현과는 분리되어 병렬로 존재한다.[10]: Figure 3-2 

  • SuperSpeed USB(SuperSpeed 아키텍처 및 프로토콜 기반):
    • USB 3.2 Gen 1×1 – 새로 SuperSpeed USB 5Gbps로 마케팅됨(SuperSpeed 또는 SS 대체), 8b/10b 인코딩을 사용하여 하나의 레인에서 5 Gbit/s 신호 속도(raw 데이터 속도: 500 MB/s); USB 3.0을 대체한 USB 3.1 Gen 1을 대체함.
  • SuperSpeedPlus USB(SuperSpeedPlus 아키텍처 및 프로토콜 기반):
    • USB 3.2 Gen 2×1 – 새로 SuperSpeed USB 10 Gbps로 마케팅됨(SuperSpeed+ 또는 SS+ 대체),[62] 128b/132b 인코딩을 사용하여 하나의 레인에서 10 Gbit/s 신호 속도(raw 데이터 속도: 1212 MB/s); USB 3.1 Gen 2를 대체함.
    • USB 3.2 Gen 1×2 – 새로운 모드, 8b/10b 인코딩을 사용하여 두 개의 레인에서 10 Gbit/s 신호 속도(raw 데이터 속도: 1000 MB/s).
    • USB 3.2 Gen 2×2 – 새로운 모드, SuperSpeed USB 20 Gbps로 마케팅됨, 128b/132b 인코딩을 사용하여 두 개의 레인에서 20 Gbit/s 신호 속도(raw 데이터 속도: 2424 MB/s).

이전 버전과 마찬가지로 인코딩 및 raw 데이터 속도에 관한 동일한 고려 사항이 적용된다. Gen 1×2와 Gen 2(×1)가 모두 10 Gbit/s 신호로 작동하지만, Gen 1×2는 더 오래되고 효율이 낮은 8b/10b 라인 코딩을 사용하여 Gen 2(×1)에 비해 낮은 raw 데이터 속도를 나타낸다. 물론 둘 다 더 새로운 SuperSpeedPlus 프로토콜을 사용한다.[10]: Figure 3-2 

2018년 5월, 시높시스는 최초의 USB 3.2 Gen 2×2 동작 모드를 시연했으며, 여기서 윈도우 PC가 저장 장치에 연결되어 벌크 전송 읽기 평균 데이터 속도 1600 MB/s에 도달했다.[69][70] 이는 raw 처리량의 66%에 해당한다.

USB 3.2는 기본 윈도우 10 USB 드라이버 및 리눅스 커널 4.18 이상에서 지원된다.[69][70][71]

2019년 2월, USB-IF는 Gen 1×2 모드를 제외하고 SuperSpeed 삼지창 로고에 최대 전송 속도를 포함하도록 요구함으로써 마케팅 가이드라인을 간소화했다.[72][15]

2레인 작동(USB 3.2 Gen 1×2, USB 3.2 Gen 2×2)은 풀 피처드 Type‑C 커넥터에서만 가능하다.[73]

USB 3.2 사양 동작 모드
USB-IF 권장
마케팅 명칭[17]		 로고[18] USB 3.2 사양 동작 모드[10] 이전 동작 모드 명칭
(최초 발행)[12][2]		 듀얼 레인 인코딩 공칭 신호 속도[10] raw 데이터 속도[10] 측정된 최대 속도 (벌크 전송) 지원 커넥터
USB 5Gbps Image USB 3.2 Gen 1×1 USB 3.0,
USB 3.1 Gen 1
(USB 3.0)		 아니요 8b/10b 5 Gbit/s 0.5 GB/s ≤ 200-460 MB/s[74][75] SS Standard-[A, B], SS Micro-[A, B, AB], C
USB 10Gbps Image USB 3.2 Gen 2×1 USB 3.1 Gen 2
(USB 3.1)		 128b/132b 10 Gbit/s 1.2 GB/s ≤ 0.8-1 GB/s[74][76]
빈칸 USB 3.2 Gen 1×2 —
(USB 3.2)		 예 8b/10b 1 GB/s ≤ 0.7 GB/s C
USB 20Gbps Image USB 3.2 Gen 2×2 128b/132b 20 Gbit/s 2.4 GB/s ≤ 1.6-2 GB/s[74][77]

같이 보기

[편집]

각주

[편집]
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