影響人類文明的「小方塊」 USB接口進化史

「尊敬的參觀者，讓我們一同回到過去，回到信息技術發展的初期。那個時代，計算機和各種電子設備的普及帶來了信息傳輸的需求，而USB接口就是當時最常用的有線連接方式。

圖片來源：Ai繪畫Midjourney

通過這種小小的接口，人們可以將數據從一個設備傳輸到另一個設備。盡管它的速度並不算快，但在當時的技術水平下，這已經是一種十分先進的方式了。這種有線連接方式曾經是人類信息傳輸的主流手段，也是那個時代科技進步的象徵。

圖片來源：Ai繪畫Midjourney

如今，在我們所處的時代，無線傳輸技術已經十分發達，虛擬現實和增強現實技術更是為人類帶來了前所未有的沉浸式體驗。甚至在我們生活的克卜勒B12星球與30光年外的地球之間都可以採用蟲洞躍進橋接的方式實現互聯互通，但我們今天所看到的USB接口，是我們探究資訊時代的遺產，讓我們銘記這一刻，向那些為我們創造過美好世界的先驅們致敬。」

圖片來源：Ai繪畫Midjourney

人類紀元3422年地球史實博物館傳統信息傳播分館USB內容

這是在我的幻想中，一千多年以後的人類已經旅居在其他星球，當他們在博物館中看到USB接口的介紹語，彼時，無線傳輸肯定已經取代了所有的有線連接，甚至信息可以通過量子態進行超光速的傳遞。但在當下，2023年，有線傳播依然是我們使用最頻繁、最便捷、最穩定的電子設備之間的信息傳遞方式，那麼這個對於我們人類文明重要的“小方塊”是怎麼誕生的，它經過了怎樣的發展歷程呢？

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在USB接口出現之前，電腦和電子設備之間的信息傳遞接口多種多樣，但主要分為兩大類：

串行接口：最早的電腦和設備之間的接口採用串行傳輸方式，例如RS-232接口，串行接口使用單個數據線逐位傳輸數據，傳輸速度較慢，且需要較多的線纜，不適用於連接多種不同類型的設備。

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並行接口：並行接口採用多條數據線同時傳輸數據，其傳輸速度較快，但需要較多的線纜和復雜的控制電路。早期電腦和列印機等設備之間的接口就採用了並行傳輸方式，例如Centronics接口和IEEE-488接口。

IEEE-488接口圖片來源：網絡

這些傳輸接口雖然能夠連接電腦和各種外設，但由於其各自不同的特點和規格，使得不同類型的設備之間無法互相兼容，導致用戶使用起來不太方便，同時也增加了設備的生產和維護成本。因此，USB接口的誕生填補了這一空白。

1995年USB1.0

USB（UniversalSerialBus，通用串行總線）接口是一種用於連接計算機與其他外部設備的標準化接口。USB1.0是由英特爾、微軟、康柏、IBM和NEC等幾家知名公司聯合（USB-IF）推出的標準，於1995提出，並在次年發布。可連接不同類型的設備，如鍵盤、滑鼠、列印機、攝像頭等，取代過去不同接口之間的混亂和不兼容性問題。

USB1.0標準類型接口圖片來源：網絡

USB1.0標準最初的傳輸速率為1.5Mbps，後來又推出了12Mbps的版本，從而大大提高了數據傳輸速度。並支持MAX:500mA5V的供電能力，擁有通用性、熱插拔等全特性，但因為當時支持USB的外設較少，而且存在一些技術問題，沒有得到廣泛應用。

1998年USB1.1

兩年後的1998年，USB-IF推出了USB1.1，USB1.1修正了USB1.0中關於集線器和全速模式的問題，增加了一個新的傳輸類型interruptOUT，同時取代了USB1.0成為最早被採用的修訂版。USB1.0和USB1.1都支持低速（1.5Mbps）和全速（12Mbps）兩種模式，同時提升了穩定性與兼容性。

USB1.1標準類型接口圖片來源：網絡

2000年USB2.0

隨著90年代末期，個人電腦的快速普及與技術的不斷疊代，人們對於信息傳輸的需求日益明顯，USB2.0也應運而生。從USB2.0開始，也算是徹底奠定了USB家族在電子設備信息傳遞之間的不可撼動的王者地位，直到現在我們還能看到不少設備依然使用USB2.0標準接口。

說的就是你！蘋果！

USB2.0誕生於千禧之年，2000年4月USB-IF推出了USB2.0。USB1.1雖然解決了USB1.0的一些問題，但是其傳輸速度仍然不能滿足一些高帶寬的外設，例如數位相機、掃描儀、光碟機等。因此，USB-IF推出了USB2.0標準，以提高USB的性能和廣泛適用性。

百花齊放的USB接口形態圖片來源：網絡

對比USB1.1，USB2.0最大的提升就在傳輸速度上，增加了一種新的傳輸模式，即高速模式（Hi-Speed），其最大傳輸速率達到480Mbps（實際傳輸速率約為60MB/），是全速模式（Full-Speed）的40倍。USB2.0還增加了一些新的功能和特性，例如分割傳輸、周期幀列表、錯誤檢測和恢復等。USB2.0還完全向下兼容USB1.1、USB1.0，同時增加了USBOn-the-Go特性，可以讓兩個設備之間無需USB轉換器就可以直接進行互聯，大大提升了USB的實用性。

USB2.0更多特性細節圖片來源：網絡

在供電與USB接口形態方面，USB2.0標準並沒有更新供電協議，依然採用MAX:500mA5V的供電能力，提供最高2.5W的最高供電功率。接口形態上，USB2.0標準擁有USB-A、USB-B、Mini-USB、Micro-USB等形態。

USB家族供電示意圖圖片來源：網絡

2008年USB 3.0

在此後的較長時間里，USB2.0都是處於統治地位，其最高60MB/在21世紀第一個10年里也能滿足絕大用戶的使用，但隨著固態硬碟的出現與網絡信息的快速膨脹，各種音視頻信息的體積都在不斷攀升，同時移動設備的普及對USB的供電能力也產生了新的需求，於是在2008年的11月，USB3.0誕生。

對比USB2.0，USB3.0更新了諸多功能，比如全雙工模式（數據可以進行雙向傳輸，而USB2.0隻支持單向傳輸）、用發送列表區段來進行數據發送，提高了傳輸效率和可靠性、採用新的封包路由傳輸技術，擁有8條內部線路，除VBus和GND作為電源提供線外，剩餘3對均為數據傳輸線路，其中保留D+與D－兩條線路，並兼容USB2.0。

USB3.0針腳細節圖片來源：網絡

USB2.0/3.0針腳細節圖片來源：網絡

在最重要的傳輸速度上，USB3.0傳輸速度為5Gbit/（實際傳輸速率約為600MB/），比USB2.0的480Mbit/快出10倍。供電能力上，USB3.0支持MAX：900mA5V的標準，提供最高4.5W的供電功率，同時採用了藍色底膠接口來與USB1.1/2.0進行區分。

經典的USB3.0藍色接口圖片來源：網絡

經典的USB3.0藍色接口

在USB-IF後面的改名操作以後，USB3.0被稱為USB3.2Gen1。

2013年USB3.1

2013年年底，USB-IF更新了USB3.1，被稱為USB3.2Gen2。對比USB3.0（USB3.2Gen1）USB3.2Gen2的傳輸速度是其兩倍，達到10Gbit/（實際傳輸速率約為1200MB/）。同時支持最高達100W（PD1.0）的電源輸出，比USB3.0（USB3.2Gen1）的900mA高出100倍。

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並引入了Type-C接頭，這種可反向插拔、小型化、支持多種協議和功能的USB接口在2014年可謂紅極一時，同時也沿用至今，稱為主流手機的供電、數據傳輸接口。

Type-C針腳圖片來源：網絡

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2017年USB3.2

2017年9月，USB-IF發布了USB3.2標準，並由雙叒更新了名稱規范，USB3.2Gen1（SuperSpeed）：等同於先前的USB3.0，僅更改名稱，傳輸速度為5Gbit/。USB3.2Gen2（SuperSpeed+）：等同於先前的USB3.1，僅更改名稱，傳輸速度為10Gbit/。USB3.2Gen2x2（SuperSpeed+）：傳輸速度達20Gbit/，使用兩條差分信號線路來實現雙向傳輸。

咱就是說，之前USB2.0/3.0/3.1不是挺方便的麼？

對比USB3.2Gen2，USB3.2Gen2x2充分利用了USBType-C的雙通道數據傳輸通道，可實現接口兩端各向傳輸10Gbit/速度；共20Gbit/（實際傳輸速率約為2400MB/）。同時只能有USBType-C的一種存在形態。供電能力上，USB3.2Gen2x2也支持PD充電協議，最高可以提供100W的充電功率。

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USB3.2Gen2x2標準接口，以紅色進行區別

2019年USB4

2019年8月，USB-IF發布了最新的USB4標準，其只能使用Type-C接頭傳輸數據，並支持PD供電（早期支持100W，2021年12月更新PD3.1協議後支持最高240W供電），最高傳輸速度來到了40Gbit/（實際傳輸速率約為4800MB/）。並支持建立DisplayPort和PCIExpress數據通道，可以輕松傳輸4K60Hz的高清畫面。在未來DP2.1協議也將與USB4進行硬體級捆綁，在可預見的未來，USB4不僅僅將被當作一個“插U盤；連手機”的接口，而是更加全能、全面的接口。