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- 2021Apr.13
- <科技趣談> 陪您一起「充」到今天 - USB 家族演進史
在USB誕生前的90年代初期，電腦界蓬勃發展，硬碟容量上限快速加大，但是當時接口的傳輸速度卻完全跟不上，不但速度慢，而且充斥著大量不同種類的接口，比如IBM推出，用來連接滑鼠/鍵盤的PS/2接口；經常用來接印表機的LPT接口等等，又多又雜，直到微軟(Microsoft)與英特爾(Intel)召集業內龍頭，組成了USB標準化組織（USB Implementers Forum），簡稱USB-IF。
經過一連串的研發與醞釀，1996年USB(Universal Serial Bus中文譯稱通用串列匯流排)1.0震撼登場，跟以前的其他接口相比，USB能夠做到:
1. 支援即插即用和熱插拔，使用者的插拔與否不會影響主機的工作，在這之前的其他接口要在開機之前就連上，否則開機之後再接，裝置是不會動的，而且如果開機的時候強行拔出來，還有燒壞主板的風險。
2. 提供5V 500mA，共計2.5W的供電能力，以滑鼠鍵盤的PS/2接口舉例，它只能提供5V 100ma，供電能力一下翻了5倍。
3. USB接口在當時也十分先進，以往的接口又大又胖，插上去甚至還要多加螺絲來固定，USB直接用塑膠片固定，直接插進去就很穩定，至於現在飽受批評 - 拿反了插不進去的設計，在當時其實還是個十分先進的防呆設計呢。
4. 傳輸速度上升到1.5Mbit/s，幾秒鐘就能灌滿當時一張3.5吋的磁片，對不管在哪個時代的電腦設備來說，更快的速度，都是不變的追求
5. 超高的兼容性與通用性
不過一推出就完美的標準並不存在，USB1.0在當時雖然紙面傳輸速度在當時非常高，但是在傳輸線裡面信號衰減十分嚴重，線長一點就用不了了，即便USB-IF大力推動，各大鍵盤滑鼠廠也只試著推出幾款產品，導致USB規範在一開始其實是挺為使用者詬病的。
所幸USB-IF內部成員在日日夜夜地撓頭搔腦，獻祭掉不知道多少工程師的頭髮後，在1998年推出了USB1.1，配合當時得以產品化的磁環線，大大降低了信號衰減的問題，並且把傳輸速率大翻8倍，來到了12Mbit/s(1.5MB/s)，並且硬體設備商也開始研製相容的USB設備，USB進入一個高速發展的時期。
而真正讓USB成為業界龍頭中的龍頭的，則是在2000年時發表的USB2.0，在保持接口硬體不變的條件下，再把傳輸速度狂翻15倍，也就是480Mbit/s(60MB/s)，也可以向下兼容以前的接口，短短4年間傳輸速度狂漲320倍，用能有極高兼容性的USB接口，給本就蓬勃發展的電子業帶來無限的商機，不只上述的鍵盤、滑鼠，相機、手機、印表機、音響、藍芽...等等裝置，USB接口的設立變成幾乎是必須的標準。
而我們現在熟知的手機端安卓頭是怎麼出現的？USB是怎麼橫掃其他標準的？詳細請看下一期USB 家族演進史(中)！
2000年同年，USB-IF還一併推出USB MINI接口，功能與USB完全一致，但是接口更小，更適合放在手機與相機上，筆者手上就還有一台那段時間出產的Sony的DV攝影機，就是使用USB MINI，而那段時間用戶們...
怨聲載道！
因為接口太脆弱，太容易壞了，而且當時手機大廠如Nokia、Sony Ericsson等等雖然都能支援USB傳輸，但在自己手機上的接口上都是自己做自己的，縱使在2003年USB有進行結構性上的加強，但是仍改變不了手機大廠的接頭各自推自家標準接頭的情況。
手機廠家各顯神通，時間到了2007年，iPhone橫空出世，真正地向世界打開智慧型手機的大門，大有一種「我花開後百花殺」的意味在。其餘各家手機廠感到巨大的威脅，終於在USB-IF的牽頭下，Nokia、Sony Ericsson、Samsung等大廠終於同意使用共同的接頭，正是2007年初推出的Micro-USB，也就是我們現在俗稱的安卓口，Micro-USB不但保持USB2.0協議的所有優點，還更小、更穩定，再搭配上同年推出的BC(Battery Charge，後文均簡稱為BC)充電協議，讓USB的充電速度終於能突破5V 500mA的桎梏，從此，不只是作業系統，行動裝置的接口也從群雄割據演變成兩強相爭的狀態：
iOS VS Android
不過雖然接頭上面勢不兩立，但是iOS的手機都能兼容支援USB的通訊協定，所以到了這邊，USB幾乎已經可以說是獨佔了市場...之所以還要加一個「幾乎」，那是因為在當時Apple仍在使用火線（FireWire）傳輸介面，勉強與USB分庭抗禮，然而持續不了多久，隔年2008年對於Apple來說，除了金融危機之外，USB-IF的再次突破成為了壓倒火線的最後一根稻草，USB-IF推出傳輸速度到達5Gbps的版本，也就是我們俗稱的USB3.0，比原先的傳輸速度又高了十倍還多，而Apple的領軍人物賈伯斯對此表示「算了不打了，火線壽終正寢」，於是2008年後，前文所述的「幾乎」就被拿掉，USB完全獨佔市場了。
總的來說，USB3.0除了以前USB2.0的規範外，還新增了:
1. 保持硬體外型的一致，可以兼容USB2.0規格，只有接口改成藍色，用以區分
2. 充電可以支援到5V 900mA共計4.5W的供電能力
3. 理論資料傳輸速度可以到達5Gbps
而USB-IF也沒有因為獨佔市場鰲頭就停止開發，2009年發表USB BC1.1，把純充電能力抬升到5V 1.8A(共計9W)，緊接著又在2010年平板電腦出現後，再次修改充電標準為USB BC1.2，最大上限可以到達5V 5A之多，直到現在，市面上大部分透過Micro-USB供電的設備，都仍使用此一標準。
俗話說沒有比較就沒有傷害，本來用戶其實已經習慣了USB Type-A只能正插的防呆設計，然而2012年Apple的iPhone 5問世，而iPhone 5捨棄掉前代又扁又長的接口，改成使用lighting接口，居然淘汰掉了防呆設計，正反兩面都可以插！原先使用Micro-USB接頭的用戶頓時覺得原先還可以的防呆設計真是怎麼看怎麼不順眼，從此要求USB-IF設計一款可以兩面都能插的呼聲就沒停過。
而USB-IF總結了客戶這幾年來的規格需求，總結下來不外乎就是要「充得更快」、「傳輸更快」、「正反可插」，於是開始照著自己的研發腳步，一步步統合成一個全新的規格，
2012年，繼BC1.2後，發布USB PD(Power Delivery，下文全部簡稱為PD) ，將供電能力分成五種級別，最高的級別可以到達20V5A(100W)的供電能力，並且支援BC與USB2.0/3.0，達成目標「充得更快」。
2013年，發表USB3.1標準，理論速度可以達到10Gbps，達成目標「傳輸更快」，而同一時期USB-IF跳出來告訴所有用戶，USB3.0以後就不叫USB3.0了，改叫USB3.1 GEN1(5Gbps)，而這次推出的標準就叫作USB3.1 GEN2(10Gbps)。
2014年USB Type-C，正反可插，支援USB PD，達成目標「正反可插」。
乍看之下好像是一氣呵成，如順水行舟的完成了迭代，然而研究室的腳步飛快，工廠與市場就像各位讀者，還在努力消化前面的訊息，後面的訊息又源源不斷地冒出來，開始導致了一系列的問題。
首先接口是接口；裡面的標準是標準，由於相容性是相通的，USB Type-C的接口裡面是可以放入USB 3.1GEN2，也可以放入USB3.1GEN1(也就是我們前文裡的USB3.0)...甚至是USB2.0標準的！接口沒有用上最新的標準，是沒有最新標準的速度的！而即便接口與標準都有了，充電器是否有辦法支援這麼快的充電速度，也是個問題，時至今日，強如Apple仍然只提供20W與30W兩種充電器，就很說明問題，而假使標準跟充電器都備妥了，線材能不能承受這麼高強度的電流(或是大量的數據傳輸)通過，又是另外一回事了。
就像趕進度的補習班老師一樣，USB-IF也沒在管下面的人來不來得及消化，2017年時準時推出USB3.2，速度達到20Gbps，並且USB-IF又再次跳出來告訴所有用戶說，考慮到之前的分類方式不好理解，於是再次改名方便用戶記憶，於是乎，現在我們有：
USB3.2GEN1(5Gbps)、USB3.2GEN2(10Gbps)、USB3.2GEN2x2(20Gbps)
以上這三種，用戶想必腦袋已經在隱隱作痛，而Intel發表的雷電第三代傳輸標準也於2015年開始使用USB Type-C接口，有或者沒有雷電3、使用哪一個標準？於是一般用戶簡直如罩五里霧中，只記得每個環節都要買原廠的才好，然而手機行的店員只好拿出強聞博記的本事，搞清楚手中產品的USB Type-C哪些是支援雷電3的；哪些是普通的USB；使用的規格是哪個時期出的？是USB3.1的GEN1或GEN2？還是USB3.2發布後的GEN1、GEN2、GEN2x2？
筆者也只能為手機行的小哥暗暗祈禱最新推出的USB4(40Gbps)在以後不會又再搞一次改名風波了，其實，面對日新月異的科技發展，不論是研發者、製造者還是使用者，腳步都需要不斷地互相配合著調整，才能真正形成進步，而非徒增壓力與困擾。
