您可能已經聽過超高速 USB，而且知道它是新一代的通用串行總線 (USB)。如果還不了解，建議您觀看一部短片，其中介紹該規格的基本知識，以及與高速 USB (亦即 USB 2.0) 的比較。超高速 USB 最明顯的差異是速度提高 10 倍以上，從 USB 2.0 的 480Mbps 提升到 5Gbps。USB 3.0 推廣聯盟致力于針對其他三個主要部份提供客戶價值，在速度提升之后，便著手改善總線的電源效率，接著是維持向下兼容性，而第四個關鍵價值是提升數據傳輸效率。
使用較少的電源移動相同數量的數據
開發的第一個關鍵部份是提升電源效率，這有助于延長主機或外圍裝置等便攜設備的電池使用時間。此一新規格的開發有許多層面可減少全新 USB 裝置的整體耗電量，其中包括：
- 免除裝置輪詢
- 免除廣播封包
- 中間低功耗狀態
- 數據傳輸速度提升 10 倍以上
下一個變化是將封包傳輸從廣播變更為導向。USB 2.0 主機有數據可傳送至裝置時，會在各個端口廣播數據，樹狀結構中的各個集線器也會在自身的各個下游端口重新廣播封包。最后，總線上的各個裝置必須處理數據 (耗用電力)，以判斷裝置是否為傳輸的預定目標。在超高速 USB 中，通訊協議已變更為僅將封包導向至預定目標，這只需要主機加入智能功能即可。主機必須明確知道各個裝置在樹狀結構中的位置，包括下游的集線器端口 (如果裝置與主機之間有多個集線器，則會有多個下游的集線器端口)，該做法可降低整體功耗，因為只有裝置連接的特定下游主機及集線器端口必須傳輸數據，而且只有目標才需要處理數據。
第三個與減少耗電量有關的變化是定義兩個中間閑置狀態。在USB 2.0 中，有 ACTIVE 及 SUSPEND 兩種狀態，在超高速 USB 中， ACTIVE (U0) 及 SUSPEND (U3) 之外，另有 FAST EXIT IDLE (U1) 及 SLOW EXIT IDLE (U2)，這使得裝置在不傳輸或接收數據時降低耗電量。在 FAST EXIT IDLE 模式中，鏈接會閑置，但是裝置的頻率會持續運作。在 SLOW EXIT IDLE 中，鏈接及頻率都會關閉，這需要較長的時間重新進行鏈接，才能傳輸數據。USB 2.0 及 USB 3.0 的 ACTIVE 與 SUSPEND 模式均完全相同。
速度增加 10 倍也使得整體耗電量減少，不過，這不是指 5 Gbps 收發器傳輸數據所需的電量少于 480 Mbps 收發器。5 Gbps 收發器所需的峰值電流確實是 USB 2.0 收發器的 2 至 5 倍，不過，雖然收發器運作時短時間耗用的峰值電流較高，整體耗電量呈現減少的趨勢。收發器的實際運作時間減少約 10 倍，傳輸固定數量數據 (例如，將檔案從 個人電腦移至優盤) 所需的整體功耗是透過 USB 2.0 傳輸相同數量數據所需整體功耗的 20% (2 倍峰值及 1/10 時間) 至 50% (5 倍峰值及 1/10 時間)。
超高速 USB 結合總線使用效率 (沒有廣播封包，并免除輪詢)、強化的 IDLE 電源狀態及較低的平均傳輸功耗等優點，耗電量大約是 USB 2.0 的 1/3 或更少。
向下兼容的真正意義是什么？
下一個開發重點是透過 In-Stat 的 Brian O'Rourke 所謂「長久以來最成功的 PC 接口」維持向下兼容性2，在開發期間，發現現有纜線集連接器解決方案都不足以穩定傳輸 5 Gbps 的數據，因此，開發人員決定超高速 USB 必須透過不同于 USB 2.0 的導體進行信號處理，因此選擇使用符合 PCI Express 電路規格的全雙工差動式訊號處理方法，同時決定不對現有 USB 2.0 信號處理進行任何變更。除了現有 USB 2.0 差動對以及VBUS與 GND 之外，至少需要兩組新的差動對。加入兩組新超高速差動對的接地屏蔽之后，纜線的導體有 9 個，連接器的接點有 9 個。
那么，向下兼容的真正意義是什么？從使用者的角度而言，這表示所有與既有規格兼容的現有產品能夠與所有支持新規格的新產品聯機運作，現有纜線 (亦即插頭) 必須能夠插入新插孔，而另一方面，新纜線也必須能夠插入舊插孔。
顯然，支持新型超高速 USB 規格及數據傳輸的任何纜線及插頭會在纜線部份有新導體，并且在插頭部份有新接點。另外，任何新插孔也必須有新接點，才能接受必要的新聯機。
USB 規格有兩種基本的連接器類型，A 插孔是現今 個人電腦上常見的類型，A 插孔接受 A 插頭，鼠標與鍵盤的擷取纜線以及優盤連接器常用這類插頭。B 插頭用于外圍裝置，其中分為標準、迷你及微型三種尺寸。
后向的關鍵是新型超高速 USB A 插孔必須能夠接受新型 (USB 3.0) 與舊型(USB 2.0) A 插頭，而且舊型 USB 2.0 A 插孔必須能夠接受新型 USB 3.0 A 插頭。顯然，如果插頭或插孔都只能兼容 USB 2.0 ，數據傳輸最高只能夠達到 USB 2.0 的速度。解決方案是在現有插頭和插孔的插入端加入 5 個新導體。如此即可達到與 USB 2.0 相同的機械接口，并提供完整的后向兼容性 (見圖 1)。
圖 1：超高速 USB A 端插孔及插孔。
就外圍裝置而言，個別單方面考慮的難度較高，因為必須考慮更多種連接器尺寸，如果同時考慮較為簡單。
為何較為簡單？因為新型 USB 3.0 B 插頭不需要插入舊型 USB 2.0 B 插孔。如果裝置是 USB 3.0 規格，則只需要新型 B 插頭 (以及纜線)。如果裝置只有 USB 2.0 規格的功能，則現有 USB 2.0 纜線兩端的舊型插頭便足夠使用，因為纜線的另一端能夠插入于新機器中，如前段所述。新型 B 插孔 (不論尺寸) 必須能夠接受舊型及新型 B 插頭，才能達到后向兼容的效果，因此，不論尺寸如何變化，都不能妨礙現有 USB 2.0 纜線。
圖 2：超高速 USB B 端插頭及插孔。
推廣聯盟決定不升級 Mini-B 連接器類型，其中的原因有很多，但最重要的原因是由于全球各地正在進行的立法規范問題。全球許多機構都規定 USB 插頭必須是手機電池充電的標準接口，原先的考慮是每換一部新手機，就需要不同連接器的新充電器，這會造成浪費丟棄的問題，而采用標準接口有助于減輕這類問題的嚴重性。Micro-B 插孔獲選成為此標準接口，所有日后出廠的手機將采用此接口，其他許多小型便攜式消費性產品則早已采用 USB 接口進行電池充電。加入 USB設計學會以及加入關注電池充電問題的裝置工作團隊，可了解進一步的信息。3現有 Micro-B 型插孔 (圖 3) 沒有足夠的空間可加入 5 個新導體，因此需要進行大幅變更，工作團隊提出可接受 USB 2.0 Micro B 插頭或新型超高速 Micro B 插頭的并行解決方案。
圖 3：超高速 USB micro B 端插孔及插頭。
與機械后向兼容性一樣，這樣做可保留大量的裝置驅動基礎架構，這可保留相同的數據傳輸類型、中斷、批量和等時儲存裝置。最后，這個標準保留了現有 USB 的使用便利性。如此一來，所有現有 USB 2.0 裝置將能夠在新型超高速 USB 機器上如預期持續運作。
減少耗費的位
第四個關鍵價值是提升整體總線使用效率。前文已解說此方面的第一個層面，也就是免除輪詢。除此之外，超高速 USB 的全雙工架構能夠允許同時雙向數據流，這是半雙工 USB 2.0 架構所不及之處。
裝置的主機輪詢顯然耗用總線的資源，但是，問題在于免除輪詢的真正意義。想起過去我母親在學校當老師教書許多年的情景，我用教室來比喻其中的意義。如果教室是 USB 2.0 系統，老師在教室內走動，詢問每個學生是否有問題。學生有問題時，老師會進行解答。老師接著繼續在教室內走動，直到詢問每位學生是否有問題為止，然后又從頭開始詢問學生。如果教室是超高速 USB 系統，學生只要在有問題時舉手，老師在確認之后就會進行解答。這是 IN 數據傳輸的異步通知方法。外圍裝置有數據需要傳送給主機時，會將 ERDY (端點就緒) 傳送給主機，然后，主機在準備處理傳輸時，會將 ACK (確認) 傳送給外圍裝置。
在 USB 2.0 中，只有一組差動對可進行數據傳輸的半雙工總線會造成兩個總線效率方面的問題。第一個問題是，每次數據流向改變時，總線必須隨之轉向。這表示，當收發器聯機其中一端的接收器關閉時，收發器必須將聯機的另一端關閉。一旦完畢之后，便會進行反向，此時接收器會在第一個裝置中開啟，而收發器會在第二個裝置中開啟。如此的程序使得總線的停機時間增加，而造成效率降低。第二個問題是，任何指定的傳輸都必須先完成，下一個傳輸才能開始進行。這表示，接收器必須確認接收到數據，收發器在收到 ACK 之后，才會透過總線進行下一個數據傳輸。圖 4 顯示 USB 2.0 的高層級 OUT (從主機到外圍裝置) 傳輸。
圖 4：USB 2.0 OUT 傳輸
在超高速環境中，每個裝置都有兩組差動對，一組用于傳輸，一組用于接收，因此不會出現總線轉向失效時間，而收發器收到接收器發出的確認前，也能夠進行另一次負載的傳輸。這種變化變化使收發器及接收器必須具備智能功能，以防范錯誤發生。如果收發器收到的確認表示接收的數據有誤，則必須重新傳輸先前的數據。通訊協議會使用點數來判斷收發器處理成功的 ACK 之前能夠一次處理的數據量，直到無法再傳輸/接收新數據為止。事實上，每次主機將數據傳送給外圍裝置 (或外圍裝置將數據傳送給主機) 時，便會從外圍裝置的帳戶中扣除一個點數。原始收發器成功處理 ACK 時，會將一個點數重新發送至該外圍裝置的帳戶。圖 5 顯示超高速 USB OUT 傳輸運作的方式。
圖 5：超高速 USB OUT 傳輸。
一切都是為了提升速度
在任何數據傳輸環境中，總是會遭遇瓶頸，信號鏈中的某個位置會限制整個傳輸的性能。雖然USB 2.0高速 (甚至 USB 全速 12Mbps 和 USB 低速 1.5Mbps) 已經可以滿足某些應用所需，但是 USB 2.0 在過去幾年成為許多個人電腦 為主應用的瓶頸。事實上，整個重點在于開發數據傳輸的新規格：消除目前的瓶頸！
不論是外接式旋轉媒體 (也就是硬盤驅動器、CD 光驅、DVD 光驅)、固態磁盤驅動器或隨處可見的優盤，儲存媒體已經能夠以高于 USB 2.0 規格的速度傳輸數據。
是否有許多媒體能夠以接近 5 Gbps 的速度讀寫數據？目前還沒有很多，不過，重點在于其他方面出現相同的瓶頸。超高速 USB 是否會成為瓶頸？有一天可能會，不過，除了某些極佳的硬盤驅動器之外，超高速 USB 應該在未來五年仍有能力進行高速讀寫。
概括來說，USB 3.0 在開發規格時，總是以這四個關鍵價值為前提：降低傳輸數據所需的功耗、維持后向兼容性、提升帶寬利用效率，以及將原生比特率提高 10 倍以上。對于消費者需要的實時同步功能，以及處理大量內容的消費性產品所需的電池壽命，這些價值均有所幫助，而且能夠在未來五年維持與閃存產品相同的表現水平。