[기술 컬럼] USB 3.0

이번 기술 컬럼에서 소개해드리는 내용은 USB 3.0 입니다.

2013년 7월 26일 USB 3.1 Specification이 발표 되었습니다. 
그리고 올해 USB 3.1이 정식 출시 될 것이라는 발표가 있었습니다. 
우리가 쓰는 USB 장치들은 그대로인 것 같은데 USB 3.1은 도대체 무엇일까요?

USB 3.1이 무엇인지 알기위해서는 우선 USB 3.0에 대해 알아야 할 것입니다.

그런 의미로  출시 된지 만 4년이나 되었지만 별 관심이 없던 USB 3.0에 대해 알아보기로 하였습니다.

언제부터인가 파란 USB선 들이 보이기 시작했습니다. USB 포트 내부에도 파란색이 보입니다. 
기존에 사용하던 것과 크게 달라진 것 없이 우리가 인식하지 못하는 사이에 
파란색은 점차 우리 주위에 많아 지고 있습니다.
USB 3.0 SuperSpeed 이것이 그 파란색을 부르는 정식 명칭입니다.


USB가 처음 나온지 20년이라는 세월이 흐른 지금 많은 경쟁자들을 물리치고, 대표적인 입출력 장치가 되었습니다.  2000년대 초반만 하더라도 PC에는 많은 입출력 장치가 장착되어 있었습니다. 
지금은 그 자리를 USB 장치들이 차지하고 있습니다.

요즈음 USB 포트가 4개 이하인 PC는 찾아보기 힘들며, 
그것도 모자라 추가 포트를 확보하기 위해 USB 허브를 사용하는 사람이 많습니다.

이렇게 USB를 많이 사용하고 있지만 USB 3.0이 출시된 것을 의외로 많이 알려지지 않았습니다. 
보통 USB는 USB일 뿐이지 뒤의 숫자에 관심을 가지는 경우는 별로 없었을 것 입니다. 
USB 2.0이 2000년 4월에 나온지 10년만에 출시된 USB 3.0!
나온지 만 4년이 되었지만 변화를 느끼는 사람이 없는 이유가 무엇일까요?

첫 번째 이유는 USB가 하위 호환을 잘 지원해 주었기 때문입니다.

제가 학생 때 보고싶은 영화 DVD를 산 적이 있습니다. 
좋아하는 영화를 볼 생각에 들뜬 전 집에 도착하여 좌절하였습니다. 
그때 당시 저희 집 컴퓨터에는 CD-ROM만 있었지 DVD 재생 장치는 없었기 때문입니다. 
똑같은 모양이기 때문에 당연히 재생이 될지 알았던 것이지요.

이러한 문제는 USB에서는 없습니다. 3.0 장치라 할지라도 케이블만 있다면 2.0 포트에 연결 가능 합니다.  
단지 3.0성능을 발휘할 수 없을 뿐 입니다. 만약 사용자가 USB 2.0 장치를 가지고 있다면 더욱 신경쓰지 않아도 됩니다. USB 2.0 장치를 연결하는 포트가 3.0이든 2.0 이든 문제 없이 잘 동작하기 때문입니다.

두 번째 이유는 USB 3.0 이 필요한 장치가 많지 않기 때문입니다. 많은 USB 장치는 USB 2.0 만으로도 충분하고도 남는 성능입니다. 키보드, 마우스, 기타 USB 장치는 3.0의 성능이 필요하지 않으며, 이에 USB 3.0으로 바뀔 필요성을 느끼지 못하고 있습니다.

그렇다면 보편적으로 사용되지 않는 USB 3.0이 나온 이유가 무엇일까요?

제가 생각하는 가장 큰 이유는 데이터 이동 속도의 증가 입니다.
TV의 이동통신 광고를 보면 데이터를 얼마나 빠르게 쓸수 있는가가 키 포인트가 되었습니다. 또한 사람들을 PC의 성능 향상을 위해 하드 대신 SSD를 선택하고 있으며, 불과 몇년 전만 하더라도 채우지 못할 것 같은 광할한 공간이라고 생각한 1TB(Terabyte = 1012bytes)의 저장 공간이 어느새 채워지는 세상에 살아가고 있습니다.

이러한 환경의 변화가 10년만에 USB 3.0이 나오게 된 가장 큰 이유라고 저는 생각합니다.

이러한 환경 속의 사람들의 요구를 충족시키지 못한다면 USB는 자신이 다른 경쟁자를 물리쳤듯이 새로운 경쟁자에게 밀려 사라지게 될지도 모르기 때문입니다.

제가 USB 2.0의 한계를 느낀 것는 몇 년 전입니다.

저희 집 인터넷의 속도는 10MB/s가 나옵니다. 이러한 속도로 받은 data는 1분이면 600MB에 이르게 됩니다. 이렇게 받은 data를 UMS 장치에 옮기면서 전 놀랐습니다. PC에 연결된 장치로 data를 옮기는 시간이 이 세상 어디에 있는지도 모르는 곳에서 받아오는데 걸리는 시간보다 몇 배가 소요되었기 때문입니다.

USB 2.0의 이론상 최대 속도는 480Mbps(480 Mega bit per second = 480 * 0.125MB/s = 60MB/s)입니다. 아시다시피 이론과 실제는 많은 차이가 있습니다. USB도 마찬가지이며, 특히나 USB의 경우 주 컨트롤러(host controller)에 연결된 기기들 간에는 대역폭을 나누어 쓰게 되므로 장치가 늘어날수록 속도는 현저히 떨어집니다.  이러한 단점에도 USB 2.0가 처음 출시될 때는 남 부럽지 않는 슈퍼카의 느낌이었지만, 기가(giga) 단위가 보편화 되고 테라(tera)단위가 낯설지 않은 세상에서는 슈퍼카가 아닌 대중적인 세단의 느낌이 되어버렸습니다.  이에 USB는 다시 슈퍼카가 되기 위하여 Super Speed라는 명칭으로 5Gbps(5 Giga bit per second = 625MB/s)라는 이론상 최대 속도를 자랑하며 나타났습니다.


위의 로고에서 보이는 USB 2.0과 USB 3.0의 차이가 보이십니까? 
단순히 로고에서도 USB 는 자신의 변화를 보여주고 있습니다. 
USB 3.0의 로고는 화살표로 되어있으며, 그 화살표는 양 방향으로 되어 있습니다.
이것이 USB 2.0과 외형적 가장 큰 차이를 만든 요소입니다.


위의 그림에 보이듯이 USB 2.0에 비해 USB 3.0의 선이 많아 진 것을 보실수 있습니다.

USB 2.0의 경우 data 전송을 위한 선은 그림의 W(White)와 G(Green)의 Twisted Signaling Pair를 가지고 있습니다. 송/수신이 하나의 data 선을 공통으로 사용하는 반 이중(Half Duplex) 전송 방식입니다. 이는 선로가 하나인 철도의 느낌이었습니다.  

USB 3.0에서는 기존의 전송 방식으로는 속도 향상의 한계가 있기 때문에 하위 호환성을 위한 Unshielded twist pair(White, Green)외에 Shielded differential pair 2개 (Blue&Yellow , Purple&Orange)를 가지고 있습니다. 기존 철도 옆에 고속 철도을 복선으로 설치했다고 생각하면 됩니다. 
이렇게 선(wire) 이 늘었기 때문에 기존의 커넥터로는 구현할 수 없었습니다.
이러한 이유로 아래와 같이 특이해 보이는 USB 3.0 커넥터가 만들어 졌습니다.


위의 그림에서 보이듯이 주변에서 가장 많이 보이는 Type A는 외형상은 동일합니다. 
물론 USB 3.0 경우 선이 추가되어 있지만 자세히 들여다 보지 않는다면 그 차이를 알기 어렵습니다. 
Type A의 경우 이렇게 선( wire)를 추가할 수 있는 공간이 있었기 때문에 USB 2.0의 외형을 그대로 유지하였지만, 공간이 없는 Type의 경우 형태를 바꿔야 했습니다.
Type B와 Micro Type B의 경우 USB 2.0의 형태에서 혹이 하나씩 붙은 느낌입니다. 이 추가된 혹에 USB 3.0에서 추가된 선(wire)이 들어가 있습니다.

위에서 잠시 언급하였고, 그림에서 확실히 알 수 있듯이 USB 2.0의 모습을 유지한 상태에서 추가 되었기 때문에 USB 3.0 기기 일지라도 USB 2.0 cable를 사용할 수 있고, USB 3.0 포트에 USB 2.0 Plug를 연결할 수 있게 된 것입니다.

USB 3.0에서 속도를 빼고 사용자가 느낄수 있는 변화는 전원입니다. 
USB 2.0은 버스 전류를 500mA 지원하였으나, USB 3.0은 900mA를 지원합니다. 이로써 휴대용 기기의 사용이 조금더 원할하게 되었습니다. (전류가 높아진 만큼 휴대기기의 충전이 빨라지겠지요?)



위의 연결 형태로 보이듯이 USB는 버전에 상관없이 사용할 수 있도록 지원해주고 있습니다. 
높은 버전은 더 나은 성능을 원하는 사람들이 필요에 의해 선택할 수 있는 옵션과 같습니다. 
내가 원하는 폰이 통화만 잘되는 폰이라면 그 폰이 피쳐폰이든 스마트폰이든 상관없는 것과 마찬가지 입니다.

하지만 어느새 주변에 피쳐폰 사용자를 찾아보기 힘들게 되었고, 
LTE가 보편화 된 것 처럼 USB도 바뀌어져 있을 것입니다.  

이 글은 우리가 사용하고 있고, 더 많이 사용하게 될 기술에 대하여 
조금 더 관심을 가지길 바란 마음에서 작성하였습니다. 다음 USBB 3.1 에 대한 내용으로 다시 뵙겠습니다.


P.S
USB에 관하여 더 많은 정보가 필요하시다면
http://www.usb.org/ 사이트를 참고하시기 바라며, 
spec 문서를 보면 생각 이상의 자세한 정보를 얻으실 수 있습니다.




post by
차상균 연구원