USB 4
LA SUBIDA AL SIGUIENTE NIVEL
el nuevo eSTáNDAR
para un rendimiento inigualable
Desde su introducción en 1996, la versión 1.0 estableció el concepto de «Bus Serie Universal», o simplemente USB, con el objetivo de crear una interfaz informática universal que fuera omnipresente para todos los dispositivos periféricos. Las interfaces para periféricos anteriores tuvieron una larga vida (ADB, PS/2, SCSI, LVD, IEEE 1284, etc.), mientras que otras, como RS232, siguen utilizándose en el sector industrial.
A lo largo de los 23 años de existencia de USB, han surgido numerosos retos, entre ellos competidores potenciales como FireWire 400 y 800, que pretendían subsanar las deficiencias de USB. Sin embargo, debido a la amplia adopción de USB, estas alternativas fueron finalmente expulsadas del mercado. En 2011, Intel, en colaboración con Apple, introdujo el avanzado estándar Thunderbolt, evolucionando hasta la versión 3, que ahora es comparable a USB 4.
el usb
historia de su éxito
El desarrollo y lanzamiento de USB 1.0 estuvieron impulsados inicialmente por la necesidad de conectar múltiples periféricos a través de un único puerto estandarizado en un ordenador. Lo que hoy parece obvio fue, en su momento, un concepto innovador, ya que antes los periféricos se conectaban a los PC y portátiles utilizando distintas interfaces en función de los requisitos técnicos y las necesidades de transmisión. USB se diseñó para sustituir a todos ellos.
El éxito de esta transición se basó en ideas innovadoras, como la introducción de los conceptos Plug & Play y Hot-Plug para nuevas categorías de dispositivos, así como el soporte de velocidades de transferencia de datos de hasta 12 Mbit/s.
Durante el desarrollo de USB 1.1, sólo se corrigieron errores menores de especificación. En 2000, USB 2.0 multiplicó por cuarenta las velocidades de transferencia de datos, alcanzando los 480 Mbit/s. En 2008 se introdujo el USB 3.0, que ofrecía velocidades de hasta 5 Gbit/s junto con nuevos conectores. Le siguió el USB 3.1 en 2013, que duplicó la velocidad hasta los 10 Gbit/s, y a finales de 2017, el USB 3.2 llevó el límite hasta los 20 Gbit/s.
Con las continuas mejoras en las velocidades de datos, USB ha superado constantemente a sus posibles competidores, dejando solo las aplicaciones críticas y en tiempo real así como nichos para sistemas alternativos.
THUNDERBOLT
el impacto del rayo
A partir de 2011, surgió un nuevo sistema: Thunderbolt, desarrollado por Intel en colaboración con Apple y basado mecánica y eléctricamente en DisplayPort (DP). Originalmente una interfaz puramente AV, DisplayPort se amplió a Thunderbolt mediante un canal de datos bidireccional basado en PCI Express. Thunderbolt incorporó electrónica activa en sus conectores, ocultando la capa física (el medio de transmisión) tanto del host como del dispositivo. Este diseño pretendía facilitar la futura transición de los cables de cobre a la fibra óptica.
Las dos primeras versiones de Thunderbolt utilizaban un conector DP, concretamente el Mini DisplayPort de Apple. Con Thunderbolt 3, la interfaz evolucionó integrando USB 3.1 en un nuevo conector reversible y miniaturizado: USB Type-C. Con el doble de velocidad que USB 3.0, Thunderbolt planteó un serio desafío a USB y tenía las capacidades técnicas para superarlo. Sin embargo, debido a la adopción generalizada de USB y al coste significativamente menor de los dispositivos compatibles con el estándar, Thunderbolt luchó por hacerse con el dominio del mercado. Incluso con la introducción de la retrocompatibilidad con USB 3.1 en Thunderbolt 3, esta dinámica se mantuvo prácticamente inalterada.
desde dos
a uno
Por eso, a principios de 2019, Intel y el USB Implementers Forum anunciaron el traspaso de las especificaciones del protocolo Thunderbolt al USB-IF. Entre junio y finales de septiembre, la fusión se completó con el lanzamiento de USB 4 (Enhanced Superspeed), que combinaba lo mejor de ambos mundos en USB. Thunderbolt aportó a la nueva especificación la velocidad máxima de transferencia de datos de 40 Gbit/s, el doble que el estándar USB 3.2 lanzado a finales de 2017. Por otro lado, USB aportó su estructura de sistema, incorporando hubs, ya que los dispositivos Thunderbolt solo podían conectarse en una configuración en cadena. Los hubs no formaban parte del diseño original de Thunderbolt.
Durante el desarrollo de USB 4 se prestó especial atención a estos aspectos, ya que se volvieron mucho más complejos. Además de las señales SuperSpeed mejoradas antes mencionadas, también deben ser capaces de gestionar el protocolo PCIe bidireccional heredado de Thunderbolt 3 para la transferencia rápida de datos a dispositivos de almacenamiento externos. Además, tienen que gestionar las señales DisplayPort en modo alternativo para la transmisión audiovisual, una función disponible en Thunderbolt desde el principio y en USB desde la versión 3.1. Igualmente, deben admitir el protocolo USB 2.0 por compatibilidad con versiones anteriores.
USB 4
en más detalle
Esto implica muchos protocolos diferentes. Para controlar los adaptadores y concentradores USB 4, contienen módulos internos como: USB Enhanced SuperSpeed Host, USB 2.0 Hosts y Hubs, un controlador PCIe (switch) y un adaptador DisplayPort. La interacción entre estos módulos es gestionada y coordinada por otro componente para hosts, hubs y dispositivos: el router. El conector Tipo-C se ha mantenido igual desde USB 3.1 y Thunderbolt 3. Se introdujo junto con USB 3.1 pero independientemente de él, y permite la función DisplayPort Alternate Mode en USB, una capacidad que Thunderbolt dominaba desde el principio: la adición de datos USB o Thunderbolt puros a señales DisplayPort. Los hilos del conector se utilizan entonces, total o parcialmente, para la transmisión de datos AV. Así, este conector puede aceptar la conexión de periféricos, además de pantallas y proyectores. El proceso de negociación al conectar un dispositivo a un concentrador es, por tanto, complejo, hasta que finalmente se valida en el bus, que define el tipo de datos y la velocidad que se utilizará.
En cuanto a la velocidad: Aunque el máximo de 40 Gbit/s definido para Thunderbolt 3 es alcanzable para USB 4, las especificaciones son menos estrictas, con 20 Gbit/s definidos para USB 3.2. Como resultado, USB 4 no tiene por qué ser totalmente compatible con los dispositivos Thunderbolt 3. Estos dispositivos funcionarán correctamente en cualquier puerto USB 4 del host, pero la velocidad se reducirá a 20 Gbit/s. Por lo tanto, es importante considerar cuidadosamente las posibilidades a la hora de adquirir este tipo de hardware. Que un host USB 4 pueda soportar los 40 Gbit/s completos dependerá probablemente del coste, especialmente en el caso de los adaptadores de host de primera o segunda generación disponibles en el mercado.
las denominaciones
están cambiando
Desde la versión USB 3.1, tenemos que acostumbrarnos a una nueva lógica. Antes de la versión 3.1, cada velocidad se identificaba por la versión USB utilizada (USB 2.0 hasta 480 Mbit/s, USB 3.0 hasta 5 Gbit/s), pero esto se hizo más preciso a partir de la versión 3.1. Recapitulando, desde la introducción del USB 3.1: USB 3.0 con 5 Gbit/s se llama ahora USB 3.1 Gen 1 (Gen por Generación). USB 3.1 con 10 Gbit/s pasa a llamarse USB 3.1 Gen 2. Con la introducción de USB 3.2: USB 3.0, también conocido como USB 3.1 Gen 1 a 5 Gbit/s, pasa a llamarse USB 3.2 Gen 1. Utiliza un par de hilos de Gen 1 a 5 Gbit/s. USB 3.1, también conocido como USB 3.1 Gen 2 a 10 Gbit/s, se llama ahora USB 3.2 Gen 2 y utiliza un par de cables de Gen 2 a 10 Gbit/s, mientras que USB 3.2 a 20 Gbit/s se llama USB 3.2 Gen 2×2, por lo que utiliza dos pares de cables de Gen 2, cada uno a 10 Gbit/s.
La lógica empieza a ser reconocible: cada nueva versión de USB conserva las anteriores y diferencia las velocidades de transferencia utilizando el término «Gen». Aún no se ha aclarado definitivamente si esta lógica se mantendrá con USB 4 y si las antiguas versiones 3.x cambiarán de nombre en consecuencia.
Dicho esto, hay dos puntos claramente definidos: USB 4 a 40 Gbit/s se llamará USB 4 Gen 3×2, que utilizará dos pares de cables de la (nueva) Gen 3, cada uno a 20 Gbit/s. USB 4 a 20 Gbit/s se llamará USB 4 Gen 2×2, que utilizará dos pares de hilos de la Gen 2, cada uno a 10 Gbit/s.
soporte total
a POWER DELIVERY
USB 4 es totalmente compatible con el estándar Power Delivery, incluida su última versión, que selecciona y regula la alimentación entre el host, los concentradores y los dispositivos a partir de USB 3.1 Gen 2 y Thunderbolt 3 (o cualquier versión que utilice un conector Tipo-C). Las opciones se basan en perfiles de voltaje y corriente (5V/2A, 12V/1,5A, 12V/3A, 20V/3A o 20V/5A), así como en la dirección de la alimentación. Todos los cables USB, que toleran el consumo del perfil mínimo de 1,5A, son analizados por un chipset E-Mark que seleccionará el perfil de alimentación correcto.
Entonces es posible conectar una fuente de alimentación con un conector USB Type-C al puerto USB Power Delivery de un concentrador o docking station y, a continuación, conectar un portátil mediante otro cable USB Tipo-C con Power Delivery 5A para transferir datos y cargar el mismo portátil simultáneamente. Con esta configuración, el desorden de cables en el escritorio se reduce significativamente.
En última instancia, USB 4 y la fusión de USB con Thunderbolt no son más que la implementación de las demandas del mercado de mayores anchos de banda y estándares uniformes y universales. La adopción de conocimientos para transmitir a 40 Gbit/s y la unificación de los dos estándares bajo el paraguas USB responden a estas demandas, marcando un paso decisivo hacia adelante.
¿qué significa esto
para el usuario ?
Una vez que USB 4 se establezca en el mercado, y suponiendo que el usuario disponga de componentes USB compatibles con todas las características de USB 4 con 40 Gbit/s y todos los perfiles de Power Delivery, la vida con USB será probablemente más fácil. Será importante identificar, a través del logotipo del puerto USB, si el puerto está destinado a Thunderbolt o USB y si es compatible con el dispositivo conectado. Por ejemplo, si un dispositivo Thunderbolt simplemente no funciona en un puerto USB, USB 4 reducirá la velocidad de transferencia, que sería el peor de los casos. A medio y largo plazo, todos los dispositivos tendrán un único conector: el USB Tipo-C. Los dispositivos con otros conectores podrán seguir utilizándose con adaptadores, pero acabarán desapareciendo a corto o largo plazo. Hasta entonces, los compradores deben permanecer atentos y examinar cuidadosamente las especificaciones del fabricante en cuanto a velocidad (el término «Gen» para la versión USB) y capacidad Power Delivery de los distintos componentes para el hardware que pretendan adquirir.
