L'évolution de l'USB : des câbles encombrants à la technologie à haut débit

Vous souvenez-vous de l'enchevêtrement de câbles qui encombraient les bureaux d'ordinateurs dans les années 1990 ? L'ère des interfaces série, parallèle et propriétaires rendait la connexion des périphériques un véritable cauchemar. L'introduction de l'Universal Serial Bus (USB) a révolutionné ce paysage, remplaçant les connecteurs encombrants par l'interface compacte et abordable USB Type-A (USB-A). Aujourd'hui, des milliards d'appareils USB sont utilisés quotidiennement, faisant de l'USB l'interface filaire dominante pour les ordinateurs portables, les tablettes et les smartphones.

L'USB a subi de multiples itérations (voir le tableau 1), chacune affinant la façon dont les câbles se connectent, communiquent et alimentent les ordinateurs, les appareils mobiles et les périphériques. La dernière norme USB4, comme ses prédécesseurs, représente un bond en avant significatif en termes de vitesses de transfert de données, de résolution vidéo et de capacités de fourniture d'énergie.

Les appareils modernes sont généralement équipés d'au moins trois types de ports USB distincts. Parmi ceux-ci, l'USB-C a gagné en importance dans les équipements plus récents en raison de sa taille compacte, de ses taux de transfert de données rapides et de sa capacité à fournir jusqu'à 240 W de puissance. Les câbles USB-C prennent également en charge la transmission vidéo haute résolution 4K et 8K. Bien que fonctionnellement similaires, les ports Lightning utilisent une conception de connecteur différente.

La conception du connecteur USB-C joue un rôle crucial dans les vitesses de transfert de données. Chaque connecteur USB Type-C contient quatre paires de broches (appelées "voies") dédiées à la transmission (TX) et à la réception (RX) des données. L'USB 3.0 (5 Gbit/s) et l'USB 3.1 (10 Gbit/s) utilisent une voie TX et une voie RX, l'orientation déterminant quelles voies sont actives. L'USB 3.2 utilise les quatre voies pour atteindre des vitesses de 20 Gbit/s.

La convention de dénomination actuelle de l'USB 3.2 combine la vitesse avec le nombre de voies. Par exemple, USB 3.2 Gen 1×2 indique 5 Gbit/s × 2 voies pour une vitesse totale de 10 Gbit/s. L'USB4 Gen 2×2 (commercialisé sous le nom d'USB4 20 Gbit/s) et l'USB 3.2 Gen 2×2 offrent tous deux des connexions de 20 Gbit/s. L'USB4 Gen 3×2 (USB4 40 Gbit/s) utilise un schéma d'encodage de données distinct pour atteindre 20 Gbit/s par voie, totalisant 40 Gbit/s en mode double voie.

L'USB4 (officiellement stylisé sans espace) représente une mise à jour majeure qui non seulement introduit de nouvelles capacités, mais aborde également le schéma de dénomination confus de l'USB 3.x tout en offrant une expérience utilisateur plus prévisible. Le protocole USB4 impose des câbles USB-C vers USB-C.

Transfert de données à 40 Gbit/s : Les appareils USB4 doivent prendre en charge 20 Gbit/s (2,4 Go/s), avec une prise en charge optionnelle de 40 Gbit/s (4,8 Go/s) lors de l'utilisation de câbles Gen 3 plus courts de 0,8 mètre.

Plusieurs protocoles de données et d'affichage : L'USB4 utilise le tunneling de protocole pour prendre en charge l'USB 3.2, le PCIe et le DisplayPort 1.4a. La compatibilité DisplayPort et Thunderbolt 3 est maintenue via le mode Alt.

Rétrocompatibilité : L'USB4 maintient la compatibilité avec les normes USB 3.2, USB 2.0 et Thunderbolt 3 via le mode TB3 Alt.

Allocation dynamique de la bande passante : Contrairement à l'allocation de bande passante fixe de l'USB 3.2 (ou à la bande passante vidéo de 100 % en mode DP Alt), l'USB4 distribue dynamiquement la bande passante entre la vidéo et les données en fonction des demandes en temps réel.

Charge de 100 W : Tous les appareils USB4 prennent en charge la fourniture d'alimentation USB (USB PD), négociant des contrats d'alimentation jusqu'à 100 W (5 A/20 V) lorsqu'ils sont connectés à des ports USB4.

Les produits compatibles Thunderbolt™ 3 arrivent déjà sur le marché, offrant quatre fois la fourniture d'énergie et des vitesses de transfert de données bidirectionnelles de l'USB 3.2 Gen 2 tout en créant des possibilités informatiques sans précédent pour les appareils personnels.

Conçu pour les appareils plus fins et plus légers, l'USB-C fonctionne tout aussi bien dans les smartphones, les tablettes et les ordinateurs portables. De nombreux ordinateurs portables modernes ont complètement éliminé les ports USB-A et RJ45 Ethernet, ne s'appuyant que sur l'USB-C pour la vidéo, la mise en réseau, le transfert de données et la charge. Ce changement a encouragé l'adoption de l'USB-C comme connecteur source standard pour les protocoles Thunderbolt™ 3, DisplayPort, MHL et HDMI.

La spécification USB-C Type 2.1 (publiée en mai 2021) a augmenté la capacité d'alimentation des câbles et des connecteurs de 100 W à 240 W, permettant la fourniture d'énergie à des appareils plus grands et à forte consommation, tels que les moniteurs 4K, les vélos électriques et les ordinateurs portables de jeu.

Bien qu'il s'agisse fondamentalement d'un protocole de communication entre les hôtes et les périphériques, l'USB a évolué vers une interface multifonctionnelle. Les appareils modernes peuvent prendre en charge une ou plusieurs de ces fonctionnalités avancées :

Un seul câble USB-C peut fournir suffisamment d'énergie pour éliminer les adaptateurs séparés pour les périphériques à forte demande, tels que les disques durs externes. Notez que tous les appareils ou ports ne prennent pas en charge la fourniture d'alimentation USB—consultez les spécifications du produit pour plus de détails sur la compatibilité.

La spécification BC 1.2 a introduit des ports de charge dédiés qui permettent une charge plus rapide et plus sûre. Alors que les ports USB 2.0 et 3.0 standard fournissent respectivement 500 mA et 900 mA, les ports conformes à la norme BC 1.2 fournissent jusqu'à 1,5 A—même pendant le transfert de données—et permettent aux appareils de communiquer leurs besoins en énergie pour une charge optimale.

Cette fonctionnalité permet aux appareils mobiles de fonctionner comme des hôtes pour les périphériques tels que les lecteurs flash, les claviers et les souris. Les appareils compatibles OTG nécessitent un adaptateur pour les connexions périphériques tout en conservant leur capacité à servir de périphériques de stockage de masse connectés à un ordinateur.

Les connecteurs et câbles USB-C peuvent transmettre simultanément des données USB ainsi que des signaux vidéo/audio VGA, DVI, HDMI ou DisplayPort. Les adaptateurs permettent des connexions DisplayPort-over-USB-C vers divers types d'affichage sans nécessiter de pilotes supplémentaires.

Cette technologie prend en charge la sortie vidéo 4K simultanée vers deux moniteurs DisplayPort—idéale pour l'affichage numérique et les applications de jeu hautes performances.

Des stations d'accueil USB ou Thunderbolt™ 3 compactes, de la taille d'un smartphone, peuvent améliorer la connectivité des MacBooks et des ordinateurs portables. Les dernières stations d'accueil Thunderbolt™ 3 offrent des vitesses de transfert de données bidirectionnelles remarquables de 40 Gbit/s pour des transferts rapides de fichiers volumineux, une connectivité Ethernet filaire dans les zones dépourvues de Wi-Fi et une vidéo 4K à double moniteur avec prise en charge audio numérique.