Evolução do USB: De Cabos Desorganizados à Tecnologia de Alta Velocidade

Lembra da confusão de cabos que entulhavam as mesas de computadores nos anos 1990? A era das interfaces serial, paralela e proprietária tornava a conexão de dispositivos periféricos um pesadelo. A introdução da Universal Serial Bus (USB) revolucionou essa paisagem, substituindo conectores volumosos pela interface USB Type-A (USB-A) compacta e acessível. Hoje, bilhões de dispositivos USB são usados diariamente, tornando o USB a interface com fio dominante para laptops, tablets e smartphones.

O USB passou por múltiplas iterações (veja a Tabela 1), cada uma refinando como os cabos se conectam, se comunicam e fornecem energia para computadores, dispositivos móveis e periféricos. O mais recente padrão USB4, como seus predecessores, representa um avanço significativo em velocidades de transferência de dados, resolução de vídeo e capacidades de fornecimento de energia.

Dispositivos modernos normalmente apresentam pelo menos três tipos distintos de portas USB. Entre estes, o USB-C ganhou destaque em equipamentos mais novos devido ao seu tamanho compacto, taxas rápidas de transferência de dados e capacidade de fornecer até 240W de energia. Os cabos USB-C também suportam transmissão de vídeo de alta resolução 4K e 8K. Embora funcionalmente semelhantes, as portas Lightning usam um design de conector diferente.

O design do conector USB-C desempenha um papel crucial nas velocidades de transferência de dados. Cada conector USB Type-C contém quatro pares de pinos (chamados de "lanes") dedicados à transmissão (TX) e recebimento (RX) de dados. USB 3.0 (5 Gbps) e USB 3.1 (10 Gbps) utilizam uma lane TX e uma RX, com a orientação determinando quais lanes estão ativas. O USB 3.2 utiliza todas as quatro lanes para atingir velocidades de 20 Gbps.

A atual convenção de nomenclatura USB 3.2 combina velocidade com contagem de lanes. Por exemplo, USB 3.2 Gen 1×2 denota 5 Gbps × 2 lanes para uma velocidade total de 10 Gbps. Tanto o USB4 Gen 2×2 (comercializado como USB4 20Gbps) quanto o USB 3.2 Gen 2×2 fornecem conexões de 20 Gbps. O USB4 Gen 3×2 (USB4 40Gbps) emprega um esquema de codificação de dados distinto para atingir 20 Gbps por lane, totalizando 40 Gbps no modo de duas lanes.

USB4 (estilizado oficialmente sem espaço) representa uma grande atualização que não apenas introduz novos recursos, mas também aborda o confuso esquema de nomenclatura USB 3.x, ao mesmo tempo em que oferece uma experiência de usuário mais previsível. O protocolo USB4 exige cabos USB-C para USB-C.

Transferência de Dados de 40 Gbps: Os dispositivos USB4 devem suportar 20 Gbps (2,4 GB/s), com suporte opcional de 40 Gbps (4,8 GB/s) ao usar cabos Gen 3 mais curtos de 0,8 metros.

Múltiplos Protocolos de Dados e Exibição: O USB4 emprega tunelamento de protocolo para suportar USB 3.2, PCIe e DisplayPort 1.4a. A compatibilidade com DisplayPort e Thunderbolt 3 é mantida através do Alt Mode.

Compatibilidade com Versões Anteriores: O USB4 mantém a compatibilidade com os padrões USB 3.2, USB 2.0 e Thunderbolt 3 através do TB3 Alt Mode.

Alocação Dinâmica de Largura de Banda: Ao contrário da alocação de largura de banda fixa do USB 3.2 (ou 100% da largura de banda de vídeo no DP Alt Mode), o USB4 distribui dinamicamente a largura de banda entre vídeo e dados com base nas demandas em tempo real.

Carregamento de 100W: Todos os dispositivos USB4 suportam USB Power Delivery (USB PD), negociando contratos de energia de até 100W (5A/20V) quando conectados a portas USB4.

Produtos compatíveis com Thunderbolt™ 3 já estão entrando no mercado, oferecendo o quádruplo da entrega de energia e velocidades de transferência de dados bidirecionais do USB 3.2 Gen 2, ao mesmo tempo em que criam possibilidades de computação sem precedentes para dispositivos pessoais.

Projetado para dispositivos mais finos e leves, o USB-C funciona igualmente bem em smartphones, tablets e laptops. Muitos laptops modernos eliminaram completamente as portas USB-A e RJ45 Ethernet, confiando apenas no USB-C para vídeo, rede, transferência de dados e carregamento. Essa mudança levou à adoção do USB-C como o conector de origem padrão para os protocolos Thunderbolt™ 3, DisplayPort, MHL e HDMI.

A especificação USB-C Type 2.1 (lançada em maio de 2021) aumentou a capacidade de energia do cabo e do conector de 100W para 240W, permitindo o fornecimento de energia para dispositivos maiores e de alto consumo, como monitores 4K, e-bikes e laptops para jogos.

Embora fundamentalmente um protocolo de comunicação entre hosts e periféricos, o USB evoluiu para uma interface multifuncional. Dispositivos modernos podem suportar um ou mais desses recursos avançados:

Um único cabo USB-C pode fornecer energia suficiente para eliminar adaptadores separados para periféricos de alta demanda, como discos rígidos externos. Observe que nem todos os dispositivos ou portas suportam USB Power Delivery—consulte as especificações do produto para obter detalhes de compatibilidade.

A especificação BC 1.2 introduziu portas de carregamento dedicadas que permitem um carregamento mais rápido e seguro. Enquanto as portas USB 2.0 e 3.0 padrão fornecem 500mA e 900mA, respectivamente, as portas compatíveis com BC 1.2 fornecem até 1,5A—mesmo durante a transferência de dados—e permitem que os dispositivos comuniquem seus requisitos de energia para um carregamento ideal.

Este recurso permite que dispositivos móveis funcionem como hosts para periféricos como pen drives, teclados e mouses. Dispositivos compatíveis com OTG exigem um adaptador para conexões periféricas, mantendo sua capacidade de servir como dispositivos de armazenamento em massa conectados a computadores.

Conectores e cabos USB-C podem transmitir simultaneamente dados USB junto com sinais de vídeo/áudio VGA, DVI, HDMI ou DisplayPort. Adaptadores permitem conexões DisplayPort-over-USB-C a vários tipos de exibição sem exigir drivers adicionais.

Esta tecnologia suporta saída de vídeo 4K simultânea para dois monitores DisplayPort—ideal para sinalização digital e aplicações de jogos de alto desempenho.

Docks USB ou Thunderbolt™ 3 compactos, do tamanho de um smartphone, podem aprimorar a conectividade para MacBooks e laptops. Os mais recentes docks Thunderbolt™ 3 oferecem notáveis velocidades de transferência de dados bidirecionais de 40 Gbps para transferências rápidas de arquivos grandes, conectividade Ethernet com fio em áreas deficientes em Wi-Fi e vídeo 4K de monitor duplo com suporte de áudio digital.