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USB 4 arrive bientôt, mais comment s’y retrouver dans le dédale USB ?

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USB4
© NC

L’USB-IF (Implementer-Forum) vient d’annoncer les spécifications de l’USB 4.0 qui s’appellera USB 4. Ce fabuleux standard malgré son indéniable succès a cependant créé pas mal de confusion dans les esprits depuis sa création. Comment y voir plus clair pour mieux l’utiliser ?

En 20 ans d’histoire, son concurrent direct est devenu… l’absence de connecteur !

Aujourd’hui il se vend dans le monde plus de 4 milliards de connecteurs USB (Universal Serial Bus) par an. Il est quasiment devenu le connecteur unique, indispensable dont le seul concurrent direct est désormais : l’absence de connecteur. On ne s’étonnera pas de son histoire tumultueuse et fulgurante et de son évolution souvent confuse (vue de l’utilisateur final) lorsqu’on sait qu’elle a été principalement animée par Intel, l’un des rois de l’opacité en matière de technologie, qui lors d’un moment de génie, avait crée cette fameuse campagne marketing « Intel Inside ».

Pour ceux qui ont commencé à utiliser un ordinateur dans les années 90 ou avant, la connectique était un véritable casse-tête et un trou dans le portefeuille, avec des dizaines de connecteurs différents et incompatibles, tous portant des noms différents (PS/2, Série, DIN, Apple Bus Port, SCSI, Parallèle…) pour tous les appareils qui pouvaient s’accrocher au PC (clavier, souris, micro, haut-parleurs, disque externes, imprimantes, scanners, écrans appareil photos, cameras, etc…). En outre plusieurs constructeurs, dont Apple, faisaient leurs propres connecteurs incompatibles avec les autres, ce qui consignait l’utilisateur dans un monde fermé et encore plus coûteux.

Au début 1996, réunissant 10 constructeurs autour de lui dont 4 ont depuis disparu, Intel annonçait l’USB comme un standard ouvert et le mettait dans les mains d’un « USB Implementer Forum » pour valider les produits de chaque fabriquant et assurer les évolutions. L’USB-IF a environ 1 000 membres aujourd’hui.

La première version USB 1.0, basée sur les 2 prises A et B que l’on connait (voir photos) permettait de transmettre des données dans les 2 sens entre un périphérique et l’ordinateur à une vitesse de 1.5 Mbits/s, puis à 12 Mb/s avec la première release USB 1.1 en 1998, et permettait d’alimenter directement le périphérique connecté. Seul inconvénient, la première version fonctionnaient uniquement en half-duplex, c’est-à-dire que les transferts de données se faisant d’un seul sens à la fois.

Comparaison de la vitesse des transferts

Comparaison de la vitesse des transferts

En 2000, la version suivante USB 2.0 appelée HighSpeed, offrait 480 Mbits/s. Après quelques mises à jour techniques importantes pour en faciliter une plus large adoption, en 2011 arrivait l’USB3.0 appelé SuperSpeed dont la vitesse atteint au max 5 Gigabits/s. La compatibilité arrière avec USB 1.1 et USB 2.0 est assurée, sauf pour la vitesse de transmission. La plupart des fabricants de périphériques l’avaient adoptée, les clés de stockage USB proliféreraient avec les progrès du stockage Flash, les constructeurs de téléphone cellulaires commençaient à utiliser l’USB pour recharger les batteries, pratiquement tout PC et périphérique était doté d’une prise USB, il avait quasiment gagné son pari. Mais pour faciliter cette adoption sur un grand nombre d’appareil, l’USB-IF a dû diversifier sensiblement les connecteurs en créant des mini et micro connecteurs pour USB 2.0 et USB 3.0. Les connecteurs USB 3.0 A et B sont compatibles arrière avec ceux de USB 2.0 A et B mais se voient dotés d’une barrette bleue pour faire la distinction.

USB4

Le couteau suisse de la connectique avancée, bientôt intelligente…

L’intérêt d’USB est un coût très bas puisque les licences sont gratuites et le contrôleur peut être installé dans un chipset. La seule contrainte est d’obtenir une homologation par l’USB-IF. Son faible prix lui a permis d’évincer la plupart de ses concurrents comme FireWire soutenu par Apple, qui techniquement était équivalent mais coûtait 10 fois plus cher.

Ses principales caractéristiques sont les suivantes :

  • USB s’appuie sur un seul connecteur standard sur l’ordinateur. Pourtant en réalité, les connecteurs différents se sont multipliés. Il en existe aujourd’hui une douzaine, ce qui créer parfois des problèmes de raccordement. USB 4 devrait adresser ce problème.
  • USB est « Hot Swapable » ce qui veut dire que les appareils peuvent être connectés et déconnectés sans manipulation préalable comme l’arrêt de l’application, l’arrêt de l’appareil ou un rebootage.
  • USB est Plug and play : Il est supporté par la plupart des OS. L’OS identifie l’appareil, configure et charge automatiquement les drivers nécessaires lorsque l’utilisateur connecte son appareil.
  • USB est Haute vitesse : Il peut aller jusqu’à 20G bits par seconde selon la version USB. USB 4 offrira jusqu’à 40 Gigabits par seconde.
  • USB est extensible. Un seul bus USB sur un ordinateur peut recevoir jusqu’à 127 appareils. En revanche, chaque appareil se verra attribué la même tranche de bande passante ce qui peut créer des goulots d’étranglement. USB 4 va créer une gestion dynamique des canaux pour chaque appareil connecté.
  • USB est compatible arrière de l’USB 3.2 Gen 2 vers le 2.0, mais la vitesse peut varier de 20Gbps à 480 Mbps selon la version et selon les connecteurs. USB 4 s’appuiera sur un connecteur unique universel: l’USB-C.
  • USB est alimenté par le bus : il distribue l’alimentation électrique à tous les appareils. C’est un connecteur indispensable pour la mobilité car il permet de recharger les batteries directement sur un adaptateur électrique en même temps qu’il assure les transferts de données.
  • USB Dispose d’extensions comme Wireless ou On The Go (OTG) qui permet de connecter deux appareils sans passer par un ordinateur et Power Delivery qui peut fournir jusqu’à 100W de puissance.
  • USB est facile à utiliser sachant que la plupart des opérations sont gérées par l’OS de l’ordinateur hôte.
  • USB est facile et peu cher à implémenter.

La tempête se prépare lorsque Intel et Apple sortent Thunderbolt / Lightning

L’arrivée de USB 3.0 va cependant coïncider avec certaines divergences qui ont commencé à semer le trouble. Ainsi en 2009 -2010, probablement pour proposer une alternative à Apple qui voyait son FireWire (IEEE1394) stagner parce que trop cher et incompatible entre les différentes versions, Intel lançait un projet appelé Light Peak dont l’objectif était d’ajouter la fibre optique pour des connexions nécessitant de gros transferts de données à grande vitesse vers l’ordinateur. Finalement annoncé sous le nom de Thunderbolt, il était doté d’une connectique spécifique et utilisé uniquement par Apple sur le MacBook sous le nom de Lightning. Mais il n’utilisera jamais la fibre optique, alors même qu’il apportait d’entrée une vitesse de connexion largement supérieure à celle d’USB 2.0 et à celle de l’USB 3.0 encore dans les cartons.

Thunderbolt

Thunderbolt

Un peu plus tard en 2011 sort USB 3.0 appelé SuperSpeed avec ses connecteurs bleus compatibles arrière. A ce moment, la vitesse annoncée de USB 3.0 était de 5Gbps alors que Thunderbold d’Intel offrait déjà 10Gbps. Durant l’été 2013 est annoncé USB 3.1 qui curieusement prend le nom de USB 3.1 Gen 1 alors que pratiquement en même temps sont définies les spécifications d’un USB SuperSpeed+ appelé USBC 3.1 Gen2 qui peut transférer les données jusqu’à 10 Gbps. Les deux diffèrent par l’encodage des données qui améliore la vitesse sur Gen2.

Arrivent alors USB-C et les modes alternatifs

Quelques mois plus tard dans l’année 2014, l’USB-IF définit un nouveau connecteur appelé USB-C qui se connecte indifféremment côté pile ou face, alors que les prises USB de type A se connectent uniquement dans un sens particulier. L’USB-C fonctionne avec tous les connecteurs USB précédents mais toutes ses capacités ne sont pas forcément mises en œuvre selon le niveau et le constructeur. Le support des « modes alternatifs » est une caractéristique qu’offre USB-C qui lui permet de supporter des protocoles USB et non USB, dont le Power Delivery, le Display Port pour la transmission des signaux audio-vidéo ou Thunderbolt.

Power Delivery permet le chargement intelligent dans les 2 sens jusqu’à 100W de puissance, avec un voltage configurable, mais il vient en option au-dessus des capacités d’alimentation propres à chaque niveau USB. Le Display Port (DP) a été développé en 2006 par VESA pour remplacer DVI et VGA et FPD Link, ce dernier étant surtout utilisé dans l’automobile pour l’infotainment. DP est aujourd’hui un mode alternatif très utilisé sur USB-C parce qu’il offre une sortie audio et vidéo à des appareils qui ne sont pas équipé d’un connecteur spécifique DP ou HDMI.

L’USB-C convertit alors le signal audio/video natif en mode DP/VGA ou HDMI qui peut être affiché sur une télévision ou un moniteur. Apple l’utilise sur tous ses Mac depuis 2013. Ainsi l’usage d’un connecteur USB-C ne signifie pas forcément compatibilité avec le mode USB dont le support reste à l’initiative des constructeurs qui peuvent le dédier uniquement à un mode alternatif, ou à plusieurs, non USB ou USB. Cette caractéristique demande une attention particulière dans l’utilisation sachant que certains constructeurs ne le mentionnent pas explicitement. Par exemple, Qualcomm offre une technologie de Power Delivery propriétaire sur un port de type USB-C qui n’est pas certifié.

Le connecteur USB-C supporte aujourd’hui les modes USB 3.2 Gen1 et Gen2 (appelés SuperSpeed et SuperSpeed+) qui ont été annoncés à l’automne 2017 et qui, selon l’encodage des données utilisé, peuvent réaliser des transferts jusqu’à 20 Gbps. Les versions USB 3.2 Gen 1 et Gen 2 sont compatibles arrière avec USB 3.1 et USB 2.0 et ils sont supportés par Win 10, Mac OS X et Linux.

L’USB 4 en route vers le connecteur universel et les 40 Gbps avec Thunderbolt et USB-C

Juste après MWC de Barcelone au trimestre dernier, l’USB-IF annonçait que « les spécifications de la prochaine génération USB dont l’architecture, basée sur Thunderbolt, apportera un complément et une extension de l’existant sur les architectures de USB 3.2 et USB 2.0 et doublera la bande passante pour étendre les performance de l’USB-C ». Les spécifications de USB 4, ainsi qu’une mise à jour de USB-C seront détaillées cet automne lors du USB Developers Day. USB 4, basé sur des connecteurs USB-C enrichis, sera compatible arrière avec toutes les précédentes versions de USB et de Thunderbolt 3, exceptées les versions 1 et 2 de Thunderbolt. Avec un connecteur USB-C, il sera donc possible de se connecter à tout autre connecteur USB ou Thunderbolt 3, sans pour autant obtenir nécessairement la vitesse maximum de USB 4. Une grande partie du monde Apple sera désormais compatible USB 4.

Avec un doublement de la bande passante à 40Gbps, son apport principal sera l’introduction d’une gestion dynamique de la bande passante pour tous les appareils connectés sur un seul bus. C’est-à-dire que la bande passante ne sera plus simplement divisée entre tous les appareils connectés, mais elle sera allouée en fonction des caractéristiques de chaque appareil. Par exemple, la transmission d’une video 4K aura plus de bande passante que la transmission d’un podcast et moins qu’un connecteur Ethernet 10 gigabits, de façon à tirer le meilleur parti des possibilités de chaque appareil et éviter de « gâcher » de la bande passante sur des appareils moins exigeants . Il adoptera aussi le Power Delivery et le Display Port. La vitesse de 40 Gbps sera obtenue sur les seuls câbles USB-C certifiés.

Un récent document de Intel titré « Thunderbolt 3 partout » indiquait que Intel mettait Thunderbolt 3 dans le domaine public, qu’il en diffuserait les spécifications l’année prochaine et qu’il l’intégrera dans ses prochaines CPU pour augmenter son adoption ainsi que celle de USB-C. Le document qui ne mentionne pas USB 4 explique : « Nous voyons le futur où un dock avec un seul câble de haute performance, des vidéos 4K et des photos de haute qualité, de la réalité virtuelle proche de la vie réelle et du stockage plus rapide encore qu’aujourd’hui sont devenus monnaie courante. Un monde ou le connecteur USB-C fait tout ça, aujourd’hui et pour très longtemps encore ». Il concluait : « Thunderbolt 3 devient une partie essentielle de notre monde numérique en créant un univers de possibilités« . Mais retenons notre souffle jusqu’à l’annonce finale du USB 4. Y aura-t-il un retournement de dernière minute… ? Intel et Apple nous ont déjà habitué à des surprises de ce genre.

5 Commentaires

5 Commentaires

  1. zanadoo

    14 avril 2019 at 10 h 34 min

    le problème est le nombre de connecteur dans les machines. Si on prend l’évolution du macbook pro , on est passé de 6 à 4 ports (dont un port servant à alimenter le mac) les hub sont toujours limité à deux ports usbC. 127 périphériques, sur le papier oui ! Dans la réalité c’est plus compliqué d’autant que les adaptateurs sont compliqués à trouver dans les deux sens !

  2. Regsav

    15 avril 2019 at 8 h 07 min

    Sans compter que les vitesses annoncées sont rarement atteintes…

  3. Patrick

    15 avril 2019 at 13 h 18 min

    En français, on dit « s’adresser à » quelque chose et non pas « adresser » quelque chose (en omettant le  » s’  » et le « à »).

    Je vous cite « USB 4 devrait adresser ce problème’ (et en plus on devrait dire « résoudre ce problème » ou « s’attaquer à ce problème »)

    De plus en plus, dans le milieu Internet, certains snobs ne font plus la traduction.
    En anglais on dit « to adress something », mais en français « on s’adresse à quelque chose »

    • Drebon

      16 avril 2019 at 19 h 05 min

      En fait vous avez tort. En français on peut effectivement s’adresser à quelqu’un, mais c’est un sens « récent » que vient d’adresser la parole à quelqu’un.

      L’usage premier est bien adresser quelque chose à quelqu’un.

      En revanche il y a bien anglicisme ici, car en anglais to adress something veut dire traiter quelque chose, le prendre en compte…

  4. Wicou

    15 avril 2019 at 13 h 57 min

    Hello.
    Article intéressant car effectivement l’USB, bien qu’omniprésent, est souvent mal compris et complexe.

    Malheureusement il y a également des coquilles dans cet article, je crains que vous vous soyez aussi fait piégé. Exemple : « 2013 est annoncé USB 3.1 qui curieusement prend le nom de USB 3.1 Gen 1 »
    > C’est faux dit comme ça. A chaque révision, le nom des précédentes versions est englobé dans la version actuelle. Avec la nouvelle révision 3.1, l’ancien 3.0 est devenu 3.1 gen 1, tandis que le « nouveau 3.1 » était appelé 3.1 gen 2. C’est pour ça que les deux sont apparus à la suite.

    La même chose s’est d’ailleurs produite pour la révision 3.2 : l’ancien 3.0, devenu entre temps 3.1 gen 1, est devenu 3.2 gen. Et le 3.1 gen 2 est devenu 3.2 gen 2. Et parce que c’est jamais trop simple, la nouvelle version (20Gb) s’appelle alors 3.2 gen 2×2.

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