Connectivité USB : USB 3.2 et au-delà

L'évolution des normes USB

En 1995, la norme d'interface Universal Serial Bus (USB) a été introduite sur le marché. Avant l'arrivée de l'USB, pour connecter quoi que ce soit à un ordinateur, il fallait un tas de câbles et divers ports. Une souris, un clavier, une imprimante, un scanner ou une manette de jeu nécessitaient chacun des connecteurs différents.

Les personnes nées vers la fin de la génération des millennials ne connaissent peut-être que ce type d'interface. Et la génération Z, qui suit les millennials, a grandi avec l'internet et les médias sociaux. Lorsque la pandémie mondiale frappera en 2020, certains membres de la génération Z seront assez âgés pour entrer dans la vie active. Bien que beaucoup de ces membres de la génération Z aient fini par travailler à domicile, ils avaient besoin d'utiliser les dernières technologies, notamment l'USB.

La technologie du bus série universel (USB) est intégrée aux chargeurs de smartphones, aux clés USB, aux imprimantes et aux ordinateurs. L'USB Implementers Forum (USB-IF) gère les spécifications et la conformité des connecteurs et interfaces USB.

Comment les connexions USB ont-elles évolué au fil des ans ?

La norme USB 1.0, introduite en 1995, a un taux de transfert de 1,5 Mbps. La norme USB 1.1 a un taux de transfert de 12 Mbps. La norme USB 2.0, introduite en 2000, a un taux de transfert de 480 mégabits par seconde (Mbps). La norme USB 3.0, lancée en 2008, a un taux de transfert plus de 10 fois supérieur à celui de la norme USB 2.0, soit 5 gigabits par seconde (Gbps). La norme USB 3.1, sortie en 2013, offre des vitesses allant jusqu'à 10 Gbps. La norme USB 3.2, sortie en 2017, atteint des vitesses de 20 Gbps. L'USB 4.0 est défini pour supporter 40 Gbps. Ces taux de transfert permettent des téléchargements plus rapides de données.

Chronologie des normes USB

L'USB 1.0 était principalement utilisé pour faire fonctionner des souris, des claviers et des manettes de jeu. L'USB 2.0 est plug-and-play et est couramment utilisé dans les lecteurs flash. L'USB 2.0 est également rétrocompatible avec les interfaces USB 1.0 et 1.1. L'USB 3.0, qui se présente sous la forme d'un connecteur de type C à forte densité de broches, permet de charger et de télécharger des données en même temps.

Alors que l'USB 1.0 et 1.1 utilise des connecteurs USB de type A ou B, tous les produits USB 3.2 Gen 2x2 utilisent le connecteur de type C. Toutefois, tous les ports USB C ne sont pas des ports USB 3.2 Gen 2x2. Identifier l'interface USB dont vous disposez peut prêter à confusion. Consultez le tableau ci-dessous pour différencier les options disponibles.

Spécifications des normes USB

Illustration des connecteurs USB

USB 3.2 et 4.0

L'USB Implementers Forum (USB-IF) a introduit l'USB 4.0, la quatrième révision complète de l'Universal Serial Bus (USB). L'USB 4.0, ainsi que l'USB 3.2 Gen 2 et l'USB 3.2 Gen 2x2, utilisent un connecteur et un réceptacle appelés USB Type C.

Qu'est-ce que l'USB Type C ?

Caractéristiques de l'USB Type C

L'USB Type C est un connecteur réversible capable de supporter des débits de données allant jusqu'à 40 Gbps. Cela se décompose en 10 Gbps par voie, avec 4 voies au total.

Le connecteur et le réceptacle de l'USB Type C sont plus petits (comparables à ceux du Micro-USB) et plus durables, résistant à 10 000 cycles d'insertion et de retrait. Avec 24 broches symétriques, le connecteur se fixe au réceptacle du premier coup. Le type C offre ces avantages :

• Jusqu'à 100 W de puissance délivrée
• Compatible USB 2.0, 3.1 Gen 1, 3.2 Gen 2, 3.2 Gen 1, 3.2 Gen 2 et 4.0.
• Prise en charge des modes alternatifs, pour permettre d'envoyer plus que des données USB à travers le connecteur et le câble.
• La norme a été établie par les fabricants d'ordinateurs et de téléphones portables qui avaient besoin d'une interface plus petite et plus performante pour l'USB.
• Les câbles sont marqués électroniquement pour permettre la négociation de l'alimentation électrique (pour des raisons de sécurité, afin d'éviter qu'une trop grande quantité d'énergie ne passe par un câble qui ne peut pas la supporter, bien que nous ayons vu quelques mauvaises exceptions sur le marché qui ont causé des dommages).
• Plus de câbles idiots !
• Les ports USB-C peuvent être fournisseurs ou consommateurs d'énergie.
• Le même port utilisé pour connecter votre clé USB peut également servir à charger votre ordinateur portable.
• Le mode d'alimentation recharge les smartphones et les tablettes beaucoup plus rapidement.
• Les câbles et les connecteurs auront également des capacités différentes (par exemple, un port ou un câble peut ne prendre en charge que l'USB 2.0, sans alimentation électrique).
• L'identification des capacités devient importante !

Modes alternatifs de l'USB Type C

Les modes alternatifs USB comprennent DisplayPort, MHL (Mobil High-Definition Link), Thunderbolt 3 et HDMI, tous décrits ci-dessous.

Mode alternatif DisplayPort

• Prend en charge jusqu'à 4Kp60 4:4:4 avec DisplayPort 1.3 Spec.
• Supporte simultanément l'USB 3.1 Gen 2 et l'USB 2.0
• Transfère la puissance jusqu'à 100 W

Modes alternatifs MHL (Mobil High-Definition Link)

• Supporte jusqu'à 4K 60 Hz avec un seul couloir de données, ou 8K 60 Hz avec 4 couloirs avec la spécification super MHL 1.0
• Gère l'USB 2.0, 3.1, selon la configuration.
• Permet une alimentation jusqu'à 100 W

Mode alternatif Thunderbolt 3

• Prise en charge d'un maximum de 2 écrans fonctionnant en 4K 60 Hz
• Connecte les protocoles PCIe 3.0, DisplayPort, et USB 2.0 et 3.1, selon la configuration
• Délivre une puissance allant jusqu'à 100 W
• Les ordinateurs portables de Dell, Lenovo, Apple et HP ont des connecteurs USB-C qui prennent en charge ce mode alternatif.

Mode alternatif HDMI

• Prend en charge la spécification HDMI 1.4b (4Kp30, 4Kp60 4:2:0)
• Ne peut pas prendre en charge les données USB 3.1 simultanées, quelle que soit la configuration (limité à l'USB 2.0).
• Délivre une puissance jusqu'à 100 W

Tendances du marché de l'USB Type C

La taille du marché du bus série universel (USB) de type C est évaluée à 4 263,56 millions USD et devrait croître à un taux de croissance annuel composé de 27,35 % au cours de la période de prévision de 2021 à 2028.¹
Les appareils USB C courants comprennent les téléphones mobiles et les ordinateurs portables, les adaptateurs pour les connexions existantes (USB A/B, DVI, etc.), les lecteurs flash, les stations d'accueil et les moniteurs.

Qu'est-ce que la technologie USB 3.2 ?

USB 3.2 Gen 1 (anciennement USB 3.1 Gen 1)

L'USB 3.2 Gen 1 offre une bande passante de 5 Gbps, une puissance de 100 W disponible pour le dispositif en aval, un fonctionnement en duplex intégral, et est pris en charge en standard par les derniers systèmes d'exploitation macOS, Linux et Windows. L'USB 3.2 est un bus totalement distinct de l'USB 2.0. Les données de l'USB 3.2 et celles de l'USB 2.0 sont complètement séparées et circulent sur des conducteurs différents dans le connecteur et le câble.

USB 3.2 Gen 2 (anciennement USB 3.1 Gen 2)

L'USB 3.2 Gen 2 prend en charge une bande passante de 20 Gbps, fournit une puissance de 100 W au dispositif en aval et fonctionne généralement par le biais de pilotes et de contrôleurs tiers. La Gen2 comporte également d'autres modifications mineures du protocole par rapport à l'USB 3.2 Gen 1, mais maintient la rétrocompatibilité.

Applications de l'USB 3.2

L'USB 3.2 est idéal pour les périphériques de stockage de masse, tels que les disques durs, les lecteurs Blu-Ray et les lecteurs flash. Il offre une augmentation des performances par rapport à l'USB 3.0. C'est important car les consommateurs exigent des appareils plus rapides pour compenser la taille plus importante des fichiers vidéo et image.

Pour la visioconférence, les caméras mobiles USB 3.2 sont capables d'atteindre 1080p60 et plus sans l'utilisation d'un codec matériel, ce qui réduit le coût global de mise en œuvre et permet aux utilisateurs d'apporter leurs propres appareils pour se connecter à Skype, WebEx, etc.

Les caméras USB de vision industrielle fournissent des solutions rentables capables d'une haute résolution et d'une fréquence d'images élevée pour l'analyse des produits sur les chaînes de montage.

Applications de l'USB 4

L'USB 4, qui est basé sur le protocole Thunderbolt qu'Intel a mis gratuitement à la disposition du groupe de promotion de l'USB, permet à l'USB 4 d'atteindre les vitesses de 40 Gbps du Thunderbolt 3, soit deux fois la vitesse de la norme précédente USB 3.2 Gen 2x2. Transférez des films et des graphiques 4K en quelques secondes. Utilisez l'USB 4 pour connecter plusieurs moniteurs et écrans vidéo externes. Reliez deux moniteurs 4K 60 Hz ou un écran 5K à votre PC. L'interface USB 4 fournit 100 W de puissance.

L'USB 4 est rétrocompatible avec l'USB 3.2 et les dispositifs remontant à l'USB 2.0, mais vous aurez besoin d'un adaptateur pour brancher le connecteur de type C du câble USB 4 sur des ports USB de type A plus anciens.

La norme USB 4 vaut-elle son pesant d'or ? C'est à vous de décider.

Les normes USB 4 et Thunderbolt alimentent toutes deux des écrans 4K doubles, envoient des données à 40 Gbps et fournissent de l'énergie pour charger un ordinateur portable. Les spécifications minimales de l'USB 4 sont moins strictes et les fabricants peuvent choisir de ne pas mettre en œuvre toutes les fonctionnalités pour minimiser les coûts. Dans la pratique, Thunderbolt peut être plus fiable grâce à ses exigences de spécifications plus élevées.

Retour vers le futur

La norme USB a évolué depuis sa création en 1995. Aujourd'hui, l'USB C est le connecteur standard. Plusieurs normes plus récentes existent désormais, les plus récentes étant l'USB 3.2 Gen2 et l'USB 4.0. Ces connecteurs/interfaces USB C offrent des vitesses et une connectivité élevées pour les périphériques USB modernes, tels que les téléphones mobiles, les ordinateurs portables, les tablettes, les imprimantes, les scanners, les lecteurs flash et d'autres équipements d'usage courant. À l'avenir, l'USB C devrait continuer à être le connecteur/interface de choix dans le monde entier pour les équipements USB courants, en raison de sa polyvalence, de sa taille compacte et de sa connectivité universelle.

Références

¹https://www.databridgemarketresearch.com/reports/global-universal-serial-bus-usb-type-c-market