Artykuł pochodzi z wydania: Kwiecień 2022
Opracowany przez USB Promoter Group wariant USB4 to kolejny etap ewolucji tej magistrali. Coraz popularniejszy Thunderbolt 3 też doczekał się nowej odsłony pod postacią czwartej generacji. W świecie interfejsów dzieje się naprawdę sporo.
Na przestrzeni ostatnich lat mieliśmy do czynienia z wieloma interfejsami do podłączania urządzeń peryferyjnych. Różnymi wersjami USB z wtyczkami typu A i B oraz ich odmianami mobilnymi mini i micro. Były też takie gniazda jak FireWire, eSATA i wiele innych. Dziś świat dąży do ujednolicenia i standaryzacji, aby można było podłączać wszystko za pomocą jednego kabla i takiej samej wtyczki. Te cechy ma standard USB-C, który pojawia się maso-wo w wielu urządzeniach. Wydaje się, że nie ma już odwrotu od tego trendu.
Niestety, oprócz konstrukcji samej wtyczki i gniazda, USB-C nie jest w pełni jednolitym standardem. Wprawdzie dzięki zastosowaniu symetrycznej budowy skończyły się problemy z właściwym podłączaniem wtyczek, ale pod względem konstrukcyjnym wciąż występuje wiele rozbieżności w kwestii spełnienia odpowiednich norm i wymagań co do jakości sygnału, a także w zakresie okablowania, które różni się liczbą wykorzystywanych przewodów (od 15 do 21).
Dzięki mniejszym gabarytom złącze USB-C znajduje zastosowanie zarówno w pełnowymiarowych komputerach i innych „dużych” urządzeniach, jak i w segmencie mobilnym i ultramobilnym. Nie ma potrzeby tworzenia odmian typu mini czy micro. Duża liczba wykorzystywanych przewodów sygnałowych pozwala przesyłać nie tylko dane i zasilanie, ale również obraz do monitora, komunikację sieciową, a nawet sygnał analogowy (np. do słuchawek przewodowych). Wiele przewodów zapewnia też szybką transmisję z jednoczesnym wykorzystaniem wielu protokołów jak chociażby Display-Port (dalej: DP) czy Ethernet.
W przyszłości okablowanie z USB-C powinno stać się na tyle ustandaryzowane, żeby użytkownik nie musiał zastanawiać się, jaki przewód do jakich zastosowań ma kupić. Można też wprowadzić jednoznaczne oznaczenia, co już ma miejsce w przypadku USB4, dotyczące np. maksymalnych prędkości transferu czy parametrów zasilania. Wszystkie zalety USB-C sprawiają, że z pewnością jest to standard przyszłości na rynku komputerów i elektroniki użytkowej, który może zastąpić wszystkie inne. Zagrożeniem dla niego są jednak interfejsy bezprzewodowe. Powstał już nawet prototyp laptopa (Craob X) całkowicie pozbawiony gniazd, w którym ładowanie akumulatora odbywa się za pomocą indukcji.
Zamieszanie z USB
Choć pierwsze wersje uniwersalnej magistrali szeregowej oznaczone 1.0 i 1.1 już dawno zniknęły z rynku, to archaiczne USB 2.0 wciąż jest w powszechnym użyciu. Miało ono swoją premierę w 2000 r., jednak do dziś wykorzystywane jest przez ogromną liczbę urządzeń. Wersja ta oznaczona jest jako High Speed i pozwala uzyskać teoretycznie szybkość do 480 Mbit/s (60 MB/s). W rzeczywistości możemy liczyć na nieco ponad połowę tej wartości. Popularność tej wersji interfejsu wynika zapewne z tego, że większe prędkości transferu i nowe funkcje standardu USB (np. szybkie ładowanie) nie zawsze są nam potrzebne. Przeciętna drukarka, odbiornik radiowy od myszki i klawiatury czy skaner zazwyczaj zadowolą się złączem USB 2.0.
W 2008 r. światło dzienne ujrzał standard USB 3.0 i wprowadził spory skok w przepustowości, która osiągnęła aż 4 Gb/s (500 MB/s). Zwiększono także wydajność elektryczną, co pozwoliło zasilać urządzenia bardziej łakome na prąd. Minęło kolejnych pięć lat i USB znów zostało udoskonalone (wersja 3.1 i 10 Gb/s), a po czterech następnych latach doczekaliśmy się odsłony oznaczonej USB 3.2 (20 Gb/s). Za rozwój interfejsu USB odpowiedzialna jest organizacja USB Implementers Forum (dalej: USB-IF). Podjęła ona decyzję, aby po latach rozwoju ujednolicić oznaczenia poszczególnych wersji magistrali. To jednak zamiast ułatwić identyfikację wprowadziło tylko bałagan i dezorientację. Co więcej, taki ruch uczyniono aż dwukrotnie. Nowe oznaczenia zostały wprowadzone po raz pierwszy, gdy pojawił się interfejs USB w wersji 3.1. Wtedy USB 3.0 przemianowano na USB 3.1 Gen 1, a USB 3.1 na USB 3.1 Gen 2. Szybko pojawił się nowy standard USB 3.2, więc USB-IF postanowiło wprowadzić kolejną zmianę w nazewnictwie, co namieszało w głowach i tak już zdezorientowanych użytkowników. Obecnie sytuacja wygląda następująco: USB 3.1 Gen 1 (dawne USB 3.0) stało się USB 3.2 Gen 1; USB 3.1 Gen 2 (dawne USB 3.1) zmieniło oznaczenie na USB 3.2 Gen 2, a nowy standard USB 3.2 to teraz USB 3.2 Gen 2×2. Dopuszczalne są też oznaczenia handlowe SuperSpeed (5 Gb/s), SuperSpeed 10 Gbps i Super-Speed 20 Gbps. Przez takie decyzje do dziś na rynku panuje zamieszanie i na-wet producenci w aktualnie sprzedawanych produktach określają w specyfikacji wersje standardu USB w różnych systemach nazewnictwa – od USB 3.0 i 3.1 po stosowanie określeń z Gen 1 i Gen 2.
Po zmianach mamy więc trzy różne standardy nazw. O tym, czy po upowszechnieniu się USB4 dojdzie nowy, pewnie niedługo się dowiemy. Najnowszy interfejs na razie funkcjonuje jako USB4 Gen 2×2 (20 Mb/s) i USB4 Gen 3×2 (40 Mb/s) wraz z oznaczeniem Enhanced Superspeed.
USB4 już puka do drzwi
Choć specyfikację tego standardu opu-blikowano już w 2019 r., dopiero od niedawana pojawiają się pierwsze urządzenia (laptopy, płyty główne) wyposażone w porty obsługujące USB4, a także dostępne jest odpowiednie okablowanie potrzebne do osiągnięcia maksymalnych transferów. Kompatybilnych urządzeń w chwili powstawania tego artykułu praktycznie nie ma, choć producenci zapowiedzieli już pierwsze dyski SSD, np. ADATA SE920 (przepustowość tego modelu ma wynieść 4 GB/s).
Standard USB4 (zrezygnowano z oznaczeń typu USB 4.x) wykorzystuje przepustowości 20 Gb/s oraz 40 Gb/s, zachowując wsteczną kompatybilność z generacjami USB 3.x i 2.0. Obsługiwana jest jedynie wtyczka USB-C, możliwe jest jednak stosowanie przejściówek do po-przednich rozwiązań typu USB-A. Z cza-sem przewiduje się stopniowy zanik poprzednich typów złączy i umocnienie się na rynku znacznie wygodniejszego i bardziej uniwersalnego USB-C. Najważniejsze jest to, że starsze urządzenia pod-łączone do nowego złącza będą działać poprawnie, a sprzęt zgodny z USB4 będzie pracował na starszych standardach USB z maksymalnymi parametrami dla nich przewidzianymi. Natomiast urządzenia z Thunderbolt 3 zostaną popraw-nie wykryte i obsłużone z maksymalną przepustowością, ale nie będzie to funkcja obligatoryjna, lecz tylko opcjonalna. Z pewnością przyczyni się to do powstawania sytuacji, gdy to użytkownik urządzenia z USB4 będzie musiał samodzielnie sprawdzać, czy na pewno obsługuje ono połączenie Thunderbolt.
Czwarte wydanie wykorzystuje tę samą dwupasmową architekturę co USB 3.2, ale podwaja prędkość transferu poszczególnych linii do 20 Gb/s. W USB4 poprawiono też funkcję pozwalającą na jednoczesne przesyłanie danych i obrazu wideo za pomocą pojedynczego kabla. Dzięki zastosowaniu inteligentnego routingu transmisja wideo w wysokiej rozdzielczości do monitora jest stabilniejsza przy zachowaniu szybkiego transferu danych w tym samym czasie. Mowa tu o możliwości wyświetlania obrazów w rozdzielczości nawet 16K przy 60 klatkach na sekundę, co oznacza ponad trzykrotny przyrost w stosunku do starszych rozwiązań. Warto również wspomnieć, że choć USB4 wspiera standard Thunderbolt 3, to w odróżnieniu od niego samego nie wymusza stosowania żadnych dodatkowych protokołów. Dzięki temu podstawowa wersja złącza może być wykorzystywana tylko do transferu danych, bez obsługi zewnętrznych wyświetlaczy, co w przypadku Thunderbolt jest obligatoryjne. Szykuje się jeszcze większy bałagan w standardzie USB, bo USB-C to tylko typ wtyczki, który nic nam nie mówi o samych obsługiwanych interfejsach, tak więc nie będzie wiadomo, czy mamy do czynienia np. ze zintegrowaną obsługą protokołów DP, PCIe lub innych rozszerzeń, czy też możemy jedynie przesyłać dane.
Więcej mocy z USB-C 2.1 i PD 3.1
Standard USB-C cały czas ewoluuje i już dziś ta niewielka wtyczka została wyposażona w wiele różnych rozwiązań. Pozwala m.in. na coraz szybsze ładowanie akumulatorów, np. w smartfonach czy laptopach, a w dodatku coraz częściej zapewnia zasilanie monitorom i innym urządzeniom. Obecnie jego maksymalne możliwości to dostarczanie do 100 W energii, co jednak jest wartością zbyt małą, żeby zasilić odpowiednią mocą niektóre drukarki czy laptopy z zaawansowanymi układami graficznymi (także zewnętrznymi). Wygląda na to, że niedługo to się zmieni i nowa wersja standardu USB-C 2.1 wraz z Power Delivery 3.1 pozwoli na przesyłanie nawet 240 W, co z pewnością rozszerzy liczbę obsługiwanych urządzeń. Rynek smartfonów, na którym USB-C praktycznie zdominowało wszystkie nowe urządzenia, już teraz potrzebuje więcej mocy, bo dostępne są modele telefonów, które możemy ładować za pomocą specjalnych ładowarek przekraczających barierę 100 W (np. najnowsze modele firmy Xiaomi z ładowaniem 120 W). W sprzedaży dostępne są laptopy, które da się zasilać i ładować przy użyciu kabla USB-C. Często jednak nie można jednocześnie pracować na komputerze i go ładować albo proces uzupełniania energii, gdy maszyna jest włączona i pracuje na dużych obrotach, przebiega znacznie wolniej niż z wykorzystaniem tradycyjnego zasilacza. Standard USB-C 2.1 rozwiązuje ten problem. Power Delivery (dalej: PD) nowej generacji zwiększa napięcie prądu z 20 do 48 V, co przy natężeniu, które nadal będzie wynosić 5 A, pozwala uzyskać 240 W mocy. Aby skorzystać z tego nowego rozwiązania, koniecznie jest zastosowanie odpowiedniego okablowania. Już poprzednia generacja PD do przesłania 60 czy 100 W wymagała odpowiednio przystosowanych przewodów SPR (Standard Power Rate). Teraz będą to kable EPR (Extented Power Range) pozwalające bezpiecznie przesyłać prąd o zwiększonym zakresie mocy.
[…]
Marcin Lisiecki
Autor jest niezależnym dziennikarzem publikującym w magazynach komputerowych. Ma zawodowe doświadczenie w testowaniu sprzętu i oprogramowania komputerowego.
