Introducción a USB 4

Introducción a USB 4

USB4 es el sistema USB especificado en la especificación USB4. El Foro de Desarrolladores USB lanzó su versión 1.0 el 29 de agosto de 2019. El nombre completo de USB4 es Bus Serie Universal de 4.ª Generación. Se basa en la tecnología de transmisión de datos "Thunderbolt 3", desarrollada conjuntamente por Intel y Apple. La velocidad de transmisión de datos de USB4 puede alcanzar hasta 40 Gbps, el doble de la velocidad del último USB 3.2 (Gen2×2).

A diferencia de los estándares de protocolo USB anteriores, USB4 requiere un conector USB-C y la compatibilidad con USB PD para la alimentación. A diferencia de USB 3.2, permite la creación de túneles DisplayPort y PCI Express. Esta arquitectura define un método para compartir dinámicamente un único enlace de alta velocidad con múltiples tipos de dispositivos terminales, lo que optimiza la transmisión de datos según el tipo y la aplicación. Los productos USB4 deben admitir un rendimiento de 20 Gbit/s y pueden alcanzar los 40 Gbit/s. Sin embargo, debido a la transmisión por túnel, al transmitir datos mixtos, incluso a una velocidad de 20 Gbit/s, la velocidad real de transmisión puede ser superior a la de USB 3.2 (USB 3.1 Gen 2).

USB4 se divide en dos versiones: 20 Gbps y 40 Gbps. Los dispositivos con interfaz USB4 disponibles en el mercado pueden ofrecer la velocidad de 40 Gbps de Thunderbolt 3 o una versión reducida de 20 Gbps. Si desea adquirir un dispositivo con la mayor velocidad de transmisión, es decir, 40 Gbps, le recomendamos consultar las especificaciones antes de comprarlo. Para situaciones que requieren una transmisión de alta velocidad, elegir el USB 3.1 C a C adecuado es crucial, ya que es el soporte clave para alcanzar los 40 Gbps.

Mucha gente tiene dudas sobre la relación entre USB4 y Thunderbolt 4. De hecho, tanto Thunderbolt 4 como USB4 se basan en el protocolo subyacente de Thunderbolt 3. Se complementan y son compatibles. Todas las interfaces son Tipo-C y la velocidad máxima es de 40 Gbps para ambas.

En primer lugar, el cable USB4 al que nos referimos es el estándar de transmisión USB, una especificación de protocolo relacionada con el rendimiento y la eficiencia de la transmisión USB. USB4 puede considerarse la "cuarta generación" de esta especificación.

El protocolo de transmisión USB fue propuesto y desarrollado conjuntamente por varias empresas, incluidas Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC y Nortel en 1994. Se lanzó como versión USB V0.7 el 11 de noviembre de 1994. Más tarde, estas empresas establecieron una organización sin fines de lucro para promover y respaldar USB en 1995, llamada USB Implementers Forum, que es el conocido USB-IF, y USB-IF es ahora la organización de estandarización USB.

En 1996, USB-IF propuso oficialmente la especificación USB 1.0. Sin embargo, la velocidad de transmisión de USB 1.0 era de tan solo 1,5 Mbps, la corriente de salida máxima era de 5 V/500 mA y, en aquel entonces, había muy pocos dispositivos periféricos compatibles con USB, por lo que los fabricantes de placas base rara vez diseñaban interfaces USB directamente en la placa base.

▲USB 1.0

En septiembre de 1998, USB-IF publicó la especificación USB 1.1. Esta vez, la velocidad de transmisión se incrementó a 12 Mbps y se corrigieron algunos detalles técnicos de USB 1.0. La corriente de salida máxima se mantuvo en 5 V/500 mA.

En abril de 2000, se introdujo el estándar USB 2.0, con una velocidad de transmisión de 480 Mbps, equivalente a 60 MB/s. Es 40 veces superior a la del USB 1.1. La corriente de salida máxima es de 5 V/500 mA y adopta un diseño de 4 pines. El USB 2.0 sigue en uso hoy en día y se puede decir que es el estándar USB más duradero.

A partir del USB 2.0, USB-IF demostró su “talento único” en el cambio de nombre.

En junio de 2003, USB-IF renombró las especificaciones y estándares de USB, cambiando USB 1.0 a versión USB 2.0 de baja velocidad, USB 1.1 a versión USB 2.0 de velocidad completa y USB 2.0 a versión USB 2.0 de alta velocidad.

Sin embargo, este cambio tuvo poco impacto en la situación actual en ese momento, porque USB 1.0 y 1.1 básicamente habían abandonado el escenario histórico.

En noviembre de 2008, el Grupo Promotor de USB 3.0, compuesto por gigantes de la industria como Intel, Microsoft, HP, Texas Instruments, NEC y ST-NXP, completó el estándar USB 3.0 y lo lanzó al público. El nombre oficial fue "SuperSpeed". El Grupo Promotor de USB es el principal responsable del desarrollo y la formulación de los estándares de la serie USB, cuya gestión se transferirá finalmente a USB-IF.

La velocidad máxima de transmisión del USB 3.0 alcanza los 5,0 Gbps, equivalentes a 640 MB/s. La corriente de salida máxima es de 5 V/900 mA. Es totalmente compatible con USB 2.0 y admite la transmisión de datos full-duplex (es decir, puede recibir y enviar datos simultáneamente, mientras que USB 2.0 es half-duplex), además de ofrecer mejores funciones de gestión de energía y otras características.

El USB 3.0 adopta un diseño de 9 pines. Los primeros 4 pines son iguales a los del USB 2.0, mientras que los 5 pines restantes están diseñados específicamente para USB 3.0. Por lo tanto, se puede determinar si se trata de USB 2.0 o USB 3.0 por los pines.

En julio de 2013, se lanzó USB 3.1, con una velocidad de transmisión de 10 Gbps (1280 MB/s), afirmando ser SuperSpeed+, y el voltaje máximo permitido de la fuente de alimentación se elevó a 20 V/5 A, que son 100 W.

La mejora del USB 3.1 respecto al USB 3.0 también fue muy evidente. Sin embargo, poco después, USB-IF renombró el USB 3.0 como USB 3.1 Gen1 y el USB 3.1 como USB 3.1 Gen2.

Este cambio de nombre causó problemas a los consumidores, ya que muchos comerciantes sin escrúpulos solo indicaban en el empaque que los productos eran compatibles con USB 3.1, sin indicar si era Gen1 o Gen2. De hecho, el rendimiento de transmisión entre ambos es bastante diferente, y los consumidores podrían caer en una trampa. Por lo tanto, este cambio de nombre fue una mala decisión para la mayoría de los consumidores.

En septiembre de 2017, se lanzó el USB 3.2. Con el USB Tipo-C, admite dos canales de 10 Gbps para la transmisión de datos, con una velocidad de hasta 20 Gb/s (2500 MB/s), y la corriente de salida máxima se mantiene en 20 V/5 A. Se han introducido pequeñas mejoras en otros aspectos.

▲El proceso de cambio de nombre USB

Sin embargo, en 2019, USB-IF introdujo otro cambio de nombre. Rebautizaron USB 3.1 Gen1 (que era el USB 3.0 original) como USB 3.2 Gen1, USB 3.1 Gen2 (que era el USB 3.1 original) como USB 3.2 Gen2 y USB 3.2 como USB 3.2 Gen 2×2.

Ahora y el futuro: el salto adelante de USB4

Ahora que hemos llegado a USB4, veamos las actualizaciones y mejoras de este nuevo estándar de protocolo. Ante todo, al tratarse de una actualización intergeneracional de "3" a "4", la mejora debe ser significativa.

En base a toda la información que hemos recopilado, las nuevas características de USB4 se resumen de la siguiente manera:

1. Velocidad máxima de transmisión de 40 Gbps:

A través de la transmisión de doble canal, la velocidad de transmisión máxima teórica de USB4 debería poder alcanzar los 40 Gbps, que es la misma que la de Thunderbolt 3 (denominado “Thunderbolt 3” a continuación).

De hecho, USB4 ofrece tres velocidades de transmisión: 10 Gbps, 20 Gbps y 40 Gbps. Por lo tanto, si desea comprar un dispositivo con la mayor velocidad de transmisión, es decir, 40 Gbps, le recomendamos consultar las especificaciones antes de comprarlo.

2. Compatible con interfaces Thunderbolt 3:

Algunos dispositivos USB4 (no todos) también son compatibles con las interfaces Thunderbolt 3. Es decir, si su dispositivo tiene una interfaz USB4, también podría ser posible conectar un dispositivo Thunderbolt 3 externamente. Sin embargo, esto no es obligatorio. La compatibilidad depende de la opinión del fabricante del dispositivo.

3. Capacidad de asignación dinámica de recursos de ancho de banda:

Si usa el puerto USB4 a la vez que conecta una pantalla y transfiere datos, este asignará el ancho de banda correspondiente según la situación. Por ejemplo, si el vídeo solo requiere el 20 % del ancho de banda para una pantalla de 1080p, el 80 % restante puede utilizarse para otras tareas. Esto no era posible con USB 3.2 ni versiones anteriores. Antes, el funcionamiento del USB era por turnos.

4. Todos los dispositivos USB4 admitirán USB PD

USB PD (USB Power Delivery, transmisión de energía USB), uno de los protocolos de carga rápida más populares. Fue desarrollado por la organización USB-IF. Esta especificación permite alcanzar voltajes y corrientes más altos, con una transmisión de potencia máxima de hasta 100 W, y la dirección de transmisión se puede cambiar libremente.

Según las regulaciones de USB-IF, la interfaz de carga USB PD actual debe ser USB Tipo-C. Esta interfaz cuenta con dos pines, CC1 y CC2, que se utilizan para los canales de configuración de comunicación del PD.

5. Solo se puede utilizar la interfaz USB tipo C

Con esta característica, es natural que el USB 4 solo funcione con conectores USB Tipo-C. De hecho, no solo USB PD, sino también otros estándares USB-IF más recientes, solo son compatibles con el Tipo-C.

6. Puede ser compatible con protocolos anteriores.

USB4 puede utilizarse con dispositivos y puertos USB 3 y USB 2. Es decir, es compatible con protocolos anteriores. Sin embargo, USB 1.0 y 1.1 no son compatibles. Actualmente, las interfaces que utilizan este protocolo prácticamente han desaparecido del mercado.

Claro que, al conectar un dispositivo USB4 a un puerto USB 3.2, no puede transmitir a una velocidad de 40 Gbps. Y la interfaz USB 2 tradicional no será más rápida solo por estar conectada a una interfaz USB4.