Introducción a USB 4

Introducción a USB 4

USB4 es el sistema USB especificado en la norma USB4. El Foro de Desarrolladores USB (USB Developers Forum) lanzó su versión 1.0 el 29 de agosto de 2019. El nombre completo de USB4 es Universal Serial Bus Generation 4 (Bus Serie Universal Generación 4). 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 de la última versión de USB 3.2 (Gen2×2).

A diferencia de los estándares de protocolo USB anteriores, USB4 requiere un conector USB-C y necesita la compatibilidad con USB PD para la alimentación. En comparación con 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 permite gestionar de forma óptima la transmisión de datos según el tipo y la aplicación. Los productos USB4 deben admitir un rendimiento de 20 Gbit/s y pueden admitir hasta 40 Gbit/s. Sin embargo, debido a la transmisión por túnel, al transmitir datos mixtos, incluso si la velocidad de transmisión es de 20 Gbit/s, la velocidad real de transmisión de datos 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 máxima velocidad de transmisión, es decir, 40 Gbps, conviene consultar las especificaciones antes de comprarlo. Para aplicaciones que requieren transmisión de alta velocidad, elegir el adaptador USB 3.1 C a C adecuado es fundamental, ya que es clave para alcanzar los 40 Gbps.

Mucha gente se confunde sobre la relación entre USB4 y Thunderbolt 4. De hecho, tanto Thunderbolt 4 como USB4 se basan en el protocolo Thunderbolt 3. Se complementan y son compatibles. Ambas interfaces son de tipo C y la velocidad máxima es de 40 Gbps.

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

El protocolo de transmisión USB fue propuesto y desarrollado conjuntamente por varias empresas, entre ellas Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC y Nortel, en 1994. Se lanzó como versión USB V0.7 el 11 de noviembre de 1994. Posteriormente, en 1995, estas empresas fundaron una organización sin ánimo de lucro para promover y dar soporte a USB, denominada USB Implementers Forum, conocida actualmente como USB-IF, que es la organización encargada de la estandarización de USB.

En 1996, USB-IF propuso oficialmente la especificación USB 1.0. Sin embargo, la velocidad de transmisión de USB 1.0 era de 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. 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 del año 2000 se introdujo el estándar USB 2.0, con una velocidad de transmisión de 480 Mbps, equivalente a 60 MB/s. Esto representa 40 veces la velocidad del USB 1.1. La corriente de salida máxima es de 5 V/500 mA y utiliza un conector de 4 pines. El USB 2.0 sigue en uso hoy en día y se considera el estándar USB de mayor duración.

A partir de USB 2.0, USB-IF demostró su "talento único" en el cambio de nombres.

En junio de 2003, USB-IF cambió el nombre de las especificaciones y estándares de USB, pasando de USB 1.0 a USB 2.0 de baja velocidad, de USB 1.1 a USB 2.0 de velocidad completa y de USB 2.0 a USB 2.0 de alta velocidad.

Sin embargo, este cambio tuvo poco impacto en la situación actual en aquel momento, porque las versiones USB 1.0 y 1.1 prácticamente habían quedado obsoletas.

En noviembre de 2008, el Grupo Promotor USB 3.0, integrado por gigantes de la industria como Intel, Microsoft, HP, Texas Instruments, NEC y ST-NXP, finalizó el estándar USB 3.0 y lo publicó oficialmente. Su nombre oficial fue "SuperSpeed". El Grupo Promotor USB es el principal responsable del desarrollo y la formulación de los estándares de la serie USB, que posteriormente se transferirán a USB-IF para su gestión.

La velocidad máxima de transmisión de USB 3.0 alcanza los 5,0 Gbps, lo que equivale 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 contar con mejores capacidades de administración de energía y otras características.

El USB 3.0 utiliza un diseño de 9 pines. Los primeros 4 pines son iguales a los del USB 2.0, mientras que los 5 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 observando los pines.

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

La mejora de USB 3.1 con respecto a USB 3.0 también fue muy evidente. Sin embargo, poco después, USB-IF renombró USB 3.0 como USB 3.1 Gen1 y 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 especificar si se trataba de la primera o segunda generación (Gen1 o Gen2). De hecho, el rendimiento de transmisión de ambas es bastante diferente, y los consumidores podrían confundirse fácilmente. Por lo tanto, este cambio de nombre fue un error para la mayoría de los consumidores.

En septiembre de 2017 se lanzó USB 3.2. Con el puerto 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 sigue siendo de 20 V/5 A. Otros aspectos presentan mejoras menores.

▲El proceso de cambio de nombre de USB

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

Presente y futuro: El gran avance de USB4

Ahora que hemos llegado a USB4, echemos un vistazo a las mejoras y actualizaciones de este nuevo estándar de protocolo. En primer lugar, dado que se trata de una actualización intergeneracional de la versión "3" a la "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:

Mediante la transmisión de doble canal, la velocidad máxima teórica de transmisión de USB4 debería alcanzar los 40 Gbps, la misma que la de Thunderbolt 3 (en adelante, "Thunderbolt 3").

De hecho, USB4 tendrá tres velocidades de transmisión: 10 Gbps, 20 Gbps y 40 Gbps. Así que, si quieres comprar un dispositivo con la velocidad de transmisión más alta, es decir, 40 Gbps, te conviene consultar las especificaciones antes de comprarlo.

2. Compatible con interfaces Thunderbolt 3:

Algunos dispositivos USB4 (aunque no todos) también pueden ser compatibles con interfaces Thunderbolt 3. Es decir, si tu dispositivo tiene una interfaz USB4, es posible que también puedas conectar un dispositivo Thunderbolt 3 externamente. Sin embargo, esto no es obligatorio. La compatibilidad depende de las especificaciones del fabricante del dispositivo.

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

Si utilizas el puerto USB4 para conectar una pantalla y transferir datos simultáneamente, el puerto 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 se podrá utilizar para otras tareas. Esto no era posible en USB 3.2 ni en versiones anteriores. Antes de eso, el funcionamiento del USB se basaba en el uso simultáneo de recursos.

4. Todos los dispositivos USB4 serán compatibles con USB PD.

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

Según la normativa USB-IF, el estándar para la interfaz de carga USB PD actual debe ser USB Tipo-C. La interfaz USB Tipo-C cuenta con dos pines, CC1 y CC2, que se utilizan para los canales de configuración de la comunicación PD.

5. Solo se puede utilizar la interfaz USB Tipo-C.

Con esta característica, es lógico que sepamos que USB4 solo funciona con conectores USB Tipo-C. De hecho, no solo USB PD, sino también otros estándares recientes como USB-IF, solo son compatibles con Tipo-C.

6. Puede ser compatible con versiones anteriores de protocolos.

USB4 se puede usar junto con dispositivos y puertos USB 3 y USB 2. Es decir, es compatible con versiones anteriores del protocolo. Sin embargo, no es compatible con USB 1.0 ni 1.1. Actualmente, las interfaces que utilizan este protocolo prácticamente han desaparecido del mercado.

Por supuesto, al conectar un dispositivo USB4 a un puerto USB 3.2, no podrá transmitir a una velocidad de 40 Gbps. Y la antigua interfaz USB 2 no se volverá más rápida solo por conectarse a una interfaz USB4.