Décoder les normes USB de 1.0 à 4.0

(Source de l'image : Same Sky)

Le bus série universel, plus connu sous sa forme abrégée d'USB, est sans doute la norme d'interconnexion la plus reconnue sur le marché actuel. Cependant, de nombreuses personnes, notamment celles qui ne font pas partie de la communauté des ingénieurs, ne se demandent pas ce qu'USB implique. En termes simples, le terme « bus » désigne un moyen de transférer des données ou de l'énergie dans un système électronique entre différents composants, tandis que le terme « série » indique que les données sont transmises bit par bit sur le même fil (ou plusieurs fils). L'USB constitue une norme d'ingénierie qui établit des spécifications « universelles » pour les connecteurs et les câbles utilisés pour relier les différents dispositifs d'un système électronique.

En tant que moyen simple et pratique d'interconnexion et de communication de données entre des appareils, l'USB a évolué depuis ses débuts en 1996 et peut aujourd'hui faire beaucoup plus. Avant son introduction dans les années 1990, le paysage de l'interconnexion était marqué par la complexité et la lenteur des taux de transfert de données. Grâce à plus de 25 ans d'évolution et d'améliorations continues, l'USB et l'USB Implementers Forum (USB-IF) ont créé des capacités d'interconnexion qui vont bien au-delà de ce qui était considéré comme possible à l'origine, avec des débits de données, des transferts d'énergie, etc., toujours plus élevés. Cependant, ces améliorations continues ont donné lieu à de nouvelles normes, à des mises à jour des normes existantes et à une variété de conventions de dénomination. Par conséquent, essayer de suivre les dernières normes USB peut être une tâche source de confusion et de contradiction. Cet article vise à fournir un historique détaillé des normes USB tout en clarifiant les dernières conventions de dénomination USB.

Interconnexion avant USB

Comme mentionné précédemment, avant l'avènement de l'USB, les taux de transfert de données lents étaient la norme, allant souvent de 100 kilo-octets (Ko) par seconde en parallèle à 450 kilobits (kb) par seconde en série. Non seulement les fabricants d'ordinateurs utilisaient des ports série et parallèle, mais il existait également toute une série de fiches, de connecteurs et de câbles propriétaires qui nécessitaient souvent des pilotes et des cartes dédiés. En outre, le remplacement ou le branchement à chaud était limité, ce qui nécessitait d'éteindre le matériel avant de brancher un dispositif et de le rallumer.

L'USB-IF a commencé à développer la norme USB en 1994 avec plusieurs pré-versions (USB 0.8 et 0.9) qui ont été annoncées, mais jamais commercialisées. En 1995, la norme USB 0.99 est venue clore la liste des normes pré-publiées, et une fois encore, n'était pas disponible dans le commerce.

USB 1.0 et 1.1

L'USB 1.0 a marqué la première version majeure des normes USB en 1996, offrant des taux de transfert de données de 1,5 mégabit par seconde (Mbps) à basse vitesse et de 12 Mbps à pleine vitesse. Même si la norme USB 1.0 offrait la commodité du remplacement à chaud et de l'auto-configuration, elle n'a pas été largement adoptée comme première version commerciale de l'USB.

Deux ans plus tard, en 1998, la norme USB 1.1 a été introduite. Tout en égalant les capacités de transfert de données de l'USB 1.0, elle pouvait également fonctionner à des vitesses plus lentes pour les périphériques à faible bande passante. Connue sous le nom de Full Speed (pleine vitesse), la norme USB 1.1 a été adoptée par l'iMac G3 d'Apple, qui a mis fin à l'utilisation des ports série et parallèle. Cela a ouvert la voie à une adoption plus large des normes USB. Les normes USB 1.0 et 1.1 spécifiaient également l'utilisation de normes de connecteurs USB physiques, Type A et Type B.

Figure 1 : Normes de connecteurs USB Type A et Type B. (Source de l'image : Same Sky)

USB 2.0

Le début du 21^e siècle a été marqué par un besoin croissant de vitesses de transfert de données plus élevées en raison de la prolifération des ordinateurs personnels et de leurs divers périphériques. C'est pourquoi l'USB 2.0 a été lancé sur le marché en avril 2000. Cette norme offrait des capacités de transfert de données de 480 Mbps, mais les limitations du bus ont réduit ces capacités à 280 Mbps. L'USB 2.0 a été baptisé High Speed (haute vitesse) et était rétrocompatible avec les normes précédentes et leurs vitesses de 1,5 ou 12 Mbps. À ce stade, l'utilisation de l'USB comme source d'alimentation a commencé à devenir une pratique plus courante, et les normes électriques offraient jusqu'à 500 mA de puissance à 5 V.

L'USB 2.0 a également introduit l'USB On-the-Go, permettant à deux dispositifs d'interagir sans avoir besoin d'un hôte USB distinct. Jusqu'à ce stade, les connexions USB se faisaient toujours entre un hôte (un ordinateur) et un périphérique (une souris, un clavier, un lecteur de musique, etc.).

En termes de normes de connecteurs physiques, l'USB 2.0 est compatible avec les connecteurs USB Types A, B et C, ainsi qu'avec les connecteurs Mini et Micro A et B. Cependant, les connecteurs physiques Micro A et B et Type C ont été introduits bien des années plus tard, respectivement en 2007 et 2014.

USB 3.0

À partir d'USB 3.0, les normes USB ont connu plusieurs itérations et modifications de leurs conventions de dénomination. Dans l'espoir de limiter la confusion, nous ferons référence aux normes par leur nom de version originale avant de clarifier les dernières conventions de dénomination de manière plus détaillée.

Lancée en 2008, la norme USB 3.0 prenait en charge le transfert de données jusqu'à 5 gigabits par seconde (Gbps), mais atteignait plutôt des vitesses de 3 Gbps. Baptisé SuperSpeedUSB, l'USB 3.0 a doublé les quatre lignes de connexion du matériel USB 2.0 pour les porter à huit et permettre le transfert bidirectionnel des données, tout en restant rétrocompatible avec l'USB 2.0. La norme a également augmenté les capacités d'alimentation à 900 mA à 5 V. Il est important de noter que les matériels spécifiques à l'USB 3.0, tels que les connecteurs USB 3.0 Types A et B, sont bleus pour indiquer leur compatibilité.

Avec l'introduction des conventions de dénomination de l'USB 3.2, l'USB 3.0 est désormais connu sous le nom d'USB 3.2 Gen 1.

USB 3.1

Identique à l'USB 3.0, l'USB 3.1 était une norme provisoire publiée en 2013 qui doublait simplement les débits de données jusqu'à 10 Gbps. Elle a été baptisée SuperSpeed+ et, à un moment donné, sa convention de dénomination comportait deux niveaux : USB 3.1 Gen 1 (USB 3.0) et USB 3.1 Gen 2. Encore une fois, avec l'introduction des conventions de dénomination de l'USB 3.2, l'USB 3.1 Gen 2 est maintenant appelé USB 3.2 Gen 2.

USB 3.2

Introduite en septembre 2017, la norme USB 3.2 a remplacé les conventions de dénomination des normes USB 3.0 et 3.1, tout en ajoutant un troisième niveau de capacité de données jusqu'à 20 Gbps. Baptisée USB 3.2 Gen 2x2, cette norme utilise pleinement les canaux de transfert de données à deux voies du connecteur USB Type-C®, qui peut transmettre 10 Gbps dans chaque direction sur deux paires de fils. Il est également courant de voir les deux niveaux inférieurs de la norme USB 3.2 répertoriés comme USB 3.2 Gen 1x1 ou USB 3.2 Gen 2x1, ce qui fournit simplement un contexte supplémentaire au nombre de lignes de données utilisées.

Pour plus de clarté, l'USB-IF a mis à disposition une marque actualisée pour chaque niveau, consistant en l'image SuperSpeed USB familière suivie de la limite de transfert de données. Comme illustré dans le Tableau 1 ci-dessous, ces noms alternatifs sont les suivants : SuperSpeed USB 5 Gbps, SuperSpeed USB 10 Gbps et SuperSpeed USB 20 Gbps.

Tableau 1 : Conventions de dénomination USB 3.2 définies. (Source de l'image : Same Sky)

USB 4.0

Basé sur le protocole Thunderbolt 3, l'USB 4.0 est sorti en août 2019 avec un transfert de données jusqu'à 40 Gbps et une méthode de transfert vidéo dédiée. La norme Power Delivery 3.1 a également augmenté la capacité de puissance de l'USB jusqu'à 240 W. Bien que, techniquement, les normes Power Delivery et USB 4.0 soient distinctes, elles ont été développées en parallèle et se retrouvent souvent ensemble. Ces deux normes récentes ne sont pleinement utilisées que grâce aux capacités matérielles du connecteur USB Type C physique.

L'USB-IF a également affiné les conventions de dénomination de l'USB 4.0, qui devient USB4 avec les deux niveaux suivants :

• USB4 20 Gbps (la vitesse des données correspond à sa dénomination)
• USB4 40 Gbps (la vitesse des données correspond à sa dénomination)

Chacun des niveaux pour USB4 et USB 3.2 mentionnés précédemment est associé à un nouveau logo à utiliser sur les produits dans l'espoir de dissiper toute confusion chez les consommateurs. Toutefois, la diversité des noms des normes USB a posé plusieurs problèmes, car les dispositifs sont encore souvent désignés par l'ancien système de dénomination.

Tableau 2 : Conventions de dénomination USB actuelles et logos associés. (Source de l'image : Same Sky)

Avenir de l'USB

Nous espérons que cet article a permis de dissiper une partie de la confusion entourant les normes USB, tout en donnant un aperçu de l'évolution rapide de leurs capacités et de leurs fonctionnalités, qui ne cessent de s'améliorer. Il est facile de tenir pour acquis ce petit système, simple et économique, permettant de connecter les périphériques dans les smartphones, les appareils mobiles et même les applications industrielles. Les connecteurs USB utilisés uniquement à des fins de charge (USB Type C conçu pour les applications d'alimentation uniquement) sans aucun transfert de données deviennent même une pratique courante. Il semble raisonnable d'affirmer que l'USB continuera à trouver de nouvelles applications et possibilités dans le futur, et Same Sky propose une gamme de connecteurs et de câbles USB dans divers facteurs de forme conçus pour répondre à de multiples normes USB.