Connettività USB: USB 3.2 e oltre

L'evoluzione degli standard USB

Nel 1995 è stato introdotto sul mercato lo standard di interfaccia Universal Serial Bus (USB). Prima dell'USB, per collegare qualsiasi cosa a un computer era necessario utilizzare una serie di cavi e varie porte. Un mouse, una tastiera, una stampante, uno scanner o un gamepad necessitavano di connettori diversi.

Le persone nate verso la fine della generazione dei millennial potrebbero conoscere solo questo tipo di interfaccia. E la Generazione Z, successiva ai millennial, è cresciuta con Internet e i social media. Quando la pandemia globale colpirà nel 2020, alcuni membri della generazione Z avranno l'età per entrare nella forza lavoro. Sebbene molti di loro abbiano finito per lavorare da casa, avevano comunque bisogno di utilizzare le tecnologie più recenti, tra cui l'USB.

La tecnologia Universal Serial Bus (USB) è integrata nei caricabatterie degli smartphone, nelle unità flash, nelle stampanti e nei computer. L'USB Implementers Forum (USB-IF) gestisce le specifiche e la conformità USB per i connettori e le interfacce.

Come si sono evolute le connessioni USB nel corso degli anni?

L'USB 1.0, introdotto nel 1995, ha una velocità di trasferimento di 1,5 Mbps. USB 1.1 ha una velocità di trasferimento di 12 Mbps. USB 2.0, introdotto nel 2000, ha una velocità di trasferimento di 480 Megabit al secondo (Mbps). L'USB 3.0, rilasciato nel 2008, ha una velocità di trasferimento di oltre 10 volte superiore a quella dell'USB 2.0, supportando 5 Gigabit al secondo (Gbps). USB 3.1, rilasciato nel 2013, offre velocità fino a 10 Gbps. L'USB 3.2, del 2017, raggiunge velocità di 20 Gbps. L'USB 4.0 è stato definito per supportare 40 Gbps. Queste velocità di trasferimento consentono un caricamento più rapido dei dati.

Cronologia degli standard USB

L'USB 1.0 è stato utilizzato principalmente per gestire mouse, tastiere e gamepad. L'USB 2.0 è plug-and-play ed è comunemente utilizzato nelle unità flash. L'USB 2.0 è inoltre retrocompatibile con le interfacce USB 1.0 e 1.1. L'USB 3.0, che si manifesta con un connettore di tipo C ad alta densità di pin, consente di caricare e scaricare dati contemporaneamente.

Mentre USB 1.0 e 1.1 utilizzano connettori USB di tipo A o B, tutti i prodotti USB 3.2 Gen 2x2 utilizzano il connettore di tipo C. Tuttavia, non tutte le porte USB C sono USB 3.2 Gen 2x2. L'identificazione dell'interfaccia USB può essere fonte di confusione. Per distinguere le opzioni disponibili, consultare la tabella seguente.

Specifiche degli standard USB

Connettori USB illustrati

USB 3.2 e 4.0

L'USB Implementers Forum (USB-IF) ha introdotto l'USB 4.0, la quarta revisione completa dell'Universal Serial Bus (USB). L'USB 4.0, così come l'USB 3.2 Gen 2 e l'USB 3.2 Gen 2x2, utilizza un connettore e una presa denominati USB Tipo C.

Che cos'è l'USB di tipo C?

Caratteristiche dell'USB Tipo C

L'USB Tipo C è un connettore reversibile in grado di supportare velocità di trasferimento dati fino a 40 Gbps. La velocità è di 10 Gbps per corsia, per un totale di 4 corsie.

Il connettore e la presa dell'USB Tipo C sono più piccoli (paragonabili a quelli della Micro-USB) e più resistenti, in quanto possono sopportare 10.000 cicli di inserimento/rimozione. Con 24 pin simmetrici, il connettore si aggancia al ricettacolo al primo tentativo. Il tipo C offre questi vantaggi:

• Fino a 100 W di potenza erogata
• Compatibilità con USB 2.0, 3.1 Gen 1, 3.2 Gen 2, 3.2 Gen 1, 3.2 Gen 2 e 4.0
• Supporto per modalità alternative, per consentire l'invio di dati non solo USB attraverso il connettore e il cavo
• Basato sugli standard dei produttori di computer e telefoni cellulari che necessitavano di un'interfaccia più piccola e migliore per l'USB.
• I cavi sono contrassegnati elettronicamente per consentire la negoziazione dell'erogazione di potenza (questo per motivi di sicurezza, per evitare che una potenza eccessiva attraversi un cavo che non è in grado di supportarla, anche se abbiamo visto alcune eccezioni sbagliate entrare nel mercato causando danni)
• Basta con i cavi stupidi!
• Le porte USB-C possono essere fornitrici o consumatrici di energia
• La stessa porta utilizzata per collegare l'unità flash potrebbe essere utilizzata anche per ricaricare il computer portatile.
• La modalità di erogazione dell'energia carica smartphone e tablet molto più velocemente
• Anche i cavi e i connettori avranno capacità diverse (ad esempio, una porta o un cavo possono supportare solo l'USB 2.0 e non l'alimentazione).
• L'identificazione delle capacità diventa importante!

Modalità alternative dell'USB di tipo C

Le modalità alternative USB includono DisplayPort, MHL (Mobil High-Definition Link), Thunderbolt 3 e HDMI, tutte descritte di seguito.

Modalità alternativa DisplayPort

• Supporta fino a 4Kp60 4:4:4 con DisplayPort 1.3 Spec.
• Supporta contemporaneamente USB 3.1 Gen 2 e USB 2.0
• Trasferisce potenza fino a 100 W

Modalità alternative MHL (Mobil High-Definition Link)

• Supporta fino a 4K 60 Hz con una singola corsia di dati, o 8K 60 Hz con 4 corsie con la specifica super MHL 1.0
• Gestisce USB 2.0, 3.1, a seconda della configurazione
• Consente un'erogazione di potenza fino a 100 W

Modalità alternativa Thunderbolt 3

• Supporto per un massimo di 2 display con risoluzione 4K 60 Hz
• Collega i protocolli PCIe 3.0, DisplayPort e USB 2.0 e 3.1, a seconda della configurazione
• Fornisce una potenza fino a 100 W
• I laptop di Dell, Lenovo, Apple e HP dispongono di connettori USB-C che supportano questa modalità alternativa.

Modalità alternativa HDMI

• Supporta le specifiche HDMI 1.4b (4Kp30, 4Kp60 4:2:0)
• Non può supportare dati USB 3.1 simultanei in nessuna configurazione (limitato a USB 2.0)
• Fornisce una potenza fino a 100 W

Tendenze del mercato USB Tipo C

Le dimensioni del mercato dell'Universal Serial Bus (USB) di tipo C sono valutate in 4.263,56 milioni di dollari e si prevede che cresceranno a un tasso di crescita annuale composto del 27,35% nel periodo di previsione compreso tra il 2021 e il 2028.¹
I dispositivi USB C più comuni includono telefoni cellulari e laptop, adattatori per connessioni tradizionali (USB A/B, DVI, ecc.), unità flash, docking station e monitor.

Cos'è la tecnologia USB 3.2

USB 3.2 Gen 1 (formalmente USB 3.1 Gen 1)

USB 3.2 Gen 1 offre una larghezza di banda di 5 Gbps, 100 W di potenza disponibile per il dispositivo a valle, funzionamento full-duplex ed è supportato come standard dai più recenti sistemi operativi macOS, Linux e Windows. L'USB 3.2 esiste come bus completamente separato dall'USB 2.0. I dati dell'USB 3.2 e quelli dell'USB 2.0 sono completamente separati e viaggiano su conduttori diversi nel connettore e nel cavo.

USB 3.2 Gen 2 (formalmente USB 3.1 Gen 2)

L'USB 3.2 Gen 2 supporta una larghezza di banda di 20 Gbps, fornisce 100 W di potenza al dispositivo a valle e funziona tipicamente tramite driver e controller di terze parti. La Gen2 presenta anche altre modifiche minori al protocollo rispetto all'USB 3.2 Gen 1, ma mantiene la compatibilità all'indietro.

Applicazioni dell'USB 3.2

L'USB 3.2 è ideale per i dispositivi di archiviazione di massa, come dischi rigidi, unità Blu-Ray e unità flash. Offre un aumento delle prestazioni rispetto all'USB 3.0. Questo è importante perché i consumatori richiedono dispositivi più veloci per compensare le dimensioni dei file video e delle immagini.

Per le videoconferenze, le telecamere PTZ USB 3.2 sono in grado di raggiungere 1080p60 e oltre senza l'uso di un codec hardware, riducendo il costo complessivo dell'implementazione e consentendo agli utenti di portare con sé i propri dispositivi per connettersi a Skype, WebEx, ecc.

Le telecamere USB per la visione artificiale offrono soluzioni economiche in grado di garantire un'elevata risoluzione e frequenza di fotogrammi per l'analisi dei prodotti nelle catene di montaggio.

Applicazioni USB 4

L'USB 4, basato sul protocollo Thunderbolt che Intel ha reso liberamente disponibile all'USB Promoter Group, consente all'USB 4 di raggiungere la velocità di 40 Gbps di Thunderbolt 3, due volte superiore a quella del precedente standard USB 3.2 Gen 2x2. Trasferimento di filmati e grafica 4K in pochi secondi. Utilizzate l'USB 4 per collegare più monitor e display video esterni. Collegate due monitor 4K 60 Hz o un display 5K al vostro PC. L'interfaccia USB 4 eroga 100 W di potenza.

L'USB 4 è retrocompatibile con l'USB 3.2 e con i dispositivi risalenti all'USB 2.0, ma è necessario un adattatore per collegare il connettore di tipo C del cavo USB 4 alle porte USB di tipo A più vecchie.

Lo standard USB 4 vale la pena? Decidete voi.

Entrambi gli standard USB 4 e Thunderbolt alimentano doppi display 4K, inviano dati a 40 Gbps e forniscono energia per ricaricare un laptop. L'USB 4 ha specifiche minime inferiori e i produttori possono scegliere di non implementare tutte le funzionalità per ridurre i costi. In pratica, Thunderbolt può essere più affidabile grazie ai requisiti di specifiche più elevati.

Ritorno al futuro

Lo standard USB si è evoluto dalla sua nascita nel 1995. Oggi il connettore standard è l'USB C. Esistono diversi standard più recenti, tra cui i più recenti sono USB 3.2 Gen2 e USB 4.0. Questi connettori/interfacce USB C offrono velocità e connettività elevate per i moderni dispositivi USB, come telefoni cellulari, laptop, tablet, stampanti, scanner, unità flash e altre apparecchiature di uso comune. In futuro, si prevede che l'USB C continuerà a essere il connettore/interfaccia preferito in tutto il mondo per le apparecchiature USB più comuni, grazie alla sua versatilità, alle dimensioni compatte e alla connettività universale.

Riferimenti

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