История стандарта USB — что заменил он и чем не смогли заменить его

USB не идеален, но он заменил множество различных портов, которые мы уже никогда не увидим. Как и все технологии, этот стандарт развивался с течением времени. Несмотря на то, что “U” в аббревиатуре “USB” означает — “универсальный”, за 18 лет своего существования стандарт породил многие версии с различными скоростями и огромным количеством типов разъемов.

USB Implementers Forum, группа компаний которая курирует стандарт, полностью осознает эту проблему и хочет решить ее с помощью нового типа разьема, получившего название “Type‑C”. Он призван заменить коннекторы разьемы USB Type‑A и Type‑B (всех типоразмеров) на смартфонах, планшетах, компьютерах и различной переферии. Type‑C будет поддерживать новейшую спецификацию USB 3.1 с ее огромными скоростями, чтобы иметь задел на будущее, когда пропускные способности будут увеличены.

Вполне возможно, что через несколько лет Type‑C станет нормой и полностью заменит весь этот разношерстный зоопарк кабелей и разьемов, который хранится в ящиках стола у каждого из нас. А пока этого не произошло, и мы не знаем избавит ли нас Type‑C от этого кабельного ада или усугубит его, давайте оглянемся назад и вспомним какие конкурирующие стандарты USB отправил на свалку истории, а какие пытались сделать это с ним.

Что заменил USB?

Если ваше знакомство с компьютерами началось лет десять назад, то вы должно быть воспринимаете USB как данность. Несмотря на обилие разновидностей разьемов самого USB, это все равно огромный шаг, по сравнению с тем, что было прежде.

Если вы работали с компьютерами в те времена, когда USB не существовало, скажем в эпоху Pentium или Pentium ll, то вам наверняка известно, что для подключения периферии к ПК могла использоваться куча вариаций различных портов. Хотите подключить мышь? Вам понадодится PS/2 разьем или последовательный порт. Нужна клавиатура? Опять же, PS/2, возможно Apple Desktop Bus или DIN-коннектор. Принтеры и сканеры использовали старые параллельные порты, также их можно было задействовать для внешних накопителей, если вы не хотите использовать SCSI. Подключение геймпада или джойстика, зачастую, требовало наличия игрового порта, который в 90‑х обычно был встроен в звуковых картах (да, в то время для вывода звука использовались отдельные платы, которые подключались как к настольным компьютерам, так и к ноутбукам).

Как видите, проблема заключалась в том, что некоторые из этих портов тебовали специальных плат расширения, все они занимали кучу места, а их настройка и поиск неполадок, в случае поломки, были очень хлопотным делом. К концу 90‑х, в компьютеры начали встраивать по паре USB-портов (обычно на задней панели), это были USB 1.1, предел скорости которых составлял 12 Мбит/сек (или 1,5Мбит/сек для периферии вроде клавиатуры и мыши). Производители периферийных устройств не сразу перешли на стандарт USB, но постепенно midi-клавиатуры, мыши, принтеры и другие аксессуары стали стали комплектоваться дополнительным USB-портом, а позже он стал использоваться уже как основной интерфейс.

Когда USB 2.0 стал более распространенным (начало-середина 2000‑х), он заменил еще больше количество вещей. USB-флешки затянули петлю на шее floppy-дисководов и проприетарных решений, вроде Zip drive. После этого постепенно стали исчезать и оптические носители. Зачем использовать CD и DVD для хранения данных или установики операционных систем, если есть более универсальные и компактные USB-накопители, которые делают эту работу быстрее? Также USB 2.0 воплотил в реальность удобное подключение внешней периферии — Wi-Fi-адаптеров, Ethernet-портов и всего остального, что раньше должно было подключаться через шины материнской платы внутри компьютера. Скорости передачи данных до 480 Мбит/сек позволили сделать все это возможным и эра USB достигла своего апгогея, заменив устаревшие порты в настольных компьютерах, а особенно в ноутбуках. Очень часто, на задней панели компьютера имелось до четырех портов USB, плюс к этому, еще один-два на передней панели для быстрого доступа.

USB действительно повзрослел с версией 2.0, а когда в USB 3.0 скорости были увеличены до 5 Гбит/сек, он стал еще полезнее для всех сценариев, упомянутых выше: создание резервных копий занимало меньше времени, гигансткие видеофайлы копировались быстрее, а также были уменьшены “узкие места” при использовании беспроводных адаптеров стандарта 802.11ac и гигабитных Ethernet-карт. С USB 3.0 жестких дисков и флешек даже можно было запускать операционные системы и они относительно быстро работали.

Часто USB-порты являются единственными, которые нам доступны на ноутбуках, тем более, что повсеместное распространение Wi-Fi снизило необходимость наличия полноценного Ethernet-порта. Также экспансии USB поспособствовала поддержка со стороны производителей чипсетов от Intel до Qualcomm и AMD (на сегодняшний день чипсеты Intel поддерживают до 14 портов USB, а это огромная пропасть по сравнению с двумя портами, которые были в ранних системах).

Другими словами, USB (хоть и не без проблем) удалось завоевать и, что немаловажно, сохранить поддержку технологических компаний. Базовый разьем Type‑A можно найти на большинстве компьютеров, а его размер и форма остаются неизменными на протяжении почти двадцати лет. Учитывая многообразие зоопарка интерфейсов, на смену которым он пришел, и с успехом заменил — это действительно большой подвиг.

Что пережил USB?

Несколько различных интерфейсов пытались бросить вызов господству USB. Обычно они добивались успеха в небольшом масштабе или в определенных типах устройств. Чаще всего, они имели некоторые особенности, помогающие им делать вещи, которые не умел USB, но в конце концов, универсальность и повсеместность USB позволяа ему удерживать доминирующие позиции.

Одним из таких портов был FireWire (также известный под названием IEEE 1394), стандарт который с конца 90‑х и начала 2010-го поддерживала Apple. На то время FireWire имел несколько преимуществ по сравнению с USB. FireWire-устройства могли быть подключены друг к друг последовательно, что означало наличие всего лишь одного порта FireWire, к которому можно было подключить десятки устройств. Также FireWire не использовал ресурсы процессора хост-системы и мог передавать данные в обе стороны одновременно (“дуплекс”), в то время как USB одновременно передавал информацию только в одном направлении (“полудуплекс”). Кроме того, FireWire был гораздо быстрее USB-портов: FireWire 400 обеспечивал скорости до 400 Мбит/сек, тогда как USB 1.1 всего лишь — 12 Мбит/сек; FireWire 800 — 800 Мбит/сек, против 480 Мбит/сек у USB 2.0.

Самая большая проблема FireWire была в его более дорогой реализации, поскольку необходимы были отдельные чипы для обработки данных, как для компьютеров, так и для периферийных устройств. В первые годы существования FireWire, производители должны были платить лицензию Apple. Это привело к путанице и породило множество названий для одного и тоже интерфейса: i.LINK — у Sony, mLAN — у Yamaha, SB1394 — у Creative или неловкое IEEE 1394. Переход с FireWire 400 на FireWire 800 также потребовал другой тип кабеля, в то время как USB 1.0, 1.1, 2.0 и 3.0 использовал физически совместимые коннекторы для всех поколений стандарта (если не брать во внимание специальные мини- и микро-разьемы).

В результате, FireWire набирает обороты в дорогих внешних устройствах хранения данных и видеооборудовании, котрому необходима высокая пропускная способность. Однако, USB по-прежнему дешевле и, следовательно, используется более широко, имея при этом повсеместную поддержку. Другие более быстрые ревизии FireWire, призванные обеспечить максимальные скорости до 1,6 Гбит/сек, 3,2 Гбит/сек и 6,4 Гбит/сек находятся на различных этапах разработки, но поскольку Apple прекратила установку FireWire в большинство своих устройств, поддержка это интерфейса сходит на нет.

Вместо FireWire, в качестве фирменной и более скоростной альтернативы USB, Apple встраивает в свои компьютеры порты Thunderbolt. В основном, он ассоциируется, прежде всего, с маками (поскольку впервые был запущен именно на них), но фактически интерфейс Thunderbolt разработан и поддерживатся Intel. Изначально названный Light Peak, в своей первой итерации Thunderbolt мог передавать данные в обоих направлениях одновременно со скоростью до 10 Гбит/сек — это было вдвое больше, чем у USB 3.0. При этом Thunderbolt поступил в продажу пару лет назад, до того, как USB 3.0 получил широкое распространение в компьютерах.

Thunderbolt-контроллеры второго поколения увеличили скорость до 20 Гбит/сек, изменив принцип передачи данных. Первое поколение передавало данные через одну PCI Express шину, “упираясь” в 10 Гбит/сек, в то время как второе поколение контроллеров использовало два PCI Express, увеличивая таким образом скорость передачи данных, если вы передаете их в одном направлении. Следующее поколение Thunderbolt потребует изменения типа разьема, зато обещает нам скорости до 40 Гбит/сек. А будущие оптоволоконные версии Thunderbolt могут обеспечить до 100 Гбит/сек, хотя это, вероятно, будет только через несколько лет.

Thunderbolt находится в активной разработке и имеет поддержку нескольких крупных компаний, поэтому его рано списывать со счетов. Однако в противостоянии USB у него проявляются те же основные недостатки, что и у FireWire. Наиболее важным из них является стоимость — для поддержки Thunderbolt производители должны интегрировать отдельный контроллер в свои ПК, а производители аксессуаров и периферии также должны предусмотреть некотрые возможности, которые необходимы для поддержки интерфейса.

Теоритически, Intel, используя свое превосходство на рынке, могла подтолкнуть развитие Thunderbolt, интегрируя контроллеры прямо в свои чипсеты, но здесь есть свои недостатки. Это увеличит количество кремния, необходимого для производства каждого чипсета, которое, в свою очередь, увеличит расходы для OEM и скажется на прибыли Intel. Кроме того, это увеличит энергопотребление чипсета, в то время как Intel сейчас делает все возможное, чтобы снизить его.

На данный момент, эти факторы ограничивают Thunderbolt и хотя это полезная технология, особенно если вы используете 4К дисплеи или работаете с большими объемами данных — для большинства обычных людей USB по-прежнему остается достаточно быстрым и крайне распространенным, чтобы удовлетворить все их потребности.

Будущие соперники

Если предположить, что никаких серьезных изменений в битве между USB и Thunderbolt, который набирает обороты, не произойдет — то самым серьезным конкурентом USB будут технологии, которые делают все то же, что и он, только без проводов.

Сейчас мы в большинстве случаев используем беспроводные технологии для тех потребностей, которые раньше удовлетворял USB. Облачные сервисы хранят нашу почту, контакты, календари, файлы и купленный медиаконтент, синхронизируя все это на всех наших устройствах без необходимости использовать провода. Bluetooth, NFC, Wi-Fi Direct, и AirDrop заменят USB для единоразовой передачи файлов, а Miracast и AirPlay соединят ваши устройства и телевизор с помощью беспроводных технологий (хотя вам все же понадобится приемник вроде Apple TV или Chromecast если у вашего ТВ нет встроенной поддержки этих функций). Беспроводные принтеры, карты памяти и даже камеры, давно стали привычными для нас.

Самая большая преграда для всех этих функций, как правило, скорость. Если вам нужно передать много фотографий или поработать с 1080р-видео, которое умеет снимать ваш смартфон, вы вероятно не захотите связываться с беспроводными штучками и предпочтете им USB 2.0, который будет быстрее и надежнее. Разработчики и другие умельцы, конечно же, будут продолжать использовать USB для подключения устройств к свои компьютерам, поскольку прошивка смартфона по Wi-Fi или Bluetooth пока невозможна.

Даже если вы никогда не подключаете свои устройства к компьютеру, они все еще зависят от проводов, которые нужны для зарядки. Есть определенные наработки в том, чтобы заменить USB беспроводными способами зарядки, но эти технологии все еще сталкиваются с трудностями. Множество конкурирующих стандартов мешают унификации этой технологии. Кроме того, эффективность заряда не так высока, как при прямом подключении. К тому же, многие из беспроводных зарядных устройств сами нуждаются питании по USB.

В любом случае, даже при развитии и распространении беспроводных технологий, USB никуда не денется в ближайшее время. Так же как появление Wi-Fi не вызвало повсеместный отказ от Ethernet, беспроводные технологии пока не в состоянии полностью заменить USB. Даже учитывая все то многообразие скоростей и разьемов, которые необходимы для работы, удобство, скорость и универсальность USB, говорит нам о том, что этот стандарт будет существовать еще довольно долгое время.

(via)