Наочна демонстрація «принципу суперпозиції USB-порту»
Технологію USB навряд можна назвати досконалою, але вона стала відмінною альтернативою безлічі портів, з якими ми навряд чи знову будемо мати справу.
Як і всі технології, USB розвивалася поступово. Незважаючи на отримане звання «універсальної послідовної шини, за 18 з гаком років на ринку технологія то і справа з’являлася в нових варіаціях з різною швидкістю підключення і нескінченним безліччю кабелів.
Група компаній USB Implementers Forum, що спеціалізується на вивченні даного стандарту передачі даних, не з чуток знайома з цією тенденцією і має намір запропонувати рішення проблеми за допомогою нового типу кабелю, відомого як Type-C. За попередніми даними цей роз’єм прийде на зміну портів USB Type-Type A і-B всіх розмірів, передбачених в телефонах, планшетах, комп’ютерах, і інших зовнішніх пристроях. Type-C буде підтримувати нову, прискорену версію USB на 10 Гбіт/с покоління 3.1 в 2 специфікаціях з передбаченою можливістю подальшого збільшення пропускної здатності.
Цілком імовірно, що вже через кілька років USB Type-C стане поширеним стандартом, завдяки якому можна буде розпрощатися із заплутаними клубками кабелів біля робочого столу. Тим часом виходить у світ черговий уїдливий комікс від XKCD про звичному механізм впровадження нових стандартів.
Комікс XKCD
А поки що все ще не ясно, чи врятує нас Type-C від навали кабелів або тільки посилить ситуацію, давайте подивимося, як USB змінювалася протягом своєї історії, які стандарти намагалися скласти їй конкуренцію і хто хоче посперечатися зі звичною технологією за звання лідера в найближчому майбутньому.
Вони залишилися позаду
Якщо ви сіли за комп’ютер, приблизно, 10 років тому, не дивно, що USB для вас — щось само собою зрозуміле. І, звичайно, навіть з огляду на постійно мінливі характеристики та способи підключення, те, що ми маємо куди краще попередніх версій звичного інтерфейсу передачі даних.
Якщо ви мали справу з комп’ютером до появи USB в еру Pentium і Pentium II, то пам’ятайте, що користувачам доводилося постійно щось підключати через різні порти. Потрібно підключити мишу? Можливо, знадобиться PS/2 або послідовний порт. Хочете підключити клавіатуру? І знову PS/2, Apple Desktop Bus або DIN порт. Для принтерів і сканерів зазвичай використовували великі старі паралельні порти, які також виконували функцію зовнішніх накопичувачів, якщо вам не подобався стандарт SCSI. Щоб підключити ігрову приставку або джостік, потрібен був ігровий порт, як ті, що до 90-х повсюдно застосовували в спеціалізованих звукових картах (так виглядала реальність до створення аудіо чіпів для материнських плат стаціонарних комп’ютерів і ноутбуків).
По-моєму, проблема на обличчя. Для деяких з цих портів були потрібні власні плати розширення, які також займали багато місця, і, як правило, їх було не дуже зручно налаштовувати і перезапускати. До кінця 90-х з’явилися комп’ютери з декількома портами USB, зазвичай на задній панелі системного блоку, найчастіше порти USB 1.1, здатні розвивати швидкість до 12 Мбіт (або 1,5 Мбіт для зовнішніх пристроїв, таких, як клавіатура і миша). Виробники комплектуючих відразу переключилися на USB, хоча в клавіатурах, мишах, принтерах і інших пристроях стали поступово з’являтися USB порти і роз’єми в якості додаткової опції, а згодом, і в якості основної.
Коли на початку-середині 2000-х широке поширення отримав USB 2.0, стандарт став відмінною заміною куди більшого числа звичних розробок. Флеш-накопичувачі USB, фактично, поховали живцем дискету (і, власне її родичів в особі Zip-дисководи), а також сприяли поступовому зникненню CD і DVD-дисків – і правда, навіщо їх використовувати для зберігання даних і установки операційної системи, коли можна вибрати компактні і більш універсальні USB, які впораються з поставленими завданнями швидше? За допомогою USB 2.0 можна було підключати такі зовнішні пристрої, як Wi-Fi адаптери, оптичні диски, порти Ethernet і ін – адже до недавнього часу їх потрібно було в обов’язковому порядку встановлювати на комп’ютер. Збільшення швидкості передачі даних до 480 Мбіт дозволило втілити в реальність багато ідей. Так, кількість USB портів зростало, а потім вони і зовсім витіснили застарілі порти на комп’ютерах і (особливо) ноутбуках. Як правило, на задній панелі стаціонарних комп’ютерів можна було знайти вже чотири і більш USB портів, плюс 1-2 на передній панелі для економії часу.
Повноліття USB потрапляє на період поширення USB 2.0, в той час як збільшення в USB 3.0 швидкості до 5 Гбіт/с виявилося ще більш зручним, зокрема для раніше згаданих завдань: створювати резервні копії системи і переміщати важкі відео файли стало простіше, а заодно звільняється місце для 802.11 ac або Гбіт-них Ethernet адаптерів. Цілком зручно запускати ОС з жорстких або флеш-дисків USB 3.0, особливо, якщо потрібно усунути неполадки або відновити дані. Порти USB все частіше стають єдиною різновидом портів на комп’ютері, адже з поширенням Wi-Fi спеціалізовані порти Ethernet виявилися не потрібні. Повсюдне використання інтерфейсу гарантує підтримку всіх основних виробників чіпів Intel і Qualcomm до AMD (сучасні мікросхеми Intel підтримують в загальній складності 14 портів USB порівняно з коли-то актуальними двома, доступними на ранніх версіях системи).
Іншими словами, USB вдалося, хоча і не без проблем, досягти успіху і зберегти широку підтримку розробників, а роз’єм USB Type A класичного розміру і форми зберігався на більшості комп’ютерів майже 20 років. Враховуючи довгий список інтерфейсів, на зміну яким прийшла технологія USB, досягнення більш ніж солідна.
Кого довелося пережити
Після міцного закріплення USB на лідируючих позиціях з’явилося кілька видів портів, покликаних оскаржити таке панування. Як правило, їм вдавалося досягти незначного успіху і у них навіть були деякі функції для виконання завдань, які USB не передбачала, але в підсумку повсюдне використання останньої зіграло вирішальну роль.
Одним з таких портів був FireWire (відомий також як IEEE 1394), стандарт, який з кінця 90-х і до початку 2010 року підтримувала, в основному, Apple. На той момент у FireWire було кілька переваг порівняно з USB. Пристрої FireWire можна було послідовно з’єднувати один з одним, тобто одного порту було достатньо, щоб підключити десяток пристроїв; операції FireWire не вимагали особливого втручання від процесора хост-системи; стандарт FireWire також міг передавати дані відразу в двох напрямках (принцип «full-duplex»), в той час як USB 1.1 і 2.0 – тільки в одному («half-duplex»). Крім того у розглянутий період FireWire був, як правило, швидше, ніж USB. FireWire 400 підтримував швидкість до 400 Мбіт на противагу 12 Мбіт у USB 1.1, а FireWire 800 і зовсім 800 Мбіт, що помітно виділявся на тлі 480 Мбіт, запропонованих USB 2.0.
Основна проблема FireWire полягала в тому, що реалізація стандарту виявилася набагато дорожче, адже знадобилися спеціальні чіпи, які контролюють роботу комп’ютера і зовнішніх пристроїв. Спочатку користувачам FireWire доводилося навіть відраховувати ліцензійний збір на користь Apple, рейтинг якої як раз в кінці 90-х — початку 2000-х почав зростати, хоча і був далекий від сьогоднішнього могутності компанії. Почалася плутанина з назвами, які, по суті, були просто найменуваннями одного стандарту – тут і iLINK від Sony, і нескладний «IEEE 1394». Перехід з FireWire 400 на FireWire 800 теж вимагав використання кабелів, у той час як USB 1.0, 1.1, 2.0, 3.0 і задіяли фізично сумісні роз’єми для всіх поколінь стандарту (з деякими доповненнями щодо міні-та мікро-версій).
Як наслідок істотно зросла кінцева вартість зовнішніх накопичувачів та відео обладнання, що вимагають серйозного обсягу трафіку; стандарт USB раніше залишався дешевше, а тому використовувався частіше. В даний час нові версії FireWire з максимальною швидкістю в 1.6, 3.2 та 6.4 Гбіт/с знаходяться на різних етапах розробки, але так як Apple більше не підтримує цей стандарт у більшості своїх продуктів, інвестування інтерфейсу помітно скоротилося.
В даний час завдяки прискореному інтерфейсу місце FireWire на Mac від Apple зайняли порти Thunderbolt. Thunderbolt, насамперед, асоціюється з комп’ютерами Mac, тому що вперше цей стандарт запустили саме на одному з маків, причому в лінійці продуктів Apple саме Mac утримують лідерство. Насправді, Thunderbolt розроблений фахівцями Intel. Спочатку стандарт, тоді ще Light Peak, відповідав за передачу даних в обох напрямках зі швидкістю до 10 Гбіт/с, що в два рази перевищувало показники USB 3.0. І це, звичайно, проекту забезпечило успіх на ринку за рік або два до закріплення USB 3.0 в ролі самого поширеного стандарту для більшості комп’ютерів.
Контролери Thunderbolt другого покоління збільшили швидкість до 20 Гбіт/с, змінивши механізм передачі даних. Контролери Thunderbolt першого покоління передавали дані по одній шині зі швидкістю 10 Гбіт/с і могли приймати дані по інший шині PCI Express; Thunderbolt 2 поєднував у собі два потоку, що гарантувало збільшення швидкості передачі даних в одному напрямку. Жоден з цих портів не став загальноприйнятим, так і залишившись розробкою для Мас, материнських плат професійних робочих станцій і карт розширення.
До цього моменту зміни були незначними, а потім у світ вийшов Thunderbolt 3, нова 40 Гбіт/с версія технології, яка, о диво, використовує USB Type-C порт. У нових порти Thunderbolt, як і раніше, потрібен окремий контролер, але вони повністю сумісні з USB Type-C і в них передбачена підтримка 10 Гбіт/с USB 3.1 другого покоління. Останнім часом таки порти з’явилися на кількох висококласних ноутбуках, зокрема, в лінійці XPS від Dell і на планшеті від HP Elite x2.Це і близько не схоже на розмах USB, але раніше Thunderbolt і мріяти не могла про таку серйозну підтримку найбільших виробників ПК.
Тим не менш творці Thunderbolt повторили ті самі непростимі помилки, що і FireWire: Thunderbolt передбачає наявність у ПК окремого контролера і кабелю, плюс виробникам комплектуючих доводиться возитися з додатковими мікросхемами, необхідними для роботи інтерфейсу. Теоретично, Intel може скористатися своїм авторитетом і просунути Thunderbolt на ринку, ініціювавши інтеграцію згаданих контролерів у кожну випускається мікросхему, але і тут без складнощів ніяк. Такий підхід збільшує кількість кремнію, необхідного для виробництва кожної мікросхеми, а, значить, знову витрати, і Intel навряд чи захоче платити зі своєї кишені. Більш того, в цьому випадку мікросхеми зажадають більше енергії, а Intel і без того з шкіри геть лізе, щоб скоротити подібного роду показники.
В даний час вищезазначені фактори пояснюють причину використання Thunderbolt на обмеженій кількості систем. І, хоча це відмінний вибір для щасливих володарів екранів з роздільною здатністю 4K або людей, які постійно передають величезну кількість інформації, для більшості пересічних користувачів USB залишається досить швидким і найпоширенішим способом виконання поставлених завдань.
Нові конкуренти
Основною перешкодою на шляху подальшого розвитку USB можуть стати технології, що виконують аналогічні функції, але без проводу.
Найчастіше ми вибираємо бездротові технології, вирішальні завдання, які колись були долею USB. Сервіси хмарної синхронізації даних своєчасно оновлюють пошту, контакти, календар, файли і перелік онлайн-покупок на всіх пристроях без жодних кабелів. Bluetooth, NFC, Wi-Fi Direct, і AirDrop служать відмінною заміною USB для передачі окремих файлів, а Miracast і AirPlay забезпечують бездротове підключення будь-якого пристрою до телевізора (хоча деякі моделі без вбудованих функцій все ж вимагають наявності дротових приймачів, на кшталт Apple TV, або Chromecast). Принтери, камери з Wi-Fi і карти пам’яті теж зустрічаються все частіше і частіше.
Як правило, основна заковика перерахованих опцій криється в швидкості. Якщо вам потрібно передати багато фотографій або обробити відео з роздільною здатністю в1080 пікселів, знятому зі смартфона, вам, швидше за все, не знадобляться ці бездротові навороти, адже USB 2.0 куди швидше і надійніше. Недосвідчені користувачі, як і раніше, будуть використовувати USB для підключення мобільних пристроїв до пк, адже не так-то просто встановити полюбився багатьом Android ROM, передавши дані по Wi-Fi або Bluetooth.
Навіть якщо ви ніколи нічого не підключаєте до комп’ютера, всі пристрої, так чи інакше зав’язані на проводах – без харчування ніяк. Спроби замінити USB одним з декількома стандартами бездротової зарядки були, але в таких розробках все ще багато недоліків. Велика кількість продуктів помітно ускладнюють процес стандартизації під один зарядний пристрій (хоча деякі компанії працюють над усуненням цього прикрого непорозуміння). Виробникам комплектуючих доведеться знайти спосіб інтеграції бездротових зарядних пристроїв наявний дизайн телефонів або випустити додаткові зарядні пристрої. Але ж нових типів зарядних пристроїв теж не так багато, і заряджають вони, ясна річ, не так ефективно, як при прямому підключенні до мережі. І, найцікавіше в тому, що більшість таких пристроїв все одно припускають використання USB.
У будь-якому випадку, навряд чи щось трапиться з USB найближчим часом навіть за умови активного розвитку бездротових конкурентоспроможних проектів. Так само, як поява Wi-Fi не призвело до краху проводового Ethernet, малоймовірно, що бездротові технології замінять USB. Принаймні не зараз. Навіть з урахуванням відмінних показників по швидкості і появи всіляких гідних контролерів, варто визнати, що швидкість, зручність і сумісність, запропоновані USB, забезпечать цього стандарту ще не один рік успішного існування.
