17.12.2015

Краткая история USB: предшественники и конкуренты-неудачники

Технологию USB вряд можно назвать совершенной, но она стала отличной альтернативой множеству портов, с которыми мы вряд ли снова будем иметь дело.

Как и все технологии, USB развивалась постепенно. Несмотря на полученное звание «универсальной» последовательной шины, за 18 с лишним лет на рынке технология то и дело появлялась в новых вариациях с различной скоростью подключения и бесконечным множеством кабелей.

Группа компаний USB Implementers Forum, специализирующаяся на изучении данного стандарта передачи данных, не понаслышке знакома с этой тенденцией и намерена предложить решение проблемы с помощью нового типа кабеля, известного как Type-C. По предварительным данным, этот разъем придет на смену портам USB Type-A и Type-B всех размеров, предусмотренным в телефонах, планшетах, компьютерах и других внешних устройствах. Type-C будет поддерживать новую, ускоренную версию USB на 10 Гбит/с поколения 3.1 в 2 спецификациях с предусмотренной возможностью дальнейшего увеличения пропускной способности.

Вполне вероятно, что уже через несколько лет USB Type-C станет распространенным стандартом, благодаря которому можно будет распрощаться с запутанными клубками кабелей у рабочего стола. Тем временем в свет выходит очередной язвительный комикс от XKCD о привычном механизме внедрения новых стандартов.

А пока все еще не ясно, спасет ли нас Type-C от нашествия кабелей или только усугубит ситуацию, давайте посмотрим, как USB менялась на протяжении своей истории, какие стандарты пытались составить ей конкуренцию и кто хочет поспорить с привычной технологией за звание лидера в ближайшем будущем.

Они остались позади

Если вы сели за компьютер примерно 10 лет назад, неудивительно, что USB для вас — что-то само собой разумеющееся. И, конечно, даже учитывая постоянно меняющиеся характеристики и способы подключения, то, что мы имеем куда лучше предыдущих версий привычного интерфейса передачи данных.

Если вы имели дело с компьютером до появления USB в эру Pentium и Pentium II, то помните, что пользователям приходилось постоянно что-то подключать через разные порты. Нужно подключить мышь? Возможно, понадобится PS/2 или последовательный порт. Хотите подключить клавиатуру? И снова PS/2, Apple Desktop Bus или DIN порт. Для принтеров и сканеров обычно использовали большие старые параллельные порты, которые также выполняли функцию внешних накопителей, если вам не нравился стандарт SCSI. Чтобы подключить приставку или джостик, нужен был игровой порт, как те, что до 90-х повсеместно применяли в специализированных звуковых картах (так выглядела реальность до создания аудио чипов для материнских плат стационарных компьютеров и ноутбуков).

По-моему, проблема налицо. Для некоторых из этих портов требовались собственные платы расширения, которые также занимали немало места, и, как правило, их было не очень удобно настраивать и перезапускать. К концу 90-х появились компьютеры с несколькими USB портами, обычно на задней панели системного блока, чаще всего порты USB 1.1, способные развивать скорость до 12 Мбит (или 1,5 Мбит для внешних устройств, таких, как клавиатура и мышь). Производители комплектующих не сразу переключились на USB, хотя в клавиатурах, мышах, принтерах и других устройствах стали постепенно появляться USB порты и разъемы в качестве дополнительной опции, а впоследствии и в качестве основной.

Когда в начале-середине 2000-х широкое распространение получил USB 2.0, стандарт стал отличной заменой куда большему числу привычных разработок. Флэш-накопители USB, фактически, похоронили заживо дискету (и, собственно, ее родственников в лице Zip-дисковода), а также способствовали постепенному исчезновению CD и DVD-дисков – и правда, зачем их использовать для хранения данных и установки операционной системы, когда можно выбрать компактные и более универсальные USB, которые справятся с поставленными задачами быстрее? С помощью USB 2.0 можно было подключать такие внешние устройства, как Wi-Fi адаптеры, оптические диски, порты Ethernet и др. – а ведь до недавнего времени их нужно было в обязательном порядке устанавливать на компьютер. Увеличение скорости передачи данных до 480 Мбит позволило воплотить в реальность многие идеи. Так число USB портов росло, а затем они и вовсе вытеснили устаревшие порты на компьютерах и (особенно) ноутбуках. Как правило, на задней панели стационарных компьютеров можно было найти уже четыре и более USB портов, плюс 1-2 на передней панели для экономии времени.

Совершеннолетие USB попадает на период распространения USB 2.0, в то время как увеличение в USB 3.0 скорости до 5 Гбит/с оказалось еще более удобным, в частности для ранее упомянутых задач: создавать резервные копии системы и перемещать тяжелые видео файлы стало проще, а заодно освобождается место для 802.11ac или Гбит-ных Ethernet адаптеров. Вполне удобно запускать ОС с жестких или флэш-дисков USB 3.0, особенно, если нужно устранить неполадки или восстановить данные. Порты USB все чаще становятся единственной разновидностью портов на компьютере, ведь с распространением Wi-Fi специализированные порты Ethernet оказались не нужны. Повсеместное использование интерфейса гарантирует поддержку всех основных производителей чипов от Intel и Qualcomm до AMD (современные микросхемы Intel поддерживают в общей сложности 14 USB портов по сравнению с когда-то актуальными двумя, доступными на ранних версиях системы).

Другими словами, USB удалось, хотя и не без проблем, преуспеть и сохранить широкую поддержку разработчиков, а разъем USB Type-A классического размера и формы сохранялся на большинстве компьютеров почти 20 лет. Учитывая длинный список интерфейсов, на смену которым пришла технология USB, достижение более чем солидное.

Кого пришлось пережить

После прочного закрепления USB на лидирующих позициях появилось несколько видов портов, призванных оспорить такое господство. Как правило, им удавалось добиться незначительного успеха и у них даже были некоторые функции для выполнения задач, которые USB не предусматривала, но в итоге повсеместное использование последней сыграло решающую роль.

Одним из таких портов был FireWire (известный также как IEEE 1394), стандарт, который с конца 90-х в и до начала 2010 года поддерживала, в основном, Apple. На тот момент у FireWire было несколько преимуществ по сравнению с USB. Устройства FireWire можно было последовательно соединять друг с другом, то есть одного порта было достаточно, чтобы подключить десяток устройств; операции FireWire не требовали особого вмешательства от процессора хост-системы; стандарт FireWire также мог передавать данные сразу в двух направлениях (принцип «full-duplex»), в то время как USB 1.1 и 2.0 – только в одном («half-duplex»). Кроме того, в рассматриваемый период FireWire был, как правило, быстрее, чем USB. FireWire 400 поддерживал скорость до 400 Мбит в противовес 12 Мбит у USB 1.1, а FireWire 800 и вовсе 800 Мбит, что заметно выделялось на фоне 480 Мбит, предложенных USB 2.0.

Основная проблема FireWire заключалась в том, что реализация стандарта оказалась гораздо дороже, ведь понадобились специальные чипы, контролирующие работу компьютера и внешних устройств. Поначалу пользователям FireWire приходилось даже отчислять лицензионный сбор в пользу Apple, рейтинг которой как раз в конце 90-х — начале 2000-х начал расти, хотя и был далек от сегодняшнего могущества компании. Началась неразбериха с названиями, которые, по сути, были просто наименованиями одного стандарта – здесь и iLINK от Sony, и бессвязный «IEEE 1394». Переход с FireWire 400 на FireWire 800 тоже требовал использования кабелей, в то время как USB 1.0, 1.1, 2.0, и 3.0 задействовали физически совместимые разъемы для всех поколений стандарта (с некоторыми дополнениями касательно мини и микро версий).

Как следствие, существенно возросла конечная стоимость внешних накопителей и видеооборудования, требующих серьезного объема трафика; стандарт USB по-прежнему оставался дешевле, а потому использовался чаще. В настоящее время новые версии FireWire с максимальной скоростью в 1.6, 3.2 и 6.4 Гбит/с находятся на различных этапах разработки, но так как Apple больше не поддерживает этот стандарт в большинстве своих продуктов, инвестирование интерфейса заметно сократилось.

В настоящее время, благодаря ускоренному интерфейсу, место FireWire на Mac от Apple заняли порты Thunderbolt. Thunderbolt, прежде всего, ассоциируется с компьютерами Mac, потому что впервые данный стандарт запустили именно на одном из маков, причем в линейке продуктов Apple именно Mac удерживают лидерство. На самом деле Thunderbolt разработан специалистами Intel. Первоначально стандарт, тогда еще Light Peak, отвечал за передачу данных в обоих направлениях со скоростью до 10 Гбит/с, что в два раза превышало показатели USB 3.0. И это, конечно, обеспечило проекту успех на рынке за год или два до закрепления USB 3.0 в роли самого распространенного стандарта для большинства компьютеров.

Контроллеры Thunderbolt второго поколения увеличили скорость до 20 Гбит/с, изменив механизм передачи данных. Контроллеры Thunderbolt первого поколения передавали данные по одной шине со скоростью 10 Гбит/с и могли принимать данные по другой шине PCI Express; Thunderbolt 2 сочетал в себе два потока, что гарантировало увеличение скорости передачи данных в одном направлении. Ни один из этих портов не стал общепринятым, так и оставшись разработкой для Маc, материнских плат профессиональных рабочих станций и карт расширения.

До этого момента изменения были незначительными, а потом в свет вышел Thunderbolt 3, новая 40 Гбит/с версия технологии, которая, о чудо, использует USB Type-C порт. В новых портах Thunderbolt по-прежнему требуется отдельный контроллер, но они полностью совместимы с USB Type-C и в них предусмотрена поддержка 10 Гбит/с USB 3.1 второго поколения. В последнее время такие порты появились на нескольких высококлассных ноутбуках, в частности, в линейке XPS от Dell и на планшете от HP Elite x2.Это и близко не похоже на размах USB, но раньше Thunderbolt и мечтать не могла о такой серьезной поддержке крупнейших производителей ПК.

Тем не менее создатели Thunderbolt повторили те же непростительные ошибки, что и FireWire: Thunderbolt предполагает наличие в ПК отдельного контроллера и кабеля, плюс производителям комплектующих приходится возиться с дополнительными микросхемами, необходимыми для работы интерфейса. Теоретически Intel может воспользоваться своим авторитетом и продвинуть Thunderbolt на рынке, инициировав интеграцию упомянутых контроллеров в каждую выпускаемую микросхему, но и здесь без сложностей никак. Такой подход увеличивает количество кремния, необходимого для производства каждой микросхемы, а, значит, снова расходы, и Intel вряд ли захочет платить из своего кармана. Более того, в этом случае микросхемы потребуют больше энергии, а Intel и без того из кожи вон лезет, чтобы сократить подобного рода показатели.

В настоящее время вышеупомянутые факторы объясняют причину использования Thunderbolt на ограниченном количестве систем. И, хотя это отличный выбор для счастливых обладателей экранов с разрешением в 4K или людей, постоянно передающих огромное количество информации, для большинства рядовых пользователей USB по-прежнему остается достаточно быстрым и самым распространенным способом выполнения поставленных задач.

Новые конкуренты

Основным препятствием на пути дальнейшего развития USB могут стать технологии, выполняющие аналогичные функции, но без провода.

Зачастую мы выбираем беспроводные технологии, решающие задачи, которые когда-то были уделом USB. Сервисы облачной синхронизации данных своевременно обновляют почту, список контактов, календарь, файлы и перечень онлайн-покупок на всех имеющихся устройствах безо всяких кабелей. Bluetooth, NFC, Wi-Fi Direct, и AirDrop служат отличной заменой USB для передачи отдельных файлов, а Miracast и AirPlay обеспечивают беспроводное подключение любого устройства к телевизору (хотя некоторые модели без встроенных функций все же требуют наличия проводных приемников, вроде Apple TV, или Chromecast). Принтеры, камеры с Wi-Fi и карты памяти тоже встречаются все чаще и чаще.

Как правило, основная загвоздка перечисленных опций кроется в скорости. Если вам нужно передать много фотографий или обработать видео с разрешением в 1080 пикселей, снятом со смартфона, вам, скорее всего, не понадобятся эти беспроводные навороты, ведь USB 2.0 куда быстрее и надежнее. Неопытные пользователи ПК, как и прежде, будут использовать USB для подключения мобильных устройств к компьютерам, ведь не так-то просто установить полюбившийся многим Android ROM, передав данные по Wi-Fi или Bluetooth.

Даже если вы никогда ничего не подключаете к компьютеру, все устройства так или иначе завязаны на проводах – без питания никак. Попытки заменить USB одним из несколькими стандартами беспроводной зарядки были, но в подобных разработках все еще много недочетов. Большое количество продуктов заметно усложняют процесс стандартизации под одно зарядное устройство (хотя некоторые компании работают над устранением этого досадного недоразумения). Производителям комплектующих придется найти способ интеграции беспроводных зарядных устройств в имеющийся дизайн телефонов или выпустить дополнительные зарядные устройства. Но ведь новых типов зарядных устройств тоже не так много, и заряжают они, понятное дело, не так эффективно, как при прямом подключении к сети. И самое интересное в том, что большинство таких устройств все равно предполагают использование USB.

В любом случае, вряд ли что-то случится с USB в ближайшее время даже при условии активного развития беспроводных конкурентоспособных проектов. Так же, как появление Wi-Fi не привело к краху проводного Ethernet, маловероятно, что беспроводные технологии заменят USB. По крайней мере, не сейчас. Даже с учетом отличных показателей по скорости и появления всевозможных достойных контроллеров, стоит признать, что скорость, удобство и совместимость, предложенные USB, обеспечат этому стандарту еще не один год успешного существования.

Источники:

1. geektimes.ru