USBefuddled: desenredando el nido de ratas de USB

Para obtener más ayuda con los cables, consulte el nuevo libro de Glenn Fleishman, Take Control of Untangling Connections. Responde preguntas comunes y ayuda en la resolución de problemas. Aprenderá a reconocer puertos, identificar los cables que posee y comprar el mejor cable para USB, Thunderbolt, Ethernet, DisplayPort, HDMI y audio con el método más rápido, mejor o de mayor fidelidad disponible.

USB'd para ser fácil. Perdón por el juego de palabras, pero sabes a lo que me refiero. USB solía significar un tipo de conector para una computadora: Tipo-A, que era plano, rectangular y tenía una orientación correcta. Un periférico tenía un cable conectado directamente o lucía un puerto USB Tipo-B: bloque, casi cuadrado y con una sola orientación correcta también.

En el camino, sin embargo, acumulamos otros: Mini-B, un trapezoide grueso utilizado por las calculadoras gráficas de Texas Instruments, los primeros Kindle de Amazon y otros dispositivos; y Micro-B, un trapezoide delgado que se convirtió en la forma de carga de facto para dispositivos móviles, auriculares y otro hardware alimentado por batería. También aparecieron conectores más oscuros, como el USB 3.0 Micro-B ancho y de forma extraña, que se ve más comúnmente en los discos duros externos.

La evolución hacia los conectores USB-C justo después del lanzamiento del estándar USB 3.1 prometía simplicidad. En lugar del dispositivo host Tipo-A y el periférico Tipo-B, Mini-B, Micro-B y otros, un solo conector funciona para ambos extremos de una conexión y transporta energía y datos. La energía puede fluir de cualquier manera con el mismo cable: una computadora que carga una batería o un teléfono; una batería cargando una computadora. También es reversible en su eje largo, por lo que es imposible insertarlo en la orientación incorrecta.

Se suponía que USB-C sería el último cable que necesitarías. No ha funcionado de esa manera.

El lado del hardware funciona de maravilla: un conector USB-C encaja en cualquier conector USB-C. Pero tal vez el USB Implementers Forum (USB-IF), el grupo que administra el desarrollo del estándar USB, no pensó completamente en la complejidad de lo que tiene que pasar por el cableado USB y cómo comunicarlo de manera efectiva: energía y video. junto con varios estándares diferentes para los datos.

El problema es que USB-C se ha convertido en un conector para propósitos claramente diferentes y echar un vistazo a un puerto o cable rara vez te dice lo suficiente como para saber qué sucederá cuando conectes el cable. El conector USB-C es compatible (pero no obligatorio) con USB 3.1 y 3.2 y requerido por USB 4 (y Thunderbolt 3 y 4), aunque hasta la versión 4 de cada especificación, eran estándares distintos que se entrelazaban.

Conectar un cable USB-C puede generar todo tipo de preguntas. ¿Conseguirás la máxima velocidad entre dos dispositivos? ¿Obtendrá la potencia que necesita para alimentar una computadora o recargar una batería USB? ¿No pasará nada en absoluto, sin saber por qué? A menudo, no hay forma de saberlo, incluso si el paquete del cable desechado hace mucho tiempo contenía todas esas respuestas, porque también debe conocer los puertos en ambos extremos.

Gran parte de la confusión a la que todos nos enfrentamos proviene del hecho de que toda la acción ocurre en las entrañas de una computadora, dispositivo móvil o periférico. Cualquier capacidad de datos o energía que un puerto USB-C pueda ofrecer a través de un cable a otro dispositivo depende del host o controlador periférico, un conjunto de chips y circuitos de administración de energía que implementan USB, Thunderbolt y otros estándares en hardware. Un controlador puede variar desde un módulo independiente agregado a una placa base hasta una integración profunda en un sistema en un chip como el M1 de Apple.

El cable es el mediador externo entre dos dispositivos; solo sabe acerca de transportar datos, no de codificarlos o decodificarlos. Las puntas del cable informan a los dispositivos en cada extremo sobre qué tipo de datos puede transportar de un extremo al otro. Esto se basa en un pequeño chip integrado en cada conector USB-C. (Muchos otros tipos de enchufes, como USB 3.1 Tipo-A y Lightning, también contienen chips, razón por la cual los cables son más caros de lo que solían ser). Los controladores pueden transferir diferentes estándares a través de la misma "línea" y confiar en los cables para ayudarlos a negociar el mejor método común para hablar entre ellos.

El problema es que a menudo no sabemos de antemano el conjunto de protocolos que habla cada dispositivo e, incluso si lo sabemos, es posible que no estemos seguros de si el cable les permitirá hablar a la velocidad más rápida o, en casos excepcionales, en absoluto. Por ejemplo, Apple todavía envía lo que llama un cable de carga USB-C, diseñado en los primeros días de USB-C, con varios modelos de sus computadoras portátiles. Es totalmente compatible con la especificación USB-C y puede transportar energía hasta 100 vatios, pero no admite video y transmite datos a solo 480 Mbps (USB 2.0). Un cable Thunderbolt 3 de Apple puede transportar la misma potencia máxima, además de video y 40 Gbps de datos para Thunderbolt 3 y 10 Gbps para USB 3.1.

Lo que queremos es mirar un puerto y un cable y saber qué hacen. Eso no debería ser tan difícil, pero aparentemente lo es, a juzgar por un gráfico publicado a fines de septiembre de 2021 por USB-IF que muestra un nuevo etiquetado para los estándares de cableado de alimentación. Este simple cuadro reveló mucho más sobre la profusión de confusión de lo que la organización podría haber pretendido, junto con los desafíos pasados ​​y presentes.

Gracia divina. Permítanme ayudar a resolver la confusión de USB-C: cómo llegamos aquí, dónde estamos y qué esperar en el futuro.

USB Type-C, casi universalmente llamado USB-C para abreviar, intentó resolver múltiples problemas que plagaron las conexiones de hardware USB durante décadas, ya que el estándar de datos USB avanzó alegremente de 1.5 Mbps y 12 Mbps (1.0 y 1.1) a 480 Mbps (2.0). ) en una dirección (menos en la otra) a transferencia de datos simétrica de 5 Gbps (3.0).

Como puede ver en el cuadro a continuación, a través de Wikipedia, todos los conectores que vinieron antes de USB-C tenían limitaciones significativas en cuanto a lo que podría ser el conector en el otro extremo. El Tipo-A fue la coincidencia más cercana, pero tenga en cuenta la etiqueta "Propietario, peligroso" de Wikipedia para un cable USB Tipo-A a Tipo-A, definido como "no interoperable con equipos compatibles con USB-IF y posiblemente dañino para ambos dispositivos cuando está enchufado en."

Un cable o adaptador con Tipo-A en un extremo podría tener uno de los otros cuatro tipos de conectores en el otro extremo antes de USB-C, pero no puede tener un cable Tipo-A a Tipo-A. Por el contrario, USB-C funciona en ambos extremos de una conexión y admite otros cinco tipos de enchufes: Tipo-A y los cuatro conectores Tipo-B.

El USB-IF introdujo por primera vez el USB 3.1 en 2013, lo que elevó la velocidad máxima de 5 Gbps a 10 Gbps sobre el Tipo-A y allanó el camino para la introducción en 2014 del conector USB-C. El tipo de conector se estrenó en un conjunto limitado de dispositivos en 2015, incluida la MacBook de 12 pulgadas, ahora descontinuada, que solo tenía un controlador USB 3.1 y requería un adaptador de video USB 3.1 para conectar una pantalla externa.

Lo mejor es comenzar lo que viene a continuación con estas sabias y concisas palabras de Wikipedia: "El conector Tipo-C es común a varias tecnologías, mientras que exige solo algunas de ellas".

Inicialmente, un conector USB-C solo funcionaba con USB 3.1, que venía en versiones Gen 1 y Gen 2, conocidas respectivamente como SuperSpeed ​​(5 Gbps) y SuperSpeed+ (10 Gbps). El estándar 3.1 apareció poco antes que USB-C, y sus velocidades de 5 Gbps y 10 Gbps no requerían USB-C: funcionan con Tipo-A, Tipo-B y Micro-B, así como con USB-C.

En 2017, USB-IF lanzó una especificación 3.2 que, con un controlador USB 3.2 en una computadora o dispositivo móvil, permite 10 Gbps sobre USB-C y conectores anteriores, y 20 Gbps solo sobre USB-C. Dejando de lado algunas de las convenciones de nombres anteriores, el grupo comercial sugirió nombres atractivos como "SuperSpeed ​​USB 5Gbps", "SuperSpeed ​​USB 10Gbps" y "SuperSpeed ​​USB 20 Gbps".

Las pautas de uso del idioma del grupo señalan (¿útilmente?), "USB 3.2 no es USB Type-C, USB Standard-A, Micro-USB o cualquier otro cable o conector USB".

Pero espera, rápidamente empeora.

Thunderbolt también estaba en la mezcla. Apple adoptó el estándar Thunderbolt de Intel como sucesor de FireWire, pero las dos primeras versiones de Thunderbolt nunca obtuvieron una adopción generalizada. Las razones de este débil desempeño incluyen que el USB es mucho más frecuente, que el USB 3.0 admite 5 Gbps lo suficientemente pronto y que Apple sigue siendo el único fabricante de computadoras monolíticas que no llegó al fondo en precios y mercantilización. La compra de tarjetas de bus de mayor velocidad o configuraciones particulares de PC o servidor que admitan Thunderbolt podría tener sentido para usuarios o segmentos de mercado específicos, pero no para la industria que no es Mac en su conjunto.

Pero Intel hizo un movimiento clave, probablemente en cooperación con Apple: además de duplicar la velocidad de datos a 40 Gbps, Thunderbolt 3 tendría una conexión USB-C, basándose en algo que el grupo comercial USB-IF llama Modo Alternativo. En lugar de transportar datos USB 3.1 o 3.2 a través de USB-C, el modo alternativo permite la encapsulación de otros estándares. Es una especie de segundo idioma para USB: un controlador USB 3 que pasa Thunderbolt 3 en modo alternativo puede comunicarse con un controlador Thunderbolt 3 nativo mediante un cable compatible con Thunderbolt 3. Ni siquiera tienen que saber que están hablando diferentes idiomas. (Los controladores Thunderbolt 3 de Intel también tienen compatibilidad con USB 3 y versiones anteriores, utilizando un enfoque similar, pero un cable Thunderbolt 3 sigue siendo un requisito).

Hay un modo alternativo para DisplayPort y otro para HDMI para pasar video: así es como la MacBook de 12 pulgadas podría pasar video a través de USB-C. Otro habilitó PCI Express para la transferencia de datos de alta velocidad, habilitando GPU externas para computadoras que lo admitan, y uno final provisto para Thunderbolt 3.

Una cosa más: USB-IF lanzó USB 4 en 2019 e Intel lanzó Thunderbolt 4 en 2020. USB 4 ofrece una implementación opcional de Thunderbolt 3 dentro de la especificación USB, mientras que Thunderbolt 4 tiene un requisito obligatorio para la compatibilidad con USB a través de USB 4. Un dispositivo que admita explícitamente USB 4/Thunderbolt 4, como los modelos M1 Pro y M1 Max MacBook Pro de 14 y 16 pulgadas de Apple, puede manejar todos los tipos de Thunderbolt y todos los tipos de USB con casi todos los cables y adaptadores existentes. (La compatibilidad con USB 4 para Thunderbolt 3 es opcional para los controladores host, pero obligatoria para los concentradores USB 4, solo para hacer las cosas un poco más confusas. Sin embargo, espero que los principales fabricantes de computadoras y dispositivos incluyan USB 4/Thunderbolt 3 o USB 4/ Thunderbolt 4 para compatibilidad).

Thunderbolt 4 también requiere todos los controladores certificados para permitir que los concentradores Thunderbolt agreguen puertos USB-C que admitan hasta 40 Gbps, pantallas externas y más a través de cualquier puerto Thunderbolt en una computadora. Con Thunderbolt 3, los concentradores eran opcionales, y algunos sistemas operativos y computadoras finalmente los permitieron. Puede conectar un concentrador Thunderbolt a un dispositivo compatible con Thunderbolt 3 (Apple agregó esto en macOS 11.1 Big Sur para todas las Mac Intel y M1) o Thunderbolt 4. Thunderbolt 4 también permite resoluciones de pantalla superiores a 8K.

USB 4 requiere USB-C para todas las conexiones y un rendimiento de datos mínimo de 20 Gbps, aunque también puede admitir los 40 Gbps completos de Thunderbolt 3 y 4.

La longitud del cable también juega un papel. Los cables Thunderbolt 3 y 4 vienen en variedades pasivas y activas: los cables pasivos pueden transportar 40 Gbps solo hasta 0,5 metros y 20 Gbps hasta 2 metros; Los cables activos pueden transportar 40 Gbps hasta un máximo de 2 metros. Los cables USB 3 y 4 pueden transportar 10 Gbps hasta 2 metros y 20 Gbps hasta 1 metro, pero el tipo de 40 Gbps solo funciona con cables de no más de 0,8 metros.

(No se preocupe demasiado por las longitudes de los cables a menos que necesite el máximo rendimiento. Está bien que un controlador USB 4/Thunderbolt 4 se comunique a velocidades inferiores a 20 Gbps o 40 Gbps con cables que son demasiado largos o no están diseñados para esas velocidades: estos estándares de la versión 4 son compatibles con USB 2.0 y Thunderbolt 1.)

USB 4 también exige soporte para Power Delivery. Como señalan secamente las pautas de USB 3.2, "USB 3.2 no es suministro de energía USB ni carga de batería USB". ¿La entrega de energía? ¿Bateria cargando? Estos son otros dos estándares USB que hicieron que el USB-IF llegara a la tabla de etiquetado que presentó este artículo.

La alimentación a través de USB se remonta a sus primeros días, pero el vataje generalmente se ha limitado sin la participación de controladores y protocolos propietarios. USB-C marcó la primera disponibilidad a gran escala de cables de alto voltaje que funcionaban en muchos dispositivos de manera interoperable. El estándar que permite esto se llama Power Delivery.

Se supone que los cables USB-C que admiten Power Delivery 2.0 y 3.0 son capaces de pasar al menos 60 vatios (3 amperios a 20 voltios), pero se pueden diseñar opcionalmente para 100 vatios (5 A a 20 V). Los puertos USB-C en hosts y periféricos se pueden diseñar para consumir mucho menos, tan solo 7,5 W (1,5 A a 5 V) o 15 W (3 A a 5 V). Power Delivery 3.1 agregó voltajes más altos junto con 5A, lo que permite hasta 240W (5A a 48V). Un cable de 240 W requiere un nuevo tipo de cable de rango de potencia extendida (EPR).

A pesar del requisito del cable, es posible que vea cables a la venta que parecen prometer solo hasta 15 W. Esos pueden ser cables de 60 W vendidos con dispositivos que consumen 15 W de potencia, como el cargador USB-C de Belkin, o simplemente pueden no cumplir.

Power Delivery 3.1 también permite la carga rápida, algo que aún no tiene una marca registrada o una etiqueta particular. Existen versiones patentadas, incluida la que Apple agregó a los últimos modelos de MacBook Pro. La carga rápida requiere el cargador de 96 W para una MacBook Pro de 14 pulgadas o el cargador de 140 W que viene con todos los modelos de MacBook Pro de 16 pulgadas. (El modelo básico de la MacBook Pro de 14 pulgadas viene con un cargador de 67 W que los compradores pueden actualizar a 96 W por $20).

Con esos cargadores, macOS carga automáticamente a través de MagSafe 3 (modelos de MacBook Pro de 14 y 16 pulgadas) o USB 4 (solo de 14 pulgadas) con la potencia más alta disponible, lo que permite que una Mac agotada agregue el 50 % de la carga de su batería en 30 minutos. El uso de un cargador de 67 W con un MacBook Pro de 14 pulgadas o un puerto USB 4 con un MacBook Pro de 16 pulgadas limita la carga a la velocidad "normal", que es algo más lenta. (Además, todos los dispositivos con baterías de iones de litio aceleran las velocidades de carga por encima del 80 % para evitar el sobrecalentamiento).

Finalmente, la especificación de carga de batería USB habilita una característica extrañamente faltante: un dispositivo conectado a un paquete de batería no tenía un comando USB estándar que pudiera emitir que simplemente preguntara: "¿Cuánta corriente puedo consumir?" En cambio, diferentes fabricantes propusieron soluciones que no siempre eran compatibles, limitando la carga entre ciertos dispositivos.

Con toda esta charla sobre la carga, es posible que se pregunte: ¿puedo freír mi costoso dispositivo enchufando el cable equivocado? La respuesta debería ser no, y casi siempre lo es. Los puertos y conectores USB-C negocian las tarifas que todos acuerdan. Las especificaciones anteriores de USB-C y suministro de energía se diseñaron para evitar pasar más energía de la que un dispositivo podría aceptar, y la actualización de carga de la batería mejora eso. (En los primeros días de USB-C, el ingeniero de Google, Benson Leung, usó su tiempo libre para probar y documentar los cables porque descubrió que muchos cables baratos estaban mal fabricados, algunos de los cuales podrían incluso quemar una computadora o comenzar a echar humo. Esos días ahora parecen largos. pasado.)

Ahora vayamos al meollo de este artículo. ¿Qué cables hacen qué? ¿Qué puedes lograr ahora? ¿Que traerá el futuro?

Aquí hay una lista parcial de los posibles soportes de datos y energía que podría encontrar en un cable con conectores USB-C en ambos extremos:

Si eso no es lo suficientemente alucinante, también hay disponibles otras combinaciones menos comunes; esta lista podría ser dos, tal vez tres veces más larga. También excluye los cables patentados, como los cables MagSafe 3 a USB-C de Apple. ¿Cómo puedes distinguir todos estos cables USB-C? Depende de si los fabricantes de computadoras y otros dispositivos, los creadores de cables y los fabricantes de periféricos han marcado sus piezas, manuales y cabezales de cable correctamente y de acuerdo con las diversas especificaciones que alegan cumplir.

He recopilado algunos ejemplos a continuación, seleccionados de fotos en Internet, que muestran una amplitud de cómo y dónde se marcan los cables. En particular, los cables Thunderbolt 3 que están marcados parecen bastante similares, a menos que sea un snob tipográfico como yo que nota las diferentes fuentes sans serif utilizadas.

Estos cables Thunderbolt 3 a continuación generalmente están marcados con precisión: muestran tanto el ícono Thunderbolt como el número 3. La mayoría que encontré son como estos, donde el ícono y el número aparecen en ambos extremos del cable. Sin embargo, ninguno de estos cables revela si son activos o pasivos, ni da ninguna pista sobre su potencia admitida.

Es bastante fácil encontrar cables Thunderbolt que no estén marcados correctamente o que no estén marcados en su totalidad. Al menos el de Apple (abajo a la izquierda) y el genérico (abajo en el centro) tienen un rayo, pero no 3. Así que casi seguro que es Thunderbolt 3. El cable de StarTech.com puede tener marcas en el otro lado, pero todos las fotos de ese cable muestran solo el logo.

Los cables USB 3.1 y 3.2 tienen sus puntas marcadas sorprendentemente bien cuando admiten 10 Gbps o sabores más rápidos, aunque el número es pequeño en relación con el SS. Y ni siquiera tengo que canalizar mi snob interior para quejarme de que los números a veces se imprimen en gris claro sobre negro o incluso en gris sobre un tono diferente de gris.

Lo único de lo que escucha a los usuarios habituales y a los técnicos hablar, y quejarse, es que el mismo conector simple puede significar muchas cosas diferentes, y hay pocas formas visuales de determinar lo que es posible mirando un puerto o un cable.

Incluso cuando puede encontrar los logotipos y símbolos necesarios, debe buscar las interacciones entre el puerto y el cable, las velocidades de datos y la potencia. Es posible que incluso necesite una lupa para leer las marcas impresas en la longitud de un cable para determinar el amperaje o la potencia.

¿Cómo podría el USB-IF mejorar esto, particularmente en cooperación con el grupo Thunderbolt de Intel? El etiquetado del que me burlé al principio es en realidad la dirección correcta. Con la convergencia de USB y Thunderbolt en estándares de compatibilidad cruzada y retrocompatibles, puede haber una posibilidad de claridad en el futuro.

Idealmente, el USB-IF también propagaría dichas etiquetas hacia atrás, lo que requeriría que los fabricantes imprimieran la velocidad y potencia máximas en letras legibles. También sería genial ver un acuerdo con Intel para exigir a los fabricantes que marquen los cables Thunderbolt con el número de versión y 20 Gbps (largo y pasivo) o 40 Gbps (corto y activo). Esta es la estrategia que adoptó Wi-Fi Alliance para reducir la confusión con 802.11n, 802.11ac y 802.11ax, que eran todos "Wi-Fi": los rebautizaron como Wi-Fi 4, 5 y 6.

En la práctica general, su mejor opción podría ser usar etiquetas adhesivas antiguas después de comprar un cable que se ajuste a sus necesidades o abrir un cable incluido con un producto. Pruebe con una rotuladora para poner banderas en sus cables o use bridas que tengan un lugar para escribir con un marcador permanente. Los cables futuros pueden proporcionar una dirección más clara, pero dada la cantidad de cables que todos tenemos dando vueltas, todavía estamos un poco solos.