Mise au point : l'USB

Cet article a été publié il a plus d'un an, il n'est peut-être plus d'actualité.

L'USB, on sait tous ce que c'est, on l'a tous déjà utilisé une fois dans notre vie, ce serait-ce que pour brancher une souris ou une clé USB. Pour autant, êtes-vous incollables sur le sujet ?

Un peu d'histoire

Figurez-vous que l'Universal Serial Bus (en français, Bus Série Universel) a aujourd'hui 23 ans puisqu'il a été créé en 1996 par un consortium d'entreprises telles qu'IBM, Intel et Microsoft. La norme est toujours maintenue par l'USB-IF (pour Implementers Forum), une organisation à but non-lucratif.

L'USB a connu trois versions majeures, la 1.x de 1996, naturellement, puis la 2.0 de 2000 et la norme la plus connue aujourd'hui, la 3.x, sortie en 2008. Notez que les spécifications de la norme USB4 sont à paraître dans l'année. Toutes ces spécifications sont rétrocompatibles, c'est-à-dire que vous pouvez brancher du 3.x sur du 1.x (en profitant des débits du 1.x, évidemment).

USB 1.x

Commençons par le commencement. L'USB 1.x apparaît en 1996 via la révision 1.0. Pourtant, il n'est pas utilisé sur le moment faute de composants. C'est la révision 1.1 qui va réellement sonner les débuts de l'USB en 1998.

Deux modes sont prévus dans la norme, un mode lent à 1,5 Mbps pour les claviers & souris, principalement, et un mode rapide à 12 Mbps pour du transfert de données. A titre de comparaison, le FireWire proposait déjà depuis 1995 des débits de l'ordre de 400 Mbps.

Pour en terminer avec l'USB 1.x, sachez qu'il a commencé à trouver son public dès lors qu'il a été intégré dans l'iMac G3 en août 1998.

USB 2.0

Bon, 12 Mbps, c'est mignon, mais c'est plutôt lent. Pour accélérer un peu les choses, l'USB-IF sort la version 2.0 en 2000 avec le succès considérable que l'on lui connaît. Elle apporte notamment un nouveau mode haute vitesse qui pousse les débits à 480 Mbps, en théorie.

L'USB Wireless

Non, vous ne rêvez pas, l'USB sans-fil existe bel et bien depuis 2005. Néanmoins, la norme WUSB, de son petit nom, rencontre des difficultés techniques et voit ses participants s'en détourner au profit de l'USB 3.x bien plus prometteur.

USB On-The-Go (OTG)

OTG, introduit en 2007, permet de s'affranchir de la relation maître/esclave (par exemple un PC, le maître, qui contrôle une clé USB, l'esclave). Ainsi, deux objets USB peuvent communiquer sans pour autant passer par un PC pour gérer la communication.

USB 3.x

Introduite en 2008, l'USB 3.0 est la norme phare encore aujourd'hui grâce à son mode SuperSpeed à 5 Gbps. 5 ans plus tard, en 2013, une seconde révision arrive, l'USB 3.1, et promet des débits doublés, soit 10 Gbps.

Au passage, l'USB-IF en profite pour modifier la nomenclature, l'USB 3.0 devient l'USB 3.1 Gen 1 et l'USB 3.1 devient l'USB 3.1 Gen 2.

Jusque-là, si vous avez lu vaguement ce qui était écrit, vous devriez avoir tout saisi. Mais les choses se corsent avec l'arrivée de l'USB 3.2.

En 2017, l'USB-IF annonce l'arrivée de l'USB 3.2. Sauf qu'une nouvelle nomenclature est de nouveau adoptée, les noms sont désormais USB 3.2 Gen 1 (pour l'ex USB 3.1 Gen 1, ex USB 3.0), USB 3.2 Gen 2 (pour l'ex USB 3.1 Gen 2, ex USB 3.1) et USB Gen 2x2 (USB 3.2). Outre de la confusion, cette norme permet une nouvelle fois de doubler les débits, les portant ainsi à 20 Gbps.

Les connecteurs USB 3.x sont généralement bleus pour les différencier, voire rouges pour ceux qui permettent de charger plus rapidement.

Les connecteurs

Alors oui, ça devient un peu tricky avec la nomenclature de la 3.x, mais si on suit chronologiquement, on s'en sort. Là où c'est plus fort, c'est qu'il y a plusieurs connecteurs pour l'USB et qu'ils ne correspondent pas (du tout) chacun à une version comme on s'y attendrait.

Pour la norme 1.x, c'est plutôt simple, un seul connecteur existait, le Type-A. Il s'agit de celui que nous connaissons tous, utilisé notamment par les clés USB. Pour ce qui est du reste, une image sera bien plut explicite.

L'un des plus utilisés restait jusque-là le micro USB 2.0 Type-B, puisque c'était le connecteur standard des smartphones avant l'arrivée du Type-C. Le micro USB 3.1 Type-B fut utilisé un temps pour les disques de stockage externe, mais s'évéra très fragile. Il équipait également le Galaxy S5, l'un des rares smartphones aillant fait ce choix.

Il est tout à fait possible de brancher un câble micro USB 2.0 dans une prise micro USB 3.x, bien qu'une partie de la prise reste vide. Vous ne bénéficierez cependant que des débits du 2.0.

Aujourd'hui, le Type-C tente de prendre le pas. En effet, les smartphones ont déjà franchi le cap, c'est également le cas des périphériques de stockages ou des hubs. On voit également apparaître des claviers & souris utilisant ce connecteur. Il présente l'avantage d'être assez robuste et d'être réversible.

Simple ? Dans le cas du Type-C, pas vraiment. En effet, le Type-C peut faire passer de l'USB mais également du Thunderbolt 3 et même du DisplayPort. Tout cela est possible grâce au "Alternate Mode". Ajoutez à cela qu'un câble Type-C ne prend pas forcément en charge toutes ces fonctions, vous pourriez très bien vous retrouver avec un câble Type-C mais qui ne gère que l'USB 2.0, ou qui ne prend pas en charge l'Alternate Mode.

Alimentation électrique

Nous avons beaucoup parlé de débits, mais il est vrai que l'une des utilisations principales de l'USB aujourd'hui est tout simplement l'alimentation électrique, comme c'est le cas sur nos smartphones.

Tout d'abord, la tension standard pour l'USB est 5V. Le maximum de courant est fixé à 3A dans le cas du Type-C, 1,5 sinon, soit des puissances de 15 et 7,5W respectivement.

Par ailleurs, il existe l'USB-PD (pour Power Delivery), où la tension peut monter jusqu'à 20V. En version 1.0, 5 profils existent.

Les révisions 2.0 et 3.0 de l'USB-PD signent la fin des profils mais l'arrivée des courents variables comme il suit.

* Bien que le mode +5V puisse fournir au minimum 0,15W (avec 0,3A) en théorie, la norme prévoit un minimum à 0,5W.

Cette norme est notamment utilisée pour les ultraportables comme chez Razer ou Dell, mais fait également son apparition dans le monde des smartphones qui ne l'a pourtant pas attendue. Le très récent Galaxy Note 10 utilise par exemple l'USB-PD 3.0, ce qui lui permet d'obtenir une puissance en charge de 45W.

Bien sûr, d'autres normes propriétaires ont vu le jour bien avant l'USB-PD, la plus connue étant Quick Charge, de Qualcomm.

Pour aller plus loin

• L'overhead d'une communication par USB se situe autour de 10 à 15% minimum, donc le débit réel ne peut excéder 85% du débit théorique annoncé.
• L'USB utilise un codage NRZI, c'est-à-dire que l'on change d'état si le bit transmis est un 0 et qu'on garde l'état précédent s'il s'agit d'un 1. Si plusieurs 1 sont envoyés à la suite (6, précisément), un 0 est inséré pour éviter une désynchronisation de l'horloge.
• Les Type-A et Type-B originels utilisent 4 broches, une +5V, une masse et deux broches de données. Une cinquième est par la suite rajoutée pour OTG, celle-ci est soit connectée à la masse, soit à rien du tout (ce qui peu être détectée par l'appareil grâce à une résistance de rappel).
• En USB 2.0 HighSpeed, la longueur maximale d'un câble passif est de 5m afin de garder la latence aller-retour sous les 1,5µs.
• Afin d'atteindre des débits élevés tout en gradant la rétrocompatibilité, l'USB 3.x intègre la paire de données de l'USB 2.0 en plus de deux paires SuperSpeed (une en réception et une en émission). Les 10 Gbps de la Gen 2 sont atteignables en remplaçant le codage 8b/10b par un 128b/132b, l'en-tête est d'ailleurs réduit à moins de 3% ce faisant (entre autres).
• Les USB 3.1 Gen 1 et 2 ont une paire en réception et une en émission mais n'utilisent d'une broche sur chaque. L'USB 3.2 Gen 2x2 utilise, pour sa part, les deux broches sur chaque paire, d'où le débit doublé.