Descodificación de los estándares USB de 1.0 a 4.0

(Fuente de la imagen: Same Sky)

El bus serial universal, más conocido en su forma abreviada de USB, es posiblemente el estándar de interconexión más reconocido en el mercado actual. Sin embargo, muchas personas, sobre todo las que no pertenecen a la comunidad de ingenieros, pueden no pensar en lo que implica el USB. En pocas palabras, "bus" es una forma de transferir datos o energía en un sistema electrónico entre diferentes componentes, mientras que el término "serie" indica que los datos se transmiten un bit a la vez a través del mismo cable (o unos pocos cables). En conjunto, el USB proporciona un estándar de ingeniería que establece especificaciones "universales" para los conectores y cables utilizados para enlazar los distintos dispositivos de un sistema electrónico.

Como forma sencilla y cómoda de interconexión y comunicación de datos entre dispositivos, el USB ha evolucionado para hacer mucho más desde su debut en 1996. Antes de su introducción en la década de 1990, el panorama de la interconexión era complejo y las velocidades de transferencia de datos eran lentas. Gracias a más de 25 años de mejoras y cambios constantes, el USB y el Foro de Implementadores del USB (USB-IF) han creado capacidades de interconexión que van más allá de lo que se creía posible en un principio, con velocidades de datos y transferencia de energía cada vez mayores. Sin embargo, con estas continuas mejoras han surgido nuevas normas, actualizaciones de las existentes y una variedad de convenciones de nombres. Por ello, tratar de estar al día con las últimas normas USB puede ser una tarea que se enfrenta a la confusión y la contradicción. Este artículo pretende ofrecer una historia detallada de los estándares USB, al tiempo que aclara las últimas convenciones de denominación de USB.

Interconexión antes del USB

Como se ha mencionado anteriormente, el panorama anterior a USB era uno en el que las velocidades de transferencia de datos lentas eran la norma, a menudo oscilando entre 100 kilobytes (kB) por segundo para el paralelo y 450 kilobits (kb) por segundo para el serial. Los fabricantes de ordenadores no sólo utilizaban puertos serie y paralelos, sino que también había una gran variedad de enchufes, conectores y cables propietarios que a menudo requerían controladores y tarjetas dedicadas. Además, el intercambio o la conexión en caliente estaban limitados, por lo que era necesario apagar el hardware antes de conectar cualquier dispositivo y volver a encenderlo.

La USB-IF comenzó a desarrollar el estándar USB en 1994 con varias versiones previas (USB 0.8 y 0.9) que se anunciaron, pero nunca estuvieron disponibles comercialmente. En 1995, el USB 0.99 cerró la lista de estándares pre-lanzados y, de nuevo, no estuvo disponible comercialmente.

USB 1.0 y 1.1

El USB 1.0 fue el primer gran lanzamiento de los estándares USB en 1996, ofreciendo velocidades de transferencia de datos de 1.5 megabits por segundo (Mbps) a baja velocidad y 12 Mbps a máxima velocidad. Aunque el USB 1.0 ofrecía la comodidad del intercambio en caliente y la autoconfiguración, no se adoptó de forma generalizada como primera versión comercial de USB.

Dos años después, en 1998, se introdujo el USB 1.1. Aunque igualaba la capacidad de transferencia de datos del USB 1.0, también podía funcionar a velocidades más lentas para dispositivos de menor ancho de banda. Con la marca Full Speed, el USB 1.1 fue adoptado por el iMac G3 de Apple, que dejó de utilizar los puertos serie y paralelo. Esto allanó el camino para una adopción más amplia de los estándares USB en el futuro. Los USB 1.0 y 1.1 también especificaron el uso de estándares de conectores físicos USB, Tipo A y Tipo B.

Figura 1: Estándares de los conectores USB tipo A y tipo B. (Fuente de la imagen: Same Sky)

USB 2.0

El comienzo del siglo ^XXI trajo consigo una creciente necesidad de mayores velocidades de transferencia de datos debido a la creciente aceptación de los PC y sus diversos periféricos. Por ello, el USB 2.0 llegó al mercado en abril de 2000. Este estándar venía con una capacidad de transferencia de datos de 480 Mbps, pero las limitaciones del bus la redujeron a 280 Mbps. El USB 2.0 recibió la marca de alta velocidad y era compatible con los estándares anteriores y sus velocidades de 1.5 o 12 Mbps. En ese momento, el uso de USB como fuente de alimentación empezó a ser una práctica más común, y los estándares eléctricos ofrecían hasta 500 mA de potencia a 5 V.

El USB 2.0 también introdujo el USB On-the-Go, que ofrecía la posibilidad de que dos dispositivos interactuaran sin necesidad de un host USB independiente. Hasta ahora, las conexiones USB se realizaban siempre entre un host (un ordenador) y un periférico (un ratón, un teclado, un aparato de música, etc.).

En cuanto a los estándares de los conectores físicos, el USB 2.0 es compatible con los conectores USB Tipo A, B y C, así como con los Mini y Micro A y B. Sin embargo, los conectores físicos de Micro A y B y Tipo C se introdujeron muchos años después, en 2007 y 2014, respectivamente.

USB 3.0

A partir del USB 3.0, los estándares USB han pasado por varias iteraciones y cambios en sus convenciones de nomenclatura. Para limitar la confusión, nos referiremos a las normas por su nombre original antes de aclarar las últimas convenciones de nomenclatura con más detalle.

Lanzado en 2008, el USB 3.0 soportaba una transferencia de datos de hasta 5 gigabits por segundo (Gbps), pero alcanzaba velocidades más cercanas a los 3 Gbps. Denominado SuperSpeedUSB, el USB 3.0 duplicó las cuatro líneas de conexión del hardware USB 2.0 a ocho y permitió la transferencia bidireccional de datos, sin dejar de ser compatible con el USB 2.0. El estándar también aumentó la capacidad de alimentación a 900 mA a 5 V. También es importante señalar que el hardware específico de USB 3.0, como los conectores USB 3.0 tipo A y B, se colorean de azul para indicar su compatibilidad.

Con la introducción de las convenciones de denominación del USB 3.2, el USB 3.0 se conoce ahora como USB 3.2 Gen 1.

USB 3.1

Idéntico al USB 3.0, el USB 3.1 fue un estándar provisional publicado en 2013 que simplemente duplicaba la velocidad de datos hasta los 10 Gbps. Se le dio la marca SuperSpeed+ y en un momento dado tuvo una convención de nombres de dos niveles: USB 3.1 Gen 1 (USB 3.0) y USB 3.1 Gen 2. De nuevo, con la introducción de las convenciones de denominación de USB 3.2, el USB 3.1 Gen 2 se denomina ahora USB 3.2 Gen 2.

USB 3.2

Introducido en septiembre de 2017, el estándar USB 3.2 sustituyó las convenciones de nomenclatura de los estándares USB 3.0 y 3.1, al tiempo que añadió un tercer nivel de capacidad de datos de hasta 20 Gbps. Etiquetado como USB 3.2 Gen 2x2, este estándar utiliza plenamente los canales de transferencia de datos de doble carril del conector USB Type-C®, que puede transmitir 10 Gbps en cada dirección a través de dos pares de cables. También es habitual ver los dos niveles inferiores del estándar USB 3.2 catalogados como USB 3.2 Gen 1x1 o USB 3.2 Gen 2x1, lo que simplemente proporciona un contexto añadido al número de líneas de datos utilizadas.

Para mayor claridad, la USB-IF ha proporcionado una marca actualizada para cada nivel que consiste en la conocida marca SuperSpeed USB seguida del límite de transferencia de datos. Como se muestra en la Tabla 1, estos nombres alternativos son los siguientes SuperSpeed USB 5 Gbps, SuperSpeed USB 10 Gbps y SuperSpeed USB 20 Gbps.

Tabla 1: Convenciones de nomenclatura de USB 3.2 definidas. (Fuente de la imagen: Same Sky)

USB 4.0

Basado en el protocolo Thunderbolt 3, el USB 4.0 se lanzó en agosto de 2019 con una transferencia de datos de hasta 40 Gbps y un método de transferencia de video dedicado. El estándar Power Delivery 3.1 también aumentó la capacidad de potencia de USB hasta 240 W. Aunque técnicamente, los estándares Power Delivery y USB 4.0 son independientes, se desarrollaron en paralelo y suelen encontrarse juntos. Ambos estándares recientes solo se aprovechan plenamente a través de las capacidades de hardware del conector físico USB Type-C.

La USB-IF también ha perfeccionado las convenciones de nomenclatura de USB 4.0, cambiándolas a USB4 con los siguientes dos niveles:

• USB4 20 Gbps (la velocidad de los datos coincide con su denominación)
• USB4 40 Gbps (la velocidad de los datos coincide con su denominación)

Cada uno de los niveles de USB4 y USB 3.2 mencionados anteriormente tiene un nuevo logotipo asociado para su uso en los productos con la esperanza de aclarar cualquier confusión del consumidor en el mercado. Sin embargo, la variedad de nombres de las normas USB ha planteado varios problemas, ya que los dispositivos siguen refiriéndose a menudo al antiguo esquema de nomenclatura.

Tabla 2: Convenciones actuales de nomenclatura USB y logotipos asociados (Fuente de la imagen: Same Sky)

El futuro del USB

Esperemos que este artículo haya servido para aclarar algunas de las confusiones que rodean a los estándares USB, a la vez que ha proporcionado una visión de la historia en rápida evolución de sus capacidades y funcionalidades en constante mejora. Puede ser fácil dar por sentado esta forma pequeña, rentable y fácil de conectar periféricos que se encuentran en los teléfonos inteligentes, los dispositivos móviles e incluso las aplicaciones industriales. Los conectores USB que se utilizan únicamente para la carga (USB Type C diseñado para aplicaciones sólo de alimentación) sin ninguna transferencia de datos se están convirtiendo incluso en una práctica común. Parece seguro decir que el USB seguirá encontrando nuevos usos y capacidades en el futuro y Same Sky tiene a los ingenieros cubiertos con una gama de conectores USB y cables USB en varios factores de forma diseñados para cumplir con múltiples estándares USB.