Статьи
USB Type-C: универсальный разъем для всего

USB Type-C: универсальный разъем для всего


USB_Type-C_Intro_671-2

Первая версия шины Universal Serial Bus (USB) была представлена в 1995 году. Именно USB стал наиболее успешным интерфейсом за всю историю вычислительных систем. Десятки миллиардов устройств связываются между собой посредством USB, потому важность данного канала передачи данных сложно переоценить. Похоже, с появлением разъема USB Type-C, наше представление о возможностях и роли универсальной шины может кардинально измениться. Прежде чем говорить о перспективах, давайте посмотрим, что же предлагает универсальный коннектор нового формата.

Преимущества и недостатки интерфейсного разъема нового формата уже некоторое время обсуждается в сети. Спецификация USB Type-C была окончательно утверждена еще в конце лета прошлого года, однако тема универсального разъема вызвала активный интерес после недавнего анонса ноутбка Apple MacBook, а также новой версии Chromebook Pixel, оснащенных USB Type-C.

Конструкция. Удобное подключение

Коннектор USB Type-C немного крупнее привычного USB 2.0 Micro-B, однако заметно компактнее сдвоенного USB 3.0 Micro-B, не говоря уже о классическом USB Type-A.

Габариты разъема (8,34×2,56 мм) позволяют без особых сложностей использовать его для устройств любого класса, включая смартфоны/планшеты с минимально разумной толщиной корпуса.

USB_Type-C_Machanical3

Конструктивно разъем имеет овальную форму. Сигнальные и силовые выводы размещены на пластиковой стойке в центральной части. Контактная группа USB Type-C включает 24 вывода. Это гораздо больше, чем у разъемов USB предыдущего поколения. На нужды USB 1.0/2.0 выделялось всего 4 контакта, а разъемы USB 3.0 имеют 9 выводов.

USB_Type-C_2

Первая очевидная выгода USB Type-C – симметричный разъем, позволяющий не задумываться над тем, какой стороной подсоединить штекер к розетке. Извечная проблема устройств с USB-коннекторами любого формата теперь наконец-то решена. При этом решение задачи достигается не банальным дублированием всех контактных групп. Здесь используется определенная логика автоматического согласования и коммутации.

USB20Type-C20pin20assign

Еще один приятный момент – с обеих сторон интерфейсного кабеля располагаются идентичные разъемы. Потому, используя USB Type-C, не нужно выбирать, какой стороной проводника подсоединять ведущее и ведомое устройства.

USB_Type-C_Connect

Внешняя оболочка коннектора не имеет никаких отверстий или вырезов. Для его фиксации в разъеме используются внутренние боковые защелки. Штекер должен достаточно надежно удерживаться в разъеме. Люфтов, подобных тем, что можно было наблюдать у USB 3.0 Micro-B, здесь быть не должно.

USB_Type-C_Machanical2

Многих наверняка волнует физическая надежность нового коннектора. Согласно заявленным характеристикам, механический ресурс разъема USB Type-C составляет порядка 10 000 подключений. Точно такой же показатель характерен и для порта USB 2.0 Micro-B.

Отдельно отметим, что USB Type-C не является интерфейсом передачи данных. Это тип разъема, позволяющий связать воедино различные сигнальные и силовые линии. Как видим, коннектор элегантен с инженерной точки зрения, а главное – должен быть удобен в использовании.

Скорость передачи данных. 10 Гб/c не для всех?

Одно из преимуществ USB Type-C – возможность использования для передачи данных интерфейса USB 3.1, сулящего повышение пропускной способности до 10 Гб/с. Однако, USB Type-C и USB 3.1 – это не равнозначные термины и точно не синонимы. В формате USB Type-C могут быть реализованы возможности как USB 3.1, так и USB 3.0 и даже USB 2.0. Поддержку той или иной спецификации определяет интегрированный контроллер. Конечно, с большей вероятностью порты USB Type-C будут появляться на устройствах, поддерживающих высокую скорость передачи данных, но это не догма.

Напомним, что даже при реализации возможностей USB 3.1 возможны отличия в максимальной скорости передачи данных. Для USB 3.1 Gen 1 – это 5 Гб/с, USB 3.1 Gen 2 – 10 Гб/с. Кстати, представленные Apple Macbook и Chromebook Pixel имеют порты USB Type-C с пропускной способностью 5 Гб/с. Ну, а наглядным примером того, что новый интерфейсный разъем очень вариативен, является планшет Nokia N1. Он также оснащен коннектором USB Type-C, но его возможности ограничены USB 2.0 с пропускной способностью 480 Мб/c.

Nokia_N1_1

Обозначение «USB 3.1 Gen 1» можно назвать своеобразной маркетинговой уловкой. Номинально подобный порт имеет возможности идентичные таковым для USB 3.0. Более того, для данной версии «USB 3.1» могут использоваться те же контроллеры, что и для реализации шины предыдущего поколения. На начальном этапе такой прием наверняка активно будут применять производители, выпуская новые устройства с USB Type-C  для которых не нужна максимальная  пропускная способность. Предлагая устройство с коннектором нового типа, многим захочется представить его в выгодном свете, заявив о наличии не только нового коннектора, но и поддержке USB 3.1, пусть даже и условной.

Важно понимать, что номинально порт USB Type-C может использоваться для максимально производительного подключения на скоростях до 10 Гб/c, но, чтобы получить такую пропускную способность, ее должны обеспечивать подключаемые устройства. Наличие USB Type-C  не является показателем реальных скоростных возможностей порта. Их стоит предварительно уточнять в спецификациях конкретных продуктов.

USB_Type-C_cable_lenght

Некоторые ограничения также имеют кабели для подсоединения устройств. При использовании интерфейса USB 3.1, для передачи данных без потерь на скоростях до 10 Гб/c (Gen 2) длина кабеля c разъемами USB Type-C не должна превышать 1 метр, для соединения на скорости до 5 Гб/c (Gen 1) – 2 метра.

Передача энергии. Агрегат на 100 Вт

Еще одна важная особенность, которую привносит USB Type-C – возможность передачи энергии мощностью до 100 Вт. Этого хватит не только для  питания/зарядки мобильных устройств, но и для беспроблемной работы ноутбуков, мониторов или, например, «больших» внешних накопителей формата 3,5”.

При изначальной разработке шины USB, передача энергии была второстепенной функцией. Порт USB 1.0 обеспечивал всего 0,75 Вт (0,15 А, 5 В). Достаточно для работы мышки/клавиатуры, но не более того. Для USB 2.0 номинальная сила тока была увеличена до 0,5 А, что позволило получить уже 2,5 Вт. Этого зачастую хватало для питания, например, внешних жестких дисков формата 2,5”. Для USB 3.0 номинально предусмотрена сила тока в 0,9 А, что при неизменном напряжении питания в 5В уже гарантирует мощность в 4,5 Вт. Специальные усиленные разъемы на материнских платах или ноутбуках способны были выдавать до 1,5 А для ускорения зарядки подключенных мобильных устройств, но это все еще 7,5 Вт. На фоне этих цифр возможность передачи 100 Вт выглядит чем-то фантастическим.  Однако, чтобы порт USB Type-C наполнился необходимыми мощностями, нужна поддержка спецификации USB Power Delivery 2.0 (USB PD). Если таковой нет, порт USB Type-C штатно сможет выдать на гора 7,5 Вт (1,5 А, 5 В) или 15 Вт (3А, 5 В) в зависимости от конфигурации.

USB_Type-C_Power

Чтобы упорядочить энергетические возможности портов с USB PD, была разработана система силовых профилей, предусматривающих возможные комбинации напряжений и токов. Соответствие  Profile 1 гарантирует возможность передачи 10 Вт энергии, Profile 2 – 18 Вт, Profile 3 – 36 Вт, Profile 4 – 60 Вт, Profile 5 – 100 Вт. Порт, соответствующий профилю более высокого уровня, поддерживает все состояния предыдущих по нисходящей. В качестве опорных напряжений выбраны 5В, 12В и 20В. Использование 5В необходимо для совместимости с огромным парком имеющейся USB-периферии. 12В – стандартное напряжение питания различных компонентов систем. 20В предложено с учетом того, что для зарядки аккумуляторов большинства ноутбуков используются внешние БП на 19–20В.

Конечно, хорошо, когда устройство оснащено USB Type-C, поддерживающим максимальный энергетический профиль USB PD. Именно такой разъем позволяет передавать до 100 Вт энергии. Очевидно, что порты с подобным потенциалом могут появиться на некоторых мощных ноутбуках, специальных док-станциях или материнских платах, где для нужд USB Type-C будут выделены отдельные фазы внутреннего блока питания. Речь о том, что требуемую мощность необходимо как-то сгенерировать и подвести к контактам USB Type-C. Да и для передачи энергии такой мощности потребуются активные кабели.

USB_Type-C_100W

Здесь важно понимать, что не любой порт нового формата сможет обеспечить заявленную мощность в 100 Вт. Потенциальная возможность для этого есть, однако данный вопрос обязательно должен быть решен производителем на уровне схемотехники. Также не стоит питать иллюзий на счет того, что вышеуказанные 100 Вт можно будет получить, скажем, от блока питания размером со спичечную коробку и теперь зарядкой от смартфона можно будет запитать свой игровой ноутбук и подключенный к нему 27-дюймовый монитор. Все же закон сохранения энергии продолжает работать, а потому внешний БП на 100 Вт  с портом USB Type-C будет представлять собой все такой же увесистый брусок, как и ранее. В целом же сама возможность передачи энергии такой мощности с помощью универсального компактного разъема – это, конечно же, плюс. Как минимум, прекрасная возможность избавиться от разнобоя оригинальный силовых коннекторов, которыми особо часто грешат производители ноутбуков.

Еще одна полезная особенность  USB Type-C – возможность смены направления передачи энергии. Если позволяет схемотехника устройств, потребитель может, например, на время стать источником заряда. Причем для обратного энергетического обмена не понадобится даже переподключение разъемов.

Альтернативный режим. Не USB единым

Порт USB Type-C изначально разрабатывался в качестве универсально решения. Помимо непосредственной передачи данных по USB, он может также использоваться в альтернативном режиме (Alternate Mode) для реализации сторонних интерфейсов. Такую гибкость USB Type-C использовала ассоциация VESA, внедрив возможность передачи видеопотока посредством DisplayPort Alt Mode.

USB_Type-C_Display_Port1

USB Type-C располагает четырьмя высокоскоростными линиями (парами) Super Speed USB. Если две из них выделяются на нужды DisplayPort, этого достаточно для получения картинки с разрешением 4 K (3840×2160). При этом не страдает скорость передачи данных по USB. На пике это все те же 10 Гб/с (для USB 3.1 Gen2). Также передача видеопотока никак не влияет на энергетические способности порта. На нужды DisplayPort может быть выделено даже скоростных 4 линии. В этом случае будет доступны режимы вплоть до 5K (5120×2880). В таком режиме остаются не задействованы линии USB 2.0, потому USB Type-C все еще сможет параллельно передавать данные, хотя уже с ограниченной скоростью.

Slide 1

В альтернативном режиме для передачи аудиопотока используются контакты SBU1/SBU2, которые преобразуются в каналы AUX+/AUX-. Для протокола USB они не задействуются, потому здесь тоже никаких дополнительных функциональных потерь.

При использовании интерфейса DisplayPort, коннектор USB Type-C по-прежнему можно подключать любой стороной. Необходимое сигнальное согласование предусмотрено изначально.

USB_Type-C_Display_Port_to_HDMI

Подключение устройств с помощью HDMI, DVI и даже D-Sub (VGA) также возможно, но для этого понадобятся отдельные переходники, однако это должны быть активные адаптеры, так как для DisplayPort Alt Mode, не поддерживается режим Dual-Mode Display Port (DP++).

Альтернативный режим USB Type-C может быть использован отнюдь не только для протокола DisplayPort. Возможно, вскоре мы узнаем о том, что данный порт научился, например, передавать данные с помощью PCI Express или Ethernet.

Совместимость. Трудности «переходникового» периода

Если говорить о совместимости  USB Type-C с устройствами, оснащенными портами USB предыдущего поколения, то, подключить их напрямую не представляется возможным из-за принципиальных отличий конструкции коннекторов. Для этого понадобится воспользоваться переходниками. Их ассортимент обещает быть очень широким. Конечно, речь не только о конвертации USB Type-C на формат других типов USB. Переходники для вывода изображения на экраны с традиционными портами DisplayPort, HDMI, DVI и VGA также будут доступны.

USB_Type-C_Compatibility1

Apple одновременно с анонсом нового MacBook предложила несколько вариантов переходников. Одиночный USB Type-C на USB Type-A оценен в $19.

USB_Type-C_Apple_Cable

Учитывая наличие всего одного USB Type-C, владельцу MacBook наверняка не обойтись без универсального более функционального конвертора. Apple представила два таких адаптера. Один на выходе имеет сквозной порт USB Type-C, VGA и USB Type-A, второй вариант оснащен HDMI вместо VGA. Стоимость таких коробков – $79. Блок питания на 29 Вт с нативным USB Type-C завесил на $49.

Google для новой системы Chromebook Pixel предлагает одиночные переходники с USB Type-C на Type-A (вилка/розетка) ценой $13, за конвертер на DisplayPort и HDMI придется заплатить $40. Блок питания на 60 Вт оценен в $60.

USB_Type-C_Belkin_Cable

От производителей оборудования традиционно не стоит ожидать гуманных ценников на дополнительные аксессуары. Производители переходников в предвкушении спроса на свои новые продукты. Belkin уже готова отгружать километры проводников, но их стоимость также низкой не назовешь ($20–30). Компания также анонсировала, но еще не представила переходник с USB Type-C на гигабитный порт Ethernet. Стоимость пока не объявлена, есть информация лишь о том, что он будет доступен в начале лета. Забавно, но, похоже, что до этого момента, чтобы подключиться к проводной сети, понадобится сразу использовать два переходника. Вполне возможно, что кто-то окажется расторопнее Belkin, раньше предложив соответствующий адаптер.

О заметном снижении цены можно будет говорить лишь после того, как аксессуарами с USB Type-C плотно займутся куда менее известные компании из «Поднебесной».  Учитывая, какие перспективы открываются, полагаем, что за ними дело не станет.

Устройства с USB Type-C. Кто-то должен быть первым

Номинально первым устройством, оснащенным портом USB Type-C стал планшет Nokia N1. По крайней мере, именно это устройство стало предвестником того, что порты нового формата покинули лаборатории разработчиков и «идут в народ».

Nokia_N1

Любопытное устройство, но,  к сожалению, пока оно предлагается достаточно ограниченным тиражом. Планшет имеет нативный порт USB Type-C, хотя для передачи данных используется протокол USB 2.0.

USB_Type-C_Apple_MacBook

Пожалуй, наиболее знаковым продуктом, который поможет повысить популярность USB Type-C, стал недавно представленный Apple MacBook. 12-дюймовый ноутбук оснащен единственным интерфейсным разъемом, потому его владельцы так или иначе станут первопроходцами, которые будут приспосабливаться к жизни с USB Type-C.

С одной стороны Apple очевидно поддержала развитие нового стандарта, более того, инженеры компании непосредственно участвовали в разработке USB Type-C. С другой – обновленные версии Macbook Air и MacBook Pro не получили данный коннектор. Значит ли это, что в более «тяжелой» категории устройств производителя USB Type-C в ближайший год не пропишется? Спорно. Ведь наверняка Apple не сможет удержаться от обновления линейки ноутбуков после осеннего  анонса  новой мобильной платформы Intel с процессорами Skylake. Возможно, именно тогда купертинцы выделят место на интерфейсной панели для USB Type-C.

Еще более неоднозначна ситуация с планшетами и смартфонами. Будет ли Apple использовать для них USB Type-C вместо Lightning? Проприетарный разъем в плане возможностей заметно уступает новому универсальному порту, но как быть с оригинальной периферией, накопившейся у пользователей мобильных продуктов Apple c 2012 года? Ответы на эти вопросы мы узнаем с обновлением или расширением линеек iPhone/iPad.

USB_Type-C_ChromeBook_pixel

Компания Google представила второе поколение стильных ноутбуков Chromebook Pixel. Системы на Chrome OS до сих пор остаются достаточно нишевыми решениями, но качество систем Google подкупает, к тому же в этот раз они в авангарде устройств, предлагающих приобщиться к USB Type-С. Ноутбуки оснащены парой соответствующих разъемов. Однако, для подстраховки  Chromebook Pixel имеют и два классических разъема USB 3.0.

В целом, представители Google весьма воодушевлены возможностями нового разъема, рассчитывая на появление в ближайшем времени мобильных устройств на Android с разъемом USB Type-C. Бескомпромиссная поддержка крупнейшего платформодержателя – весомый аргумент для других игроков рынка.

msi-z97-typec

Производители материнских плат пока не особо торопятся добавлять порт USB Type-C для своих устройств. Недавно компания MSI представила модель MSI Z97A GAMING 6, которая оборудована таким коннектором со скоростью передачи данных до 10 Гб/c.

USB_Type-C_ASUS_controller

Компания ASUS предлагает внешний контроллер USB 3.1 с портом USB Type-C, который устанавливается на любую плату со свободным слотом PCI Express (x4).

Периферийных устройств с нативным USB Type-C пока откровенно маловато. Наверняка многие производители не торопились с анонсом, ожидая появления систем с которыми можно будет использовать продукты с USB Type-C. В целом, это типичная ситуация при внедрении очередного отраслевого стандарта.

USB_Type-C_Lacie-HDD

Сразу после анонса Apple MacBook, компания LaCie представила серию портативных внешних жестких дисков с USB Type-C.

SanDisk уже предлагает на пробу флеш-накопитель с двумя разъемами – USB 3.0 Type-A  и USB Type-C. Аналогичный продукт предлагает и менее известная Microdia.

Наверняка вскоре мы увидим значительное расширение ассортимента устройств с USB Type-C. Маховик перемен медленно, но верно будет раскручиваться.  Поддержка «больших» компаний способна повлиять на ситуацию и ускорить этот процесс.

Итоги

Необходимость в универсальном компактном разъеме, который можно было бы использовать для передачи данных, видео-аудиопотоков и электроэнергии, назрела уже довольно давно. Учитывая обоюдный интерес, как со стороны пользователей, так и производителей оборудования, есть все предпосылки для того, чтобы USB Type-С «выстрелил».

Компактные размеры, простота и удобство подключения наряду с широкими возможностями сулят коннектору перспективы повторить успех своего предшественника. Привычный порт USB несколько раз модернизировался, однако пришло время кардинальных изменений. 10 Гб/c с возможностью дальнейшего масштабирования, передача энергии мощностью до 100 Вт и картинка с разрешением до 5К. Неплохо для старта?  Еще один аргумент в копилку USB Type-C – открытый стандарт, не требующий от производителей лицензионных отчислений. Предстоит еще большая работа, но впереди виден результат, ради которого стоит пройти этот путь.


Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: