USBefuddled : démêler le nid de rat de l'USB

Pour plus d'aide avec les câbles, consultez le nouveau livre de Glenn Fleishman, Take Control of Untangling Connections. Il répond aux questions courantes et aide à résoudre les problèmes. Vous apprendrez à reconnaître les ports, à identifier les câbles que vous possédez et à acheter le meilleur câble pour USB, Thunderbolt, Ethernet, DisplayPort, HDMI et audio selon la méthode la plus rapide, la meilleure ou la plus fidèle disponible.

C'est USB pour être facile. Pardonnez le jeu de mots, mais vous savez ce que je veux dire. USB signifiait autrefois un type de connecteur pour un ordinateur : Type-A, qui était plat, rectangulaire et avait une orientation correcte. Un périphérique avait soit un cordon directement câblé, soit un port USB de type B : en bloc, presque carré et avec une seule orientation correcte également.

En cours de route, cependant, nous en avons accumulé d'autres : Mini-B, un trapèze épais utilisé par les calculatrices graphiques Texas Instruments, les premiers Kindle d'Amazon et d'autres appareils ; et Micro-B, un trapèze mince qui est devenu la forme de charge de facto pour les appareils mobiles, les écouteurs et autres matériels alimentés par batterie. Des connecteurs plus obscurs sont également apparus, comme le micro-B USB 3.0 large et de forme étrange, que l'on voit le plus souvent sur les disques durs externes.

L'évolution vers les connecteurs USB-C juste après la sortie de la norme USB 3.1 promettait la simplicité. Au lieu du périphérique hôte de type A et du périphérique de type B, Mini-B, Micro-B et autres, un seul connecteur fonctionne aux deux extrémités d'une connexion et transporte à la fois l'alimentation et les données. L'alimentation peut circuler dans les deux sens avec le même câble : un ordinateur chargeant une batterie ou un téléphone ; une batterie chargeant un ordinateur. Il est également réversible sur son axe longitudinal, il est donc impossible de l'insérer dans le mauvais sens.

L'USB-C était censé être le dernier câble dont vous auriez besoin. Cela n'a pas fonctionné de cette façon.

Le côté matériel fonctionne à merveille : une prise USB-C s'insère dans n'importe quelle prise USB-C. Mais peut-être que l'USB Implementers Forum (USB-IF), le groupe qui gère le développement de la norme USB, n'a pas pleinement réfléchi à la complexité de ce qui doit passer par le câblage USB et à la manière de le communiquer efficacement : alimentation et vidéo associée à plusieurs normes différentes pour les données.

Le problème est que l'USB-C est devenu un connecteur à des fins distinctes et que jeter un coup d'œil sur un port ou un câble vous en dit rarement assez pour savoir ce qui se passera lorsque vous branchez le câble. Le connecteur USB-C est pris en charge (mais pas obligatoire) par USB 3.1 et 3.2 et requis par USB 4 (et Thunderbolt 3 et 4), même si jusqu'à la version 4 de chaque spécification, il s'agissait de normes distinctes qui s'entremêlaient.

Brancher un câble USB-C peut soulever toutes sortes de questions. Obtiendrez-vous la vitesse maximale entre deux appareils ? Obtiendrez-vous la puissance dont vous avez besoin pour alimenter un ordinateur ou recharger une batterie USB ? Rien ne se passera-t-il du tout, sans aucune idée de pourquoi? Il n'y a souvent aucun moyen de savoir, même si l'emballage du câble abandonné depuis longtemps contenait en fait toutes ces réponses, car vous devez également connaître les ports aux deux extrémités.

Une grande partie de la confusion à laquelle nous sommes tous confrontés provient du fait que toute l'action se déroule au plus profond des entrailles d'un ordinateur, d'un appareil mobile ou d'un périphérique. Quelles que soient les capacités de données ou d'alimentation qu'un port USB-C peut offrir via un câble à un autre appareil, cela dépend du contrôleur hôte ou périphérique, d'un ensemble de puces et de circuits de gestion de l'alimentation mettant en œuvre USB, Thunderbolt et d'autres normes matérielles. Un contrôleur peut aller d'un module autonome ajouté à une carte mère à une intégration profonde dans un système sur puce comme le M1 d'Apple.

Le câble est le médiateur externe entre deux appareils ; il ne sait que transporter des données, pas les coder ou les décoder. Les extrémités du câble informent les appareils à chaque extrémité des types de données qu'il peut transporter d'une extrémité à l'autre. Cela repose sur une petite puce intégrée à chaque prise USB-C. (De nombreux autres types de prises, telles que USB 3.1 Type-A et Lightning, contiennent également des puces, ce qui est l'une des raisons pour lesquelles les câbles sont plus chers qu'auparavant.) Les contrôleurs peuvent transférer différentes normes sur la même "ligne", et ils compter sur des câbles pour les aider à négocier la meilleure méthode commune pour se parler.

Le problème est que nous ne connaissons souvent pas l'ensemble de protocoles parlés par chaque appareil et, même si nous le savons, nous pouvons ne pas savoir si le câble les laissera parler au rythme le plus rapide - ou dans de rares cas, pas du tout. Par exemple, Apple livre toujours ce qu'il appelle un câble de charge USB-C, conçu aux débuts de l'USB-C, avec plusieurs modèles de ses ordinateurs portables. Il est entièrement compatible avec la spécification USB-C et peut supporter une puissance allant jusqu'à 100 watts, mais il ne prend pas en charge la vidéo et transmet les données à seulement 480 Mbps (USB 2.0) ! Un câble Thunderbolt 3 d'Apple peut transporter la même puissance maximale, plus la vidéo et 40 Gbps de données pour Thunderbolt 3 et 10 Gbps pour USB 3.1.

Ce que nous voulons, c'est regarder un port et un câble et savoir ce qu'ils font. Cela ne devrait pas être si difficile, mais c'est apparemment le cas, à en juger par un graphique publié fin septembre 2021 par l'USB-IF montrant un nouvel étiquetage pour les normes de câblage d'alimentation. Ce tableau simple en révélait beaucoup trop sur la profusion de confusion que l'organisation aurait pu prévoir, ainsi que sur les défis passés et présents.

Bonté gracieuse. Laissez-moi vous aider à résoudre la confusion de l'USB-C : comment nous en sommes arrivés là, où nous en sommes et à quoi s'attendre à l'avenir.

USB Type-C, presque universellement appelé USB-C en abrégé, a tenté de résoudre plusieurs problèmes qui affligent les connexions matérielles USB pendant des décennies, alors que la norme de données USB progressait joyeusement de 1,5 Mbps et 12 Mbps (1.0 et 1.1) à 480 Mbps (2.0 ) dans un sens (moins dans l'autre) au transfert de données symétrique à 5 Gbit/s (3.0).

Comme vous pouvez le voir dans le tableau ci-dessous, via Wikipedia, tous les connecteurs antérieurs à l'USB-C présentaient des limitations importantes concernant ce que pourrait être le connecteur à l'autre extrémité. Type-A était la correspondance la plus proche, mais notez l'étiquette "Propriétaire, dangereux" de Wikipedia pour un câble USB Type-A vers Type-A, défini comme "non interopérable avec un équipement compatible USB-IF et pouvant endommager les deux appareils lorsqu'il est branché dans."

Un câble ou un adaptateur avec Type-A à une extrémité peut avoir l'un des quatre autres types de connecteurs à l'autre extrémité avant USB-C, mais vous ne pouvez pas avoir un câble Type-A vers Type-A. En revanche, l'USB-C fonctionne aux deux extrémités d'une connexion et prend en charge cinq autres types de prises : Type-A et les quatre connecteurs de type B.

L'USB-IF a introduit l'USB 3.1 pour la première fois en 2013, qui a fait passer le débit maximal de 5 Gbit/s à 10 Gbit/s par rapport au Type-A, et a ouvert la voie à l'introduction en 2014 du connecteur USB-C. Le type de connecteur a été introduit pour la première fois dans un ensemble limité d'appareils en 2015, y compris le MacBook 12 pouces désormais abandonné, qui arborait uniquement un contrôleur USB 3.1 et nécessitait un adaptateur vidéo USB 3.1 pour connecter un écran externe.

Il est préférable de préfacer ce qui vient ensuite avec ces mots concis et sages de Wikipedia : "Le connecteur Type-C est commun à plusieurs technologies tout en n'en imposant que quelques-unes."

Un connecteur USB-C ne fonctionnait initialement qu'avec l'USB 3.1, disponible dans les versions Gen 1 et Gen 2, connues respectivement sous le nom de SuperSpeed ​​(5 Gbps) et SuperSpeed ​​+ (10 Gbps). La norme 3.1 est apparue peu de temps avant l'USB-C, et ses débits de 5 Gbit/s et 10 Gbit/s ne nécessitaient pas l'USB-C : ils fonctionnent sur Type-A, Type-B et Micro-B, ainsi que sur USB-C.

En 2017, l'USB-IF a publié une spécification 3.2 qui, avec un contrôleur USB 3.2 dans un ordinateur ou un appareil mobile, permet 10 Gbit/s sur USB-C et les connecteurs antérieurs, et 20 Gbit/s uniquement sur USB-C. Abandonnant certaines des conventions de dénomination antérieures, le groupe commercial a suggéré des noms accrocheurs tels que "SuperSpeed ​​USB 5Gbps", "SuperSpeed ​​USB 10Gbps" et "SuperSpeed ​​USB 20 Gbps".

Les directives d'utilisation de la langue du groupe notent (utilement ?), "L'USB 3.2 n'est pas USB Type-C, USB Standard-A, Micro-USB ou tout autre câble ou connecteur USB."

Mais attendez, ça empire vite.

Thunderbolt était également de la partie. Apple a adopté la norme Thunderbolt d'Intel très tôt en tant que successeur de FireWire, mais les deux premières versions de Thunderbolt n'ont jamais été largement adoptées. Les raisons de cette faible performance incluent l'USB étant beaucoup plus répandu, l'USB 3.0 prenant en charge 5 Gbps assez tôt, et Apple restant le seul fabricant d'ordinateurs monolithique qui n'a pas couru vers le bas en matière de prix et de banalisation. L'achat de cartes de bus à plus haut débit ou de configurations particulières de PC ou d'ordinateur serveur prenant en charge Thunderbolt peut avoir du sens pour des utilisateurs ou des segments de marché spécifiques, mais pas pour l'industrie non Mac dans son ensemble.

Mais Intel a fait un geste clé, probablement en coopération avec Apple : en plus de doubler le débit de données à 40 Gbit/s, Thunderbolt 3 arborerait une connexion USB-C, en s'appuyant sur quelque chose que le groupe commercial USB-IF appelle le mode alternatif. Au lieu de transporter des données USB 3.1 ou 3.2 via USB-C, le mode alternatif permet l'encapsulation d'autres normes. C'est une sorte de deuxième langage pour l'USB : un contrôleur USB 3 passant Thunderbolt 3 en mode alternatif peut parler à un contrôleur Thunderbolt 3 natif à l'aide d'un câble compatible Thunderbolt 3. Ils n'ont même pas besoin de savoir qu'ils parlent des langues différentes. (Les contrôleurs Thunderbolt 3 d'Intel ont également une rétrocompatibilité avec USB 3 et les versions antérieures, en utilisant une approche similaire, mais un câble Thunderbolt 3 reste une exigence.)

Il existe un mode alternatif pour DisplayPort et un pour HDMI pour transmettre la vidéo : c'est ainsi que le MacBook 12 pouces pourrait transmettre la vidéo via USB-C. Un autre PCI Express activé pour le transfert de données à grande vitesse, permettant des GPU externes pour les ordinateurs qui le prennent en charge, et un dernier fourni pour Thunderbolt 3.

Une dernière chose : l'USB-IF a publié l'USB 4 en 2019 et Intel a publié le Thunderbolt 4 en 2020. L'USB 4 offre une implémentation facultative de Thunderbolt 3 dans la spécification USB, tandis que Thunderbolt 4 a une exigence obligatoire pour la prise en charge USB via USB 4. Un appareil qui prend explicitement en charge USB 4/Thunderbolt 4, comme les modèles de MacBook Pro M1 Pro et M1 Max 14 pouces et 16 pouces d'Apple, peut gérer toutes les saveurs de Thunderbolt et toutes les saveurs d'USB avec presque tous les câbles et adaptateurs existants. (La prise en charge USB 4 pour Thunderbolt 3 est facultative pour les contrôleurs hôtes, mais obligatoire pour les concentrateurs USB 4, juste pour rendre les choses un peu plus confuses. Cependant, je suppose que les principaux fabricants d'ordinateurs et d'appareils incluent soit USB 4/Thunderbolt 3 ou USB 4/ Thunderbolt 4 pour la compatibilité.)

Thunderbolt 4 nécessite également tous les contrôleurs certifiés pour permettre aux concentrateurs Thunderbolt d'ajouter des ports USB-C prenant en charge jusqu'à 40 Gbit/s, des écrans externes, etc. via n'importe quel port Thunderbolt sur un ordinateur. Avec Thunderbolt 3, les hubs étaient facultatifs, et certains systèmes d'exploitation et ordinateurs les ont finalement autorisés. Vous pouvez brancher un concentrateur Thunderbolt sur un appareil qui le prend en charge à l'aide de Thunderbolt 3 (Apple l'a ajouté dans macOS 11.1 Big Sur pour tous les Mac Intel et M1) ou Thunderbolt 4. Thunderbolt 4 permet également des résolutions d'affichage supérieures à 8K.

USB 4 nécessite USB-C pour toutes les connexions et un débit de données minimum de 20 Gbps, bien qu'il puisse également prendre en charge les 40 Gbps complets de Thunderbolt 3 et 4.

La longueur du câble joue également un rôle. Les câbles Thunderbolt 3 et 4 sont disponibles en variétés passives et actives : les câbles passifs peuvent transporter 40 Gbps uniquement jusqu'à 0,5 mètre et 20 Gbps jusqu'à 2 mètres ; les câbles actifs peuvent transporter 40 Gbps jusqu'à 2 mètres maximum. Les câbles USB 3 et 4 peuvent transporter 10 Gbps jusqu'à 2 mètres et 20 Gbps jusqu'à 1 mètre, mais la saveur 40 Gbps ne fonctionne qu'avec des câbles ne dépassant pas 0,8 mètre.

(Ne vous inquiétez pas trop de ces longueurs de câble, sauf si vous avez besoin du débit maximal. Il est normal qu'un contrôleur USB 4/Thunderbolt 4 communique à des vitesses inférieures à 20 Gbps ou 40 Gbps avec des câbles trop longs ou non conçus pour ces vitesses : ces normes de la version 4 sont rétrocompatibles avec USB 2.0 et Thunderbolt 1.)

USB 4 rend également obligatoire la prise en charge de Power Delivery. Comme l'ont noté sèchement les directives USB 3.2, "l'USB 3.2 n'est pas une alimentation USB ou une charge de batterie USB". Livraison de puissance ? Batterie en charge? Ce sont deux autres normes USB qui ont amené l'USB-IF à arriver au tableau d'étiquetage qui a introduit cet article.

L'alimentation par USB remonte à ses débuts, mais la puissance a généralement été limitée sans l'implication de contrôleurs et de protocoles propriétaires. L'USB-C a marqué la première disponibilité à grande échelle de câbles haute puissance fonctionnant de manière interopérable sur de nombreux appareils. La norme qui permet cela s'appelle Power Delivery.

Les câbles USB-C prenant en charge Power Delivery 2.0 et 3.0 sont censés être capables de transmettre au moins 60 watts (3 ampères à 20 volts) mais peuvent éventuellement être conçus pour 100 watts (5A à 20V). Les ports USB-C sur les hôtes et les périphériques peuvent être conçus pour consommer beaucoup moins, aussi peu que 7,5 W (1,5 A à 5 V) ou 15 W (3 A à 5 V). Power Delivery 3.1 a ajouté des tensions plus élevées aux côtés de 5A, permettant jusqu'à 240W (5A à 48V). Un câble de 240 W nécessite un nouveau type de câble à plage de puissance étendue (EPR).

Malgré l'exigence de câble, vous pouvez voir des câbles à vendre qui semblent ne promettre que jusqu'à 15W. Il peut s'agir de câbles de 60 W vendus avec des appareils qui consomment 15 W, comme le chargeur Belkin USB-C, ou ils peuvent simplement ne pas être conformes.

Power Delivery 3.1 permet également une charge rapide, quelque chose qui n'a pas encore de marque ou d'étiquette particulière. Des versions propriétaires existent, dont celle qu'Apple a ajoutée aux derniers modèles de MacBook Pro. La charge rapide nécessite le chargeur 96 W pour un MacBook Pro 14 pouces ou le chargeur 140 W fourni avec tous les modèles MacBook Pro 16 pouces. (Le modèle d'entrée de gamme du MacBook Pro 14 pouces est livré avec un chargeur de 67 W que les acheteurs peuvent mettre à niveau à 96 W pour 20 $.)

Avec ces chargeurs, macOS se charge automatiquement via MagSafe 3 (modèles MacBook Pro 14 et 16 pouces) ou USB 4 (14 pouces uniquement) à la puissance la plus élevée disponible, permettant à un Mac épuisé d'ajouter 50 % de la charge de sa batterie en 30 minutes. L'utilisation d'un chargeur de 67 W avec un MacBook Pro 14 pouces ou d'un port USB 4 avec un MacBook Pro 16 pouces limite la charge à la vitesse "normale", qui est un peu plus lente. (En outre, tous les appareils dotés de batteries lithium-ion limitent les vitesses de charge au-dessus de 80 % pour éviter la surchauffe.)

Enfin, la spécification USB Battery Charging permet une fonctionnalité étrangement manquante : un appareil branché sur une batterie n'avait pas de commande USB standard qu'il pouvait émettre qui demandait simplement : "Combien de courant puis-je tirer ?" Au lieu de cela, différents fabricants ont proposé des solutions pas toujours compatibles, limitant la charge de certains appareils.

Avec toutes ces discussions sur la charge, vous vous demandez peut-être : puis-je griller mon appareil coûteux en branchant le mauvais câble ? La réponse devrait être non, et c'est presque toujours le cas. Les ports et connecteurs USB-C négocient des tarifs sur lesquels ils sont tous d'accord. Les précédentes spécifications USB-C et Power Delivery étaient conçues pour éviter de transmettre plus de puissance qu'un appareil ne pouvait en accepter, et la mise à niveau de la charge de la batterie améliore cela. (Au début de l'USB-C, l'ingénieur Google Benson Leung a utilisé son temps libre pour tester et documenter les câbles car il a découvert que de nombreux câbles bon marché étaient mal fabriqués, dont certains pouvaient même faire griller un ordinateur ou commencer à fumer. Ces jours semblent maintenant longs passé.)

Passons maintenant au cœur de cet article. Quels câbles font quoi ? Que pouvez-vous réaliser maintenant ? Qu'est-ce que le futur va apporter?

Voici une liste partielle des données et de l'alimentation possibles que vous pourriez trouver dans un câble avec des connecteurs USB-C aux deux extrémités :

Si cela ne suffit pas, d'autres combinaisons moins courantes sont également disponibles ; cette liste pourrait être deux, voire trois fois plus longue. Il exclut également les câbles propriétaires, comme les câbles MagSafe 3 vers USB-C d'Apple. Comment différencier tous ces câbles USB-C ? Cela dépend si les fabricants d'ordinateurs et d'autres appareils, les créateurs de câbles et les fabricants de périphériques ont correctement marqué leurs pièces, manuels et têtes de câble et conformément aux diverses spécifications auxquelles ils prétendent se conformer.

J'ai rassemblé ci-dessous quelques exemples, extraits de photos sur Internet, qui montrent comment et où les câbles sont marqués. Notamment, les câbles Thunderbolt 3 qui sont marqués semblent assez similaires, à moins que vous ne soyez un snob de type comme moi qui remarque les nombreuses polices sans empattement différentes utilisées.

Ces câbles Thunderbolt 3 ci-dessous sont généralement marqués avec précision : ils arborent à la fois l'icône Thunderbolt et le chiffre 3. La plupart que j'ai trouvé sont comme ceux-ci, où l'icône et le numéro apparaissent aux deux extrémités du câble. Cependant, aucun de ces câbles ne révèle s'ils sont actifs ou passifs, ou ne donne aucun indice quant à leur puissance en watts prise en charge.

Il est assez facile de trouver des câbles Thunderbolt mal marqués ou entièrement non marqués. Au moins celui d'Apple (en bas à gauche) et le générique (en bas au milieu) ont un éclair, mais pas de 3. Vous savez donc qu'il s'agit presque certainement de Thunderbolt 3. Le câble StarTech.com peut avoir des marques de l'autre côté, mais tous les photos de ce câble ne montrent que le logo.

Les câbles USB 3.1 et 3.2 ont leurs pointes étonnamment bien marquées lorsqu'ils prennent en charge 10 Gbps ou des saveurs plus rapides, bien que le chiffre soit minuscule par rapport au SS. Et je n'ai même pas besoin de canaliser mon snob intérieur pour me plaindre que les chiffres sont parfois imprimés en gris clair sur du noir ou même en gris sur une autre nuance de gris.

Tout ce dont vous entendez parler et se plaindre des utilisateurs réguliers et des techniciens, c'est que le même connecteur simple peut signifier tant de choses différentes, et il y a peu de moyens visuels de déterminer ce qui est possible en regardant un port ou un câble.

Même lorsque vous pouvez trouver les logos et symboles nécessaires, vous devez rechercher les interactions entre le port et le câble, les débits de données et l'alimentation. Vous pourriez même avoir besoin d'une loupe pour lire les marques imprimées sur la longueur d'un câble afin de déterminer l'ampérage ou la puissance.

Comment l'USB-IF pourrait-il améliorer cela, notamment en coopération avec le groupe Thunderbolt d'Intel ? L'étiquetage dont je me suis moqué au départ est en fait la bonne direction. Avec la convergence de l'USB et du Thunderbolt sur des normes intercompatibles et rétrocompatibles, il pourrait y avoir une chance de clarté à l'avenir.

Idéalement, l'USB-IF propagerait également ces étiquettes vers l'arrière, obligeant les fabricants à imprimer la vitesse et la puissance maximales en lettres lisibles. Ce serait également formidable de voir un accord avec Intel obliger les fabricants à marquer les câbles Thunderbolt avec à la fois le numéro de version et soit 20 Gbps (long et passif) ou 40 Gbps (court et actif). C'est la stratégie que la Wi-Fi Alliance a adoptée pour réduire la confusion avec 802.11n, 802.11ac et 802.11ax, qui étaient tous "Wi-Fi": ils les ont rebaptisés Wi-Fi 4, 5 et 6.

En pratique générale, votre meilleur pari pourrait être d'utiliser des étiquettes autocollantes à l'ancienne après avoir acheté un câble qui correspond à vos besoins ou avoir ouvert un câble inclus avec un produit. Essayez une étiqueteuse pour mettre des drapeaux sur vos câbles ou utilisez des attaches zippées qui ont un endroit pour écrire avec un marqueur permanent. Les futurs câbles peuvent fournir une direction plus claire, mais étant donné le nombre de câbles que nous avons tous, nous sommes encore un peu seuls.