Article

USB og Thunderbolt

USB og Thunderbolt er de viktigste standardene vi har for tilkobling av eksternt utstyr til pc-er og telefoner. Disse to standardene var tidligere ikke kompatible med hverandre. Men med Thunderbolt 3 og USB-C er dette i ferd med å forandre seg. Med USB 4 vil standardene blandes.

Universal Serial Bus (USB)

USB ble utviklet på midten av 90-tallet i et samarbeid mellom flere av datidens største datautstyr-produsenter. Målet med standarden var å gjøre det lettere å bruke utstyr fra forskjellige leverandører sammen. Tidligere standarder hadde ofte vært støttet bare av én eller noen få leverandører. USB-standardene styres av USB-IF, som er en veldedig organisasjon. USB krever ingen betalt lisens av produsentene, men det er retningslinjer og sertifiseringsordninger som er påkrevd for å bruke noen av logoene og merkenavnet.

Det fantes noen eldre fellesstandarder, som COM-porter, som var støttet av mange. Disse eldre standardene var for langsomme og upraktiske for fremtiden, løsningen ble derfor en helt ny standard.

Gammelt navn	Nytt navn	hastighet
USB 1.1	-	12 Mbit/s
USB 2	-	480 Mbit/s
USB 3.0	USB 3.2 Gen 1	5 Gbit/s
USB 3.1	USB 3.2 Gen 2	10 Gbit/s
USB 3.2	USB 3.2 Gen 2 x 2	20 Gbit/s
USB 4		40 Gbit/s

Kontaktene brukt med USB

Etterhvert som USB spredde seg og ble tatt i bruk på nye steder, ble det også behov for mindre kontakter. Nye versjoner gjorde det også nødvendig å legge til flere ledere. Det er derfor i dag ti offisielle USB-kontakter. Heldigvis er det bare noen få av disse som er i utbredt bruk i dag.

USB Type A

USB Type A ble introdusert med USB 1.0 og hadde i starten fire ledere (to for strøm og to for datasignal). etterhvert ble pluggen oppdatert med fire ekstra ledere. Denne oppdaterte versjonen med ekstra ledere brukes enda til og med versjon USB 3.2 (USB 3.2 Gen 2 x 2).

Kontakttypen brukes mye i stasjonære maskiner og noe i bærbare datamaskiner. Den vil på sikt bli tatt over av USB-C.

USB micro B

USB micro B ble introdusert i 2007 og ble brukt med USB 2.0.

Micro-B kontakten er mye mindre enn Type A og dermed mer praktisk å bruke i småelektronikk som mobiltelefoner og tablets. Dessverre var pluggen lett å skade.

En bredere variant ble laget for å fungere med USB 3.0, men ble ikke veldig populær. Micro-kontaktene er derfor i ferd med å bli tatt over av USB-C.

Lightning

Lightning er en proprietær kontakt laget av Apple som ble introdusert i 2012. Den brukes i Apples tablets og telefoner. Signalet er kompatibelt med USB. Kontakten var mer robust enn Micro B og kunne også settes inn begge veier.

Apple har startet å ta i bruk USB-C i sine bærbare maskiner, og det er ikke usannsynlig at denne standarden også vil bli tatt i bruk i mobiltelefoner etterhvert.

USB-C

USB-C er en 28-pin-kontakt som ble tatt i bruk i 2014 med USB 3.1. Kontakten er relativt liten og kan settes inn begge veier.

USB-C kontakten er i dag i ferd med å ta over for de fleste av de eldre standardene. Kontakten er solid og kan også overføre mer strøm enn de tidligere standardene.

Økningen i antall ledere med USB-C har gjort at kabelen i tillegg til USB også kan brukes for å levere andre standarder. Disse ekstrastandardene er ikke påkrevd, og bare noen hovedkort og noen porter på et hovedkort vil støtte disse. Eksempler på alternative moduser er:

DisplayPort Alternate Mode
Thunderbolt Alternate Mode
HDMI Alternate Mode

Disse kan være veldig praktiske, for eksempel for tilkobling av bærbar datamaskin til en dokkingstasjon.

Fra og med USB 4 vil bare USB-C-kontakten være støttet for enheter som skal ha full hastighet.

Mer informasjon om kontaktene og versjonene av USB kan leses på Wikipedia sin artikkel om temaet.

Viktige egenskaper til USB

Plug and play (PnP)

Datamaskinen er avhengig av å vite hvor alle enheter er tilkoblet og at ingen av enhetene kommer i konflikt med hverandre. Før Plug and play måtte dette sikres gjennom manuell konfigurasjon gjort av brukeren. For eksempel kunne det være nødvendig å sette en adresse på et ekspansjonskort som ble satt inn i en datamaskin. Dette kunne gjøres med små brytere som var fastloddet på kretskortet (DIP-switches).

Med Plug and play ble det mulig å automatisere konfigurasjonen når nytt utstyr ble tilkoblet. Dette gjorde prosessen mye lettere for brukere som ønsket å koble til nytt utstyr både inne i og eksternt til maskinen.

Hot swapping

Hot swapping er når det er mulig å koble til og fra utstyr mens datamaskinen er påskrudd. Tidligere kunne tilkobling eller fjerning av utstyr gjøre at maskinen tok skade eller krasjet. I dag kan så og si alt av eksternt utstyr kobles til og fra uten at maskinen får noen problemer. Dette ble vanlig på grunn av USB.

Bakoverkompabilitet

USB har gjennomgått seks større versjoner gjennom årene. Hastigheten har økt og mindre og mer kompakte kontakter har blitt introdusert. Hele tiden har det vært mulig å bruke gammelt utstyr med en eldre USB-versjon på nyere maskinvare. Det har også vært vanlig med fremoverkompatibilitet, slik at utstyr med nyere USB-versjon også kan brukes på gammel maskinvare som kun har eldre USB-versjoner. Utstyret har da fungert med redusert hastighet.
Denne kompatibiliteten forventes at vil fortsette med USB 4 og senere standarder. Nye kontakter gjør at overganger ofte må brukes.

Strøm over samme kabel

En viktig egenskap med USB er at den i tillegg til kommunikasjon også har ledere for overføring av strøm. I de første USB-versjonene var dette gjort for å slippe å ha en egne strømforsyninger til små-elektronikk som ble tilkoblet maskinen, som for eksempel lydkort, data-mus med optisk sensor og minnekortlesere. Spenningen som USB leverte var 5 volt og opp til 2,5 Watt.

Etterhvert ble USB en sentral standard for lading av mobiltelefoner, og mengden strøm som kunne sendes over kabelen ble økt for å gjøre det mulig å hurtig-lade telefonene. Denne økningen ble gjort av de forskjellige mobilprodusentene, og det var flere standarder som skapte forvirring.

Med innføringen av USB-C ble det definert nye spesifikasjoner for strømleveranse. Vanlig USB-C leverer enten opp til 7,5 watt eller 15 watt ved 5 volt. For utstyr som trenger mer strøm økes spenningen, og det kan leveres opp til 100 watt strøm. Dette er mer enn nok strøm for enhver telefon og også mange bærbare datamaskiner.

Thunderbolt

Thunderbolt-logoen eies av Intel, og kun aktører som har lisens kan merke sine produkter med den. Image: Intel / Restricted right of use

Thunderbolt er utviklet av Intel i samarbeid med Apple og ble først tatt i bruk i 2011. Standarden kobler sammen 4x PCIe lanes, Displayport og strøm over den samme kabelen.

PCIe-signalet gjorde at Thunderbolt kunne levere mye raskere overføringshastighet enn USB, og innebygd Displayport gjorde standarden veldig praktisk for eksterne skjermer og dokkingsystemer.

Lisenskrav

Firkantet kontakt som er 0,7 cm bred og 0,5 cm høy med metalkappe og to rader med tilsammen tyve piner på innsiden. Foto — Mini DisplayPort. Image: Palthrow / CC BY-SA 4.0

Med Thunderbolt valgte Intel som eier å ha en sterk grad av kontroll over bruken av standarden. Kostnad og krav til testing bremset utbredelsen av standarden. Den har derfor vært mest å se i semiprofesjonelt og profesjonelt utstyr, og hovedsakelig for Apple-maskiner.

For Thunderbolt 1 og 2 ble Mini DisplayPort-kontakten brukt, og standarden var ikke USB-kompatibel. For å indikere at en port er Thunderbolt, brukes et lyn-symbol.

To USB-C kontakter på siden av en maskin. Begge er merket med et lynsymbol for å vise at de støtter Thunerbolt. — USB-C merket med lynsymbol viser at kontakten også leverer Thunderbolt 3. Image: Amin / CC BY-SA 4.0

Åpning av standard og kompatibilitet med USB

Med Thunderbolt 3 i 2015 gikk Intel over til å bruke USB-C-kontakten. Denne nye versjonen av Thunderbolt ble laget for å fungere sammen med USB-utstyr i tillegg til DisplayPort og PCIe-lanes. Dette gjorde at alt av USB-utstyr med USB-C-kontakt var sikret å fungere i alle USB-C-kontakter. Samtidig ville Thunderbolt-utstyr fremdeles bare fungere i USB-C-kontakter med Thunderboltstøtte.

Intel har siden åpnet opp og gjort standarden gratis å bruke for produsentene av utstyr. Selskapet har også inngått samarbeid med USB-IF som styrer USB-standarden. Resulatet er at Thunderbolt 3 er blitt en del av den kommende USB 4-standarden. Denne sammenslåingen og styrkingen av USB-standarden vil gjøre at den også i fremtiden vil være den universelle kommunikasjons-standarden for eksternt datautstyr og mobiltelefoner.

Inkludering av PCIe i Thunderbolt og USB 4 gir stor fleksibilitet, høy overføringshastighet og lav forsinkelse. Men PCIe gir også lett tilgang til maskinens arbeidsminne, som kan misbrukes gjennom DMA-angrep (Direct Memory Access).

Det finnes forskjellige metoder som sikrer et datasystem mot slike angrep, og dette vil være viktig å sikre etterhvert som USB 4 blir en ledende standard.