USB 3.0 e USB 3.1: velocidades e demais características

Introdução

A tecnologia USB (Universal Serial Bus) é sinônimo de comodidade e eficiência, afinal, trata-se um padrão que permite a interconexão de dispositivos dos mais variados tipos. No entanto, no mercado há cada vez mais dispositivos que trabalham com grandes volumes de informações e, consequentemente, necessitam de maior velocidade na transmissão de dados. É nesse ponto que entra em cena o padrão USB 3.0, também chamado de SuperSpeed USB.

Nas próximas linhas, você conhecerá as principais características da tecnologia, assim como verá a variação USB 3.1, capaz de transmitir dados até duas vezes mais rapidamente que o USB 3.0.

Tem mais: a parte final do texto apresenta detalhes do USB-C, novo padrão de conexão que, por ser conversível e compacto, deve aumentar ainda mais a adoção da tecnologia.

Por que o USB 3.0 foi criado?

A tecnologia USB surgiu no ano de 1994 e, desde então, vem passando por várias revisões. As mais populares são as versões 1.1 e 2.0, sendo esta última ainda bastante utilizada. A primeira é capaz de alcançar, no máximo, taxas de transmissão de 12 Mb/s (megabits por segundo), enquanto que a segunda pode oferecer até 480 Mb/s.

Como se percebe, o USB 2.0 consegue ser bem rápido, afinal, 480 Mb/s correspondem a cerca de 60 megabytes por segundo. No entanto, a evolução da tecnologia faz com que velocidades muito maiores sejam cada vez mais necessárias.

Não é difícil entender o porquê: o número de conexões de alta velocidade à internet cresce rapidamente, fazendo com que as pessoas queiram consumir, por exemplo, vídeos, músicas, fotos e jogos em alta definição ou resolução. Some a isso o fato de ser cada vez mais comum a oferta de dispositivos como smartphones e câmeras digitais que atendem a essas necessidades. A consequência não poderia ser outra: grandes volumes de dados nas mãos de um número cada vez maior de pessoas.

Com suas especificações finais anunciadas em novembro de 2008, o USB 3.0 surgiu para dar conta dessa e da demanda que está por vir. É isso ou perder espaço para tecnologias como FireWire ou Thunderbolt.

Para encarar essa missão, o USB 3.0 tem como principal característica a capacidade de oferecer taxas de transferência de dados de até 4,8 Gb/s (gigabits por segundo). Mas não é só isso...


O que é USB 3.0?

Como você viu no tópico acima, o USB 3.0 surgiu porque o padrão precisou evoluir para atender a novas necessidades. Mas, no que consiste exatamente essa evolução? O que o USB 3.0 tem de diferente do USB 2.0? A principal característica você já sabe: a velocidade de até 4,8 Gb/s (5 Gb/s, arredondando), que corresponde a cerca de 600 megabytes por segundo, dez vezes mais que a velocidade do USB 2.0. Nada ruim, não?

Símbolo para dispositivos USB 3.0
Símbolo para dispositivos USB 3.0

Mas o USB 3.0 também se destaca pelo fator alimentação elétrica: o USB 2.0 trabalha com corrente de até 500 miliamperes e tensão de 5 volts, enquanto que a versão mais nova pode suportar 900 miliamperes e 5 volts. Isso significa que as portas USB 3.0 consegue alimentar dispositivos que consomem mais energia, como determinados HDs externos que, com o USB 2.0, exigiriam fontes de alimentação dedicadas.

É claro que o USB 3.0 também possui as características que fizeram as versões anteriores tão bem aceitas, como Plug and Play (plugar e usar), possibilidade de conexão de mais de um dispositivo na mesma porta, hot-swappable (capacidade de conectar e desconectar dispositivos sem a necessidade de desligá-los) e compatibilidade com equipamentos nos padrões anteriores.


Conectores USB 3.0

Outro aspecto no qual o padrão USB 3.0 difere do 2.0 diz respeito ao conector. Os conectores de ambos são bastante parecidos, mas não iguais.

Conector USB 3.0 A

Como você verá mais adiante, os cabos da tecnologia USB 3.0 são compostos por nove fios, enquanto que os cabos USB 2.0 utilizam apenas quatro. Isso acontece para que o padrão novo possa suportar maiores taxas de transmissão de dados. Assim, os conectores do USB 3.0 possuem contatos para esses fios adicionais na parte do fundo. Caso um dispositivo USB 2.0 seja utilizado, este usará apenas os contatos da parte frontal do conector. As imagens a seguir mostram um conector USB 3.0 do tipo A:

Estrutura interna de um conector USB 3.0 A - Baseado em imagem da USB.org
Estrutura interna de um conector USB 3.0 A - Baseado em imagem da USB.org

Conector USB 3.0 A - imagem por USB.org
Conector USB 3.0 A - imagem por USB.org

Você deve ter percebido que é possível conectar dispositivos USB 2.0 ou 1.1 em portas USB 3.0. Este último é compatível com as versões anteriores. Fabricantes também podem fazer dispositivos USB 3.0 compatíveis com o padrão 2.0, mas, nesse caso, a velocidade será a deste último. E é claro: se você quiser interconectar dois dispositivos via USB 3.0 e aproveitar a sua alta velocidade, o cabo precisa estar nesse padrão.

Conector USB 3.0 B

Tal como acontece na versão anterior, o USB 3.0 também conta com conectores diferenciados para se adequar a determinados dispositivos. Um deles é o conector do tipo B, utilizado em aparelhos de porte maior, como impressoras ou scanners.

Em relação ao tipo B do padrão USB 2.0, a porta USB 3.0 possui uma área de contatos adicional na parte superior. Isso significa que nela podem ser conectados tantos dispositivos USB 2.0 (que aproveitam só a parte inferior) quanto USB 3.0. No entanto, dispositivos 3.0 não podem ser conectados em portas B 2.0:

Conector USB 3.0 B - imagem por USB.org
Conector USB 3.0 B - imagem por USB.org

Micro-USB 3.0

O conector micro-USB, muito utilizado em smartphones, por exemplo, também sofreu modificações: no padrão USB 3.0 - com nome de micro-USB B -, passou a contar com uma área de contatos adicional que, de certa forma, diminui a sua praticidade, mas foi a solução encontrada para dar conta dos contatos extras:

Conector micro-USB 3.0 B - imagem por USB.org
Conector micro-USB 3.0 B - imagem por USB.org

Para facilitar a diferenciação, fabricantes estão adotando a cor azul na parte interna dos conectores USB 3.0 e, algumas vezes, nos cabos destes. Note, no entanto, que é essa não é uma regra obrigatória, portanto, é sempre conveniente prestar atenção nas especificações do produto antes de adquirí-lo.

Conector micro-USB 3.0 em um smartphone
Conector micro-USB 3.0 em um smartphone


Sobre o funcionamento do USB 3.0

Como você já sabe, cabos USB 3.0 trabalham com nove fios, enquanto que o padrão anterior utiliza quatro: VBus (VCC), D+, D- e GND. O primeiro é o responsável pela alimentação elétrica, o segundo e o terceiro são utilizados na transmissão de dados, enquanto que o quarto atua como "fio terra".

No padrão USB 3.0, a necessidade de transmissão de dados em alta velocidade fez com que, no início, fosse considerado o uso de fibra óptica para esse fim, mas tal característica tornaria a tecnologia cara e de fabricação mais complexa. A solução encontrada para dar viabilidade ao padrão foi a adoção de mais fios. Além daqueles utilizados no USB 2.0, há também os seguintes: StdA_SSRX- e StdA_SSRX+ para recebimento de dados, StdA_SSTX- e StdA_SSTX+ para envio, e GND_DRAIN como “fio terra” para o sinal.

O conector USB 3.0 B pode contar ainda com uma variação (USB 3.0 B Powered) que utiliza um contato a mais para alimentação elétrica e outro associado a este que serve como "fio terra", permitindo o fornecimento de até 1000 miliamperes a um dispositivo.

Quanto ao tamanho dos cabos, não há um limite definido, no entanto, testes efetuados por algumas entidades especializadas (como a empresa Cable Wholesale) recomendam, no máximo, até 3 metros para total aproveitamento da tecnologia, mas essa medida pode variar de acordo com as técnicas empregadas na fabricação.

No que se refere à transmissão de dados em si, o USB 3.0 faz esse trabalho de maneira bidirecional, ou seja, entre dispositivos conectados, é possível o envio e o recebimento simultâneo de dados. No USB 2.0, é possível apenas um tipo de atividade por vez.

O USB 3.0 também consegue ser mais eficiente no controle do consumo de energia. Para isso, o host, isto é, a máquina na qual os dispositivos são conectados, se comunica com os aparelhos de maneira assíncrona, aguardando estes indicarem a necessidade de transmissão de dados. No USB 2.0, há uma espécie de "pesquisa contínua", onde o host necessita enviar sinais constantemente para saber qual deles necessita trafegar informações.

Ainda no que se refere ao consumo de energia, tanto o host quanto os dispositivos conectados podem entrar em um estado de economia em momentos de ociosidade. Além disso, no USB 2.0, os dados transmitidos acabam indo do host para todos os dispositivos conectados. No USB 3.0, essa comunicação ocorre somente com o dispositivo de destino.


Como saber rapidamente se uma porta é USB 3.0?

Em determinados equipamentos, especialmente laptops, é comum encontrar, por exemplo, duas portas USB 2.0 e uma USB 3.0. Quando não houver nenhuma descrição identificando-as, como saber qual é qual? Pela cor existente no conector.

Pode haver exceções, é claro, mas pelo menos boa parte dos fabricantes segue a recomendação de identificar os conectores USB 3.0 com a sua parte plástica em azul, tal como informado anteriormente. Nas portas USB 2.0, por sua vez, os conectores são pretos ou, menos frequentemente, brancos.

O laptop da foto é um exemplo:

Conector micro-USB 3.0 em um smartphone
Portas USB 3.0 e USB 2.0 em um laptop


USB 3.1: até 10 Gb/s

Em agosto de 2013, a USB.org anunciou as especificações finais do USB 3.1 (também chamado de SuperSpeed USB 10 Gbps), uma variação do USB 3.0 que se propõe a oferecer taxas de transferência de dados de até 10 Gb/s (ou seja, o dobro).

Na teoria, isso significa que conexões 3.1 podem alcançar taxas de até 1,2 gigabyte por segundo! Não pense que é exagero: há diversas aplicações que podem usufruir dessa velocidade toda. É o caso de monitores de vídeo que são conectados ao computador via porta USB, por exemplo.

Para conseguir taxas tão elevadas, o USB 3.1 não faz uso de nenhum artefato físico mais elaborado. O "segredo", essencialmente, está no uso de um método de codificação de dados mais eficiente e que, ao mesmo tempo, não torna a tecnologia significantemente mais cara.

Vale ressaltar que o USB 3.1 é compatível com conectores e cabos das especificações anteriores, assim como com dispositivos baseados nessas versões.

Merece destaque ainda o aspecto da alimentação elétrica: graças a uma especificação chamada USB Power Delivery, uma única porta USB 3.1 consegue fornecer até 100 watts (corrente de até 5 amperes e tensão de até 20 volts) desde que um cabo adequado seja usado. Monitores de vídeo e HDs externos são exemplos de dispositivos que podem usufruir dessa característica, dispensando fontes dedicadas.


Conector USB-C (USB tipo C): uso dos dois lados

Em dezembro de 2013, a USB.org anunciou outra novidade para a versão 3.1 da tecnologia: um conector chamado USB Type-C (USB tipo C) ou, simplesmente, USB-C. O padrão foi finalizado em agosto de 2014 e tem como principal atrativo a adoção de um plugue reversível: o conector USB-C pode ser encaixado de qualquer lado na entrada USB.

USB tipo C - Imagem por USB.org
USB tipo C - Imagem por USB.org

Sabe aquelas situações em que você tentar encaixar cabos ou pendrives de um jeito, nota que fez alguma coisa errada, tenta de novo e somente então acerta? Quem nunca passou por isso? Com o novo conector, esse problema fica no passado. Vire-o para cima ou baixo, tanto faz: a conexão funcionará de qualquer forma.

Outra vantagem do USB-C está em suas dimensões reduzidas: o conector tem apenas 8,4 milímetros de largura por 2,6 milímetros de altura. Com esse tamanho, a sua implementação em tablets, smartphones e notebooks ultrafinos, por exemplo, é facilitada.

Conector USB-C (menor) ao lado de um cabo A (tradicional) - Imagem por Brando Workshop
Conector USB-C (menor) ao lado de um cabo A (tradicional) - Imagem por Brando Workshop

Por ser preparado para trabalhar com o USB 3.1, o conector USB-C também pode lidar com até 100 watts - o fornecimento de energia é de até 3 amperes no cabo padrão e 5 amperes no conector em si. Assim, um único cabo pode ser usado tanto para tráfego de dados quanto para alimentação elétrica de determinados dispositivos.

Tamanha evolução tem um preço: o conector tipo C não é compatível com as portas dos padrões anteriores, exceto pelo uso de adaptadores. É importante ressaltar, no entanto, que o USB 3.1 pode utilizar os conectores já existentes antes de seu surgimento, mas se sujeitando às limitações destes.

Porta USB-C em um MacBook - Imagem por Apple
Porta USB-C em um MacBook - Imagem por Apple

Um conector USB-C padrão tem até 24 pinos (12 em cada face). É por isso que é possível encaixá-lo de qualquer lado. Quatro pares de pinos respondem pela alimentação elétrica e aterramento, outros quatro pelas transmissões de alta velocidade. Dois pares mantêm barramentos para compatibilidade com o USB 2.0 (embora só um possa ser implementado para esse fim), outros dois ajudam na detecção da orientação do conector.

Pendrive com USB-C - Imagem por SanDisk
Pendrive com USB-C - Imagem por SanDisk

Outra característica interessante do USB-C é o Alternate Mode (em tradução livre, Modo Alternativo). Com o recurso, fabricantes podem criar funcionalidades adicionais para cabos e entradas no padrão. De igual forma, o USB tipo C também pode ser usado em conjunto com outras tecnologias.

Um exemplo vem da VESA (Video Electronics Standards Association). A entidade compatibilizou as versões mais recentes da tecnologia DisplayPort com o USB-C. Assim, um dispositivo (como um laptop) que tiver uma entrada que combine ambos os padrões (USB e DisplayPort) poderá transmitir vídeos para uma TV ou monitor em resolução 4K ou superior.

O USB-C começou a chegar ao mercado no último trimestre de 2014.


Finalizando

O USB 3.0 e o USB 3.1 oferecem uma série de vantagens, mas isso não significa que a versão 2.0 da tecnologia será abandonada prontamente: ainda há muitos dispositivos que são bem atendidos por essa especificação, razão pela qual será comum encontrar placas-mãe, laptops e afins que oferecem os dois tipos de portas durante um bom tempo.

É de se esperar, no entanto, que, por conta de suas vantagens, o USB-C ajude as versões mais rápidas da tecnologia a se tornarem padrão do mercado dentro de poucos anos.

Para saber mais sobre o assunto, visite o site USB.org (em inglês). Confira também o texto do InfoWester sobre USB 2.0 e anteriores.

Escrito por - Publicado em 15_02_2011 - Atualizado em 15_03_2015