O que é USB4? Velocidades, conector e versões

Introdução

O USB4 (também chamado informalmente de USB 4 ou USB 4.0) foi anunciado pouco tempo depois de o USB 3.2 ter se tornado oficial. Há um bom motivo para esse intervalo tão curto: a quarta geração do USB (Universal Serial Bus) é baseada no avançado padrão Thunderbolt 3.

Mas como é a relação entre essas duas tecnologias? Qual a velocidade do USB4? O USB4 funciona com o conector USB-C? E como o DisplayPort entra nessa história? Continue aí: você vai saber tudo sobre o assunto nas próximas linhas.

Se preferir, vá direto ao tópico do seu interesse:

- O que é USB4?
- Velocidades do USB4
- USB4 e Thunderbolt
- USB4: USB-PD e otimização de fluxo
- USB4 e DisplayPort Alt Mode
- USB4 2.0: até 80 Gbs/ ou 120 Gb/s

O que é USB4?

O USB4 é um padrão para interconexão de dispositivos eletrônicos que traz várias vantagens em relação às versões anteriores do USB. Entre elas estão mais velocidade (40, 80 ou 120 Gb/s), compatibilidade com o Thunderbolt e otimização do fluxo de dados quando há transmissões de vídeo.

As especificações do USB4 foram anunciadas em março de 2019 pelo USB Implementers Forum (USB-IF), grupo responsável pelas definições técnicas da tecnologia.

Conector USB-C (Imagem por Intel)

Toda nova versão do USB traz retrocompatibilidade, ou seja, funciona com versões anteriores da tecnologia. Com o USB4 não é diferente. É possível usar uma conexão do tipo com dispositivos USB 3.0, por exemplo.

Por sua vez, o padrão de conexão é o já conhecido USB-C, que tem entre as suas vantagens o tamanho compacto e o formato reversível: um conector USB-C pode ser encaixado de qualquer lado.

Velocidades do USB4

Um dos principais atrativos do USB4 é a sua velocidade de transferência de dados. De acordo com o USB-IF, a primeira versão da tecnologia pode alcançar até 40 Gb/s (gigabits por segundo) de maneira bidirecional (um dispositivo pode enviar dados a 40 Gb/s e, ao mesmo tempo, receber um fluxo também com até 40 Gb/s). Para você ter ideia, o USB 3.2, a versão mais rápida até então, atinge até 20 Gb/s.

Essa altíssima velocidade pode ser útil, por exemplo, para transferir dados de um SSD portátil para um computador e vice-versa. Mas talvez não seja útil para uma impressora ou um mouse, por exemplo.

É por isso que dispositivos USB4 também podem trabalhar com velocidades menores. O USB-IF definiu três taxas como padrão para a tecnologia: 10 Gb/s, 20 Gb/s e, como você já sabe, 40 Gb/s.

USB4 e Thunderbolt

O Thunderbolt é um padrão de comunicação entre dispositivos que tem o seu desenvolvimento liderado pela Intel. Em 2015, quando o Thunderbolt 3 foi apresentado, a companhia destacou duas grandes vantagens da então nova versão: velocidade de até 40 Gb/s e, em vez de um conector próprio, uso do USB-C como padrão de conexão.

Apesar de suas vantagens, o Thunderbolt 3 nunca foi tão popular quanto o USB por conta principalmente dos seus custos elevados de implementação. Por esse motivo, a Intel prometeu, em 2017, tornar o Thunderbolt 3 livre de royalties, o que significa que fabricantes não precisam mais pagar uma espécie de licença para implementar a tecnologia em seus produtos.

Thunderbolt 3 com USB-C (Imagem por Intel)

Essa decisão abriu caminho para o USB4. Veja bem: o Thunderbolt 3 é bastante rápido com seus 40 Gb/s, usa conector USB-C e sua adoção se tornou menos custosa; em vez de "reinventar a roda" com uma tecnologia feita do zero, por que não aproveitar essas características para criar uma versão melhorada do USB?

Basicamente, a proposta do USB4 é esta: combinar características técnicas do Thunderbolt 3 com atributos do USB 3.2 (relembrando, a versão mais atual do USB até então), como a codificação 128b/132b, que indica que cada grupo de 128 bits é codificado em sinal de 132 bits nas transferências.

Mas cabe uma ressalva aqui: a despeito dessa mistura de tecnologias, por assim dizer, equipamentos com USB4 não precisam, necessariamente, ser compatíveis com dispositivos baseados em Thunderbolt 3. O uso do USB4 e do Thunderbolt 3 na mesma porta é possível, mas não obrigatório.

No fim das contas, a decisão cabe ao fabricante. Mas, como as condições técnicas são favoráveis, muitas empresas optam por implementar portas USB4 compatíveis com Thunderbolt, o que até ajuda esta última tecnologia a ter mais penetração no mercado.

USB4: USB-PD e otimização de fluxo

Entre os recursos que o USB4 herda do USB 3.2 (e do USB 3.1) está o USB Power Delivery (USB-PD). Trata-se de uma especificação que permite que, além de transmissão de dados, a porta USB seja usada para fornecer energia elétrica ao dispositivo conectado a ela.

As primeiras versões do USB também fornecem energia, mas para dispositivos que não consomem muito. Com o USB-PD, a conexão USB4 pode alimentar equipamentos mais exigentes, como um monitor de vídeo. Isso porque a primeira especificação do USB-PD trabalha com 100 watts.

Uma atualização do USB Power Delivery liberada em 2022 fez a tecnologia suportar até 240 watts no fornecimento de energia.

O USB-PD também é otimizado para diminuir o desperdício de energia e permitir fluxo nos dois sentidos. Assim, a conexão USB pode ser usada para um notebook alimentar um smartphone, por exemplo; dependendo das circunstâncias, esse mesmo celular pode fazer o inverso, isto é, passar parte da carga da sua bateria para o laptop.

USB convencional ao lado de uma porta USB-C com Thunderbolt

Outra característica que vale destacar é a otimização da largura de banda da conexão USB4 para transmissão de conteúdo em vídeo, o que é útil para streaming em resolução 4K, por exemplo.

Para facilitar a compreensão, suponha que você tenha um monitor com portas USB. Você utiliza uma dessas portas para transferir dados do seu computador para um SSD externo enquanto assiste a um vídeo na Netflix.

Agora, imagine que o streaming de vídeo está utilizando 15% da capacidade de transferência de dados da conexão USB. O USB4 consegue então garantir os 15% para o streaming de forma a evitar gargalos e dedicar os 85% restantes para o envio de dados ao SSD; se o vídeo precisar de mais largura de banda, o reajuste é feito de modo que nenhuma das duas atividades seja prejudicada.

Nas versões anteriores da tecnologia, a distribuição de recursos conforme a demanda não tem a mesma eficiência.

USB4 e DisplayPort Alt Mode

O USB4 veio para ser compatível com outro padrão: o DisplayPort 2.0 e versões sucessoras. Essa tecnologia é usada para conectar computadores e outros dispositivos a monitores de vídeo profissionais ou TVs avançadas, por exemplo.

Isso significa que aparelhos compatíveis (como um notebook) podem transmitir áudio e vídeo de alta definição a partir de uma conexão USB4: o cabo e os conectores são USB, mas a tecnologia por trás da transmissão do conteúdo é o DisplayPort 2.0 ou superior.

A explicação está no DisplayPort Alt Mode: anunciado em abril de 2020 pela Video Electronics Standards Association (VESA), esse é o modo que torna ambas as tecnologias compatíveis entre si.

Talvez você esteja se perguntando como isso é possível, afinal, a primeira versão do USB4 lida com até 40 Gb/s enquanto o DisplayPort 2.0 trabalha com até 80 Gb/s.

Não é difícil entender. Como você já sabe, o USB4 é bidirecional, ou seja, trabalha como uma "rodovia de mão dupla", permitindo que até 40 Gb/s sejam enviados e outros 40 Gb/s sejam recebidos ao mesmo tempo. Já o DisplayPort 2.0 remapeia os pinos da conexão USB-C para fazer essa "rodovia de mão dupla" seguir apenas em uma direção. Com isso, tem-se então a capacidade de até 80 Gb/s de transmissão (40 Gb/s + 40 Gb/s).

USB4 2.0: até 80 Gbs/ ou 120 Gb/s

O USB-IF anunciou o USB4 2.0 em setembro de 2022. A nova versão suporta taxas de transferência de até 80 Gb/s em cada direção, ou seja, tanto no envio quanto no recebimento de dados.

O USB4 2.0 usa um método de sinalização chamado Pulse-Amplitude Modulation 4 (PAM4), que modula a amplitude do sinal da transmissão em quatro estados elétricos (00, 01, 10 e 11). Essa é uma das razões pelas quais essa versão pode alcançar velocidades de até 80 Gb/s.

As conexões via USB4 2.0 são feitas em duas vias de 40 Gb/s para envio e outras duas vias na mesma velocidade para recebimento de dados. É por isso que a taxa de transmissão chega a 80 Gb/s.

Mas é possível fazer a velocidade chegar a 120 Gb/s. Isso porque o USB4 2.0 suporta transmissões assimétricas. Isso significa que uma conexão pode usar três vias de 40 Gb/s em uma única direção, e deixar apenas uma via para a outra.

O USB4 2.0 introduz ainda a especificação USB-PD 3.1, que permite que um dispositivo compatível trabalhe com até 240 watts para fornecer energia via conexão USB-C.

Tem mais: o USB4 2.0 pode funcionar em conjunto com as tecnologias DisplayPort 2.1 e PCI Express 4.0.

Conclusão

O USB4 traz numerosas vantagens, mas a que tem potencial de ser uma das mais importantes não foi mencionada: essa versão foi desenvolvida para ser tão abrangente que poderá se tornar um padrão amplo em toda indústria, de forma a diminuir a "bagunça" de tecnologias de conexão que temos hoje.

Mas isso não é imediato: nenhuma tecnologia vira padrão industrial e comercial da noite para o dia, por isso, as versões anteriores do USB coexistirão com o USB4 por um bom tempo.

Para finalizar, a resposta para uma pergunta que talvez você tenha feito: por que USB4 (tudo junto) em vez de USB 4 ou USB 4.0? Marketing, meramente. O USB-IF dá a entender que essa simplificação no nome faz a numeração chamar menos atenção e, portanto, facilita a assimilação da tecnologia.

Publicado em 17_06_2019. Atualizado em Publicado em 09_11_2023.