USB 4, USB 4.0, USB4 ? Tout ce qu'on sait déjà, tout ce qu'il faut savoir

Pourquoi faire compliqué quand on peut aller au plus simple ? Cette question rhétorique a sans doute grandement motivé le développement de la norme USB4 !

Annoncé en 2019 et reposant sur le protocole Thunderbolt 3, le standard USB4 arrive à grands pas en cette fin d’année 2020. On commence d’ailleurs à le voir pointer le bout de son nez sur certains produits, l’occasion pour nous de faire le point.

USB4 : une norme simplifiée ?

Pour ceux qui ne suivent pas l’actualité technologique de près, l’arrivée d’une nouvelle norme USB peut sembler confuse. Rassurez-vous, l’USB4 ne va pas seulement autoriser de meilleures performances en matière de débits, mais va aussi largement gagner en clarté. On vous dit tout ce que l’on sait et tout ce qu’il faut savoir de cette nouvelle norme dans cet article.

USB 3.x : des standards confus pour l’utilisateur

Tout simplement incontournable, l’Universal Serial Bus s’est pourtant complexifié ces dernières années avec l’arrivée de nouveaux standards à la nomenclature parfaitement indigeste pour l’utilisateur. Nous pensons bien sûr aux USB 3.1 et 3.2 qui ont débouché sur une certaine incompréhension des fiches techniques de nos produits.

Les désignations USB 3.1 Gen 1 ou USB 3.2 Gen 2, ont ainsi été « simplifiées » avec de nouveaux noms se rapportant aux débits autorisés : SuperSpeed USB, SuperSpeed USB 10 Gbps et SuperSpeed USB 20 Gbps, tandis que l’USB 2.0 a été rebaptisé USB Hi-Speed. Et encore, nous avons évoqué ces dernières normes seulement en fonction de leurs capacités en matière de transfert de données, sans faire référence aux différents types de connecteurs ni aux protocoles qu’ils prennent (ou pas) en charge.

USB4 : une petite révolution pour le consommateur

Heureusement, l’USB Implementers Forum (USB-IF), une organisation créée par les sociétés fondatrices du protocole USB et en charge de sa standardisation, a travaillé à rendre tout cela beaucoup plus simple pour les utilisateurs.

Cela signifie d’abord que c’en est fini des numéros de version. Contrairement aux différents standards USB 3.x, l’USB4 ne s’engagera pas dans un dédale de nomenclatures itératives (4.1 ; 4.2 ; 4.3, etc.) ! C’est d’ailleurs pour cette raison que le nom USB4 s’écrit désormais sans espace contrairement à ce que l’on peut lire ci et là où l’on constate que certains stipulent encore USB 4 ou USB 4.0.

En réalité, si les numéros de version compliquent la vie des utilisateurs, elles ont un sens pour les développeurs, mais l’USB-IF souhaite que les fabricants d’équipements (OEM) utilisent des noms plus simples lorsqu’ils commercialisent des produits.

De nouveaux logos pour reconnaître l’USB4

Il n’est d’ailleurs pas exclu que l’USB4 évolue dans les mois et années à venir, c’est même très fortement probable. Les consommateurs pourront alors différencier les différentes versions en fonction de leur vitesse de transfert de données, à l’aide du logo et d’une désignation qui inclut le débit.

Les logos ci-dessus montrent à quoi s’attendre, pour la norme en elle-même, mais aussi pour les câbles et connecteurs. Vu les spécifications de l’USB4, nous ne serons pas étonnés de voir apparaître d’ici quelques années un logo USB4 80 Gbps !

Il faudra toutefois faire attention de ne pas confondre ce logo assurant la présence de l’USB4 20 Gbps et de l’ensemble de ses fonctionnalités, avec celui de l’USB 3.2 Gen 2×2 qui autorise un débit similaire, mais qui ne prend pas en charge toutes les fonctionnalités de l’USB4. Pour éviter la confusion, vous pouvez voir ci-dessous les logos actuellement utilisés pour les standards USB 3.x (SuperSpeed USB).

Si le choix d’un câble pouvait être un véritable casse-tête, les choses sont désormais beaucoup moins floues, ce qui sera également un avantage lors de l’achat d’un ordinateur portable ou encore d’une carte-mère.

C’est quoi l’USB4 ?

Avant de se demander ce qu’est l’USB4 et en quoi il va simplifier la donne, changer nos habitudes et améliorer nos tâches quotidiennes, il convient de rappeler (brièvement) ce qu’est l’Universal Serial Bus (USB) !

Universal Serial Bus : incontournable depuis plus de 20 ans

Cela peut paraitre élémentaire, mais c'est loin d’être anodin pour une norme qui est omniprésente et qui s’est imposée comme un standard universel depuis le début des années 2000.

Apparu pour la première fois en 1996, l’USB commencera à être utilisé avec sa seconde version (USB 1.1) en 1998. Apple en équipe alors ses emblématiques iMac G3 et démocratise l’USB avant que la version 2.0 n’entre dans la danse en 2000. C’est ainsi la première machine à faire l’impasse sur les nombreux ports que l’on trouvait à cette époque sur les ordinateurs, comme les ports parallèles et séries, ou encore les connecteurs DIN et PS/2 pour les claviers et souris, qui présentaient des limites évidentes en matière de compatibilité et d’utilisation.

La suite on la connait : l’USB se répand à vitesse grand V et équipe la majorité des machines, de l’imprimante aux souris et clavier, jusqu’au disque dur externe, smartphone, tablette et ainsi de suite.

En 2008, l’USB 3.0 marquera une évolution significative avec un débit de 5 Gb/s, jusqu’à l’USB 3.2 2x2 en 2017 avec sa vitesse de transfert de 20 Gb/s. Entre temps, un nouveau connecteur apparaît et s’ajoute aux existants : l’USB Type-C, dont la vocation est dès le départ de simplifier les choses puisqu’il est destiné, à terme, à remplacer les connecteurs plus anciens.

Ses avantages ? Sa réversibilité (comme le Lightning d’Apple), sa compatibilité avec l’USB-PD (Power Delivery) et le support de la technologie DisplayPort pour les signaux audio et vidéo. C’est ce connecteur que nous retrouvons à l’honneur avec l’USB4, logique puisque ce nouveau standard se base sur le Thunderbolt 3 d’Intel qui lui-même a recours exclusivement au connecteur USB Type-C.

USB4 : pour quand et sur quels appareils ?

Le déploiement de l’USB4 est imminent et vous verrez, en 2021, tout un panel d’appareils électroniques équipés en USB4 ! Il n’aura d’ailleurs pas été nécessaire d’attendre 2021 : à l’heure où nous écrivons ces lignes Apple a déjà lancé ses Macbook Air / Pro et Mac Mini et leur nouvelle puce M1 dotés de deux ports USB-C compatibles Thunderbolt/USB 4. Idem du côté d’Intel puisque les premiers laptops équipés avec les processeurs Intel Core de 11e génération et leur architecture Tiger Lake prennent en charge aussi bien le Thunderbolt 4 que l’USB4.

Vous vous posez encore des questions, mais à propos du Thunderbolt cette fois-ci ? Nous évoquons le sujet en détail en fin d’article !

Le point sur les systèmes d’exploitation compatibles

Nous venons de voir que côté hardware, les CPU sous Tiger Lake et le processeur Apple M1 sous ARM exploitent l’USB4. Mais qu’en est-il du côté des systèmes d’exploitation ?

Pour faire un point rapide, à l’heure actuelle le tout récent MacOS Big Sur supporte l’USB4 depuis son lancement en date du 12 novembre 2020. Du côté de Microsoft, c’est la version de Windows 10 20H2 qui apporte cette compatibilité. Enfin, Linux a un peu d’avance puisque le système d’exploitation open source supporte l’USB4 depuis sa mise à jour 5.6 parue en mars 2020.

Quoi de neuf avec l’USB4 ?

Faisons un pas dans le vif du sujet : quelles sont les nouveautés de l’USB4 et quels avantages allons-nous en tirer ?

• Un débit maximal de 40 Gb/s : l’USB4 peut fonctionner, comme le Thunderbolt 3, à un débit maximal de 40 Gb/s grâce au fonctionnement à deux voies des câbles USB-C. Les câbles certifiés permettent quant à eux d’atteindre un débit qui va au-delà des 40 Gb/s si l’on en croit l’USB-IF.
  
  
• La compatibilité avec de nombreux protocoles : l’USB4 prend en charge les protocoles USB Power Delivery (jusqu’à 100 W), DisplayPort Alt Mode 2.0 et, de manière optionnelle, le Thunderbolt 3. Nous revenons sur ces trois protocoles un peu plus bas.
  
  
• Le partage dynamique de la bande passante : l’USB4 autorise le tunneling pour transférer des données transmises via d’autres protocoles (USB 3.2, DisplayPort et PCIe) et gérer les débits alloués à ces différentes sources. Il parvient ainsi à allouer de manière dynamique un certain pourcentage de bande passante à chacune de ces sources en fonction de leurs besoins respectifs.

USB4 : une large rétrocompatibilité ?

Vous serez sans doute du même avis : la rétrocompatibilité et l’interopérabilité des différents standards USB sont formidables ! Il ne fallait évidemment pas en attendre moins de l’USB4, puisqu’il est rétrocompatible avec l’ensemble des normes d’anciennes générations, à commercer par l’USB 3.2 auquel il succède, jusqu’à l’USB 2.0 « Hi-Speed ».

Bien entendu, il ne faut pas vous attendre à profiter de meilleurs débits ou de nouvelles fonctionnalités avec vos appareils équipés de connecteurs d’anciennes générations ; ceux-ci conservent leurs capacités initiales, même lorsque vous les connecterez à un périphérique USB4.

Quels protocoles sont pris en charge par l’USB4 ?

Comme nous venons de l’aborder ci-dessus, l’USB4 prend en charge différents protocoles que nous allons rapidement détailler ci-dessous.

USB Power Delivery

Le grand avantage de l’USB4 est de permettre, à l’aide d’un seul câble, d’alimenter votre appareil, de faire transiter des signaux audio et vidéo, par exemple vers un écran ou depuis une carte graphique externe, mais aussi de transférer des données, le tout simultanément. La précision est importante, pour la simple raison que tous les connecteurs USB-C ne prenaient pas nécessairement en charge l’USB Power Delivery.

C’est désormais une obligation : les appareils USB4 dotés de connecteurs USB Type-C doivent supporter la norme USB Power Delivery. Les spécifications de l’USB4 impliquent que le Power Delivery peut fournir une puissance allant jusqu’à 100 W maximum. La majorité des appareils, comme c’est le cas des alimentations de PC portables, n’auront cependant pas besoin de supporter une telle puissance.

DisplayPort Alt Mode 2.0 : c’est quoi ?

L’USB4 prend en charge l’Alt Mode (mode alternatif) de la norme DisplayPort 2.0. Une véritable petite révolution, car entre la version précédente (DisplayPort 1.4a) et celle-ci introduite en juin 2019, le DisplayPort a quasiment triplé sa bande passante !

En Alt Mode, avec un connecteur USB-C, cela signifie qu’il est possible de disposer d’une bande passante doublée par rapport au transfert de données USB, avec pas moins de 80 Gb/s. C’est simple, le DisplayPort 2.0 ne fait qu’envoyer des données dans une seule direction, il peut donc utiliser l’ensemble des voies simultanément et par conséquent profiter de deux fois plus de bande passante.

Concrètement, cela signifie que le DP Alt Mode permet de profiter d’un large panel de configurations. Par exemple : un écran 8K à 30 Hz ou deux écrans 4K à 120 Hz, ou encore trois moniteurs 4K UHD à 144 Hz, le tout en bénéficiant de l’HDR10.

Outre le gain de performances, la nouveauté réside dans la gestion de la bande passante entre les données USB et les signaux vidéo. Auparavant, les ressources n’étaient pas réparties équitablement, en divisant la bande passante par deux lors d’un transfert de données par exemple. Désormais, le tunneling permet d’allouer dynamiquement les ressources sous forme de paquet, avec un Alt Mode finalement beaucoup mieux optimisé.

USB4 : le support du Thunderbolt 3 est-il optionnel ?

L’USB4 s’appuie sur le Thunderbolt 3 et en reprend les spécifications, comme nous avons pu déjà le voir. C’est une très bonne nouvelle puisque cela indique que la bande passante est désormais suffisante pour faire transiter les signaux de deux écrans 4K, ou encore de booster les performances graphiques d’un ordinateur portable en y connectant un GPU externe. On peut aussi évoquer la rétrocompatibilité de cette norme avec les générations précédentes comme Thunderbolt 2, qui nécessitera toutefois un adaptateur (Mini DisplayPort).

Il faut malgré tout nuancer le propos, car la compatibilité Thunderbolt n’est pas une spécification obligatoire de l’USB4, elle est optionnelle. D’un autre côté, l’interface Thunderbolt 3 étant conçue par Intel (en partenariat avec Apple), on la retrouve aujourd’hui sous un panel d’appareils assez restreint : sur les iMac et MacBook, ainsi que sur certaines gammes de quelques constructeurs comme Razer, Alienware, Asus, ou encore Dell. Les configurations alimentées par un processeur AMD en sont donc dépourvues. Enfin, l’adoption du Thunderbolt 3 par les fabricants inclut le facteur prix, pour la simple raison qu’il ne s’agit pas d’un standard ouvert et qu’il nécessite le paiement de redevances à Intel.

Heureusement les choses changent avec l’arrivée de l’USB4 et nous pouvons espérer retrouver la compatibilité Thunderbolt 3 beaucoup plus souvent puisque les fabricants n’auront cette fois-ci aucune redevance à verser à Intel ! Malgré tout, étant donné qu’elle reste optionnelle, la question continue de se poser. Enfin, la compatibilité avec les GPU externes continuera d’être épineuse, Thunderbolt 3 ou pas. C’est notamment le cas des nouveaux Mac basés sur la puce ARM M1 : malgré la présence du Thunderbolt 3 et de l’USB4, les nouveaux laptops d’Apple ne sont pour l’instant pas capables de prendre en charge les GPU externes, même le fameux eGPU Blackmagic d’Apple !

Dernière chose à prendre en considération : si les fabricants peuvent désormais intégrer le Thunderbolt sans payer de redevance à Intel, il reste nécessaire d’obtenir la certification permettant d’accoler le logo aux produits compatibles, ce qui reste une contrainte en matière de temps et d’argent pour les fabricants.

USB4 : des connecteurs USB-C ou rien ?

Ce n’est évidemment pas une surprise, et c’est d’ailleurs une bonne nouvelle : l’USB4 ne fonctionnera que sur des connecteurs USB Type-C, un seul connecteur pour tout faire ou presque ! Comme indiqué plus haut, l’USB-C est le seul à prendre en charge l’USB Power Delivery, cette norme faisant partie des spécifications de l’USB4 il est donc logique d’y retrouver ce connecteur.

Nos appareils pourvus de connecteurs différents continueront bien sûr de fonctionner avec l’USB4, à condition d’avoir un adaptateur sous la main.

Quelles différences entre USB4 et Thunderbolt 4 ?

Il n’y a pas vraiment de grandes différences entre Thunderbolt 4 et USB4 ! En réalité, le cahier des charges du Thunderbolt 4 implique qu’il prenne en charge nativement l’USB4.

Il y a cependant des exigences supplémentaires avec cette nouvelle interface. Tous les appareils estampillés USB4 ne pourront donc pas se targuer d’être compatibles avec le Thunderbolt 4. D’abord, car ils ont toujours besoin de la certification d’Intel, mais aussi, car les spécifications minimales de ce nouveau standard ont été revues à la hausse.

Intel prévoit ainsi un débit minimal de 40 Gb/s et non 20 Gb/s, la vitesse de transfert minimale requise pour l’USB4. Concernant la liaison PCI Express du Thunderbolt 4, Intel impose une bande passante minimale de 32 Gb/s, ainsi qu’une protection DMA basée sur le dispositif Intel VT-d. Le tableau ci-dessus résume bien à quoi s’attendre avec le Thunderbolt 4 et ses principales différences par rapport à l’USB4.