Interface Thunderbolt

Origine, évolution, connecteur

À l’origine existaient nombreux ports externes d’ordinateurs certains pouvant raccorder différents types de périphériques (port parallèle, port série, port SCSI, etc.), d’autres spécialisés (ports clavier PC DIN, puis PS/2 mini-DIN, port souris) et tous incompatibles les uns avec les autres.
Les paragraphes suivants montrent l’évolution dans ce domaine :

• USB : la génèse ;
• USB : l’évolution ;
• USB : les connecteurs ;
• Thunderbolt : la génèse ;
• Thunderbolt : l’évolution ;
• Thunderbolt : la génèse ;

USB

La génèse

L’idée principale de L’USB (de l’anglais, « Universal Serial Bus ») est de fédérer tout cela pour offrir, version après version, une interface qui devient quasi universelle :

• une norme ^[1] permettant de connecter des périphériques informatiques à tout type d’appareil (ordinateur, tablette, smartphone, etc.) ;
• en plus de connecter des périphériques « à chaud » (quand l’ordinateur est en marche) ;
• tout en bénéficiant du « plug and play » ^[2] qui reconnaît automatiquement le périphérique ;
• mais aussi, d’alimenter les périphériques peu gourmands en énergie (clé USB, disques SSD) et, pour ses dernières versions à prise USB Type-C, des appareils réclamant plus de puissance (60 W en version standard, 240 W au maximum).

Aujourd’hui, le pari est réussi :

• l’USB a supplanté divers bus et interfaces qui équipaient auparavant les ordinateurs ;
• la gamme des périphériques utilisant le bus USB est extrêmement vaste ;
• l’USB est également utilisé en interne dans certains ordinateurs pour connecter des périphériques (webcams, récepteurs infrarouges ou lecteurs de cartes mémoire par exemple).

Dans tout ce qui suit, la première époque de l’USB sera passée sous silence pour ne pas compliquer inutilement le texte avec des caractéristiques aujourd’hui obsolètes : les faits pris en compte commencent avec l’USB 3.

USB

Les évolutions USB 3 & USB4

La version 1.0 de l’USB est apparue en janvier 1996, ce connecteur s’est généralisé dans les années 2000 pour connecter souris, clavier d’ordinateur, imprimantes, clés USB et autres périphériques sur les ordinateurs personnels.
Les performances de l’USB, notamment concernant les débits, se sont grandement améliorées au fil des versions : de 1,5 Mbit/s pour la version 1.0 à 80 Gbit/s théoriques pour la version USB4 version 2.0.
L’USB 3.2 est l’avant-dernière mouture de la norme. Elle intègre et renomme les USB définies précédemment. Ce qui provoque une confusion dans les descriptions des ports des machines suivant les termes utilisés.

 
L’USB 3.2 Gen 2x2 prend en charge la rétrocompatibilité, ce qui permet de résoudre tous les problèmes de fonctionnalité avec les anciennes technologies USB (à condition que les nouveaux périphériques prennent en charge les spécifications USB préexistantes).
 

 
La norme USB4, annoncée en 2017 et officialisée en septembre 2019 par l’USB-IF, offre l’intégration des fonctionnalités de Thunderbolt 4, laissant espérer un rapprochement, voire une fusion entre les deux normes.

USB

Les connecteurs

À sa création, le bus USB ne permettait pas de relier entre eux deux périphériques ou deux hôtes : le seul schéma de connexion autorisé est un périphérique sur un hôte. Pour éviter des branchements incorrects, la norme spécifie deux types de connecteurs :

• le Type-A : destiné à être situé sur l’hôte ;
• le Type-B : destiné à être situé sur le périphérique.

Les câbles de connexion ont toujours une extrémité de Type-A mâle, et une extrémité de Type-B mâle, ce qui garantit le respect de la topologie du bus. Les appareils (hôte et périphériques) sont équipés de connecteurs femelles.
Les hubs USB ^[7] et les rallonges de câbles ^[8] ont des câblages adaptés
Du fait de la réduction de la taille des périphériques et des hôtes (tablettes et smartphones) sont apparus les Micro USB ^[4] sur lesquels nous ne nous étendrons pas.
 
Le Type-C est introduit avec l’USB 3.0 en août 2014. Il est destiné à remplacer tous les connecteurs précédents. Il a la particularité d’être réversible, c’est-à-dire qu’il n’a plus de sens haut/bas. Cette réversibilité complique considérablement le câblage pour le fabricant, puisque tout doit être connecté en double. En revanche, l’aspect pratique pour l’utilisateur se double d’une compatibilité avec l’USB Power Delivery. La technologie DisplayPort lui permet également de transmettre des signaux audio et vidéo.

Thunderbolt

La génèse

Thunderbolt est un format de connexion informatique conçu par Intel, dont les travaux ont débuté en 2007, sous le nom de code Light Peak. Intel a lancé ce projet dans le but de remplacer toute la panoplie des connecteurs présents sur un ordinateur par un seul câble à fibre optique multi-usage, bien que ses premières implantations utilisent des fils de cuivre standards. Cette interface se retrouve associée aux produits de la marque Apple. À la suite de l’ouverture début 2012 par Intel de la technologie Thunderbolt aux autres constructeurs qu’Apple, cette connectique a été adoptée par plusieurs fabricants ^[9].
La version 3 du Thunderbolt bascule sur le connecteur USB de type C, et permet donc en plus l’utilisation du protocole USB standard sur la même interface. Cette version entérine l’utilisation du cuivre, car l’utilisation du câble comme alimentation électrique est aussi un élément important de cette interface.

Dans tout ce qui suit, la première époque de Thunderbolt sera passée sous silence pour ne pas compliquer inutilement le texte avec des caractéristiques aujourd’hui obsolètes : les faits pris en compte commencent avec Thunderbolt 3.

USB

Les évolutions Thunderbolt 3 & 4

Thunderbolt 3 a été développé par Intel et utilise des connecteurs USB Type-C.
Cette version propose les nouveautés suivantes accessibles aux utilisateurs :

• une bande passante doublée (40 Gbit/s) ;
• la possibilité de transporter une puissance jusqu’à 100 watts ;
• l’adoption du connecteur USB de type C ;
• la connexion des écrans (support de la norme HDMI 2.0 et Displayport 1.2) ;
• grâce à un mode alternatif de l’USB Type-C, les ports Thunderbolt 3 permettent, sans obligation toutefois, l’alimentation électrique du périphérique et donc d’éliminer le besoin en câble d’alimentation séparé.

 
Le Thunderbolt 4 est annoncé au CES 2020 par Intel. Ses spécifications finales ont été officialisées le 8 juillet 2020. Le débit de cette interface reste inchangé par rapport au Thunderbolt 3 (40 Gbit/s), néanmoins, le Thunderbolt 4 est plus exigeant, aussi bien sur le plan de la sécurité que sur les normes matérielles.
Les principales améliorations notables pour l’utilisateur entre Thunderbolt 4 et Thunderbolt 3 sont :

• la prise en charge native de la norme USB 4 ;
• une technologie de virtualisation, pour empêcher les attaques informatiques via un port Thunderbolt 4 ;
• un port Thunderbolt 4 doit au minimum délivrer 15 W et les câbles allant jusqu’à deux mètres seront universels ;
• un ordinateur, portable ou fixe, doté d’un port Thunderbolt 4 doit automatiquement offrir la possibilité de recharger l’appareil connecté (avec le Thunderbolt 3, ce n’était pas forcément le cas).

Les appareils compatibles commencent à apparaître.

DisplayPort

Les évolutions Thunderbolt 3 & 4

DisplayPort ou simplement DP est une interface numérique pour écran mise en place par le consortium Video Electronics Standards Association (VESA) ^[10]. Elle définit une nouvelle interconnexion numérique audio/vidéo. Celle-ci est d’abord conçue pour relier un ordinateur à ses moniteurs, ou un ordinateur et un système de « home cinema » ^[11].
Plusieurs ordinateurs de la marque Lenovo furent équipés de ce port à partir de 2009. Dans les années qui suivirent d’autres fabricants de carte mère et PC portable ajoutèrent le port à leurs produits même si le format le plus populaire était le HDMI.
Début 2016, le format DisplayPort se présente à présent à travers la connectique USB type C compatible Thunderbolt 3.

Power Delivery

Les évolutions Thunderbolt 3 & 4

L’USB Power Delivery est un protocole de recharge qui permet aux câbles et connecteurs USB type-C de délivrer une alimentation importante à vos appareils. Il permet une charge rapide, avec plus d’énergie pour des appareils de capacité plus importante, avec un temps de recharge réduit ou une recharge simultanée entre plusieurs appareils. Il offre le meilleur de l’USB et une recharge plus flexible en parallèle de l’échange de données via un unique câble.
L’USB Power Delivery offre les fonctionnalités suivantes :

• puissance jusqu’à 100W ;
• le sens d’alimentation n’est plus imposé ^[12] ;
• optimisation de l’alimentation sur de multiples appareils, en permettant à chaque appareil de ne consommer que l’énergie dont il a besoin ;
• permet à des appareils basse consommation comme des écouteurs de ne demander que l’énergie dont ils ont besoin.