Conectividad: USB y Thunderbolt

FireWire, normalizado como IEEE 1394, fue un bus serie de alta velocidad para conectar periféricos externos, pensado sobre todo para conectar dispositivos digitales de vídeo al ordenador: cámaras y videocámaras, discos externos y equipos de audio.

Su ventaja frente al USB de la época era la transferencia sostenida: podía garantizar un caudal constante, que es exactamente lo que necesita el vídeo, y los dispositivos podían comunicarse entre sí sin que el ordenador hiciera de intermediario. Perdió de todos modos, porque USB era más barato de implantar y estaba en todas las máquinas, y hoy está obsoleto.

Si en un enunciado aparece FireWire, la respuesta suele girar en torno a dos palabras: obsoleto y vídeo digital.

Thunderbolt nació con el nombre de proyecto Light Peak y su planteamiento es distinto del de USB: en lugar de definir un bus nuevo, saca fuera del ordenador dos buses que ya existían dentro. Por el mismo cable van, en dos señales serie, PCI Express para los datos y DisplayPort para el vídeo.

De ahí salen sus rasgos característicos. Admite varios protocolos a la vez, entre ellos DisplayPort, HDMI y Ethernet; permite encadenar varios dispositivos en el mismo puerto; la transmisión es bidireccional; y ofrece calidad de servicio, es decir, puede reservar caudal para el vídeo de forma que no se corte porque un disco esté copiando ficheros. Como lleva PCI Express hacia fuera, es también lo que hace posible una tarjeta gráfica externa.

Thunderbolt 4 no sube la velocidad respecto a la 3: lo que hace es endurecer los mínimos obligatorios, de modo que cualquier puerto certificado garantice el mismo comportamiento. La versión 3 dejaba demasiadas cosas como opcionales.

Conviene precisar una idea que circula desde el nombre del proyecto: Thunderbolt no es una tecnología óptica. Light Peak se concibió sobre fibra, pero lo que llegó al mercado funciona sobre cobre, y los cables ópticos son solo una opción para distancias largas.

Thunderbolt es la combinación de PCI Express y DisplayPort en un cable. Esa frase sola contesta la mayoría de las preguntas del tema.

USB, bus serie universal, lo mantiene el USB-IF, el foro de fabricantes que implementan el estándar. No es una especificación única sino una familia, y la confusión de nombres es tal que el propio USB-IF acabó renombrando las versiones por su velocidad.

La otra idea que hay que llevarse es el tunneling. USB sabe encapsular tráfico ajeno dentro de su propio enlace, de manera que por un solo cable circulen a la vez datos USB, vídeo de DisplayPort y transacciones de PCI Express. Ese mecanismo es el que hace que USB4 y Thunderbolt hayan acabado convergiendo: USB4 se construyó sobre la especificación de Thunderbolt 3 que Intel liberó.

Que el modo asimétrico exista tiene una explicación sencilla: en un enlace simétrico las líneas se reparten a partes iguales entre los dos sentidos, pero conectar un monitor de mucha resolución consume casi todo el caudal en un solo sentido, así que se permite reasignar líneas y llegar a 120 Gbps de ida a costa de dejar 40 de vuelta.

Un mismo dispositivo de 5 Gbps puede venir etiquetado como USB 3.0, 3.1 Gen 1, 3.2 Gen 1 o USB 5Gbps. Son cuatro nombres del mismo estándar.

Desde el principio el cable USB llevó corriente además de datos, pero con potencias pequeñas: los 4,5 W de USB 3.0 dan para un ratón o una memoria, no para un portátil. Para llegar a alimentar equipos hizo falta un estándar aparte, USB Power Delivery, que negocia con el dispositivo el voltaje y la intensidad antes de entregar potencia.

Junto a Power Delivery existe Quick Charge, la solución de carga rápida de Qualcomm, con un objetivo equivalente pero propietaria. Sus versiones recientes son compatibles con Power Delivery, de modo que un cargador puede servir para ambos.

La potencia no la fija la versión de datos sino Power Delivery: decir que «USB 3.1 da 100 W» mezcla dos estándares distintos que casualmente comparten cable.

USB es un bus con jerarquía: hay un anfitrión, que dirige la comunicación, y unos dispositivos, que responden. El anfitrión era siempre el ordenador, lo que dejaba fuera un caso evidente: conectar un ratón, un teclado o una memoria a un teléfono, que en el esquema clásico es un dispositivo y no puede mandar.

USB OTG, On The Go, resuelve exactamente eso: permite que un dispositivo actúe como anfitrión cuando le corresponde. Es lo que hace posible enchufar un pendrive a un móvil, o que una cámara imprima directamente sin ordenador de por medio.

El conector tipo C, que aparece asociado a todo lo anterior, es una pieza independiente de la velocidad: es solo la forma física del enchufe, reversible y simétrica. Un tipo C puede llevar dentro USB 2.0 a 480 Mbps o USB4 a 40 Gbps, así que ver el conector no dice nada de lo que corre por él.

OTG cambia el papel del dispositivo, no su velocidad: convierte en anfitrión a quien normalmente obedece.

La longitud máxima de un cable USB no es un número único: depende de la velocidad, porque cuanto más rápida es la señal antes se degrada. Un cable pasivo largo a alta velocidad no funciona peor, sencillamente no enlaza.

Para superar esas distancias existen los cables activos, que llevan electrónica de reamplificación en los conectores, y los ópticos, que convierten la señal a luz. Los dos son notablemente más caros y por eso no son la opción por defecto.

En cuanto a lo que viene, Thunderbolt 5 es la generación siguiente a la 4 y sigue el mismo camino que USB4 versión 2.0, con la que comparte base: 80 Gbps en modo simétrico y hasta 120 Gbps de forma asimétrica cuando hace falta alimentar pantallas de muy alta resolución. Las dos familias, que nacieron separadas, han terminado de converger.

Antes de dar por buena una longitud de cable, hay que mirar la velocidad del enlace: el mismo conector admite 5 metros a 480 Mbps y menos de uno a 40 Gbps.