Tìm hiểu sơ qua lịch sử của USB

 ​

Cũng giống với các công nghệ khác, USB đã thay đổi theo thời gian. Mặc dù mang chữ “Universal” (có nghĩa là chung, phổ dụng, dùng cho cái gì cũng được) trong cái tên Universal Serial Bus nhưng kết nối này đã liên tục thay đổi chính mình trong khoảng 18 năm xuất hiện trên thị trường. Chúng ta đã thấy có nhiều phiên bản USB khác nhau với tốc độ khác nhau, cáp nối khác nhau, và tất nhiên là mục đích sử dụng cũng rất khác nhau.

Diễn đàn triển khai USB, một nhóm các công ty chịu trách nhiệm phát triển cổng này, hoàn toàn nhận thức được vấn đề nói trên, và họ đang có kế hoạch giải quyết nó bằng mọi loại kết nọi gọi là USB Type-C. Cổng giao tiếp này được thiết kế để thay thế cho USB Type-A và Type-B vốn đang xuất hiện cực kì phổ biến trên các máy tính, điện thoại, máy tính bảng, máy ảnh và rất nhiều loại thiết bị ngoại vi khác. Cổng Type-C sẽ được xây dựng dựa trên cấu hình USB 3.1 mới với băng thông rộng hơn, tốc độ truyền tải dữ liệu nhanh hơn với độ ổn định cao hơn.

Có thể rằng trong vài năm tới, USB Type-C sẽ trở nên phổ biến và thay thế hoàn toàn mới dây nhợ mà chúng ta phải mang theo trong người. Còn ở thời điểm hiện tại, đặc tả kĩ thuật của Type-C chỉ mới vừa hoàn toàn và nhanh nhất là phải đến sang năm thì các công ty mới bắt đầu triển khai chuẩn mới lên các sản phẩm điện tử tiêu dùng. Trong lúc chờ đợi Type-C xuất hiện, chúng ta hãy cùng xem lại sự phát triển của USB qua ngần ấy năm, cùng với đó là những tiêu chuẩn đã, đang và sẽ muốn cạnh tranh với USB.

USB đã thay thế những gì?

Nếu bạn đã từng sử dụng máy tính trước thời USB xuất hiện trong các máy tính Pentium và Pentium II, chắc hẳn bạn sẽ biết đến sự cực khổ khi kết nối các thiết bị ngoại vi vào máy tính vì khi đó người ta phải xài cả tá tiêu chuẩn khác nhau. Muốn gắn chuột? Bạn sẽ cần đến cổng PS/2 hoặc cổng Serial. Còn muốn xài bán phím? Lại là PS/2, còn không là Apple Desktop Bus hoặc DIN. Trong khi đó, để gắn máy in hay máy scan vào PC thì bạn phải dùng cổng parallel vừa to vừa dài, ổ cứng rồi thì gắn vào PC bằng cổng SCSI (đọc là Scơ-zi). Chưa hết, thập niên 90 còn có những card âm thanh rời tích hợp cổng game port để kết nối với tay cầm chơi game.

 
Cổng PS/2, Serial và VGA trên các mainboard thế hệ cũ​

Bạn có thể thấy vấn đề rắc rối xảy ra rồi đấy. Một vài cổng cần người dùng gắn thêm các card mở rộng, một vài cái thì quá to, một số thì tốn thời gian để cấu hình hoặc sửa lỗi khi gặp sự cố. Thế rồi đến cuối những năm 90, các máy tính bắt đầu được trang bị USB ở mặt sau thùng máy. Lúc đó USB chỉ mới dừng lại ở chuẩn 1.1 và tốc độ truyền tải dữ liệu vào khoảng 12Mbps (hoặc 1,5Mbps đối với các thiết bị ngoại vi như chuột và bàn phím). Các nhà sản xuất phụ kiện không chuyển sang USB ngay lập tức, tuy nhiên dần dần bàn phím, chuột, máy tính và nhiều thứ khác bắt đầu bao gồm cổng USB như một tùy chọn, để rồi sau đó trở thành kết nối chính.

Khi USB 2.0 trở nên phổ biến hơn vào giữa những năm 2000, nó bắt đầu thay thế cho nhiều thứ hơn. Ổ lưu trữ USB là một trong những thủ phạm chính gây nên cái chết của ổ đĩa mềm (cùng những biến thể như ổ đĩa ZIP), đồng thời góp phần vào sự mờ nhạt của các phương tiện lưu trữ quang học. Vì sao bạn lại phải mất công ghi đĩa CD, DVD để lưu dữ liệu trong khi bạn có thể làm điều đó với một chiếc bút nhớ USB với kích thước gọn hơn, nhanh hơn và linh hoạt hơn? USB 2.0 cũng mở đường cho những phụ kiện tốc độ cao, ví dụ như adapter Wi-Fi, ổ quang rồi, cổng Ethernet mở rộng… Trước đó, những thứ này phải gắn vào bên trong máy tính chứ không thể xuất hiện như một vật gắn rời.

Vậy vì sao USB 2.0 lại có thể tạo ra một sự thúc đẩy mạnh mẽ đến như thế? Tất cả là nhờ vào tốc độ truyền dữ liệu tối đa đạt mức 480Mbps. Thế rồi ngày càng nhiều nhà sản xuất mang kết nối này vào các máy tính, cả desktop lẫn laptop. Đối với máy tính để bàn thì việc có nhiều hơn 4 cổng USB 2.0 ở mặt sau thùng máy không còn là chuyện quá kinh ngạc, chưa kể mặt trước cũng có 2 cổng nữa để giúp người dùng thao tác thuận tiện hơn. Với laptop thì việc sở hữu 2 hoặc 3 cổng USB cũng là điều bình thường.

USB đã thật sự cất cánh nhờ vào USB 2.0, và USB 3.0 đã đưa kết nối này lên một tầm cao mới. Nhờ vào tốc độ truyền tối đa 5Gbps mà USB trở nên hữu ích hơn nữa trong các tình huống sử dụng mà mình đã đề cập ở trên. Bạn sẽ tốt ít thời gian hơn để sao lưu cả hệ thống của mình, bạn tốt ít thời gian hơn để di chuyển phim sang ổ cứng rồi, các adapter Wi-Fi 802.11ac và Gigabit Ethernet cũng không còn bị tình trạng nghẽn cổ chai. Cũng nhờ tốc độ cao mà bạn hoàn toàn có thể chạy cả một hệ điều hành lưu trên ổ đĩa rời bên ngoài, cực kì tiện dụng khi cần sửa lỗi máy hoặc khi cần xài cho việc gấp.

USB 2.0 rồi cũng được thay thế bởi USB 3.0 bởi các nhà sản xuất PC bắt đầu từ năm 2010. Hiện nay hầu hết những chiếc máy tính bán ra đều sở hữu ít nhất một cổng USB 3.0, và cũng nhờ khả năng truyền điện tốt hơn mà bạn có thể xài USB 3.0 để sạc smartphone, tablet của mình với thời gian ngắn hơn. Đây là một trong những tính năng mà Asus, Toshiba, Lenovo, HP thường nhấn mạnh đối với các sản phẩm của họ. Một số công ty thậm chí còn nghiên cứu và triển khai thành công cách sạc thiết bị ngoại vi bằng USB 3.0 mà không cần bật máy tính lên.

USB 3.0 còn nhận được sự hỗ trợ của hầu hết các công ty lớn trong lĩnh vực sản xuất chip và CPU, từ Intel cho đến AMD hay Qualcomm. Hiện chipset của Intel có thể đảm đương cùng lúc 14 cổng USB, một con số mà ít ai có thể mơ đến ở những ngày đầu chuẩn kết nối này bắt đầu xuất hiện trên thị trường.

Nói cách khác, USB vẫn đang tiếp tục được phát triển và đồng thời nhận được nhiều sự hỗ trợ từ các tên tuổi nổi tiếng trong thế giới công nghệ. Chỉ riêng đầu USB Type-A xuất hiện trên tất cả các máy tính cá nhân hiện nay đã có tuổi đời gần 20 năm. Xét về những kết nối mà cổng này đã thay thế, chúng ta có thể thấy rằng USB đóng vai trò cực kì quan trọng trong việc định hình nên thế giới IT của chúng ta ngày nay.

Tổ chức Quảng Bá USB 3.0 mới đây cũng đã thông qua đặc tả kĩ thuật hoàn chỉnh của USB Type-C, thế hệ cổng giao tiếp mới được kì vọng sẽ xuất hiện trên các thiết bị điện tử tương lai. Phần cổng kết nối của Type-C chỉ có kích thước tương đương microUSB và nó cũng nhỏ hơn khá nhiều so với cổng USB Type A hoặc Micro B mà chúng ta đang dùng hiện nay. Một điểm quan trọng ở Type-C đó là nhờ thiết kế đối xứng mà người dùng có thể cắm cáp theo bất kì phương nào mà họ thích, không còn phải để ý mặt trên hay mặt dưới nữa. Đây cũng là cách mà Apple áp dụng cho cổng Lightning của mình.

Được phát triển dựa trên cấu hình USB 3.1 nên Type-C hỗ trợ truyền dữ liệu với tốc độ tối đa lên đến 10Gbps (1,25GB/s), gấp đôi so với USB 3.0, đồng thời cho phép truyền tải điện với công suất cao nhất là 100W. Trong tương lai, USB Type-C sẽ thay thế không chỉ cổng USB kích thước đầy đủ mà còn thay cho cả microUSB nữa, từ đó đưa thế giới tiến đến một chuẩn USB duy nhất xuyên suốt nhiều loại thiết bị khác nhau.

Giờ thì chúng ta đã có cấu hình hoàn chỉnh cho USB Type-C, câu hỏi còn lại đó là khi nào thì các hãng sản xuất sẽ bắt đầu tích hợp nó vào những sản phẩm thương mại, và liệu có cơ quan chức năng nào bắt buộc sử dụng USB Type-C nhằm giúp loại bỏ các rắc rối mà người dùng gặp phải khi phải đem theo cả tác dây sạc và bộ sạc cho thiết bị của mình hay không. Type-C hiện đang nhận được sự hỗ trợ của nhiều công ty lớn như Intel, Microsoft, STMicroelectronics, HP, Texas Instruments…

Những đối thủ cạnh tranh với USB

Trong quá trình USB phát triển, đã có một vài cổng kết nối khác có nỗ lực thách thức sự thống trị của USB. Thường thì những kết nối này đạt được thành công trên quy mô hẹp hoặc trong một số loại thiết bị nhất định, ngoài ra chúng còn làm được những thứ mà USB không thể làm. Tuy nhiên, nếu nói về tính phổ biến thì những kết nối này vẫn phải xếp sau USB.

FireWire

Một trong số đó là FireWire (còn gọi là IEEE 1394), một chuẩn được ủng hộ bởi Apple từ khoảng cuối những năm 90 và kéo dài mãi đến năm 2010. FireWire có một vài lợi thế so với USB vào thời điểm đó: các thiết bị FireWire có thể kết nối với nhau thành một chuỗi, tức là bạn chỉ cần một cổng FireWire trên máy tính là đủ, còn những sản phẩm ngoại vi thì sẽ nối nhau liên tiếp. Ngoài ra, hoạt động của FireWire không cần CPU phải xử lý nhiều, đồng thời nó còn có thể truyền tải dữ liệu theo hai chiều cùng lúc (gọi là full-duplex). Trong khi đó, USB 1.1 và 2.0 thì chỉ có thể truyền dữ liệu theo một chiều vào một thời điểm (half-duplex). FireWire cũng nhanh hơn so với chuẩn USB đương thời: FireWire 400 hỗ trợ tốc độ tối đa là 400Mbps, so với mức 12Mbps của USB 1.1, còn FireWire 800 thì đạt đến 800Mbps trong khi USB 2.0 chỉ hoạt động ở con số 480Mbps mà thôi.

FireWire 800 là cổng thứ 3 đến từ trái sang trên cạnh của chiếc MacBook này​

Vấn đề của FireWire đó là việc triển khai chuẩn này vào các hệ thống máy tính quá đắt tiền so với USB, nó cần sử dụng những con chip điều khiển riêng trong cả PC lẫn thiết bị ngoại vi. Ngoài ra, ở những ngày đầu của công nghệ này, việc sử dụng FireWire đồng nghĩa với việc phải trả phí bản quyền cho Apple. Việc sử dụng FireWire 400 cũng cần sợi cáp khác biệt so với FireWire 800, trong khi USB 1.0, 1.1, 2.0 và 3.0 thì cổng kết nối gần như không thay đổi, đảm bảo tính tương thích ngược một cách hoàn hảo.

Kết quả là, FireWire chỉ nhận được sự quan tâm của các sản phâm lưu trữ cao cấp hoặc thiết bị video chuyên nghiệp vốn đòi hỏi nhiều băng thông để hoạt động. Còn USB, với giá thành thấp hơn, tính tương thích cao hơn và linh hoạt hơn, vẫn tiếp tục phát triển từng ngày và có mặt không chỉ trên cả những máy tính Windows mà ngay cả Apple cũng phải đưa USB lên các cỗ máy Mac. Sau này FireWire có một vài biến thể hỗ trợ tốc độ lên tới 1,6Gbps, 3,2Gbps và thậm chí là 6,4Gbps nhưng ngay chính Apple cũng không còn mặn mà nữa. Hãng đã dừng tích hợp cổng FireWire lên hầu hết các sản phẩm hiện tại của công ty, các hãng sản xuất thiết bị ngoại vi cũng thực hiện bước đi tương tự.

Thunderbolt 

Để thay thế cho FireWire, giờ đây các máy tính Apple xài cổng Thunderbolt bởi nó nhanh hơn nhiều so với USB. Ngoài Apple, Intel cũng là một công ty lớn khác đứng đằng sau hỗ trợ cho Thunderbolt. Chuẩn kết nối này hiện chỉ xuất hiện phổ biến trên các máy Mac chứ không có nhiều máy tính Windows hỗ trợ nó, nếu có thì cũng chỉ hiện diện trong những cổ máy cao cấp nhắm đến người dùng nhiếp ảnh gia hoặc nhà làm phim chuyên nghiệp.

Ban đầu Thunderbolt có tên là Light Peak và nó sử dụng cáp quang để truyền dữ liệu, tuy nhiên vì nhiều hạn chế về chi phí nên Intel và Apple quyết định chuyển sang sử dụng cáp đồng để vừa truyền được dữ liệu vừa có thể truyền điện năng. Điểm đặc biệt của Thunderbolt đó là nó kết hợp cả hai giao thức PCIe và DisplayPort, thế nên chỉ cần một sợi cáp duy nhất là bạn vừa có thể xuất hình ảnh ra màn hình ngoài, vừa bắn dữ liệu sang các ổ cứng rời. Thunderbolt cũng hỗ trợ nối thiết bị theo chuỗi giống FireWire.

Về mặt tốc độ, Thunderbolt 1.0 hỗ trợ tốc độ truyền tải tối đa là 10Gbps cho mỗi kênh hình và dữ liệu. Nếu chỉ xét riêng băng thông 10Gbps data thì tốc độ này nhanh gấp đôi so với USB 3.0, ngoài ra nó còn xuất hiện phổ biến trên thị trường sớm hơn khoảng 1, 2 năm so với USB 3.0. Lên đến Thunderbolt 2.0, băng thông của kênh dữ liệu có thể đạt mức tối đa 20Gbps (bằng cách ghép hai làn PCIe để xài cùng lúc). Phiên bản Thunderbolt kế tiếp được cho là sẽ đổi cổng kết nối, tuy nhiên tốc độ sẽ đạt mốc 40Gbps, còn loại Thunderbolt xài cáp quang thì có thể chạm đến con số 100Gbps.

 
So sánh băng thông của kết nối Thunderbolt 2 với bộ điều khiển Falcon Ridge và các kết nốiThunderbolt 1, eSATA, USB 3.0​

Hiện Thunderbolt vẫn đang được tích cực phát triển, tuy nhiên nó cũng gặp vấn đề tương tự như FireWire. Tính đến bây giờ, việc sử dụng Thunderbolt đòi hỏi phải có một con chip điều khiển riêng trong cả máy tính lẫn thiết bị ngoại vi. Và con chip này có giá thành không hề rẻ, nếu tích hợp nó vào những ổ cứng rời, ổ flash nhỏ gọn thì chi phí sẽ bị đội lên rất nhiều.

Về cơ bản, Intel có thể sử dụng thế lực của mình trong thế giới PC để thúc đẩy các hãng phần cứng xài Thunderbolt, đồng thời hãng cũng lên kế hoạch tích hợp bộ điều khiển vào các CPU thế hệ mới. Tuy nhiên, giải pháp này cũng có những hạn chế nhất định: nó sẽ làm tăng số lượng bóng bán dẫn cần thiết, từ đó hoặc tăng chi phí cho các đối tác sản xuất PC, hoặc ăn mất lợi nhuận của Intel (trong trường hợp hãng quyết định giảm giá bán CPU). Nó cũng khiến vi xử lý tốn nhiều điện hơn, trong khi đó Intel đang làm mọi thứ có thể để hạ lượng điện tiêu thụ cho những con chip của mình, dù chỉ là vài mili watt.

Hiện tại, những hạn chế nói trên khiến Thunderbolt chưa thể xuất hiện rộng rãi. Chuẩn này sẽ rất hữu dụng nếu bạn xài màn hình 4K và di chuyển cả GB dữ liệu hình ảnh, video thường xuyên. Nhưng với hầu hết những người tiêu dùng phổ thông, USB 3.0 vẫn tiện hơn, rẻ hơn và đủ nhanh để đáp ứng các nhu cầu của họ rồi.

Tương lai của USB?

Giả sử như Thunderbolt và USB sẽ trở thành hai cổng phổ biến trong tương lai gần, khi đó cả hai vẫn phải đối mặt với những đối thủ mạnh khác: các kết nối không dây. Trong nhiều tình huống, người ta đã sử dụng công nghệ không dây để thay thế cho những công việc mà trước đây phải phụ thuộc vào USB. Công nghệ đám mây đã giúp đồng bộ email, danh bạ, lịch, tập tin và thậm chí là cả hình ảnh và video trên tất cả mọi thiết bị của bạn mà chẳng cần đến sợi dây nào. Bluetooth, NFC, Wi-Fi Direct và AirDrop (vốn cũng dựa trên Wi-Fi) thì đang thay thế cách truyền tập tin bằng kết nối USB truyền thống. Miracast và AirPlay thì đang dần có mặt trên nhiều TV và thiết bị di động để người dùng xuất hình ảnh từ thiết bị ra màn hình ngoài. Máy in, máy scan không dây thì đang ngày càng rẻ và dễ thiết lập hơn.

Về việc sử dụng cổng USB để sạc thì chuyện đó cũng vẫn có thể được thay thế bởi hàng tá các chuẩn sạc không dây như Qi, Rezence hay PMA. Hiệp hội Năng lượng Không Dây (WPC) mới đây đã công bố đặc tả kĩ thuật cho chuẩn sạc Qi phiên bản 1.2. Hiện nay chuẩn Qi 1.1 có khả năng hoạt động ở khoảng cách tối đa là 7mm giữa thiết bị nhận và thiết bị truyền điện, còn phiên bản mới cho phép khoảng cách này tăng thành 45mm. Điều đó giúp việc tích hợp bộ sạc Qi vào các đồ vật dễ dàng hơn, ví dụ như chúng ta có thể nhúng nó ngay bên dưới mặt bàn, đặt trong ô-tô, trên kệ sách,… Nếu đã tiện đến như thế, vì sao phải xài USB để cắm cắm và rút rút nữa?

Các bạn thấy đấy, USB vẫn đang đứng trước nguy cơ bị thay thế bởi những thứ tiện dụng hơn. Tuy nhiên, thường thì những chuẩn không dây lại gặp vấn đề về tốc độ. Nếu bạn muốn chép nhanh những đoạn phim quay bằng điện thoại sang máy tính thì ngay cả việc xài USB 2.0 vẫn nhanh hơn Wi-Fi. Các lập trình viên hoặc những anh em yêu công nghệ thì vẫn cắm điện thoại và các thiết bị ngoại vi khác vào máy tính của mình bằng cáp USB bởi kết nối này ổn định hơn. Làm sao bạn có thể xài Wi-Fi để up ROM cho một thiết bị Android hay flash lại firmware cho chiếc Windows Phone của bạn?

Vấn đề chuẩn sạc không dây cũng là thứ làm cho các nhà sản xuất phải đau đầu. Hiện nay Qi đã xuất hiện phổ biến, thế nhưng các chuẩn khác vẫn đang được tích cực phát triển và quảng bá. Ai mà biết được trong tương lai chuẩn nào sẽ chiếm vị trí dẫn đầu. Trong lúc chờ đợi, chúng ta vẫn cứ xài cáp microUSB để sạc cho hầu hết mọi thiết bị di động, quá đơn giản và chẳng cần suy nghĩ gì nhiều.

Tóm lại, trong tương lai gần, chắc chắn USB sẽ không bị thay thế bởi các chuẩn kết nối khác. Cũng giống như sự phát triển của Wi-Fi vẫn chưa thể tận diệt Ethernet, các công nghệ mới vẫn chưa đủ sức mạnh và sức hấp dẫn về mặt chi phí để đè bẹp USB. Sự đơn giản, tốc độ cao, tính tiện dụng và tính tương thích mạnh mẽ của USB sẽ là những tác nhân giúp tuổi thọ của chuẩn kết nối này kéo dài thêm một thời gian khá dài nữa.

Tham khảo tinhte, Ars Technica​