USB 3 ¿algo más que ganas de vender equipos renovados?

Hay que remontarse a mitad de los 90 para ser testigos del nacimiento de USB, entonces concebido con dos velocidades de 1,5Mbps y 12Mbps (Mbps = mega bits por segundo) con las que ofrecer un conexión simple y unificada en esas dos opciones. La una de muy bajo coste y velocidad adecuada para dispositivos como los ratones, y la otra algo más ágil para atender impresoras, discos externos, y otros dispositivos de mayores demandas. Frente a los interfaces entonces dominantes (serie, paralelo, SCSI…; o bien internos como PCI) resultaba enormemente simple.

La idea de conectar periféricos a un ordenador era central al concepto inicial USB y por ello se requería la presencia de un sistema inteligente (un host) que pudiera gobernar el bus y actuar como árbitro de la comunicación. Es labor del host, entre otras, ofrecer de vez en cuando una ronda de consulta por si alguien nuevo quiere conectarse, negociar con los nuevos periféricos la velocidad y otras condiciones a las que se conectarán y un largo etc. También ir asignando el turno en el uso del bus compartido por todos los sistemas a él conectados. La coexistencia de ambas velocidades sobre un mismo bus, obligaba a que esas labores de sondeo y mantenimiento que debe realizar el host no pudieran suceder siempre a alta velocidad. Entre unas y otras cosas, la capacidad de USB 1.0 para atender las necesidades de sistemas en tiempo real, como lo son MIDI y audio, que además requieren baja latencia y velocidad mantenida relativamente alta, dejaban en entredicho la viabilidad de USB 1.0 para esas tareas, al menos en interfaces multicanal.

A partir de 2001 USB 2.0 cuenta con un modo de alta velocidad que permite alcanzar los 480 Mbps. No es el único cambio que incluye en aras a dar mayor alcance a la ‘U’ en su nombre: universal. De hecho un vistazo a la oferta en el mercado basta para darse cuenta de su ubicuidad. USB 2.0 está presente en todo tipo de sistemas, y, en lo que más nos afecta, se ha convertido en un mecanismo robusto para conectar sistemas audio multicanal incluso en audio digital de alta velocidad y resolución.

Desde hace unos cuatro años la no tan nueva promesa, en color azul, se llama USB 3.0 o SS USB (por ‘super speed’, súper veloz), y eleva a 4.8Gbps teóricos (3.2 en términos más realistas) su cota de velocidad de transmisión, rivalizando con IEEE 1394 / FireWire y con la primera versión de Thunderbolt (no desde luego con las más recientes). Incluso, con una especificación USB 3.1 (SS+) aparecida en julio de 2013 se llega a unos encomiables 10Gbps que pese a todo permanecen muy por debajo de la capacidad de las redes cable Ethernet o de la revisión 2 de Thunderbolt.

Pero no sólo es velocidad lo que aporta USB 3. Teniendo en cuenta que USB 2 ya ofrecía una velocidad adecuada para muchas necesidades relacionadas con las labores audio / musicales, es en esas otras cuestiones en las que hay que valorar el posible interés de USB 3. Ciertamente se podrá sacar provecho de la mayor velocidad de USB 3 para algunos de los usos más demandantes de capacidad de transmisión, pero eso es algo que ocupa a una minoría en la comunidad audio. Para el grueso de los mortales, son otras las ventajas que podemos encontrar y que debemos considerar en el estudio comparativo de los nuevos (y de momento algo más caros) interfaces con USB 3.

Por situarnos un poco, existen interfaces audio en USB 2.0 capaces de gestionar 64 conexiones audio, pero en 44.1/48 KHz. Llegar a mayores tasas de muestreo reduce el nº de canales, y, sobre todo, en caso de querer contar con una latencia baja, nuevamente hay reducir algo las pretensiones. Por tomar un caso ilustrativo, esta gráfica, adaptada a partir de la web de Apogee, compara FM400, USB2 y USB3 y sitúa las necesidades de ocupación que su interfaz Quartet (12 in, 8 out) impone. Desde luego la gráfica deja claro el objetivo de Apogee: la defensa de la vigencia de USB 2 para un buen montón de interfaces cuyas dimensiones entrada/salida no sean excesivamente grandes.

Aunque el modo ‘SS’ de USB 3 permite transmitir a una velocidad 5 Gbps, realmente la velocidad de datos útil es de un máximo de 4 Gbps. Esto se debe a que cada byte (8 bits) se recodifica en un paquete de 10 bits que tiene determinadas ventajas para evitar errores y mejorar la defensa frente a ruido e interferencias a esas altísimas tasas. Es una técnica común en muchos sistemas de comunicación y almacenamiento (ya sucedía algo parecido por ejemplo en el propio CD y el DAT). Frente a esa velocidad ‘útil’ máxima de 4 Gbps, y en atención a la consideración de algunas actividades latentes que siempre hay en el bus, la propia norma USB 3 habla de que es razonable alcanzar unas velocidades prácticas útiles en torno a los 3.2 Gbps. Esa cifra corresponde a 400 Mbytes/s, haciendo claro el objetivo de ofrecer una alternativa USB con la que contrarrestar una posible extensión de la primera versión de Thunderbolt cuya velocidad era precisamente esa (400MBps -mega Bytes por segundo- = 3,2Gbps).

Con esa nueva velocidad la cardinalidad entrada/salida de los interfaces USB 3 puede crecer bastante más allá de lo que admite USB 2. Aun así, más que la velocidad, que para necesidades audio incluso multicanal no excesivamente altas podría ser suficiente ya en USB 2, hay otras características de USB 3 que pueden ofrecer algún interés y que impactan sobre aspectos que, incluso en un uso de pocos canales, desearíamos ver mejorar todo lo posible.

No menos interesante para nuestros propósitos, en los que el tiempo real y la minimización de latencias y jitter son esenciales, es que por fin USB 3 abandona la forma en la que se gestionaba la atención a diversos periféricos en las anteriores. USB 1 y 2 usaban rondas de consulta para saber si había algún equipo recién conectado, o para saber si alguien quería transmitir, etc. Esas consultas debían además hacerse a la velocidad ‘lenta’ para no dejar fuera de juego a los dispositivos más elementales como ratones, etc. que siguen en su mayor parte aplicando la muy barata 1.0.

Así las cosas la aparición ocasional de rondas de consulta y las gestiones asociadas, suponían una carga habitual, repetitiva y de duración poco predecible sobre el bus que había que compensar con lo de siempre: más buffering y por tanto más latencia.

USB 3 permite un mecanismo gestionado por interrupciones. Los dispositivos, cuando necesiten algo, podrán enviar una petición de atención. Esa petición podrá gestionarse cuando mejor convenga. USB 3 tiene toda una gestión repensada desde cero, que puede aprovecharse en algunos casos para optimizar tanto los tiempos y momentos de atención como cuestiones relativas al consumo. Mientras que los dispositivos 1.0 y 2.0 permanentemente han de estar ‘alerta’, USB 3.0 prevé mejoras que admiten dispositivos hibernados, suspendidos, etc.

Otra gracia de USB 3 es que pese a que garantiza la compatibilidad hacia atrás permitiendo conectar sistemas ‘antiguos’ USB 2 e incluso USB 1, lo hace por medios físicamente distintos. En USB 2 se necesita alternar el funcionamiento entre el modo 2 y el modo 1, porque todos los equipos están conectados a la misma línea de transmisión. Para dar opción a los lentos USB 1, el interfaz pasa a intervalos regulares a modo lento, incluso cuando no hay actividad, para poder preguntar si hay alguien nuevo que quiera conectarse.

USB 3 aplica un conector que aunque físicamente se asemeja al que se usan USB 1 y 2 incluye además de los 4 contactos ‘tradicionales’ (dos de alimentación y dos que forman el par diferencial para los datos) unos nuevos pares de hilos específicos para USB 3 (se añaden cinco contactos más). Es decir, la comunicación ‘a la antigua’ y la nueva ‘SS’ suceden por hilos diferentes, aunque reunidos en un mismo conector que tiene más contactos que el antiguo. Así las cosas el funcionamiento ‘SS’ no se ve afectado por la compatibilidad con los anteriores. Imprescindible para no arruinar las mejoras que podría darnos.

Con USB 1 y 2 tenemos la sensación de estar trabajando en dúplex real: podemos recibir y transmitir audio simultáneamente. Pero es sólo una sensación. Esa es la apariencia, pero en realidad el interfaz usa alternativamente el único bus disponible ora para transmitir, ora para recibir. Esa alternancia reduce la velocidad útil. Pero sobre todo la necesidad de realizarla y coordinarla implica latencia. Para poder acompasar el uso ‘a ráfagas’ del bus frente a la necesidad mantenida de la recepción/transmisión de audio no queda más remedio que realizar procesos de buffering. El audio hay que almacenarlo y transmitirlo en bloques, y eso conlleva latencia. Latencias que se suman a las que añaden por sí los procesamientos que se realizan en cada equipo, en el DAW, en los plugins… Cualquier ocasión de arañar milisegundos a la latencia total acumulada hemos de darla por muy bienvenida.

USB 3.0 usa un par de hilos del interfaz para la transmisión y otro para la recepción, abriendo así la posibilidad de una transmisión full-duplex real (hay quien prefiere llamarlo dual simplex, pero eso es un detalle menor) real, en la que ambos sentidos pueden coexistir físicamente. El impacto no es sólo sobre la velocidad de transmisión, sino también sobre la latencia. Al no alternar envío y recepción, no hace falta turnarse y los búferes pueden ser más cortos.

Otra cuestión que aborda USB 3.0 es la relativa a la capacidad del bus para alimentar a los sistemas que se conectan a él. En este caso sí podremos encontrar alguna ventaja. Al crecer la complejidad de los sistemas USB y su velocidad, también crecen sus demandas de corriente para poder funcionar. Muchos dispositivos USB 2 necesitan alimentación dedicada porque el bus no ofrece garantía para sus amplias necesidades. Consciente de ello, USB 3.0 eleva notablemente las especificaciones a este respecto. Un solo sistema USB 3 tiene permitido usar hasta 900mA. A través del cable USB 3 se pueden entregar 4.5W de potencia, con lo que podrán alimentarse directamente desde el bus sistemas que hasta ahora reclamaban un alimentador dedicado. Otra cosa es que eso contribuya a agotar la batería de un portátil antes, pero para instalaciones fijas simplifica las cosas, y en todo caso no empeora nada, sólo ofrece una opción adicional.

Como una segunda derivada de todas estas cuestiones de potencia y de mejoras en la defensa frente a ruido e interferencias, USB 3 permite cables de hasta 8 metros, un extra frente a los aproximadamente 5 de USB 2 y IEEE 1394 / FireWire. Se sigue en realidad en unas dimensiones que son ‘internas’ a una oficina, pero que pueden con esos metros de más facilitarnos la vida a la hora de diseñar nuestros estudios.

Lo que no nos quita nadie es seguir lidiando con varios conectores: también en USB 3 hay versiones A, B y C (más variantes 'micro').

El resultado de tener que contentar a tantos fabricantes es que sólo con esa multiplicidad se puede retener a todos en el estándar. Puestos a opinar, la comodidad y el tamaño que ofrece la variante C, con un conector reversible y pequeño, capaz de reunir USB, alimentación y vídeo, y además el que sea el conector de referencia para la versión 3.1, hacen que sea previsible su adopción mayoritaria, como ya pasa en los nuevos portátiles Mac o incluso en dispositivos móviles y smartphones. Pero en todo caso desde el conector C un simple cable adaptador puede ofrecer las otras versiones.

La industria busca evitar que, para una mayoría de usuarios, USB se vea desbancado por la competencia de Thunderbolt. Thunderbolt sigue siendo un interfaz mucho más hábil para grandes demandas y para altas prestaciones (y con las versiones más recientes se sitúa de nuevo mucho más allá de lo que puede alcanzar USB 3), pero tiene unos condicionantes de precio de componentes y licencias mucho más altos que USB 3. Sin olvidar que el gusto, o quizá simplemente moda, por los equipos delgados y ultralivianos, ha acabado por forzar cosas como los nuevos Mac portátiles, en los que desaparece el conector Thunderbolt reemplazado con USB 3, cuyo factor de forma encaja mejor en esos nuevos y tan reducidos diseños.

Thunderbolt no termina de cuajar como interfaz de gran consumo, y, con su versión SS, USB 3 ofrece una alternativa que permite cubrir las necesidades más habituales. Si se extiende más allá de Apple la apuesta por retirar en nuevos diseños Thunderbolt y ofrecer sólo USB 3, la presión para que aparezcan interfaces en este formato crecerá. Y sin duda, en el entorno audio, el que los nuevos portátiles ‘asturianines’ (por aquello de la manzana) lancen ya ese mensaje hará mover más de una ficha.

En definitiva, si bien es cierto y muchos lo estáis comentando, que parece a veces que la renovación hacia USB 3 es más un argumento de la industria para sugestionarnos hacia la compra de nuevos sistemas con los que reemplazar los que ya tenemos felizmente funcionando, no es menos cierto que USB 3 habrá de facilitar una cierta reducción de latencia, y algunas otras ventajas en términos de cableado (longitud y potencia suministrada a los periféricos sin necesidad de adaptadores de corriente) que mejorarán, sin revolucionar, las prestaciones tan excelentes que en nuestro entorno ya se obtienen con USB 2. La del número de canales es posiblemente la menos relevante de las ventajas posibles, salvo para aquellos que no tienen reparos en acudir al mayor precio que corresponde a sistemas Thunderbolt.

Al final, quedémonos con la idea de que, cuando USB 3 llegue finalmente a despegar (y creo que falta poco) y estar más presente en los ordenadores de los usuarios, la industria audio tiene una oportunidad para ofrecernos mejoras, desde luego en el número de canales, pero aún más interesantes en términos de latencia y facilidad de alimentación/interconexión, sin someternos al mayor coste de las soluciones Thunderbolt que posiblemente quedarán para un segmento de más alta gama que pueda aprovechar y pagar las ventajas que ofrece.

Quizá entonces podamos ganar un poquito más de comodidad, aún, en nuestras labores, pudiendo reducir el tamaño de los búferes que apliquen los interfaces. Los sistemas pensados de origen para USB 3 y sus drivers pueden darnos mejoras notables en esa parcela.