Une connexion vraiment universelle

Ajay Bhatt, inventor of the USB

Lauréats du prix d'inventeur européen 2013 dans la categorie pays non-européens

Ajay V. Bhatt, Bala Sudarshan Cadambi, Jeff Morriss, Shaun Knoll, Shelagh Callahan, inventeurs de l'USB

Le bus universel en série (USB) est une innovation vraiment à la hauteur de son nom. Le connecteur USB, très pratique et son protocole sont depuis longtemps devenus une norme de l'industrie informatique. Aujourd'hui, des milliards d'appareils électroniques à travers le monde sont équipés de cette technologie, des webcaméras aux téléphones cellulaires en passant par les clés USB.

Travaillant à la tête d'une équipe dans un groupe qui a créé et breveté la technologie USB, l'expert en informatique d'Intel Ajay V. Bhatt a largement contribué à simplifier la façon dont nous interagissons avec les ordinateurs et nous a offert l'une des avancées les plus révolutionnaires de l'informatique depuis le développement de la puce en silicium.

L’époque avant les branchements faciles

En 1990, alors qu'il installait une nouvelle imprimante sur l'ordinateur de son épouse, Ajay V. Bhatt a ressenti une frustration bien connue : relier de nouveaux périphériques - imprimantes, scanners, modems - était un casse-tête interminable.

à l'époque, les utilisateurs informatiques devaient se battre avec un dédale de connecteurs de conceptions concurrentes à l'arrière de leurs ordinateurs, installer de nouveaux pilotes, et souvent ouvrir la machine pour insérer de nouvelles cartes électroniques. S'ensuivait un processus fastidieux fait de tâtonnements, qui nécessitait de multiples réinitialisations du système informatique et un réglage fin jusqu'à ce que tout fonctionne correctement.

Si cette situation était frustrante pour Bhatt, qui travaillait à la pointe du développement informatique chez le géant des puces Intel, il ne pouvait que s'imaginer combien cela devait s'avérer difficile pour les utilisateurs moyens. Heureusement, Bhatt a entrevu une opportunité de simplifier radicalement le processus. Sa solution innovante est devenue rapidement l'une des technologies essentielles qui ont contribué à façonner l'informatique moderne.

Les ventes annuelles mondiales d’appareils USB devraient dépasser les 7 milliards d’unités d’ici à 2015.

Un moyen d’exprimer sa créativité

Seul enfant intéressé par la technique dans une famille tournée vers les études classiques, Bhatt est rapidement devenu le préposé à la réparation des radios, téléviseurs et autres disjoncteurs. Son intérêt pour l'électronique l'a finalement conduit à quitter son Inde natale pour étudier à l'Université de la ville New York, où il a participé au développement de la technologie vidéo déployée à bord de la navette spatiale Columbia.

Bien entendu, créer une façon pratique de brancher de nouveaux appareils à un ordinateur nécessitait une approche très différente de la conception de l'électronique de la navette spatiale. Pour son inspiration, Bhatt s'est tourné vers la prise électrique murale classique. Serait-il possible de concevoir un système qui fonctionne de manière similaire et permet aux utilisateurs de brancher simplement des appareils sur leur ordinateur et les faire fonctionner automatiquement ? Avec cette question, les bases de la technologie USB étaient posées.

Rupture dans la communication

La source des problèmes associés à l'installation de nouveaux appareils pouvait être suivie jusqu'aux lignes de communication croisées à l'intérieur des ordinateurs. Ceux-ci fonctionnaient pratiquement de la même façon qu'un standard téléphonique international mal conçu, où chaque périphérique devait appeler ‘l'opérateur' - la carte de circuit imprimé de l'ordinateur - et parlait sa propre ‘langue'.

Pour s'y retrouver dans cette cacophonie, l'opérateur avait besoin d'une aide à la traduction : un pilote spécifique pour chaque appareil qui était capable de décoder sa langue et garantir que toutes les informations envoyées ou demandées étaient correctement traitées. Chaque pilote devait être installé séparément par l'utilisateur.

Qui plus est, chaque fois qu'un nouveau périphérique était ajouté, l'ordinateur avait de plus en plus de mal à distinguer les différentes ‘conversations' et établir une hiérarchie entre tâches concurrentes. Souvent, certaines fonctions de différents appareils s'interrompaient tout bonnement - ou bien l'ordinateur s'arrêtait brusquement de fonctionner.

La solution de Bhatt a consisté à simplifier radicalement la communication à l'intérieur de l'ordinateur. Plutôt que de laisser chaque appareil communiquer dans sa propre langue et parler chaque fois qu'il en avait besoin, il a combiné les différents signaux en une ligne de communication centralisée qui était directement envoyée au système d'exploitation de l'ordinateur.

Un connecteur pour les gouverner tous

Le concentrateur du protocole USB, conçu par Bhatt, agit comme un ‘traducteur' entre les différents appareils, et l'ordinateur ne reçoit plus de requêtes conflictuelles. Sensiblement plus avancé que l'environnement précédent, il permet également à l'utilisateur de brancher en même temps à un ordinateur un nombre bien plus important d'appareils distincts qu'auparavant : en théorie jusqu'à 127.

Travaillant avec une équipe de spécialistes de l'informatique et des communications chez Intel, Bhatt a pu mettre au point la première forme totalement fonctionnelle de cette architecture en 1994. Intel a lancé la procédure de dépôt d'un brevet peu de temps après. Le nom alambiqué de départ, ‘ensemble hiérarchique de bus sériels', a ensuite été remplacé par le bus universel en série (USB) pour refléter la façon universelle de relier des appareils à un ordinateur. Intel a noué des partenariats avec plusieurs sociétés - notamment Microsoft, Compaq, Digital, Northern Telecom, NEC et IBM - pour déployer l'USB sur le marché informatique.

La pénétration initiale a été lente, car l'USB nécessitait une refonte totale de la plate-forme logicielle Microsoft WindowsTM, qui n'a pas été disponible avant 1998. Dans le même temps, Appel lançait son iMac, le premier ordinateur équipé de la technologie USB produit à grande échelle. Dans le sillage de cet ordinateur à succès, des milliers de produits dotés d'une connexion USB ont été créés, accomplissant pratiquement toutes les fonctions imaginables.

Une bénédiction pour les utilisateurs et l’industrie

Les installations longues et méticuleuses appartiennent désormais au passé, et la technologie USB permet de faire fonctionner les périphériques sur différentes plates-formes logicielles. Les utilisateurs peuvent brancher et débrancher un appareil quand ils le veulent, et ils n'ont pas besoin d'envoyer une notification à l'ordinateur ou de réinitialiser leur système avant d'utiliser un périphérique pour la première fois. En outre, l'USB permet d'alimenter électriquement les téléphones mobiles et les lecteurs mp3 pour les faire fonctionner ou les recharger.

Cette technologie constitue également un atout incomparable pour les développeurs de matériels et de logiciels et permet d'économiser des heures incalculables en développement de produit, car les appareils ne doivent plus être vérifiés et revérifiés pour d'éventuels conflits. Les développeurs doivent uniquement s'attacher à respecter les normes USB, et l'utilisateur final est pratiquement sûr de ne plus rencontrer de problèmes de connexion.

Succès mondial

Fixer un prix à la technologie USB dont Bhatt a été le fer de lance relève quasiment de l'impossible ; l'innovation n'est pas commercialisée et vendue comme un produit, mais utilisée depuis plus d'une décennie comme une norme de l'industrie. Depuis 2011, 7 milliards d'appareils équipés de l'USB ont été expédiés dans le monde, et 3,5 milliards de ces appareils ont été livrés sur la seule année 2012. La société de recherche industrielle In-Stat prévoit que les ventes annuelles mondiales d'appareils USB dépasseront les 7 milliards d'unités d'ici à 2015.

La réussite de la norme USB a largement dépassé ce que Bhatt imaginait au départ. Un spot publicitaire honore même sa contribution - avec l'élégant acteur indien Sunil Narkar dans le rôle de l'inventeur.

Malgré toute cette attention, Bhatt est resté fidèle à son but initial d'améliorer et simplifier la façon dont les utilisateurs interagissent avec leur ordinateur. En plus de la technologie USB, il peut s'enorgueillir d'au moins 31 brevets majeurs variés à différents stades de dépôt.

Il a été désigné comme l'un des ‘Indiens les plus influents au monde' et a été finaliste du prix The Light of India en 2012 pour sa participation aux avancées de la science et de la technique. La contribution la plus récente de Bhatt joue un rôle majeur dans la création d'un ordinateur portable léger et économe pouvant fonctionner une journée entière sans être rechargé. Ce nouvel ordinateur portable devrait voir le jour en début d'année 2013.

   
La source d’inspiration d’Ajay V. Bhatt : la prise de courant murale classique.

Comment ça marche

Quand un périphérique équipé de la technologie USB est branché à un ordinateur, il se voit attribuer un nombre appelé une ‘adresse' par le concentrateur USB, le traducteur qui assure la circulation des informations entre les appareils et la carte-mère de l'ordinateur. Le concentrateur USB détermine également le type d'appareil qui a été branché et le type de connexions de transfert de données (appelées canaux de communication) que cet appareil doit partager avec l'ordinateur.

Les périphériques tels que les claviers et les souris doivent envoyer rapidement de petites quantités d'informations et se voient attribuer des canaux spéciaux ‘de transfert d'interruption' qui leur donnent la priorité dans le système. D'autres appareils se voient attribuer des canaux de communication qui leur permettent d'envoyer de gros paquets d'informations à une vitesse plus lente, mais avec une grande précision (transfert en bloc) ou de plus petites quantités de données à une vitesse plus rapide, mais sans traitement des erreurs (transfert isochrone).

Les appareils peuvent disposer d'un ensemble de canaux de communication différents selon la fonction spécifique qu'ils assurent à un moment donné. Cette différenciation permet à l'ordinateur de traiter efficacement les diverses requêtes d'information, mais garantit également que les fonctions critiques restent intactes.

Le concentrateur USB effectue chaque seconde d'innombrables cycles à travers chacun des appareils, et envoie des paquets d'informations dans les deux sens sur les canaux de communication. Quand la bande passante est limitée, le concentrateur élimine la congestion en limitant la fréquence à laquelle les canaux de transfert en bloc de faible priorité (et si nécessaire, même les canaux de transfert isochrone) peuvent transmettre les informations.

Les vitesses de transfert de données de l'USB ont sensiblement augmenté avec les deux générations successives qui ont remplacé la première version mise au point par Bhatt. Initialement capable de transmettre 12 mégabits par seconde, la version USB 3.0 la plus récente est 3500 fois plus rapide.

USB, normes et ‘communautés de brevets’

Intel Corporation a obtenu un brevet sur la technologie USB en 1997, mais le protocole a été créé conjointement avec six autres sociétés. Cette technologie est devenue une norme dans l'industrie. Cependant, d'un point de vue légal et commercial, brevets et normes industrielles peuvent se révéler problématiques.

Les sociétés doivent révéler la totalité des informations des brevets concernés avant d'essayer d'imposer les normes industrielles proposées. Il peut également s'avérer onéreux de protéger et conserver ces types de brevets, et leur nature confidentielle et exclusive peut gêner la généralisation de leur utilisation.

Une solution à ces problèmes consiste à créer une « communauté de brevets » - solution retenue par les sociétés associées à la norme USB. Tous les détenteurs de brevets essentiels concernant la technologie USB - qu'il s'agisse de la première version ou de versions ultérieures - ont combiné leurs brevets dans une communauté appelée l'USB Implementers Forum.

Cette organisation permet aux autres sociétés participantes d'exploiter les brevets USB sous conditions RAND (raisonnables et non discriminatoires) sans avoir à payer des droits. Les développeurs qui utilisent la norme USB sont libres de créer des produits qui respectent la norme sans peur de poursuites de la part des détenteurs de brevets.

La technologie constitue également un atout incomparable pour les développeurs de matériels et de logiciels et permet d’économiser des heures incalculables en développement de produit.

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