¿Por qué se calienta más una memoria USB al conectarla a un USB-3 (en comparación con USB-2)?

Question

Disculpen si esta pregunta no está perfectamente en tema, pero no pude encontrar un mejor foro:

Tengo una memoria USB ("SanDisk Ultra Fit (0781:5583), pero en realidad muchos sticks se comportan de manera similar) que normalmente está conectado a mi PC a través de un cable USB-2. Me di cuenta de que el pequeño stick se calienta bastante, incluso cuando está inactivo.

Hoy había conectado el mismo stick a una estación de acoplamiento USB-3.2, y al sacarlo me di cuenta de que estaba casi tan caliente que no podía tocarlo.
Nuevamente, el stick estaba inactivo la mayor parte del tiempo (sé que las SSD se calientan bastante cuando están escribiendo datos, pero no cuando están "inactivas").

No soy en absoluto un especialista en USB, pero mis pensamientos son estos:

• Ambos, USB-2 y USB-3 alimentan al stick con 5V, y el controlador cuando está inactivo debería hacer lo mismo, ya sea conectado a USB-2 o USB-3 cuando está inactivo.
  Entonces, ¿por qué se calienta mucho más cuando está conectado a USB-3?
• ¿Qué hace un controlador cuando está "inactivo"?
• ¿Las altas temperaturas aumentan la corriente de fugas, acortando el tiempo en que los bits se almacenan de manera segura en las celdas de flash?

Windows (usando cable USB-2) muestra estas propiedades del dispositivo:

Aktueller Energiestatus:
D0

Energiekapazität:
00000019
PDCAP_D0_SUPPORTED
PDCAP_D3_SUPPORTED
PDCAP_WAKE_FROM_D0_SUPPORTED

Energiestatuszuordnungen:
S0 -> D0
S1 -> D2
S2 -> D2
S3 -> D2
S4 -> D2
S5 -> D3

La información que encontré no fue realmente útil:

• ¿Qué causa la alta temperatura del USB?
• Respuestas a ¿Por qué se calienta tanto una memoria USB al conectarla a una computadora Windows?
• ¡Caliente! ¿Por qué mi memoria USB quema los dedos?

Actualizaciones:

Como se sospechaba que la convección a través del cable hacía una diferencia, conecté el stick a la estación de acoplamiento a través de un cable USB-3. La temperatura medida era de aproximadamente 60°C en la superficie (usando un sensor infrarrojo sin contacto).

Ahora un hecho realmente curioso:

Como había experimentado un USB stick bastante caliente (Kingston Data Traveler 16GB) en mi Fritz Box 7490 usando USB-3, cambié el puerto a USB-2. Ahora quería cambiarlo de nuevo a USB-3 para ver un aumento de temperatura en ese stick, también (para probar la teoría de que USB-3 hace que los sticks se calienten más). La temperatura con USB-2 era de alrededor de 35°C antes, pero sorprendentemente unos 10 minutos después de haber cambiado el puerto a USB-3 la temperatura disminuyó a unos 29°C. Sin embargo, había activado la opción "Put the USB hard disk to energy-saving mode when inactive" (Poner el disco duro USB en modo de ahorro de energía cuando está inactivo) a los 10 minutos.

Answer 1

La interfaz USB3 contiene dos buses casi independientes y debe tener dos controladores en un chip. Una parte funciona como USB3, y otra funciona como USB2. Las señales se transmiten por un conjunto separado de cables. Para una unidad flash, se activa la parte USB3 o USB2 del controlador IC, dependiendo de la capacidad del puerto host. Como comentó "user1850479" arriba, el controlador USB3 debe operar a una frecuencia de reloj mucho más alta (~10 veces, a 2-4GHz internamente), y debe soportar una interfaz USB3 mucho más compleja (full-duplex) que maneje tanto transmisor como receptor simultáneamente.

Cuando se conecta a un puerto solo USB2, el IC de la unidad flash funciona solo en modo USB2, y toda la lógica de USB3 (y PHY) está en estado de apagado. Por eso hay una diferencia sustancial en la disipación de potencia entre los dos modos.

Ahora, la pregunta "¿Qué hace tal controlador cuando está 'inactivo'?" es un tema interesante. La interfaz USB3 está diseñada para admitir cuatro niveles de actividad, estado U0 (operación activa continua), y estados de ahorro de energía U1/U2 y U3 (suspensión).

En el estado U0, el transmisor y el receptor están transmitiendo/recibiendo/decodificando continuamente paquetes de gestión de enlaces, e incluso el estado "inactivo" del bus USB3 es una transmisión continua de un estado de "inactividad lógica", que está codificado y mezclado, y no difiere de ningún dato o paquete de control, y tiene la misma amplitud de señal. La señal parece ruido común. Mantener este estado requiere mucha potencia (~0.5-1W).

En U1 y U2, la interfaz va hacia arriba y hacia abajo en estado activo/inactivo con diferentes latencias de entrada y salida. El estado inactivo es "inactivo eléctrico", y las señales están en cero. Sin embargo, para operar en este modo tanto el host como el dispositivo deben admitirlo. La entrada y especialmente la salida de los estados U1/U2 deben ser coordinadas. Y cada salida del estado de baja potencia implica una re-entrenamiento de enlace, que incluye un apretón de manos de despertar LFPS y el intercambio de miles de patrones de sincronización de reloj y símbolos de sincronización. El proceso resulta ser un desafío para toda la industria, y durante más de una década el soporte para U1/U2 en dispositivos de almacenamiento masivo solo se puede encontrar en el 20-30% de los dispositivos en el mercado. Hasta hace poco, no todos los PC admitirían la gestión de energía de enlace USB3, simplemente se deshabilitaba en el sistema operativo para evitar incompatibilidades con el 80% de los dispositivos.

En resumen, si un dispositivo o host no admite la gestión de energía del enlace USB3, el dispositivo USB3 funcionará relativamente caliente.

Answer 2

USB3 permite velocidades y potencia superiores. Un dispositivo que se conecta a través de un enlace USB3 puede asumir y negociar más corriente para trabajar más rápido, como en este caso, de hecho leer y escribir datos tan rápido como pueda a través de un enlace de 5 Gbps.

Con USB2, solo tiene un enlace de 480 Mbps, por lo que es suficiente para leer y escribir datos más lentamente, ya que solo puede transferirlos más lentamente. El controlador de flash puede funcionar a una velocidad reducida.

También parte del calor puede depender de dónde lo conectes. Si la propia estación de acoplamiento se calienta, entonces el resultado es que el USB thumbdrive se calentará a la temperatura ambiente de la estación de acoplamiento más el calor que produce para elevarse por encima de la temperatura ambiente.

Answer 3

Tengo el exacto mismo USB aquí y puedo confirmar que se calienta bastante incluso mientras está "inactivo" en USB3; más caliente que otros USB 3 que uso.

Los comentarios de clientes encontrados en varias tiendas en línea que venden el SanDisk Ultra Fit parecen confirmar esto - muchos usuarios comentan sobre temperaturas lo que indica que debe haber algo cocinándose (juego de palabras).

Dos cosas podrían contribuir a esto:

• El pequeño tamaño del USB no disipa el calor tan bien como un dispositivo más grande
• El controlador utilizado en este dispositivo no es el más eficiente en términos de energía