• Навіщо Apple знову знадобилося вводити новий фірмовий роз'єм для мобільних пристроїв? Про принцип роботи Lightning поки відомо небагато, але вже ясно, що це не просто «закамуфльований USB». Тут все набагато складніше і цікавіше.
    Apple ніколи не соромилася вводити власні стандарти для чого б то не було - як в «софті», так і в «харді». Загальноприйняті рішення не підходять? О'кей, придумаємо своє. Найбільш яскраво це завжди проявлялося у виборі інтерфейсу для стиковки комп'ютера з периферійними пристроями.
    Деякі інтерфейси, породжені Apple, ніколи не виходили за межі затишній «яблучної» екосистеми і там же вмирали, врешті-решт поступившись відкритих стандартів. Наприклад, одного разу виникла потреба пропустити до монітора відеосигнал, електроживлення і шину USB по одному кабелю, і народився стандарт ADC (Apple Display Connector), що поєднує все перераховане. Але згодом його все одно довелося замінити DVI. В інших випадках Apple об'єднувалася зі сторонніми виробниками і всіляко просувала новий стандарт в маси. Давній приклад такої експансії в сфері заліза - шина FireWire. Fire Wire, будучи більш витонченим технологічно і більш швидким інтерфейсом порівняно з USB, не погнався за останнім по розповсюдженню (через дорожнечу компонентів), але і знайшов свого користувача, і специфічну ринкову нішу.
    З більш свіжого - створений Apple роз'єм Mini DisplayPort (хоча автором інтерфейсу як такого Apple не є), який вже підхопили виробники ноутбуків і відеокарт. Потім Міні-DP додатково використовували для шини Thunderbolt від Intel, в розробці якого Apple брала безпосередню участь. Її краса стала зрозумілою, як тільки розробники визначилися з позиціюванням і Thunderbolt в масах перестали протиставляти USB 3.0. Ось скільки було і зникло екзотичних рішень для того, щоб підключати до ПК високосортну периферію, а Intel разом з Apple взяли і зробили єдиний зручний стандарт.
    Для ненависників Apple все це виглядає як якась дурість, прагнення відгородитися від конкурентів і просто будь-якою ціною відрізнятися від інших. А зазнаек, воображающих про себе не весь що, як відомо ще зі школи, сильно не люблять. Особливо дратує публіку вперте небажання Apple приєднатися до загального інтерфейсу синхронізації і зарядки мобільних гаджетів, USB. У той час як всі поголовно смартфони і навіть частина «тупофонов» взяли стандарт Micro USB, Apple до останнього трималася за свій 30-контактний роз ’ єм, який дебютував ще в 2003 році разом з третім поколінням iPod, а тепер вже виглядає великим, жахливо незграбним анахронізмом. П'ятий iPhone відправив 30-піновий коннектор у відставку, але, всупереч очікуванням, на зміну йому прийшов не загальноприйнятий Micro USB, а черговий пропріетарний стандарт - Lightning. Природно, з усіх боків посипалося: «І ось знову Apple зробила все не як у людей!» Гірше того, кажуть, що у кабель Lightning вбудовані зловісні аутентифікаційні чіпи для того, щоб Apple нібито могла брати з «цих дурних фанбоев» за $19 за фірмові аксесуари і вибивати гроші за ліцензію з виробників периферії. Ну як тут не обуритися?
    Обурюються і давні користувачі i-пристроїв, що зібрали колекцію i-периферії: всіляких кабелів, док-станцій, акустичних систем і часом набагато більше екзотичного обладнання з 30-контактним роз'ємом. Навіть російські чиновники, цього літа які розмістили на сайті держзакупівель аукціон на Toyota Land Cruiser 200 в комплектації «люкс», в технічному завданні особливо вказали «USB/AUX-роз'єм (з можливістю підключення iPod)». Правда, аукціон скасували до того, як Apple змінила інтерфейс. Кого за це дякувати - ви знаєте і без нас.
    Якщо серйозно, то на перший погляд дійсно незрозуміло, навіщо Apple знадобився новий фірмовий інтерфейс, в той час, як є загальнодоступний USB. Специфікації Lightning поки не опубліковані, і про те, як він працює, чим відрізняється від USB і відрізняється чи взагалі ніж-або, крім роз ’ єму, можна тільки здогадуватися. Але дещо вже стало відомо. Схоже, що Lightning - непроста і цікава штука, призначення якої не зводиться до того, щоб дати Apple можливість нажитися на торгівлі ліцензіями. Спробуємо звести в єдину картину фрагменти інформації по цій темі, знайдені в Мережі.
    Цифровий, адаптивний, міцний, реверсивний
    Apple мало поширюється про принципи роботи Lightning, обмежуючись вказівкою головних достоїнств інтерфейсу: він повністю цифровий, адаптивний, міцний і реверсивний.
    Міцність - найлегший пункт, що не вимагає довгих пояснень. Навіть просте скорочення кількості контактів з 30 до 8 підвищує міцність як «папи», «мами» роз'єму. Крім того, пристрій роз'єму стало простіше, з'єднання більш щільне, штекер не бовтається вперед-назад, як це було з 30-контактним роз'ємом.
    За розмірами роз'єм Lightning приблизно такий же, як Micro USB 2.0, але знову таки влаштований простіше. Роз'єм Micro USB 3.0 вже в два рази більше, а необхідність зворотної сумісності з кабелями версії 2.0 зробила його ще більш складним, а значить - менш надійним. Крім того, в iPhone 5 гніздо Lightning не розпаяно на материнській платі, а прикручено безпосередньо до металевого корпусу. Більшість виробників смартфонів з Micro USB так не роблять і паяють коннектор на плату. Для дбайливого користувача все це не актуально, але не можна не визнати, що роз'єм Lightning набагато краще підготовлений до не настільки дбайливому ставленню у порівнянні як з 30-піновим роз'ємом, так і з Micro USB.
    Реверсивність інтерфейсу частково пов'язана з темою міцності. На практиці цей термін означає, що штекер можна вставляти в будь-якої орієнтації. В роз'ємі немає механічного ключа, а значить, його неможливо зламати, намагаючись з силою вставити не тією стороною. Але з реверсивності якраз починається найцікавіше про Lightning. Здавалося б, завдання вирішується просто: електрично з'єднати контакти на двох сторонах штекера хрест-навхрест, але...
    Спеціаліст з Double Helix Cables (власне, виробник кабелів) зателефонував коннектор Lightning і накидав від руки вже неодноразово переопубликованную схему. Те, що нас цікавить, намальовано в лівому нижньому куті папірці. Контакти на верхній і нижній частинах штекера пронумеровані від 1 до 8. Контакти 1 і 5 на верхній частині дійсно з'єднані по діагоналі з нижніми контактами 4 і 8 відповідно. З цієї замітки відомо, що на контакт 1/8 підведений V- («мінус» живлення) шини USB. Він же з'єднаний з металевою оболонкою штекера. А ось решта верхні контакти не мають пари на нижній частині, щоб штекер можна було перевернути, не змінивши схеми підключення. Цей парадокс пояснюється лише одним способом: інтерфейс динамічно призначає контакти в залежності від того, в якій орієнтації замкнутий роз'єм.

    Схема контактів штекера Lightning (фото Appleinsider)
    до Речі, зверніть увагу, що на схемі не вказаний контакт, відповідний V+ в шині USB. Незрозуміло, яким чином автор замітки дзвонив в кабель Lightning. Найбільш ймовірно, що він при цьому не був підключений до телефону. У такому випадку відсутність V+ пояснюється наступної гіпотезою: призначення контактів відбувається всередині кабелю і, доки телефон не підключений, кабель просто не включає харчування. Ось вам і головна функція загадкового «автентифікаційного» чіпа.
    Сам чіп в штекері Lightning дійсно був виявлений і детально досліджено Chipworks, лабораторією по реверс-інжинірингу. На мініатюрної платі розпаяно кілька мікросхем, але більш-менш складну логіку містить тільки чіп з маркуванням BQ2025, вироблений, судячи з усього, Texas Instruments. На сайті TI інформації про нього немає, але по знімках кристала вдалося з'ясувати, що чіп сумісний з пропрієтарним інтерфейсом TI - SDQ. У свою чергу підтримка SDQ означає наявність генератора CRC. Самі Chipworks роблять висновок, що CRC Lightning як раз таки використовується для автентифікації пристрою. Але в принципі, будь-яка послідовний інтерфейс не обходиться без CRC для контролю цілісності пакетів, тому можна сказати, що розтин кабелю не дозволило спростувати гіпотезу про аутентифікації, але і переконливого підтвердження вона поки що не отримала. До речі, SDQ використовує для сигналу всього одну жилу. Можливо, це і є «неперехідний» контакт 5 в роз'ємі Lightning, через який чіп повідомляє iPhone, що саме до нього тільки що підключили. У блозі на Asia.CNET пишуть, що телефон вмикається, виявивши кабель Lightning, навіть якщо задній кінець не сполучений з USB. Це вписується в гіпотезу про те, що пристрій-то взаємодіє з чіпом всередині.
    Саме динамічне призначення контактів і комунікація кабелю з пристроєм дають нам те, що Apple називає адаптивним інтерфейсом. В принципі, як тільки гаджет та комутаційний чіп домовилися про призначення контактів, з ним можна передавати що завгодно. Існуючий кабель Lightning to USB 2.0 просто пробрасывает до пристрою сигнальні лінії USB. З USB 3.0 це зробити не вийде, оскільки він наймає дев ’ ять контактів, у той час як в роз'ємі Lightning вже є тільки вісім, з яких як мінімум один використовується для комунікації з чіпом. Але це зовсім не означає, що концепція Lightning вичерпно описується словами «хитрий USB 2.0, (можливо) з аутентифікацією». Ніщо не заважає в майбутньому вбудовувати в кабелі більш складну логіку, наприклад хост-контролер USB 3.0 або іншого інтерфейсу, який буде з'єднуватися з SoC гаджета з якої небудь внутрішньої послідовної шини. Зрозуміло, що такий кабель коштуватиме ще дорожче, але тим самим Apple забезпечила інтерфейсу довголіття. Старий добрий 30-піновий роз'єм простягнув дев'ять років за рахунок того, що в нього спочатку інтегрували все що завгодно, включаючи одночасну підтримку USB і FireWire, та ще й аналогові виходи. Lightning, завдяки своїй адаптивності, може прожити не менше.
    Перші плоди адаптивності можуть з'явитися вже скоро. На сайті The Verge опублікована інформація, що в найближчі місяці випустять адаптери для Lightning на VGA і DisplayPort. Для VGA потрібно 15 контактів, а для DisplayPort - 20, так що хоча б з цієї причини в кабелі вже обов'язково повинен бути трансмітер відповідного інтерфейсу.
    І ще один важливий момент. Логічно припустити, що при підключенні до простого заряднику для живлення можуть використовуватися відразу кілька контактів Lightning, що потенційно дозволить застосовувати більш потужні блоки для швидкої зарядки батареї, бо чим вище струм заряджання, тим швидше процес. Для інтерфейсу USB 2.0 максимальна сила струму на одному порту становить 500 мА, для USB 3.0 - 900 мА. А, приміром, фірмове зарядний пристрій третього iPad має потужність 20 Вт, що вже дає теоретичний струм 2 А при стандартному для USB напрузі 5 В, а разом з четвертим iPad поставляється 12-ваттний «питальник». Зазначимо, що зараз знаходиться в розробці документ USB Battery Charging 1.2 Compliance, який дозволяє використовувати виділені порти USB для заряджання з максимальним струмом аж до 5 А за рахунок контактів D+ і D-, які зазвичай служать для передачі даних. Але то в розробці, а поки все «високоточні» реалізації USB робляться виробниками в порядку приватної ініціативи.
    Де мій кабель за $1?
    За чутками, Apple змінила умови програми MFi, що регулює відносини з виробниками аксесуарів для i-пристроїв. Тепер виробляти периферію буде дозволено тільки на тих фабриках, які схвалить Apple. А ще кажуть, що Apple буде контролювати постачання роз'ємів Lightning з тим, щоб їх використовували тільки в пристроях, які відповідають певним критеріям. Anandtech з'ясував, що конектори будуть поставлятися в чотирьох варіантах: USB Host, USB Device, тільки зарядка і ще коннектор для послідовного з'єднання (очевидно, мається на увазі iPod Acessory Protocol). Кожен варіант існує у фізичному виконанні для кабелю і для док-станції.
    тим часом компанії, не допущені до годівниці, ще поборються за свій хліб. Якась китайська компанія iPhone5Mod оголосила, що їй вдалося створити підключення до iPhone 5 за допомогою «зламаного» чіпа, хоча прототип на відео, зізнався виробник, працює з оригінальним чіпом, отриманим від постачальника Apple.

    Таким чином, єдиний спосіб, за допомогою якого виробники аксесуарів зможуть зменшити їх собівартість, - це використання сторонніх комутаційних чіпів (якщо такі дійсно існують і дійсно будуть коштувати дешевше). Тому про неоригінальних кабелях за $1 можна забути. Така ціна прогресу.
    Чую, чую, як піднімається хвиля народного обурення. Як виправдання Apple можна сказати, що миттєва нажива - не єдиний, а може, і не головний мотив суворої ліцензійної політики. Просто Apple напевно хоче виключити такі випадки, коли неліцензійний диво-девайс переплутає контакти в роз'ємі і що-небудь закоротит. Та і в цілому на ринку стане менше усілякого барахла з доком для iPhone.
    Альтернативні рішення
    Тепер давайте підведемо підсумок і подивимося, які з тих функцій, що має Lightning, можна було б реалізувати, а які - ні, якщо б Apple «не вигадувала» і вибрала Micro USB.
    по-перше, харчування. Навряд чи наявність у четвертого iPad роз'єму Lightning і 12-ватного блоку живлення - це збіг. USB як 2.0, так і 3.0 в існуючій реалізації не можуть забезпечити струм живлення, необхідний для швидкої зарядки планшетів з настільки ємною батареєю.
    Але припустимо, що це може бути не так важливо, і поки не прийняли фінальну версію USB Battery Charging 1.2 Compliance, можна і потерпіти повільну зарядку. Припустимо, важливіше було б реалізувати сумісність з USB 3.0, і мобільні пристрої вже потребують швидкісному інтерфейсі для синхронізації з ПК. На жаль, таке рішення потягнуло б за собою необхідність використовувати більший роз'єм, а ще - або знайти на платі місце для окремої мікросхеми хост-контролера, або інтегрувати його в SoC, де він все одно займе деякий площа на додаток до логіки USB 2.0 і збільшить загальне енергоспоживання. Крім того, є підозра, що SoC Apple A6 все одно не потягне USB 3.0 з такою потужністю, щоб взагалі був сенс зв'язуватися з цими труднощами. Питання мощі SoC особливо актуальним у контексті виводу відео засобами USB Video Device Class (в теорії, пропускна здатність USB 3.0 дозволяє транслювати відеопотік в дозволі 1080p з фреймрейтом 120 FPS). Lightning ж готовий забезпечити підтримку USB 3.0 і будь-якого іншого інтерфейсу передачі даних, як тільки з'явиться така потреба, і відповідні обчислювальні можливості.
    Lightning виграє та ряду рішень, які передбачають виведення відеопотоку засобами спеціалізованих трансмітерів HDMI і DisplayPort. Підхід Apple дозволяє розвантажити гаджет від чіпів-трансмітерів, вбудовуючи їх в кабелі. У результаті ми знову таки отримуємо економію місця на платі і енергоспоживання. А також зниження ціни пристрої для тих, кому відеовихід не потрібен. Крім того, Lightning позбавляє від додаткового головного болю з приводу того, через який роз'єм виводити відеопотік. Варіант Mini HDMI не тільки розходиться з мінімалістичним дизайном гаджетів Apple, але і знову і знову - вимагає додаткового місця, притому що стане в нагоді він абсолютного меншості.

    Реалізація MyDP від Analogix Semiconductor (схема Brockerhoff.net)
    Більш спритний варіант - нині перебуває в розробці стандарт MyDP, який скорочує число ліній DisplayPort з 20 до 5, що дозволяє передавати сигнал через стандартний роз'єм Micro USB 2.0. Але це знову окремий чіп трансмітера плюс схема, що перемикає режим роботи порту між USB і відеовиходом. Близькою заміною для Lightning в плані відеовиходу могла б стати тільки архітектура MHL (Mobile High-Definition Link), яка побудована на такому ж принципі: дані передаються через роз'єм USB зі спеціального протоколу, а в кабелі перекодовується у HDMI з допомогою (та-дам!) окремого чіпа, який також коштує грошей. І для перемикання режимів роботи порту знову потрібна окрема схема. Альтернатива - зробити ще один нестандартний роз'єм.
    Висновок
    Ось те, що зараз можна сказати про інтерфейсі Lightning. Що з того, що тут написано, - це тверді факти, що-то є лише припущенням. І все ж інформації вже достатньо, щоб вибір на користь чергового пропрієтарного інтерфейсу не здавався чистої спробою відбирання грошей у трудящих. Насправді це дуже розумне і далекоглядне рішення, яке згодом може стати тенденцією: відокремити механічний форм-фактор роз'єму і комутацію контактів від конкретної шини. Адаптивний інтерфейс і «розумні» кабелі - найкращий спосіб зменшити обсяг компонентів і енергоспоживання мобільного пристрою, забезпечуючи широку функціональність і потенціал для розвитку на роки вперед.