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[ 테크 ]

단자 통폐합,
USB 20년의 역사

byIT동아

100억 대가 넘는 기기에서 사용되고 있는 유선 연결 규격 'USB(Universal Serial Bus: 범용 직렬 버스)'가 세상에 등장한지 어느덧 20년이 되간다. 이제 USB가 없는 세상은 상상하기 힘들다. PC, 노트북, 스마트폰, 태블릿PC 같은 IT 기기부터 TV, 셋톱박스, 냉장고, 자동차 같은 일반 제품까지 모든 기기의 표준 입력 단자로 USB가 이용되고 있다. 이러한 USB는 누가 왜 개발한 것일까.


컴퓨터가 막 보급되기 시작한 1990년대 초의 얘기다. 당시 컴퓨터와 주변기기를 연결할 때 사용하는 인터페이스(포트, 케이블)의 종류는 정말 중구난방이었다. 때문에 연결해서 사용하는 것 자체가 쉽지 않았다. 컴퓨터에 대한 전문 지식이 없는 사용자들은 주변기기를 연결하는 것 자체를 엄두도 내지 못했다. 어떤 케이블을 어떤 포트에 꽂아야 하는지, 그리고 연결 후 어떤 설정을 해 줘야 주변기기가 정상 작동하는지 사용자들이 알기 힘들었단 의미다.

단자 통폐합, USB 20년의 역사

예전에는 주변기기 별로 각기 다른 인터페이스를 사용하는 경우가 많았다

이는 사용자뿐 아니라 제조사에게도 곤란한 문제였다. 컴퓨터 주변기기의 종류는 점점 다양해지고 있는데 기기의 종류마다 다른 규격의 인터페이스를 사용한다면 PC에 어떤 인터페이스를 달아야 하는지, 주변기기를 어떤 인터페이스 기반으로 설계해야 하는지 혼란스럽기 마련이다. 게다가 '모든 컴퓨터 주변기기들이 동일한 표준 인터페이스로 연결'되고, '별다른 조작 없이 연결 즉시 사용 가능한 상태'가 되며, '연결된 주변기기가 별도의 외부 전원을 꽂지 않아도 작동'한다면 PC 보급률을 더욱 높힐 수 있지 않을까. 


"때문에 인텔, 애플, 마이크로소프트, IBM, 컴팩(지금이야 인수당해 사라졌지만, 당시에는 초대형 컴퓨터 업체였다), HP, NEC 등 컴퓨터 업계의 거물들이 모여 표준 연결 인터페이스를 개발하기로 합의했다."


...는 업계 사정에 따른 덕담이고, 현실을 말해보자. 초기 USB는 인텔 혼자 개발한 것이나 다름 없다. 1992년, 인텔은 USB 개발을 위한 태스크포스(TF)를 꾸리고 차세대 인터페이스 개발에 나섰다. 다른 업체는 그냥 '새 인터페이스는 이러한 기능을 갖추고 있었으면 좋겠습니다'는 의견을 제시하고, 추후 인터페이스가 개발되면 이를 자사의 제품에 적용하기로 결정했을 뿐이다. (사실 컴퓨터 업계에는 이러한 전통(?)이 지금까지 이어지고 있다. 인텔이 새 인터페이스를 개발하면, 다른 업체가 이 인터페이스를 재빨리 신제품에 적용하는 식이다)


4년 간 연구 끝에 마침내 USB가 세상에 등장했다. USB 인터페이스의 첫 번째(1.0) 규격이 1996년 1월 발표된 것이다. 앞에서 말했듯이 규격 개발에 여러 컴퓨터 업체들이 참가했기 때문에 USB는 비교적 쉽게 업계 표준으로 인정받을 수 있었다. 또한 빠른 보급을 위해 특허 사용료 없이 무료로 제공했기 때문에 규모가 작은 업체에서도 저렴하게 USB 관련 기기를 제조할 수 있었다. 이러한 장점을 바탕으로 USB는 당시 난립하던 타 인터페이스를 몰아내고 PC 인터페이스의 표준으로 안착하는데 성공했다.

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USB 규격 포트(좌)와 커넥터(우)의 모습

USB의 아버지, 아제 밧

모든 사람과 사물은 아버지 또는 아버지 격에 해당하는 인물이 있기 마련이다. USB도 마찬가지다. 인텔의 USB 개발팀을 이끈 수석 설계자 '아제 밧(Ajay Bhatt)'이 바로 USB의 아버지다.

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USB의 아버지 '아제 밧' 인텔 클라이언트 그룹 수석 설계자

아제 밧은 인도 출신 엔지니어다. 뉴욕시립대를 졸업한 후 모토로라 왕 연구소에 입사해 컴퓨터의 입출력(I/O) 인터페이스를 연구했다. 이후 인텔로 이직해 입출력 인터페이스에 대한 연구를 지속했다. 이러한 경력을 바탕으로 1992년 USB 인터페이스 개발을 위한 총책임자로 임명된다. 


비즈니스인사이더의 보도에 따르면, 아제 밧은 USB 개발로 아무런 이득을 얻지 못했다고 한다. 마우스를 발명한 더글라스 앵겔바트가 마우스 개발에 따른 이익으로 고작 4만 달러를 얻은 것을 연상케 한다. 하지만 정작 그는 이에 대해 크게 개의치 않는 분위기다. "나는 돈을 보고 이 일을 한 것이 아니다. 세상을 바꿀 수 있었다는 것에 만족한다"며, "게다가 엔지니어로서 회사(인텔)로부터 후한 보상을 받았다. 다른 곳에서는 이러한 일을 할 수 없었을 것"이라고 밝혔다.


아제 밧이 우리에게 준 것은 USB가 전부는 아니다. USB를 개발한 후 아제 밧은 입출력 단자 개발 엔지니어를 거쳐 입출력 단자 수석 설계자로 승진했다. 그는 입출력 단자 수석 설계자로서 'AGP'와 'PCI 익스프레스' 단자의 개발을 전두 지휘했다. 우리가 널리 사용하는 입출력 단자 대부분이 그의 손을 거쳤다. PCI 익스프레스의 성공을 바탕으로 그는 현재 인텔 클라이언트 컴퓨팅 그룹의 수석 설계자(상무 대우)로 재직 중이다.

USB의 특징

USB 인터페이스의 가장 큰 특징은 간편함이다. '플러그앤플레이(Plug and Play)' 기능을 지원하기 때문에 꽂으면 곧장 컴퓨터에서 주변기기의 연결을 감지한다(다만, 일부 USB 장치의 경우는 추가로 소프트웨어 설치가 필요한 경우도 있다). 그리고 예전에 사용하던 대부분의 인터페이스는 장치 연결 전에 반드시 컴퓨터의 전원을 꺼야 하는 경우가 많았으나 USB는 핫 스와핑(Hot swapping) 기능을 지원하므로 전원이 켜진 상태에서도 장치를 연결하거나 분리, 혹은 교환이 가능하다.


또한 USB는 컨트롤러(특정 기능을 제어하는 칩) 당 최대 127개까지 포트의 확장이 가능한 점도 장점이다. 다수의 USB 허브(하나의 USB 포트를 여러 개로 늘려주는 확장 장치)를 사용하면 이론적으로는 한 대의 컴퓨터에 127개의 USB 장치를 사용하는 것이 가능하다는 의미다. 다만 USB는 하나의 컨트롤러에 연결된 각 장치가 제한된 대역폭(한 번에 보낼 수 있는 데이터의 양)을 나누어 써야 하므로 너무 많은 장치를 연결하면 데이터 전송 속도가 크게 떨어질 수 있다. 한대의 컴퓨터 당 10개 이하 정도라면 큰 문제가 없다는 것이 일반적인 평가다.


그리고 USB는 포트에서 자체적으로 주변기기에 전력(5V 전압)을 공급할 수도 있는 점도 특징이다. USB 규격 제품 중에서 마우스나 키보드, 외장 하드 디스크 정도의 소형 기기는 대부분 별도의 전원을 꽂지 않아도 작동하며 프린터나 스캐너 같이 큰 기기 중에도 별도 전원 없이 작동이 가능한 경우가 있다. 또한 이런 USB의 특성을 이용해 휴대폰이나 MP3 플레이어 같은 모바일 기기를 충전하는 용도로 쓰기도 한다.

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최근 출시되는 컴퓨터 주변기기들은 대부분 USB 인터페이스를 사용한다

이러한 여러 가지 장점 때문에 마우스, 키보드, 프린터, 스캐너, 웹캠 등 다양한 컴퓨터 주변기기들이 USB 규격으로 나오게 되었으며, 특히 USB 포트와 플래시 메모리를 결합한 저장장치인 USB 플래시 드라이브(USB 메모리)는 기존에 사용하던 플로피디스크나 CD 등을 밀어내고 휴대용 저장장치의 대명사처럼 쓰이게 되었다.

USB 1.0에서 USB 3.0까지

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1.0 / 1.1로고(왼쪽), USB 2.0 로고(가운데) USB 3.0 로고 (오른쪽)

1996년에 'USB 1.0' 규격이 발표되었지만 한동안은 소비자들이 이를 사용하기가 쉽지 않았다. 특히 당시 컴퓨터 운영체제의 주류를 이루던 마이크로소프트의 '윈도우 95'는 USB 기능을 지원하지 않았다. 하지만 1997년에 나온 윈도우 95의 후기 버전인 '윈도우 95 OSR2'부터 USB를 정식 지원하기 시작했으며, 1998년에 USB 1.0에서 데이터 전송 및 전원 공급 기능의 안정성을 개선한 'USB 1.1'이 발표되면서 본격적인 보급이 시작되었다. 구형 단자를 모두 제거하고 USB와 IEEE1394 단자만 남긴 애플 '아이맥 G3'도 USB 1.1의 보급에 한몫 거들었다.

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애플 아이맥 G3의 단자 구조. 기존의 병렬, 직렬 포트를 모두 삭제하고 USB 단자와 IEEE1394 단자만 남겼다

USB 1.0 / 1.1은 편의성 면에서는 호평을 받았지만 초당 데이터 전송률이 최대 12Mbps에 불과했기 때문에 데이터를 주고받을 때는 속도가 느리다는 지적이 많았다. 이를 개선하기 위해 2000년에 발표된 것이 바로 'USB 2.0'이다. USB 2.0은 최대 480Mbps의 향상된 속도로 데이터를 전송할 수 있기 때문에 USB 메모리나 외장 하드디스크 같은 데이터 보관장치, 혹은 랜 카드나 모뎀과 같은 네트워크 장치에 쓰기에도 큰 문제가 없었다.


그리고 이 때 즈음(2001년)에 등장해서 USB의 보급을 가속화한 것이 바로 윈도우 XP 운영체제다. 이전에 사용하던 윈도우 95 OSR2나 윈도우 98은 USB 장치를 사용하려면 처음에 소프트웨어의 설치가 필요했으며 이후에 나온 윈도우 Me나 윈도우 2000은 USB 지원 능력이 향상되긴 했지만 운영체제 자체의 보급률이 낮았다. 하지만 윈도우 XP는 큰 인기를 끈 데다가 별도의 소프트웨어 설치 없이도 상당수의 USB 장치(키보드, 마우스, 웹캠, USB 메모리, 외장하드 등)들을 간단히 사용할 수 있었다. 그리고 2002년에 배포된 기능 향상 패치인 '서비스 팩 1'을 추가 설치하면 USB 2.0도 지원하기 때문에 USB 2.0 기기의 보급에 큰 영향을 미쳤다.


그리고 2008년에 발표된 규격이 바로 'USB 3.0'이다. USB 3.0은 데이터 전송 속도가 최대 5Gbps로 빨라진 것이 가장 큰 특징이다. 그리고 포트에서 공급되는 전력의 공급 능력도 향상되어 이전보다 높은 전력을 요구하는 주변기기도 별도의 외부 전력 없이 작동이 가능하게 되었다. 그리고 포트의 색상에 대한 별다른 규정이 없던 이전 버전들과 달리, USB 3.0 버전은 파란색의 포트를 사용할 것을 'USB 프로모터 그룹(USB 표준 규격을 관리하는 비영리 단체)'에서 제조사들에게 권장하고 있다.

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USB 3.0 규격의 포트(좌)와 커넥터(우)는 파란 색을 띠고 있어 이전 버전과 구분이 가능하다

USB 버전이 달라도 하위 호환 가능

USB의 각 버전은 같은 모양의 포트를 사용하며, 서로 다른 버전의 기기끼리 연결해도 작동이 가능하다. 다만, 이렇게 되면 양쪽 기기 중에 낮은 버전의 성능으로 동기화된다. 예를 들어 USB 3.0 버전의 외장 하드 디스크를 사용하더라도 컴퓨터가 USB 2.0 버전만 지원한다면 USB 2.0 수준의 데이터 전송 속도 밖에 내지 못한다는 의미다. 그리고 USB 3.0 포트의 경우 포트의 모양은 USB 1.1~2.0과 같지만 내부적으로 배선이 늘어났기 때문에 케이블을 USB 3.0 전용을 사용해야 최대 속도를 낼 수 있으며 기존 버전의 케이블을 사용하면 속도가 USB 2.0 수준이 된다.

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다양한 USB포트의 모습 출처: (cc) Darx at wikipeda.com

그리고 제품의 종류에 따라서는 표준 A 타입 커넥터 외에도 이보다 작은 크기의 연결 커넥터를 사용하는 경우도 있다. 미니 A/B타입이나 마이크로 A/B 타입 등이 대표적이며 이들은 주로 휴대폰이나 MP3 플레이어, 디지털 카메라와 같이 크기가 작은 휴대용 기기에서 주로 쓰인다. 이런 소형 커넥터는 커넥터의 모양을 바꾸는 변환 케이블이나 젠더를 이용해 표준 A 타입 USB 포트에 연결이 가능하다.

USB C 시대, 우리 곁에 성큼

USB 3.0이 등장한 것이 엊그제 같은데 벌써 차세대 연결규격 'USB C'의 시대가 다가오고 있다. USB C 표준이 확정된데 이어 애플, 구글, MS 등 주요 플랫폼 업체들이 USB C를 연결규격의 차세대 표준으로 확정했기 때문이다. USB C는 기존 USB의 단점을 해결하기 위해 등장한 차세대 연결 규격이다. 

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USB C

USB C의 정확한 이름은 'USB 3.1 C 타입'이다. USB 3.1은 데이터와 전기를 주고받는 규격을, C타입은 기기와 액세서리를 연결하는 단자(커넥터+마운트)를 의미한다.


지난 2014년 8월 1일, USB 프로모터 그룹은 차세대 연결규격 USB 3.1을 공개했다. USB 3.1은 기존 USB 3.0보다 데이터 전송 속도가 두 배 빠르다. 이론상 10Gbps(1초당 1.25GB)의 속도로 데이터를 주고받을 수 있다. 이는 단순히 데이터 속도가 빨라진 것만을 의미하지 않는다. 모니터나 TV의 화면 출력 같이 높은 데이터 전송량을 요구하는 작업까지 USB 단자로 처리할 수 있게 됐다는 뜻이다.


주고받을 수 있는 전력량도 늘어났다. 기존 USB 3.0은 10W의 전력을 주고받을 수 있었다. USB 3.1은 10배 늘어난 100W의 전력을 주고받을 수 있다. 모니터, 노트북, NAS, 3.5인치 외장하드 등 전력사용량이 100W 미만인 주변기기를 별도의 전원 없이 USB만 연결하면 이용할 수 있다는 것이다.

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USB 3.1 로고. USB 3.0은 SUPERSPEED, 3.1은 SUPERSPEED+로 표시한다

단자도 간소화했다. USB는 20년이란 긴 역사만큼 단자의 종류가 너무 많았다. 앞에서 설명한 것처럼 일반적인 용도로 사용되는 A 타입, 소형기기에 사용되는 미니 타입, 스마트폰이나 태블릿PC에 사용되는 마이크로 타입, 마이크로 타입에 데이터용 배선을 확대해 옆으로 길쭉한 모습을 갖춘 B 타입 등 성능은 같은데 생김새만 다른 단자 투성이었다. 사용자들이 헷갈릴 만하다.


USB 3.1은 단자가 A 타입과 C 타입 두 개로 통합된다. PC나 일반 노트북 같은 대형 기기는 A 타입이 탑재된다. 스마트폰, 태블릿PC, 휴대용 노트북 같은 소형 기기는 미니, 마이크로, B 타입 대신 새로 고안해낸 C 타입이 제공된다.


C 타입의 가장 큰 특징은 앞뒤 구분이 없다는 것이다. 아이폰의 라이트닝 단자처럼 마음대로 꽂을 수 있다. 기존 USB 단자처럼 모양에 맞춰 꽂아야 하는 번거로움이 없다. 게다가 라이트닝 단자와 달리 배선 부위가 감춰져 있어 고압 전류에 감전될 위험도 없다. 호환성도 그대로 유지된다. 변환 젠더를 이용하면 기존 USB용 기기를 모두 연결할 수 있다.

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USB C 단자의 구조

C 타입은 USB 3.1부터 적용된다. C 타입 자체가 USB 3.1을 의미하기 때문에 시중에선 3.1을 빼고 USB C라고 간단히 부르고 있다.

USB C의 공습은 이제 시작

빠른 데이터 전송속도, 풍부한 전력량, 앞뒤 구분 없이 꽂을 수 있는 점 등 세 가지 장점을 바탕으로 USB C는 차세대 연결규격의 표준으로 각광받고 있다. 애플은 지난 3월 신형 맥북에 USB C를 채택했다. 단순히 채택한 것만이 전부는 아니다. 기존의 단자를 모두 없애고 USB C만 남겼다. 마우스, 키보드, 외장하드 등 액세서리를 연결하는 것, 모니터 화면 출력을 하는 것, 심지어 전원 공급까지 모두 USB C로 해결했다. (다만 신형 맥북에 채택된 USB C는 1세대 버전이라 데이터 전송속도가 USB 3.0과 동일한 5Gbps니 참고할 것. 그 외 부분은 앞에서 소개한 USB C와 동일하다) 구글도 3월 공개한 신형 크롬북에 USB C를 채택했다.

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맥북과 크롬북 같은 비주류 제품이 USB C를 채택한 것 가지고 우리 삶에 USB C가 스며들었다고 말할 수는 없다. USB C가 우리 삶에 다가왔다고 말한 이유는 따로 있다. 인텔이 올해 하반기 출시한 차세대 프로세서 '스카이레이크'는 USB C를 본격 지원한다. 이제 스카이레이크를 채택한 PC와 노트북에 USB C가 기본 단자로 탑재된다. 인텔 역시 USB C에 대한 지원을 더욱 강화하겠다고 천명한 상태다.


구글도 적극적으로 나선다. 얼마 전에 출시된 차세대 모바일 운영체제 '안드로이드 6.0 마시멜로'는 USB C를 기본 연결 단자로 채택했다. 내년부터 안드로이드 스마트폰은 USB C를 기본 탑재하고 출시될 것이란 얘기다. MS도 신형 윈도폰 '루미아 940/940XL'의 기본 단자로 USB C를 채택했다.

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구글은 마시멜로를 통해 USB C를 표준으로 채택했다. 차세대 레퍼런스 스마트폰 넥서스 5X, 넥서스 6P는 USB C를 기본 단자로 탑재했다

USB C를 채택한 액세서리도 속속 등장하고 있다. 지난 2분기 에이수스, 에이서 등 대만권 기업이 USB C로 연결되는 외장하드를 출시했고, 국내 액세서리 업체도 USB C로 연결되는 외장하드와 외장SSD 출시를 준비 중이다.


USB C 기기 출시에 맞춰 연결 케이블 시장을 먼저 확보하기 위한 경쟁도 뜨겁다. 애플, 벨킨 등 글로벌 기업이 1분기에 USB C 케이블과 변환 젠더를 출시한데 이어 강원전자 등 국내 기업도 USB C 케이블과 변환 젠더를 출시했다.

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글 / IT동아 강일용(zero@itdonga.com)