USB-Chaos entschlüsselt
Wissen Sie auf Anhieb, wie schnell USB 3.2 Gen.2 ist? Und wie sieht es mit USB 3.1 Gen.1 oder USB4 Gen. 3x2 aus? Wir schlüsseln auf, was hinter den chaotischen USB-Bezeichnungen steckt.
Der USB-Standard ist eine Wissenschaft für sich. Kennen Sie sich im Versionswirrwarr nicht mehr aus? Wir schlüsseln auf, was hinter den chaotischen Bezeichnungen steckt.
Sie nennen sich USB 3.0, USB 3.1 Gen.2, USB 3.2 Gen.1 und seit Neuestem auch USB4: Notebooks und andere vernetzte Geräte verwirren mit den Bezeichnungen für ihre USB-Schnittstellen. Schuld am Begriffschaos sind die zahlreichen USB-Standards und ähnlich klingenden Spezifikationen, die zu allem Überfluss teilweise sogar dasselbe USB-Tempo beschreiben.
Unsere Übersicht liefert den Durchblick: Wir zeigen, welche Geschwindigkeit hinter welcher USB-Bezeichnung steckt und nehmen dabei auch USB4 unter die Lupe. Denn auch beim brandneuen USB-Standard, der ohne Leerzeichen geschrieben wird, gibt es Unklarheiten bei den Geschwindigkeiten. Teilweise sind sie niedriger als bei USB 3.x.
25 Jahre Universal Serial Bus
Den Universal Serial Bus, kurz USB, gibt es bereits seit 1996, also seit mittlerweile 25 Jahren. Durchsetzen konnte sich USB jedoch erst 2002 mit der Marktreife von USB 2.0. Das mit 480 Mbit/s spezifizierte USB 2.0 war, anders als USB 1.0 und USB 1.1, nicht nur schnell genug, um Peripheriegeräte wie Tastaturen und Mäuse anzusteuern; es machte auch den Weg frei für unkomplizierte Datentransfers mit USB-Sticks. Der nominell bis zu 60 MB/s schnelle USB 2.0 ist einer der am weitesten verbreiteten USB-Standards und nach wie vor fester Bestandteil vieler Notebooks und Smartphones. In der Praxis schafft USB 2.0 Transferraten um die 30 MB/s und ist damit flott genug für den schnellen Austausch von kleineren Datenmengen, zum Beispiel Office-Dokumenten, Bildern oder Archiven. Zuständig für die Umsetzung der USB-Standards ist das USB Implementers Forum (USB-IF, www.usb.org). Zu seinen Mitgliedern zählen Branchengrößen wie Apple, Intel, HP und Microsoft.
USB 3.0: drei Namen, ein Tempo
USB 3.0 wurde 2008 vom USB-IF spezifiziert und war nach USB 1.0/1.1 und USB 2.0 die dritte große Überarbeitung des USB-Standards. Wie alle nachfolgenden Versionen ist USB 3.0 abwärtskompatibel zu seinen Vorgängern, wobei die Datenrate immer von der langsamsten Komponente bestimmt wird. Gegenüber USB 2.0 legt USB 3.0 einen großen Leistungssprung hin. Möglich sind Übertragungsraten von bis zu 5 Gbit/s, was einer Geschwindigkeitssteigerung auf 600 MB/s und damit der theoretisch zehnfachen USB-2.0-Bandbreite entspricht. Abzüglich des Protokoll-Overheads und des 8b/10b-Encodings, bei dem acht von jeweils zehn übertragenen Bits Nutzdaten sind, lassen sich mit USB 3.0 realistisch etwa 300 MB/s über die Schnittstelle schaufeln.
USB 3.1: Verdoppelung auf 10 Gbit/s
Auf USB 3.0 folgte im Jahr 2013 USB 3.1, das mit zwei verschiedenen Geschwindigkeitsstufen spezifiziert ist: Die erste heißt USB 3.1 Gen.1 oder SuperSpeed-USB und ist mit 5Gbit/s genauso schnell wie USB 3.0. Als zweite Geschwindigkeitsstufe kommt USB 3.1 Gen.2 alias SuperSpeed+ dazu. Mit seinem 128b/132b-Encoding und der maximalen Datenrate von 10 Gbit/s liefert USB 3.1 Gen. 2 also eine doppelt so hohe Datenrate wie USB 3.1 Gen.1 ab. Hier kommt es das erste Mal zu
einer Überschneidung, denn USB 3.0 und USB 3.1 Gen.1 sind de facto dasselbe. Was der korrekte oder zeitgemäße Begriff ist, ergibt sich aus der Reihenfolge der USBStandards: Da USB 3.1 den bisherigen Standard USB 3.0 ersetzt, gilt auch die neue Bezeichnung USB 3.1 Gen.1, obwohl sich die Geschwindigkeit nicht geändert hat. Dieselbe sperrige Namenskonvention verwendet auch USB 3.2.
USB 3.2: 20 Gbit/s nur über USB-C
Nach dem gleichen Hierarchieprinzip geht USB 3.2 vor, das seit 2017 USB 3.1 ablöst. Mit USB 3.2 sind vier USB-3.x-Varianten maßgebend. Sie heißen USB 3.2 Gen.1, USB 3.2 Gen.2, USB 3.2 Gen.1x2 und USB 3.2 Gen. 2x2. Los geht es wieder mit einem Doppler: Mit dem nominellen Datendurchsatz von 5 Gbit/s entspricht USB 3.2 Gen.1 dem älteren USB 3.1 Gen.1 und damit USB 3.0. Das 10 Gbit/s schnelle USB 3.2 Gen. 2 ist wiederum nur eine neue Bezeichnung für USB 3.1 Gen. 2.
Neuland betritt dagegen die dritte USB-3.2-Variante: USB 3.2 Gen.1x2 verwendet ein zweites Adernpaar zur Datenübertragung und wird deshalb mit einem angehängten x2 geschrieben. Anders als USB 3.2 Gen.1 (korrekt ausgeschrieben: USB 3.2 Gen.1x1, da nur ein Adernpaar zum Einsatz kommt) sind damit 10 Gbit/s drin. Ähnlich macht es USB-3.2-Variante Nummer vier: Auch USB 3.2 Gen. 2x2 verdoppelt den Datendurchsatz durch die Nutzung zweier Adernpaare und schafft damit gegenüber USB 3.2 Gen.2 (= USB 3.2 Gen. 2x1) bis zu 20 Gbit/s. USB 3.2 Gen. 2x2 ist jedoch kaum verbreitet, denn Mainboards und PCIe-Erweiterungskarten brauchen einen speziellen Controllerchip, um auf diesen Datendurchsatz zu kommen.
Der normale USB-A-Anschluss reicht außerdem nicht mehr aus, da er maximal für eine Geschwindigkeit von 10Gbit/s ausgelegt ist. Um die 20Gbit/s von USB 3.2 Gen. 2x2 zu übertragen, braucht es deshalb an beiden Kabelenden einen USB-CStecker. Für die übrigen USB-3.2-Verbindungen bis einschließlich USB 3.2 Gen. 2 genügt dagegen ein herkömmliches USBA/C-Kabel.
Damit sich die USB-3.2-Geschwindigkeiten anschaulicher vermitteln lassen, schlägt das USB-IF vor, folgende Bezeichnungen zu verwenden. Das USB-Namenschaos können allerdings auch sie nicht beheben: USB 3.2 Gen.1 nennt sich auch SuperSpeed USB 5 Gbps, während USB 3.2 Gen. 2 unter dem Namen SuperSpeed USB 10 Gbps firmiert und USB 3.2 Gen. 2x2 alternativ SuperSpeed USB 20 Gbps heißt.
Gen.-Angabe gibt das USB-Tempo vor
Die USB-Namenskonvention bleibt kompliziert, wenn Hersteller bei ihren Produkten die Angabe zur USB-Generation weglassen. Denn nur sie verrät genau, welche Geschwindigkeit man erwarten kann. Steht etwa USB 3.1 oder USB 3.2 im Datenblatt, beginnt das Rätseln. Der USB-Port kann im ersten Fall nach USB-3.2-Standard entweder 5 oder 10 Gbit/s schnell sein, während bei USB 3.2 von 5 über 10 bis zu 20Gbit/s gleich drei Möglichkeiten zur Auswahl stehen.
Kennt man sich andererseits mit der USB-Thematik aus, lassen sich die echten Geschwindigkeiten, sofern korrekt geschrieben, den Produktbeschreibungen schnell entnehmen. Ein Beispiel: Natürlich ist es technisch richtig, wenn ein Hersteller die USB-3.2-Gen.-1-Ports seines neuen Laptops auch mit USB 3.2 Gen.1 angibt, weil die älteren USB-3.0- und USB-3.1Spezifikationen durch die USB-3.2-Spezifikation abgelöst werden. Dennoch heißt USB 3.2 Gen.1 nichts anderes, als dass USB 3.0 dahintersteckt. USB 3.2 klingt
besser, was die Marketingabteilung freut, aber die echte USB-Geschwindigkeit verschleiert. Solche Missverständnisse sind auch bei USB4 programmiert.
USB4: 40 Gbit/s und Thunderbolt 3
Mit USB4 ist die jüngste USB-Generation am Start, und erste damit ausgestattete Produkte wie Apples neues Macbook Air sind bereits verfügbar. Vom USB-IF im Jahr 2019 vorgestellt, setzt USB4 wie USB 3.2 auf USB-C-Stecker, basiert aber auf der Thunderbolt-3-Spezifikation und bietet damit eine doppelt so hohe Bruttodatenrate wie USB 3.2 Gen.2x2, die bisher schnellste USB-Verbindung: Bis zu 40 Gbit/s sind nun drin, genauso viel wie bei Thunderbolt 3.
Das zu USB 3.x, USB 2.0 und optional auch zu Thunderbolt 3 kompatible USB4 ist vielseitiger aufgestellt als seine USBVorfahren. Es liefert einen Ladestrom von bis zu 100 Watt und erlaubt die gleichzeitige Übertragung mehrerer Daten- und Videoprotokolle, wobei sich die Bandbreite je nach Bedarf zwischen den angeschlossenen Endgeräten aufteilen lässt. USB4 unterstützt zudem DisplayPort 2.0 und kann damit über USB-C 8K-Bildsignale (7680x4320 Pixel) mit 60 Hz und HDR10 übertragen. Zudem behält USB4 die USB-Hub-Topologie seiner Vorgänger bei, kann also diverse Endgeräte wie in einer Baumstruktur über einen einzigen Port an den Host anbinden. Das klappt mit bis zu drei 4K- oder zwei 8K-Displays.
Schwache Minimalanforderungen
Diese Features stellen jedoch nur den Maximalausbau von USB4 dar. Ausnahmen gibt es leider viele. So ist die Kompatibilität zu Thunderbolt 3 kein Muss, sondern bleibt dem jeweiligen Gerätehersteller überlassen. Auch die weiteren Minimalanforderungen sind teilweise sehr niedrig angesetzt. Es genügt schon ein Ladestrom von 7,5 Watt; und gefordert wird nur, dass sich ein einziges Display anbinden lässt, wobei die Auflösung gar nicht vorgeschrieben wird. Selbst die als USB4 Gen. 3x2 respektive USB4 40 Gbps spezifizierte maximale Transferrate von 40Gbit/s ist nicht garantiert. Anbieter können ihre Produkte bereits mit USB4 bewerben, selbst wenn die USB-Ports nur maximal 10 Gbit/s übertragen. So macht es etwa Apple beim neuen, mit dem M1-Chip ausgerüsteten Macbook Air. Der Grund: Auch die Übertragungsrate von 10Gbit/s ist im USB4Standard spezifiziert. Sie nennt sich USB4 Gen.2 und ist nur ein neuer Name für USB 3.2 Gen. 2. Gleichfalls alter Wein in neuen Schläuchen sind die übrigen USB4Tempi. Die USB4-Pendants zu USB 3.2 Gen.2x2 heißen USB4 Gen.3 und USB4 Gen. 2x2 alias USB4 20Gbps. Beide stehen für eine Transferrate von 20 Mbit/s.
Thunderbolt 4: das bessere USB4
Dass es auch ohne chaotische Bezeichnungen und fehlende beziehungsweise verwässerte Features geht, zeigt Thunderbolt 4. Bei der von Intel entwickelten Schnittstelle liegen die Hardware-Anforderungen um einiges höher, sodass sich Käufer sicher sein können, keine Mogelpackung serviert zu bekommen. Vorausgesetzt wird mit 40 Gbit/s gleich das Schnittstellen-Maximaltempo, womit Thunderbolt 4 so schnell ist wie Thunderbolt 3. Weitere Anforderungen: Über Thunderbolt 4 müssen sich mindestens zwei 4K-Displays anschließen lassen und der Ladestrom 15 Watt oder höher betragen. Die Schnittstelle unterstützt dasselbe Übertragungsprotokoll wie USB4, ist kompatibel zu Thunderbolt 3 und setzt ebenfalls auf USB-C-Stecker. In vielen aktuellen Notebooks mit einer CPU aus Intels Tiger-Lake-Serie ist Thunderbolt 4 bereits integriert.