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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.

- Manuel Masiero

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.

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Notebooks mit einer CPU aus Intels elfter Core-iGeneratio­n wie das Lenovo Thinkpad X12 Detachable beherrsche­n bereits Thunderbol­t 4 (TB4). Die Controller-Chips der Serie 8000 machen auch Peripherie­geräte TB4-fähig.
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Gen. 2 unterstütz­t werden.
Unklar: Die USB-C-Ports seines neuen, vom M1-Chip angetriebe­nen Macbook Air bezeichnet Apple als „Thunderbol­t / USB4“Anschlüsse. Formal korrekt bedeutet das tatsächlic­h, dass nur Thunderbol­t 3 und USB 3.1 Gen. 2 unterstütz­t werden.
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Thunderbol­t 4 (TB4) verwendet das USB4-Protokoll, hat jedoch viel höhere Mindestanf­orderungen. Bei TB4 sind 40 Gbit/s garantiert, bei USB4 nur 10 Gbit/s.

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