{"id":1283,"date":"2019-11-25T09:59:25","date_gmt":"2019-11-25T09:59:25","guid":{"rendered":"https:\/\/lindy.com\/de\/?p=1283"},"modified":"2025-01-02T08:48:42","modified_gmt":"2025-01-02T08:48:42","slug":"usb-die-vierte","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/lindy.com\/de\/2019\/11\/25\/usb-die-vierte\/","title":{"rendered":"USB, die Vierte"},"content":{"rendered":"\n

Der USB-Standard hat eine bewegte Geschichte hinter sich. USB 4 verspricht nun, Licht ins Spezifikations-Chaos zu bringen und vor allem die Nutzung entsprechender Kabel und Ger\u00e4te entscheidend zu vereinfachen.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Seit seiner Einf\u00fchrung Anno Domini 1996 in der Version 1.0 hat sich der Universal Serial Bus, kurz USB, in der Tat zur universellen, omnipr\u00e4senten und nicht mehr wegzudenkenden IT-Schnittstelle f\u00fcr jegliche Rechnerperipherie etabliert. Viele der unz\u00e4hligen, vorher existierenden Peripherie-Schnittstellen sind l\u00e4ngst Geschichte (ADB, PS\/2, SCSI, LVD, IEEE 1284 etc.). Andere, etwa RS-232, f\u00fchren nur noch ein Nischendasein im industriellen Sektor. Im Verlauf der mittlerweile 23-j\u00e4hrigen Geschichte der USB-Schnittstelle gab es viele H\u00fcrden und Hindernisse, doch wurden potenzielle Konkurrenten wie Firewire 400 und 800, die manche Schw\u00e4che von USB korrigieren sollten, kraft der schieren Allgegenwart von USB schlicht vom Markt verdr\u00e4ngt. Andere \u2013 wie jetzt das 2011 von Intel in Kooperation mit Apple vorgestellte und bis zur Version 3 weiterentwickelte Thunderbolt \u2013 werden nun von USB 4 einfach assimiliert. Doch von Anfang an.<\/p>\n\n\n\n

Erfolgsgeschichte USB<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Der Entwicklung und Ver\u00f6ffentlichung von USB 1.0 lag erstmals der Gedanke zugrunde, eine M\u00f6glichkeit zu schaffen, s\u00e4mtliche denkbare Computer-Peripherie \u00fcber einen einzigen standardisierten Port mit Rechnern zu verbinden. Was heute selbstverst\u00e4ndlich erscheint, war damals eine futuristische Idee, denn zu jener Zeit wurden Peripherieger\u00e4te je nach technischer Anwendung und den Anforderungen an die \u00dcbertragungseigenschaften \u00fcber eine Vielzahl unterschiedlicher Schnittstellen an PCs und Laptops angeschlossen. Diese sollten durch USB einheitlich ersetzt werden. Ausschlaggebend f\u00fcr das Gelingen dieses Ersetzungsprozesses waren hierbei neue Ideen wie das durch konsequent mit Hilfe spezifikationsimplizit definierter Ger\u00e4teklassen umgesetzte Plug & Play und das Hot-Plugging-Konzept bedingte einfache Handling sowie die f\u00fcr damalige Verh\u00e4ltnisse recht hohen Daten\u00fcbertragungsraten von bis zu 12 MBit\/s.<\/p>\n\n\n\n

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Der USB-Steckverbinder hat sich im Laufe der Jahrzehnte mehrfach gewandelt.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

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Im Verlauf der Weiterentwicklung von USB \u00fcber die Versionen 1.1, die nur kleinere Spezifikationsfehler behob, USB 2.0 mit seiner Vervierzigfachung der \u00dcbertragungsrate auf 480 MBit\/s im Jahr 2000, das 2008 vorgestellte USB 3.0 mit bis zu 5 GBit Bruttodatenrate und neu eingef\u00fchrten erweiterten Steckverbindern, das aus 2013 stammende USB 3.1 mit 10 Gbit\/s bis hin zum Ende 2017 publizierten USB 3.2 mit 20 GBit\/s wurde die Daten\u00fcbertragungsrate immer weiter aufgebohrt. Damit konnten bis dato potenzielle USB-Konkurrenten verdr\u00e4ngt oder zumindest in Schach gehalten werden. Einzig zeitkritische Echtzeitanwendungen blieben eine Nischendom\u00e4ne f\u00fcr andere Systeme.<\/p>\n\n\n\n

Blitz und Donnerkeil<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Ab 2011 trat jedoch ein neues System auf den Plan: das von Intel in Kooperation mit Apple konzipierte und mechanisch wie elektrisch auf dem Displayport (DP) aufbauende Thunderbolt (engl. f\u00fcr Donnerkeil oder Blitz). Displayport, eigentlich eine reine AV-Schnittstelle, wurde um einen auf PCI Express basierenden bidirektionalen Datenkanal zu Thunderbolt erweitert. Dieser verwendet aktive Elektronik in seinen Steckverbindern und versteckt so den Physical Layer (das \u00dcbertragungsmedium) vor Host und Ger\u00e4ten. Dies sollte sp\u00e4ter eine eventuelle Umstellung von Kupferkabeln auf optische Kabel besonders vereinfachen. Die ersten beiden Versionen von Thunderbolt verwendeten dann auch folgerichtig einen DP-Stecker, n\u00e4mlich den von Apple vorgestellten Steckverbinder Mini-DP. Thunderbolt 3 \u00fcbernahm dann allerdings den zusammen mit USB 3.1 eingef\u00fchrten, Steckrichtungs-unabh\u00e4ngigen und noch weiter miniaturisierten USB-Steckertyp C. <\/p>\n\n\n\n

Mit der anfangs etwa doppelten Geschwindigkeit von USB 3.0 war Thunderbolt von Beginn an ein ernstzunehmender Konkurrent zu USB, der zumindest technisch gesehen das R\u00fcstzeug hatte, USB zur\u00fcckzudr\u00e4ngen. Aufgrund der Marktverbreitung von USB und der wesentlich kosteng\u00fcnstiger produzierbaren Hardware f\u00fcr diesen Standard gelang dies jedoch nicht, und daran \u00e4nderte auch die seit TB 3 eingef\u00fchrte Abw\u00e4rtskompatibilit\u00e4t zu USB 3.1 nicht viel. <\/p>\n\n\n\n

Aus zwei mach‘ eins<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Daher verk\u00fcndete Intel nun Anfang des Jahres 2019 zusammen mit dem USB Implementers Forum die \u00dcbergabe der Protokollspezifikationen von Thunderbolt an das USB-IF. Mitte bis gegen Ende des 3. Quartals wurde mit dem nun ver\u00f6ffentlichten Standard USB 4 (Enhanced Superspeed) die Fusion vollzogen \u2013 und dieser vereint unter dem Dach von USB mithin das Beste aus beiden Welten. Thunderbolt hat der neuen Spezifikation die maximale \u00dcbertragungsgeschwindigkeit von 40 Gbit\/s mitgegeben \u2013 doppelt so schnell also wie der im Sp\u00e4tjahr 2017 publizierte Standard USB 3.2. USB hingegen hat die durch die Verwendung von Hubs m\u00f6gliche Baumstruktur des gesamten Systems beigesteuert, denn Thunderbolt-Ger\u00e4te konnten vormals lediglich als Kette miteinander verbunden werden. Hubs waren hier nicht vorgesehen.<\/p>\n\n\n\n

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Die \u00dcbertragungsgeschwindigkeiten haben sich \u00fcber die Generationen hinweg massiv erh\u00f6ht.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Diese erhielten daher bei der Entwicklung von USB 4 auch besondere Zuwendung, denn sie sind nun ein geh\u00f6riges St\u00fcck komplexer geworden, m\u00fcssen sie doch neben besagten Enhanced-Superspeed-Signalen auch das von TB 3 geerbte bidirektionale PCIe-Protokoll f\u00fcr schnelle Daten\u00fcbertragung zu externen Massenspeicherger\u00e4ten beherrschen. Weiter m\u00fcssen sie mit Displayport-Signalen f\u00fcr den bei Thunderbolt seit Anbeginn und bei USB seit Version 3.1 m\u00f6glichen DP Alternate Mode f\u00fcr die AV-\u00dcbertragung sowie f\u00fcr die Abw\u00e4rtskompatibilit\u00e4t auch mit dem USB-2.0-Protokoll umgehen k\u00f6nnen. <\/p>\n\n\n\n

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Das Ganze und die Summe seiner Teile<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Das ist eine ganze Menge unterschiedlicher Protokolle. Damit USB 4 Host Adapter und Hubs sie alle beherrschen k\u00f6nnen, enthalten sie als interne Baugruppen unter anderem einen USB Enhanced Superspeed Host, USB 2.0-Hosts beziehungsweise -Hubs, einen PCIe-Controller beziehungsweise -Switch und Displayport-Adapter. Das Zusammenspiel zwischen diesen Baugruppen wird von je einer weiteren internen Komponente in Hosts, Hubs und Devices gesteuert und koordiniert, die Router genannt wird. <\/p>\n\n\n\n

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Mit USB 4 wird der Steckverbinder Typ C zum Standard werden.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Aus USB ab Version 3.1 und TB 3 erhalten geblieben ist der Stecker Typ C. Er wurde im Fahrwasser von USB 3.1, jedoch unabh\u00e4ngig davon vorgestellt und erm\u00f6glicht \u00fcber USB per Displayport Alternate Mode, was Thunderbolt schon von Anfang an beherrschte: das Umschalten von reiner USB- beziehungsweise Thunderbolt-Datenausgabe auf Displayport-Signale. Es werden dann die f\u00fcr die Daten\u00fcbertragung vorgesehenen Aderpaare komplett oder teilweise f\u00fcr die \u00dcbertragung der AV-Daten verwendet. Somit k\u00f6nnen an diesem Anschluss nicht nur Peripherieger\u00e4te, sondern auch Monitore und Beamer angeschlossen werden.<\/p>\n\n\n\n

Entsprechend komplex gestaltet sich dann auch der Aufbau des Negotiation-Prozesses beim Ansteckvorgang eines Ger\u00e4tes an einen Hub, bis dann auf dem gesamten Bus abschlie\u00dfend ausgehandelt ist, wer welche Daten mit welcher Geschwindigkeit bekommen kann beziehungsweise muss.<\/p>\n\n\n\n

\u00c0 propos Geschwindigkeit: M\u00f6glich sind bei USB 4 zwar maximal die f\u00fcr TB3 definierten 40 GBit\/s, per Spezifikation bindend sind allerdings weniger, n\u00e4mlich die f\u00fcr USB 3.2 verpflichtend festgelegten 20 GBit\/s. Daraus folgt sofort, dass USB 4 nicht zwingend vollst\u00e4ndig abw\u00e4rtskompatibel zu Thunderbolt-3-Ger\u00e4ten sein muss. Diese laufen zwar an jedem USB-4-Host, reduzieren dann aber die Geschwindigkeit auf besagte 20 GBit\/s. Man wird also beim Hardware-Erwerb genau hinschauen m\u00fcssen, was m\u00f6glich ist. Ob ein USB-4-Host die vollen 40 GBit\/s liefern kann oder nicht, wird zumindest bei den Host-Adaptern der ersten ein oder zwei im Markt verf\u00fcgbaren Generationen wohl eine Kostenfrage sein. <\/p>\n\n\n\n

Babylon l\u00e4sst gr\u00fc\u00dfen<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Gew\u00f6hnungsbed\u00fcrftig ist allerdings das seit USB 3.1 verwendete Bezeichnungsschema. Waren vor dieser Version die Geschwindigkeiten direkt aus der USB-Versionsnummer zuzuordnen (USB 2.0 mit 480 MBit\/s, USB 3.0 mit 5 GBit\/s), so musste man seit der Version 3.1 schon genauer hinschauen.Zur Erinnerung: Mit der Einf\u00fchrung von USB 3.1 galt, dass USB 3.0 mit 5 GBit\/s fortan die Bezeichnung USB 3.1 Gen 1 (Gen f\u00fcr Generation) erhielt und USB 3.1 mit 10 GBit\/s folgerichtig mit USB 3.1 Gen 2 bezeichnet wurde.<\/p>\n\n\n\n

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Die Symbole f\u00fcr USB und Thunderbolt<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

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Mit der Einf\u00fchrung von USB 3.2 galt dann, dassUSB 3.0 alias USB 3.1 Gen 1 mit 5 GBit\/s nun USB 3.2 Gen 1 hei\u00dft. Es verwendet ein Aderpaar der Gen 1 mit 5 GBit\/s.USB 3.1 alias USB 3.1 Gen 2 mit 10 GBit\/s hei\u00dft nun USB 3.2 Gen 2 und verwendet ein Aderpaar der Gen 2 mit 10 GBit\/s, w\u00e4hrendUSB 3.2 mit 20 GBit\/s USB 3.2 Gen 2×2 hei\u00dft, denn es verwendet zwei Aderpaare der Gen 2 mit je 10 GBit\/s.<\/p>\n\n\n\n

Das Schema wird erkennbar: Jede neue USB-Version beinhaltet die vorigen und unterscheidet die Datenraten durch das entsprechende Gen-Postfix. Ob sich dieses Schema nun auch mit USB 4 fortsetzen wird und die \u00e4lteren Versionen 3.x wiederum namentlich angepasst werden, ist bislang noch nicht abschlie\u00dfend gekl\u00e4rt. Fest steht aber: USB 4 mit 40 GBit\/s wird USB 4 Gen 3×2 genannt, denn es verwendet zwei Aderpaare der (neuen) Gen 3 mit je 20 GBit\/s, und USB 4 mit 20 GBit\/s wird USB 4 Gen 2×2 genannt, denn es verwendet zwei Aderpaare der Gen 2 mit je 10 GBit\/s.<\/p>\n\n\n\n

Volle \u00dcbernahme: Power Delivery <\/strong><\/p>\n\n\n\n

Komplett in USB 4 \u00fcbernommen wurde der Standard Power Delivery in der neuesten Version, der sowohl unter USB ab Version 3.1 Gen 2 wie auch unter Thunderbolt 3 (also alle Versionen, die den Stecker Typ C verwenden) die Stromversorgung zwischen Host, Hubs und Devices aushandelt und regelt. Ausgehandelt werden Profile aus Spannung und Stromst\u00e4rke (5V\/2A, 12V\/1,5A, 12V\/3A, 20V3A oder 20V\/5A) sowie sie Versorgungsrichtung. Alle Kabel, die mehr als die f\u00fcr das Profil mit der geringsten Strombelastung vorgesehenen 1,5A vertragen, m\u00fcssen dies \u00fcber einen sogenannten E-Mark Chip kundtun, damit das richtige Profil ausgehandelt werden kann.<\/p>\n\n\n\n

Dadurch wird es beispielsweise m\u00f6glich, ein Netzteil mit USB-Typ-C-Stecker an den PD-f\u00e4higen USB-Anschluss eines Hubs oder einer Docking Station anzuschlie\u00dfen und diese \u00fcber ein einziges f\u00fcr PD mit 5A ausgewiesenes USB-Typ-C-Kabel mit einem Notebook zu verbinden, um das Notebook dar\u00fcber zu laden und gleichzeitig Daten zu \u00fcbertragen. Mit der richtigen Ausstattung wird die Peripherie nun also \u00fcbersichtlicher und der Kabelsalat auf dem Schreibtisch deutlich reduziert. <\/p>\n\n\n\n

Was bedeutet dies alles f\u00fcr den Anwender?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Letztlich sind USB 4 und die Fusion von USB mit Thunderbolt nichts anderes als die Umsetzung der Marktanforderungen nach h\u00f6heren Bandbreiten sowie einheitlichen und universellen Standards. <\/p>\n\n\n\n

Die \u00dcbernahme des Know-How f\u00fcr die \u00dcbertragung von 40 Gbit\/s und die Vereinheitlichung der beiden Standards unter dem Dach von USB kommt diesen Forderungen einen entscheidenden Schritt entgegen.<\/p>\n\n\n\n

Ist USB 4 erst am Markt etabliert, und vorausgesetzt, man ist als Anwender im Besitz jener USB-Komponenten, die die volle USB-4-Funktionalit\u00e4t mit 40 GBit\/s und allen PD-Profilen unterst\u00fctzen, dann wird das Leben mit USB wohl leichter werden. Denn musste vorher anhand des am USB-Port aufgebrachten Logos identifiziert werden, ob ein Port nun f\u00fcr Thunderbolt oder USB vorgesehen war und zum anzuschlie\u00dfenden Ger\u00e4t passte, weil beispielsweise ein TB-Ger\u00e4t an einem USB-Port schlicht nicht lief, so wird mit USB 4 das Schlimmste, was passieren kann, eine Funktion mit reduzierter Datenrate sein. Mittel- bis langfristig wird es f\u00fcr s\u00e4mtliche Peripherie nur noch einen Steckverbinder geben \u2013 Typ C. Ger\u00e4te mit anderen Steckverbindern werden nach einer Gnadenfrist an einem Adapter wohl \u00fcber kurz oder lang verschwinden. <\/p>\n\n\n\n

Bis es jedoch soweit ist, ist man als K\u00e4ufer gezwungen, die Augen offen zu halten und bei der Hardware, die man erwerben m\u00f6chte, die Angaben der Hersteller hinsichtlich Geschwindigkeit (Gen-Postfix bei der USB-Version beachten) und PD-F\u00e4higkeit der einzelnen Komponenten sehr genau unter die Lupe zu nehmen.<\/p>\n\n\n\n

Der Autor<\/strong><\/p>\n\n\n

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\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n

Axel Kerber ist seit 25 Jahren im IT- und AV-Business zuhause. Im Verlauf seiner Karriere bei Lindy in Mannheim als Mitarbeiter im technischen Support, Produktmanager, Leiter des technischen Supportes und seit einiger Zeit nun als technischer Redakteur t\u00e4tig, war und ist er st\u00e4ndig auf Tuchf\u00fchlung mit den aktuellsten Technologietrends dieser Branche. Das Vordringen in die Tiefen der allerneuesten technologischen Entwicklungen des stets voranschreitenden Connectivity-Marktes sind ihm dabei Faszination, Antrieb und Herausforderung zugleich.<\/p>\n\n\n\n

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