USB 3.0 & USB 3.1: Alle Infos zum neuen Technologie-Standard [Update]

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USB 3.0 & USB 3.1: Alle Infos zum neuen Technologie-Standard [Update]

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14.01.2014 12:15 Uhr
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USB 3.0 & 3.1 im Detail: Der alternde USB-2.0-Standard bot schon lange nicht mehr genug Bandbreite für aktuelle Anwendungen. Daher musste ein schnellerer, besserer Standard her, der mehr Geschwindigkeit bietet und Geräte mit Strom versorgt. Doch auch der wird sich nun langsam verabschieden und muss USB 3.1 den Vortritt lassen. Nun sollen auch zahlreiche Kompromisse ausgeräumt werden, was aber zu einem neuen Steckertypen C führt, der nicht ohne Weiteres abwärtskompatibel ist.

USB 3.0 & USB 3.1: Alle Infos zum neuen Technologie-Standard [Update]USB 3.0 & USB 3.1: Alle Infos zum neuen Technologie-Standard [Update] [Quelle: PC Games Hardware]Wir haben den Artikel um den Standard USB 3.1 ergänzt. Sie können mit den Ankern in der Übersicht direkt zu den Informationen springen.

USB 3.0: Kompakt für Einsteiger

      

Interner USB-3.0-Anschluss mit Zusatzchip oberhalbInterner USB-3.0-Anschluss mit Zusatzchip oberhalb [Quelle: PC Games Hardware]Wichtigste Neuerung der dritten USB-Spezifikation ist die höhere Geschwindigkeit: Dank des neuen Super-Speed-Modus sollen Daten mit einer Bruttorate von bis zu 5 Gigabit pro Sekunde übertragen werden - bislang lag das theoretische USB-Maximum bei 480 MBit/s, selbst Firewire und E-SATA sind deutlich langsamer. Dafür werden allerdings neue Kabel und Stecker nötig. Diese bleiben jedoch abwärtskompatibel, die langsameren Modi und entsprechende Geräte lassen sich also auch weiterhin nutzen. Überdies soll USB 3.0 etwas energieeffizienter arbeiten als die älteren Generationen.

USB 3.0: Übersicht und Geschichte

      

Bis Mitte der Neunzigerjahre waren PCs in Sachen Kommunikation nicht sonderlich begabt. Wer seinen Rechner vernetzen wollte, brauchte eine damals noch sündhaft teure Netzwerkkarte, Nutzer des zu dieser Zeit noch in den Kinderschuhen steckenden Internets bedurften eines langsamen Modems und selbst für den Anschluss selbstverständlicher Peripheriegeräte waren die alten Legacy-Anschlüsse aus der Steinzeit des Computerzeitalters notwendig: COM-Ports (seriell) für Maus und Nullmodem-Verbindung, DIN-Stecker für die Tastatur und Parallelport (LPT) für den Drucker. Wer mehr als einen Drucker oder mehr COM-Geräte nutzen wollte, als Anschlüsse vorhanden waren, musste eine Erweiterungskarte nachkaufen und durfte sich anschließend mit der heiklen Ressourcenvergabe (Adress­bereich, IRQ-Nummer usw.) herumschlagen.

Mit der Einführung des ersten USB-Standards ("Fullspeed-USB", bis zu 12 MBit/s) mit Intel als Anführer des Entwicklungskonsortiums im Jahre 1996 stand dem PC endlich eine universell einsetzbare Schnittstelle für Peripheriegeräte zur Verfügung - ob als Anschluss für Drucker, Scanner, Kameras oder externe Modems, spielte nun keine Rolle mehr. Erst im Jahr 2000 erfolgte die Verabschiedung des USB-2.0-Standards mit dem neuen Highspeed-USB-Modus, der nominell bis zu 480 MBit/s Bandbreite bot.

USB 3.0: Wozu das Ganze?

      

Ein Jahrzehnt nach der Einführung gehört USB 2.0 heute zu einem modernen PC wie das Amen in die Kirche. Bis zu zwölf Ports stehen dem Anwender bei aktuellen Chipsätzen zur Verfügung und im Gegensatz zur Anfangszeit dieses Standards werden die User auch immer seltener mit Problemen im Umfeld von USB behelligt. Allerdings zeigte sich in den letzten Jahren immer häufiger, dass die stetige Erweiterung des Einsatzgebietes die anfangs als ausreichend erachtete Bandbreite von USB 2.0 zum Flaschenhals machte - vor allem durch die immer schneller werdenden USB-Sticks und insbesondere durch externe Festplatten.

Die 480 MBit/s oder 60 MByte/s stehen bei USB 2.0 zwar auf dem Papier, in der Praxis jedoch kommt kaum eine externe Festplatte auf eine Transferrate von mehr als 35 MByte/s. Das liegt zum Teil an den ATA33-zu-USB-Konvertern, welche die Bandbreite festplattenseitig limitieren, sowie an USB-Controllern, die dank des Verwaltungs-Overheads oder der hohen CPU-Last nicht mehr reale Bandbreite zustande bringen. Da könnten die modernen Festplatten heute über 100 MByte/s sequenzielle Lesegeschwindigkeit und bis zu 300 MByte/s Burst-Geschwindigkeit aus dem Plattencache liefern und werden bei 35 MByte/s eingebremst - kein zufriedenstellender Zustand. Dieser Mangel führte in den letzten Jahren zur Einführung des E-SATA-Standards für externe SATA-Festplatten, allerdings konnte er sich bisher nicht auf breiter Front durchsetzen, vermutlich auch deshalb, weil der Schnittstelle im Gegensatz zu USB die Komponente "universell einsetzbar" fehlt. Beim Blick in die nahe Zukunft zeigt sich, dass nicht nur immer schnellere Datenträger, sondern auch Entwicklungen wie hochauflösendes Fernsehen, HDTV-DVB-Empfänger oder Unterhaltungselektronik wie MP3-Player mit mehreren Hundert GByte Kapazität nach einer schnelleren Schnittstelle verlangen. Und USB 3.0 ist schnell: Bis zu 5 Gigabit pro Sekunde sollen im "Superspeed"-Modus durch die Kabel rauschen, zehnmal so viel wie bei USB 2.0.

USB 3.0: Die Technologie

      

USB-3.0-Stecker Typ A im DetailUSB-3.0-Stecker Typ A im Detail [Quelle: www.reghardware.co.uk]Das Wichtigste an der Weiterentwicklung eines Standards ist die Abwärtskompatibilität zur bestehenden Technik. Die Erfahrung der letzten 25 Jahre Personal Computer hat gezeigt, dass sich radikale Schnitte oder Neuansätze nur sehr schwer durchsetzen, wenn der Anwender dadurch gezwungen ist, seine bestehende Hard- oder Software zu ersetzen. Aus diesem Grund haben die Entwickler USB 3.0 ("Superspeed-USB") so ausgelegt, dass sowohl die Schnittstellen als auch die Geräte auf- und abwärtskompatibel bleiben.

So kann sowohl ein USB-3.0-Endgerät an einem USB-2.0-Port betrieben werden (natürlich mit der Einschränkung, dass ein Transfer dann länger dauert) als auch ein USB-2.0-Endgerät an einer USB-3.0-Schnittstelle. Eine wichtige Rolle spielt dabei das USB-Kabel. Um Kompatibilität zu gewährleisten, bleiben die alten USB-Kontakte in den Steckern bestehen. Um USB 3.0 nutzen zu können, muss jedoch ein spezielles Kabel verwendet werden, das zusätzlich zu den alten Kontakten weitere Verbindungen mit zwei zusätzlichen Aderpaaren besitzt. Nur so kann die bis zu zehnmal so hohe Übertragungsgeschwindigkeit gegenüber USB 2.0 genutzt werden. Das bedeutet jedoch auch: Wer ein USB-3.0-Endgerät an einem USB-3.0-Computer einsetzt, aber nur ein herkömmliches USB-2.0-Kabel verwendet, bremst sich selbst aus, da die neuen Komponenten im Kabel und im Stecker fehlen. Lichtwellenleiter kommen übrigens - anders als zunächst geplant - noch nicht zum Einsatz.

Ebenfalls zu Kompatibilitätszwecken verwendet USB 3.0 das gleiche Softwaremodell wie bisher. Es ist also möglich, USB 3.0 zu nutzen, ohne dafür irgendwelche proprietären Miniport-Treiber verwenden zu müssen, wie es damals mals bei Windows NT der Fall war, das keinerlei Unterstützung für USB ab Werk mitbrachte. Neben mehr Geschwindigkeit soll USB 3.0 auch die Zuverlässigkeit erhöhen, indem sich Sender und Empfänger beim Datentransfer über "acknowledgements" ständig unterhalten und die fehlerfreie Übertragung anfragen und bestätigen. Um bei all der Geschwindigkeit und Übertragungssicherheit das Thema Stromverbrauch nicht zu ignorieren, bietet USB 3.0 die Möglichkeit, im Leerlauf auf ein niedrigeres Level der Leistungsaufnahme zu schalten - ähnlich wie es Prozessoren tun, die Speedstep oder Cool'n'quiet beherrschen. Sobald der Anwender wieder Leistung abfragt, schaltet der Controller in den normalen Modus zurück, um wieder volle Performance liefern zu können.

 MP3-Lied/DigitalfotoUSB-StickUSB-StickSD-FilmUSB-StickHD-Film
Größe (MB)< 42561.0006.00016.000< 25.000
USB 1.05,3 Sek.5,7 Min.22 Min.2,2 Std.5,9 Std.9,3 Std.
USB 2.00,1 Sek.8,5 Sek.33 Sek.3,3 Min.8,9 Min.13,9 Min.
USB 3.00,01 Sek.0,8 Sek.3,3 Sek.20 Sek.53,3 Sek.70 Sek.
USB 3.10,005 Sek.0,4 Sek.1,65 Sek.10 Sek.26,65 Sek.25 Sek.

Beachten Sie jedoch, dass es sich hier um theoretische Werte handelt. die auf Basis der theoretischen Transferrate ermittelt wurden. Eine klassische Festplatte an USB 3.1 angeschlossen wird niemals die vom Standard erreichte Transferraten leisten können.

USB 3.0: Hubs sind vom Aussterben bedroht

      

Hubs für USB 3.0 haben gleich zwei Hubs: Der eine kümmert sich nur um den neuen Super-Speed-Modus, während der andere dafür sorgt, dass alle Geschwindigkeitsklassen korrekt geliefert werden (Low, Full und High). An den Ports selbst folgt die Zusammenführung. Ende Dezember 2009 hat Via die ersten Chips für Hubs angekündigt, nachdem die Chips für Hosts und Devices bereits seit Mitte 2009 fertig sind. Der VIA VL810 beherrscht folgerichtig alle vier oben beschriebenen USB-Geschwindigkeitsmodi. Hohe Anforderungen werden an die Hubs hinsichtlich Stromsparfunktionen gestellt: Devices im Sleep-Modus müssen aufgeweckt werden können. Allerdings haben es Hubs heute schwer und sind rar, denn die zahlreichen Anschlüsse direkt am Mainboard reichen in der Regel aus, um alle Geräte zu versorgen. Wer gerne Anschlüsse auf dem Schreibtisch hat, findet häufig auch entsprechend ausgestattete Tastaturen und Monitore.

USB 3.0: Der Streit der großen Spieler

      

USB-3.0-Buchse für Typ A im DetailUSB-3.0-Buchse für Typ A im Detail [Quelle: [www.reghardware.co.uk]]Aufriss einer USB-3.0-Buchse am MainboardAufriss einer USB-3.0-Buchse am Mainboard [Quelle: [www.reghardware.co.uk]]Die Entwicklung der finalen Spezifikation von USB 3.0 ist längst abgeschlossen. Alle Unternehmen, die Teil der USB Promoter Group sind, welche diesen Standard entwickelt, haben darauf Zugriff: Neben Intel sind dies etwa Microsoft, Hewlett-Packard, Texas Instruments und NEC, aber auch Intels Konkurrenten Nvidia und AMD. Doch mit der Ausarbeitung der Spezifikationen ist es nicht getan, für marktfähige Produkte braucht man auch eine funktionierende Implementierung des USB-Controllers. Diese zu entwickeln ist Aufgabe der Unternehmen, die eigene Produkte mit USB 3.0 auf den Markt bringen wollen. Für die ersten USB-Versionen hatte Intel diese Rolle übernommen und den fertigen Entwurf eines USB-Controllers allen anderen zur Verfügung gestellt, damit sich die Technik schnell durchsetzen konnte - und so war es auch diesmal: Mitte August 2009 verkündete Intel die Fertigstellung der praktisch finalen Version 0.9 jener Spezifikationen, die den USB-3.0-Controller beschreiben; allen Mitgliedern des Konsortiums standen diese unter dem Namen xHCI (für "Extended Host Controller Interface") zur freien Verfügung. AMD und andere haben bereits ihre volle Unterstützung zugesagt, sie wollen auf dieser Basis Produkte entwickeln.

Damit jedoch war Intel spät dran, der xHCI-Controller sollte eigentlich schon Monate zuvor fertiggestellt sein. Dies brachte dem Unternehmen Vorwürfe vonseiten der Konkurrenz ein: AMD und Nvidia beschuldigten Intel, die Spezifikationen für den Controller zu verheimlichen, um auf dem Markt einen Zeitvorsprung zu erhalten. Beide zogen in Erwägung, eine eigene Implementierung zu entwickeln. Diese sollte zu Intels Version kompatibel sein, doch die Erfahrung mit den ersten USB-2.0-Produkten zeigt, dass es trotz eines einheitlichen Standards durchaus zu Kompatibilitätsproblemen kommen kann. Intel jedoch wies alle Vorwürfe von sich: "AMD und Nvidia sind nicht bereit, die harte Arbeit zu erledigen, die notwendig ist", hieß es dort. "Sie können gerne Zeit, Ingenieure und Geld investieren, um ihre eigene Implementierung zu entwickeln. In der Vergangenheit haben sie es vorgezogen, uns die Arbeit machen zu lassen und dann von den Früchten unserer Entwicklungsarbeit zu profitieren."

USB 3.1: Spezifikationen des neuen Standards vervollständigt

      

Bereits 2012 wurde im USB Implementers Forum USB 3.1 angekündigt. Zuerst hieß es noch, dass der Datendurchsatz von 10 Gigabit pro Sekunde ohne neue Kabel beziehungsweise Stecker erreicht werden könne. Schon kurze Zeit später wurde diese Aussage jedoch wieder dementiert, was sich auch nun schlussendlich bewahrheitet. Die doppelte Geschwindigkeit wird neben einer verbesserten Datenkomprimierung nämlich auch durch überarbeitete Kabel sowie Stecker erreicht. Die Stecker vom Typ A und B sind auch nach wie vor abwärtskombatibel. Allerdings wird ein neuer Steckertyp C eingeführt, der dies nicht mehr ist. Hier braucht es einen Adapter, um die Abwärtskombatibilität wiederherzustellen.

USB 3.1: Die neuen Stecker sind nicht abwärtskombatibel

      

Nach 17 Jahren wird nun erstmals der Fall eintreten, dass USB-Stecker nicht mehr abwärtskompatibel sind. Bisher ließen sich die den meisten bekannten Typ-A-Stecker immer am Rechner anschließen. Daher sind auch entsprechende Adapter vorgesehen, um die Lücke zu schließen. Die Größe des neuen Steckers bewegt sich im Bereich des Micro-USB 3.0 (Typ B). Da sie besonders flach ausgeführt sind, sollen sie sich problemlos in mobilen Geräten wie Smartphones und Tablets verwenden lassen. Passend dazu wird auch das Laden mit höheren Stromstärken mehr in den Fokus rücken. Die Typ-C-Stecker sollen zudem dafür sorgen, dass die Verbreitung zunimmt. Aufgrund ihrer problematischen Handhabung sind Micro-USB-3.0-Stecker eher unbeliebt. Ob das MHL-Protokoll zum Streamen von Inhalten weitergeführt wird, ist noch nicht entschieden.

Bisher gab es nur Typ A, der immer abwärtskompatibel war, und Typ B, der nur an Client-Geräten verwendet wird und ebenfalls grundsätzlich immer abwärtskompatibel ist, den es aber in mehreren Ausführungen wie etwa Mini und Micro gibt. Der Erfolg von USB ist darin zu begründen, denn USB-3.0-Geräte funktionieren problemlos an USB-2.0-Anschlüssen, usw. Nur bei der Datenrate muss man dann Abstriche machen. Weil aber mehr Leitungen in den Kabeln benötigt wurden, waren die USB-3.0-Stecker zuweilen eine knifflige Angelegenheit. Der Tag, an dem das 17 Jahre alte Design an seine Grenzen stößt, musste irgendwann kommen. Allerdings gibt es bis dato noch keine Bilder vom neuen Steckertyp C.

USB 3.1: Geräte laden mit bis zu 100 Watt

      

Mit USB 3.1 könnten schon Ende des Jahres die ersten Geräte in den Handel kommen, wenn alles glatt läuft. Entsprechend war das Thema auch auf der CES 2014 ein viel beachtetes. Neben den Änderungen am Stecker, die erstmals sehr einschneidend sind, gibt es aber auch für Anwender angenehme Änderungen im Bereich Stromversorgung. Schließlich wird auch das Laden von mobilen Geräten via USB immer wichtiger. Während der CES wurde dann gezeigt, dass man bei USB 3.1 unter bestimmten Voraussetzungen Geräte mit bis zu 100 Watt laden kann, die sich aus 20 Volt Spannung und 5 Ampere Stromstärke ergeben - deutlich mehr als bisher spezifiziert. Im Marketingjargon heißt das Power Delivery und ist in sechs Profile eingeteilt, die mit 0 bis 5 durchnummeriert sind. Geladen wird mit 10, 18, 36, 60 und 100 Watt. Ab 36 Watt ist das aber nach Spezifikation nicht mehr mit Micro-USB-Steckern möglich, wie sie etwa am Smartphone eingesetzt werden könnten. Mehr Leistung gibt es dann nur bei den Steckern A und B. Es ist aber denkbar, dass die Hersteller mit der Zeit Mittel und Wege finden, über Micro-USB mehr Leistung zu schicken.

Schäden sind nämlich nicht zu erwarten. USB 3.1 beherrscht wie viele andere proprietären Verbindungen eine sogenannte Aushandlung, sodass Geräte zuvor ihre Fähigkeiten abgleichen. Das gibt es nun in standardisierter Form. Neben dem Power Delivery wurden auch zahlreiche Praxisfälle vorgestellt, die die Geschwindigkeit von USB 3.1 präsentieren. So wurde unter anderem Bildsignal-Streaming gezeigt und die Leistung mit einem SSD-Raid präsentiert.

USB 3.1: Der Vergleich mit Thunderbolt

      

Interessant bei USB 3.1 ist der Vergleich zu Intels Thunderbolt, der zumindest auf dem Papier auch 10 Gigabit pro Sekunde schnell ist. Allerdings gibt es hier zwei Dinge zu beachten. Zum einen hat Intels Schnittstelle zwei Vollduplex-Kanäle integriert, wodurch theoretisch bis zu 40 Gbit/s möglich sind, da pro Kanal die vollen 10 Gbit/s empfangen und gesendet werden können. USB 3.1 hingegen hat nur einen einzelnen Vollduplex-Kanal wodurch theoretisch bis zu 20 Gbit/s übertragen werden können. Zum anderen soll schon bald Thunderbolt 2 erscheinen, bei dem die Übertragungsrate verdoppelt werden soll. Des Weiteren wird bei den wenigsten Geräten die volle Geschwindigkeit ausgenutzt, weshalb USB durch seine weitgehende Verbreitung und den günstigen Preis einen deutlichen Vorteil besitzt. Thunderbolt hat daher wie viele andere Schnittstellen ein Akzeptanzproblem bei Herstellern und Kunden - trotz Intels Marktmacht.

WUSB: Kabellose Datenübertragung ohne Akzeptanz

      

Kabellose Datenübertragung ohne AkzeptanzKabellose Datenübertragung ohne Akzeptanz [Quelle: Imation]Neben USB 3.0 und 3.1 ist WUSB (Wireless USB) eine andere, technisch hochinteressante Neuheit, die sich allerdings bislang nicht durchsetzen konnte. Dieses Verfahren sollte die bisherigen Platzhirsche WLAN und Bluetooth ergänzen. Die Vorteile eines einheitlichen Standards liegen auf der Hand: Ähnlich wie USB im vergangenen Jahrhundert das Chaos bei älteren Anschlüssen beendete, könnte WUSB das Gleiche bei den aktuellen Schnittstellen gelingen. Dafür sollen Eigenschaften wie hohe Bandbreite und ein geringer Stromverbrauch sorgen.

Die Übertragungsgeschwindigkeit hinkt allerdings noch etwas hinterher und entspricht mit 480 MBit/s der aktueller USB-2.0-Geräte, zumindest wenn man von einer Übertragungsstrecke von drei Metern ausgeht. Bei zehn Metern beträgt die Geschwindigkeit immerhin noch 110 MBit/s, also etwa das Doppelte des aktuellen WLAN-Standards 802.11g. Für die Übertragung ist ein Frequenzbereich von 3,1 bis 10,6 GHz nötig, welcher von der Bundesnetzagentur gemäß einer Entscheidung der Europäischen Kommission am 16. Januar 2008 zur Verfügung gestellt wurde. Dennoch lassen entsprechende Produkte bis heute auf sich warten, die Zukunft des Standards ist derzeit ungewiss.

Auf der CES 2011 wurden Infos zu Wireless USB 2 bekannt. Zu den wesentlichen Neuerungen gehört die Unterstützung höherer Auflösungen und zusätzlicher Formate. So werden nun 1080p (bisher maximal 720p) und 5.1 Sourroundsound (statt Stereo) geboten, doch bis heute fehlt es an Marktpräsenz.

 
BIOS-Overclocker(in)
15.01.2014 07:10 Uhr
"Wireless" USB taucht immer wieder mal auf, ist aber allgemein nur als Totgeburt bekannt.
Software-Overclocker(in)
14.01.2014 21:12 Uhr
Also von WUSB hatte ich ja noch nie gehört klingt aber interessant.
Komplett-PC-Käufer(in)
14.01.2014 13:08 Uhr
WUSB mit 10 GHz Funk, ist das nicht irgendwie wie ne Mikrowelle in Klein xD
Komplett-PC-Käufer(in)
08.02.2011 22:07 Uhr
Aja.
z.B. das ASRock 890GX Extreme4, 890GX, oder?
Hat das gleich drei davon?
http://www.asrock.com/mb/...
PCGH-Community-Veteran(in)
08.02.2011 21:14 Uhr
Die ASRock Extreme4 Mainboards

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http://www.pcgameshardware.de/Neue-Technologien-Thema-71240/Specials/USB-31-Wiki-Typ-C-Geschwindigkeit-Strom-676309/
14.01.2014
http://www.pcgameshardware.de/screenshots/medium/2009/02/2009-02-16_132758.jpg
usb 3.0,ssd,festplatte
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