USB 4: Höhere Geschwindigkeit, größere Bandbreite

„Die USB (Universal Serial Bus)-Technologie ist seit vielen Jahren ein Teil unseres Lebens und wird in fast jedem Gerät verwendet. Wie andere Technologien entwickelt sich auch der USB-Standard in regelmäßigen Abständen weiter, während die Datenübertragungsgeschwindigkeiten exponentiell steigen. Derzeit ist USB 3.2 Gen 2×2 in den neuesten Geräten weit verbreitet. Machen Sie sich bereit für eine ganz neue Generation von USB: USB 4.USB 4: Höhere Geschwindigkei

Intel hat einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung der USB-Technologie geleistet. In diesem Zusammenhang kann man sagen, dass USB4-unterstützte Laptops im Allgemeinen Intel-basiert sind. Andererseits hat Apple mit den M1-MacBooks begonnen, die USB4-Technologie anzubieten. Derzeit gibt es nicht viele AMD-Laptops mit USB4-Unterstützung, aber neue Modelle kommen langsam auf den Markt. Die ThinkPad Z-Serie von Lenovo bietet zum Beispiel USB4-Anschlüsse mit AMD-CPU.

USB 4.0 bietet höhere Datenübertragungsgeschwindigkeiten, eine viel bessere Videobandbreite und optionale Kompatibilität mit Thunderbolt 3. Sie haben gesehen, dass Computer- und Peripheriegerätehersteller verwirrende USB-Versionsnummern verwenden, um ihre Produkte zu vermarkten. USB4 ist ein völlig neuer Standard, sowohl was die Nomenklatur als auch die Angebote betrifft. Hier erfahren Sie alles, was Sie über USB4 wissen müssen.

Die wichtigsten Vorteile von USB 4

Der neue USB4-Standard hat vier wesentliche Vorteile gegenüber früheren USB-Versionen:

• 40 Gbps maximale Geschwindigkeit: Geräte können auf Geschwindigkeiten von bis zu 40 Gbit/s zugreifen, was der Geschwindigkeit von Thunderbolt 3 bei Verwendung von zweilagigen Kabeln entspricht. Die Daten werden in zwei Gruppen von vier bidirektionalen Spuren übertragen.USB 4: Höhere Geschwindigkei
• DisplayPort Alt Mode 2.0: USB 4 bietet auch DisplayPort 2.0-Unterstützung im alternativen Modus. Mit DisplayPort 2.0 ist eine 8K-Auflösung bei 60 Hz mit HDR10-Standard möglich. Da DisplayPort 2.0 alle Daten in eine Richtung (zum Monitor) sendet und somit alle acht Busse gleichzeitig nutzen kann, können Daten mit bis zu 80 Gbit/s übertragen werden, doppelt so viel wie bei USB-Daten.
• Kompatibilität mit Thunderbolt 3-Geräten: USB 4-Anwendungen funktionieren auch mit Thunderbolt 3-Geräten, obwohl nicht alle erforderlich sind.USB 4: Höhere Geschwindigkei
• Bessere Ressourcenzuweisung für Video und PCIe: Anstelle des alternativen Modus, bei dem die andere Schnittstelle die Verbindung übernimmt, verwenden USB 4-Geräte eine Funktion namens „Protokoll-Tunneling“, die DisplayPort-, PCIe- und USB-Pakete gleichzeitig sendet und die Bandbreite entsprechend zuweist.

Wenn Sie beispielsweise ein Video auf Ihrem 1080p-Monitor übertragen, werden nur 20 Prozent der Bandbreite benötigt. Die restlichen 80 Prozent stehen dann für Dateiübertragungen von Ihrer externen SSD zur Verfügung, die über das USB-Protokoll oder PCIe laufen kann.

Zu verwendender Typ-C-Verbindungstyp(USB 4: Höhere Geschwindigkei)

USB 4 wird nur über einen Typ-C-Anschluss funktionieren. Erwarten Sie also keinen USB-4-Anschluss oder einen Hub in einem technischen Gerät mit Typ-A-Anschlüssen im alten Stil. Andere neue Funktionen, wie USB Power Delivery, sind ebenfalls nur mit Typ-C kompatibel, was nicht verwunderlich ist. Wenn Sie einen Typ-A-Anschluss mit einem Adapter verwenden möchten, sind Geschwindigkeit und Leistung in der Regel begrenzt.

Optionale Thunderbolt 3-Kompatibilität

Intel hat der USB Promoter Group mitgeteilt, dass es das Thunderbolt 3-Protokoll bewilligt hat, so dass Geräte mit USB 4-Anschlüssen potenziell mit Thunderbolt 3-Geräten und USB 4-Geräten zum Anschluss an Thunderbolt 3 kompatibel sein werden. Dies ist eine hervorragende Nachricht für alle, insbesondere für Laptop-Benutzer. Benutzer, die Spiele spielen wollen, indem sie eine externe Grafikkarte (eGPU) anschließen, können sich jetzt dank der hohen Datenübertragungsgeschwindigkeiten auf die USB4-Konnektivität verlassen.USB 4: Höhere Geschwindigkei

Trotz der großen Anzahl von Thunderbolt 3 eGPUs auf dem Markt ist die Anzahl der Thunderbolt 3 unterstützten Laptops und Desktops offensichtlich sehr begrenzt. Auf der anderen Seite gibt es fast keine Mainboards, die Thunderbolt 3 von Haus aus unterstützen. Da Thunderbolt ein Intel-Standard ist, werden Sie auf keinem AMD-Computer Thunderbolt-Unterstützung finden. Die Unterstützung für Thunderbolt 3 ist im Vergleich zu Standard-USB auch sehr teuer, da es sich nicht um einen offenen Standard handelt und zusätzliche Chips erforderlich sind. Daher sind die Optionen für Thunderbolt 3 unterstützte Computer für die Verwendung einer externen Grafikkarte in einem mobilen Gerät derzeit sehr begrenzt. Allerdings werden die Möglichkeiten von Tag zu Tag größer.

Mit USB 4 müssen die Geräte- und Computerhersteller keine Lizenzgebühren an Intel zahlen, so dass die Chancen auf eine breite Akzeptanz viel größer sind. Auf der anderen Seite gibt es einen wichtigen Punkt zu beachten: Die Thunderbolt-Kompatibilität ist kein obligatorischer Bestandteil des USB-4-Standards, so dass die Hersteller nicht dazu verpflichtet sind.

Brad Saunders, Präsident des USB Implementers Forum, äußerte sich wie folgt über den neuen Standard:

„Wir gehen davon aus, dass die PC-Hersteller die Abwärtskompatibilität von Thunderbolt weitgehend unterstützen werden, da das meiste, was sie benötigen, bereits in das USB-4-Design integriert ist. Es basiert auf der gleichen Technologie, so dass wir mit einer hohen Akzeptanzrate rechnen.

Apples Laptops mit M1- und M2-Prozessoren haben Thunderbolt 3/USB 4-Anschlüsse. Andererseits bieten einige Laptops mit Tiger Lake- und Alder Lake-Prozessoren der 11. und 12. Generation (z. B. die Dell XPS-Serie) USB 4/Thunderbolt 4-Unterstützung. Wie wir bereits erwähnt haben, ist es nicht möglich, externe Grafikprozessoren auf neuen Macs zu installieren, obwohl sie so fortschrittliche Anschlüsse bieten.

Wir möchten Sie daran erinnern, dass Thunderbolt 3- und Thunderbolt 4-Produkte Zeit und Geld kosten und Zertifizierungsprogramme durchlaufen. Ein mit USB 4 betriebener Computer kann Geschwindigkeiten von 40 Gbit/s erreichen und sogar die Bezeichnung Thunderbolt tragen. Wenn es jedoch die Zertifizierung nicht besteht, kann es dem Endverbraucher nicht als Thunderbolt-unterstütztes Gerät angeboten werden.

Andererseits könnten die Hersteller von Handys oder Tablets Kosten sparen wollen, indem sie die Übertragungsgeschwindigkeit drosseln und PCIe nicht unterstützen. Da Sie weder eine eGPU noch eine Hochgeschwindigkeits-SSD an Ihr Telefon anschließen werden, wäre dies ein logischer Schritt.

USB 4.0-Geschwindigkeiten

Obwohl auf dem Papier von Höchstgeschwindigkeiten von bis zu 40 Gbit/s die Rede ist, werden nicht alle USB-Geräte und Computer diesen Standard unterstützen. Wir erwarten, dass kleinere/günstigere Geräte wie Telefone und Chromebooks die 20-Gbit/s-Version von USB4 verwenden werden. Die meisten Geräte bieten heute Geschwindigkeiten von 5 und 10 Gbit/s mit USB 3.x-Versionen. Wenn Sie ein Gerät mit USB4-Unterstützung suchen, das den neuen Standard verwendet, sollten Sie sich die Spezifikationen genau ansehen.

USB 4 Tags verwenden keine Versionsnummer(USB 4: Höhere Geschwindigkei)

Woher wissen Sie also, ob das Gerät, das Sie kaufen, mit USB 4 kompatibel ist? Die Hersteller dürfen die Bezeichnung USB 4 in ihren technischen Datenblättern verwenden. Das USB-IF-Logo-Programm konzentriert sich jedoch nur auf die Übertragungsgeschwindigkeit der Verbindung, die 20 oder 40 Gbit/s beträgt.

Die Zertifizierungslogos auf den Einzelhandelsverpackungen und manchmal auch auf den Geräten tragen Aufkleber, die sich auf USB 20 Gbps oder USB 40 Gbps Versionen beziehen. Wir möchten Sie daran erinnern, dass derzeit der SuperSpeed-USB-Standard mit 20 Gbit/s (USB 3.2) in Gebrauch ist. Obwohl dieser Standard Geschwindigkeiten von bis zu 20 Gbit/s bietet, verfügt er nicht über die anderen Funktionen von USB4 und das Logo ist anders.

Es sei daran erinnert, dass Tausende von USB-unterstützten Geräten auf dem Markt keine offizielle USB-IF-Zertifizierung haben und einige Hersteller diese Logos überhaupt nicht verwenden. Tatsächlich werden Sie bei vielen Anbietern in ihren Produktbeschreibungen den Hinweis „USB4 unterstützt“ finden.

Gemeinsame Bandbreitennutzung

Die bereits erwähnte Tunnelfunktion des Protokolls ermöglicht es, sowohl Video als auch Daten über dieselbe Verbindung zu übertragen. Nehmen wir an, Sie haben einen USB-4-Anschluss mit einer Geschwindigkeit von 40 Gbit/s. Sie senden Videos in 4K-Auflösung an einen Monitor, während Sie gleichzeitig Dateien von einer externen SSD herunterladen. Zu diesem Zeitpunkt benötigt die Videoübertragung etwa 12,5 Gbit/s an Bandbreite. Die verbleibenden 27,5 Mbit/s werden dem Sicherungslaufwerk zugewiesen.

Mit USB-C wurde die Funktion „Alternativmodus“ eingeführt, die die Möglichkeit bietet, DisplayPort-/HDMI-Videos über den Typ-C-Anschluss zu übertragen. Die aktuellen USB-3.x-Verbindungen bieten jedoch keine doppelte Möglichkeit zur Aufteilung der Ressourcen. Der DisplayPort-Submodus kann die Bandbreite zwischen USB-Daten und Videodaten genau 50/50 aufteilen. Im HDMI-Submodus ist die gleichzeitige Übertragung von USB-Daten überhaupt nicht möglich. Der USB4-Standard der nächsten Generation verwendet Protokoll-Tunneling, um DisplayPort-, PCIe- oder USB-Daten in Paketen zu senden, was die Kontrolle über die Ressourcenzuweisung ermöglicht.

Saunders äußerte sich auch zum aktuellen USB SuperSpeed:

„Bei USB SuperSpeed hatten wir keine große Flexibilität in der Architektur, um diese beiden unterschiedlichen Bandbreiten (Daten und Video) auf einheitliche Weise über den Stecker zu verwalten. Dieser Prozess wurde für eine größere Skalierbarkeit zwischen verschiedenen Arten von Anwendungen optimiert.“

USB Power Delivery-Unterstützung

Einige der heutigen USB-Typ-C-Geräte unterstützen den Power-Delivery-Standard (USB PB), um Geräte mit hohem Stromverbrauch mit Strom zu versorgen. Auch hier gilt, dass nicht alle Geräte diese Unterstützung bieten. Alle USB-4-Geräte und Computer müssen jedoch mit Power Delivery kompatibel sein, das höhere Wattleistungen übertragen kann und eine bessere Leistung bietet.

USB Power Delivery kann theoretisch bis zu 100 Watt liefern, aber die Ladegeräte müssen diese Leistung nicht unterstützen. Es gibt nämlich keine Garantie dafür, dass ein bestimmter USB-4-Anschluss die für den Betrieb eines Laptops erforderliche Leistung liefern kann. An dieser Stelle kann die Situation von Gerät zu Gerät unterschiedlich sein. Es ist sinnvoll, beim Kauf eines Laptops auf den Stromverbrauch und die technischen Daten zu achten.

USB4 ermöglicht Abwärtskompatibilität mit älteren Geräten

Das Beste an den USB-Versionen ist eigentlich die Kompatibilität. USB 4 wird mit den von USB 3 und USB 2 unterstützten Anschlüssen/Geräten kompatibel sein. Es versteht sich jedoch von selbst, dass die Geschwindigkeit auf die Geschwindigkeiten des niedrigsten Standards begrenzt wird. Wenn Sie ein USB 4-Gerät an einen USB 3.2-Anschluss anschließen, können Sie keine Daten mit 40 Gbit/s übertragen. Bei USB 2.0 sind die Geschwindigkeiten bekanntlich viel niedriger.

Alte USB-Kabel

Ihre vorhandenen USB-Kabel und -Adapter können mit USB 4 verwendet werden. Wenn Sie z. B. ein USB 3.2-Kabel haben, das 5 Gbit/s bietet, erhalten Sie immer noch bis zu 5 Gbit/s, selbst wenn Sie den USB 4.0-Anschluss verwenden. Allerdings benötigen Sie höchstwahrscheinlich ein Thunderbolt 3-Kabel, um Thunderbolt 3-Unterstützung zu erhalten.

Thunderbolt 4 und USB4

Neben USB4 hört man auch immer häufiger den Namen Thunderbolt 4, aber die beiden Standards stehen nicht in Konkurrenz zueinander. Um einen Thunderbolt-4-zertifizierten Computer oder ein Peripheriegerät zu erhalten, muss der Hersteller ein Zertifikat von Intel erhalten, das beweist, dass er alle Funktionen von USB 4, einschließlich der Unterstützung von Thunderbolt 3, unterstützen kann.

Wenn Sie ein Produkt sehen, das Thunderbolt 4-Unterstützung bietet, können Sie davon ausgehen, dass es Abwärtskompatibilität mit USB 4 und Thunderbolt 3-Geräten bietet, die 40 Gbit/s-Konnektivität bieten. Aber wie gesagt, selbst ein „Thunderbolt 3“-kompatibler Computer wie das Apple MacBook Pro ist nicht mit Thunderbolt 3 eGPUs kompatibel.

Zurück zu Brad Saunders, dem Vorsitzenden des USB Implementers Forum:

„Thunderbolt 4 ist ein Branding-Programm. Das Branding-Programm basiert auf USB 4.0 mit einigen Anforderungen für einige Hersteller, um alle optionalen High-End-Funktionen zu unterstützen, wie von Intel berichtet.“

Teurer in der Herstellung als USB 3.2

Eines der Hindernisse für die Verbreitung von USB4 sind die zusätzlichen Kosten. Wir wissen nicht, wie hoch die Kosten für die Integration von USB in technische Geräte sind, aber man kann davon ausgehen, dass USB4 wesentlich teurere Komponenten als USB 3.2 erfordern wird. Laut Saunders dürften die Kosten schnell sinken. Aufgrund des Kostenunterschieds erwarten wir jedoch, dass USB 4.0 nur High-End-PCs erreichen wird, zumindest zunächst.

USB4-Nomenklatur

Im Gegensatz zu allen anderen USB-Versionen wird der neue Standard offiziell ohne Leerzeichen geschrieben (USB4). Obwohl der Name des neuen Standards als USB 4 oder USB 4.0 verwendet wird, lautet die offizielle Nomenklatur wie folgt: USB4.

„Wir haben nicht vor, einen iterativen Weg von 4.0, 4.1, 4.2 einzuschlagen. Wir wollen auch nicht, dass es mit Produkten in Verbindung gebracht und als Unterscheidungsmerkmal verwendet wird. Wir wollen die Dinge so einfach wie möglich halten“.

Der USB 3.x-Standard wurde mit verschiedenen Versionsnummern ausgeliefert, darunter USB 3.0, USB 3.1 Gen 1, USB 3.1 Gen 2 und vier verschiedene USB 3.2-Versionen, zusammen mit optionalen Funktionen wie USB Power Delivery und Alternate Mode. Saunders erklärte uns jedoch, dass diese Zahlen nur für Entwickler bestimmt seien und dass OEMs bei der Vermarktung ihrer Produkte einfachere Begriffe wie „SuperSpeed USB“ verwenden sollten.

Der USB-3-Standard hat wirklich für viel Verwirrung gesorgt. USB-IF will wahrscheinlich nicht noch einmal denselben Fehler machen. Es ist sehr wahrscheinlich, dass neue USB-Versionen auch in Zukunft als USB4 bezeichnet werden, aber die Produktkennzeichnung und die Geschwindigkeitsangaben (z. B. USB 4 80 Gbps) werden aktualisiert.