Alles was Du über USB wissen musst und was uns mit USB 3.1 erwartet

Geschrieben von Nils Waldmann am 18.03.2015 | Allround-PC.com

Die Universal Serial Bus Schnittstelle – kurz USB – ist aus unserem täglichen Leben mit dem Computer sowie Smartphones und Tablets nicht mehr wegzudenken. Fast jedes Gerät, das mit einem Computer kommuniziert, setzt auf die USB-Schnittstelle. In diesem Artikel wollen wir euch deshalb eine Übersicht über alle aktuellen USB-Stecker und –Standards geben.

Überblick

Das Kürzel USB steht für Universal Serial Bus. Es handelt sich also um eine serielle Schnittstelle zur Übertragung jeglicher Art von Daten zwischen zwei Geräten. Ein Gerät funktioniert dabei als Client, das andere Gerät, meist der Computer, stellt den sogenannten USB-Host dar.

Das Besondere, heutzutage bereits selbstverständliche an USB ist, dass alle Gerät genormte Stecker aufweisen und während des Betriebs einfach an- und auch wieder abgesteckt werden können. Der Computer erkennt USB-Geräte also während des laufenden Betriebes automatisch, benötigte Treiber werden, sofern vorhanden, ebenfalls vollständig ohne Eingriff des Nutzers installiert. Gerade diese einfache Handhabung ist es, was USB wohl so erfolgreich gemacht hat.

Die verschiedenen Standards auf einen Blick

Das USB-Protokoll gibt es aktuell in der dritten Generation, man spricht im Allgemeinen auch von USB 3.0. Die Vorläufer von USB 3.0 waren somit USB 2.0, USB 1.1 sowie die Urversion USB 1.0. Im Folgenden haben wir euch eine kleine Tabelle zusammengestellt, die alle drei wesentlichen Standards gegenüberstellt. Zudem steht bereits USB 3.1 in den Startlöchern, das oftmals auch als „SuperSpeed +“ bezeichnet wird.

Über die Generationen hat sich also vor allem die maximal mögliche Transferrate deutlich erhöht. Begrenzt USB 2.0 eine externe Festplatte beispielsweise bei knapp 30 MB/s, sind mit USB 3.0 ohne Probleme über 100 MB/s beim Transfer von Daten drin. USB 3.1 wird diese Schwelle noch einmal deutlich anheben, womit der neue Standard vor allem für schnelle Laufwerke auf Flashspeicherbasis interessant wird (Beispiel: Externe SSDs).

Die verfügbare Geschwindigkeit hängt dabei immer von dem Hardwaredesign des eigenen Computers ab. Zumeist hängen mindestens zwei oder mehr USB-Ports an einem angeschlossen USB-Host-Controller und teilen sich somit die maximale Bandbreite. Wer also maximale Bandbreites benötigt, der schließt nur ein Gerät pro Host-Controller an. Herausfinden, welche Ports zusammen an einem Controller hängen, kann man beispielsweise über den Gerätemanager von Windows.

USB-Stecker

Über die Jahre und verschiedenen Generationen wurde das Spektrum an verschiedenen USB-Steckern deutlich erweitert. Die meisten Stecker sind dabei mechanisch und elektronisch zumindest am Host-Ende kompatibel. Die folgende Tabelle soll euch einen einfachen Überblick über die verschiedenen Steckerarten geben.

Bezeichnung Typ	Bild	Verwendungsbeispiel	Möglicher Gegenstecker
A		Standardstecker auf der Seite des Computers	Stecker Micro B Stecker Mini B Stecker B
B		Stecker für Drucker und externe Festplatten	Stecker A
Micro A		– Eher selten verwendet –	Micro B Adapter zu Buchse Typ A
Micro B		Der Standard für Smartphones	Stecker A Stecker Micro A
Mini B		Digitalkameras, MP3-Player	Stecker A
USB 3.0 A		Standardstecker für USB 3.0	USB 3.0 B USB 3.0 Micro B
USB 3.0 B		Stecker für größere USB 3.0 Geräte (Externe Festplatten)	Stecker A Stecker USB 3.0 A
USB 3.0 Micro B		Mobile Geräte mit USB 3.0 (kleine externe Festplatten oder Kartenleser)	Stecker USB 3.0 A
C		Standardstecker für USB 3.1 Anwendungen	? Besonderheit: Typ C Stecker kann in beliebiger Richtung eingesteckt werden.

​

Die Zukunft

In den kommenden Monaten steht die Finalisierung von USB 3.1 an. Sobald dies geschehen ist, können sich die Hersteller auf die Produktion noch schneller angebundener Endgeräte konzentrieren. Dank des neuen Typ C Steckers, bringt USB 3.1 neben einer mehr als doppelt so hohen Transferrate im Vergleich zu USB 3.0, auch einiges an Komfort mit. So kann der Typ C Stecker in beliebiger Richtung in die Buchse gesteckt werden. Es gibt keine definierte Ober- und Unterseite mehr, wie dies bei allen anderen USB-Steckern der Fall ist. Zusätzlich wird der kleine Stecker das „Power Delivery“ Feature von USB 3.1 unterstützen. Damit können im Extremfall bis zu 100 Watt an das Endgerät bereitgestellt werden. Zum Vergleich: USB 3.0 kommt derzeit auf knapp 5 Watt, bei USB 2.0 ist bereits bei 2,5 Watt Schluss.

Erste Geräte mit USB 3.1 Unterstützungen dürften noch in diesem Jahr verfügbar werden. Die Verbreitung eines neuen Standards geht aber immer nur so schnell voran, wie auch die breite Masse an Computern mit USB 3.1 umgehen kann und dies dürfte noch einige Monate, wenn nicht gar einige Jahre dauern.

Von 1.0 bis 3.0: Die USB-Generationen

Der 1996 von Intel eingeführte USB-Standard ist mit Abstand der erfolgreichste und meist verbreitete Anschluss im PC-Segment. Um die damaligen COM-, Seriell- und Parallel-Ports abzulösen, hat man auf einen einfachen, universellen Anschluss gesetzt, der heute quasi überall vertreten ist. Egal ob Notebooks, PCs und deren Zubehör, selbst bei Fernsehern, Routern, Smartphones ist USB allgegenwärtig.

Ein großer Vorteil von USB ist das schnelle An- und Abstecken während des Betriebes, weswegen gerade Massenspeicher auf diesen Anschluss setzen. Angefangen bei USB 1.0 hat man spätestens mit USB 1.1 die Anschlusseinfachheit am PC revolutioniert. Im Jahr 2000 kam dann die zweite Generation, welche mindestens genauso erfolgreich war, wie der Vorgänger. Auch der Vorteil der Unabhängigkeit von Betriebssystemen trägt dazu bei – so wird USB ebenfalls bei Mac OS X, Linux oder Android genutzt. Mittlerweile wird seit 2010 die USB 3.0-Version, also die dritte Generation, vertrieben. Dabei wurde stets auf die Abwärtskompatibilität geachtet: Man kann problemlos ältere Standards an den neuen Anschlüssen ohne jegliche Adapter oder Nachteile nutzen.

Wieviel Strom liefert USB?

Der USB-Anschluss kann angeschlossene Geräte mit Strom versorgen, wodurch eine zusätzliche Stromversorgung bei kleineren Geräten nicht mehr nötig ist – USB 1.x und 2.0 stellen bis zu 500 mA und USB 3.0 bis zu 900 mA bereit. Dadurch lassen sich viele Geräte, wie externe 2,5“-Festplatten, USB-Sticks oder auch Headsets mit ausreichend Strom versorgen. Viele Mainboards und Notebooks haben eine Funktion, die es erlaubt im ausgeschalteten Betrieb die USB-Anschlüsse mit Strom zu versorgen. Dadurch kann man Geräte wie Smartphones und MP3-Player ohne Anschalten des PCs aufladen. Auch die Treiberinstallation ist mit der Einführung von USB deutlich einfacher geworden. Ab der Implementierung des USB-Standards in Betriebssystem fallen bei Kleingeräten wie Mäusen und Tastaturen die Treiberinstallationen komplett weg. Lediglich bei Nutzung von Zusatzfunktionen wie beispielsweise programmierbaren Tasten sind dann noch Treiber vonnöten.

Wie schnell ist USB?

Was die Geschwindigkeit bei der Datenübertragung anging, war USB stets vorne mit dabei. Zwar war USB 1.1 mit gerade einmal maximal zwölf Mbit/s noch nicht wirklich schnell, war aber schneller als die damals sonst üblichen Anschlüsse und reichte für die meisten Anwendungen vollkommen aus. Als dann der Wunsch nach mehr Geschwindigkeit immer lauter wurde – denn gerade bei Geräten wie externe Festplatten, Laufwerke und Sticks war deutlich mehr möglich -, kam der neue USB-2.0-Standard. Mit bis zu 480 Mbit/s konnte man die Geschwindigkeit um das 40-fache erhöhen. Effektiv sind so bis zu 35 Megabyte pro Sekunde erreichbar, was dann in Zeiten von SSDs und immer schnelleren Flashspeichern abermals zum Flaschenhals wurde. Die logische Konsequenz war nun die aktuell dritte Generation des USB-Standards, welcher mit 4,8 GB/s nochmals zehnmal so schnell wie USB 2.0 ist. Die in der Praxis maximal mögliche Transferrate liegt bei 350 MB/s, was für die meisten Anwender mehr als genug darstellen sollte.

Die drei Standards im direkten Vergleich

Welcher USB-Stecker ist das?

Für USB-Stecker und -Kabel gibt es unterschiedliche Ausführungen, die mit Buchstabenkürzel wie A, B uvm. benannt sind. Dazu kommen noch Bezeichnungen wie Mini- und Micro-USB. Der gängige, flache USB-Anschluss ist der Typ A, der fast quadratische von USB-Druckerkabeln bekannte Anschluss der Typ B. Während der Einsatz von Mini-USB-Steckern immer mehr zurückgeht, findet man die Mikro-Anschlüsse en Masse bei vielen Smartphones, Digitalkameras, MP3-Player und sonstigen Geräten. Hier die wichtigsten USB-Stecker und -Buchsen in der Übersicht:

Der normale USB-Stecker Typ A hier in der blauen USB-3.0-Ausführung.	Die normale USB-Buchse Typ A, hier wieder für USB-3.0.
Der Micro-B-USB-Stecker ist häufig bei Tablets und Smartphones anzutreffen.	Die Micro-B-USB-Buchse.
Der Mini-B-USB-Stecker kommt oft bei digitalen Kameras zum Einsatz.	Die Mini-B-Buchse.
Der USB3.0-Stecker in der Typ-B-Variante – wird oft bei Lesegeräten und externen Festplatten genutzt.	Die USB3.0-Buchse für den Typ B.
Der USB-Stecker Typ-B ist bekannt als USB-Druckeranschlusskabel.	Dies ist ein interner USB-Stecker zum Verbinden der USB-2.0-Anschlüsse des Gehäuses an das Mainboard.
Der interne USB-3.0-Stecker für den Anschluss ans Mainboard.	Dazu passend die interne USB-3.0-Buchse.
Der USB3.0 Micro-B Stecker kommt meistens bei externen Laufwerken vor.	Der dazu passende USB3.0 Micro-B-Anschluss.

Peripheriegeräte

In fast allen Bereichen finden USB-Anschlüsse mittlerweile Verwendung. Angefangen im Hardware-Bereich bei Gehäusen, Mainboards, über Eingabegeräte, WLAN-, Surf-, TV- und natürlich USB-Sticks nutzen auch Geräte wie Drucker, Scanner, externe Festplatten, Soundkarten, Netzwerkadapter, Bluetoothadapter und Modems den praktischen Anschluss zur Datenübertragung. Darüber hinaus wird USB selbstverständlich bei Notebooks, Komplettsystemen und Tablets eingesetzt. Aber auch abseits von Hardware, werden Geräte wie Fernseher, digitale Kameras, Smartphones und weitere Produkte aus der Unterhaltungselektronik mit USB-Anschlüssen ausgestattet.

Ein Blick in die Zukunft

Noch schneller und leistungsfähiger soll es beim kommenden USB 3.1-Standard zugehen. Die Bandbreite wird dabei auf 10 GB/s im Vergleich zu USB 3.0 verdoppelt werden. USB Power Delivery gilt als neues Features, welches das Laden von Geräten mit bis zu 100 Watt gestattet. Beide Neuerungen sollen aber laut Intel bei einer Kabellänge von nur maximal einem Meter funktionieren – bei USB 3.0 konnte man bis zu drei Meter verwenden. Für diese Kabel soll es dann eine Zertifizierung geben, die somit auch die geforderte Leistung garantiert. Der Start von USB 3.1 wird noch im Jahr 2014 sein. Allerdings ist mit ersten Geräten, die auf den neuen Standard setzen, erst 2015 zu rechnen.

USB 3.1 und Power Delivery: Ein Kabel, sie alle anzubinden

IDF      

Unkomprimierte Videos übertragen, Notebooks aufladen und SSDs nicht ausbremsen – das alles sollen USB 3.1 und Power Delivery (PD) leisten. Dazu werden die Standards getrennt voneinander entwickelt, erst 2015 soll es erste Geräte nach USB 3.1 geben.

Auf dem Intel Developer Forum hat Intel, maßgeblicher Entwickler aller USB-Standards, die Weiterentwicklung der Schnittstelle in zwei Vorträgen beschrieben. Mit USB 3.1 soll die Bandbreite auf 10 Gigabit pro Sekunde verdoppelt werden, und USB Power Delivery (PD) soll das Laden von Geräten mit bis zu 100 Watt unterstützen.

Die beiden Standards werden getrennt voneinander vorangetrieben und bekommen eigene Logos. Bei Version 3.0 wird das Superspeed-Logo mit dem Zusatz „10 Gpbs“ versehen, und PD bekommt ein eigenes Logo mit einem stilisierten Akku. So ist es beispielsweise auch möglich, USB-2.0-Geräte mit der Ladefunktion zu versehen – USB 3.1 und PD bedingen sich nicht gegenseitig.

Bis auch nur eine der beiden Erweiterungen funktioniert, haben die Ingenieure jedoch noch viel Arbeit vor sich, denn Fehler wie die Kabelprobleme von USB 3.0 sollen diesmal vermieden werden. So empfiehlt Intel für USB 3.1 nur eine Kabellänge von einem Meter, bei USB 3.0 sind drei Meter möglich – allerdings funktioniert das in der Praxis nur selten.

Da ein Meter arg kurz erscheint, taucht in Intels Präsentationen mehrfach eine Grafik auf, die nur eine 10-Gigabit-Verbindung enthält, und zwar von einem Notebook zum Monitor. Im Display sitzt dann ein Hub, der weitere Geräte mit 5 GBit/s anbindet, also nur mit 3.0-Geschwindigkeit. Das wäre gegenüber bisherigen Lösungen aber schon ein Fortschritt, denn am Notebook muss der Anwender dann tatsächlich nur ein einzelnes Kabel anschließen. Mit Strom versorgt wird das gesamte System über das Netzteil des Monitors.

Neue Hubs mit mehr Aufgaben

Die Hubs – im Beispiel also der des Monitors – müssen für USB 3.1 wesentlich mehr leisten als bisher. Schon jetzt gibt es in USB-3.0-Hubs und den Hostcontrollern zwei getrennte Datenpfade für 3.0 und 2.0. Mit USB 3.1 kommt noch die Möglichkeit hinzu, in beiden Richtungen 5 oder 10 GBit/s zu übertragen, um die schnelle Verbindung stets auszulasten. Dazu sind Buffer und das Umsortieren von Paketen nötig. So soll auch eine am Monitor angeschlossene SSD nicht gebremst werden, wenn das Notebook über seine Direktverbindung Videos an das Display schickt.

Dafür wird USB 3.1 dann nicht nur bei den reinen Bruttodatenraten besser, sondern auch bei der Effizienz. Laut Intel gibt es statt bisher 20 nur noch 3 Prozent Protokoll-Overhead. Wesentlich verantwortlich dafür ist das neue Kodierungsverfahren mit 128b/132b statt der bisherigen 8b/10b. Die Header der Pakete sind 4 Bit groß, ein einzelner Bitfehler soll nicht mehr – wie es bei USB 3.0 der Fall war – zum Verlust des ganzen Pakets führen. USB 3.1 soll damit also trotz geringeren Overheads robuster werden.

Keine neuen Stecker, aber zertifizierte Kabel

An der Zahl der Leitungen in einem USB-3.1-Kabel und der Form der Stecker ändert sich nichts. Für den neuen Standard gibt es jedoch auch neue Messvorschriften, und eine Abschirmung der einzelnen Leitungen ist zwingend vorgeschrieben. Was passiert, wenn man ein USB-3.0-Kabel, das mechanisch passt, zwischen zwei USB-3.1-Geräte hängt, bleibt spannend. Wünschenswert wäre, dass es gar keine Verbindung gibt und nicht eine wacklige. Für Kabel von über einem Meter Länge hat Intel diesmal die Repeater gleich mit definiert; sie sind schon nötig, wenn von Punkt zu Punkt 20 dB Dämpfungen auftreten. Wie bei Thunderbolt werden also auch bei USB 3.1 aktive Kabel wichtig.

Im genannten Beispiel des Notebooks am aktiven Display mit Hub spielt Power Delivery (PD) eine zentrale Rolle. Aber auch bei anderen mobilen Geräten, vor allem Tablets, soll das Problem der proprietären Ladegeräte durch PD endlich gelöst werden. USB 3.0 liefert zwar gegenüber 2.0 schon 4,5 statt 2 Watt, mit dem Zusatz USB-BC auch 7,5 Watt – aber selbst dieses „Battery Charging“ ist bisher nicht durch ein einheitliches Logo erkennbar. Dass es heute USB-2.0-Ladegeräte mit 10 Watt gibt, bewegt sich klar außerhalb der Spezifikationen. Auch deshalb erkennen die Geräte sich gegenseitig durch proprietäre Verfahren. Billignachbauten sind zu einem so großen Problem geworden, dass beispielsweise Apple sie inzwischen sogar zurücknimmt.

Damit es bei PD nicht so weit kommt, gibt es fünf Profile, die jeweils 10, 18, 36, 60 und 100 Watt leisten können. Jenseits von 36 Watt sind die Micro-USB-Stecker nicht mehr vorgesehen, nur die großen Stecker vom Typ A und B sollen das noch verkraften. Schäden sind aber auch bei deren Verwendung nicht zu befürchten, denn: Für jede PD-Verbindung von Punkt zu Punkt können die Geräte ihre Fähigkeiten zuvor aushandeln. Das entspricht dem, was die proprietären Geräte schon heute beherrschen, nur eben in standardisierter Form.

Im Beispiel des Notebooks am Monitor kann der Hub im Display die elektrische Energie auch nach der Leistung des Monitor-Netzteils zuteilen, wenn besonders viele Geräte mit hoher Last angeschlossen werden. Dann könnte das Notebook zwar langsamer geladen werden, aber externe Festplatten würden noch funktionieren. Damit das so reibungslos wie gewünscht vonstattengeht, unterstehen die PD-Logos dem Gremium USB-IF. Erst bei Übereinstimmung mit den Spezifikationen werden die Logos lizenziert. Dass USB-PD den Anwendern erst erklärt werden muss – insbesondere wegen der fünf verschiedenen Profile -, erwähnte Intel auf dem IDF auch. Immerhin: Das Profil 1 mit bis zu 10 Watt arbeitet auch mit bisherigen Kabeln, für alle weiteren Profile sind neue PD-Kabel nötig.

An anderen Stellen lauern auch noch viele Fallstricke, zum Beispiel beim Kopierschutz für Videos: USB 3.1 beherrscht kein HDCP, womit unter anderem Blu-rays geschützt sind. Beim Wiedergeben einer solchen Disc vom Notebook auf dem Monitor dürfte dieser den Inhalt nicht anzeigen. Ebenso sind 4K-Auflösungen mit USB 3.1 rechnerisch unkomprimiert nur mit 30 Bildern pro Sekunde möglich, nicht mit 60.

Ob diese Bedenken die Version 1.0 von USB 3.1 und PD verhindern können, ist ungewiss. In zwei Konferenzen wollen die USB-Entwickler die Standards bis zum Ende des Jahres 2013 festschreiben. Im Laufe des Jahres 2014 sollen erste Chips gebaut werden, die Mitte des Jahres vorliegen sollen. Dann wird weiter in der Praxis getestet, bis 2015 der Marktstart erfolgen soll. Was den Kunden möglicherweise schon Mitte 2014 als neues USB-3.1-Gerät verkauft wird, ist also allenfalls Bananenware.

<zurück zur Ideenschmiede: PC-Technik>