September 28, 2022
Superschnelles USB: Was USB 3.2 Gen 2×2, USB4 und Thunderbolt bringen

Der allgegenwärtige Universal Serial Bus (USB) feiert einen Erfolg nach dem anderen. Verwirrend ist allerdings die Vielzahl an Spezifikationen, an die sich überdies viele Hardwarehersteller nicht genau halten. Das kann zu ärgerlichen Missverständnissen und Kompatibilitätsproblemen führen. Wir untersuchen den aktuellen Stand bei schnellen USB-Geräten mit Datentransferraten von 20 Gbit/s und erklären, was die jungen Standards USB4 und Thunderbolt 4 zusätzlich bringen.


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Ein kurzer Blick zurück: USB 2.0 hat mehr als 20 Jahre auf dem Buckel und USB 3.0 auch schon 14 Jahre. Der mit USB 3.0 eingeführte Datentransfermodus mit 5 Gigabit pro Sekunde (5 Gbit/s alias SuperSpeed) überträgt in der Praxis bis zu 480 MByte/s. Das ist schneller als jede Magnetfestplatte und fast ebenso schnell wie eine SATA-SSD. Daher sind viele Leute mit USB 3.0 vollauf zufrieden.

Die jüngeren Spezifikationen USB 3.1 und USB 3.2 brachten schnellere Datentransfermodi mit 10 und 20 Gbit/s, aber auch Verwirrung: Denn viele Gerätehersteller warben (und werben immer noch) vollmundig mit USB 3.1 oder USB 3.2, meinen damit aber die jeweilige “Gen 1”-Version, hinter der sich der betagte 5-Gbit/s-Modus verbirgt. USB 3.2 Gen 2 steht für 10 Gbit/s, USB 3.2 Gen 2×2 für 20 Gbit/s.

Zwischenzeitlich brachte der kompakte Typ-C-Stecker viele komfortable Neuerungen. Er ist verdrehsicher und verträgt mehr Steckzyklen – ist also langlebiger, wenn der Hersteller die Spezifikation einhält. Weil er mehr Kontakte hat als die alten Typ-A-Stecker, ermöglicht USB-C Zusatzfunktionen: Dank hoher Ladeleistung tanken daran auch große Notebook-Akkus und parallel überträgt das Kabel Bild- und Tonsignale.

USB-C und Thunderbolt können sämtliche andere Buchsen dieses Notebooks ersetzen: USB-A, HDMI, Audio und Stromanschluss.

Thunderbolt nutzt seit Version 3 ebenfalls den USB-C-Stecker. Das ist sehr praktisch, aber wiederum verwirrend: Ob eine Buchse “nur” USB-C kann oder auch Thunderbolt, erkennt man bloß am kleinen Blitzsymbol oder am Datenblatt. Sowohl USB-C als auch Thunderbolt ermöglichen flexible Dockingstationen, die proprietäre Modelle des jeweiligen Notebookherstellers überflüssig machen. Thunderbolt 3 erreicht mit 40 Gbit/s noch höhere Transferraten als USB 3.2 und hat einige Zusatzfunktionen, dazu später mehr.

Bei USB-C gibt es Missverständnisse: Viele PC-Käufer erwarten, dass jede Typ-C-Buchse sämtliche Funktionen bietet, doch viele sind leider nur optional. Sehr häufig finden sich Typ-C-Buchsen, die bloß 5 Gbit/s übertragen und weder Schnellladefunktionen kennen noch den alternativen DisplayPort-Transfermodus, um einen Monitor anzuschließen (DP Alt Mode).

Mit USB4 hätte das besser werden können, weil damit strengere Mindestanforderungen einhergehen: USB4 vereint im Grunde die zuvor exklusiv von Apple und Intel genutzte Thunderbolt-3-Technik mit USB 3.2. Doch weder der DP Alt Mode, noch der zu USB 3.2 Gen 2×2 abwärtskompatible 20-Gbit/s-Modus sind fest vorgeschrieben. Der dickste Hammer ist aber, dass USB4-Geräte nicht zwingend Thunderbolt 3 beherrschen müssen, obwohl USB4 darauf aufbaut. Immerhin funktioniert USB4-Peripherie an Thunderbolt-3-Hosts und USB4-Hosts beherrschen 10-Gbit/s-Transfers.

Die Königin der flexiblen Notebookschnittstellen ist derzeit Thunderbolt 4: Hier sind einerseits Kompatibilität zu Thunderbolt 3 und USB4 vorgeschrieben, andererseits aber auch Ladefunktionen und es müssen sich zwei externe 4K-Displays gleichzeitig anschließen lassen. Thunderbolt 4 gibt es aber erst in den jüngsten Notebook-Generationen mit Intel-Chips und es lässt sich bei Desktop-PCs nicht per Steckkarte nachrüsten. Daher ist die Verbreitung noch gering.

Auch bei USB4 geht es langsam voran: AMD und die bisher wenigen Hersteller, die Notebooks mit dem Ryzen 6000 bestücken, kämpfen noch mit Firmware-Macken. Bisher sind auch erst sehr wenige USB4-Peripheriegeräte auf dem Markt.

Kleine Logos neben USB-Buchsen sollen eigentlich zeigen, welche Funktionen die jeweilige Buchse bietet; leider fehlen diese Logos bei vielen Geräten.

Die meisten USB-SSDs auf dem Markt arbeiten mit 10 Gbit/s (USB 3.2 Gen 2). Falls darin eine ausreichend schnelle NVMe-SSD eingebaut ist (und nicht bloß eine SATA-SSD), übertragen sie respektable 1 GByte/s, zumindest beim Lesen. Beim Schreiben schaffen viele günstige USB-SSDs diese Geschwindigkeit nur, solange ihr SLC-Cache nicht gefüllt ist, danach brechen die Transferraten ein. Allerdings sind auch die internen SATA-SSDs und erst recht die Festplatten älterer Notebooks und PCs oft zu langsam, um mehr als USB 3.2 Gen 1 auszureizen.

Bislang reizen nur wenige externe Geräte wie die tragbare SSD von SanDisk die Geschwindigkeit von 20 Gbit/s des USB 3.2 Gen 2×2 aus.

Doch immer mehr Notebooks und Desktoprechner sind mit M.2-SSDs bestückt, die beim Lesen über 3 GByte/s schaffen (PCIe 3.0 x4 überträgt bis etwa 3,8 GByte/s, PCIe 4.0 x4 sogar über 7 GByte/s). Bei diesen modernen Rechnern ist USB 3.2 Gen 2×2 sinnvoll. Zahlreiche USB-SSDs liefern an solchen USB-C-Buchsen über 2 GByte/s. Bei einem Desktop-PC mit einem freien PCIe-3.0-Steckplatz (mindestens PCIe 3.0 x4) lässt sich USB 3.2 Gen 2×2 auch nachrüsten.

Auch USB4 kann Daten mit mindestens 20 Gbit/s übertragen und daher liegt die Frage auf der Hand, ob es dabei Unterschiede gibt. Die Antwort lautet: Ja! Und im dümmsten Fall liefert ein Peripheriegerät mit USB 3.2 Gen 2×2 an einem USB4-Port nur 10 Gbit/s.

Um diesen Missstand zu verstehen, muss man sich vergegenwärtigen, dass USB4 für die schnellen Transfermodi mit 20 und 40 Gbit/s eigentlich Thunderbolt 3 nutzt. Zusätzlich kann eine USB4-Verbindung aber auch USB-Verbindungen “durchreichen” beziehungsweise tunneln. Doch zwingend vorgeschrieben ist dabei nur die Unterstützung des 10-Gbit/s-Transfermodus, also USB 3.2 Gen 2. Wir sind gespannt, wie die Hersteller von Notebooks und USB4-Hubs diese Vorgabe in der Zukunft umsetzen. Bisher können wir das erst an wenigen Geräten testen.

USB-Transferraten
Bezeichnung maximale Transferrate
Bitrate praktisch maximal
USB4 40 40 Gbit/s > 3 GByte/s
USB4 20 20 Gbit/s 2 GByte/s
USB 3.2 Gen 2×2 20 Gbit/s 2 GByte/s
USB 3.2 Gen 2 10 Gbit/s 1,1 GByte/s
USB 3.2 Gen 1 5 Gbit/s 450 MByte/s
USB 2.0 480 Mbit/s 48 MByte/s
zum Vergleich
Thunderbolt 4 40 Gbit/s > 3 GByte/s
Thunderbolt 3 40 Gbit/s > 3 GByte/s
M.2-SSD PCIe 4.0 x4 64 Gbit/s 7,8 GByte/s
M.2-SSD PCIe 3.0 x4 32 Gbit/s 3,9 GByte/s
SATA-6G-SSD 6 Gbit/s 560 MByte/s
Festplatte (SATA oder USB) < 300 MByte/s

Bei einigen USB4-tauglichen Kabeln liest man Hinweise auf maximal damit mögliche Transferraten, also 20 oder 40 Gbit/s. Manchmal finden sich dabei noch kryptische Angaben wie “USB4 3×2”. Die haben wenig praktische Relevanz, aber der Vollständigkeit halber: Auch USB4 kann wie USB 3.2 Gen 2×2 zur schnelleren Datenübertragung zwei Signalpfade bündeln, aber zusätzlich auch die höhere Bitrate von 20 statt nur 10 Gbit/s nutzen. Damit kann USB4 die 20-Gbit/s-Übertragung auf zwei verschiedene Arten umsetzen: Entweder mit zwei Pfaden und je 10 Gbit/s (2×2) oder mit einem Pfad und 20 Gbit/s (3×1). Zusätzlich kann USB4 auch den Modus USB 3.2 Gen 2×2 tunneln. Die USB-Industrievereinigung, die die Spezifikationen festlegt, scheint nicht sonderlich an Vereinfachung interessiert zu sein …

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