Was ist USB 4.0 / USB4 / USB 4 und welche Vorteile bietet der neue USB-Standard?

Keine Verwirrung mehr beim Namen, USB4 räumt auf

Wer sich heute versucht einen ernsthaften Überblick über die aktuell geltenden USB-Spezifikationen und damit zusammenhängenden Geschwindigkeiten zu machen, ist schnell verwirrt.

Mit dem gesamten USB 3.0-Universum hat man Verbrauchern sicherlich keinen Gefallen getan, wenn es um die Transparenz und das einfache Verständnis geht. Zur Erinnerung: Aktuell gibt es die folgenden Bezeichnungen:

• USB 3.0 / USB 3.1 Gen 1 (5 Gbit/s)
• USB 3.1 Gen 2 (10 Gbit/s)
• USB 3.2 Gen 1 x 1 (5 Gbit/s)
• USB 3.2 Gen 2 x 1 (10 Gbit/s)
• USB 3.2 Gen 2 x 2 (20 Gbit/s)
• Thunderbolt 3 (40 Gbit/s)

Kein Wunder, wenn man da nicht mehr durchblickt! Denn alle oben genannten Spezifikationen setzen auf den USB Type C Stecker und sehen rein physikalisch somit identisch aus.

Aber es ist Rettung in Aussicht. Mit der neu veröffentlichen Spezifikation für USB 4.0 wurde die Chance ergriffen, den Bezeichnungswahnsinn wieder ein wenig einzudämmen.

Unter der Bezeichnung USB 4.0 (teilweise auch USB4 geschrieben), versteckt sich der gemeinsame Nachfolger von USB 3.2 und Thunderbolt 3. Was genau USB 4.0 kann und welche Änderungen es gibt, haben wir euch im Folgenden kurz und einfach verständlich zusammengefasst.

Wie schnell ist USB 4.0?

Da USB natürlich vor allem zur Übertragung von Daten eingesetzt wird, liegt die Frage nach der Geschwindigkeit auf der Hand.

USB 4.0 basiert auf den Spezifikationen des Thunderbolt 3-Protokolls und wird deshalb mit bis zu 40 Gbit/s arbeiten können.

Ganz so einfach ist die Sache dann aber leider doch nicht: Denn auch bei USB 4.0 wird es langsamere Varianten geben. Die maximale Geschwindigkeit von 40 Gbit/s sind also keine Pflicht im Rahmen der neuen USB4-Spezifikation.

Wer oben gut aufgepasst hat, ahnt schon, was das für die Namensgebung von USB 4.0 bedeutet.

Folgende Geschwindigkeitsabstufungen werden für USB 4.0 vorgesehen, natürlich jede mit ihrem eigenen Namen:

• USB4 Gen 2 x 1: 10 Gbit/s (Kompatibilitätsmodus zu Gen 3.2 Gen 2)
• USB4 Gen 2 x 2: 20 Gbit/s (Kompatibilitätsmodus zu Gen 3.2 Gen 2 x 2)
• USB4 Gen 3 x 1: 20 Gbit/s
• USB4 Gen 3 x 2: 40 Gbit/s

Einfach gesprochen bedeutet das: USB4 ist mindestens 20 Gbit/s schnell und erreicht maximal 40 Gbit/s.

USB4 kommt immer mit USB-C Anschluss

Geschwindigkeit schön und gut – für viele Anwender ist das aber nebensächlich vor dem Hintergrund, ob uns wieder neue USB-Stecker erwarten.

Hier können wir euch beruhigen: Auch USB 4.0 setzt auf den etablierten USB Type C Schnittstelle. Alle bisherigen Geräte sind also rein physikalisch weiterhin verwendbar. Damit ein USB4-Link über USB Type-C zustande kommt, ist jedoch die neue USB Type-C rev2.0 einzuhalten.

Ist USB4 abwärtskompatibel?

Aber wie sieht es mit der Abwärtskompatibilität des neuen Protokolls aus? Auch hierfür wurde gesorgt. USB 4.0 ist sowohl zu Thunderbolt 3 als auch zu USB 3.2 und natürlich USB 2.0 abwärtskompatibel. Im Falle von Thunderbolt 3 gilt das natürlich nur für USB4 mit 40 Gbit/s.

Möglich macht das eine neue Funktion, die es mit einer USB4-Verbindung erlaubt, mehrere High Speed Links aufzubauen, die jeweils mit der optimalen Geschwindigkeit für das angeschlossene Gerät arbeiten.

Welche Vorteile hat USB 4.0 gegenüber USB 3.2?

Bereits heute spielen USB 3.2 und Thunderbolt 3 eine wichtige Rolle bei der Anbindung von Bildschirmen.

Mit USB 4.0 wurde diese Tatsache noch stärker in den Fokus der Entwicklung der neuen Spezifikation gerückt und die Übertragung von Bildsignalen weiter optimiert.

Nach heutigem Stand ist USB 4.0 somit nicht nur in der Lage eine reine USB-Datenverbindung aufzubauen, auch das Tunneln von PCIe-Signalen sowie die Übertragung von DisplayPort 1.4a-Signalen wird möglich sein.

In Sachen Energiebereitstellung verweist USB4 auf die bereits bekannte USB Power Delivery Spezifikation.

Das USB4 Hub bekommt einen Router

Eine weitere Neuerung gegenüber Thunderbolt 3 ist die veränderte Topologie. Wer mit Thunderbolt 3-Geräten arbeitet, kennt das sogenannte Daisy Chaining (WikiPedia): Mehrere Geräte an einem Thunderbolt 3 Port werden in einer Kette von Endgerät zu Endgerät weiterverbunden.

USB4 bleibt hingegen der bekannten Hub-Struktur treu. Das heißt, ein Kabel führt vom Host zum Hub und von dort aus werden die verschiedenen Endgeräte angebunden.

Im USB4-Kontext bedeutet dies auf technischer Ebene, dass USB4-Hubs deutlich komplexer werden. Sie bestehen aus einem sogenannten Router, der die eingehenden Pakete nach USB- und PCIe-Signalen an separate Switches weiterleitet, die dann die jeweiligen Protokollarbeiten erledigen.

Jede USB-Leitung kann außerdem einen Multiplexer zuschalten, sollte ein USB 3.2-Gerät anstelle eines USB4-Gerätes verbunden werden. Für die Abwärtskompatibilität zu USB 2.0 hat jede USB-Leitung sogar einen physikalisch getrennten USB Hub Controller an Bord.

Die Spezifikationen für USB4-Hubs sind zum Glück deutlich strenger, als die für das allgemeine USB4-Endgerät. Jeder Hub muss zwingend mit 20 und 40 Gbit/s arbeiten, mit PCIe-Tunneling umgehen und DisplayPort-Signale an jedem Port verarbeiten können.

Der Schritt, weitere Ports, wie DisplayPort oder Audio- und Ethernet-Chips in einen solchen Hub einzubauen und es damit zum Dock zu machen, liegt dabei nahe. Hub und Dock rücken damit näher zusammen, als im USB 3.2-Universum.

Ein Blick in die USB4-Spezifikation unterscheidet ein Dock und ein Hub lediglich nach ihrer Thunderbolt-Unterstützung. Bei einem USB4-Hub muss Thunderbolt nur an den Ausgängen des Hubs zu Verfügung stehen. Ein Dock hingegen muss Thunderbolt auch in Richtung des Host-Gerätes unterstützen.

Wann kommen USB 4.0-Geräte auf den Markt?

Verabschiedet wurde die neue USB 4.0 Spezifikation im September 2019. Bis wir erste Geräte mit USB4 fähigen Schnittstellen sehen, dürfte aber noch einige Zeit ins Land gehen.

Die native Unterstützung von USB4 durch die Chipsätze von Intel und AMD kann gar noch einige Jahre dauern. Gleiches gilt wohl für die ersten echten USB4-Hubs. Thunderbolt 3 ist im Übrigen gar nicht so weit von USB 4.0 entfernt – kein Wunder, da USB4 ja auf dem Thunderbolt-Protokoll basiert.

Was Thunderbolt 3 gegenüber USB4 jedoch fehlt, ist die Fähigkeit USB 3.2 2×2-Signale (20 Gbit/s) übertragen zu können. Vielleicht werden wir deshalb zunächst Geräte sehen, die bereits mit USB 4.0 beworben werden, deren Hersteller die Bandbreite der USB-C-Schnittstelle mithilfe eines weiteren USB 3.2-Controllers verdoppeln und zusätzlich DisplayPort-Ausgabe über diesen Ausgang erlauben.

Für den Endanwender bedeutet USB4 deshalb noch: Ruhe bewahren und beobachten. Erst die native Unterstützung durch Chipsätze von Intel und AMD bedeutet in der Regel eine ordentliche Adaption eines neuen USB-Standards. Davor war auch das Angebot beim Umstieg auf USB 3.0, USB 3.1 und USB 3.2 gering und entsprechende Geräte teuer.

Beitrag erstmals veröffentlicht am 03.11.2019

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Nils Waldmann Redakteur

Seit über 17 Jahren bei Allround-PC.com und als Redakteur und technischer Leiter tätig. In seiner Freizeit bastelt und konstruiert Nils gerne flugfähige Modelle und ist mit der Drohne unterwegs.

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