Der ultimative Leitfaden zu USB4: Von 40 Gbit/s Geschwindigkeit und dynamischer Bandbreite bis hin zur vollfunktionsfähigen Ein-Kabel-Verbindung
Seit dem Aufkommen von USB 4 haben wir zahlreiche Artikel und Links mit relevanten Informationen veröffentlicht. Die Popularität ist jedoch so hoch, dass überall Fragen zum USB-4-Markt auftauchen. Angefangen bei USB 1.0 mit seiner Datenübertragungsschnittstelle von 1,5 Mbit/s hat USB mehrere Generationen durchlaufen. Es gab verschiedene Spezifikationen wie USB 1.0, USB 2.0 und USB 3.0, und die Schnittstellenformen und -designs umfassten USB Typ-A, USB Typ-B und den aktuell gängigsten Typ-C. USB 4 bietet nicht nur eine höhere Übertragungsgeschwindigkeit, sondern auch eine bessere Kompatibilität (Abwärtskompatibilität, d. h. Kompatibilität mit älteren Versionen). Es ermöglicht das effizientere Verbinden und Laden nahezu aller Geräte. Wenn Ihr Smartphone, Computer, Monitor, Drucker usw. USB 4 unterstützen, benötigen Sie theoretisch nur ein USB-4-fähiges Datenkabel, um die Geräte zu verbinden. Das macht das Homeoffice deutlich komfortabler. Sie müssen keine verschiedenen Adapterkabel mehr kaufen. USB 4 macht unsere Arbeitsweise somit vielseitiger und bequemer. Darüber hinaus ist ein weiteres bemerkenswertes Merkmal von USB4, dass es voraussichtlich in Edge-Geräten eingesetzt werden wird, die künstliche Intelligenz unterstützen.
01 USB4 vs. USB3.2
USB 3.2 ist ein neuer Standard, der von der USB-IF-Organisation veröffentlicht wurde. Er wurde bereits im September 2017 vorgestellt. Technisch gesehen stellt USB 3.2 eine Verbesserung und Ergänzung zu USB 3.1 dar. Die wichtigste Änderung ist die Erhöhung der Datenübertragungsgeschwindigkeit auf 20 Gbit/s, während die Schnittstelle weiterhin dem USB-3.1-Standard folgt.Typ CDas in der USB-3.1-Ära etablierte Schema unterstützt keine Typ-A- und Typ-B-Schnittstellen mehr. Sowohl USB4 als auch USB 3.2 verwenden Typ-C-Schnittstellen, USB4 ist jedoch deutlich komplexer. USB4 ermöglicht die gleichzeitige Übertragung und den Empfang von Host-zu-Host-, PCI Express® (PCIe®)-, DisplayPort-Audio-/Video- und USB-Daten über dieselbe Typ-C-Schnittstelle auf demselben Link. Zwei USB4-Hosts können IP-Datenpakete über den Host-zu-Host-Tunnel austauschen. Die Tunnelübertragung über DisplayPort und USB ermöglicht die Übertragung von Audio, Video, Daten und Strom über dieselbe Schnittstelle, was wesentlich schneller ist als mit USB 3.2. Darüber hinaus bietet die PCIe-Tunnelübertragung hohe Bandbreite, geringe Latenz und einen hohen Durchsatz für Speicher mit hoher Kapazität, Edge-KI und andere Anwendungsfälle.
USB4 integriert zwei Sende- und Empfangskanäle in eine einzige USB-C-Schnittstelle mit einer Datenrate von bis zu 20 Gbit/s und40 Gbit/sund jeder Kanal kann eine Datenrate von etwa 10 Gbit/s oder 20 Gbit/s aufweisen. Für Chipentwickler sind diese Daten von großer Bedeutung. Sie müssen wissen, dass im Thunderbolt-3-Modus die Datenrate auf jedem Sende- und Empfangskanal 10,3125 Gbit/s oder 20,625 Gbit/s beträgt. Im herkömmlichen USB-Modus arbeitet nur ein Sende-/Empfangskanal mit einer Datenrate von …5 Gbit/s (USB 3.0) or 10 Gbit/s (USB 3.1)Die beiden Kanäle von USB3.2 arbeiten mit einer Geschwindigkeit von 10 Gbit/s.
Hinsichtlich der Haltbarkeit sind die tragenden Komponenten der Typ-C-Schnittstelle hauptsächlich das äußere Metallgehäuse, das robuster und weniger anfällig für Beschädigungen ist. Der zentrale Datenkanal ist durch eine bogenförmige Abdeckung geschützt und somit schwer zu beschädigen. Die Konstruktionsanforderungen geben an, dass …USB Typ-CEs übersteht mehr als 10.000 Steckzyklen ohne Beschädigung. Bei einer Berechnung von 3 Steckzyklen pro Tag kann die USB-Typ-C-Schnittstelle mindestens 10 Jahre lang genutzt werden.
02 Beschleunigte Einführung von USB4
Nach der offiziellen Veröffentlichung des USB-3.2-Protokolls kündigte die USB-Organisation innerhalb kurzer Zeit die Spezifikationen von USB 4 an. Im Gegensatz zu früheren Standards wie …USB 3.2USB 4, das auf dem USB-eigenen Protokoll basierte, übernimmt nicht mehr die USB-Spezifikationen auf fundamentaler Ebene, sondern das von Intel vollständig offengelegte Thunderbolt-3-Protokoll. Dies ist die größte Veränderung in der USB-Entwicklung der letzten Jahrzehnte. Bei Verwendung eines Typ-C-Anschlusses ersetzen die Funktionen von USB 4 die von USB 3.2, und USB 2.0 kann parallel genutzt werden. USB 3.2 Enhanced SuperSpeed bleibt die Basis für die USB-Datenübertragung über die physische USB-4-Leitung. Der größte Unterschied zwischen USB 4 und USB 3.2 liegt in der Verbindungsorientierung von USB 4. USB 4 ist mit Tunneln ausgestattet, um Daten mehrerer Protokolle gleichzeitig über eine einzige physische Schnittstelle zu übertragen. Dadurch lassen sich Geschwindigkeit und Kapazität von USB 4 dynamisch verteilen. USB 4 unterstützt neben der Datenübertragung auch andere Display-Protokolle oder die Host-zu-Host-Kommunikation. Darüber hinaus hat USB 4 die Übertragungsgeschwindigkeit von 20 Gbit/s (Gen2x2) bei USB 3.2 auf … erhöht.40 Gbit/s (Gen3x2)auf der gleichen Dual-Lane-Dual-Simplex-Architektur.
USB4 ermöglicht nicht nur High-Speed-USB (basierend auf USB3), sondern definiert auch Display-Tunnel basierend auf DisplayPort und Load/Store-Tunnel basierend auf PCIe.
Anzeigeaspekt: Das Display-Tunnelprotokoll von USB4 basiert auf DisplayPort 1.4a. DP 1.4a selbst unterstützt8 kHz bei 60 Hz or 4K bei 120 HzDer USB4-Host muss DisplayPort an allen nachgeschalteten Ports unterstützen. Wenn Sie den USB4-Port zur gleichzeitigen Übertragung von Video und Daten nutzen, wird die Bandbreite entsprechend aufgeteilt. Benötigt das Video beispielsweise nur 20 % der Bandbreite für Ihren 1080p-Monitor (der gleichzeitig als Hub dient), können die verbleibenden 80 % für die Datenübertragung von einer externen SSD verwendet werden.
Bezüglich PCIe-Tunneln: Die PCIe-Unterstützung durch USB4-Hosts ist optional. USB4-Hubs sollten PCIe-Tunnel unterstützen und über einen internen PCIe-Switch verfügen.
Ein wichtiger Bestandteil der USB-4-Spezifikation ist die Möglichkeit, die verfügbaren Ressourcen dynamisch anzupassen, wenn Video und Daten über dieselbe Verbindung übertragen werden. Angenommen, Sie haben maximal40 Gbit/s USB 4Sie kopieren große Dateien von einer externen SSD und geben sie auf einem 4K-Display aus. Angenommen, die Videoquelle benötigt etwa 12,5 Gbit/s. In diesem Fall weist USB 4 die verbleibenden 27,5 Mbit/s dem Backup-Laufwerk zu.
USB-C führt einen „alternativen Modus“ ein, der die Übertragung von DisplayPort- und HDMI-Videos über einen USB-C-Anschluss ermöglicht. Die aktuelle 3.x-Spezifikation bietet jedoch keine optimale Methode zur Ressourcenaufteilung. Laut Saunders kann der DisplayPort-Alternativmodus die Bandbreite präzise im Verhältnis 50/50 zwischen USB- und Videodaten aufteilen, während der HDMI-Alternativmodus die gleichzeitige Nutzung von USB-Daten nicht zulässt.
USB4 definiert einen Standard von 40 Gbit/s und ermöglicht die dynamische Bandbreitenverteilung, sodass ein einzelnes Datenkabel mehrere Funktionen erfüllen kann. Mit USB4 lassen sich PCIe- und Displaydaten gleichzeitig über eine einzige Leitung übertragen, neben den herkömmlichen USB-Funktionen, und sogar die Stromversorgung (via USB PD) ist sehr komfortabel. Zukünftig können die meisten Peripheriegeräte – ob Hochgeschwindigkeitsnetzwerke, externe Grafikkarten, hochauflösende Displays, Speichermedien mit hoher Kapazität oder sogar mehrere Rechner – über eine Typ-C-Schnittstelle miteinander verbunden werden. Mit einem USB4-Hub lassen sich zudem weitere Geräte in Reihe schalten oder verzweigen, was äußerst praktisch ist.
Veröffentlichungsdatum: 20. Oktober 2025
