USB 4 Einführung
USB4 ist das in der USB4-Spezifikation spezifizierte USB-System. Das USB Developers Forum hat am 29. August 2019 die Version 1.0 veröffentlicht. Der vollständige Name von USB4 lautet Universal Serial Bus Generation 4. Es basiert auf der von Intel und Apple gemeinsam entwickelten Datenübertragungstechnologie „Thunderbolt 3“. Die Datenübertragungsgeschwindigkeit von USB4 kann bis zu 40 Gbit/s erreichen und ist damit doppelt so schnell wie die des neuesten USB 3.2 (Gen2×2).
Im Gegensatz zu früheren USB-Protokollstandards erfordert USB4 einen USB-C-Anschluss und die Unterstützung von USB PD für die Stromversorgung. Im Vergleich zu USB 3.2 ermöglicht es die Erstellung von DisplayPort- und PCI-Express-Tunneln. Diese Architektur definiert eine Methode zur dynamischen gemeinsamen Nutzung einer einzigen Hochgeschwindigkeitsverbindung mit mehreren Endgerätetypen, die die Datenübertragung je nach Typ und Anwendung optimal handhaben kann. USB4-Produkte müssen einen Durchsatz von 20 Gbit/s unterstützen und können einen Durchsatz von 40 Gbit/s unterstützen. Aufgrund der Tunnelübertragung kann die tatsächliche Datenübertragungsrate bei der Übertragung gemischter Daten jedoch selbst bei einer Datenübertragungsrate von 20 Gbit/s höher sein als die von USB 3.2 (USB 3.1 Gen 2).
USB4 ist in zwei Versionen unterteilt: 20 Gbit/s und 40 Gbit/s. Die auf dem Markt erhältlichen Geräte mit USB4-Schnittstelle bieten entweder die 40 Gbit/s-Geschwindigkeit von Thunderbolt 3 oder eine reduzierte Version mit 20 Gbit/s. Wenn Sie ein Gerät mit der höchsten Übertragungsgeschwindigkeit, also 40 Gbit/s, kaufen möchten, prüfen Sie am besten vor dem Kauf die Spezifikationen. Für Szenarien, die eine Hochgeschwindigkeitsübertragung erfordern, ist die Wahl des passenden USB 3.1 C TO C entscheidend, da es der Schlüsselträger für das Erreichen einer 40-Gbit/s-Rate ist.
Viele Menschen sind sich über die Beziehung zwischen USB4 und Thunderbolt 4 nicht im Klaren. Tatsächlich basieren sowohl Thunderbolt 4 als auch USB4 auf dem zugrunde liegenden Protokoll von Thunderbolt 3. Sie ergänzen sich gegenseitig und sind kompatibel. Die Schnittstellen sind alle vom Typ C, und die maximale Geschwindigkeit beträgt für beide 40 Gbit/s.
Zunächst einmal ist das USB4-Kabel, auf das wir uns beziehen, der Übertragungsstandard von USB, eine Protokollspezifikation, die sich auf die Leistung und Effizienz der USB-Übertragung bezieht. USB4 kann als die „vierte Generation“ dieser Spezifikation verstanden werden.
Das USB-Übertragungsprotokoll wurde 1994 gemeinsam von mehreren Unternehmen vorgeschlagen und entwickelt, darunter Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC und Nortel. Es wurde am 11. November 1994 als Version USB V0.7 veröffentlicht. Später im Jahr 1995 gründeten diese Unternehmen eine gemeinnützige Organisation zur Förderung und Unterstützung von USB mit dem Namen USB Implementers Forum, dem bekannten USB-IF, und USB-IF ist heute die USB-Standardisierungsorganisation.
Im Jahr 1996 schlug USB-IF offiziell die USB1.0-Spezifikation vor. Die Übertragungsrate von USB1.0 betrug jedoch nur 1,5 Mbit/s, der maximale Ausgangsstrom lag bei 5 V/500 mA, und zu dieser Zeit gab es nur sehr wenige Peripheriegeräte, die USB unterstützten, sodass Motherboard-Hersteller selten USB-Schnittstellen direkt auf dem Motherboard vorsahen.
▲USB 1.0
Im September 1998 veröffentlichte das USB-IF die USB 1.1-Spezifikation. Die Übertragungsrate wurde diesmal auf 12 Mbit/s erhöht, und einige technische Details in USB 1.0 wurden korrigiert. Der maximale Ausgangsstrom blieb bei 5 V/500 mA.
Im April 2000 wurde der USB-2.0-Standard mit einer Übertragungsrate von 480 Mbit/s bzw. 60 MB/s eingeführt. Das ist 40-mal so viel wie USB 1.1. Der maximale Ausgangsstrom beträgt 5 V/500 mA, und das Design ist 4-polig. USB 2.0 ist bis heute im Einsatz und gilt als der langlebigste USB-Standard.
Ab USB 2.0 bewies USB-IF sein „einzigartiges Talent“ bei der Umbenennung.
Im Juni 2003 benannte USB-IF die Spezifikationen und Standards von USB um und änderte USB 1.0 in die Version USB 2.0 Low-Speed, USB 1.1 in die Version USB 2.0 Full-Speed und USB 2.0 in die Version USB 2.0 High-Speed.
Allerdings hatte diese Änderung kaum Auswirkungen auf die damalige Situation, da USB 1.0 und 1.1 das historische Stadium im Wesentlichen verlassen haben.
Im November 2008 stellte die USB 3.0 Promoter Group, bestehend aus Branchenriesen wie Intel, Microsoft, HP, Texas Instruments, NEC und ST-NXP, den USB 3.0-Standard fertig und veröffentlichte ihn. Der offizielle Name lautete „SuperSpeed“. Die USB Promoter Group ist hauptsächlich für die Entwicklung und Formulierung der Standards der USB-Serie verantwortlich. Die Verwaltung der Standards wird schließlich an USB-IF übergeben.
Die maximale Übertragungsrate von USB 3.0 erreicht 5,0 Gbit/s, also 640 MB/s. Der maximale Ausgangsstrom beträgt 5 V/900 mA. Es ist vollständig kompatibel mit 2.0 und unterstützt Vollduplex-Datenübertragung (d. h. es kann Daten gleichzeitig empfangen und senden, während USB 2.0 Halbduplex ist). Darüber hinaus verfügt es über bessere Energieverwaltungsfunktionen und weitere Funktionen.
USB 3.0 verfügt über ein 9-poliges Design. Die ersten vier Pins entsprechen denen von USB 2.0, während die restlichen fünf Pins speziell für USB 3.0 ausgelegt sind. Anhand der Pins können Sie also erkennen, ob es sich um USB 2.0 oder USB 3.0 handelt.
Im Juli 2013 wurde USB 3.1 mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 10 Gbit/s (1280 MB/s) veröffentlicht, angeblich SuperSpeed+, und die maximal zulässige Versorgungsspannung wurde auf 20 V/5 A, also 100 W, erhöht.
Das Upgrade von USB 3.1 im Vergleich zu USB 3.0 war ebenfalls sehr offensichtlich. Kurz darauf wurde USB-IF jedoch in USB 3.0 in USB 3.1 Gen1 und USB 3.1 in USB 3.1 Gen2 umbenannt.
Diese Namensänderung verursachte Ärger für die Verbraucher, da viele unseriöse Händler ihre Produkte auf der Verpackung lediglich als USB 3.1-fähig kennzeichneten, ohne anzugeben, ob es sich um Gen1 oder Gen2 handelte. Tatsächlich ist die Übertragungsleistung der beiden Geräte sehr unterschiedlich, und Verbraucher könnten versehentlich in eine Falle tappen. Daher war diese Namensänderung für die Mehrheit der Verbraucher ein schlechter Schachzug.
Im September 2017 wurde USB 3.2 veröffentlicht. Unter USB Typ-C unterstützt es zwei 10-Gbit/s-Kanäle für die Datenübertragung mit einer Geschwindigkeit von bis zu 20 Gbit/s (2500 MB/s), und der maximale Ausgangsstrom beträgt weiterhin 20 V/5 A. In anderen Bereichen gibt es geringfügige Verbesserungen.
▲Der Prozess der USB-Namensänderung
Im Jahr 2019 kam USB-IF jedoch zu einer weiteren Namensänderung. Sie benannten USB 3.1 Gen1 (das ursprüngliche USB 3.0) in USB 3.2 Gen1, USB 3.1 Gen2 (das ursprüngliche USB 3.1) in USB 3.2 Gen2 und USB 3.2 in USB 3.2 Gen 2×2 um.
Jetzt und in Zukunft: Der große Sprung nach vorn mit USB4
Da wir nun bei USB4 angekommen sind, werfen wir einen Blick auf die Upgrades und Verbesserungen dieses neuen Protokollstandards. Da es sich um ein generationsübergreifendes Upgrade von „3“ auf „4“ handelt, dürfte die Verbesserung erheblich sein.
Basierend auf allen von uns gesammelten Informationen lassen sich die neuen Funktionen von USB4 wie folgt zusammenfassen:
1. Maximale Übertragungsgeschwindigkeit von 40 Gbit/s:
Durch die Dual-Channel-Übertragung soll die theoretische maximale Übertragungsgeschwindigkeit von USB4 40 Gbit/s erreichen können, was der von Thunderbolt 3 (nachfolgend „Thunderbolt 3“ genannt) entspricht.
Tatsächlich verfügt USB4 über drei Übertragungsgeschwindigkeiten: 10 Gbit/s, 20 Gbit/s und 40 Gbit/s. Wenn Sie also ein Gerät mit der höchsten Übertragungsgeschwindigkeit, also 40 Gbit/s, kaufen möchten, sollten Sie vor dem Kauf die Spezifikationen überprüfen.
2. Kompatibel mit Thunderbolt 3-Schnittstellen:
Einige (nicht alle) USB4-Geräte können auch mit Thunderbolt 3-Schnittstellen kompatibel sein. Das heißt, wenn Ihr Gerät über eine USB4-Schnittstelle verfügt, kann es auch möglich sein, extern ein Thunderbolt 3-Gerät anzuschließen. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Ob es kompatibel ist oder nicht, hängt von der Einstellung des Geräteherstellers ab.
3. Möglichkeit zur dynamischen Bandbreitenressourcenzuweisung:
Wenn Sie den USB4-Anschluss gleichzeitig zum Anschließen eines Displays und zur Datenübertragung verwenden, weist der Anschluss die entsprechende Bandbreite situationsabhängig zu. Benötigt das Video beispielsweise nur 20 % der Bandbreite für die Ansteuerung eines 1080p-Displays, können die restlichen 80 % der Bandbreite für andere Aufgaben genutzt werden. Dies war bei USB 3.2 und früheren Versionen nicht möglich. Davor war der Arbeitsmodus von USB abwechselnd.
4. Alle USB4-Geräte unterstützen USB PD
USB PD steht für USB Power Delivery (USB-Stromübertragung) und ist eines der gängigen Schnellladeprotokolle. Es wurde ebenfalls von der USB-IF-Organisation entwickelt. Diese Spezifikation ermöglicht höhere Spannungen und Ströme, wobei die maximale Leistungsübertragung bis zu 100 W beträgt und die Stromübertragungsrichtung frei geändert werden kann.
Gemäß den Bestimmungen von USB-IF sollte die Standardform der aktuellen USB-PD-Ladeschnittstelle USB Typ C sein. In der USB-Typ-C-Schnittstelle gibt es zwei Pins, CC1 und CC2, die für PD-Kommunikationskonfigurationskanäle verwendet werden.
5. Nur USB Typ-C Schnittstelle nutzbar
Mit den oben genannten Merkmalen ist es selbstverständlich, dass USB4 nur über USB-Typ-C-Anschlüsse funktioniert. Tatsächlich ist es nicht nur bei USB PD, sondern auch bei anderen aktuellen USB-IF-Standards nur auf Typ-C anwendbar.
6. Kann abwärtskompatibel mit früheren Protokollen sein
USB4 kann zusammen mit USB 3- und USB 2-Geräten und -Anschlüssen verwendet werden. Das heißt, es ist abwärtskompatibel zu früheren Protokollstandards. USB 1.0 und 1.1 werden jedoch nicht unterstützt. Derzeit sind die Schnittstellen, die dieses Protokoll verwenden, fast vom Markt verschwunden.
Natürlich kann ein USB4-Gerät beim Anschluss an einen USB 3.2-Anschluss nicht mit einer Geschwindigkeit von 40 Gbit/s übertragen. Und die altmodische USB 2-Schnittstelle wird nicht schneller, nur weil sie an eine USB4-Schnittstelle angeschlossen wird.
Veröffentlichungszeit: 21. Juli 2025
