THEMA: USB 3.0: Alle Infos zum neuen Technologie-Standard - Update: Verfügbare USB-3.0-Hardware

USB 3.0 im Detail: Der alternde USB-2.0-Standard bietet nicht mehr genug Bandbreite für aktuelle Anwendungen. Daher muss ein schnellerer, besserer Standard her. Wir erläutern Ihnen, was Sie mit USB 3.0 alles erwartet und wie die Schnittstelle arbeitet.

USB 3.0 Kompakt für Einsteiger
Wichtigste Neuerung der dritten USB-Spezifikation ist die höhere Geschwindigkeit: Dank des neuen Super-Speed-Modus sollen Daten mit einer Bruttorate von bis zu 5 Gigabit pro Sekunde übertragen werden - bislang lag das theoretische USB-Maximum bei 480 MBit/s, selbst Firewire und E-SATA sind deutlich langsamer. Dafür werden allerdings neue Kabel und Stecker nötig. Diese bleiben jedoch abwärtskompatibel, die langsameren Modi und entsprechende Geräte lassen sich also auch weiterhin nutzen. Überdies soll USB 3.0 etwas energieeffizienter arbeiten als die älteren Generationen.

Einleitung: USB 3.0
Bis Mitte der Neunzigerjahre waren PCs in Sachen Kommunikation nicht sonderlich begabt. Wer seinen Rechner vernetzen wollte, brauchte eine damals noch sündhaft teure Netzwerkkarte, Nutzer des zu dieser Zeit noch in den Kinderschuhen steckenden Internets bedurften eines langsamen Modems und selbst für den Anschluss selbstverständlicher Peripheriegeräte waren die alten Legacy-Anschlüsse aus der Steinzeit des Computerzeitalters notwendig: COM-Ports (seriell) für Maus und Nullmodem-Verbindung, DIN-Stecker für die Tastatur und Parallelport (LPT) für den Drucker. Wer mehr als einen Drucker oder mehr COM-Geräte nutzen wollte, als Anschlüsse vorhanden waren, musste eine Erweiterungskarte nachkaufen und durfte sich anschließend mit der heiklen Ressourcenvergabe (Adress­bereich, IRQ-Nummer usw.) herumschlagen.

Mit der Einführung des ersten USB-Standards ("Fullspeed-USB", bis zu 12 MBit/s) mit Intel als Anführer des Entwicklungskonsortiums im Jahre 1996 stand dem PC endlich eine universell einsetzbare Schnittstelle für Peripheriegeräte zur Verfügung - ob als Anschluss für Drucker, Scanner, Kameras oder externe Modems, spielte nun keine Rolle mehr. Erst im Jahr 2000 erfolgte die Verabschiedung des USB-2.0-Standards mit dem neuen Highspeed-USB-Modus, der nominell bis zu 480 MBit/s Bandbreite bot.

Warum USB 3.0?
Ein Jahrzehnt nach der Einführung gehört USB 2.0 heute zu einem modernen PC wie das Amen in die Kirche. Bis zu zwölf Ports stehen dem Anwender bei aktuellen Chipsätzen zur Verfügung und im Gegensatz zur Anfangszeit dieses Standards werden die User auch immer seltener mit Problemen im Umfeld von USB behelligt. Allerdings zeigte sich in den letzten Jahren immer häufiger, dass die stetige Erweiterung des Einsatzgebietes die anfangs als ausreichend erachtete Bandbreite von USB 2.0 zum Flaschenhals machte - vor allem durch die immer schneller werdenden USB-Sticks und insbesondere durch externe Festplatten.

Die 480 MBit/s oder 60 MByte/s stehen bei USB 2.0 zwar auf dem Papier, in der Praxis jedoch kommt kaum eine externe Festplatte auf eine Transferrate von mehr als 35 MByte/s. Das liegt zum Teil an den ATA33-zu-USB-Konvertern, welche die Bandbreite festplattenseitig limitieren, sowie an USB-Controllern, die dank des Verwaltungs-Overheads oder der hohen CPU-Last nicht mehr reale Bandbreite zustande bringen. Da könnten die modernen Festplatten heute über 100 MByte/s sequenzielle Lesegeschwindigkeit und bis zu 300 MByte/s Burst-Geschwindigkeit aus dem Plattencache liefern und werden bei 35 MByte/s eingebremst - kein zufriedenstellender Zustand. Dieser Mangel führte in den letzten Jahren zur Einführung des E-SATA-Standards für externe SATA-Festplatten, allerdings konnte er sich bisher nicht auf breiter Front durchsetzen, vermutlich auch deshalb, weil der Schnittstelle im Gegensatz zu USB die Komponente "universell einsetzbar" fehlt. Beim Blick in die nahe Zukunft zeigt sich, dass nicht nur immer schnellere Datenträger, sondern auch Entwicklungen wie hochauflösendes Fernsehen, HDTV-DVB-Empfänger oder Unterhaltungselektronik wie MP3-Player mit mehreren Hundert GByte Kapazität nach einer schnelleren Schnittstelle verlangen. Und USB 3.0 ist schnell: Bis zu 5 Gigabit pro Sekunde sollen im "Superspeed"-Modus durch die Kabel rauschen, zehnmal so viel wie bei USB 2.0.

Die Technologie hinter USB 3.0
USB-3.0-Stecker im Detail

USB-3.0-Stecker im Detail [Quelle: siehe Bildergalerie]
Das Wichtigste an der Weiterentwicklung eines Standards ist die Abwärtskompatibilität zur bestehenden Technik. Die Erfahrung der letzten 25 Jahre Personal Computer hat gezeigt, dass sich radikale Schnitte oder Neuansätze nur sehr schwer durchsetzen, wenn der Anwender dadurch gezwungen ist, seine bestehende Hard- oder Software zu ersetzen. Aus diesem Grund haben die Entwickler USB 3.0 ("Superspeed-USB" ) so ausgelegt, dass sowohl die Schnittstellen als auch die Geräte auf- und abwärtskompatibel bleiben.

So kann sowohl ein USB-3.0-Endgerät an einem USB-2.0-Port betrieben werden (natürlich mit der Einschränkung, dass ein Transfer dann länger dauert) als auch ein USB-2.0-Endgerät an einer USB-3.0-Schnittstelle. Eine wichtige Rolle spielt dabei das USB-Kabel. Um Kompatibilität zu gewährleisten, bleiben die alten USB-Kontakte in den Steckern bestehen. Um USB 3.0 nutzen zu können, muss jedoch ein spezielles Kabel verwendet werden, das zusätzlich zu den alten Kontakten weitere Verbindungen mit zwei zusätzlichen Aderpaaren besitzt. Nur so kann die bis zu zehnmal so hohe Übertragungsgeschwindigkeit gegenüber USB 2.0 genutzt werden. Das bedeutet jedoch auch: Wer ein USB-3.0-Endgerät an einem USB-3.0-Computer einsetzt, aber nur ein herkömmliches USB-2.0-Kabel verwendet, bremst sich selbst aus, da die neuen Komponenten im Kabel und im Stecker fehlen. Lichtwellenleiter kommen übrigens - anders als zunächst geplant - noch nicht zum Einsatz.

Ebenfalls zu Kompatibilitätszwecken verwendet USB 3.0 das gleiche Softwaremodell wie bisher. Es ist also möglich, USB 3.0 zu nutzen, ohne dafür irgendwelche proprietären Miniport-Treiber verwenden zu müssen, wie es damals mals bei Windows NT der Fall war, das keinerlei Unterstützung für USB ab Werk mitbrachte. Neben mehr Geschwindigkeit soll USB 3.0 auch die Zuverlässigkeit erhöhen, indem sich Sender und Empfänger beim Datentransfer über "acknowledgements" ständig unterhalten und die fehlerfreie Übertragung anfragen und bestätigen. Um bei all der Geschwindigkeit und Übertragungssicherheit das Thema Stromverbrauch nicht zu ignorieren, bietet USB 3.0 die Möglichkeit, im Leerlauf auf ein niedrigeres Level der Leistungsaufnahme zu schalten - ähnlich wie es Prozessoren tun, die Speedstep oder Cool‘n‘quiet beherrschen. Sobald der Anwender wieder Leistung abfragt, schaltet der Controller in den normalen Modus zurück, um wieder volle Performance liefern zu können.

USB 3.0 und Hubs
Hubs für USB 3.0 haben gleich zwei Hubs: Der eine kümmert sich nur um den neuen Super-Speed-Modus, während der andere dafür sorgt, dass alle Geschwindigkeitsklassen korrekt geliefert werden (Low, Full und High). An den Ports selbst folgt die Zusammenführung.

Ende Dezember 2009 hat Via die ersten Chips für Hubs angekündigt, nachdem die Chips für Hosts und Devices bereits seit Mitte 2000 fertig sind. Der VIA VL810 beherrscht folgerichtig alle vier oben beschriebenen USB-Geschwindigkeitsmodi. Hohe Anforderungen werden an die Hubs hinsichtlich Stromsparfunktionen gestellt: Devices im Sleep-Modus müssen aufgeweckt werden können.

Der Streit um USB 3.0
USB-3.0-Buchse im Detail

USB-3.0-Buchse im Detail [Quelle: siehe Bildergalerie]
Aufriss einer USB-3.0-Buchse

Aufriss einer USB-3.0-Buchse [Quelle: siehe Bildergalerie]
Die Entwicklung der finalen Spezifikation von USB 3.0 ist längst abgeschlossen. Alle Unternehmen, die Teil der USB Promoter Group sind, welche diesen Standard entwickelt, haben darauf Zugriff: Neben Intel sind dies etwa Microsoft, Hewlett-Packard, Texas Instruments und NEC, aber auch Intels Konkurrenten Nvidia und AMD. Doch mit der Ausarbeitung der Spezifikationen ist es nicht getan, für marktfähige Produkte braucht man auch eine funktionierende Implementierung des USB-Controllers. Diese zu entwickeln ist Aufgabe der Unternehmen, die eigene Produkte mit USB 3.0 auf den Markt bringen wollen. Für die ersten USB-Versionen hatte Intel diese Rolle übernommen und den fertigen Entwurf eines USB-Controllers allen anderen zur Verfügung gestellt, damit sich die Technik schnell durchsetzen konnte - und so war es auch diesmal: Mitte August 2009 verkündete Intel die Fertigstellung der praktisch finalen Version 0.9 jener Spezifikationen, die den USB-3.0-Controller beschreiben; allen Mitgliedern des Konsortiums standen diese unter dem Namen xHCI (für "Extended Host Controller Interface" ) zur freien Verfügung. AMD und andere haben bereits ihre volle Unterstützung zugesagt, sie wollen auf dieser Basis Produkte entwickeln.


Damit jedoch war Intel spät dran, der xHCI-Controller sollte eigentlich schon Monate zuvor fertiggestellt sein. Dies brachte dem Unternehmen Vorwürfe vonseiten der Konkurrenz ein: AMD und Nvidia beschuldigten Intel, die Spezifikationen für den Controller zu verheimlichen, um auf dem Markt einen Zeitvorsprung zu erhalten. Beide zogen in Erwägung, eine eigene Implementierung zu entwickeln. Diese sollte zu Intels Version kompatibel sein, doch die Erfahrung mit den ersten USB-2.0-Produkten zeigt, dass es trotz eines einheitlichen Standards durchaus zu Kompatibilitätsproblemen kommen kann. Intel jedoch wies alle Vorwürfe von sich: "AMD und Nvidia sind nicht bereit, die harte Arbeit zu erledigen, die notwendig ist", hieß es dort. "Sie können gerne Zeit, Ingenieure und Geld investieren, um ihre eigene Implementierung zu entwickeln. In der Vergangenheit haben sie es vorgezogen, uns die Arbeit machen zu lassen und dann von den Früchten unserer Entwicklungsarbeit zu profitieren."

Mittlerweile ist der Streit jedoch beigelegt, erste USB-3.0-Geräte verschiedener Hersteller sind auf dem Markt (siehe unten). Was bisher aber noch fehlt, ist die im Mainboard-Chipsatz integrierte USB-3.0-Unterstützung (siehe auch Kommentar unten).

Kabellose Datenübertragung per WUSB
Neben USB 3.0 ist WUSB (Wireless USB) eine andere, technisch hochinteressante Neuheit, die sich allerdings bislang nicht durchsetzen konnte. Dieses Verfahren sollte die bisherigen Platzhirsche WLAN und Bluetooth ergänzen. Die Vorteile eines einheitlichen Standards liegen auf der Hand: Ähnlich wie USB im vergangenen Jahrhundert das Chaos bei älteren Anschlüssen beendete, könnte WUSB das Gleiche bei den aktuellen Schnittstellen gelingen. Dafür sollen Eigenschaften wie hohe Bandbreite und ein geringer Stromverbrauch sorgen.

Die Übertragungsgeschwindigkeit hinkt allerdings noch etwas hinterher und entspricht mit 480 MBit/s der aktueller USB-2.0-Geräte, zumindest wenn man von einer Übertragungsstrecke von drei Metern ausgeht. Bei zehn Metern beträgt die Geschwindigkeit immerhin noch 110 MBit/s, also etwa das Doppelte des aktuellen WLAN-Standards 802.11g. Für die Übertragung ist ein Frequenzbereich von 3,1 bis 10,6 GHz nötig, welcher von der Bundesnetzagentur gemäß einer Entscheidung der Europäischen Komission am 16. Januar 2008 zur Verfügung gestellt wurde. Dennoch lassen entsprechende Produkte auf sich warten, die Zukunft des Standards ist derzeit ungewiss.

Update: 15.1.2010
Inzwischen sind die ersten Produkte auf dem Markt verfügbar, die USB 3.0 unterstützen. Wir sagen Ihnen, welche Mainboards, Steckkarten oder USB-3.0-Sticks USB 3.0 unterstützen.

Nachfolgend listen wir Komponenten auf, die bereits USB 3.0 beherrschen. Bei den Mainboards ist zu beachten, dass noch keine Platine USB 3.0 direkt über den Mainboard-Chipsatz beherrscht. Nur verbaute Zusatz-Controller von Marvell oder NEC ermöglich aktuell die volle Ausnutzung von USB-3.0-Peripherie.

und ich reg mich immer noch auf, wenn ich mal wieder den usb stecker nicht reinbekomme

versteh ich bis heute noch ned, das man sowas entwickelt hat. es hätte 1000 bessere möglichkeiten gegeben :grnene: