USB 3.0 - Super-Speed USB
USB 2.0 hat eine Übertragungsgeschwindigkeit von 480 MBit/s bzw. 60 MByte/s, wobei davon nur gut die Hälfte in der Praxis erreicht werden konnte. Mit USB 3.0 erreicht man eine Geschwindigkeit von 5 GBit/s. Das ist mit 600 MByte/s rund zehn Mal so schnell wie der Vorgänger USB 2.0. Das entspricht dem Niveau eines PCIe-2.0-Links. USB 3.0 wird die Bezeichnung "Superspeed USB" tragen.
Obwohl USB 3.0 viele Neuerungen mit sich bringt, steht Abwärtskompatibilität im Vordergrund. Der USB-3.0-Host besteht intern aus einem USB-2.0- und USB-3.0-Teil. Dadurch wird die Kompatibilität gewährleistet.
Übersicht: USB - Universal Serial Bus
Wer braucht USB mit 5 GBit/s?
Auf den ersten Blick braucht kein Mensch USB mit 5 GBit/s. Doch weit gefehlt. Schaut man in die Zukunft, dann braucht es Schnittstellen, um der weiter schreitenden Datenflut Herr zu werden. Es gibt bereits jetzt Full-HD-Videokameras, die Filmmaterial mit 40 GByte Video-Daten erzeugen können. Das muss zur Nachbearbeitung oder Archivierung irgendwie übertragen werden. Und auch MP3-Player, die eine Speicherkapazität von 500 GByte haben, wollen befüllt werden.
Es gibt immer mehr Geräte und Anwendungen für den USB, die ein umfangreiches Datenaufkommen mit sich bringen. Zum Beispiel bei der Datensicherung, PC-Direktverbindung und USB-Displays. Schon jetzt ist absehbar, dass der USB 2.0 bei vielen Geräten an seine Grenzen stößt.
Vergleich: USB, Firewire, Gigabit-Ethernet, eSATA
| Schnittstelle/Anschluss | USB 2.0 | USB 3.0 | FireWire 800 | Gigabit Ethernet | eSATA |
|---|---|---|---|---|---|
| Transferrate (theoretisch) | bis 60 MByte/s | bis 600 MByte/s | bis 100 MByte/s | bis 125 MByte/s | bis 300 MByte/s |
| Geräteanzahl (maximal) | 127 | 127 | 63 | 1 | 1 |
| Kabellänge pro Gerät | 5 m | 3 m | 4,5 m | 100 m | 1 m |
- Firewire fristet ein Nischendasein.
- eSATA ist unflexibel und für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen für externe Festplatten ausgelegt. Es fehlt eine Stromversorgung für die externen Geräte.
- Gigabit Ethernet eignet sich nicht für die Anbindung von Peripherie-Geräten.
- Es ist zu erwarten, dass sich USB 3.0 durchsetzen und eSATA und FireWire ersetzen wird.
Steckverbindung
Der SuperSpeed-Modus funktioniert nur mit neuen USB-Kabeln, die zusätzlich zu dem bisherigen Datenleitungspaar (D+/D-), für beide Transferrichtungen je ein separat geschirmtes Adernpaar (Shielded Differential Pair, SDP) sowie zwecks Einhaltung von EMV-Grenzwerten eine gemeinsame Abschirmung des gesamten Kabels benötigen.
Anstatt Kabellängen sind in der 3-er Spezifikation Grenzwerte für die elektrischen Parameter definiert, bei denen der Super-Speed-Modus sicher funktioniert. Die typische Leitungslänge dürfte bei
3 Metern liegen. Besonders gute, aber auch teure Kabel dürften 4,5 Meter errechen. USB-3.0-Kabel sind durch ein blau gefärbtes Innenteil erkennbar. Ältere USB-Kabel sind in der Regel innen weiß oder schwarz.
USB-3.0-Stecker haben fünf zusätzliche Kontakte, wobei der Typ-A-Stecker zu den alten USB-Buchsen kompatibel ist. Im Stecker vom Typ A befinden sich die neuen Kontakt in dem Bereich, wo im alten Stecker nur Plastik ist. Der Vorteil dabei, alle Stecker und Buchsen vom Typ A passen zusammen. Bei Micro-USB- und Typ-B-Steckern sieht das anders aus. Hier bekommt der Stecker einen Anbau, der die zusätzlichen Pins aufnimmt. Das bedeutet, die Verbindung hat einen USB-2.0- und einen USB-3.0-Teil. Somit passen alte Stecker in die neuen Buchsen, aber nicht umgekehrt. Ein USB-3.0-Geräte-Stecker findet in einer USB-2.0-Geräte-Buchse keinen Platz. Hat man für ein USB-3.0-Gerät nur ein USB-2.0-Kabel lässt es sich zumindest mit USB-2.0-Geschwindigkeit betreiben.
Optische Verbindung?
Ursprünglich sollte in der USB-3.0-Spezifikation optische Steckverbindungen enthalten sein. Das SuperSpeed-Protokoll ist grundsätzlich vom physischen Verbindungsmedium unabhängig. Es eignet sich sowohl für Kupferleitungen als auch für Lichtwellenleiter. Allerdings sieht die beschlossene USB-3.0-Spezifikation noch keine optischen Verbindungen vor. Es ist jedoch anzunehmen, dass es eine Erweiterung der Spezifikation geben wird. Die neuen USB-Stecker enthalten reservierte Flächen, die später für optische Verbindungen verwendet werden sollen. Auch die Kabel enthalten Platzhalter, um später einen Lichtleiter einfügen zu können.
Stromversorgung
Für SuperSpeed-Geräte wird die 100-mA-Grenze im Low-Power-Mode auf 150 mA angehoben. Im High-Power-Mode wird die 500-mA-Grenze auf 900 mA angehoben. Die Chancen für den Wegfall von Y-USB-Stromadaptern und zusätzlichen externen Steckernetzteilen stehen gut.
Datenübertragung
Hauptkritikpunkt an USB ist das Polling. Dabei fragt der Host alle Geräte immer wieder ab, ob sie Daten zum Übertragen haben. Bei USB 3.0 können die einzelnen Geräte mit "Not Ready" (NRDY) melden, dass sie später Antworten wollen. Der Host merkt sich das und fragt diese Geräte nicht mehr ab. Doch sobald ein Device Daten zum Übertragen hat, meldet es ein "Endpoint Ready" (ERDY) zurück.
USB 3.0 sieht noch weitere Maßnahmen zur Steigerung der Effizienz beim Datentransfer vor. Die 5 GBit/s fließen über zwei neue Adernpaare. Per SSTX+ und SSTX- schickt der USB-Controller Daten zum Gerät und über SSRX+ und SSRX- fließen Daten zurück. Da USB 3.0 Sende- und Empfangsleitungen voneinander trennt, muss ein Device nicht auf die Bus-Zuteilung vom Controller warten. Empfängt der Controller ein ERDY, dann fragt er wie bei USB 2.0 das Gerät ab. Der Vorteil bei dieser Vorgehensweise ist, dass die Controller-Logik dafür verantwortlich ist. Die darüberliegenden Protokolle bekommen von diesem Vorgang nichts mit.
Stromsparmodus
Das NRDY-Signal hat noch einen weiteren Vorteil. Wenn ein Gerät ein NRDY gesendet hat, dann kann es sich in einen Stromsparmodus versetzen. Wenn das alle Geräte tun, die am Controller angeschlossen sind, dann kann auch der Controller seinen Upstream-Link in den Stromsparmodus versetzen.
USB 3.0 kennt vier Stromsparmodi:
- U0 = Opertional
- U1 = angeschaltete PLL
- U2 = abgeschaltete PLL
- U3 = Suspend