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 einem 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.
Mit USB-3.0-Produkten wird frühestens Ende 2009/Anfang 2010 gerechnet. Man kann jedoch schon jetzt davon ausgehen, dass in wenigen Jahren so gut wie alle Rechner mit USB-3.0-Ports ausgestattet sein werden.
Auch die Personal Computer Memory Card International Association (PCMCIA) setzt bei der Spezifikation für Notebook-Erweiterungskarten ExpressCard 2.0 auf USB 3.0.

Übersicht: USB - Universal Serial Bus

• USB - Universal Serial Bus
• USB 2.0 - High-Speed USB
• USB-Steckerbelegung

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 der Vielzahl an angeschlossenen Geräten an seine Grenzen stößt.

Vergleich: USB, Firewire, Gigabit-Ethernet, eSATA

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 Grenwerte der elektrischen Parameter definiert, bei denen der Super-Speed-Modus sicher funktioniert. Die typische Leitungslänge dürfte bei 3 Meter 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 die Typ-A-Stecker zu bisherigen USB-Buchsen kompatibel bleiben. Im Stecker vom Typ A werden die neuen Kontakt in den Bereich gelegt, wo vorher nur Plastik war. 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 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 platzieren zu können.

Stromversorgung

Für SuperSpeed-Geräte wird die 100mA-Grenze im Low-Power-Mode auf 150 mA angehoben. Im High-Power-Mode wird die 500mA-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 Maßnahmen zur Steigerung der Effizienz beim Datentransfer vor. Die 5 GBit/s fließen über zwei neue Adernpaare. Per SSTX+ und SSTX- schickt der Host 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 Host warten. Empfängt der Host ein ERDY, dann fragt er wie bei USB 2.0 das Gerät ab. Der Vorteil bei dieser Vorgehensweise ist, dass die Host-Controller-Logik dafür verantwortlich ist. Die darüberliegenden Protokolle bekommen von diesem Vorgang nichts mit.

Stromsparmodus

Das NRDY 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 Host angeschlossen sind, dann kann auch der Host seinen Upstream-Link in den Stromsparmodus versetzen.

USB 3.0 kennt vier Stromsparmodi:

• U0 = Opertional
• U1 = angeschaltete PLL
• U2 = abgeschaltete PLL
• U3 = Suspend

Übersicht: USB - Universal Serial Bus

• USB 1.0/1.1
• USB 2.0 - High-Speed USB
• USB-Steckerbelegung

Weitere verwandte Themen:

• Schnittstellen
• U3-USB-Stick
• Firewire / IEEE 1394 / i.Link
• eSATA

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