USB 4

Die USB Version 4 basiert auf dem Thunderbolt-Standard und ist demnach Thunderbolt, dass um bestehende USB-Leistungsmerkmale ergänzt wurde. Beispielsweise mit der USB-typischen Hub-Technik. Dadurch können sich mehrere Geräte an einem Host anbinden lassen. Thunderbolt selbst beherrscht nur eine Kette von hintereinander geschalteten Geräten.
Das bedeutet, dass bestehende USB-Geräte an USB-Host-Controllern nur mit einer Umwandlung ins Thunderbolt-Protokoll betrieben werden können. Nur dadurch sind Thunderbolt-3- und USB-3-Geräte kompatibel zu USB 4.

USB-4-Geschwindigkeit

Die Geschwindigkeit liegt Dank Thunderbolt bei 40 GBit/s, was als USB 4 Gen 3x2 bezeichnet wird.
Um Kompatibilität zu USB Version 3 herzustellen ist der kleinste gemeinsamen Nenner USB 3.2 Gen 2x2 (10 GBit/s). Für langsamere Geräte wird in die 5-GBit/s-Stufe geschaltet. Dieser technische Fallback ist notwendig, falls ein USB-Kabel zu schlecht für 10 GBit/s ist.

Für eine USB-4-Angabe reicht es aus, wenn mindestens die Gen-2-Geschwindigkeitsstufe von 10 GBit/s unterstützt wird. Relevant ist mit welcher USB-Revision der Anschluss getestet wurde und nicht welche maximale Geschwindigkeitsstufe ein Port hat.

Stromversorgung über USB 4

Die USB-4-Spezifikation verweist auf die Spezifikation zu USB-PD (Power Delivery).

• USB-PD - USB Power Delivery

Warum USB 4?

Die Spezifikation für USB Version 3 hatte die Möglichkeit eingeführt, Stromversorgung, Datenübertragung und die Übermittlung von Videosignalen an Displays über ein Kabel zu realisieren. Die einzelnen Lösungen waren aber nicht vernünftig umgesetzt. In der Thunderbolt-Übertragungstechnik ist das viel besser umgesetzt. Die Trennung der Datenströme erfolgt hier nicht mehr fest, sondern dynamisch. Wird ein Monitor verwendet, der 8 GBit/s für seine Videobandbreite nutzt, dann sollen die restlichen 32 GBit/s für andere Zwecke zur Verfügung stehen.

USB-4-Hub

Bei USB-4-Hubs sind wesentlich komplexere Strukturen als bislang nötig. Ein Hub muss eingehende Pakete entgegen nehmen und deren Daten an separate Bausteine wie einen USB-Hub oder einen PCIe-Switch weitergeben.
USB-4-Hubs müssen in der Lage sein, sowohl Geräte nach dem USB-4-Standard als auch nach USB 3.x und ältere Geräte zu bedienen. In der größten Ausbaustufe besteht ein USB-4-Hub aus einem Device Router, einem Enhanced Superspeed USB Hub, einem PCIe Switch und einem USB-2.0-Hub.
Ein USB-4-Hub muss zwingend 20-GBit/s- und 40-GBit/s-Geschwindigkeiten durchleiten, neben einem USB-Hub auch einen PCIe-Switch enthalten und zudem an sämtlichen Ausgängen DisplayPort-Signale weiterreichen können. Das heißt, ein USB-4-Hub muss alles was die USB-4-Spezifikation hergibt können.

USB 4 Version 2.0

USB 4 Version 2.0 stellt eine Erweiterung dar, die die Leistungsfähigkeit von USB-4-Anschlüssen mit neuen Controllern noch einmal verbessert.

• Übertragungsmodus mit 80 GBit/s (brutto) bzw. 8 GByte/s (netto)
• USB-3.2-Daten-Tunneling für mehr als 20 GBit/s
• Alt-Mode mit DisplayPort 2.0
• PCI-Express-Lanes mit Version 5.0

Mit USB 4 Version 2.0 wird die Verdoppeltung der Datenrate mit einer Takterhöhung und der Übertragung von drei Bit pro zwei Takte erreicht. Verwendet wird eine ternäre Pulsamplitudenmodulation (PAM-3 statt PAM-2), bei der drei Zustände ausgewertet werden (-1, 0, +1).

Für den USB-4-2.0-Modus eignen sich auch passive USB-C-Kabel für 40 GBit/s. Die Datenrate von 80 GBit/s können aber erst neue Controller und neue Endgeräte.
Diese Geschwindigkeit macht aber nur bei sehr schnellen externen SSDs und Grafikkarten Sinn.

Übersicht: USB - Universal Serial Bus

• USB - Universal Serial Bus
• USB 2.0 - HighSpeed-USB
• USB 3.0 / 3.1 / 3.2 - SuperSpeed-USB
• USB-Stecker und Steckerbelegung
• USB-C-Stecker
• Stromversorgung mit USB
• USB-PD - USB Power Delivery
• USB-C-Auth - USB-Authentication

Weitere verwandte Themen:

• Ethernet
• Thunderbolt
• Schnittstellen (Computer)
• Schnittstellen (Übertragungstechnik)

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