Das ist neu bei USB 3.1 und beim USB-Typ-C-Stecker

Vor allem mit der Einführung der USB-3.0-Spezifikation und den dazu passenden Controllern hat der Universal Serial Bus einen gewaltigen Sprung nach vorne Gemacht. Denn in ihm wurde ein SuperSpeed-Modus mit einer Datenrate von 5,0 GBit/s definiert, ausreichend selbst für externe Laufwerke mit SSD als Massenspeicher. USB 2.0 war mit 480 Kbit/s nicht einmal mehr schnell genug für mechanische Festplatten. Zudem werden an einem USB-3.0-Port für angeschlossene Geräte nun mindestens 150 statt 100 mA bereitgestellt. Maximal sind bis zu 900 mA bei fünf Volt möglich, bei USB 2.0 waren es noch 500 mA.

Mit USB 3.1, die Revision 1.0 der Spezifikation wurde vom USB Implementers Forum (USB-IF) im Juli 2013 veröffentlicht, wird nicht nur die maximale Datentransferrate von USB abermals gesteigert, mit USB Typ-C kommt nun auch ein neuer Stecker, der vor allem bei Mobilgeräten eingesetzt werden soll.

Welche Datentransferraten sieht die USB-3.1-Spezifikation vor?

USB 3.1 ist eine Dual-Bus-Architektur. Neben dem Enhanced-SuperSpeed-Bus mit 5 (Gen 1) und nun auch 10 Gbit/s (Gen 2) existiert weiterhin ein separater USB-2.0-Bus. Er unterstützt Low-Speed- (1,5 Mbit), Full-Speed- (12 Mbit/s) und High-Speed-USB mit 480 Mbit/s. Mit einer Bitrate von 10 GBit/s ist USB 3.1 nun auch schnell genug für zwei SSDs im RAID-0-Verbund oder für SSDs mit PCI-Express-Interface.

Der 10-GBit-Modus wird auch als SuperSpeed Plus bezeichnet. Damit zieht USB 3.1 mit der von Intel entwickelten ersten Thunderbolt-Version gleich. Das neue Thunderbolt 2 wird mit 20 GBit/s wieder die doppelte Transferrate liefern. Allerdings benötigen Thunderbolt und Thunderbolt 2 teure Kabel mit elektronischen Bauteilen in den Steckern benötigt, USB 3.1 kommt ohne aktive Kabel aus.

Welche Vorteile hat USB Typ-C gegenüber den bisherigen Steckern und Buchsen?

Der größte Vorteil ist die symmetrische Bauform. Ein Typ-C-Stecker kann dadurch in beiden Orientierungen in seine Buchse eingesteckt werden, er funktioniert in jedem Fall. Das bisherige Herumprobieren mit der Gefahr, gerade die fragilen USB-2.0-Micro-B-Stecker dabei zu beschädigen, gehört der Vergangenheit ein. Mit einer für die Buchse nötigen Fläche von etwa 8,4 x 2,6 Millimeter ist der neue Typ-C kaum größer als USB 2.0 Micro-B, ist aber stabiler und unterstützt SuperSpeed-USB. Dafür ist bisher der breitere USB-3.0-Micro-B-Anschluss notwendig.

Neben einem Kabel mit 15 Adern für SuperSpeed- und SuperSpeed-Plus-Verbindungen sieht die Type-C-Spezifikation auch günstigere Kabel mit fünf Adern für USB-2.0-Verbindungen vor. Die Stecker und Buchsen sind hier, anders als bei Micro-USB, aber identisch.

Typ-C-Stecker und Buchsen sind für 10000 Einsteckvorgänge ausgelegt, doppelt so viel wie bei USB 3.0 Typ-A und USB-2.0-Micro-B. Für USB 3.0 Micro-B sieht die Spezifikation ebenfalls 10000 Einsteckvorgänge vor. In der Praxis reichen aber bereits 5000 Einsteckvorgänge für mehr als 13 Jahre aus, wenn man sein Smartphone jeden Tag einmal am Ladegerät ansteckt.

Kommen bei USB 3.1 grundsätzlich nur Typ-C-Verbindungen zum Einsatz?

Nein, die großen Typ-A- und Typ-B-Steckverbindungen sowie alle Micro-Varianten bleiben weiterhin in Gebrauch. Die bei älteren Smartphones, Tablets und auch externen 2,5-Zoll-Festplatten gebräuchlichen Mini-USB-Steckverbinder sind nicht mehr in der Spezifikation enthalten. Bei diesen Steckern hatte sich auch ein ziemlicher Wildwuchs mit inkompatiblen, herstellerspezifischen Erweiterungen breit gemacht.

Gibt es Adapterlösungen für Typ-C-Verbindungen?

Die Typ-C-Spezifikation sieht diverse Adapterkabel vor: Für USB 3.1 solche von C auf Standard-A, Standard-B und Micro-B, für USB 2.0 soll es Kabel von C aus Standard-A, Standard-B, Micro-B und sogar Mini-B geben. Daneben ist ein Adapter mit Standard-A-Buchse und einer mit Mini-B-Buchse vorgesehen. Der erste soll SuperSpeed-USB unterstützen, der zweite nur USB 2.0. Dieser ist aber eher dafür gedacht, existierende Ladegeräte für neue Tablets und Smartphones zu nutzen. Der Standard-A-Adapter ist primär für den Anschluss von USB-Sticks und externen Festplatten gedacht, muss also hohe Datentransfers zulassen.

Können Geräte über USB mit höherer Spannung und Stromstärke als 5 Volt und 900 mA versorgt werden?

Für USB-Ladegeräte gibt es eine USB Battery Charging Specification, die bei 7,5 Volt bis zu 1500 mA vorsieht. Eine Stromversorgung mit bis zu 100 Watt über USB definiert die bereits 2012 vom USB-IF finalisierte USB Power Delivery Specification ( USB-PD). Bisher wurde diese Spezifikation aber kaum genutzt. Mit USB Typ-C soll das nun anders werden.

Um Typ-C-Verbindungen abzudecken, wurde nun eine neue Revision 2.0 der Spezifikation verabschiedet. Die USB-PD definiert fünf verschiedene Profile, mit denen Geräte über USB mit 10, 18, 36, 60 oder 1oo Watt versorgt werden können. Dabei sind Micro-A/B-Verbindungen auf maximal 3A und damit 60 Watt limitiert. Über Typ-A/B- und Typ-C-Verbindungen können bis zu 5A bei 20 Volt fließen. Für Profil-1-Verbindungen mit 10 Watt sind keine speziellen Kabel notwendig, für alle anderen Profile schon.

USB-PD-fähige Geräte können beim Einstecken der Kabel erkennen, ob diese auch PD-fähig sind, anschließend werden zwischen den Geräten das unterstützte Profil und die Flussrichtung ausgehandelt.

Können USB-Typ-C-Verbindungen noch weitere Funktionen erfüllen?

In der Typ-C-Spezifikation ist die Möglichkeit von Funktionserweiterungen so genannten Alternative-Modes definiert. Der erste ist dabei der Audio Adapter Accessory Mode. Er soll bei künftigen Geräten die 3,5-mm-Audio-Buchse überflüssig machen und auch über USB-Hubs hinweg funktionieren. Für herkömmliche Kopfhörer oder Lautsprecher gibt es einen USB-Typ-C-Adapter mit 3,5-mm-Audio-Buchse. Die zweite Erweiterung ist der Display Port Alternative Mode, mit dem nun auch eine Audio/Video-Übertragung via USB als Standard existiert. Bislang ging das nur mit der proprietären DisplayLink-Technik.

Der Display Port Alternative Mode ist ein VESA-Standard und wurde am 22. September in Zusammenarbeit mit der USB 3.0 Promoter Group im USB-IF verabschiedet. Für die Übertragung wird ein so genanntes Typ-C-Full-Featured-Passive-Cable genutzt. Wenn zwei der vier High-Speed-Lanes im Kabel für die Display-Port-Übertragung von 4K-Video genutzt werden, dann können die anderen beiden immer noch Superspeed-USB mit 5 GBit/s übertragen. Für eine 5K-Video-Übertragung, sie entspricht dem neuen DisplayPort-1.3-Standard, werden alle vier Lanes benötigt, für USB stehen dann nur noch die separaten USB-2.0-Lanes zur Verfügung.

Kombiniert mit USB-PD macht der Display Port Alternative Mode von USB Typ-C die ultimative Docking-Station für Notebooks oder Tablets möglich. Über ein Kabel kann ein 4K-Video mit Audio auf einen externen Monitor übertragen werden, gleichzeitig stehen immer noch 5 GBit/s für die Übertragung von Daten auf externe Laufwerke und GBit-Ethernet zur Verfügung. Über dasselbe Kabel kann das Mobilgerät auch gleichzeitig mit Strom versorgt werden. (hal)