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USB 3.1 – Doppelte Datenrate und neue Kodierung

von - 17.02.2014
Gerade erst beginnt sich USB 3.0 durchzusetzen, da präsentiert das USB Implementors Forum, das USB entwickelt, mit USB 3.1 schon ein Update. Das erscheint wegen der Versionsnummer 3.1. eher marginal. Dabei hat es USB 3.1 mit einer Verdoppelung der Datenrate tatsächlich in sich.

Doppelte Datenrate

USB-3.0-Festplatte: USB 3.1 verdoppelt die Leistung der USB-Schnittstelle von 5 auf 10 GBit/s
USB-3.0-Festplatte: USB 3.1 verdoppelt die Leistung der USB-Schnittstelle von 5 auf 10 GBit/s
Der neue USB-Standard 3.1 wird die theoretische Datenrate der Schnittstelle pauschal verdoppeln. Möglich ist dies, weil USB 3.1 nicht mehr 2,5 GHz-Takt verwendet, sondern auf 5 GHz wechselt.
Durch die Verdoppelung des Taktes können innerhalb des gleichen Zeitraums doppelt so viele Daten übertragen werden. Die Datenrate steigt dementsprechend von bisher 5000 MBit/s des USB-3.0-Standards auf 10.000 MBit/s. Damit erreicht USB 3.1 die gleiche Geschwindigkeit, die auch Thunderbolt bietet.

Neue Kodierung

USB im Tempovergleich: Im Vergleich zu USB 1.1 ist der neue Standard 3.1 über 1000-mal schneller. Um 5 GByte Daten zu übertragen, benötigt USB 3.1 nur 4,1 statt 4166,6 Sekunden wie noch USB 1.1
USB im Tempovergleich: Im Vergleich zu USB 1.1 ist der neue Standard 3.1 über 1000-mal schneller. Um 5 GByte Daten zu übertragen, benötigt USB 3.1 nur 4,1 statt 4166,6 Sekunden wie noch USB 1.1
Anstatt aber lediglich einen höheren Takt zu verwenden, wird USB 3.1 auch noch eine neue Kodierung nutzen, die die praktische Datenrate nochmals steigert.
Bisher verwendet USB als Protokoll 8b/10b. Das heißt: Ein Datenpaket, das 10 Bit groß ist, enthält 8 Bit an reinen Daten. Die restlichen 2 Bit dienen lediglich dazu, die Daten zu verpacken und zu adressieren. Das wird Protokoll-Overhead genannt. Die theoretisch maximale Datenrate wird also immer um mindestens den Protokoll-Overhead reduziert und mündet dann in der praktischen Datenrate. Die Effizienz von USB 3.0 und dem Protokoll 8b/10b liegt also nur bei 80 Prozent.
USB 3.0 ist vor allem für externe Speichermedien wie Festplatten interessant.
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Höhere Geschwindigkeit: Laut technischer Spezifikation ist USB 3.0 mindestens zehnmal schneller als USB 2.0.
Mehr Möglichkeiten für USB-Sticks: USB 3.0 ist mit bis zu 640 MByte/s schneller als eine SATA-3-Festplatte. Damit spielt es keine Rolle mehr, ob ein System oder ein Programm vom Stick oder von Festplatte startet.
Abwärtskompatibel: Alte USB-2.0-Geräte wie Sticks oder Festplatten lassen sich auch an neuen 3.0-Steckplätzen betreiben. Diese Geräte erreichen dann aber natürlich nur die Geschwindigkeit von USB 2.0.
Typ A Stecker: Der bekannte flache Stecker vom Typ A sieht aus wie bisher. Nur innen sind zusätzliche Kontakte hinzugekommen.

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USB 3.1 führt das Protokoll 128b/132b ein. Für je 128 Bit Daten fallen dabei nur 4 Bit Protokoll-Overhead an. Die Effizienz liegt bei rund 97 Prozent. Deshalb liegt die praktisch mögliche Datenrate von USB 3.1 durch die Taktverdoppelung nicht bei 8000 MBit/s, sondern sogar bei 9697 MBit/s.
Obwohl der Protokoll-Overhead reduziert wurde, ist USB 3.1 robuster als USB 3.0. Kommt es bei einem Datenpaket etwa zu einem kleinen Übertragungsfehler, dann muss nicht mehr das komplette Datenpaket neu verschickt werden. Das ist insofern wichtig, als die Paketgröße bei USB 3.1 von 10 Bit auf 132 Bit angestiegen ist, also immerhin um mehr als das Dreizehnfache.
Jedes Paket, das neu verschickt wer den muss, drückt die Datenrate deutlich nach unten.
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