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© Bruce Parrott, 123rf.com

USB 3.0 "Superspeed" unter Linux

Entfesselt

Im Gegensatz zu Windows unterstützt Linux schon seit Monaten nativ das 4,8 Gbit/s schnelle USB 3.0 – aber wie gut funktioniert die neue Schnittstelle in der Praxis?

Als USB 2.0 im Jahr 2002 auf den Markt kam, war es höchste Zeit: USB-1.1-Brenner durften wegen der langsamen Transfergeschwindigkeit von 12 Mbit/s nicht schneller als vierfach brennen, und wer Dateien in GByte-Größe auf eine USB-1.1-Festplatte kopierte, musste sehr viel Zeit mitbringen. Entsprechend schnell erfolgte dann auch die Adaption des neuen, viel schnelleren USB 2.0 mit 480 Mbit/s Brutto-Datenrate – obwohl das bereits 1997 eingeführte Firewire mit 400 Mbit/s brutto zumindest unter Windows und Mac OS X letztendlich netto immer noch schneller war als USB 2.0.

Dies hat sich in den letzten Jahren etwas gebessert. Moderne Chipsätze von Intel und AMD erreichen inzwischen bis zu 33 MByte/s Netto-Durchsatz – sehr nahe an den maximal 38 MByte/s, die Firewire 400 erreicht. Die tatsächliche Durchsatzrate der einzelnen Schnittstellen hängt stark vom verwendeten Datei- und Betriebssystem ab. USB 2.0 gibt sich unter Mac OS X sehr träge, Firewire 400 bleibt unter Linux deutlich hinter seinen theoretischen Möglichkeiten zurück.

Zeitschleife

Nun schreiben wir das Jahr 2010, und die Situation ähnelt stark jener von 2002. Die Elektronik-Discounter verkaufen palettenweise externe Festplatten in TByte-Größen, zeitweise gibt es sogar Lieferprobleme [1] – aber die Systeme verfügen nur über einen USB-2.0-Anschluss. Verbaut sind allerdings durchweg moderne Harddisks, die in der 2,5-Zoll-Ausführung über 70 MByte/s respektive in der 3,5-Zoll-Variante mehr als 100 MByte/s ausliefern. Selbst mit den schnellsten USB-2-Chips benötigt man somit zum Befüllen einer handelsüblichen 1,5-TByte-Platte rund 13 Stunden – direkt im Rechner verbaut, wäre die Platte in etwas über 4 Stunden voll. Bedingt durch den USB-2.0-Flaschenhals erreicht sie also noch nicht einmal ein Drittel ihrer Maximalgeschwindigkeit.

Als problematisch erweist sich nicht nur das Kopieren großer Datenmengen, auch beim durchaus gängigen Booten von externen Festplatten bremst USB 2.0 gehörig: Das Arbeiten auf einem entsprechenden System gestaltet sich ziemlich zäh und macht nicht wirklich Spaß. Bei den superschnellen SSD-Festplatten mit bis zu 250 MByte/s Durchsatz gerät eine Anbindung per USB 2.0 dann endgültig zur Farce: Die Solid State Disks erreichen via USB 2.0 gerade mal ein Achtel des maximal möglichen Durchsatzes.

Eigentlich existieren schon lange gut funktionierende Alternativen zu USB 2.0, die allerdings eher ein Nischendasein fristen: Firewire 800 verspricht immerhin Durchsatzraten von 75 MByte/s, per eSATA angebunden Geräte operieren exakt gleich schnell wie über den internen SATA-Port. Firewire 800 findet sich standardmäßig allerdings nur in einigen Apple-Rechnern, mit eSATA sieht es immerhin etwas besser aus: Es zählt bei den meisten PC-Motherboards schon länger zur Standardausstattung und genießt sogar in Laptops inzwischen eine gewisse Popularität. Über das neue eSATAp lassen sich die angeschlossenen Geräte – etwa eSATA-Sticks, 2,5-Zoll-Festplatten und optische Slim-Laufwerke – sogar mit Strom versorgen. Über Port Multiplier [2] arbeiten bis zu 15 Geräte an einem eSATA-Port, und dank USB/eSATA-Kombiport müssen Laptop-Hersteller noch nichtmal einen dedizierten Anschluss dafür vorsehen.

Dennoch wartet die Welt auf USB 3.0, auch "Superspeed USB" genannt. Derweil wächst die Kapazität externer Festplatten immer weiter und externe Blu-ray-Brenner schreiben immer schneller. Schon auf der CeBIT 2009 waren erste USB-3.0-Geräteprototypen zu sehen, aber erst im September lieferte NEC die ersten Controllerchips für USB-3.0-Hosts in größeren Stückzahlen aus. Bis USB-3.0-Geräte wirklich in größerer Menge im Laden stehen, dürften noch einige Wochen ins Land gehen – momentan lassen die Hersteller sie erst noch zertifizieren.

Mit Ankündigungen zu USB-3.0-Geräten lassen sich Hersteller wie Super Talent, Freecom oder Buffalo allerdings nicht lumpen, nur zu deren tatsächlicher Verfügbarkeit mag niemand allzu konkreten Aussagen machen. Äußerst irritierend: Auch Intel und AMD, die auch die Chipsätze für ihre Prozessoren herstellen, wollen sich in Sachen USB-3.0-Integration in ihre Chipsätze noch nicht konkret festlegen. Wir sprachen mit Thomas Kaminski von Intel darüber. Intel, einer der Erfinder und Hauptverfechter von USB, gibt sich üblicherweise stets sehr stolz auf den Erfolg von USB. Das Unternehmen produziert sogar sehr originelle Werbespots [3] zum Thema.

Kaminski zufolge will Intel jedoch momentan erst einmal abwarten, wie der Markt das neue USB 3.0 akzeptiert. Eine Integration der Technik in Intels Chipsätze soll es ersr geben, wenn genügend Geräte verkauft sind. Aus dieser Haltung resultiert jedoch offensichtlich das alte Henne-Ei-Problem zur Folge: Wessen Computer kein USB 3.0 unterstützt, der kauft sich auch keine USB-3.0-Geräte. Werden keine Geräte verkauft, verbaut auch niemand die Schnittstelle standardmäßig. Die schnelle Akzeptanz von USB 2.0 war seinerzeit hauptsächlich dem Umstand zu verdanken, dass innerhalb weniger Monate alle neu verkauften Computer USB 2.0 unterstützten. Laut Kaminski war diese Einführung jedoch "verfrüht, und ein Fehler, den Intel nicht wiederholen will" – ein äußerst rätselhaftes Statement.

Momentan stellt Intel lieber die völlige Neuentwicklung und die starken Verbesserungen in anderen Bereichen der neuen Core-i5/i7-Chipsätze heraus – für USB 3.0 waren wohl einfach keine Entwicklerressourcen mehr frei. Laut der Website EE Times, die sich auf einen hochrangigen Mitarbeiter eines großen PC-Herstellers beruft, will Intel USB 3.0 gar erst 2011 statt wie ursprünglich angekündigt Anfang 2010 in seine Chipsätze integrieren [4]. In Cupertino hat man diese Meldung zumindest nicht dementiert.

Nicht viel besser sieht es bei Intels Erzrivalen AMD aus: Hier wollte die Gerüchteküche zunächst wissen, dass die nach der CeBIT 2010 kommenden Plattformen "Leo" und "Dorado" eine Southbridge mit USB-3.0-Unterstützung mitbringen werden (SB810 in "Dorado", SB850 in "Leo"). Mit der Notebook-Plattform "Danube" und dem neuen Chipsatz SB8xxM will AMD dann dem Vernehmen nach später im Jahr USB 3.0 in Notebooks einführen. Aktuelle Aussagen und Veröffentlichungen von AMD über die Spezifikationen der Chipsätze erwähnen USB 3.0 allerdings zumindest nicht explizit, unserer Bitte nach einer offiziellen Stellungnahme entsprach der Hersteller nicht.

Technische Details

Die Spezifikationen für USB 3.0 können sich sehen lassen: 4,8 Gbit/s Datenrate bedeuten eine Verzehnfachung des Brutto-Durchsatzes. Als Netto-Durchsatzraten (also ohne Protokoll-Overhead) verspricht die Spezifikation 3,2 Gbit/s beziehungsweise 400 MByte/s. Damit wäre USB 3.0 sogar schneller als eSATA, denn SATA II erreicht maximal 3 Gbit/s, netto rund 300 MByte/s. Das ungefähr zeitgleich mit USB 3.0 eingeführte SATA III (auch SATA 6G genannt) verdoppelt das allerdings und verspricht mit 6 Gbit/s noch höhere Durchsatzraten. Da momentan aber kein Gerät die maximalen Durchsatzraten von USB 3.0 oder SATA III erreicht, ist dies nur für den gleichzeitigen Datentransfer von oder an mehrere Endgeräte relevant.

Auch in Sachen Stromverbrauch gibt es Verbesserungen: So wurden die sogenannten "Unit Loads" von 100 auf 150 mA vergrößert. Ein Gerät darf nun bis zu sechs Unit Loads (vorher fünf) an Strom ziehen, das heißt 900 Milliampere – zuvor waren 500 mA das höchste der Gefühle. Die maximal mögliche Spannung wurde allerdings von 4,4 auf 4 Volt gesenkt. Unterm Strich stehen also nun pro Gerät 3,6 statt 2,2 Watt zur Verfügung.

Im praktischen Einsatz liefern allerdings die meisten USB-Ports schon seit Jahren mehr als maximal 2,2 Watt, denn sonst ließen sich weder externe 2,5-Zoll-Festplatten noch optische Slim-Laufwerke daran betreiben. Die meisten Hersteller solcher Geräte legen nur noch für USB-Ports, die den Spezifikationen exakt entsprechen, ein USB-Kabel mit zwei Steckern bei. Meist funktioniert das Gerät aber auch mit nur einem Stecker. Insbesondere bei Laptops ist die Anzahl der USB-Ports begrenzt, so dass die Hersteller lieber mehr Spannung auf den bestehenden Anschlüssen liefern anstatt mehr Ports einzubauen.

Mit USB 3.0 gibt es auch neue Stecker (Abbildung 1): Diese sind nun blau gefärbt, ebenso die Kabel und die Ports (Abbildung 2). Um Superspeed-Geschwindigkeit zu erreichen, müssen nicht nur der Host, eventuelle Hubs und die Endgeräte es unterstützen, man braucht nun auch passende Kabel. Das war bei USB 2.0 nicht so, man konnte zumindest die alten Kabel weiterverwenden. Der Grund für die neuen Kabel: USB 3.0 braucht acht statt vier Leitungen, die außerdem zusätzlich geschirmt sein müssen. Die maximale Kabellänge liegt bei drei Metern, bei USB 2.0 waren es noch fünf Meter.

Abbildung 1: Ein USB-3.0-Kabel mit Steckern.
Abbildung 2: Blaue USB-3.0-Ports am Gigabyte GA-P55A-UD6.

Die rechteckigen, flachen USB-A-Stecker sehen nun anders aus: Ebenfalls blau gefärbt, weisen sie im hinteren Bereich innen die vier zusätzlichen Superspeed-Leitungen auf (Abbildung 3). Diese versetzte Kontaktierung sorgt dafür, dass sich alte Kabel gefahrlos in USB-3.0-Ports beziehungsweise USB-3.0-Kabel in alten Ports nutzen lassen.

Abbildung 3: USB-A-Stecker alt (links, schwarz) und neu (rechts, blau). Ganz hinten im Stecker liegen die zusätzlichen USB-3.0-Pins.

Bei den quadratischen B-Steckern (Abbildung 4) wählte man einen anderen Ansatz: Hier logieren die zusätzlichen Pins in einer zusätzlichen Nase an der Seite mit den Abschrägungen angebracht. Das führt dazu, dass zwar alte USB-B-Stecker in neue USB-3.0-B-Ports passen, aber nicht neue Stecker in alte USB-B-Ports.

Abbildung 4: USB-B-Endgeräte-Stecker neu (links, blau) und alt (rechts, schwarz). In der obenliegenden Nase des neuen Steckers befinden sich die zusätzlichen Leitungen.

Auch das Protokoll und die technischen Möglichkeiten wurden verbessert. Während USB 2.0 standardmäßig noch Datenpakete an alle angeschlossenen Geräte schickte, beherrscht das auf PCI-Express 2.0 basierende USB-3.0-Protokoll nun dedizierte Kommunikation zwischen dem Host und einzelnen Geräten. Über so genannte Streams transportiert ein USB 3.0-Kabel mehrere getrennte Datenströme gleichzeitig. Auch neue Stromsparmöglichkeiten sieht das Protokoll vor, sodass die Geräte nun auch Sleep-, Suspend- und Idle-Zustände unterstützen.

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