USB-C und Thunderbolt 3 transparent erklärt

USB-C und Thunderbolt 3 transparent erklärt
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USB-C und Thunderbolt 3 transparent erklärt

© Apple

Thunderbolt 3 gehört die Zukunft. In diesem Artikel erfahren Sie alles um das bisherige Chaos rund um die Schnittstellen und die Lösungen der Hersteller.

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Für Einsteiger ins Thema kommt hier zunächst eine kurze Definition von Thunderbolt 3:

Beim multifunktionalen Thunderbolt 3 (auf Deutsch: Blitz und Donner) handelt es sich um eine Schnittstelle zum Zwecke der Übertragung von Daten zwischen Computer und peripheren Geräten, wie zum Beispiel eGPUs oder Monitoren. Die Systemverbindungsstelle arbeitet unter den technischen Protokollen Display Port und PCIe. Im Idealfall kommt sie auf eine Geschwindigkeit von 40 Gigabit pro Sekunde, beziehungsweise 5 Gigabytes pro Sekunde.

Ein kleiner geschichtlicher Abriss über die Schnittstellen aus dem Hause Apple:

2015 brachte Apple sein neues Macbook mit einer völlig neu entwickelten Schnittstelle, dem USB-C in die Läden. Der Mini-USB-Port war zentralsymmetrisch, deshalb konnte er in beiden Richtungen eingesteckt werden. Zudem substituierte er den MagSafe Power Adapter, die Thunderbolt- und die USB-Ports! Als das Unternehmen im Herbst 2016 die Macbook-Pro-Serie durch neue Computermodelle ersetzte, waren diese ebenfalls mit der neuen Schnittstelle ausgerüstet. Allerdings hieß der Port plötzlich Thunderbolt 3 und war nicht nur einmal, wie beim Macbook von 2015 vorhanden, sondern abhängig vom Modell zwei- oder viermal.

Die nächsten Kandidaten für Thunderbolt 3 waren der MacMini, der iMac (Pro) und das Macbook Air. Und seit 10/2018 besitzt das iPad Pro eine USB-C-Buchse.

Apple ist ja schon mehr als kreativ, was die Namen und technischen Basics seiner diversen Modellreihen angeht. Um die Verwirrung komplett zu machen (zumindest kommt das manchen Usern so vor), weisen USB 3.1 und Thunderbolt 3 die gleichen USB-C-Buchsen auf, obgleich es sich doch augenscheinlich um unterschiedliche Standards handelt. Man fragt sich auch, ob es sich bei den Begriffen Thunderbolt 3 und USB-C vielleicht nur um verschiedene Namen für das gleiche Kind handelt.

Die Sache bekommt Logik und Struktur, wenn man den Backround kennt und versteht. Deshalb erklären wir ihn im Folgenden die technischen und kommerziellen Hintergründe, die zu dieser Schnittstellen-Verwirrung geführt haben.

Eine Kooperation zum Zwecke der Chaosbeseitigung

Die Unternehmen IBM, Microsoft, Hewlett Packard und einige andere PC-Hersteller haben Anno 1999 den ersten Standard für USB eingeführt. Dieser Schritt war nötig geworden, um das damals herrschende Chaos in Sachen Schnittstellen in Ordnung zu bringen. Heute kaum mehr vorstellbar, gab es einmal die parallelen und seriellen Ports, daneben für Joypads und Joysticks einen spezifischen Gameport, der auch als MIDI-Port verwendet werden konnte. CD-Roms und Festplatten benötigten die Unterstützung von externen SCSI Host-Adaptern. Und wenn kein PC7XT-Port im Computer verbaut war, sprang der PS/2-Port als Schnittstelle zur Tastatur und Maus ein. Zu dieser Zeit rüstete Apple einen Großteil seiner Hardware mit seinem eigenen Schnittstellen-Standard Apple Desktop Bus (ADB) aus. Diese Verbindungsstelle hatte rein optisch gesehen Parallelen zum PS/2-Anschluss, doch aus technischer Sicht war er näher mit USB verwandt. Nicht erwähnen können wir hier die Schnittstellen-Systeme, welche von anderen Herstellern als den eben genannten Platzhirschen auf den Markt gebracht wurden.

Die erste iMac-Generation, Baujahr 1998, bekam von Steve Jobs einen USB-Anschluss spendiert. Andere Hersteller orientierten sich an diesem Vorbild. USB wurde zum Schnittstellen-Standard. Mit den Jahren wurde er technisch immer ausgereifter und es waren dann auch endlich höhere Geschwindigkeiten möglich. Unter der aktuellen 3.0 USB-Version rennen fünf Gigabit pro Sekunde durch den Port.

Keine Einigung auf einen Standard - das Problem mit den speziellen Steckern und Ports

Doch leider kam es trotz der guten Grundidee für ein homogenes System für alle Hardware-Schnittstellen zu einer immensen Konfusion in Sachen Kabel.

Das Problem lag zum Teil bei den Steckern. Apple rüstet schon lange all seine Computer mit dem klassischen USB-A-Port aus. Parallel dazu sind die Macs mit USB-B-Anschlüssen für Endgeräte ausgerüstet. Um das Chaos komplett zu machen wurden beide Stecker zunächst in Mini- und dann in Micro-Modelle für die Endgeräte aufgeteilt.

Mit dem innovativen Standard USB 3.0 wuchs der maximal theoretisch mögliche Stromfluss auf 900 Milliampere (vorher konnten maximal 500 Milliampere durch den Stecker rauschen). Außerdem war es nun mit USB 3.0 auch möglich, Monitore und andere Grafik-Hardware mit dem PC zu verbinden.

Zusätzliche Verwirrung schuf Apple mit seinem eigenen Dock-Anschluss mitsamt seinem Nachfolger dem Lightning. Dock und Lightning waren die proprietären Lösungen für die neuen, sehr dünnen Endgeräte.

Neben all diesem Schnittstellen-Chaos innerhalb des USB-Standards gab es auch noch die speziellen Ports für den Monitor, zum Beispiel Display-Port, DVI und HDMI. Weitere Verbindungsstellen wie Firewire und andere trugen ebenfalls dazu bei, die Unordnung zu verschlimmern.

Es wurde also höchste Zeit, dass die Unternehmen sich auf einen neuen, allgemein gültigen Schnittstellen-Standard besannen. Intel und Apple starteten eine Kooperation in dieser Sache und realisierten Thunderbolt. Damit war die Entwicklung einer Schnittstelle geglückt, welche mit einem einzigen Kabel und einem Busverteiler (Hub) mit diversen Endgeräten kommunizieren konnte.

Thunderbolt - der neue Stern am Technikhimmel

Endlich war die Realisierung von Dockingstationen für mobile Computer, die mit nur einem einzigen Kabel auskamen, möglich. Denn dank der Datenkanäle für PCI-Express, Display-Port-Grafik und selbstverständlich auch USB erfüllte Thunderbolt den lang gehegten Wunsch nach unkomplizierter Konnektivität.

So weit so gut, bis auf die Kosten für die dazugehörenden Kabel. Da es sich um aktive Kabel handelt, liegen die Preise im oberen Segment.

Schon seit 2011 fokussierte sich Apple auf die universelle Schnittstelle Thunderbolt. Doch die anderen Hersteller im Computerbereich gingen damit nicht d'accord. Sie hatten wohl Bedenken, Kunden zu verlieren, da die Kabel durch ihre besondere Bauart und Leistungsfähigkeit dementsprechend teuer waren. So platzte der Traum einer einheitlichen Schnittstelle. Bis heute befindet sich Thunderbolt in einer exklusiven Nische, denn noch immer ist es zu hochpreisig, gerade auch wenn man es mit einem Display-Port-Anschluss oder HDMI-Port leistungsmäßig vergleicht. Diese Anschlüsse benötigen zwar mehr Kabel, kommen aber auch auf fast die gleiche Datengeschwindigkeit wie die, die mit einem Thunderbolt-Port erreicht wird.

Nur der aktuelle Standard Thunderbolt 2 ist noch schneller, er arbeitet mit gleich der doppelten Geschwindigkeit. Doch diese Performance kann nicht ausgleichen, dass Hardware und Kabel im Gegensatz zu anderen Schnittstellen-Standards relativ hochpreisig sind.

Die Konsequenz aus dem Thunderbolt-Fehlschlag wurde gezogen, viele Hersteller wie unter anderem Microsoft, HP und Intel beschlossen in Sachen der kommenden Standards für USB 3.0 auf die gemeinsame Entwicklung zu setzen. Das Ziel war einerseits, eine Schnittstelle zu entwickeln, die geeignet war für die Kommunikation mit kompakten Datenendgeräten und die gleichzeitig userfreundlich und natürlich universell war. Im neu angedachten Anschluss sollte unbedingt auch eine Schnittstelle für Monitore vorhanden sein.

Der Nachfolgestandard USB 3.1 soll die Lücke schließen

Das Ergebnis aus der Kooperation lautete USB 3.1. Der gemeinsame Nachfolgestandard USB 3.1 hat eine USB-C-Schnittstelle integriert. Und es sind damit rasante 10 Gigabit in der Sekunde möglich, zumindest dann, wenn es sich bei den jeweils verbundenen Geräten um moderne Hardware handelt. Einige der besonderen Funktionen, mit denen Thunderbolt glänzt, wurden für USB 3.1 übernommen. Dazu gehört die Übertragung von Daten für grafische Prozesse. Das zweite Feature, welches USB 3.1 von Thunderbolt "gelernt" hat, ist die Kommunikation mit Displays, die bis zu 4K-Auflösung liefern. Die extrem leistungsstarke Schnittstelle überträgt zudem Ladestrom bis zu einem Wert von 100 Watt.

Und damit sich auch ältere Netzwerkkabel, HDMI- und USB-Hardware via USB 3.1 verbinden lassen, muss nur ein Adapter dazwischen gesteckt werden. Dank dieser Verbindungsoption ist der Nachfolgestandard genial als exklusive Schnittstelle für die neuen ultradünnen Notebooks geeignet. Denn über diese eine Schnittstelle ist es möglich, USB-Hardware laufen zu lassen, mit Monitoren zu kommunizieren und das Gerät in der gleichen Zeit zu laden.

Trotz all dieser Features kristallisierte es sich jedoch recht schnell heraus, dass die Geschwindigkeit von USB 3.1 im Vergleich zu Thunderbolt 2 im unteren Bereich lag. Die Lösung sollte Thunderbolt 3 mit der vierfachen Geschwindigkeit von USB 3.1, also mit bis zu 40 GBit pro Sekunde bringen. Die Hälfte dieser Geschwindigkeit erreicht man mit der Verwendung von passiven Kabeln, wer tatsächlich auf 40 Gigabit pro Sekunde kommen möchte, muss wie gehabt die nicht gerade preiswerten aktiven Kabel erwerben.

Gleich vier Spuren für PCI-Express machen es möglich, dass der User Hardware, die eigentlich intern verbaut wird, extern anbindet. Und an einer einzigen Schnittstelle lassen sich entweder ein Monitor mit 5K oder gleich zwei 4K-Monitore ansprechen. Sämtliche USB 3.1-Funktionen und flottes Ethernet gehören ebenfalls zu den Features dieser Wunder-Schnittstelle.

Damit endlich Struktur in die Schnittstellen-Verwirrung kam, wurde für Thunderbolt 3 die USB-C-Buchse übernommen, die zum Standard USB 3.1 gehört.

User müssen jetzt beim Kauf eines neuen Computers oder einer Andockstation nun nur noch wissen, ob ihr Computer Thunderbolt 3 oder USB 3.1 unterstützt. Denn die Hardware mit USB 3.1 harmoniert mit den Schnittstellen von Thunderbolt. Umgekehrt funktioniert das nicht, wenn zum Beispiel ein Setup für ein Macbook Pro auf Thunderbolt 3 basiert, dann lässt sich ein Macbook 12 trotz übereinstimmender Stecker nicht damit verbinden.

Bislang besitzt Intel noch das Exklusivrecht für den Controller für Thunderbolt 3, deshalb unterstützt das iPad Pro von Apple aus dem Jahr 2018 ausschließlich USB 3.1. Aber der Umstieg auf den C-Port wird nicht mehr lang auf sich warten lassen.

Thunderbolt ist seinen Kinderschuhen entwachsen, seine bisherigen Schwächen wurden aus der Welt geschafft

Hardware der einfacheren Art kann mit der USB-C-Buchse und USB 3.1 ausgerüstet werden, damit wird sichergestellt, dass es mit USB 3.1 Schnittstellen wie auch mit Thunderbolt funktioniert. Aktuelle Hardware mit einem überdurchschnittlichen Leistungsprofil arbeitet exklusiv mit dem innovativen Anschlüssen von Thunderbolt 3.

User, die lediglich Macs ohne Umwege miteinander verbinden oder Festplatten an ihren Rechner hängen wollen, können weiterhin die passiven und preiswerten USB-C-Kabel dafür nutzen. Wer alle Features von Thunderbolt 3 nutzen und voll ausreizen möchte, muss zu den aktiven Kabeln greifen.

Das Chaos um die diversen Kabel scheint endlich ein Ende zu haben. Und falls Sie Hardware besitzen, die über USB 3.0 und Thunderbolt 2 läuft, dann können Sie diese mit einem entsprechendem Adapter weiter verwenden. Ja, ideal ist das nicht, aber in dem Übergangsfall die effektivste Lösung.

Für neue Investitionen raten wir dann aber unbedingt zu Geräten, die mit der USB-C-Schnittstelle, also USB 3.1, Thunderbolt 3 beziehungsweise den nachfolgenden Standards ausgerüstet sind.

Quelle: In Zusammenarbeit mit Macwelt
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