Wettstreit der Schnittstellen

Das neue Macbook Air verfügt – abgesehen vom natürlich weiterhin vorhandenen drahtlosen Airport – nur noch über einen einzigen Anschluss, und zwar einen vom neuen USB-Typ-C . Weder Stromanschluss noch Thunderbolt-Port bringt der 12-Zöller mit Retina-Display mit. Wir haben das neue Macbook jedoch zum Anlass genommen, eine Übersicht über die verschiedenen Schnittstellen zu geben, die man bei Macs und iOS-Geräten findet. USB macht dabei den Anfang. Lesen Sie hier den zweiten Teil zu Firewire, Ethernet und Monitor-Schnittstellen.

USB – der universelle Port

Universal Serial Bus (USB) ist die Standardschnittstelle, um externe Geräte wie Maus und Tas­tatur, Drucker und Scanner, Lautsprecher, Mikrofon und Soundkarten oder Massenspeicher wie Festplatten, SSDs und Speichersticks an den Mac anzuschließen. Auch intern kommt USB zum Einsatz, beispielsweise bei der Tastatur und dem Trackpad der Macbooks und dem integrierten Speicherkartenleser, die alle über USB angebunden sind. USB-Geräte sind in Geräteklassen unterteilt, und für jede Klasse gibt es in der Regel einen universellen Treiber, der mit dem Betriebssys­tem mitgeliefert wird, sodass nicht jedes Gerät einen eigenen Treiber benötigt. In manchen Fällen wie etwa bei Druckern oder Scannern ist dieser aber dennoch notwendig, um die spezifischen Funktionen der Geräte nutzen zu können.

Entwickelt wurde der USB-Standard von Intel, 1996 erschien die Spezifikation der ersten Variante (USB 1.0). Es gab aber kaum Geräte mit diesem Anschluss. Das änderte sich erst ab 1998 mit USB 1.1. Der erste Mac mit USB-Anschluss war der 1998 erschienene blaue iMac (Bondi Blue), der über zwei USB-1.1-Anschlüsse verfügte und mit USB-Tastatur und -Maus geliefert wurde. Da USB 1.1 aber maximal 12 Mbit/s (Full Speed) übertragen konnte, war der Anschluss für Massenspeicher nicht gut geeignet. Erst mit dem im Jahr 2000 spezifizierten Standard USB 2.0 waren 480 MBit/s (Hi-Speed) möglich, so dass sich nun auch Festplatten und Videogeräte am USB-Port vernünftig betreiben ließen. Apple hat USB 2.0 ab 2003 in die Macs eingebaut. Mit der Einführung von USB 3.0, dessen Spezifikation 2008 fertig gestellt wurde, ließ sich Apple etwas mehr Zeit als andere Hersteller und hat diesen mit 5 Gbit/s (Super Speed) nochmals deutlich schnelleren Anschluss erst ab 2012 verbaut. Alle aktuellen Macs verfügen nun über mindestens zwei USB-3-Anschlüsse.

Kabel und Stecker für USB

USB überträgt aber nicht nur Daten, sondern liefert auch Strom an die angeschlossenen Geräte. Standardmäßig sind es 100 mA bei 5 V pro Anschluss. Bei USB 2.0 kann der USB-Controller aber bis zu 500 mA an einem Port liefern. Das genügt oft schon, um eine externe 2,5-Zoll-Festplatte, ein DVD-Laufwerk oder eine SSD zu betreiben. Die manchen Festplatten und DVD-Brennern beiliegenden Y-Kabel mit zwei USB-Steckern, um Strom gleichzeitig aus zwei Anschlüssen zu ziehen, sind im USB-Standard nicht vorgesehen, funktionieren aber trotzdem in vielen Fällen. USB 3.0 liefert standardmäßig 150 mA bei 5 V pro Anschluss, die maximale Stromstärke liegt bei 900 mA.

Bei USB 1.1 und 2.0 gibt es vier Adern im USB-Kabel, zwei für die Daten und zwei für die Stromversorgung, sowie eine Abschirmung. USB-3.0-Kabel haben zwei zusätzliche, verdrillte Signal-Aderpaare sowie eine zusätzliche Masseverbindung und sind daher etwas dicker als USB-2.0-Kabel. Die maximale, in der Praxis verwendbare Kabellänge beträgt bei USB 1.1 und 2.0 fünf Meter und bei USB 3.0 drei Meter. Etwas unübersichtlich geht es bei den Anschlüssen zu. USB-Kabel haben bisher an beiden Enden unterschiedliche Stecker. Auf der Hostseite, also derjenigen am Rechner, sehen die Stecker und Buchsen (Typ A) bei allen USB-Versionen gleich aus, die Kontakte unterscheiden sich aber zwischen USB 2.0 und 3.0. Meist sind USB-3-Stecker und Ports zur besseren Unterscheidung blau gefärbt, Apple verzichtet aber auf die Farbgebung. Es passen die USB-2-Stecker an USB-3-Ports und umgekehrt, man kann darum jedes Gerät an beide Port-Versionen anschließen. Aber nur wenn der Mac und das externe Gerät USB 3.0 unterstützen, erfolgt die Datenübertragung auch mit der höheren Geschwindigkeit. Auf der Geräteseite gibt es dagegen mehrere Stecker- und Buchsenarten (Typ B). Zum einen die Standardstecker und -buchsen, wie man sie häufig an Druckern findet. Sie unterscheiden sich äußerlich zwischen USB 2.0 und 3.0, man kann jedoch einen USB-2-Stecker an einen USB-3-Port anschließen, nicht jedoch umgekehrt. Die Standardstecker sind aber sehr groß und lassen sich nicht in kleinere Geräte wie Kameras, Tablets, 2,5-Zoll-Festplatten oder Smartphones integrieren. Hierfür gibt es die wesentlich kleineren Mini- (nur USB 2.0) und Micro-Varianten. Letztere unterscheiden sich zwischen USB 2.0 und USB 3.0. Anders als bei Firewire und Thunderbolt ist das Durchschleifen des Signals von einem Gerät zum nächsten nicht möglich. Um mehrere Geräte mit einem Port am Rechner zu verbinden, benötigt man dazwischen ein USB-Hub.

Die Zukunft von USB

2013 hat das USB Implementers Forum den neuen Standard USB 3.1 (Super Speed Plus) verabschiedet. Die Neuerungen umfassen im Wesentlichen eine Leistungssteigerung von USB 3.0, die mit 10 Gbit/s eine Verdoppelung der Übertragungsgeschwindigkeit ermöglicht. Das Forum hat aber noch zwei andere Spezifikationen verabschiedet, die die Zukunft von USB vermutlich wesentlich stärker beeinflussen werden. Die „USB Power Delivery Specification Revision 2.0“ ermöglicht es, über USB angeschlossene Geräte mit mehr Strom zu versorgen als bisher. So sind beispielsweise bei 5 Volt bis zu 3 Ampère möglich (15 Watt), und bei 12 Volt und 20 Volt bis zu 5 Ampère (60 Watt beziehungsweise 100 Watt), abhängig jeweils von den hierfür spezifizierten Kabeln und Geräten. Sofern die Geräte die neuen Typ-C-Anschlüsse verwenden, kann die Stromübertragung in beide Richtungen erfolgen. Die Geräte handeln jeweils aus, wer den Strom liefert und wer ihn empfängt. So könnte beispielsweise ein an das Stromnetz angeschlossener Monitor oder ein Dock den Akku eines Laptops über das USB-Kabel laden.

Ein neues Kabel

Des Weiteren hat das USB Implementers Forum die „Universal Serial Bus Type-C Cable and Connector Specification“ für eine neue Anschlussvariante (Typ C) erarbeitet. Das Besondere an den Anschlüssen ist nicht nur ihre Kompaktheit, sondern sie sind auch bei allen Geräten identisch, und es gibt keine Unterscheidung mehr zwischen Ober- und Unterseite der Stecker. Diese lassen sich also beliebig in die Anschlüsse stecken, genauso wie beim Lightning-Anschluss von iPhone und iPad. Die Kabel und Anschlüsse haben mehr Leitungen beziehungsweise Pins als bisher, sind aber sowohl mit USB 2.0 als auch mit USB 3.0 und 3.1 kompatibel. Die Geräte müssen also nicht über USB-3.1-Controller verfügen, um Typ-C-Anschlüsse zu verwenden. Kabel können zudem an einem Ende einen Typ-C-Stecker und am anderen einen der herkömmlichen Stecker haben, um Geräte mit einem C-Port an Geräte mit älteren Ports anzuschließen. Außerdem ist in der Spezifikation ein „USB Alternate Mode“ definiert, der es erlaubt, über einige Adern des Kabels alternativ andere Signale als USB zu übertragen. Eines der ersten Anwendungsbeispiele hierfür gibt es mit der Spezifikation „DisplayPort Alternate Mode“ der VESA zur Übertragung von Videosignalen. Im Prinzip ist ein Typ-C-Anschluss also in der Lage, gleichzeitig sowohl Daten- als auch Videosignale und Strom zu übertragen, ganz ähnlich wie Thunderbolt.

Da Apple-Mitarbeiter bei der Ausarbeitung der Spezifikationen für den Typ-C-Anschluss und an der „USB Power Delivery Specification“ mitgearbeitet haben, ist davon auszugehen, dass diese zukünftig in Apple-Geräten Anwendung finden. Ob das ein neues 12 Zoll Macbook Air mit Retina-Bildschirm sein wird, bleibt abzuwarten. Wann das schnellere USB 3.1 Einzug in Apples Rechner halten wird, ist davon abhängig, wann Intel USB 3.1 in seine Prozessoren und Chipsätze integriert. Die seit Januar 2015 erhältlichen Core i5 und Core i7 Mobilprozessoren der 5. Generation (Broadwell) mit 15 W und 28 W unterstützen USB 3.1 laut Spezifikation noch nicht.

Thunderbolt – der schnelle Port

Thunderbolt überträgt Daten- und Videosignale kombiniert über eine Verbindung und verwendet für die Datensignale das Protokoll PCI Express (PCIe) und für die Videosignale das Display-Port-Protokoll. Der Thunderbolt-Controller verpackt diese in ein gemeinsames, serielles Meta-Signal, das beim Empfänger dann wieder in seine Einzelkomponenten aufgeteilt wird. Man bekommt mit Thunderbolt also die gleichen Anschlussoptionen, wie man sie bei internen, am PCIe-Bus eines Computers angeschlossene Komponenten wie Grafikkarten, Schnittstellenkarten und Massenspeicher hat. Das macht Thunderbolt zu einem sehr flexiblen Anschluss, da sich an ihm die verschiedensten Endgeräte betreiben lassen, gegebenenfalls mithilfe entsprechender Adapter oder Docks. Außerdem kann man bis zu sechs Thunderbolt-Geräte direkt hintereinander schalten, das Signal wird dabei von Gerät zu Gerät ohne Leistungseinbußen weitergereicht. Zum anderen benötigen die Rechner keine speziellen Treiber für die angeschlossenen Geräte, da sowohl PCIe als auch Display-Port zu den Standardprotokollen gehören, die Apples Betriebssystem von Haus aus unterstützt.

©Apple

Die Thunderbolt zugrunde liegende Technologie wurde von Intel unter dem Namen Light Peak entwickelt und war dazu vorgesehen, die Daten über optische Kabel und längere Strecken zu übertragen. In Zusammenarbeit mit Apple hat Intel eine Variante für Kupferkabel entwickelt, die dann die Bezeichnung Thunderbolt erhielt. Die Verwendung von Kupferkabeln ermöglicht es, auch Strom über die Verbindung zu übertragen, um Endgeräte mit Energie zu versorgen. Knapp 10 Watt sind dabei möglich (bis zu 18 Volt und 550 mA). Die Kabel dürfen jeweils bis zu drei Meter lang sein. Die ersten Macs, die einen Thunderbolt-Anschluss verpasst bekamen, waren die im Frühjahr 2011 erschienenen Modelle des Macbook Pro. Alle aktuellen Macs haben mindestens einen Thunderbolt-Port. Jeder Thunderbolt-Anschluss bietet zwei Voll-Duplexkanäle mit jeweils 10 Gbit/s Übertragungsgeschwindigkeit. Bei Thunderbolt 2 lassen sich diese zu einem Kanal mit 20 Gbit/s zusammenfassen, um größere Datenmengen auf ein Mal zu übertragen, was beispielsweise zum Betrieb von 4K-Monitoren erforderlich ist. Ansons­ten unterscheiden sich Thunderbolt und Thunderbolt 2 nur noch durch das unterstützte Display-Port-Protokoll: Bei Thunderbolt ist es 1.1a (maximal 2560 x 1600 Pixel), bei Thunderbolt 2 die Version 1.2 (maximal 3840 x 2160 Pixel). Mechanisch verwendet Thunderbolt einen Anschluss, der dem von Apple entwickelten Mini Display Port gleicht. Man kann an ihm also alternativ zu einem Thunderbolt-Kabel auch einen Monitor per Display-Port-Kabel anschließen. Da der Anschluss besonders klein ist, lässt er sich auch gut in dünne Mobilrechner wie in das Macbook Air einbauen.

Thunderbolt in der Praxis

Um nur eine externe Festplatte zu betreiben, ist Thunderbolt nicht zu empfehlen, weil die Geschwindigkeit einer Festplatte so gering ist, dass man mit Thunderbolt keinerlei Geschwindigkeitsgewinn gegenüber USB 3.0 hat, und USB-3-Geräte preiswerter sind. Bei einer SSD sieht dies schon anders aus, vorausgesetzt, die Elektronik im externen Gehäuse kann die Geschwindigkeit von Thunderbolt auch umsetzen, was aber nicht immer der Fall ist. So ist beispielsweise das von uns getestete Elgato Thunderbolt Drive+ über USB 3.0 genauso schnell wie über Thunderbolt. Erst bei schnellen Raid-Konfigurationen und bei mehreren Laufwerken, die zur gleichen Zeit angeschlossen werden, spielt Thunderbolt seine Geschwindigkeit und seine Flexibilität durch den Anschluss mehrerer Geräte in einer Kette aus.

Außer für Massenspeicher wird Thunderbolt auch von Herstellern wie Aja, Apogee und Blackmagic für Audio- und Videogeräte eingesetzt. Denn hier kommt es nicht nur auf die zu übertragenden Datenmengen an, sondern auch auf die zuverlässig verfügbare Bandbreite und geringe Latenz bei der Echtzeitverarbeitung, die Thunderbolt bietet. Ein dritter Anwendungsbereich sind Docks. Diese verfügen neben Thunderbolt-Ports über mehrere, unterschiedliche Anschlüsse wie USB, Ethernet, HDMI sowie Audio-Ein- und -Ausgänge. Dann kann man sämtliche an das Dock angeschlossene Geräte schnell mit einem einzigen Thunderbolt-Kabel mit dem Mac verbinden und sofort auf alle angeschlossenen Geräte zugreifen. Die Docks gibt es unter anderem von Belkin, Elgato und Matrox. Auch das Thunderbolt-Display von Apple bietet Dock-Funktionen. Beim Mac Pro dienen – neben dem separaten HDMI-Anschluss – die sechs Thunderbolt-Anschlüsse dazu, Bildschirme anzuschließen. Es lassen sich hier bis zu drei 4K-Displays gleichzeitig betreiben. Darüber hinaus sind die Anschlüsse inzwischen die einzige Möglichkeit, den Speicherplatz zu erweitern, da es intern keine Einbaumöglichkeiten für zusätzlichen Massenspeicher mehr gibt.

©Elgato

Fazit

USB und Thunderbolt ergänzen sich im Mac hervorragend. Beide bieten diverse Vor- und Nachteile, zusammen machen sie jedoch ein mächtiges Schnittstellengespann aus mit dem man allen Aufgaben gewachsen ist.