Die Schnittstellen-Standards Thunderbolt 3 und USB 3.1 kommen heutzutage in den meisten Computer-Systeme und bei mobilen Endgeräten zum Einsatz. Sowohl Thunderbolt 3, als auch USB 3.1, haben sich damit als State of the Art Technologie im Jahr 2019 etabliert. Beide Standards verwenden jedoch USB-C als Schnittstelle. Insbesondere der Begriff USB-C in Kombination mit Thunderbolt 3 sorgt bei einigen Anwendern für Verwirrung, nicht zuletzt bei der Suche nach Zubehör für Apple-Produkte. Im Folgenden erfährst du, welcher Zusammenhang zwischen den Begriffen Thunderbolt 3, USB 3.1 und USB-C besteht.
Was ist USB-C?
USB-C: Eine physische Schnittstelle
Bei dem Begriff USB-C, oder auch bekannt als USB Typ C, handelt es sich um eine Schnittstelle, die bei den Standards USB 3.1 (und USB 3.2) und Thunderbolt 3 zum Einsatz kommt. USB-C kommt zwar aus der USB-Welt, beschreibt aber perse keinen Standard, sondern nur eine Anschlussform im Sinne eines Steckersystems.
USB-C ist genauso wie USB-A, USB-B und deren Abwandlungen ein elektromechanisches Steckersystem. Das USB-C Steckersystem zeichnet sich, wie andere Systeme auch, durch einen Formfaktor, den elektromechanischen Aufbau und die Pinanzahl aus. Perse ist USB-C somit eine reine Anschlussform, fern von einem Standard oder Protokoll, welches über die Schnittstelle läuft. Dadurch impliziert bzw. implementiert USB-C von Haus aus nicht, ob es sich um USB 3.1/3.2, eine USB-C Stromversorgung oder Thunderbolt 3 handelt.
USB-C: Merkmale und Vorteile
USB-C ist ein 24-poliges Steckersystem und zeichnet sich durch einen punktsymmetrischen bzw. zweifach rotationssymmetrischen Stecker aus. Hinzu kommt eine enorm kleine Bauweise, die 24 Datenleitungen unterbringt und eine hohe Strombelastung unterstützt.
Durch den rotationssymmetrischen Anschluss kann der Stecker beideseitig angeschlossen werden. Jeder kennt es bei USB-Anschlüssen vom Typ B: Man hält den Stecker falsch herum und schon passt es nicht. Das kann mit USB-C nicht mehr passieren.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt vor dem Hintergrund einer einheitlichen Schnittstelle für alles. Mit der Enstehung von USB vor rund 20 Jahren bestand der Wunsch nach einer einheitlichen Schnittstelle für alles. Über die Jahre und einzelne Entwicklungsschritte haben sich die USB-Standards weiterentwickelt. Neben einer Steigerung der Datenraten, haben sich jedoch auch zahlreiche neue Steckertypen entwickelt: USB-A, USB-B und deren Abwandlungen.
USB-C löst Vielfalt an USB-Anschlüssen auf
Einhergehend mit der Entwicklung der USB-Standards, haben sich über die Jahre verschiedene USB-Steckerformen gebildet. Hierbei existieren die Steckertypen bzw. Steckerfamilien USB Typ A, USB Typ B, sowie der neuste USB-C Stecker (USB Typ C). Wenn es doch nur 3 verschiedene Stecker wären: Insbesondere USB Typ B umfasst mehrere Steckerabwandlungen in den Formaten Mini und Micro.
Dem noch nicht genug, spielt die Abhängigkeit des USB Standards bei den Untergruppierungen der Stecker eine Rolle. So ist ein Micro-USB-Stecker Typ B für USB 2.0 in seinem Formfaktor anders, als ein Micro-USB-Stecker Typ für USB 3.0. Mit letzterem kann jedoch abwärtskompatibel ein älterer Standard genutzt werden. Mit USB 3.0 kam zudem noch eine fünfte Datenleitung hinzu. Hierfür wurde der bisherige 4-polige USB Typ A Stecker um einen fünften Pin erweitert.
Was ist USB 3.1 / 3.2?
USB 3.1: Ein Übertragungsstandard
Bei USB 3.1 handelt es sich um eine Version des Übertragungsstandards USB (Universal Serial Bus). Wie auch USB 1.0/1.1, USB 2.0 und USB 3.0 beschreibt der Begriff USB 3.1 einen USB-Standard des seriellen Bussystems und damit einhergehend lediglich ein Kommunikationsprotokoll. Der Übertragungsstandard hat in erster Linie wenig mit dem der Steckerform, in diesem Fall USB-C, zu tun.
USB 3.1 und USB 3.2: Merkmale und Datenraten
Der Universal Serial Bus hat sich beginnend bei USB 1.0 bis hin zu USB 3.0 immer weiterentwickelt – so auch seine Namensgebung. Mit den Weiterentwicklungen zu USB 3.1 und USB 3.2 kam jedoch auch eine Änderung der Standardnamen hinzu. Die folgende Auflistung soll Klarheit bringen:
- USB 3.2 Gen 1:
- Datenrate: 5 GBit/s
- entspricht dem früheren USB 3.0 Standard
- vor USB 3.2 auch bekannt als USB 3.1 Gen 1
- USB 3.2 Gen 2:
- Datenrate: 10 GBit/s
- entspricht im klassischen Sinn USB 3.1
- entspricht USB 3.2 Gen 1 (dem früheren USB 3.0), aber mit doppelter Datenrate
- vor USB 3.2 auch bekannt als USB 3.1 Gen 2
- USB 3.2 Gen 2×2:
- Datenrate: 20 GBit/s
- modernste Weiterentwicklung von USB
USB Standards bis 3.0
USB wurde ursprünglich vor rund 20 Jahren durch die Beteiligung von Microsoft, IBM, HP und anderen Firmen entwickelt. Der Ursprungsgedanke bestand darin, die damalige Vielfalt an seriellen und parallelen Schnittstellen zu reduzieren und eine einheitliche, universell nutzbare Schnittstelle zu generieren.
Über die Jahre wurden die einzelnen USB-Standards immer weiterentwickelt: Angefangen bei USB 1.0/1.1 über USB 2.0 bis hin zu USB 3.0. Mit den einzelnen Weiterentwicklungen wurde die USB-Schnittstelle bezüglich Datenrate und maximaler Stromstärke immer leistungsfähiger. So lag beispielsweise bei USB 1.0 die maximale Übertragungsrate und Stromstärke bei 1,5 MBit/s und 0,1A. Demgegenüber liefert USB 3.1 (USB 3.2 Gen 2) bereits 10 GBit/s und 3A in Verbindung mit USB-C. Mit der Erscheinung von USB 2.0 etablierte sich somit ab dem Jahr 2000 die USB-Schnittstelle bei Apples Mac und PC-Systemen anderer Hersteller
USB-Standards im Überblick
| Standard | Datenrate | Stromstärke | Leistung | Jahr |
| USB 1.0/1.1 | 1,5 MBit/s (LowSpeed) 12 MBit/s (FullSpeed) | 0,1A | 0,5W | 1998 |
| USB 2.0 | 480 MBit/s (HighSpeed) | 0,5A | 2,5W | 2000 |
| USB 3.0 (USB 3.2 Gen 1) | 5 GBit/s (SuperSpeed) | 0,9A 3A (USB-C) | 4,5W 15W (USB-C) | 2008 |
| USB 3.1 (USB 3.2 Gen 2) | 10 GBit/s (SuperSpeed+) | 0,9A 3A (USB-C) | 4,5W 15W (USB-C) | 2013 |
| USB 3.2 (USB 3.2 Gen2x2) | 20 GBit/s (SuperSpeed USB 20Gbps) | 3A (USB-C) | 15W | 2017 |
Was ist Thunderbolt 3?
Thunderbolt 3 ist ein Übertragungsstandard
Genauso wie USB 3.1 ist Thunderbolt 3 ein Übertragungsstandard. Dieser ermöglicht die Datenkommunikation, sowie die Bereitstellung von Strom für Spannungsversorgungen und Ladefunktionen in einem Interface. Elektromechanisch nutzt Thudnerbolt 3 gleichermaßen wie USB 3.1/3.2 das USB-C Steckersystem.
Thunderbolt 3 arbeitet mit einer maximalen Datenrate von 40 GBit/s und ist damit vier mal so schnell wie USB 3.1 (USB 3.2 Gen 2). Der Thunderbolt 3 Standard bündelt insgesamt die Interfaces PCI-Express in der Version 3.0, USB 2.0/3.1 (5 GBit/s und 10 GBit/s) sowie Display-Port. Konkret umfasst Thunderbolt 3 acht Display-Port 1.2 Kanäle, womit sich zwei UHD-Videos (4K-Video) über eine Schnittstelle bzw. Kabel übertragen lassen.
Die Entstehung von Thunderbolt
Die Entwicklung von USB hat bis zum Standard 3.0 eine Vielfalt an unterschiedlichen Kabeln und Steckern hervorgerufen. Damit ist man von der urspünglichen Idee, eine einheitliche Schnittstelle für externe Hardware zu generieren, wieder ein Stück weggerückt. Parallel zu USB haben sich zudem weitere Schnittstellen entwickelt. Hierbei sind beispielsweise die Monitor-Anschlüsse DVI, HDMI und Display-Port zu nennen.
Diesen Umstand haben Apple und Intel gemeinsam zum Anlass genommen, um erneut eine einheitliche und universelle Schnittstelle zu generieren. Das Resultat war Thunderbolt: Eine Schnittstelle die mit nur einem Kabel über einen Hub viele Protokolle und Einzel-Schnittstellen abbilden kann.
Thunderbolt: Erste und zweite Generation
Thunderbolt arbeitet in der ersten Generation mit einer Datenrate von 10 GBit/s und bündelt die Schnittstellen PCI-Express und Display-Port. Damit unterstütze Thunderbolt von Beginn an alle gängigen Schnittstellen rundum USB, Audio und Grafik. Durch die Verwendung von PCI-Express kann auf der Peripherie-Seite USB, SATA und LAN abgebildet werden.
Die Weiterentwicklung zu Thunderbolt 2 hebt die Datenrate von 10 GBit/s auf 20 GBit/s an. Wichtig ist hierbei, dass bei Thunderbolt 1 zwei Kanäle zu je 10 GBit/s zum Einsatz kommen. Bei Thunderbolt 2 werden diese beiden Kanäle zu einem 20 GBit/s Kanal gebündelt. Folglich werden insgesamt nicht mehr Daten pro Sekunde übertragen. Durch die höhere Datenrate in einem Kanal bestand nun aber die Möglichkeit 4K-Videos zu übertragen.
Kompatibilität von Thunderbolt 3 und USB 3.1
Thunderbolt 3 nutzt als Steckersystem USB-C und unterstützt auch die USB-C-Funktionalität. Folglich kann Thunderbolt 3 sowohl die USB-C-Stromversorgung realsieren und die USB-Standards USB 3.1/3.2 abbilden.
Wichtig: Bei einer Thunderbolt 3 Verbindung benötigt man ein spezielles Thunderbolt-Kabel. Ein standard USB-C-Kabel kann für eine Thunderbolt 3 Verkabelung nicht genutzt werden.
USB 3.1 bzw. USB 3.2 hingegen unterstützt andersherum kein Thunderbolt 3, auch wenn gleichermaßen ein USB-C Port vorliegt.
Wie kann man Thunderbolt 3 von USB 3.1 unterscheiden?
Thunderbolt 3 und USB 3.1/3.2 nutzen USB-C als Steckersystem. Einen Thunderbolt 3 Port erkennt man durch ein abgebildetes Blitzsymbol auf dem Stecker oder der Buchse.
Thunderbolt 3 und USB-C sind die Zukunft
Thunderbolt 3 hat mit einer Datenrate von 40 GBit/s und der Bündelung der Standards PCI-Express, Display-Port und USB das Zeug für eine zukunftssichere Schnittstelle. Insbesonder die Verbindung mit USB-C ist universell einsetzbar und ist in Sachen Bauweise und Handhabung ein deutlicher Fortschritt.
Durch die Nutzung von USB-C können Hersteller von Rechnern und anderen digitalen und mobilen Endgeräten über ein und den selben Port wahlweise Thunderbolt 3 oder USB 3.1/3.2 umsetzen, bei einer gleichzeitig leistungsstarken Stromversorgung. Mit USB-C als zukunftssicherer Port kann auch der aktuelle Kabelsalat seitens USB und anderer Ports klein gehalten werden.
Übrigens: Der Raspberry Pi 4 verwendet nun erstmals auch USB-C zur Stromversorgung.
Dockingstationen mit Thunderbolt 3 und USB 3.1
Mit Thunderbolt 3 lassen sich zudem auch erstmals echte Dockingstationen realsieren. Dockingstationen auf Basis von USB arbeiten bei der Datenübertragung vom Host bis hin zur Station mit USB und lösen anschließend die einzelnen Schnittstellen auf. Thunderbolt hingegen bietet mit PCI-Express zwar ein ähnliches Verfahren, aber ermöglicht die Anbindung externer Pheripherie via PCI direkt an den Chipsatz des Hauptprozessors.
Gegenüber den bisherigen Dockingstationen auf Basis von USB 2.0, USB 3.0 oder USB 3.1, exisitieren bereits Thunderbolt 3 Docks. Bei der Auswahl einer USB-C Dockingstation ist zu beachten, ob diese mit Thunderbolt 3 oder USB 3.1/3.2 arbeitet. Folglich kann eine Thunderbolt 3 Dockingstation nur an einen Thunderbolt 3 Port angeschlossen werden. Eine Dockingstation auf Basis von USB 3.1 kann jedoch nauch an einen Thunderbolt 3 Port angeschlossen werden.
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