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Thunderbolt 5: Intel plant Verdopplung der Datenrate - erste Details des kommenden Standards geleakt

Mit einer maximalen Bandbreite von 40 Gigabit/Sekunde ist Thunderbolt 3 hinreichend leistungsfähig, um gleichzeitig einen 4K-Monitor anzusteuern, Daten via PCIe und USB in hoher Geschwindigkeit zu übertragen sowie LAN-Verbindungen zu nutzen. Mit dem kommenden Standard Thunderbolt 4 ändert sich daran nichts, denn die Datenrate bleibt gleich, allerdings wird der Funktionsumfang erweitert. Mehr Speed soll es jedoch bei der fünften Generation geben.


USB-Datenraten von maximal 80 Gigabit/Sekunde
In einem Tweet hat ein hochrangiger Intel-Mitarbeiter einige Spezifikationen von Thunderbolt 5 verraten. Der Beitrag von Executive Vice President Gregory Bryant wurde zwar umgehend wieder gelöscht, Anandtech konnte die in den auf Twitter geteilten Fotos enthaltenen Informationen und Grafiken allerdings sicherstellen. Eines der Bilder zeigte ein Poster mit dem Titel "80G PHY Technology". Das deutet darauf hin, dass Intel an den technischen Grundlagen für Datenraten bis zu 80 Gigabit/Sekunde arbeitet. Bekräftigt wird das durch die Information, USB 80G solle das existierende USB-C-Ökosystem unterstützen, also die bekannten Steckverbindungen nutzen und abwärtskompatibel sein.


Quelle: AnandTech

Höhere Bandbreite durch Übertragung von 1,5 Bit pro Takt
Unterschiede zu Thunderbolt 3 und 4 wird es hingegen bei der Art der Übertragung geben. Beim Physical Layer (PHY) soll dem gelöschten Tweet zufolge Pulse Amplitude Modulation 3 (PAM-3) zum Einsatz kommen. Bei diesem Verfahren werden anders als etwa beim herkömmlichen NRZ (Non Return to Zero) nicht zwei Zustände (0 und 1) übermittelt, sondern deren drei (+1, 0 und -1). Bei jedem Taktzyklus gehen so 1,5 Bits über die Leitung, während es bei NRZ naturgemäß nur ein Bit ist. Möglich wäre auch der Einsatz von PAM-4, das zwei Bit pro Takt überträgt. Allerdings weist diese Technik einige Einschränkungen auf, welchen Intel offenbar aus dem Weg gehen möchte. Genutzt wird PAM-4 beispielsweise bei PCI Express 6, Pulsamplitudenmodulation kommt zudem beim Ethernet-Standard 10GBase-T zum Einsatz.

Erster Test-Chip arbeitet in Intels Entwicklungslabor
Laut den von Bryant geposteten Bildern arbeitet ein erster Test-Chip bereits im Labor des CPU-Giganten, die Ergebnisse sind vielversprechend. Von der Serienreife ist Thunderbolt 5 allerdings noch weit entfernt. Allzu großen Druck dürfte Intel bei der Entwicklung des kommenden Standards nicht verspüren, denn bislang sind kaum Geräte mit Thunderbolt 4 auf dem Markt. Apple verbaut ebenso wie andere Computerhersteller nach wie vor Thunderbolt 3, wann die nächste Schnittstellengeneration in den Macs zu finden sein wird, ist derzeit nicht bekannt.

Kommentare

beanchen02.08.21 15:24
Wen interessiert Geschwindigkeit, wenn es gar nicht funktioniert? Erst mal schauen, ob TB4 das versprochene Ende des Standardwirrwarrs bringt.
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RyanTedder
RyanTedder02.08.21 16:08
Was genau soll Thunderbolt 5 Geschwindigkeitstechnisch bringen, wenn nichtmal Thunderbolt3/4 ansatzweise ausgereizt wird? SSD‘s kommen da überhaupt nicht hinterher
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trw
trw02.08.21 16:15
... ich bin froh, dass Kabel (10m-Corning) und Docks (elgato) bei mir gerade mal alle zusammen nun bei TB3 angekommen sind. ....
+1
Maniacintosh
Maniacintosh02.08.21 16:24
RyanTedder

Ein Kabel zwischen MacBook und Dockingstation. Und trotzdem laufen zwei TB-SSDs, 10GE und zwei 5K-Monitore und diverses USB-Zeug ohne Geschwindigkeitseinbussen. Ist doch super…
+4
FelixE02.08.21 16:29
… die zwei TB-SSDs aber nur noch wenn's langsame sind.
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RyanTedder
RyanTedder02.08.21 16:51
Maniacintosh
RyanTedderEin Kabel zwischen MacBook und Dockingstation. Und trotzdem laufen zwei TB-SSDs, 10GE und zwei 5K-Monitore und diverses USB-Zeug ohne Geschwindigkeitseinbussen. Ist doch super…

An Ethernet hatte ich gar nicht mehr gedacht, stimmt. Sind 2x5K Monitore denn wirklich ein reales Szenario? Da mach ich mir eher Sorgen um die GPU Leistung des PC
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Matze198502.08.21 17:09
RyanTedder
Maniacintosh
RyanTedderEin Kabel zwischen MacBook und Dockingstation. Und trotzdem laufen zwei TB-SSDs, 10GE und zwei 5K-Monitore und diverses USB-Zeug ohne Geschwindigkeitseinbussen. Ist doch super…

An Ethernet hatte ich gar nicht mehr gedacht, stimmt. Sind 2x5K Monitore denn wirklich ein reales Szenario? Da mach ich mir eher Sorgen um die GPU Leistung des PC

Bis Thunderbolt 5 marktreif ist, vergeht sicher noch eine gewisse Zeit. Somit haben alle anderen genug Zeit, sich weiterzuentwickeln.
Der Pro Markt wird sich sicher freuen. Der Rechner steht im Maschinenraum und ein Glasfaser Thunderboltkabel führt in die Editsuite.
+1
gfhfkgfhfk02.08.21 20:10
RyanTedder
Was genau soll Thunderbolt 5 Geschwindigkeitstechnisch bringen, wenn nichtmal Thunderbolt3/4 ansatzweise ausgereizt wird? SSD‘s kommen da überhaupt nicht hinterher
Es gibt SSDs, die sind jetzt schon deutlich schneller als TB3. Der Standard bei Consumerhardware im M.2 SSDs ist bereits PCIe 4.0×4, so dass effektiv 7GB/s übertragen werden können: als BeispielSamsung 980 Pro.

Fürs Datacenter gibt es massenweise Zubehör, dass mehr als die TB3 Bandbreite benötigt: Netzwerkkarten (die gibt es mittlerweile mit 200Gbps), Beschleunigerkarten, RAID-Controller, …
+4
ela03.08.21 07:38
TB5 … volle Übertragungsrate aber nur mit einem speziellen Kabel, dessen beiden USB-C-Enden aber auch nur einen Blitz tragen, wie alle anderen TB-Kabel auch?
… Und wenn es zusätzlich noch ein Bildsignal sein soll, dann nur mit einem anderen Spezial-Kabel, dass sich der Optik wegen aber nicht von den anderen unterscheidet?
… dafür gehen dann auch einfache USB-Ladekabel am Port - die sehen im Grunde genauso aus, nur dass kein Blitz auf den Steckern ist… außer es ist ein TB 1, 2, 3 oder 4 Kabel…



geht gleich wieder … ist mir nur gerade wieder in den Sinn gekommen, weil diese Flut an verschiedenen Kabeln, die alle identisch aussehen aber verschiedene Dinge können (manche von denen nicht mal ausreichend Strom liefern - oder NUR Strom aber keine Daten etc.) anfängt etwas lästig zu werden…

Und das neue Firmen-Notebook hat eine Docking-Station die über so ein "USB-C" Kabel angeschlossen wird. Das ist allerdings ein Thunderbolt-Kabel (also mit Blitz) und muss am Notebook auch in den Anschluss, auf dem der Blitz ist (die Kolleg*innen identifizieren diesen als "Da kommt Strom rein")
Von den 2 USB-C Buchsen ist das dankenswerterweise der vordere, so dass der hintere dann auch "tot" ist, weil das Kabel zur Dockingstation da meist im Weg liegt… aber gut, man soll ja dann auch alles ans Dock anschließen
+1
Mecki
Mecki03.08.21 22:00
ela
Ich denke du bist wie viele Menschen vom USB-C Stecker verwirrt. Wichtig ist, dass man versteht, dass USB-C ein Standard ist, der einen Stecker bzw. eine Buchse beschreibt, mehr nicht. Er hat erst einmal nichts direkt mit irgend eine USB Standard zu tun. Das einzige was so ein Buchse bereit stellen muss ist Strom. Dafür sind 4 Spannungs-Pins und 4 Masse-Pins vorgesehen und normalerweise wird 5 Volt bereit gestellt.

Wenn jetzt ein Hersteller ein Kabel baut, das nur die Spannung- und Masse-Pins verbindet (wozu er auch nur zwei Adern nutzen kann, denn auch wenn es je 4 Pins sind, müssen die nicht einzeln verkabelt werden), dann kann man damit Geräte laden, mehr aber auch nicht. Solche reinen Ladekabel sind aber eigentlich nicht spezifiziert und sollten gar nicht existieren (man findet sie aber bei ebay und Amazon als Asienimport).

Erlaubt sind hingegen reine Ladekabel, die außer Strom noch einen der beiden Configuration Channel (CC) Pins verbinden (welcher ist dabei egal, dürfen auch beide sein). Durch den CC können Netzteile dann nämlich optional USB-PD (Power Delivery) anbieten. Auch wenn Netzteil oder Endgerät USB-PD nicht beherrschen, Ladekabel sollten diese Option immer ermöglichen und sollten daher immer die CC PINs verbinden. USB-PD erlaubt es dem Endgerät vom Netzteil z.B. eine andere Spannung zu erfragen (12 oder 20 Volt statt 5 Volt) und umgekehrt erfährt es vom Netzteil, wie viel Ampere es maximal bei dieser Spannung ziehen darf, bevor die Spannung einbrechen wird (1,5, 2, 3 oder 5 Ampere). Entsprechend kann USB-PD 10, 18, 36, 60 oder sogar 100 Watt an Leistung liefern. USB-BC (Battery Charging), der Vorgängerstandard mit dem die meisten Geräte heute laden und den die EU in Europa erzwungen hat (alle Geräte und Netzteile, die in der EU verkauft werden, müssen USB-BC beherrschen), kann maximal 7,5 Watt liefern (5 Volt, 1,5 Ampere). Daher können viele Geräte neben BC auch noch andere Verfahren (viele Android Phones z.B. QuickCharge (QC) von Qualcomm und Apple hat auch noch ein eigenes Verfahren, über das immerhin 10 Watt möglich sind). Alle iPhones ab dem iPhone 8 beherrschen auch USB-PD und nutzen USB-BC nur falls nichts besseres vorhanden ist.

Sind statt der der CC-Pins hingegen die beiden Daten-Pins verbunden (wobei die CC Pins hier optional auch verbunden sein dürfen), dann hat man das einfachste USB-C Datenkabel und kann man damit immerhin USB 2 Geräte nutzen (mit einem USB-C auf USB-B oder USB-Mini oder USB-Micro Adapter) oder auch ein USB 3 Geräte im USB 2 Modus. Solche Kabel sind offiziell zugelassen. Sie brauchen keine besondere Abschirmung, können entsprechend dünn ausfallen und dürfen auch relativ lang sein, denn USB 2 arbeitet nicht mit so hohen Frequenzen. Das Aderpaar muss lediglich verdrillt sein, also so wie ungeschirmte Cat 5 Netzwerkkabel (UTP). Auf den normalen Datenleitungen laufen Daten nie schneller als mit 480 Mbit/s!

Der USB-C Stecker sieht aber noch vier weitere Aderpaare für vier weitere Highspeed-Verbindungen vor (vier Aderpaare heißt acht Pins). Und hier wird es jetzt interessant. Was über diese Kabel läuft, ist USB-C erst einmal komplett egal, aber diese Aderpaare müssen wie bei Netzwerkkabeln jeweils verdrillt und gesondert geschirmt werden (STP), was die Kabel natürlich dicker und teurer macht und sie können auch nicht mehr so lang sein, da auf diesen Links mit viel höheren Frequenzen gearbeitet wird.

Will man jetzt USB 3.x über USB-C laufen lassen, dann müssen mindestens vier der acht Highspeed Pins verbunden sein, denn Gen.1 nutzt zwei der vier Highspeed-Verbindungen für USB 3, einen für Daten vom Rechner zum Gerät und einen für die andere Richtung und beide laufen mit 5 Gbit/s. Dabei ist es egal ob das USB 3.0, 3.1 oder 3.2 ist, Gen.1, aka SuperSpeed, bedeutet immer 5 Gbit/s über zwei Aderpaare, auch wenn man statt USB-C einen USB-A Anschluss/Stecker verwendet. Die normalen Daten-Pins müssen bei einem USB 3 Kabel auch geschaltet sein, aber der Rechner muss an diesen Pins kein Signal bereit stellen, wenn er im USB 3 Modus arbeitet. Im Normalfall wird er aber USB 2 darüber anbieten, denn ansonsten könnte man USB 2 Geräte nicht an diesem Port mit einem passiven Adapter betreiben bzw. Hubs können dann USB 2 Geräte und USB 3 Geräte gleichzeitig versorgen, ohne dass sich diese Bandbreite teilen müssen (USB 2 Geräte werden von der normalen Datenleitung versorgt, USB 3 Geräte über die Highspeed-Verbindungen). Auch muss der erste CC Pin geschaltet sein, denn USB 3 braucht den um den Übertragungsmodus auszuhandeln.

Will man Gen.2 nutzen, aka SuperSpeed+, also 10 Gbit/s, egal ob USB 3.1 oder 3.2, denn Gen.2 heißt immer 10 Gbit/s, dann könnte das mit dem gleichen Kabel wie Gen.1 gehen, denn hier wurde lediglich das Übertragungsverfahren verbessert. Natürlich könnte ein billiges Kabel Gen.1 gerade noch so schaffen und Gen.2 nicht mehr. Letztlich gilt das was der Hersteller angibt. Sagt der nur USB 3 ohne Angabe von Geschwindigkeit, würde ich immer nur von 5 Gbit/s ausgehen. Ansonsten wäre das korrekte Label für Buchsen/Stecker

Will man Gen.2x2 nutzen, also 20 Gbit/s, was nur USB 3.2 und neuer kann, dann braucht man hingegen ein Kabel bei dem alle vier Highspeed-Aderpaare geschaltet sind, denn hier kommt das gleiche Verfahren wie bei Gen.2 zum Einsatz, nur wird hier über zwei Paare zeitgleich gesendet und empfangen, so erhält man die doppelte Datenrate. Entsprechend dicker und teurer ist ein passendes Kabel.

Alternativ kann über zwei der vier Highspeed-Verbindungen aber auch was ganz anderes laufen, wie z.B. DisplayPort (DP) oder HDMI, denn grundsätzlich sind Stecker und Kabel dafür geeignet. Das nennt USB dann "Alternative Mode". Natürlich kann man dann nur noch max. 10 Gbit/s via USB 3 bekommen, da diese Aderpaare USB jetzt fehlen. Oder aber man lässt gar kein USB 3 drüber laufen (abgesehen von vielleicht USB 2 über die Datenleitungen), sondern z.B. nur DP, dann darf DP alle vier Highspeed-Verbindungen nutzen, das ermöglicht dann sehr hohe Auflösungen oder Farbtiefen (10/12 Bit statt nur 8 pro Farbkanal).

Und jetzt kommt Thunderbolt: Thunderbolt nutzt alle vier Highspeed-Verbindungen des USB-C Steckers, je zwei in die eine und zwei in die andere Übertragungsrichtung und überträgt pro Richtung 40 Gbit/s (20 Gbit/s pro Aderpaar, also eigentliche 20x2). Das erreicht es vor allem durch ein noch effizienteres Übertragungsverfahren und noch höhere Frequenzen. Das stellt natürlich noch höhere Anforderungen an das Kabel bzw. verlangt nach aktiven Kabeln. Aktive Kabel haben im Stecker kleine Chips verbaut, die durch die Spannung-Pins mit Strom versorgt werden und beim Einstecken das Kabel vermessen, um das Signal nach Bedarf für den Transport anzupassen. Das ist vom Verfahren her so ähnlich wie Vectoring die DSL Leitung vermisst und dann durch eine Modifikation des Signals höhere Datenraten erreichen kann. Nur sehr kurze Kabel können bei Thunderbolt noch passiv sein (und selbst da wird es zu vielen Übertragungsfehlern kommen), die meisten Kabel sind aktiv und das macht sie natürlich deutlich teurer. Passende Kabel erkennt man im Blitz-Symbol. USB-C Kabel ohne dieses Symbol sind nicht für Thunderbolt geeignet, zumindest nicht offiziell, können aber dennoch damit funktionieren, wenn sie gut und kurz sind.

Thunderbolt überträgt übrigens USB 3 oder DisplayPort nicht auf einem anderen Aderpaar als PCI Express (PCIe), für dessen Übertragung es eigentlich konzipiert wurde (also nicht so wie der "Alternate Mode"), sondern inline, also zusammen mit den PCIe Daten über die gleichen physischen Datenleitungen. Denn auch wenn Thunderbolt primär entwickelt wurde, um eben eine PCIe Anbindung nach außen und über lange Kabel zu realisieren, statt über Steckplätze auf einer Hauptplatine, hat man von Anfang an eine Protokollschicht unterhalb von PCIe vorgesehen, die es eben auch ermöglicht beliebige andere Daten im Datenstrom zu transportieren (bzw. zu "tunneln"). Entsprechen reduziert ein DP oder USB 3 Signal, das TB tunnelt natürlich die PCIe Bandbreite. Wenn DP zum Monitor hin schon 20 Gbit/s braucht, dann stehen PCIe eben auch nur noch 20 Gbit/s zu Verfügung in diese Richtung (DP wandert nur in eine Richtung).

Wenn man aber direkt ein Display an einen Thunderbolt Port hängt und das Thunderbolt nicht beherrscht, dann gibt Thunderbolt direkt ein DisplayPort Signal aus, so wie USB 3 das auch im "Alternate Mode" machen würde, also nicht in TB eingepackt, sondern direkt über zwei Aderpaare, was auch passive Adapter (TB auf DP) ermöglicht, da diese das Signal nur auf die korrekten DP Pins legen müssen. Und hängt man direkt ein USB Gerät an den Port, dann beschaltet TB den Port so wie ein normale USB 3.x Port verdrahtet wäre. Auch hier wird dann USB nicht über TB getunntelt, sondern einfach direkt über die Datenleitungen gesendet.

Und weil das Übertragungsverfahren von TB so gut ist, hat das USB-IF sich gesagt, warum sich die Mühe machen und für USB 4 ein neues Übertragungsverfahren entwickeln? Warum nutze wir nicht nicht einfach Thunderbolt? Im Grunde nutzt also USB 4 die gleiche Übertragungstechnik wie TB 3 und erreicht damit auch 40 Gbit/s. Deswegen ist aber ein USB 4 Port nicht automatisch ein TB 3 Port. Siehe und . Nicht wundern, beim ersten steht 20 Gbit/s, aber das bezieht sich auf je ein Aderpaar pro Richtung.

Die Verwirrung kommt also daher, dass man sich hier praktisch auf einen universelle(n), flexibel beschaltbare(n) Stecker/Buchse geeinigt hat und jetzt jeder denkt "Ja, wenn das die gleiche Buchse bzw. der gleiche Stecker ist, dann kommt da auch immer das gleiche Signal" oder "Wenn das Teil USB-C heißt, dann ist das immer ein USB Port", aber beides ist falsch. Was die Buchse kann, das sagt das Symbol neben ihr. Ist da kein Symbol, dann kann sie im Zweifel nur USB 2 und sonst gar nichts, aber dafür würde man eine USB-A Buchse verbauen, daher kann man bei USB-C eigentlich von USB 3.0 Gen.1 ausgehen. Alles andere ist im Normalfall gekennzeichnet, wobei nicht immer (manche USB Buchsen können z.B. HDMI im Alternate Mode ausgeben, was man der Buchse selber aber oft nicht ansehen kann). Wichtig ist, dass man das richtige Kabel hat und hier gilt eben nicht "Kann man es einstecken, wird es schon passen". Ich kann auch von Cat 3 bis Cat 7 Netzwerkkabel kaufen und in Ethernet Ports stecken, aber ob es funktioniert, wie gut und vor allem mit welcher Geschwindigkeit hängt von Ethernetport aber eben auch vom Kabel ab. 10 Gbit/s wird man mit Cat 3 oder Cat 5 nicht bekommen, außer vielleicht auf wenigen Zentimetern und wenn keine Störquellen vorhanden sind.
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