分かりづらいThunderbolt 3とUSB Type-Cの違いについてまとめてみた

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紛らわしいThunderbolt 3とUSB Type-C (USB-C)の違いについて調べてみました。

はじめに

最近のPC界隈で最も分かりにくいネタの1つが『USB Type-C』です。特にThunderbolt 3が絡んでくるとスペック表などで『Thunderbolt 3 (USB-C)』といった実情に即していない表記がされるため、完全に初見殺しの様相を呈しています。

私も最近PCを新調しようとした時にこの壁にぶち当たり、あまりの分かりにくさに半分キレながらThunderbolt 3とUSB Type-Cの違いについて調べましたので、その内容を備忘録として残しておこうと思います。

USB Type-Cとは端子の形状の1種

まず何よりも先にハッキリとさせておかなければならないのが、『USB Type-Cはただの端子の形状の1種である』という点です。

USB Type-C

よく間違えやすいのですが、USB Type-C=USB 3.1ではありません。USB Type-Cだからといって必ず転送速度が早いわけでなく、USB 2.0なUSB Type-Cポート・ケーブルも存在しています。

また、必ずしもUSB PDに対応しているわけではない点にも注意が必要です。たとえノートPCに搭載されているUSB Type-Cポート同士であっても、そのポートからPCを充電できるかは機種によって異なります。

『USB Type-Cは端子の形状の1種』『USB Type-C=USB 3.1ではない』『USB Type-C=USB PD対応ではない』という3つのポイントを理解したら、次に移りましょう。

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Thunderbolt 3の動作原理

次はThunderbolt 3の動作原理です。

一言で言うと、Thunderbolt 3はUSB Type-Cに実装されているAlternate Mode (代替モード)という仕組みを利用して動作しています。

Alternate Modeとは

Alternate Modeとは、USB Type-Cポート/ケーブルを使用して別の規格の信号を流す規格のことです。

流せる信号としてはDisplayPort、Thunderbolt、HDMI、MHLの4種が策定されています。(2017年9月時点)

ベースはUSB Type-C

すぐ上に書きましたが、Thunderbolt 3はUSB Type-CのAlternate Modeという仕組みを使って動作しています。つまり、ベース(土台)はUSB Type-Cです。

ベースがUSB Type-Cということは、『Thunderbolt 3ポート=USB Type-Cポートの1種』ということになります。ですので、PCに搭載されているThunderbolt 3ポートはもれなくUSBデバイスを扱うことが可能(USB Type-Cポートとして利用することが可能)です。

『Thunderbolt 3 (USB-C)』という表記

PCのスペック表でよく見かける『Thunderbolt 3 (USB-C)』といった表記ですが、あれは厳密には誤りであり、あの表記こそがThunderbolt 3とUSB Type-Cを分かりづらくさせている元凶であると私は考えています。

というのも、Thunderbolt 3はUSB Type-CのAlt Modeという仕組みを利用して動作しているからです(さっきから何度も言っていますが)。言い換えれば、Thunderbolt 3ポートとは『Thunderbolt 3 Alt Modeに対応したUSB Type-Cポート』となります。

ですので、『USB Type-C (Thunderbolt 3 Alt Mode対応)』といった表記の方がより実情に即しており、なおかつユーザーも「Thunderbolt 3の信号も流せるUSB Type-Cポートなんだね」と理解しやすいと思うのですが……どうでしょう?

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ポート

結論を先に言うと、Thunderbolt 3ポートでは以下の3種類の接続を利用することができます。

  • USB 3.1 Gen2接続
  • DisplayPort 1.2接続 (Alt Mode)
  • Thunderbolt 3接続 (Alt Mode)

USB 3.1 Gen2接続

USB Type-Cポートの1種なので当然といえば当然なのですが、Thunderbolt 3ポートはUSB接続を行うことが可能です。

ただ、Thunderbolt 3ポートと普通のUSB Type-Cポートではある1点が決定的に異なっています。それは、『Thunderbolt 3ポートはもれなくUSB 3.1 Gen2対応している』という点です。

最初に説明しましたが、USB Type-Cとは端子の形状の規格です。そのため、見た目は同じUSB Type-Cポートであっても中身はUSB 2.0であったりUSB 3.1 Gen1であったりUSB 3.1 Gen2であったりと、機種によって全く性能が異なるのが実情です。

一方のThunderbolt 3ポートですが、そもそもがハイエンド向けの規格である影響か、USB接続に関してはUSB 3.1 Gen2に統一しています。機種ごとに全く性能の異なる普通のUSB Type-Cポートと比較して、大きなアドバンテージと言えるでしょう。

DisplayPort 1.2接続

1つ上に書いたUSB 3.1 Gen2接続の件と同じく、Thunderbolt 3ポートはもれなくAlt ModeによるDisplayPort 1.2接続に対応しています。

こちらも普通のUSB Type-Cポートでは対応・非対応が機種ごとにバラバラな機能なので、もれなく対応しているというのはThunderbolt 3ポートのアドバンテージとなります。

Thunderbolt 3接続

もはや何を言っているんだという感じではありますが、Thunderbolt 3ポートはAlt ModeによるThunderbolt 3接続に対応しています。

ただ、1つ注意点があって、一部機種のThunderbolt 3ポートは40Gbpsでのデータ転送をサポートいません。(帯域がPCIe 3.0 x4ではなくPCIe 3.0 x2となっている)

まとめ

『Thunderbolt 3ポート』と『Thunderbolt 3ポートではないUSB Type-Cポート』の違いをまとめたのが以下の表です。

USB 2.0 USB 3.1 Gen1 USB 3.1 Gen2 DisplayPort 1.2
(Alt Mode)
Thunderbolt 3
(Alt Mode)
USB PD
での給電
USB PD
での受電
USB Type-Cポート 機種による 機種による 機種による 機種による 機種による 機種による
Thunderbolt 3ポート 機種による 機種による

簡単に言うと、『全部入りのUSB Type-Cポート』=『Thunderbolt 3ポート』です。ただ、全部入りなのはあくまでデータ通信のみであって、USB PD関係はThunderbolt 3ポートだろうが普通のUSB Type-Cポートだろうがどっちでもオプション扱いなので注意が必要です。

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ケーブル

ポートについてまとめたところで次はケーブルに移ります。

まとめ

とりあえず結論を先に載せておき、下に注意点を書いていこうと思います。

USB接続 Alternate Mode接続 USB PD
USB 2.0 USB 3.1 DisplayPort 1.2 Thunderbolt 3 (20Gbps) Thunderbolt 3 (40Gbps) 3A 5A
USB Type-C
ケーブル
USB 2.0 ケーブルによる
USB 3.1 ケーブルによる ケーブルによる
Thunderbolt 3
ケーブル
アクティブ ケーブルによる
パッシブ (~1m) ケーブルによる
パッシブ (1m~) ケーブルによる

アクティブ・パッシブとは

アクティブ・パッシブというのは、『信号を補正・調整する機能を持っているかどうか』を表しています。

一般に信号調整機能を持ったケーブルをアクティブケーブルと呼び、そういった機能のないケーブルをパッシブケーブルと呼びます。これはThunderboltに限った呼び方ではなく、ケーブル全般で使われる呼称です。(HDMIケーブルの例)

アクティブケーブルは(ほぼ)Thunderbolt 3専用

Thunderbolt 3ケーブルで1番注意すべきなのがアクティブケーブルです。

というのも、Thunderbolt 3アクティブケーブルはUSB 3.1でのデータ転送や、Thunderbolt 3以外のAlt Mode接続(つまりDisplayPort Alt Mode)をサポートしていません。(かろうじてUSB 2.0でのデータ転送はできる)

これはあくまで憶測ですが、SSTX(USB 3.1とAlt Modeに使われる信号線)がThunderbolt 3専用仕様となっていることが原因と考えられます。アクティブケーブルとは信号調整機能のあるケーブルですから、おそらくその調整を担っている機構がThunderbolt 3以外を受け付けない仕様となっており、その結果としてUSB 3.1でのデータ転送とThunderbolt 3以外のAlt Mode接続を不可能にしていると思われます。

TB3パッシブケーブルはUSB 3.1ケーブルとしても使える

Thunderbolt 3パッシブケーブルはUSB 3.1なType-C to Type-Cケーブルとしても使用することができます。

例えばCable MattersのThunderbolt 3パッシブケーブルはThunderboltとUSB IFの両方の認証を取得しているらしいです。

USB Type-Cケーブルの流用は諦めた方が良い

USB Type-Cケーブルとして販売されているものをThunderbolt 3ケーブルとして流用するのは不可能でありませんが、現実的ではありません。

まず、Alt Modeに使用するためには必ずUSB 3.1に対応している必要があります。しかしながらUSB 3.1に対応しているC to Cケーブルであるからと言って、必ずAlt Modeに使えるというわけでもありません。USB 3.1なC to Cケーブルの中で、更に選ばれしケーブルのみがAlt Modeに使用することができます

運が良ければこちらのブログの方のようにUSB 3.1 Type-C to Type-CケーブルでThunderbolt 3接続を行えますが、『そのケーブルがAlt Modeに対応しているか』というのはUSB PDの通信を確認する必要があるため、あまり現実的とは言えません。

『40Gbps対応=アクティブケーブル』ではない

『40Gbpsでのデータ転送はアクティブケーブルのみで、パッシブケーブルでは20Gbpsまで』という勘違いをしやすいのですが、実は違います。

そもそもなぜアクティブケーブルが信号を調整するかというと、そのままではノイズや減衰で40Gbpsもの速度を確保できないからです。つまり、ノイズや減衰の影響が小さければ、信号を調整せずとも速度を確保できる、ということになります。

そんな訳で、ケーブル長を0.5mにすることによって転送速度40Gbpsを確保したパッシブケーブルが各社から販売されています。

結論

基本的には1~2mのThunderbolt 3パッシブケーブルを買っておけばUSB 3.1対応のType-Cケーブルとしても使えるので間違いないです。

ただ、外付けGPUボックスやThunderbolt 3 5Kディスプレイなどを使うためにはTB3 40Gbps対応のケーブルが必要なので、そこだけ注意が必要です。

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Thunderbolt 3ケーブルまとめ

アクティブケーブル

メーカー/ブランド 製品名/型番 転送速度 USB PD 長さ Amazon.co.jpリンク メーカー製品ページ
Apple (Belkin) HKK22ZM/A 40Gbps 3A 2m Apple
Belkin F2CD085 40Gbps 5A 2m Amazon.co.jp Belkin
Cable Matters 107012 40Gbps 3A 1m Cable Matters
CalDigit TBT3-A10B-540 40Gbps 5A 1m Amazon.co.jp CalDigit
TBT3-A20B-540 40Gbps 2m Amazon.co.jp
StarTech TBLT3MM1MA 40Gbps 3A 1m Amazon.co.jp StarTech
TBLT3MM2MA 40Gbps 3A 2n Amazon.co.jp StarTech

パッシブケーブル

メーカー/ブランド 製品名/型番 転送速度 USB PD 長さ Amazon.co.jpリンク メーカー製品ページ
Apple (Belkin) HKK12ZM/A (F2CD082ds0.5MBK) 40Gbps 3A 0.5m Apple
Belkin F2CD084 40Gbps 5A 0.5m Amazon.co.jp Belkin
F2CD081 20Gbps 3A 1m Amazon.co.jp Belkin
Cable Matters USB認証品 107002 40Gbps 3A 0.5m Amazon.co.jp Cable Matters
20Gbps 1m / 2m Amazon.co.jp Cable Matters
Plugable TBT3-40G50CM 40Gbps 3A 0.5m Amazon.co.jp Plugable
TBT3-20G1M 20Gbps 3A 1m Amazon.co.jp Plugable
TBT3-20G2M 20Gbps 3A 2m Amazon.co.jp Plugable
StarTech TBLT34MM50CM 40Gbps 3A 0.5m Amazon.co.jp StarTech
TBLT3MM1M 20Gbps 3A 1m Amazon.co.jp StarTech
TBLT3MM2M 20Gbps 3A 2m Amazon.co.jp StarTech

所感

ポートについては基本的に上位互換なので良いですが、逆にケーブル周りは非常にややこしくて厄介です。

USB Type-CケーブルもThunderbolt 3ケーブルも端子の形状は同一なのですから、アクティブなThunderbolt 3ケーブルはUSB 3.1やDisplayPortとの互換性を何としてでも維持するか、それが不可能ならUSB Type-Cではない独自の端子を採用すべきだったと思います。

参考

■Thunderbolt
https://thunderbolttechnology.net/

■USB IF – USB Type-C Specification Rev 1.2
http://www.usb.org/developers/docs/