USB4の概要を解説 : USB Type-Cオンリーで最高40Gbps

USB4やUSB Type-Cの仕様書を元に、USB4を解説します。

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この記事について

コンピューター関係の代表的な仕様・規格の1つである「USB」は、検索すればたくさんの解説記事がヒットします。その一方で内容が不正確だったり古い記事も少なくなく、インターネットで正しい情報を得るのは容易ではありません。

そのUSBについて、毎回1つのテーマに沿って解説するシリーズが「今さら聞けないUSB」です。

今さら聞けないUSB
「今さら聞けないUSB」の記事一覧です。

ということで4回目の今回は「USB4」について解説します。

USB4とは

USB4は、いくつかの種類に分けることのできるUSBの仕様のうちの「データ転送に関する仕様」に当たります。

データ転送に関する仕様USB4 / USB 3.2 / USB 2.0
電力供給に関する仕様USB Power Delivery (USB PD) / USB Battery Charging (USB BC)
コネクターの形状に関する仕様USB Type-C / USB 3.1 Legacy Cable and Connector

データ転送に関する仕様は2008年にUSB 3.0が登場して以降、USB 3.1、USB 3.2とアップデートされてきました。

USB4はUSB 3.xとは異なる別の仕様として策定されており、USB 3.2という仕様がなくなるわけではなく、USB4が新しく追加されるイメージです。

USB4の正式名称

正式名称は「Universal Serial Bus 4」、略して「USB4™」です。「USB 4」や「USB 4.0」ではありません。

Appleは「USB 4」という表記を行っていますが、スペースが入っているので厳密には正しくありません。 (USB-IFの理事メンバーなのに)

USB4の特徴

USB4は最高40Gbps

USB4の最大の特徴は、データ転送速度が強化されていることです。USB 3.1では最高10Gbps、USB 3.2では最高20Gbpsでしたが、USB4は最高40Gbpsまでデータ転送速度が向上しています。

ただし「最高40Gbps」であり、「必ず40Gbps」ではありません。USB4にはUSB4 40GbpsとUSB4 20Gbpsの2種類の動作モードがあり、機器によってはUSB4 20Gbpsにしか対応していない場合があります。

USB4はUSB Type-Cのみ

USB Type-C プラグ

今までのUSB 2.0・USB 3.xではUSB Standard-A、USB Micro-B、USB Type-Cなど様々なコネクター形状に実装可能でしたが、USB4はUSB Type-Cのみとなっています。

そのため、USB4のデータ転送を行うためには、USB4またはUSB 3.xに対応している両端がUSB Type-Cのケーブルを使用する必要があります。変換アダプターで無理やり接続した場合、USB 3.xまたはUSB 2.0での動作となります。

USB4は7.5Wの電力供給が可能

USB 2.0では最大2.5W (5V 0.5A) 、USB 3.xでは最大4.5W (5V 0.9A) の電力を供給することが可能でしたが、USB4では少なくとも7.5W (5V 1.5A) の電力を供給することが可能となっています。

「少なくとも7.5W」というのがポイントで、その気になれば10Wや15Wといった電力を供給できるようにすることも可能です。実際にそのような実装をするかどうかはメーカー次第ですが、供給できる電力が大きければその分バスパワーで動かせるデバイスも増えるため、ユーザーの利便性向上に繋がります。

映像出力に対応

USBはHDMIのような映像用の仕様ではないため、USBから映像を出力することはできませんでした。USB Type-Cが登場してからはDisplayPort Alt Modeで映像を出力できるようになりましたが、あれはあくまでコネクターの形状がUSBなだけで、信号的にはDisplayPortです。

しかし、USB4ではついに映像の出力に対応しました。DisplayPort Alt ModeではなくUSB4として映像を出力します。 (まぁ厳密なことを言うとUSB4もDisplayPortを利用してるんですが)

USB4のベースになったThunderboltには「Thunderboltモニター」という製品ジャンルがありましたが、将来的にはUSB4でも「USB4モニター」が製品化されると予想されます。

DisplayPort Alt Modeにも対応

USB4の映像出力と紛らわしいですが、USB4ポートはDisplayPort Alt Modeにも対応しています。「USB4の映像出力」と「DisplayPort Alt Mode」は別物です。

今までのUSBの仕様ではDisplayPort Alt Modeへの対応はオプションだったため、例えば同じ「USB 3.1のUSB Type-Cポート」でもDisplayPort Alt Modeに対応しているものもあれば対応していないものもありましたが、USB4ではDisplayPort Alt Modeへの対応が必須となりました。

つまり、USB4ポートは

  • USB4による映像出力
  • DisplayPort Alt Modeによる映像出力

という2通りの映像出力が可能です。

 
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USB 2.0 / USB 3.xとの互換性

今までUSBがそうだったようにUSB4も既存のUSB製品との下位互換性があり、USB 3.2やUSB 2.0にも対応しています。

一方でUSB4は完全な上位互換ではありません。どこが上位互換ではないのかというと、USB 3.2 Gen 2×2への対応が必須ではない (オプションである) 点です。つまりUSB4ポートには、USB 3.2 Gen 2×2に対応しているUSB4ポートと、USB 3.2 Gen 2×2に非対応のUSB4ポートがあります

今のところUSB 3.2 Gen 2×2はごく一部のポータブルSSDなどで使用されているだけなのでUSB 3.2 Gen 2×2非対応でもそこまでデメリットは無いと思われますが、もしUSB 3.2 Gen 2×2を利用予定の場合は注意が必要です。

USB4ケーブルについて

これまでずっと「USB4ケーブル」とひとまとめにしていましたが、実はUSB4ケーブルは2種類あります。

ケーブルの種類最大ケーブル長USB4USB PD
USB4 40Gbpsケーブル0.8m対応 (最高40Gbps)対応 (3A or 5A)
USB4 20Gbpsケーブル2.0m対応 (最高20Gbps)対応 (3A or 5A)

簡単に言うと、0.8mまでは40Gbps、0.8mより長いケーブルは20Gbps止まりです。 (パッシブケーブルの場合)

ケーブルがUSB4 20Gbps止まりの場合、PCや周辺機器がUSB4 40Gbpsに対応していたとしてもUSB4 20Gbpsでの動作となってしまうため、性能をフルに発揮させるためにはUSB4 40Gbpsケーブルを使用することが重要です。

また、USB4のデータ転送には既存のUSB 3.xケーブルも使用可能です。動作はUSB4 20Gbpsとなりますが、従来のUSB 3.xケーブルでもUSB4のデータ転送を行うことができます。

まとめ

  • USB4は最高40Gbpsで映像出力もできる
  • USB Type-Cオンリー
  • USB4ポート
    • USB4, USB 3.2 Gen 2, USB 2.0に対応
    • USB 3.2 Gen 2×2に対応しているどうかはその機種次第
    • USB4とDisplayPort Alt Modeによる映像出力に対応
  • USB4ケーブル
    • USB4, USB 3.x, USB 2.0のデータ転送に対応
    • USB4 40Gbpsに対応しているケーブルと、USB4 20Gbpsまでのケーブルがある
    • 既存のUSB 3.xケーブルもUSB4 20Gbpsケーブルとして使用可能

USB 3.2 Gen 2×2がオプションである点だけは注意が必要ですが、それを除けば既存のUSBの上位互換であるため、基本的には挿せば動きます。

USB4をより深く理解するためにはトンネリングやThunderbolt 3との互換性といった部分も知る必要がありますが、普通にUSB4を使う分には必ずしも必要な知識ではないため、本記事では解説しません。気が向いたら別の記事にまとめたいと思います。

参考文献 / References

本記事は以下の仕様書を元に作成しました。

  • USB4 Specification, Version 1.0
  • USB Type-C Cable and Connector Specification, Release 2.0
  • USB Power Delivery Specification, Revision 3.0, Version 2.0
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