USB 4 の概要
USB4は、USB4仕様で規定されているUSBシステムです。USB開発者フォーラムは、2019年8月29日にバージョン1.0をリリースしました。USB4の正式名称はUniversal Serial Bus Generation 4です。これは、IntelとAppleが共同開発したデータ伝送技術「Thunderbolt 3」に基づいています。USB4のデータ伝送速度は最大40Gbpsに達し、これは最新のUSB 3.2（Gen2×2）の2倍の速度です。
従来の USB プロトコル規格とは異なり、USB4 は USB-C コネクタを必要とし、電源供給には USB PD のサポートが必要です。USB 3.2 と比較すると、DisplayPort および PCI Express トンネルの作成が可能です。このアーキテクチャは、単一の高速リンクを複数の端末デバイスタイプで動的に共有する方法を定義しており、タイプとアプリケーションに応じて最適なデータ伝送処理が可能です。USB4 製品は 20 Gbit/s のスループットをサポートする必要があり、40 Gbit/s のスループットをサポートできます。ただし、トンネル伝送のため、混合データを送信する場合、データが 20 Gbit/s の速度で送信されていても、実際のデータ伝送速度は USB 3.2 (USB 3.1 Gen 2) よりも高くなる可能性があります。
USB4には20Gbpsと40Gbpsの2つのバージョンがあります。市販されているUSB4インターフェース搭載デバイスは、Thunderbolt 3の40Gbpsの速度を提供するものもあれば、20Gbpsの低速バージョンを提供するものもあります。最高速度である40Gbpsのデバイスを購入したい場合は、購入前に仕様を確認することをお勧めします。高速伝送が必要なシナリオでは、40Gbpsの速度を実現するための鍵となるUSB 3.1 C to Cケーブルを選択することが非常に重要です。
USB4とThunderbolt 4の関係について混乱している人が多いようですが、実際にはThunderbolt 4とUSB4はどちらもThunderbolt 3の基盤となるプロトコルに基づいて構築されています。両者は互いに補完し合い、互換性があります。インターフェースはすべてType-Cで、最大速度はどちらも40Gbpsです。
まず、ここで言及しているUSB4ケーブルとは、USBの伝送規格であり、USB伝送の性能と効率に関するプロトコル仕様のことです。USB4は、この仕様の「第4世代」と理解できます。
USB伝送プロトコルは、1994年にコンパック、DEC、IBM、インテル、マイクロソフト、NEC、ノーテルなど複数の企業によって共同で提案・開発されました。そして、1994年11月11日にUSB V0.7としてリリースされました。その後、これらの企業は1995年にUSBの普及と支援を目的とした非営利団体、USBインプリメンターズフォーラム（USB-IF）を設立しました。USB-IFは現在、USBの標準化団体となっています。
1996年、USB-IFはUSB1.0規格を正式に提案しました。しかし、USB1.0の伝送速度はわずか1.5Mbps、最大出力電流は5V/500mAであり、当時USBをサポートする周辺機器は非常に少なかったため、マザーボードメーカーがマザーボード上にUSBインターフェースを直接設計することはほとんどありませんでした。
▲USB 1.0
1998年9月、USB-IFはUSB 1.1規格を発表した。今回は伝送速度が12Mbpsに向上し、USB 1.0の技術的な詳細がいくつか修正された。最大出力電流は5V/500mAのままだった。
2000年4月、USB 2.0規格が導入されました。伝送速度は480Mbps（60MB/秒）で、USB 1.1の40倍です。最大出力電流は5V/500mAで、4ピン設計を採用しています。USB 2.0は現在も使用されており、最も長く使われているUSB規格と言えるでしょう。
USB 2.0以降、USB-IFは名称変更において「独自の才能」を発揮してきた。
2003年6月、USB-IFはUSBの仕様と規格の名称を変更し、USB 1.0をUSB 2.0ロースピードバージョンに、USB 1.1をUSB 2.0フルスピードバージョンに、そしてUSB 2.0をUSB 2.0ハイスピードバージョンに変更した。
しかし、USB 1.0と1.1は既に歴史的な段階を終えていたため、この変更は当時の状況にほとんど影響を与えなかった。
2008年11月、インテル、マイクロソフト、HP、テキサス・インスツルメンツ、NEC、ST-NXPといった業界大手企業で構成されるUSB 3.0プロモーターグループは、USB 3.0規格を完成させ、一般に公開しました。正式名称は「SuperSpeed」です。USBプロモーターグループは主にUSBシリーズ規格の開発と策定を担当しており、規格の管理は最終的にUSB-IFに引き継がれます。
USB 3.0の最大伝送速度は5.0Gbps（640MB/秒）に達し、最大出力電流は5V/900mAです。USB 2.0との完全な互換性を持ち、全二重データ伝送（つまり、データの送受信を同時に行うことができ、USB 2.0は半二重）をサポートするほか、電力管理機能など、より優れた機能を備えています。
USB 3.0は9ピン設計を採用しています。最初の4ピンはUSB 2.0と同じですが、残りの5ピンはUSB 3.0専用に設計されています。したがって、ピン配置を見ればUSB 2.0かUSB 3.0かを判別できます。
2013年7月、USB 3.1がリリースされ、伝送速度は10Gbps（1280MB/秒）でSuperSpeed+と謳われ、最大許容電源電圧は20V/5A（100W）に引き上げられた。
USB 3.1はUSB 3.0に比べて明らかに性能が向上していました。しかし、その後間もなく、USB-IFはUSB 3.0をUSB 3.1 Gen1に、USB 3.1をUSB 3.1 Gen2に名称変更しました。
この名称変更は消費者に混乱を招きました。多くの悪質な業者が、製品のパッケージにUSB 3.1対応とだけ表示し、Gen1かGen2かを明記しなかったためです。実際には、両者の伝送性能は大きく異なり、消費者は意図せず誤った製品を購入してしまう可能性があります。したがって、この名称変更は大多数の消費者にとって不利益な措置でした。
2017年9月、USB 3.2がリリースされました。USB Type-Cでは、データ伝送にデュアル10Gbpsチャネルをサポートし、最大20Gb/s（2500MB/s）の速度を実現。最大出力電流は20V/5Aのままです。その他の点では、若干の改善が見られます。
▲USB名の変更手順
しかし、2019年にUSB-IFは再び名称変更を行った。USB 3.1 Gen1（元のUSB 3.0）をUSB 3.2 Gen1に、USB 3.1 Gen2（元のUSB 3.1）をUSB 3.2 Gen2に、そしてUSB 3.2をUSB 3.2 Gen 2×2に改名した。
現在と未来：USB4の飛躍的進歩
USB4が登場した今、この新しいプロトコル規格のアップグレードと改善点を見ていきましょう。まず第一に、「3」から「4」への世代間アップグレードであるため、改善点は相当なものでなければなりません。
収集したすべての情報に基づくと、USB4の新機能は以下のようにまとめられます。
1. 最大伝送速度40Gbps：
デュアルチャネル伝送により、USB4の理論上の最大伝送速度は40Gbpsに達するはずであり、これはThunderbolt 3（以下「Thunderbolt 3」と呼ぶ）と同じである。
実際、USB4には10Gbps、20Gbps、40Gbpsの3つの伝送速度があります。したがって、最高速度である40Gbpsのデバイスを購入したい場合は、購入前に仕様を確認することをお勧めします。
2. Thunderbolt 3インターフェースに対応：
一部の（すべてではない）USB4デバイスは、Thunderbolt 3インターフェースにも対応しています。つまり、お使いのデバイスにUSB4インターフェースが搭載されている場合、外部にThunderbolt 3デバイスを接続できる可能性があります。ただし、これは必須ではありません。互換性があるかどうかは、デバイスメーカーの方針によって異なります。
3. 動的な帯域幅リソース割り当て機能：
USB4ポートをディスプレイ接続とデータ転送に同時に使用する場合、ポートは状況に応じて適切な帯域幅を割り当てます。例えば、1080pディスプレイを駆動するためにビデオに必要な帯域幅が全体の20%であれば、残りの80%は他の用途に使用できます。これはUSB 3.2以前の規格では不可能でした。それ以前は、USBは帯域幅を交互に使用する方式でした。
4. USB4デバイスはすべてUSB PDをサポートする
USB PDはUSB Power Delivery（USB電力伝送）の略で、現在主流となっている急速充電プロトコルの1つです。USB-IF（USB-Interface Framework）によって策定されました。この規格は、より高い電圧と電流を実現でき、最大100Wの電力伝送が可能で、電力伝送方向も自由に変更できます。
USB-IFの規定によれば、現在のUSB PD充電インターフェースの標準形状はUSB Type-Cであるべきである。USB Type-Cインターフェースには、PD通信構成チャネルに使用されるCC1とCC2の2つのピンがある。
5. USB Type-Cインターフェースのみ使用可能です。
上記の特徴から、USB4はUSB Type-Cコネクタでのみ動作するということも当然分かります。実際、USB PDだけでなく、USB-IFの他の最新規格もType-Cのみに対応しています。
6. 過去のプロトコルとの下位互換性を持つことができる
USB4はUSB3およびUSB2のデバイスやポートと併用できます。つまり、以前のプロトコル規格との下位互換性があります。ただし、USB1.0および1.1はサポートされていません。現在、このプロトコルを使用するインターフェースは市場からほぼ姿を消しています。
もちろん、USB4デバイスをUSB3.2ポートに接続しても、40Gbpsの速度でデータを転送することはできません。また、旧式のUSB2インターフェースをUSB4インターフェースに接続したからといって、速度が速くなるわけでもありません。
投稿日時：2025年7月21日
