USB 4の紹介
USB4は、USB4仕様で規定されたUSBシステムです。USB Developers Forum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（ユニバーサル・シリアル・バス・ジェネレーション4）で、IntelとAppleが共同開発したデータ伝送技術「Thunderbolt 3」をベースとしています。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。
USB4は、従来のUSBプロトコル規格とは異なり、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と比較して、DisplayPortとPCI Expressのトンネルを作成できます。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、タイプとアプリケーションによってデータ転送を最適に処理できます。USB4製品は20Gbit/sのスループットをサポートする必要があり、40Gbit/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、混合データを転送する場合、データが20Gbit/sの速度で転送されていても、実際のデータ転送速度は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。市販のUSB4インターフェース搭載デバイスは、Thunderbolt 3の40Gbps速度、または20Gbpsの低速バージョンのいずれかを提供します。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ケーブルを適切に選択することが重要です。
USB4とThunderbolt 4の関係について、多くの人が混乱しています。実際には、Thunderbolt 4とUSB4はどちらもThunderbolt 3の基盤プロトコルに基づいて構築されており、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、ここで言及するUSB4ケーブルとは、USBの伝送規格であり、USB伝送の性能と効率性に関するプロトコル仕様です。USB4は、この仕様の「第4世代」と捉えることができます。
USB伝送プロトコルは、1994年にCompaq、DEC、IBM、Intel、Microsoft、NEC、Nortelなどの複数の企業によって共同で提案および開発され、1994年11月11日にUSB V0.7バージョン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の推進とサポートを目的とした非営利団体USB Implementers Forum（通称USB-IF）を設立し、現在ではUSB標準化団体となっています。
1996年、USB-IFはUSB1.0仕様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と低く、当時はUSBをサポートする周辺機器がほとんどなかったため、マザーボードメーカーがマザーボードに直接USBインターフェースを設計することはほとんどありませんでした。
▲USB1.0
1998年9月、USB-IFはUSB 1.1仕様を発表しました。この仕様では伝送速度が12Mbpsに向上し、USB 1.0の技術的詳細の一部が修正されました。最大出力電流は5V/500mAのままでした。
2000年4月、USB 2.0規格が導入されました。伝送速度は480Mbps（60MB/s）で、USB 1.1の40倍に相当します。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は現在でも使用されており、最も長く使用されているUSB規格と言えるでしょう。
USB 2.0 から始まり、USB-IF は名前の変更において「独自の才能」を発揮しました。
2003 年 6 月、USB-IF は USB の仕様と標準の名前を変更し、USB 1.0 を USB 2.0 低速バージョンに、USB 1.1 を USB 2.0 フルスピード バージョンに、USB 2.0 を USB 2.0 高速バージョンに変更しました。
しかし、USB 1.0 と 1.1 は基本的に歴史の舞台を去っていたため、この変更は当時の現状にほとんど影響を与えませんでした。
2008年11月、Intel、Microsoft、HP、Texas Instruments、NEC、ST-NXPなどの業界大手企業で構成されるUSB 3.0 Promoter GroupがUSB 3.0規格を完成させ、一般公開しました。正式名称は「SuperSpeed」でした。USB Promoter Groupは主にUSBシリーズ規格の開発と策定を担当し、最終的にはUSB-IFに管理委譲されます。
USB 3.0の最大伝送速度は5.0Gbps（640MB/s）に達します。最大出力電流は5V/900mAです。USB 2.0との完全な互換性を備え、全二重データ伝送（USB 2.0は半二重伝送ですが、USB 3.0ではデータの送受信を同時に行うことができます）をサポートするほか、優れた電源管理機能などの機能も備えています。
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用に特別に設計されています。そのため、ピンの違いでUSB 2.0かUSB 3.0かを判別できます。
2013年7月にはUSB 3.1がリリースされ、伝送速度は10Gbps（1280MB/s）でSuperSpeed+を標榜し、最大許容電源電圧は20V/5A、つまり100Wまで引き上げられました。
USB 3.1はUSB 3.0から大幅に進化しました。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迷惑をかけました。多くの悪質な販売業者が、製品のパッケージにUSB 3.1対応とだけ記載し、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、消費者が誤って罠に陥る可能性がありました。したがって、この名称変更は大多数の消費者にとって不都合な動きでした。
2017年9月、USB 3.2がリリースされました。USB Type-Cでは、データ転送に10Gbpsのデュアルチャネルをサポートし、最大20Gbps（2500MB/s）の速度を実現しています。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は新たな名称変更を行いました。USB 3.1 Gen1（元のUSB 3.0）はUSB 3.2 Gen1に、USB 3.1 Gen2（元のUSB 3.1）はUSB 3.2 Gen2に、USB 3.2はUSB 3.2 Gen 2×2に改名されました。
現在と未来：USB4の飛躍
USB4に到達したので、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みましょう。まず第一に、これは「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になるはずです。
私たちが収集したすべての情報に基づいて、USB4 の新機能は次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 40 Gbps に達することができ、これは Thunderbolt 3 (以下、「Thunderbolt 3」と表記) と同じになります。
実は、USB4には10Gbps、20Gbps、40Gbpsの3つの伝送速度があります。そのため、最高伝送速度である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インターフェースと互換性があります:
一部のUSB4デバイス（すべてではありません）はThunderbolt 3インターフェースとも互換性があります。つまり、デバイスにUSB4インターフェースが搭載されている場合は、Thunderbolt 3デバイスを外部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対応次第です。
3. 動的帯域幅リソース割り当て機能：
USB4ポートを使用しながらディスプレイを接続し、データ転送も行う場合、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ディスプレイの駆動にビデオが20%の帯域幅しか必要としない場合、残りの80%の帯域幅を他のタスクに使用できます。これはUSB 3.2以前の世代では不可能でした。それ以前のUSBの動作モードは、交互に切り替えるものでした。
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、現在主流の急速充電プロトコルの一つです。USB-IFによって策定された規格で、より高い電圧と電流を実現し、最大100Wの電力伝送が可能で、電力伝送方向を自由に変更可能です。
USB-IFの規定によると、現在のUSB PD充電インターフェースの標準形式はUSB Type-Cです。USB Type-Cインターフェースには、CC1とCC2の2つのピンがあり、PD通信設定チャネルとして使用されます。
5. USB Type-Cインターフェースのみ使用可能
上記の特徴から、USB4はUSB Type-Cコネクタでのみ動作できることがわかります。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がある
USB4はUSB 3およびUSB 2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、USB 1.0および1.1はサポートされていません。現在、このプロトコルを採用した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USB 3.2ポートに接続しても、40Gbpsの速度で転送することはできません。また、旧式のUSB 2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、速度が向上するわけではありません。
投稿日時: 2025年7月21日
