USB4

USB4
種別 USB
製品史
開発者 USB Promoter Group
開発年 2019年8月29日（7年前） (2019-08-29)
前モデル USB 3.2
ディジーチェーン No
音声信号 DisplayPort
映像信号 DisplayPort
コネクタ USB-C
電気仕様
許容電圧 48 V (PD 3.1)
許容電流 5 A (PD)
データ仕様
データ信号 Yes
バンド域幅 40 Gbps (4.8 GB/s)

USB4（ユーエスビーフォー）は、2019年にUSB Implementers Forumが公開した高速シリアルバス規格である。USB規格の後継の一つに位置づけられ、USB Type-Cコネクタの使用を前提とする。周辺機器接続、映像出力、外部ストレージ通信などに利用され、Thunderbolt 3仕様に基づく信号トンネリングと帯域の動的共有を特徴として、20Gbps以上、最大40Gbpsのデータ転送速度を規定する。

名前

2019年8月29日にリリースされたUSB4仕様バージョン1.0は、「ユニバーサルシリアルバス4」と「USB4」を使用している。リリース前のいくつかのニュースレポートでは、「USB 4.0」および「USB 4」という用語が使用されている 。rev. 1.0の発行後も、一部の情報源は「読者の検索方法を反映するために」と主張して「USB 4」と記載している。

仕様

USB4仕様

歴史

USB4は、2019年3月に正式に発表された。

貢献

バージョン1.0の公開時点で、USB4仕様の技術的な作業グループに参加した従業員を有するプロモーター会社はApple、ヒューレット・パッカード、インテル、マイクロソフト、ルネサスエレクトロニクス、 STマイクロエレクトロニクス、およびテキサス・インスツルメンツである。

設計目標

USB4仕様に記載されている目標は、帯域幅を増やし、USB Type-Cコネクタエコシステムを統合し、「エンドユーザーの混乱を最小限に抑える」ことである。これを実現するための重要な領域として、既存のUSBおよびThunderbolt製品との互換性を維持しながら、単一のUSB Type-Cコネクタタイプを使用することである。

データ転送モード

USB4自体は、USB 3.xのような一般的なデータ転送メカニズムやデバイスクラスを提供しないが、主にUSB 3.2、DisplayPort、オプションでPCIeなどの他のプロトコルをトンネリングする方法として機能する。ネイティブのホスト間プロトコルを提供するが、名前が示すように、接続された2つのホスト間でのみ使用可能であり、ホストIPネットワークを実装するために使用される。したがって、ホストとデバイスがオプションのPCIeトンネリングをサポートしていない場合、非ディスプレイ帯域幅の最大値はUSB 3.2 20 Gbpsに制限され、USB 3.2 10 Gbpsは必須となる。

USB4仕様上のトンネリング

  • USB 3.2 (Enhanced SuperSpeed) トンネリング
  • DisplayPort1.4aベースのトンネリング
  • PCI Express（PCIe）ベースのトンネリング

USB4では、DisplayPort 2.0 Alternate Modeのサポートも必要である。つまり、DisplayPortはトンネリングでも、Alternate Modeでも伝送することができる。

DisplayPort 2.0 Alternate Modeでは、HDR10カラーの60 Hzの8K解像度に対応できる。DisplayPort 2.0 Alternate Modeは、すべてのデータを一方向（モニターへ）に送信するため、8つのデータレーンすべてを一度に使用することができ、USBデータの2倍である最大80 Gbpsを使用することができる。

レガシーUSB（1 – 2）は、USB Type-Cコネクタの専用の線を使って常にサポートされる。

データ転送モードのサポート

一部の転送モードは、すべてのUSB4デバイスでサポートされるが、その他の転送モードはオプションである。サポートされるモードの要件は、デバイスのタイプによって異なる。

データ転送モードのサポート
モード ホスト ハブ 周辺機器
USB (1 – 2) (max. 480 Mbps) 必須 必須 必須
USB4 20 Gbps転送 オプション
USB4 40 Gbps転送 オプション
USB 3.2トンネリング (10 Gbps) 必須 必須
USB 3.2トンネリング (20 Gbps) オプション オプション オプション
DisplayPortトンネリング 必須 必須
PCI Expressトンネリング オプション
ホスト間転送 必須 -
DisplayPort Alternate Mode オプション
Thunderbolt Alternate Mode オプション
USB Type-C Alternate Mode オプション
USB 3.x – USB4 データ転送モード
USB4データ転送モード
モード名 旧名 エンコーディング デュアルレーン レーン速度
（ギガビット/秒）		 公称速度 マーケティング名
（Gbps） （GB/s）
USB 3.2 Gen1x1
  • USB 3.0
  • USB 3.1 Gen 1
 8b / 10b いいえ 5 5 0.5 USB 5Gbps
USB 3.2 Gen1×2 はい 10
USB 3.2 Gen2×1 USB 3.1 Gen 2 128b / 132b いいえ 10 1.2 USB 10Gbps
USB 3.2 Gen2×2 はい 20 2.4 USB 20Gbps
USB4 Gen2×1 64b / 66b いいえ 10
USB4 Gen2×2 はい 20 2.4 USB 20Gbps
USB4 Gen3×1 128b / 132b いいえ 20
USB4 Gen3×2 はい 40 4.8 USB 40Gbps

USB4 Gen2はUSB 3.2 Gen2とは異なる。それらは同じ速度10 Gbpsであるが、電気層ではコーディングが異なる。

USB4はデュアルレーンモードをサポートするために必要であるが、デュアルレーンリンクの初期化中にシングルレーン操作を使用する。シングルレーンリンクは、レーンボンディングエラーの場合のフォールバックモードとしても使用できる。

また、Thunderbolt互換モードでは、Thunderboltの仕様で定められている10.3125 Gbps（Gen 2）、20.625 Gbps（Gen 3）が1レーンあたりの速度となる。

電力供給

USB4には、USB Power Delivery（USB PD）が必須である。USB4の接続は、確立する前にUSB PDをネゴシエーションする必要がある。USB4のソースは、最低でもポートあたり7.5 W（5 V, 1.5 A）を供給する必要がある。USB4のシンクは、USB PDのネゴシエーションを行う前に、250 mA（デフォルト）、1.5 A、または3 A@5 V以下の電力を要求する必要がある（USB Type-Cコネクタ上のレジスタの構成による）。USB PDでは、最大240 Wの電力供給が可能である。

Thunderbolt 3の互換性

USB4仕様では、設計目標は「USBおよびThunderbolt製品の既存のエコシステムとの互換性を維持すること」となっている。ただし、Thunderbolt 3との互換性は、USB4ホストおよびUSB4周辺機器でのみオプションである。

Alternate Modeパートナーの仕様

DisplayPort Alternate Mode2.0

2020年4月29日に、DisplayPort Alternate Mode 2.0がリリースされ、USB4を介したDisplayPort 2.0がサポートされた。

ソフトウェアサポート

2020年3月29日にリリースされたLinuxカーネル5.6は、USB4をサポートしている。

2020年11月12日にリリースされたmacOS Big Surは、USB4をサポートしている。

ハードウェアサポート

CES 2020期間中、USB-IFとIntelは、すべてのUSB4オプション機能をサポートするThunderbolt 4製品をリリースする意向を表明した。USB4と互換性のある初製品は、IntelのTiger Lakeプロセッサであり、2020年末までにはさらに多くのデバイスが登場した。

USBプロモーターグループのCEOであるBrad Saundersは、USB4を搭載したほとんどのPCがThunderbolt 3をサポートすると予想していたが、スマートフォンの場合、メーカーはThunderbolt 3のサポートを実装する可能性が低くなる。

2020年3月3日、サイプレス・セミコンダクターは、USB4、デュアルポートとしてCCG6DF、シングルポートとしてCCG6SFをサポートする新しいType-C電源（PD）コントローラーを発表した。

2020年11月10日のイベントで、Appleは、新しい標準規格を活用するため、MacBook Air 、 MacBook Pro 、およびMac mini製品ラインの新しいコンピュータを発表した。これらは、デュアルUSB4とシングルコントローラーを搭載した世界初のコンピューターである。 Mac mini (M1、2020)、 MacBook Air (M1、2020)、およびMacBook Pro (13インチ、M1、2020)のモデルも、Apple独自CPU製品、 Apple M1が最初に搭載されたモデルであると強調された。

脚注

[脚注の使い方]

注釈

  1. 1 2 USB4 can use optional Reed–Solomon forward error correction (RS FEC). In this mode, 12 × 16 B (128 bit) symbols are assembled together with 2 B (12 bit + 4 bit reserved) synchronisation bits indicating the respective symbol types and 4 B of RS FEC to allow to correct up to 1 B of errors anywhere in the total 198 B block.

出典

  1. 1 2 “USB Promoter Group USB4 Specification”. usb.org (2019年8月29日). 2021年1月24日閲覧。
  2. ↑ Bright (2019年3月4日). “Thunderbolt 3 becomes USB4, as Intel's interconnect goes royalty-free” (英語). Ars Technica. 2019年3月4日閲覧。
  3. ↑ “With USB 4, Thunderbolt and USB will converge”. 2020年5月1日閲覧。
  4. ↑ Hagedoorn. “USB 4.0 Will Arrive In Late 2020”. Guru3D.com. 2020年5月1日閲覧。
  5. 1 2 September 2019. “USB 4: Everything We Know So Far”. Tom's Hardware. 2020年5月1日閲覧。
  6. ↑ Hill (2019年3月4日). “USB4 Leverages Thunderbolt 3 Protocol Doubling Speeds To 40Gbps”. HotHardware. 2020年5月1日閲覧。
  7. ↑ “USB4 announced with 40Gbps bandwidth, it's based on Thunderbolt 3”. GSMArena.com. 2020年5月1日閲覧。
  8. ↑ USB4 Spec. p.1
  9. ↑ “USB4 - No more Mr. Nice Guy, your USB-C connector has to do it all! - #38”. YouTube (2019年11月21日). 2020年5月1日閲覧。
  10. ↑ USB4 Spec 1.0 Sect 9 specifically mentions the requirement of "Superspeed Plus (= Gen 2×1) support for hubs and devices, the latter only if they optionally support USB3 tunneling. The rest of the specification doesn't mention the speed at all, and more generically just refers to the whole USB3.2 architecture as "Enhanced Superspeed". Section 9.2.1 states the requirement to only support Gen 2×1 for the USB3 tunneling adapter, with Gen 2×2 being optional.
  11. ↑ USB Type-C Spec 2.0 Section 5.3
  12. ↑ USB4 Specification V1.0 August, 2019 Chapter 13: "A USB4 host and USB4 peripheral device may optionally support TBT3-Compatability. If a USB4 host or USB4 peripheral device supports TBT3-Compatability, it shall do so as defined in this chapter".
  13. ↑ Association (VESA). “VESA Releases Updated DisplayPort Alt Mode Spec to Bring DisplayPort 2.0 Performance to USB4 and New USB Type-C Devices”. www.prnewswire.com. 2020年7月28日閲覧。
  14. ↑ “Linux 5.6 Kernel Released With WireGuard, USB4, New AMD + Intel Hardware Support - Phoronix”. Phoronix.com. 2020年7月28日閲覧。
  15. ↑ “Introducing the next generation of Mac”. apple.com (2020年11月10日). 2020年11月13日閲覧。
  16. ↑ “USB4 devices are clear to roll out next year”. Engadget. 2020年5月1日閲覧。
  17. ↑ Maislinger (2019年6月14日). “First USB 4 devices to be launched at the end of 2020”. 2020年5月1日閲覧。
  18. ↑ Shilov. “Cypress Announces USB 3.2 & USB4-Ready Controllers: EZ-PD CCG6DF & CCG6SF”. www.anandtech.com. 2020年5月1日閲覧。
  19. ↑ “CApple Event November 10, 2020”. www.apple.com. 2021年3月18日閲覧。

外部リンク