USB4

name=USB4USB4は、USB Implementers Forumによって2019年8月29日にバージョン1.0がリリースされた、USB4仕様のUSB規格である。

これまでのUSBプロトコル規格とは異なり、USB4ではUSB Type-Cコネクタが必須となり、電源供給にはUSB PDのサポートが必須となっている。また、USB 3.2とは異なり、DisplayPortやPCI Expressのトンネリングが可能となった。1本の高速リンクを複数のエンドデバイスで動的に共有することで、データの種類や用途に応じた最適な転送を行う方法を定義したアーキテクチャである。USB4製品は、20   Gbpsのスループットをサポートする必要があり、最高40   Gbpsのスループットをサポートすることができる。トンネリングにより、公称20   Gbpsであっても、混合データを送信する場合には、USB 3.2と比較して、USB4の方が実効データレートが高くなることがある。

USB4仕様は、 Thunderbolt 3プロトコル仕様に基づく 。Thunderbolt 3製品との相互運用性のサポートは、USB4ホストおよび周辺機器ではオプション扱いであるが、USB4ハブではダウン側ポート、ドックではアップ側・ダウン側双方のポートで必須である。

1. 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、「USB4.0」および「USB4」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。

2. 仕様
-----

2.1. USB4仕様
-----------

2.1.1. 歴史
---------

USB4は、2019年3月に正式に発表された。

2.1.2. 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。

2.1.3. 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。

2.1.4. 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  トンネリング
DisplayPort1.4aベースのトンネリング
PCI Express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。

2.1.4.1. 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。



2.1.4.2. USB 3.x – USB4 データ転送モード
--------------------------------

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、20.625   Gbpsが1レーンあたりの速度となる。

2.1.5. 電力供給
-----------

USB4には、USB Power Delivery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、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 PDでは、最大240   Wの電力供給が可能である。

2.1.6. 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。

2.2. Alternate Modeパートナーの仕様
---------------------------

2.2.1. 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。

3. 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。

4. 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 、 MacBook Air 、およびMacBook Pro 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。

5. 脚注
-----

5.1. 注釈
-------

5.2. 出典
-------

6. 外部リンク
--------

[1]
[2]
USB4仕様はからダウンロードすることができる [3] ：
[4] 2019-08-29
[5] 2019-08-29
キーサイトのJitLim[6]、2019-11-21
[7]