USB4

USB4（ユーエスビー フォー）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、20Gbpsのスループットをサポートする必要があり、最高40Gbps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20Gbps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。

 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。

 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USB4 Spec. p.1。

 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（12）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 (12) (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)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.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 （） （） USB 3.2 Gen1x1  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 Gen2×164b / 66b  いいえ 10 USB4 Gen2×2 はい 20 2.4 USB 20Gbps USB4 Gen3×1128b / 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 USB Type-C Spec 2.0 Section 5.3。

 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".。

 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 

 注釈 

 出典 

 外部リンク 

 USB4 Specification | USB-IF
 USB4仕様はからダウンロードすることができる usb.org ：
 USB4仕様| USB-IF 2019-08-29
 USB4アダプター契約| USB-IF 2019-08-29
 キーサイトのJitLimとのポッドキャスト、2019-11-21
 80Gbps転送を実現した「USB4 Version 2.0」登場（PC　Watch 2022年9月2日記事）
Category:USB