USB4

USB4
種別しゅべつ	USB
製品せいひん史し
開発かいはつ者しゃ	USB Promoter Group
開発かいはつ年ねん	2019年ねん8月がつ29日にち (4年ねん前まえ)
前ぜんモデル	USB 3.2
ディジーチェーン	No
音声おんせい信号しんごう	DisplayPort
映像えいぞう信号しんごう	DisplayPort
コネクタ	USB-C
電気でんき仕様しよう
許容きょよう電圧でんあつ	48 V (PD 3.1)
許容きょよう電流でんりゅう	5 A (PD)
データ仕様しよう
データ信号しんごう	Yes
バンド域いき幅はば	40 Gbps (4.8 GB/s)
	表ひょう; 話はなし; 編へん; 歴れき;

USB4（ユーエスビーフォー）は、USB Implementers Forumによって2019年ねん 8月がつ29日にちにバージョン1.0がリリースされた、USB4仕様しようのUSB規格きかくである^[1]。

これまでのUSBプロトコル規格きかくとは異ことなり、USB4ではUSB Type-Cコネクタが必須ひっすとなり、電源でんげん供給きょうきゅうにはUSB PDのサポートが必須ひっすとなっている。また、USB 3.2とは異ことなり、DisplayPortやPCI Expressのトンネリングが可能かのうとなった。1本ほんの高速こうそくリンクを複数ふくすうのエンドデバイスで動的どうてきに共有きょうゆうすることで、データの種類しゅるいや用途ようとに応おうじた最適さいてきな転送てんそうを行おこなう方法ほうほうを定義ていぎしたアーキテクチャである。USB4製品せいひんは、20 Gbpsのスループットをサポートする必要ひつようがあり、最高さいこう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、公称こうしょう20 Gbpsであっても、混合こんごうデータを送信そうしんする場合ばあいには、USB 3.2と比較ひかくして、USB4の方ほうが実効じっこうデータレートが高たかくなることがある。

USB4仕様しようは、 Thunderbolt 3プロトコル仕様しように基もとづく^[2] 。Thunderbolt 3製品せいひんとの相互そうご運用うんよう性せいのサポートは、USB4ホストおよび周辺しゅうへん機器ききではオプション扱あつかいであるが、USB4ハブではダウン側がわポート、ドックではアップ側がわ・ダウン側がわ双方そうほうのポートで必須ひっすである。

名前なまえ

2019年ねん8月がつ29日にちにリリースされたUSB4仕様しようバージョン1.0は、「ユニバーサルシリアルバス4」と「USB4」を使用しようしている。リリース前まえのいくつかのニュースレポートでは、「USB 4.0」および「USB 4」という用語ようごが使用しようされている^[3]^[4] 。rev. 1.0の発行はっこう後ごも、一部いちぶの情報じょうほう源げんは「読者どくしゃの検索けんさく方法ほうほうを反映はんえいするために」と主張しゅちょうして「USB 4」と記載きさいしている^[5]。

仕様しよう

USB4仕様しよう

歴史れきし

USB4は、2019年ねん3月がつに正式せいしきに発表はっぴょうされた^[6]^[7]。

貢献こうけん

バージョン1.0の公開こうかい時点じてんで、USB4仕様しようの技術ぎじゅつ的てきな作業さぎょうグループに参加さんかした従業じゅうぎょう員いんを有ゆうするプロモーター会社かいしゃは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。

設計せっけい目標もくひょう

USB4仕様しように記載きさいされている目標もくひょうは、帯域たいいき幅はばを増ふやし、USB Type-Cコネクタエコシステムを統合とうごうし、「エンドユーザーの混乱こんらんを最小限さいしょうげんに抑おさえる」ことである。これを実現じつげんするための重要じゅうような領域りょういきとして、既存きそんのUSBおよびThunderbolt製品せいひんとの互換ごかん性せいを維持いじしながら、単一たんいつのUSB Type-Cコネクタタイプを使用しようすることである^[8]。

データ転送てんそうモード

USB4自体じたいは、USB 3.xのような一般いっぱん的てきなデータ転送てんそうメカニズムやデバイスクラスを提供ていきょうしないが、主おもにUSB 3.2、DisplayPort、オプションでPCIeなどの他ほかのプロトコルをトンネリングする方法ほうほうとして機能きのうする。ネイティブのホスト間あいだプロトコルを提供ていきょうするが、名前なまえが示しめすように、接続せつぞくされた2つのホスト間あいだでのみ使用しよう可能かのうであり、ホストIPネットワークを実装じっそうするために使用しようされる。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ばあい、非ひディスプレイ帯域たいいき幅はばの最大さいだい値ちはUSB 3.2 20 Gbpsに制限せいげんされ、USB 3.2 10 Gbpsは必須ひっすとなる。

USB4仕様しよう上じょうのトンネリング

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のサポートも必要ひつようである。つまり、DisplayPortはトンネリングでも、Alternate Modeでも伝送でんそうすることができる^[9]。

DisplayPort 2.0 Alternate Modeでは、HDR10カラーの60 Hzの8K解像度かいぞうどに対応たいおうできる。DisplayPort 2.0 Alternate Modeは、すべてのデータを一方いっぽう向むかい（モニターへ）に送信そうしんするため、8つのデータレーンすべてを一いち度どに使用しようすることができ、USBデータの2倍ばいである最大さいだい80 Gbpsを使用しようすることができる。

レガシーUSB（1 – 2）は、USB Type-Cコネクタの専用せんようの線せんを使つかって常つねにサポートされる。

データ転送てんそうモードのサポート

一部いちぶの転送てんそうモードは、すべてのUSB4デバイスでサポートされるが、その他たの転送てんそう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ようけんは、デバイスのタイプによって異ことなる。

データ転送てんそうモードのサポート^[1]
モード	ホスト	ハブ	周辺しゅうへん機器きき
USB (1 – 2) (max. 480 Mbps)	必須ひっす	必須ひっす	必須ひっす
USB4 20 Gbps転送てんそう	必須ひっす		オプション
USB4 40 Gbps転送てんそう	オプション		オプション
USB 3.2トンネリング (10 Gbps)	必須ひっす		必須ひっす
USB 3.2トンネリング (20 Gbps)^[10]	オプション	オプション	オプション
DisplayPortトンネリング	必須ひっす	必須ひっす
PCI Expressトンネリング	オプション
ホスト間あいだ転送てんそう	必須ひっす		-
DisplayPort Alternate Mode	必須ひっす		オプション
Thunderbolt Alternate Mode	オプション
USB Type-C Alternate Mode	オプション	オプション

USB 3.x – USB4 データ転送てんそうモード

USB4データ転送てんそうモード
モード名めい	旧名きゅうめい	エンコーディング	デュアルレーン	レーン速度そくど（ギガビット/秒びょう）	公称こうしょう速度そくど		マーケティング名めい
モード名めい	旧名きゅうめい	エンコーディング	デュアルレーン	レーン速度そくど（ギガビット/秒びょう）	（Gbps）	（GB/s）	マーケティング名めい
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		8b / 10b	はい	5	10
USB 3.2 Gen2×1	USB 3.1 Gen 2	128b / 132b	いいえ	10	10	1.2	USB 10Gbps
USB 3.2 Gen2×2		128b / 132b	はい		20	2.4	USB 20Gbps
USB4 Gen2×1		64b / 66b ^{[注釈ちゅうしゃく 1]}	いいえ		10
USB4 Gen2×2		64b / 66b ^{[注釈ちゅうしゃく 1]}	はい		20	2.4	USB 20Gbps
USB4 Gen3×1		128b / 132b ^{[注釈ちゅうしゃく 1]}	いいえ	20	20
USB4 Gen3×2		128b / 132b ^{[注釈ちゅうしゃく 1]}	はい	20	40	4.8	USB 40Gbps

USB4 Gen2はUSB 3.2 Gen2とは異ことなる。それらは同おなじ速度そくど10 Gbpsであるが、電気でんき層そうではコーディングが異ことなる。

USB4はデュアルレーンモードをサポートするために必要ひつようであるが、デュアルレーンリンクの初期しょき化か中ちゅうにシングルレーン操作そうさを使用しようする。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ばあいのフォールバックモードとしても使用しようできる。

また、Thunderbolt互換ごかんモードでは、Thunderboltの仕様しようで定さだめられている10.3125 Gbps（Gen 2）、20.625 Gbps（Gen 3）が1レーンあたりの速度そくどとなる。

電力でんりょく供給きょうきゅう

USB4には、USB Power Delivery（USB PD）が必須ひっすである。USB4の接続せつぞくは、確立かくりつする前まえにUSB PDをネゴシエーションする必要ひつようがある。USB4のソースは、最低さいていでもポートあたり7.5 W（5 V, 1.5 A）を供給きょうきゅうする必要ひつようがある。USB4のシンクは、USB PDのネゴシエーションを行おこなう前まえに、250 mA（デフォルト）、1.5 A、または3 A@5 V以下いかの電力でんりょくを要求ようきゅうする必要ひつようがある（USB Type-Cコネクタ上じょうのレジスタの構成こうせいによる）。USB PDでは、最大さいだい240 Wの電力でんりょく供給きょうきゅうが可能かのうである^[11]。

Thunderbolt 3の互換ごかん性せい

USB4仕様しようでは、設計せっけい目標もくひょうは「USBおよびThunderbolt製品せいひんの既存きそんのエコシステムとの互換ごかん性せいを維持いじすること」となっている。ただし、Thunderbolt 3との互換ごかん性せいは、USB4ホストおよびUSB4周辺しゅうへん機器ききでのみオプションである^[12]。

Alternate Modeパートナーの仕様しよう

DisplayPort Alternate Mode2.0

2020年ねん4月がつ29日にちに、DisplayPort Alternate Mode 2.0がリリースされ、USB4を介かいしたDisplayPort 2.0がサポートされた^[13]。

ソフトウェアサポート

2020年ねん3月がつ29日にちにリリースされたLinuxカーネル5.6は、USB4をサポートしている^[14]。

2020年ねん11月12日にちにリリースされたmacOS Big Surは、USB4をサポートしている^[15]。

ハードウェアサポート

CES 2020期間きかん中ちゅう、USB-IFとIntelは、すべてのUSB4オプション機能きのうをサポートするThunderbolt 4製品せいひんをリリースする意向いこうを表明ひょうめいした。USB4と互換ごかん性せいのある初はつ製品せいひんは、IntelのTiger Lakeプロセッサであり、2020年ねん末まつまでにはさらに多おおくのデバイスが登場とうじょうした^[16]^[17]。

USBプロモーターグループのCEOであるBrad Saundersは、USB4を搭載とうさいしたほとんどのPCがThunderbolt 3をサポートすると予想よそうしていたが、スマートフォンの場合ばあい、メーカーはThunderbolt 3のサポートを実装じっそうする可能かのう性せいが低ひくくなる^[5]。

2020年ねん3月がつ3日にち、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をサポートする新あたらしいType-C電源でんげん（PD）コントローラーを発表はっぴょうした^[18]。

2020年ねん11月がつ10日とおかのイベントで、Appleは、新あたらしい標準ひょうじゅん規格きかくを活用かつようするため、MacBook Air 、 MacBook Pro 、およびMac mini製品せいひんラインの新あたらしいコンピュータを発表はっぴょうした。これらは、デュアルUSB4とシングルコントローラーを搭載とうさいした世界せかい初はつ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独自どくじCPU製品せいひん、 Apple M1が最初さいしょに搭載とうさいされたモデルであると強調きょうちょうされた^[19]。

脚注きゃくちゅう

[脚注きゃくちゅうの使つかい方かた]

注釈ちゅうしゃく

^ ^a ^b 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.

出典しゅってん

^ ^a ^b “USB Promoter Group USB4 Specification”. usb.org (2019年ねん8月がつ29日にち). 2021年ねん1月がつ24日にち閲覧えつらん。
^ Bright (2019年ねん3月がつ4日にち). “Thunderbolt 3 becomes USB4, as Intel's interconnect goes royalty-free” (英語えいご). Ars Technica. 2019年ねん3月がつ4日にち閲覧えつらん。
^ “With USB 4, Thunderbolt and USB will converge”. 2020年ねん5月がつ1日にち閲覧えつらん。
^ Hagedoorn. “USB 4.0 Will Arrive In Late 2020”. Guru3D.com. 2020年ねん5月がつ1日にち閲覧えつらん。
^ ^a ^b September 2019. “USB 4: Everything We Know So Far”. Tom's Hardware. 2020年ねん5月がつ1日にち閲覧えつらん。
^ Hill (2019年ねん3月がつ4日にち). “USB4 Leverages Thunderbolt 3 Protocol Doubling Speeds To 40Gbps”. HotHardware. 2020年ねん5月がつ1日にち閲覧えつらん。
^ “USB4 announced with 40Gbps bandwidth, it's based on Thunderbolt 3”. GSMArena.com. 2020年ねん5月がつ1日にち閲覧えつらん。
^ USB4 Spec. p.1
^ “USB4 - No more Mr. Nice Guy, your USB-C connector has to do it all! - #38”. YouTube (2019年ねん11月21日にち). 2020年ねん5月がつ1日にち閲覧えつらん。
^ 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.
^ USB Type-C Spec 2.0 Section 5.3
^ 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".
^ 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年ねん7月がつ28日にち閲覧えつらん。
^ “Linux 5.6 Kernel Released With WireGuard, USB4, New AMD + Intel Hardware Support - Phoronix”. Phoronix.com. 2020年ねん7月がつ28日にち閲覧えつらん。
^ “Introducing the next generation of Mac”. apple.com (2020年ねん11月10日にち). 2020年ねん11月13日にち閲覧えつらん。
^ “USB4 devices are clear to roll out next year”. Engadget. 2020年ねん5月がつ1日にち閲覧えつらん。
^ Maislinger (2019年ねん6月がつ14日にち). “First USB 4 devices to be launched at the end of 2020”. 2020年ねん5月がつ1日にち閲覧えつらん。
^ Shilov. “Cypress Announces USB 3.2 & USB4-Ready Controllers: EZ-PD CCG6DF & CCG6SF”. www.anandtech.com. 2020年ねん5月がつ1日にち閲覧えつらん。
^ “CApple Event November 10, 2020”. www.apple.com. 2021年ねん3月がつ18日にち閲覧えつらん。

外部がいぶリンク

USB4 | USB-IF
USB4 | USB-IF
USB4仕様しようはからダウンロードすることができる usb.org ：
- USB4仕様しよう| USB-IF 2019-08-29
- USB4アダプター契約けいやく| 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転送てんそうを実現じつげんした「USB4 Version 2.0」登場とうじょう（PC　Watch 2022年ねん9月がつ2日にち記事きじ）

[rs-fec-11] 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.

[auto1-1] “USB Promoter Group USB4 Specification”. usb.org (2019年ねん8月がつ29日にち). 2021年ねん1月がつ24日にち閲覧えつらん。

[2] Bright (2019年ねん3月がつ4日にち). “Thunderbolt 3 becomes USB4, as Intel's interconnect goes royalty-free” (英語えいご). Ars Technica. 2019年ねん3月がつ4日にち閲覧えつらん。

[3] “With USB 4, Thunderbolt and USB will converge”. 2020年ねん5月がつ1日にち閲覧えつらん。

[4] Hagedoorn. “USB 4.0 Will Arrive In Late 2020”. Guru3D.com. 2020年ねん5月がつ1日にち閲覧えつらん。

[auto-5] September 2019. “USB 4: Everything We Know So Far”. Tom's Hardware. 2020年ねん5月がつ1日にち閲覧えつらん。

[6] Hill (2019年ねん3月がつ4日にち). “USB4 Leverages Thunderbolt 3 Protocol Doubling Speeds To 40Gbps”. HotHardware. 2020年ねん5月がつ1日にち閲覧えつらん。

[7] “USB4 announced with 40Gbps bandwidth, it's based on Thunderbolt 3”. GSMArena.com. 2020年ねん5月がつ1日にち閲覧えつらん。

[8] USB4 Spec. p.1

[9] “USB4 - No more Mr. Nice Guy, your USB-C connector has to do it all! - #38”. YouTube (2019年ねん11月21日にち). 2020年ねん5月がつ1日にち閲覧えつらん。

[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.

[12] USB Type-C Spec 2.0 Section 5.3

[13] 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".

[14] 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年ねん7月がつ28日にち閲覧えつらん。

[15] “Linux 5.6 Kernel Released With WireGuard, USB4, New AMD + Intel Hardware Support - Phoronix”. Phoronix.com. 2020年ねん7月がつ28日にち閲覧えつらん。

[16] “Introducing the next generation of Mac”. apple.com (2020年ねん11月10日にち). 2020年ねん11月13日にち閲覧えつらん。

[17] “USB4 devices are clear to roll out next year”. Engadget. 2020年ねん5月がつ1日にち閲覧えつらん。

[18] Maislinger (2019年ねん6月がつ14日にち). “First USB 4 devices to be launched at the end of 2020”. 2020年ねん5月がつ1日にち閲覧えつらん。

[19] Shilov. “Cypress Announces USB 3.2 & USB4-Ready Controllers: EZ-PD CCG6DF & CCG6SF”. www.anandtech.com. 2020年ねん5月がつ1日にち閲覧えつらん。

[20] “CApple Event November 10, 2020”. www.apple.com. 2021年ねん3月がつ18日にち閲覧えつらん。

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[注釈ちゅうしゃく 1]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]