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知っておきたい! USBケーブル4種類とそれぞれのバージョン

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本記事は、4 Different Types of USB Cables [And Their Versions]
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約7分58秒

USB(Universal Serial Bus)とは、コンピュータや周辺機器を含む様々な電気機器間を接続する標準的な形態かつ通信媒体です。

 

USBは1996年に発表されました。パラレルポートやシリアルポート(通信・データ送信処理とは異なります)、FireWireなどの旧来の通信インターフェースに代わって、周辺機器とコンピュータとの間の通信やデータ転送を標準化することを目的としています。

 

ご存知ですか? USBの規格は、IBM、インテル、マイクロソフト、ノーテルなど、USBを開発した企業によって創設されたUSB Implementers Forum(USB-IF)【USBインプリメンターズ・フォーラム】によって規定されています。

 

USBはどこで使われている?

 

業界標準であるUSBケーブルは、デスクトップPCやノートPCをキーボード、マウス、フラッシュドライブ、プリンター、ゲームコントローラーなどの外部ハードウェア機器に接続するために使用されています。

 

近年、USBインターフェースは広く普及しており、自動車や家庭のコンセントでもUSBケーブルを見かけるようになりました。最近のスマートフォンやタブレットPCなどの携帯機器は、USBケーブルやコネクターに対応しており、他のケーブルに比べて急速充電が可能です。

 

USBインターフェースの利点

 

USBは主にパソコンと補助機器の接続を正常化するために開発されましたが、それ以外にもUSBインターフェースにはいくつかの利点があります。

 

・自己構成型であるため、使用前に設定を調整・構成する必要がない。

・システムをシャットダウンしたり再起動したりすることなく、USBデバイスを追加・交換できる(ホットスワップ)。

・電力供給機能を備えているため、電源ケーブルを追加することなく小型機器に電力を供給することができる。

・USBのデータ転送プロトコルとシグナル伝達は、そのバージョンにかかわらず、より信頼性の高いものとなっている。

 

バージョンに基づくUSBの種類

 

USBケーブルには、その機能(データ転送速度)に関わるバージョンや世代に基づく分類と、物理的な設計に基づく分類があります。

 

USBケーブルの種類を説明する前に、まずはUSBケーブルに関する用語を理解しておきましょう。一般的なUSBケーブルには、両側に1つずつ、合計2つのコネクターがあります。1つはホスト用で、あらゆる種類のコンピュータ(PC、タブレット)が含まれます。もう1つはレセプター用で、データを転送する必要のある、あらゆる携帯機器(スマートフォン)が含まれます。USBが挿入されるスロットは、ポートまたはレセプタクルと呼ばれています。では、本題に入りましょう。

 

1996年以降、4つの主要なバージョンまたは世代のUSB規格が登場しました。USB1.0、USB2.0、USB3.0、そしてUSB4です。USB4は最も新しいものです。

 

USBのバージョン USB 1.0 および USB 1.1 USB 2.0 USB 3.0 USB 3.1 (Gen 2) USB 3.2
データ転送速度 1.5 Mbps(低速度)
12 Mbps(最高速度)
480 Mbps
(High Speed)
5 Gbps
(SuperSpeed)
10 Gbps
(SS+)
USB-Cケーブルで10Gbpsおよび20Gbps(SuperSpeed+)を実現

USBの各バージョンと対応する転送速度を示した表。USB4を除く。

 

USB 1.0およびUSB 2.0

 

USB1.0は初期のUSBで、2種類の転送速度に対応したバスをサポートしており、データ転送速度は、安価でデータレートの低い機器(キーボード、マウス)では1.5Mbit/s、データレートの高い機器(プリンター、ディスクドライブ)では12Mbit/sとなっています。このマルチバス構造は、2001年に発売されたUSB2.0でも継承されてはいるものの、USB2.0では、最大データ転送速度480Mbit/sの第3の「高速」バスが追加されました。

 

USBが最初に脚光を浴びたのは、1998年、Apple社の「iMac」とともに登場したUSB1.1でした。iMacは、初めて広く認知されたUSB技術搭載の製品です。まもなく、PCのメーカーはこぞって、レガシーポートをUSBに置き換えて製品を発売しました。このように、USBの最初の成功は、iMacの成功と結びついています。

 

USB 3.0

 

2008年11月12日に発表されたUSB 3.0は、業界に大きな影響を与える革新的なものでした。従来の転送速度モードに加えて、最大5Gbit/sのデータ転送速度を持つ高速バスを導入し、さらに高出力(従来の500mAから900mAへ)を実現しました。さらに、USB2.0との下位互換性を持たせ、相互運用を可能にしました。このバージョンのUSBは「SuperSpeed」として普及しています。

USB 3.0 Gen1ポート|画像提供:Wikimedia Commons

 

USB 3.0の規格は、2014年にUSB 3.1に置き換えられました。USB 3.1 Gen2(SuperSpeed+)では、データ転送速度が10Gbit/sに向上しました。USB 3.1が打ち出した重要な変更点の1つは、それまでの8b/10bのコード化方式を、64b/66bコード化(64ビットのデータを66ビットのラインコードに変換する)の変形である、より効率的な128b/132bに置き換えたことです。これにより、コード化のコストが大幅に削減され、実効的なデータ転送速度が比較的高くなりました。

 

続いて、2017年にはUSB3.2規格が発表されました。予想通り、既存のモードをすべて維持しつつ、新たに大幅に高速な転送モードが導入されました。これにより、USB-C(3.1対応)ケーブルが初期の2倍の速度で動作するようになりました(USB-C 3.1 Gen1ケーブルでは5Gbit/s~10Gbit/s、Gen2ケーブルでは10Gbit/s~20Gbit/s)。USB-Cケーブルについては後述します。

 

USB4またはUSB4.0

 

USB4またはUSB 4.0は最新のUSB規格で、USB-Cケーブルの既存の機能を拡張し、最高のUSB帯域幅を可能にします。この規格はThunderboltプロトコルをベースにしており、双方向データ転送(両端からデータを送受信する)、Dualプロトコルデータ、ビデオ転送などの高度な機能を低遅延で1本のケーブルで実現しています。

 

USB4は、Thunderbolt 3と互換性があり、USB2.0およびUSB3.2の仕様と下位互換性があります。最大40Gbit/sのデータ転送速度に対応しています。既存のUSB-Cケーブルでは、ケーブル内の2つのレーンが同時にデータを転送する2レーン動作により、この速度を実現しています。

 

インテルの第11世代コアプロセッサー「Tiger Lake」は、USB4またはThunderbolt 4規格をサポートする最初の製品です。

 

物理的な構造に基づくUSBケーブルの種類

 

スマートフォンや小型携帯機器から各種パソコンまで、今やほとんどの電子製品にUSBポートが搭載され、USBに対応しています。しかし、USBポートやコネクターの物理的な仕様は、製品の種類によって異なります。

 

USBケーブルは、その物理的な属性や配置によって3種類、すなわち、USB-A、USB-B、およびUSB-Cに分類されます。

 

USB Type-A

 

USB-Aは、パソコンやゲーム機、ポータブルメディアプレーヤー、スマートフォンの充電ポートなどに搭載されている、最もポピュラーなUSB(コネクターまたはポート)でしょう。標準的なUSB Type-Aのプラグは、平らで長方形です。

 

USB 2.0規格に対応した旧来のUSB Type-Aコネクターおよびポートは、内部に4つのピンがあり、1対はデータ伝送用、もう1対は電源用です。USB 3.0規格の導入に伴い、新しいUSB Type-A(SuperSpeed)ポートとコネクターを高速化し、古いUSBバージョンとの下位互換性を持たせるために、元のデザインに5つのピンが追加されました。

 

USB Type B

 

USB Type Bポートは、通常、高いデータレートで動作し、他の周辺機器よりも比較的大きなサイズのレセプターやプリンター、スキャナーなどの周辺機器に搭載されています。

 

多くの場合、コンピュータとプリンターやスキャナーを接続するUSBケーブルは、片側がUSB Type-Bコネクター、別の片側がType-Aコネクターになっています。通常は2つの機能を兼ねますが、一部のType-Bポートではホストからの電力伝送のみが可能となっています。

USB Type-Bには2つのバージョンがあります。初期のUSB Type-Bコネクターは、断面が正方形で、上部の外装ベゼルがやや斜めになっており、最大480Mbit/s(USB2.0)のデータ転送速度に対応しています。

 

USB 3.0 Type-Bコネクター|画像提供:Anıl Öztaş

 

USB 3.0規格に準拠するため、Type-Bコネクターの改良版であるType-B SuperSpeedが登場しました。これは、5Gbit/s以上のデータ転送速度を持つ、PCと外付けHDDやオーディオインターフェースの接続に最適なケーブルです。

 

USB MiniおよびMicro Type B

 

USB Micro-Bコネクター

 

Mini-USBコネクターは、1998年に初期のスマートフォンやタブレットPCなどの電子機器向けに登場しました。Mini-Aコネクターは長い間製造中止になっていますが、Mini Type-Bはまだ少数の機器でサポートされています。

 

Micro-USBコネクターは、スマートフォンやカメラなど、初期の機器よりもはるかに薄い現代の携帯機器用に開発されたものです。Micro-USBコネクターの厚さは、Mini-USBのほぼ半分です。

 

USB-C

 

USB-Cは、最新のスマートフォンや外付けSSD、高価なノートPCなど、ますます多くの機器に搭載されている、高速データ転送と電源供給のための業界標準規格です。

 

USB-Cのコネクターは、曲線縁のエッジで 、一見するとMicro-USBコネクターと似ていますが、USB-Cコネクターの方がわずかに厚く、幅も広くなっています。

 

USB-Cコネクター|画像提供:Wikimedia Commons

 

USB-Cコネクターの最も重要かつ望ましい特徴は、「反転性」でしょう。USB-Cコネクターには、USB-AコネクターやUSB-Bコネクターのような上下の向きがありません。そのため、反転させずに毎回正しく挿入できます。

 

USB-Cケーブルのもう一つの利点は、60Wで最低3Aの電流を流すことです。USB-C to USB-Cケーブルは、より高い5Vの電流を流すように設計されています。

 

USB 3.1規格に基づくUSB-Cケーブルは、データ転送の上限が10Gbit/sに設定されています。USB 2.0をサポートする古いケーブルでは、最大480 Mbit/sまでしか転送できません。

 

USB On-The-Go

 

USB OTGの例|Wikimedia Commons

 

USB On-The-Go(OTG)とは、特定の機器がホストとレセプターの両方の役割を果たすことを可能にするUSB仕様のことです。例えば、OTGでは、スマートフォンは、デジタルカメラやフラッシュドライブに接続されているときはホストとしてデータを読み取り、ホストPCに接続されているときはレセプターとして動作することができます。

 

将来は何が?

 

「永遠に続くものはない」ということわざがありますが、テクノロジーの世界ではこれほど的確な表現はありません。しかし、USB-Cのように破壊的なものが、すべてを凌駕するかどうかを予測できる場合もあります。Type-AとType-Bのポートとケーブルは依然として広く使用されていますが、近い将来、USB-Cがそれらに取って代わることになるでしょう。

 

MacBookのUSB-Cポート|画像提供:Maurizio Pesce/Flickr

 

最新のUSB-Cポートは、最大40Gbit/sのデータ転送速度を実現するThunderbolt 3プロトコルに対応しています。USB4は、まだ主流になっていませんが、Thunderbolt 3の速度が標準化されます。

 

データと電力の高い処理能力により、USB-Cコネクターは複数のオーディオとビデオのインターフェースとアダプターなしで直接接続することができます。その中には、MHL(Mobile High-Definition Link)、HDMI、DisplayPortなどのデバイスが含まれます。

 

2014年以降、スマートフォン、デスクトップPCやノートPCのマザーボード、外付けハードディスクなど、USB-Cに対応する電子機器が増えています。ホストとレセプターの両方に差し込む両面USB-Cケーブルは、旧来のType-AおよびType-Bコネクターよりも高速で効率的です。

 

USB-Cの環境が拡大しているため、データ転送やノートPCの充電には、対応するポートやコネクターが必要になります。USB-Cポートは、Apple社が最初に導入しましたが、他の主流機器でも採用されるケースが増えています。高価なデスクトップPCやノートPCには、少なくとも1つのUSB-Cポートが搭載されています。

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