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USB Type-Cとは?オルタネートモードやThunderbolt 3との関係など徹底解説

USB Type-Cとは?オルタネートモードやThunderbolt 3との関係など徹底解説
みるみ
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みるみ

気付いたらなぜかPCのことを何でも訊かれるようになっていた人。

プログラムを書く仕事をしています。

この記事はType-C端子を中心にしてそれに付帯する色々な規格、仕様について徹底的に分かりやすく解説しています。

内容は以下のようなもの。

  • USB Type-Cとは?
  • Type-Cのオルタネートモードの仕組み、種類
  • Type-CとThunderbolt 3の関係

図解などのイラストや写真をふんだんに使って、本当に分かりづらいUSB Type-Cまわりの理解を全力でお助けしています!

Type-Cに関連する内容はおよそ全て詰め込んだと思っているので、この記事の内容さえマスターしておけば今後しばらくは問題はないでしょう。

みるみ
みるみ

Type-C系は本当にややこしいので体系的に解説された資料も少ないです。この記事がお役に立てれば!

また、本記事は USBコンプリートガイド記事 の第2章に位置するもので、USBに関するその他の解説などを読みたい場合はそちらへ戻って参照することも可能です。

以下、最初に挙げたように

  1. USB Type-Cの概要
  2. オルタネートの仕組みや種類について
  3. Type-CとThunderbolt 3の関係について

の3本立てで解説していきます。

1.USB Type-Cとは?

what-is-usb-type-c-connector

Type-Cとは、2014年に発表されたこれまでにない新型のUSB端子のこと。仕様書はこちら

  • それまで混乱を極めていたUSB端子や規格をいい加減統一させたい
  • Appleが先に出したLightningコネクタのリバーシブル仕様などに後れを取っていた

などの背景を持っての登場でした。ちなみにAppleはType-Cのことを「USB-C」と呼んでいますが同じもののことです。

発表されたのは2014年なものの、実際に僕らが市場で目にするようになったのはその少し後でした。その頃はちょうどUSB 3.0が世間に浸透し始め、かつUSB 3.1が発表されて少し経ったタイミングだったんです。だから「Type-C = USB 3.0/USB 3.1」のようなイメージが先行して広まってしまったんでしょうね。

Type-CとUSB 3.0とUSB 3.1タイミングが近いが関係ない

USB 2.0へのサポートも発表され、今でも多く使われています。スマホのType-C端子も実はUSB 2.0のものは多く、見た目だけでは判別できないので十分注意してください。

その他大きな特徴と概要について、次からで説明していきます。ここは4点です。

1.逆挿し可能

まず第一にユーザビリティがアップした点といえばこれですね。Type-C端子では表と裏どちらを上にしても挿さるようになりました。

Type-C端子はリバーシブル仕様

特にMicro-Bは逆に挿し込もうとしてガリガリやってた人、多いのでは?笑

みるみ
みるみ

Micro-Bに関しては僕もよく間違えてました…。

AppleのLightningコネクタを最も意識したであろうポイントはやはりこのリバーシブル仕様だと言われていました。しかし後出しなのに全世界基準にまで上り詰めるあたり、さすがはUSBといったところでしょうか。

ちなみに、逆挿し可能と言いつつも実は裏表はあります。USBの仕様書にはピンアサインも定義されていて、それを見ると上下での違いが分かります。

USB Type-Cコネクタ(メス)のピン配列

このように「どのピンにどんな信号が対応しているか」を表すものを「ピンアサイン」、または「ピン配列」などと呼びます。

この上下の違いによってどちらへ給電するかの判断が可能になるので(実際にはオスのピンを見てます)、「実はUSB PD(Power Delivery)の利用のためにはリバーシブルコネクタがとても役立っていた」ということが分かりますね。素敵!

2.親子の概念がなくなった

もともとのUSBインターフェースは「PCと様々な機器を繋ぐもの」という規格なので、必ず「ホスト(親)と周辺機器(子)という関係を明確にする」という仕様がありました。

従来のUSBは接続した時点で親子が勝手に決まる

「A系の端子が挿された方が自動的に親になり、反対のB系は子にしかなれない」というのが一般的でした。

これはとても大事なポイント。

基本的にはType-Aを挿した側が親と判断され、もう一方が強制的に子になってしまうのがそれまでのUSBでした。だから「スマホにマウスを繋ぐ」とか「デジカメとUSBメモリを繋ぐ」とかは基本的にできなかったんですね(「USB On-The-Go」が当たり前になってからはその限りではありません、詳しくはUSBコンプリートガイド記事の末尾で)

で、「物理的には挿し込めたのにデータの送受信方向は勝手に決められちゃう!」のような問題を解決してくれたのがType-Cだった、というわけです。

Type-C端子同士なら、どっちにどう挿そうが親子に縛られない

この仕様はType-Cに関係する他の大きな要素、つまり

  • USB PD(Power Delivery)
  • オルタネートモード

などのための大切な基盤にもなっています。

それぞれ

  • 子から親への給電が可能
  • 子からの映像出力が可能

のような感じですね。

3.USB以外の信号も流せるようになった

これまでのUSB規格は、当然USBの信号しか流せませんでした。

ところが、Type-CではUSBの通信も維持しつつ、映像など全然関係のない別の信号もやりとりできるようになりました。

以前の端子よりピン数や通信レーン数が増えたおかげで、このような恩恵を与れるようになっているんですね。

Type-C端子の24ピンのうち10ピンを拡張する

Type-C端子では、全部で24ピンあるうちの10ピンをUSB以外の信号用として割り当てることが可能です。

これらはUSBを「拡張」して通信しています。なのでその「拡張」された通信のことを「オルタネートモード」と呼ぶんです。ほら、知っている言葉が出てきましたね!

「拡張」するから「オルタネート」なモード

実際には「代理」とか「代わりの」みたいなニュアンスで理解しておくといいと思います。

オルタネートモードについては、今読んでいただいている「Type-Cとは?」の次の節でどうぞ。

ところで、「通信レーン数」という言葉がこの記事では初登場なのでちょっとTips的な話を。

USB規格と端子の解説記事のUSB 3.2の項で、「USB 3.2 Gen◯x22の部分は通信に使うレーン数を表している」という話をしています。

「3.2が登場するまでは1本しかなかったので、純粋なUSB 3.2のものは後ろの数字が全て2になっている」ともお話しました。

通信レーンの本数を増やすには、当然ハード側の対応が必要です。ケーブルやコネクタが物理的に進化してくれないと本数は増えないということ。当然ですね。

話をType-Cに戻しましょう。

Type-C端子になって、そのピン数や通信レーン数は一気に増えました。

あれ?
ということは、通信レーン数が増えたType-Cだから「USB 3.2 Gen◯x2」のような高速通信が実現したということでしょうか?

その通りです!!

Type-Cは今までメインで使っていた高速な(USB用の)通信レーンを2つ分持っています。それが表れているのが「USB 3.2 Gen◯x2」の2

だからUSB 3.2とUSB4には対応端子がType-Cしかないということだったんですね。

スッキリしましたね~!
だいぶUSBについて理解が深まってきた感じがしませんか?

4.USB PD(Power Delivery)が使える

特徴その4。最後です。

Type-Cは新たに「USB PD(Power Delivery)」という電源に関する規格をサポートしました(USB PDだけは実は先に定義されていたので、厳密にはType-Cの中に含まれている規格というわけではないことに留意してください)

100Wワットという大電力をUSBケーブル1本で賄えるようになったのはまさに革新的です。

100Wがどれくらいすごい数字かは別の記事でゆっくり解説するとして、簡単に比較を言っておくと、Type-C登場までのUSBでの最大供給電力はたったの7.5Wでした。実に13倍。

これまでの最大供給電力7.5Wに対して100Wは13倍もある

なお、前述したように「親と子の方向を自由に切り替えられる」という仕様と密接な関わりがあります(「USB PD単体でも好きな方向に充電できる」と理解しておくのがおすすめ)。

USB PDに関しては「充電や電圧に関する内容」ということで本記事ではなく下記の記事で詳しく解説しています。

 

以上がUSB Type-Cの概要でした!
次からはいよいよ「オルタネートモード」についての説明。

2.Type-Cのオルタネートモードとは

usb-type-c-alternate-mode

最近のUSB事情をややこしくしているのはこの辺りから。

そもそも名前すら聞いたことがない方がほとんどかとも思います。その名も「オルタネートモード」。

名前の呼び方は

  • Alt Mode(オルトモード)
  • Alternative Mode(オルタネイティヴモード)

など色々揺れがありますが、どれも一緒のことを指してます。

で。

オルタネートモードとはUSBの通信以外にも色んな信号をやり取りできるようにする機能のことです。

Type-C端子の24ピンのうち10ピンを拡張する

先ほどもお見せしたこの図。グレーアウトしていない着色されている10ピン分がオルタネートモードで使っていいとされているピンです。

Type-C端子が持つ24ピンのうち10ピン分をおすそ分けしてもらって上手く活用します。そうすることで、USBの通信を維持したまま他の信号を流せるようになるという機能です。

このあとは、以下3つに分けてオルタネートモードを解説していきます。

  1. オルタネートモードの詳しい仕組み
  2. オルタネートモードの使用環境について
  3. オルタネートモードで使える信号の種類

この記事でも山場な部分だと思いますが頑張っていきましょう!

1.もうちょっと詳しい「オルタネートモードの仕組み」

オルタネートモードの仕組みについてもう少し具体的に説明してみます。ちょっと細かい話ですけど、根幹の理解がしやすくなる重要なポイントです。

オルタネートモードの最も大きな特徴は「USBの通信を維持したまま他の信号もやり取りできる」という部分です。

そのためには、今までUSBの通信に使用していた線をそのままオルタネートモードに使ってしまっては台無しです。通信できるラインは限られてますからね。

そこでType-Cの出番です。

「Type-Cでは高速通信用のレーンが一気に増えた」と上でお話しました。ここがポイント。

Type-Cケーブルのライン構造

「Type-Cで追加」とある線以外は、USB 3.0以降に準拠したケーブルなら既に搭載されていたラインです(Type-A/Bなどは問わない)。

あれ、高速通信用の信号線が4本(2レーン)もありますね。めっちゃ増えてます。

そうなると、

「その増えた線でUSB通信もしてるんでしょ?」

と思いますよね?

いいえ、実は違います。

Type-Cの中に新たに増えた高速の通信レーン(2本分)は、USB 3.1の通信でさえ使われてはいません。

Type-Cで新しく追加された高速レーンはUSB 3.1ですら使われていない

USB 3.1までの全てのUSB用通信は、これまでのケーブルにも存在していた「高速通信用レーン×2」で賄えます。

これが「USB 3.1がUSB 3.0を内包している」という要素を意味する1つであり、さらには「Type-Cではない従来のUSB 3.0ケーブル(Type-Aなど)でもUSB 3.1の通信が可能である」ゆえんです。

そして、このときに余った高速通信用のレーン2対(と低速通信線2本)を使うのがオルタネートモードというわけです!

追加された余った信号ラインをオルタネートモードで使える

いっぱい使えますね~。

みるみ
みるみ

「ピン数」と「レーン数」は直接関係がないので、「おすそ分けが10ピン」と言っていたのとレーン数が合わないのは疑問に思わなくて大丈夫です。そういうものだと思ってOK。

しかもしかも、「USB 3.2 Gen◯x2」の2で、通信レーン数はちゃんと「2」と表現されていますよね。Type-Cでは高速通信用のレーンが4対あるにも関わらず、「USB自体の通信は2レーンである」という仕様がちゃんと書かれていたわけです。

どうでしょう!色んなものが繋がってきましたね!

2.オルタネートモードの使用環境について

使用環境について。
「オルタネートモードの利用条件」のような感じでここは1つまとめてみましょう。

ややっこしい部分なので、比較的分かりやすい部分を抜粋しそれを図でまとめたものをメインに説明していきます。

まずはUSB規格との関係について。

USB規格とオルタネートモードで流せる信号の関係図

「DisplayPort」や「Thunderbolt 3」など実際にオルタネートモードで使える信号名/通信名が先に登場してしまっていますが、今は中身について気にする必要はありません。

これは「オルタネートモードと同時使用できるUSB通信は何なのか」を表している図です。

細かい説明を全部しているとキリがないですが、特に注意したいのはオルタネートモード利用中のUSB通信はUSB 2.0になることもあるという点です。

例えば、DisplayPortは

  • フルHD(1920x1080) 60Hz(2台まで)
  • 4K 30Hz

までなら映像を出力しながらUSB 3.0/3.1で通信可能ですが、

  • 4K 60Hz

での出力だとUSB 2.0での通信になってしまうという感じ。

とはいえ、実利用上でこんなに込み入ったシーンに遭遇することはほぼないだろうから覚えておく必要はないと思います。

それと「USB 3.2の通信+オルタネートモード」の併用というのもムリです。

USB 3.2ではType-Cで追加された高速通信レーンの全てをUSBの通信に充てているため、オルタネートモードが利用できるスキはありません。

みるみ
みるみ

誤解しやすいですが、「USB 3.2のケーブルで映像の出力などのオルタネートモード自体は利用可能」です。USBの通信速度(規格/バージョン)が下がるだけ、ということ!

 

通信規格に関しては上記のような感じで、もうひとつやっかいなのが残っています。

それは対応ケーブルについて。

こちらもまずはまとめた図を見てみてください。

USBケーブルの種類とオルタネートモードの対応について

ポイントは2つ。

  1. アクティブケーブルとパッシブケーブル
  2. ケーブルの長さ

この2つは密接に関わり合っていて、特に超高速な通信ができるかどうかの分かれ目になるものと思っておくと良いでしょう。ゆえにThunderbolt 3がメインで関わってくる要素になります。

「アクティブケーブル」と「パッシブケーブル」という言葉、あまり聞き覚えがないかもしれませんがこの辺りについて調べ物をしているとよく出会う名称なはずです。

USBに限った概念ではなく、通信の技術用語ではよく見られる言葉です。

  • アクティブ:能動的、自分から動作を起こす
  • パッシブ :受動的、まわりからの動作を待つ

というニュアンスですが、今回は「オルタネートモードを使いたいときは基本的にパッシブケーブルじゃないとダメ」と覚えられれば十分です。

アクティブケーブルとパッシブケーブルの違い

これを見ると「アクティブケーブルの方が良いもの」のように見えますが、実際には「オルタネートモードを使いたいならパッシブケーブルじゃないとダメ」なので注意してください。

信号を流す対象が通信前に分かっていないと、上図で示したようなアクティブケーブルとしての役割(ノイズ補正など)を果たせないため、オルタネートモードの性質上必ずパッシブでの通信が必要になる、という理屈です。これなら覚えやすいですね。

ただし、意識的にアクティブケーブルを買おうとしない限り誤ってアクティブケーブルを掴んでしまう恐れはほぼないので安心してください。

 アクティブケーブルの製品例。

「Thunderbolt 3専用」などの表記が目立ちますし、そもそも信じらんないほど高いですもんね。

ただしパッシブ通信ではノイズ補正などをしない分、ケーブルの長さを短くするよう要求されてしまいます。だからType-Cケーブルって1mとか短い仕様が多いんですね!

ちなみにアクティブケーブルと言えばこれまでは「Thunderbolt 3用のもの」というニュアンスで通っていましたが、USB 3.2発表後はUSBとしてのアクティブケーブル(Type-Cケーブル)も存在しているようです(現物未確認)。

ごちゃごちゃしていて難しい部分でしたが、最後に大事な点を。

USB 2.0にしか対応していないType-Cケーブルではオルタネートモードは使用できないので注意してください。USB 2.0時代には高速な信号線が1本もなかったのだから当然ですよね。

USB 2.0のType-Cケーブルではオルタネートモードは使えない

オルタネートモードを使う余裕なんてない!

なお、USB PDなど充電系の仕様だけならばUSB 2.0でも利用は可能です。

3.オルタネートモードで利用できる信号の種類

さて、最後に「実際にオルタネートモードで使える信号にはどのようなものがあるのか?」を見てオルタネートモードの説明を終えましょう。

扱える信号は下記の5つです。

  1. DisplayPort
  2. HDMI
  3. MHL
  4. Thunderbolt
  5. VirtualLink

今のところこの5つしか世界に存在していないわけではなくて(たぶん)、実際には「USB側が要求するフォーマットに従っていさえすればどんな信号でもオルタネートモードとして使用可能である」とされています。

現状で実利用されているのは上記の5つに留まっているという意味です(実際にはこの中でもDisplayPortとThunderboltの2つ程度ですが)

このように「色んな信号を同じUSB Type-C端子1つで流せる」となってくるとさらにカオスになってしまうため、USBの規格団体はオルタネートモードに対応する開発をしているメーカーに対して「端子付近にしっかりとラベルで明示してね」と求めています。

alternate-mode-displayport-label-mark

これはあくまでも「オルタネートモードではなくてDisplayPort(に対応したオルタネートモード)」という意味で示されるマークですが、とにかくこういうラベルのことです。このあとにもいくつかご紹介します。

相変わらずちゃんと示されていないことも多いので気をつけましょう。

みるみ
みるみ

それにしてもこのDisplayPortのマーク、たった1つの意匠で「D」も「P」も示す、なんて素敵なんでしょう!秀逸!

よく勘違いされますがUSB PDとオルタネートモードは全く関係ありません。互いは独立した仕様なので、それぞれの規格対応に依存関係はありません。

※さらにやっかいなことを言いますが、今言ったことは厳密には間違いです。実はオルタネートモードの利用のためにUSB PDで定義された仕様による処理が必要なため、お互いの関連は"ある"んです。しかしこれは開発側などエンジニアにしか必要のない情報のため、一般的には「USB PDとオルタネートモードは一切別のもの」という理解で良いと思います。
参考→USB Type-Cの概要 - Microchip Technology

では、次から「オルタネートモードで流せる主な5つの信号について」の解説です。

映像:DisplayPort

displayport-main-visual

仕様公表2014年9月
対応バージョンDisplayPort 1.3以降
関連アイコンalternate-mode-displayport-label-icon
仕様書/プレスリリースwww.displayport.org

オルタネートモードで最も使われているのはおそらくDisplayPortでしょう。

今でこそこれらUSBとの関わりが出てきたのでそれなりに名前も知られるところとなりましたが、少し前までは多くの方はほぼ知らない感じだったのでは。一般ユースでの実力的にはHDMIと双璧レベルですが、いかんせんインターフェースが流行していませんでした。

ただし、ことオルタネートモードに限り映像の通信という観点ではHDMIを遥かに凌駕しています。

現状出せるスペックは、最新バージョン2.0だと

  • 8K 60Hz
  • 5K 60Hz
  • 4K 120Hz

のようになっています(ソース)。しかも特定の条件下では16K 60Hzとかいうバケモノみたいなスペックも…。

これをUSBケーブルで出せるんだからすごい!

ただし現状は「出力デバイス - ケーブル - ディスプレイ」の全てがこの最新バージョンで普及しているかというとそうではなく、まだ多くはver 1.3~1.4付近だと思われます。その場合だと前述したように4K 60Hzでの出力時はUSB 2.0になってしまうので注意してください。

 

実際にディスプレイを繋ぐときの話も少しだけ。

まずはDisplayPortでのオルタネートモードだけのディスプレイ接続でも十分実用に耐えうると知っておきましょう。

Type-Cケーブル1本でオルタネートモードを使い、DisplayPortの信号を出力する

まずはこのように「USB Type-Cケーブル1本でディスプレイへ映像出力できる」という図式が基本形です。

このとき、当然ですが「ディスプレイ側の受けの端子はType-CではなくてDisplayPortでもOK」です。

オルタネートモードでDisplayPort接続するときは相手の端子がDisplayPortでもOK

「Type-C - DisplayPort」のケーブル例。

また、USB PDにも対応しているならディスプレイ側からPCへの給電も行われます。

USB PDにも対応しているならディスプレイ側から給電がされる

給電方向については、「コンセントに挿していない方が電力をもらう」と理解しておくと良いでしょう。弱い方が助けてもらえるわけですね。

なので、「モバイルディスプレイ」などと呼ばれるコンセントに挿さないタイプのディスプレイにUSB PDでPCと繋いだ場合、当然PCから電力(と映像)を受け取ることになります。

また、これもUSB PD対応に限りますが、Type-Cで接続したディスプレイからさらに接続する「デイジーチェーン」(数珠つなぎ)も可能です。2台目以降はType-CケーブルではなくDisplayPortケーブルを使います。

デイジーチェーン(数珠つなぎ)も可能

この場合は出力される映像スペックはフルHD(1920x1080)に留まることに注意。

デイジーチェーンの良いところは「PC側の使用端子が1つで済む」というところ。Macをお使いの方や、Windowsでも流行りのモバイルノートなどを使いこなす場合はぜひ利用してみたいですね。

映像:HDMI

hdmi-logo

仕様公表2016年9月
対応バージョンHDMI 1.4
関連アイコンhdmi-icon
仕様書/プレスリリースwww.hdmi.org

映像を扱う信号といえば最も身近なのはHDMIですよね。

しかしオルタネートモードではDisplayPortに比べるとやや陰りぎみ。実利用上ではDisplayPortと映像スペック的な差はほぼないものの、HDMI 2.0はサポートされていないので4K出力の場合リフレッシュレートは30Hzになってしまうというのは覚えておくべきかもしれません。

そして何より問題なのはUSB通信と同時利用できないことでしょう。

hdmi-is-not-connect-usb-by-alternate-mode

少し前にお見せしたこの図でも、HDMIだけは誰とも共存せずに孤立していました。

おそらくこれが決定的な要因となり、オルタネートモードでの主役の座はDisplayPortに奪われています。

 

HDMIもDisplayPortと同じく、「Type-C - HDMI」というケーブルによってもダイレクト接続が可能です。端子さえ合えばこれと同じことが可能なので、例えばAndroidスマートフォンからの映像はそのままディスプレイ上にミラーリングできます。

my-type-c-to-hdmi-plugable-cable

画面の縦横も同期して反映されます。

挿すだけでこのように映像出力されるという感じ。

みるみ
みるみ

僕の端末(Galaxy)は1つの機能として「USB経由で映像が出力された場合、専用のデスクトップライクなUIになる」という機能もありますー!

オルタネートモード自体では使わないものの、Type-CとHDMIの変換は持っておくと何かと役に立つシーンが多いので個人的にはおすすめ。

HDMIケーブル自体は「オス - オス」が主流なので、それを流用できる上記のような「Type-Cオス - HDMIメス」がいい感じです。

映像:MHL

mhl-mobile-high-definition-link-logo

仕様公表2014年11月
対応バージョンMHL 1.0以降+superMHL
関連アイコン特になし
仕様書/プレスリリースwww.mhltech.org

HDMIの弟分的存在のMHL。ややマイナーです。

最初に策定されたMHL 1.0で定義されたコネクタはこいつでした。

usb-micro-b-connector-is-mhl-connector-same

ん?どこかで見たことがありますね。そう、USB Micro-Bでs…。あれ、確かに端子の形は同じだけど、なんか雰囲気がちょっと違いますね。

実は、MHLは「USB Micro-Bの端子形状と互換性を保ちながら使えるようにした」ということなんです。ケーブル界隈ではたまに起きるイベントですね(後述しますがThunderbolt系も同じです)。

つまり「MHLの仕様に対応した出力が可能なら、一般的なスマートフォン(Android)から映像を手軽に出力できた」はずでした。

しかし

  • なまじ端子の形が同じなため、「そもそもUSB端子から映像出力ができる」ということに気付かれにくかった
  • スマートフォンの仕様の分かりやすいところに「MHL対応」などと書いてあることが少なく、その端末が対応しているのかどうか非常に分かりにくかった
  • MHLという規格自体の知名度が上がらなかった

などの理由により、イマイチ使われませんでした。そうこうしているうちに2.0のMicro-B端子も淘汰され、同時にお蔵入りに…。

というMHLなので、オルタネートモードでも弱いポジションかと思いきや地味に4K/30Hzまでは対応です。HDMIとは違ってUSBの通信を阻害しない(しかもUSB 3.0/ 3.1利用OK)のでHDMIより勝っている印象ですね。

MHLならUSB通信と同時使用可能

最初は意味不明だったこの図も、こうやって見れば少しは分かるようになりませんか?(まとめ図がどうしても見にくくなっちゃうのはすみません)

さらに後継規格となった「superMHL」にも対応。

このsuperMHLはもともとType-Cコネクタを採用していますが、オルタネートモードでも使えます。なんとこちらは8K/120Hzでの出力も可能。やりますね。

でもね、なんでか流行んないんですよね…。頑張ってほしい…。

汎用:Thunderbolt

thunderbolt-main-logo

仕様公表2015年6月
対応バージョンThunderbolt 3以降
関連アイコンThunderbolt-icon-label
仕様書/プレスリリースthunderbolttechnology.net

DisplayPortと並ぶオルタネートモードの主役はこれですね。規格自体のカテゴリは「Thunderbolt」ですが、実質的に「Thunderbolt 3」オンリーだと思ってOKです。

オルタネートモードで有効利用できる通信レーンの全てをThunderbolt 3にあてられる関係上、出せるスペックも破格です。

Thunderbolt 3では全てのレーンをオルタネートモードに充てられる

通信の速度は実に40G[bps]。「速い速い」と言われていたUSB Type-C 3.1の速度が10G[bps]なので、なんとその4倍にもなります。実測値は別ですけど

もちろんそれでいながらUSB 3.1の通信も同時利用可能です。はい最強。

みるみ
みるみ

上の図ではUSB 3.x用のラインは埋まっちゃってますが、Thunderbolt 3の中にUSB 3.1の通信を含ますことができるから問題ないんです!

その他できることとして、

  • USB PDと同パワー(100W)での給電
  • Type-CとDisplayPortでのデイジーチェーン(数珠つなぎ)時はフルHD(1920x1080)しか対応していなかったが、Thunderbolt 3なら4Kで映像出力できる
  • PCIエクスプレスでグラフィックボードやHDDとも接続

などがあります。うーんすごいですね。

 

ただし、Thunderbolt 3利用のためには

  • 出力側のデバイス
  • ケーブル
  • 入力側のデバイス

が全てThunderbolt 3規格に対応している必要があります。おなじみの構図ですね。

対応されているか確認するには、端子付近に以下のようなアイコンがあるかを確認してみてください。

Thunderbolt-3-support-labels-icons

オルタネートモードのThunderbolt 3に限らず、USBまわりに関する端子付近のラベル表示はちゃんと義務化されていないものが多いので確かな判断が難しいのが実情です(USB 3.0/3.1の青色の件などもそうです)。
でもThunderbolt 3は上図のようなアイコンが見つけられなければ基本未対応だと判断して良いレベルな気はします。

特にやっかいなのはケーブルで、「Thunderbolt 3対応」と銘打たれていてもそれが最速の40G[bps]を出せるかはまた別問題です。

Thunderbolt 3の最高速40G[bps]を出すためのケーブルは限られる

最高スペックを楽しむためには、前述したように「アクティブケーブルか、パッシブケーブルの1m未満」でないといけません。

安くても1,500円を切るものは「正式対応か怪しい」と疑ったほうが良いでしょう。

上記はThunderbolt 3で40G[bps]を出せるケーブルの一例。さっきとは違いアクティブケーブルではないパターンです。

ちなみについこの間(2020年1月)にThunderbolt 4というのも発表されています。内容はUSB4のサポートということらしいです(端子変わらず)。CESでプレスリリースがあったくらいで、詳しくは僕もまだよく知りません。

その他:VirtualLink

virtual-link-main-logo

仕様公表2017年7月
対応バージョンVirtualLink 1.0
関連アイコン特になし
仕様書/プレスリリースVirtualLink Consortium

最後はちょっと特殊です。

VR向けの通信規格で、「VRヘッドセットとPCをUSB Type-Cケーブル1本で全て賄っちゃおう!」という背景のもと生まれたものです。

しかし、これ自体が独自でいろいろなインターフェースを持っているわけではなく、あくまでもこれまでのオルタネートモードで登場した規格の寄せ集めみたいな感じです。

使うのは

  • 映像用 :DisplayPort 1.3 x 4レーン
  • データ用:USB 3.1
  • 電源用 :27W(おそらくUSB PDではない)

という感じ。現状はこれ以上の仕様は詳細不明という感じでした。

寄せ集めというとちょっと聞こえは悪いですが、実際にはいい感じにまとめあげるための規格策定は行われている模様。

なお完全に僕の予想ですが、少し前にOculusがOculus Quest向けに発表した「Oculus Link」はこのVirtualLinkの仕様を利用したものではないかと思っています。

oculus-link-main-visual

VirtualLink規格の利用を中止する事例もあるようですが、見たところOculusは見事製品化までこぎつけたようです。本当にVirtualLinkに則っているかは不明ですけど(なぜか技術詳細が公表されていない)。

妙に気になるのは、OculusはOculus Link利用時には自社で同梱するケーブルを推奨しているものの、これがなんと10,000円もするらしいというところ。しかもAnkerのUSB 3.0ケーブルでも動作したという報告もあるのでなんだかよく分からない…。

これ が実際に動作確認されたType-Cケーブル。見た感じ普通のType-C/3.0なので、たしかにオルタネートモードはちゃんと動きそうではあります(長さはVRプレイに向いていない点にだけは注意)。

 

さて、これで「Type-Cのオルタネートモード」の説明が終わりました!
この記事の中でも一番複雑かな?と思われた部分ですが、このあとの内容と併せて少しずつ理解していってみてください。

次からは、みなさんまだこんがらがっていると思われる

「Type-CとThunderbolt 3って結局なにがどうなってんのよ?」

についてですよ~。
ここが分かればThunderbolt 3含めたType-Cの理解は完璧なはず!

3.Type-CとThunderbolt 3の関係について

type-c-and-Thunderbolt-3-relationship

というわけでType-Cに関する解説の第三段階は「Type-CとThunderbolt 3の関係について」です。

  • Type-Cの概要はとりあえず分かった
  • オルタネートモードの1つにThunderbolt 3というものがあるのも分かった

というみなさんの状態を前提にして進めていけるようにします。
以下4段階に渡る説明に分けました。

1.まずは「元々別の規格、別の端子である」と理解しよう

一番最初にちゃんと整理すべきは

Type-CもThunderbolt 3も元々別のもの同士だし、それぞれでの端子が存在する

という前提。

語弊がありそうなので一応明確化しておきますが、

  • Type-C → 「USB」という規格が持つ端子のひとつ
  • Thunderbolt 3 → 「Thunderbolt」という規格のバージョンのひとつ

ですね。

Type-Cは端子、Thunderbolt 3は規格のひとつ

では次。そうなると、

「じゃあThunderbolt 3の端子はどんなやつなの?」

という疑問が浮かびますね。答えはこう。

「Type-Cです。」

…。

げんなりするのはちょっと待ってくださいね。笑
ゆっくり理解していきましょう。

まず、「Thunderbolt」という規格そのものがありました。

thunderbolt-main-logo

これはVer.1から始まり、版を重ねてVer.3まで来てます(4は今は無視)

Thunderbolt-version-1-2-3

Ver.1とVer.2までは、「Mini DisplayPort」という端子を採用していました。

mini-displayport-connector

こんなやつ。

この「◯◯の端子を採用」とは、既に存在する端子と同形状のものを用意することで、互換性を持たせたり製造のハードルを下げさせたりする意図があります。

単純に1つのコネクタで2つ以上の役割を持たすことができるというメリットもあるでしょう。さっきの「MHL = Micro-B」もこれでしたね。

それと同じことが、今度はVer.3(Thunderbolt 3のこと)で「Type-C」端子の採用として起きました。

Thunderbolt 3という規格で採用した端子形状はType-Cのものだった

「Thunderbolt 3という規格はオリジナルのものだけど、端子だけはこれから普及していくであろうType-Cと同じ形にしようね」としたということです。

注意してほしいのは、まだ僕はオルタネートモードの話は全くしていないという点。今はただ「Thunderbolt 3の端子はたまたまType-C端子を採用しているよ」と言っているだけです。

だいぶクリアになってきましたね。そしたら次は視点をThunderbolt 3に移します。

2.Thunderbolt 3視点での仕様もちゃんとある

Thunderbolt 3という規格がType-C端子を採用していることは分かりましたが、じゃあThunderbolt 3自体はそもそもどんな規格なんでしょう?

Thunderbolt 3側がどういう仕様を持っているか、1つの表にまとめてみました。

通信プロトコルThunderbolt
PCI Express 3.0
DisplayPort 1.4
USB
最大転送速度40G[bps]
給電能力15[W](通常)
100[W](USB-PD時)
端子形状USB Type-C

わりとシンプル。

しかし、下3行はいいとしても一番上の行の「通信プロトコル」はちょっと説明が要りそうです。

通信プロトコルThunderbolt
PCI Express 3.0
DisplayPort 1.4
USB
最大転送速度40G[bps]
給電能力15[W](通常)
100[W](USB-PD時)
端子形状USB Type-C

要点は以下3つ。

  1. Thunderboltという信号自体がちゃんと存在する
  2. Thunderbolt 3が持っている仕様の中にもDisplayPortが存在する
  3. Thunderbolt 3としてもUSBを扱える

通信プロトコルについて①:「Thunderbolt」という信号自体がある

Thunderboltはもともと「汎用シリアルバス」というUSBと同じジャンルの通信規格です。

「発信する側と受け取る側がちゃんと連絡を取り合えればどんな内容の信号でも流せるよ!」というもの。USB端子を使った機器が山ほどあるのと一緒で、Thunderboltでも同じようなイメージで使える感じです。

例えばThunderboltの信号を使ったものの代表例として「Thunderbolt Networking」というものがあります。

thunderbolt-networking

Macでの接続はもちろん、WindowsでもOKです。

Thunderbolt 3同士でダイレクトに繋ぎ合ったマシン同士がTCP/IP接続される、というイメージですね。いわばLANケーブルのような役割を担います。

10GBASE-Tに対応した接続になるため、転送速度の理論値は10G[bps]。しかも「まさかそんな出ないやろ」と思いきや、実速度で8G~10G[bps]を叩き出している結果もありました。

このように、「Thunderbolt自体もちゃんと独自の役割がある」というイメージが持てるとType-Cとの関連も理解しやすくなるでしょう。

通信プロトコルについて②:Thunderbolt 3でもDisplayPortが使える

Type-CのオルタネートモードでもDisplayPortが利用できるのは既に書いた通りですが、なんとThunderbolt 3自体もDisplayPortでの接続機能を内包しています。該当バージョンは1.4。

Thunderbolt 3でのDisplayPort通信を「Type-CのオルタネートモードとしてのDisplayPortです」と説明しているサイトをいくつか見かけたのですが、厳密にはこれは間違いです。

Thunderbolt 3の通信が可能なケーブルでは、そのコントローラ内にそもそもDisplayPortの信号を受ける準備があります(ソース)。

Thunderbolt 3ケーブルの中にあるコントローラーが色々な信号を切り替えている

Thunderbolt 3の中にあるコントローラが色々な信号を上手く切り替えながらデータの送受信を行っています。ちなみに現在のThunderbolt 3コントローラの名前は「Titan Ridge」という名称(バージョン)です。詳しくはこちら

ただし実際に即した表現をするなら、Thunderbolt 3に対応したType-C端子ならDisplayPortが100%使えるなどの方が直感的で覚えやすいかも。
(この事実が先行して厳密には違った理解へと繋がってしまっているんですね)

通信プロトコルについて③:Thunderbolt 3はUSB 3.1も内包している

要点3つめ。

実はThunderbolt 3内でUSB通信自体がサポートされています。さっきのイラストでもUSB 3.1のコントローラが含まれていましたよね。

この仕様があるからこそ、Type-CのオルタネートモードでThunderbolt 3のために高速レーンを全て使い切ってしまったとしてもUSB 3.1での通信が維持できたというわけですね。

Thunderbolt 3では全てのレーンをオルタネートモードに充てられる

この図のこと。「USB 3.x用」と書かれた高速レーンは全てThunderbolt 3に使われてしまうことになっていますが、それでも「Thunderbolt 3自体がUSBの通信機能を内包している」から問題ないわけですね。

もっと分かりやすく言い換えておきましょう。

Thunderbolt 3はUSBと完全に互換性があるので、Thunderbolt 3専用の端子でもUSBは使える

と理解しておけば万事オッケーですね!

 

以上の3つが「Thunderbolt 3側にもちゃんと仕様があるんだよ」というところの説明でした。
次はThunderbolt 3とType-Cの実際の関係に迫ります。

3.実際は:Thunderbolt 3はType-Cのオルタネートモードとして動作している

ここでやっとオルタネートモードが再登場します。

これまで

  • 端子としてのType-C
  • 規格としてのThunderbolt 3

と、それぞれ個別に理解してきましたよね。

しかし実際はというと、Thunderbolt 3の基本動作原理にはType-Cのオルタネートモードの仕組みを使っているんです。

「なんやねん!!これまでの説明の意味ないじゃん!!」

という気持ちはぐっと抑えていただいて、あくまでも別々なものが、たまたまオルタネートモードという仕組みによって繋がっているだけと思ったら、なんだか前よりはスッキリしませんか?

Type-CとThunderbolt 3はあくまでも別々の存在だけど、オルタネートモードという1つの仕組みによって繋がっている

つまり、

Thunderbolt 3という規格・端子での接続をType-Cコネクタで策定してみた

あれ、これType-Cのオルタネートモードじゃん!

みたいなノリです。

これ以上の説明は技術的な話がメインになってしまうので、今回は踏み込まずここまでとしてみました。今の分かりやすさのままさらに説明を加えられる自信が僕にもまだないので、今回はこの辺りでご容赦ください。

結局「ケーブルと両端子がThunderbolt 3に対応していないとThunderbolt 3にオルタネートすることもできない」ということですね。当然なんですけど。

4.じゃあThunderbolt 3って結局なんだったの?

まとめです。

まずThunderbolt 3という規格がありました。

規格の仕様はこう。

通信プロトコルThunderbolt
PCI Express 3.0
DisplayPort 1.4
USB
最大転送速度40G[bps]
給電能力15[W](通常)
100[W](USB-PD時)
端子形状USB Type-C

端子については、

「Thunderbolt 3という規格はオリジナルのものだけど、端子だけはこれから普及していくであろうType-Cにしよう」

ということでType-Cが採用されました。

usb-type-c-cable-photo

Type-C端子。

そして、Type-C端子なので当然のごとくオルタネートモードが使用でき、Thunderbolt 3という規格自体もその仕組みに則って動作することとなりました。

その結果として「Thunderbolt 3はUSBと完全に互換性がある」という状態にもなっている、ということでした。

まとめ:USBとThunderbolt 3は互換性がある

 

どうでしたでしょうか。
最後はちょっと拍子抜け感があったものの(随時改善を図ります…!)、整理してみると簡単に思えませんか?

以上でType-Cにかかわるほぼ全て内容が説明できました。お疲れさまでございました。

おわりに

もう普段から身の回りに溢れまくっているType-C端子ですが、実はこんなに色々な要素があるとは思いもよらなかったんじゃないでしょうか。

もともと「時代の潮流に沿って色々な規格が用意され続けてきた」という背景がUSBには常にあるので、それを統合しようとして登場するものもまたややこしいというアホみたいな展開が止まりません。

みるみ
みるみ

USB4も同じ状態になっちゃってます。今回は解説に含んでいませんが、実はType-CとThunderbolt 3どちらとも密接な関連があります。

とはいえ少しずつまとまってきてはいますから、もうちょっと我慢すればもっと分かりやすくなるかも…。

いずれにしても、これからしばらくはType-CがUSB事情の中心になることは間違いないでしょうから、正しく理解しておきたいものです。

みるみ
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みるみ

PC作業の効率化とムダ排除の鬼。プログラムを書いて生活しています。

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