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“Thunderbolt™（Thunderbolt™、Thunderbolt™ 2、Thunderbolt™ 3、Thunderbolt™ 4）” と “USB（USB 3.0、USB Type – C）、”FireWire®” などの違いについてのチュートリアルになります。

目次

“Thunderbolt™（Thunderbolt™、Thunderbolt™ 2、Thunderbolt™ 3、Thunderbolt™ 4）” とは？

“Thunderbolt™（Thunderbolt™、Thunderbolt™ 2、Thunderbolt™ 3、Thunderbolt™ 4）” は、コンピューター（Mac、Windows）の CPU でお馴染みの Intel® と Apple が共同開発した高速汎用データ転送技術規格の 1 つになります。

“IEEE 1394（FireWire®）” の後継として開発されたためデイジー チェーンをサポートしているます。

また、汎用データ転送バスの PCI Express とビデオ出力用インターフェースの DisplayPort の技術を基盤に開発されているので、それらの信号を同時に転送することできるので、”USB（Universal Serial Bus）” よりも多機能かつ高性能となっています。

ただし、ホスト側とデバイス側の両方に Intel® 製のモジュールがとなるため、USB よりも高コストになるデメリットもあります。

なお、近年はホスト側のコントローラー機能の一部を CPU に統合したため、コスト面では改善してきていますが、”USB（Universal Serial Bus）” と比較するば高コストである点は否めません。

ちなみに、最近の自作パーツ（Windows）のマザーボードには USB Type® – C（Thunderbolt™ 対応）を搭載したモデルもリリースされてきており、徐々に市場が拡大しているように見受けられます。

1. Thunderbolt™

Thunderbolt™ は、2011 年 2 月にリリースされた “MacBook Pro（Early, 2011）” で初めて採用され、iMac や Mac mini などにも順次搭載されていきました。

コネクター形状は、miniDisplayPort と同一かつ後方互換性が担保されています。

2. Thunderbolt™ 2

2013 年末に Intel® は、2 つのチャンネルを集約することで転送速度を 20 Gbps に向上させた “Thunderbolt™ 2” を発表しています。

2013 年 10 月 22 日には、この “Thunderbolt™ 2” 搭載した “MacBook Pro with Retina Display（Late, 2013）” をリリースし、同年 12 月 19 日には “Mac Pro（Late, 2013）” もリリースしています。

なお、コネクター形状は、初代 “Thunderbolt™”” と同一になっているので後方互換製を担保しています。

3. Thunderbolt™ 3

2015 年 6 月に発表された “Thunderbolt™ 3” は、 USB Type® – C コネクターを採用し、転送速度 40 Gbps を実現しています。

なお、”Thunderbolt™ 3″ では USB 2.0 および USB 3.1 との後方互換性が担保されています。

2016 年 10 月 28 日には、”Thunderbolt™ 3″ を搭載した “MacBook Pro with Retina Display（Late, 2016）” をリリースしており、現在販売されている Mac ではスタンダードなポートになっています。

なお、”Thunderbolt™ 3″ でも初代 “Thunderbolt™” および “Thunderbolt™ 2” への後方互換性を担保していますが、従来までとコネクター形状が変更されたため、接続を行う場合には変換アダプターが必要となります。

4. Thunderbolt™ 4

Intel® は、2020 年 1 月に USB Type® – C コネクター形状で新たに “USB 4.0” をサポートした “Thunderbolt 4” を発表しています。

5. Thunderbolt™（Thunderbolt™、Thunderbolt™ 2、Thunderbolt™ 3、Thunderbolt™ 4）の比較

6. 代表的な周辺機器

“USB（Universal Serial Bus）” とは？

“USB” は、ユニバーサル シリアル バス（Universal Serial Bus）の略称となり、コンピューター（Mac、Windows、Android デバイスなど）に周辺機器を接続するためのシリアルバス規格の 1 つです。

“USB（Universal Serial Bus）” では、ホスト同士、周辺機器同士の直接接続には非対応であったり、電力供給能力が低いといったデメリットを抱えていますが、現在のコンピューター（Mac、Windowsa）環境では利便性にも優れているので、周辺機器との接続に最も採用されている規格になります。

※ USB OTG（USB On – The – Go）対応機器は、ホスト同士、周辺機器同士の直接接続に対応しています。

“USB（Universal Serial Bus）” は、当初、Intel®、Microsoft、COMPAQ（現：日本 HP）、ディジタル イクイップメント コーポレーション（現：日本 HP）、IBM、NEC、ノーザン テレコム（現：ノキア）が仕様を策定したものの、2017 年 9 月には NPO の “USB Implementers Forum, Inc.（USB – IF）” が仕様の策定や管理などを行なっています。

1. USB 1.0

1996 年に登場した “USB 1.0” は、最大 12 Mpbs の転送速度を持つ最も普及した汎用のインターフェース規格になります。

この規格は、1994 年に COMPAQ（コンパック）、ディジタル イクイップメント コーポレーション（DEC）、IBM、Intel®、Microsoft、NEC、ノーテル ネットワークスの計 7 社によって、従来の RS – 232C シリアル ポートや IEEE 1284 パラレル ポート、PS／2 コネクターの置き換えを狙って共同開発され、Windows 98 で正式サポートされることで普及しました。

“USB（Universal Serial Bus）” の規格上は 1 つのバスで最大 127 台の周辺機器の接続行え、接続ポートが足りない場合は、ツリー状に拡張の行える USB ハブの使用も想定されています。

また、Plug and Play（プラグ アンド プレイ）での利用にも対応しています。

なお、1998 年 9 月には “USB 1.0” の規格仕様に電源管理等を改善した “USB 1.1” を発表しています。

2. USB 2.0

2000 年 4 月には、”USB 1.1″ の規格仕様に “High – Speed モード” を追加した “USB 2.0” を発表しています。

従来までの IDE や SCSI（スモール コンピュータ システム インタフェース）、Ethernet といった高速転送規格が必要だった HDD 等のデバイスとの接続は、この大幅な転送速度の向上を実現したことで、”USB 2.0″ の普及を促しました。

なお、ホスト アダプターからの周辺機器への電源供給（バス パワー）により、従来のコンピューター（Mac、Windows）の周辺機器だけでなく、事務用品や携帯電話、DAP（デジタル オーディオ プレイヤー）などのデバイスへの電力供給を行えるようにもなっています。

これにより、データ通信機能をもたない充電ケーブルなどの販売も行われるようになりました。

なお、USB – IF（USB Implementers Forum, Inc.）は、Apple、日本 HP、Intel®、Microsoft、ルネサス エレクトロニクス、ST マイクロ エレクトロニクスの 6 社が主導企業となっており、現在は合計 996 社で構成されています。

3. USB 3.0

“USB 3.0” は、USB – IF（USB Implementers Forum, Inc.）により規格標準化が進められ、2008 年 8 月の Intel Developer Forum で、2008 年第 4 四半期に “Revision 1.0” が登場することが明言されました。

また、同フォーラムでは出席者に対してピンの仕様とコネクターおよびケーブルのプロト タイプが公開されました。

その後、正式な通称名となる “SuperSpeed USB” とロゴが公開されています。

なお、2008 年 9 月には暫定規格とある “Revision 0.9” が決定されています。

そして、2008 年 11 月 17 日の “SuperSpeed USB Developers Conference” で正式な仕様である “Revision 1.0” が発表されています。

なお、”USB 3.0″ では物理的な後方互換製を保ちつつも最大データ転送速度が 5 Gbps にまで高速化しています。

“USB 3.0” では “USB 2.0” とは異なる別の信号線を使用しており、ピンの数が標準で 5 本増加して 9 本になっています。

また、USB OTG（USB On – The – Go）対応製品では合計 10 本になっています。

なお、ピン形状も “USB 1.1” や “USB 2.0” 対応の A コネクター（標準）、B コネクター（標準）、micro B コネクターとも物理的な後方互換性が確保されています。

※ “USB 3.0″ では、”USB 2.0″ 以前の規格とは異なる技術で動作しているため、”mini USB” が廃止されています。

符号化方式は、”USB 2.0″ の “NRZI” に対して 8 b／10 b の “PRBS” が採用されているので、通信モードも半二重から全二重（単信 2 組）になっています。

なお、物理層には “PCI Express 2.0” の技術が準用されているものの、携帯機器への配慮から消費電力の削減が強く求められたため、SuperSpeed ではポーリングを排除し、4 つの待機モードも新たに設けられています。

“USB 3.0″ 対応デバイスのコネクター絶縁体部には、”USB 1.1″／”USB　2.0” と区別するために青色を使用することが推奨されています。

“USB 3.0” がチップセットに内蔵されることでマザーボードの標準機能に含まれるようになったのは、Intel® が Intel® 7 シリーズ、AMD が A75 シリーズ以降となります。

4. USB 3.1

2013 年 8 月 1 日に “USB 3.0 Promoter Group” によって、”USB 3.1″ の規格策定が完了し、発表されています。

“USB 3.1 Gen 2 モード（SuperSpeedPlus USB）” では、転送速度が 10 Gbps へ向上しています。

これは信号転送速度が、5 GHz から 10 GHz にアップし、データ エンコードも 8 b／10 b から、より効率的な 128 b／132 b を採用するなど物理レイヤーが変更されたことで、”SuperSpeed USB” の 2 倍となる実行データ スループット性能を実現しています。

一方、ソフトウェア階層やデバイスのプロトコルといった論理レイヤーは “USB 3.0″ と共通なので、”USB 3.1 Gen 1 モード” では、5 Gbps の “USB 3.0” と同様に利用できます。

なお、”USB 3.0 Gen 1 モード”、”USB 3.0 Gen 2 モード” のいずれのモードでも USB 3.0 ハブ、デバイス、ケーブルとの互換性が保たれています。

5. USB 3.2

2017 年 7 月 25 日に “USB 3.0 Promoter Group” が発表した規格である “USB 3.2” は、2017 年 9 月 25 日に正式にリリースされました。

なお、”USB 3.2″ には、下記のように “USB 3.0” と “USB 3.1” が含まれています。

4. USB4

2019 年 3 月 4 日に “USB4” の仕様策定が進行中であることが公開され、2019 年 9 月 3 日に仕様が一般公開された規格になります。

Intel® から提供された Thunderbolt™ プロトコル仕様がベースになり、既存の “USB 2.0″、”USB 3.2” との
後方互換性が担保されています。

2 レーンの USB Type – C コネクターで構成されることが前提となり、帯域は 20 Gbps、オプションで 40 Gbps に向上しています。

ただし、USB としてのデータ転送プロトコルは最大 20 GBps のままとなります。

対応したプロトコル（USB 3.2、DisplayPort、オプションで PCI Express）トンネリングに対応し、最低 1 レーンを占有する DisplayPort Alt Mode では実現できなかったケーブル 1 本での “USB 3.2” の 20 Gbps でのデータ転送と DisplayPort による映像出力を同時に利用できます。

2022 年 10 月 18 日には、データ転送速度が 80 Gbps にまで向上した “USB4 Version 2.0” の仕様が公開されました。

なお、80 Gbps でのデータ転送速度には既存の USB 40 Gbps パッシブ ケーブルと新たな 80 Gbps アクティブ ケーブルが対応します。

既存の “USB4″、”USB 3.2″、”USB 2.0” との後方互換性は保たれています。

5. USB

1. USB 1.0、USB 1.1

2. USB 2.0、USB 3.2 Gen 1

3. USB 3.2 Gen 2、USB 3.2 Gen 2 x 2

4. USB4 Version 1.0、USB4 Version 2.0

“IEEE 1394（FireWire®）” とは？

“IEEE 1394（FireWire®）” は、1986 年に Apple が提唱した規格を SONY、TI、IBM などと 1995 年に共同で策定した高速シリアル バス規格になります。

本規格は、主にビデオ、オーディオ分野やコンシューマー向けのストレージ接続用として普及し、初期の通信速度である 100 Mbps、200 Mbps、400 Mbps、800 Mbps から 3,200 Mbps まで拡張されています。

また、コンピューターのポートをホストにして、デバイスからデバイスへと直接接続していくデイジー チェーンでは最大 17 台まで対応しています。

さらに、コンピューターのポート 1 つに対して、1 台のデバイスを接続するスターやリピータ ハブを用いて枝分かれさせながら接続するツリー方式に対応しています。

“IEEE 1394（FireWire®）” は、2002 年 5 月 29 日に Apple によって商標化後、正式に IEEE 1394 の統一ブランドとして採用されることが、”1394 Trade Association” から発表されたものの、SONY などは統一ブランドとして採用される以前から同社のデジタル ビデオ カメラなどに搭載した IEEE 1394 のコネクターを “i.LINK” として同社の商標登録を行っています。

なお、”i.LINK” は主に家電製品で利用される名称として DV 端子とともに一般にも普及していきました。

当時の類似規格である “USB” はデバイスの製造において、製造者申請が必要ではあったものの特許使用料自体は無料であったため、多くの中小企業などが参入しましたが、IEEE 1394 は複数の企業にまたがった特許技術が採用されていたために個別にライセンスを取得する必要がありました。

1999 年 5 月には共同ライセンス プログラムを発表し、1 デバイスあたり 1 ライセンスで 25 ¢ の特許料の支払いに対応したものの 1 企業 1 ライセンスとなっていた USB のような普及にはつながりませんでした。

上記の特許問題の影響もあり、Intel® がチップセットとの統合に対しても消極的であったため、思うように普及が進まなかったところに転送速度が大幅に向上した “USB 3.0” や後継規格となる Thunderbolt™ が登場したことで、その役目を終えていきました。

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関連リンク

• ・Pro Display XDR – Apple（日本）：https://www.apple.com/jp/pro-display-xdr/
• ・Mac のポートを調べる – Apple サポート（日本）：https://support.apple.com/ja-jp/HT201736
• ・Mac の Thunderbolt 4／Thunderbolt 3／USB – C ポート用のアダプター – Apple サポート（日本）：https://support.apple.com/ja-jp/HT207443
• ・About Thunderbolt – Thunderbolt ケーブル（2.0 m）について – Apple サポート（日本）：https://support.apple.com/ja-jp/HT201164
• ・Apple Thunderbolt Adapters：よくお問い合わせいただく質問（FAQ）- Apple サポート（日本）：https://support.apple.com/ja-jp/HT201338
• ・Apple 製ディスプレイのシリアル番号の調べ方 – Apple サポート（日本）：https://support.apple.com/ja-jp/HT201864
• ・Pro Display XDR – 技術仕様（日本）：https://support.apple.com/kb/SP800
• ・Apple Thunderbolt Display – 技術仕様（日本）：https://support.apple.com/kb/SP642
• ・Apple Cinema Display – 技術仕様（日本）：
• ・Mac mini (Late 2012) – 技術仕様（日本）：https://support.apple.com/kb/SP659
• ・Apple（日本）：https://www.apple.com/jp/

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