【インターフェース】Thunderbolt、USB、FireWire の違い?

トラブルシューティング

Thunderbolt

Thunderbolt(Thunderbolt 2、Thunderbolt)、USB(USB Type – C、USB 3.0)FireWire などの違いについてチェックしてきましょう。

Thunderbolt(Thunderbolt、Thunderbolt 2、Thunderbolt 3、Thunderbolt 4)とは?

I/Oパフォーマンス比較表

Thunderbolt(Thunderbolt 2、Thunderbolt)とは、Mac や Windows PC の CPU でお馴染みとなっている Intel と Apple が共同開発した高速汎用データ転送技術の規格の 1 つになります。

FireWire の後継として開発されているためデイジーチェーンをサポートしているほか、技術的には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 を基盤に開発されているため、それらの信号を同時に転送することが可能であり USB 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・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難点もあります。

なお、近年ではホスト側のコントローラー機能の一部が、CPU に統合されたため以前よりもコスト面は改善したものの、USB と比較すると高コストである状況に変わりありません。

また、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おり、徐々に拡がりつつあります。

Thunderbolt

2011年2月にリリースされた MacBook Pro(Early, 2011)で初めて採用され、iMacMac mini などにも順次搭載された規格になります。

コネクターの形状は、miniDisplayPort と同一かつ後方互換性が確保されています。

2.Thunderbolt 2

2013年末には、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 Intel が発表。

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

コネクターの形状は、初代 Thunderbolt と同一であり後方互換製を確保しています。

3.Thunderbolt 3

2015年6月には USB Type – C コネクターを採用し、転送速度 40 Gbps を実現した Thunderbolt 3 を発表しています。

なお、ケーブルは USB 2.0 および USB 3.1 後方互換性が保たれています。

※ アクティブケーブルを除く

2016年10月28日に 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ものとなっています。

なお、Thunderbolt 3 も初代 Thunderbolt および Thunderbolt 2 への後方互換性を確保していますが、コネクターの形状が異なるため利用するには変換アダプターが必要となります。。

4.Thunderbolt 4

2020年1月に Intel が USB Type – C コネクター形状の 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

Thunderbolt
Thunderbolt 2
Thunderbolt 3
通信プロトコル
  • ・Thunderbolt
  • ・PCI Express 2.0
  • ・DisplayPort 1.1a
  • ・Thunderbolt
  • ・PCI Express 2.0
  • ・DisplayPort 1.2
  • ・Thunderbolt
  • ・PCI Express 3.0
  • ・DisplayPort 1.4
  • ・USB
最大転送速度
10 Gbps
20 Gbps
40 Gbps
給電能力
10 W(電線)
10 W(電線)
  • 15 W(電線)
  • 100 W(USB – PD)
レーン数
全二重 1 レーン
全二重 2 レーン
全二重 2 レーン
最大ケーブル長
  • 60 m(光ファイバー)
  • 3 m(電線)
  • 3 m(電線)
  • 60 m(光ファイバー)
  • 0.5 m(電線)
  • 60 m(光ファイバー)
  • 2 m(アクティブタイプ)
  • 0.8 m(USB 4.0)
材質
  • 電導体
  • 光ファイバー
  • 電導体
  • 光ファイバー
  • 電導体
  • 光ファイバー






6.代表的な周辺機器

Apple Thunderbolt ケーブル(0.5 m)
Apple Thunderbolt ケーブル(0.5 m)

USB 3.0

USB とは?

USB とは、Unibersal Serial Bus(ユニバーサル・シリアル・バス)の略称でコンピューター(Mac、Windowsa PC、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。

USB は、ホスト同士・周辺機器同士の直接接続には USB On – The – Go 対応機器を除くと非対応なため、電力供給能力が低いといった柔軟性にかける面がありますが、現在ののコンピューター(Mac、Windowsa PC)環境では利便性に優れているため周辺機器との接続に最も使用されている規格となっています。

当初、Intel、Microsoft、COMPAQ(現:ヒューレット・パッカード)、ディジタル・イクイップメント・コーポレーション(現:ヒューレット・パッカード)、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月現在では、NPO である「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、現在のコンピューター(Mac、Windowsa PC など)にて、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。

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、MicrosoftNEC、ノーテルネットワークスの 7 社の合同によって開発され、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、Windows 98 で正式にサポートされることにより普及しました。

実は、USB 規格では 1 つのバスで最大 127 台の周辺機器の接続行えます。なお、接続の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)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。

USB 2.0

USB 1.1 の規格仕様に High – Speed モードを追加した USB 2.0 を 2000年4月に発表しています。

※ 最大 480 Mbps

この USB 2.0 および USB 3.0 によ大幅に転送速度が向上したことで、従来の 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 などの高速転送規格が必要だった HDD等の機器とのデバイスとの接続にも用いられています。

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、Windowsa PC)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)なのデバイスへの電力を供給するようともに使用されるようになっています。

これによりデータ通信をを行わない安価な充電ケーブルなどの販売が行われるようになりました。

なお、USB – IF は、AppleHewllet – Packard(ヒューレット・パッカード)、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、合計 996 社にて構成されています。

3.USB 3.0

USB – IFにより規格標準化が進められ、2008年8月の Intel Developer Forum にて、Revision 1.0 が 2008年第4四半期に登場することが明言され、同時に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出席者に対して公開されました。

その後、正式な通称が「SuperSpeed USB」とされ、ロゴも公開。

2008年9月には暫定規格の Revision 0.9 が決定されました。

そして、2008年11月17日に「SuperSpeed USB Developers Conference」で正式な仕様が発表され、USB 3.0 規格は、Revision 1.0 として正式なものとなります。

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 にまで高速化されています。

※ 8 bit のデータが、10 bit の信号に変換されて送られるため、実際のデータ転送速度は 4 Gbps = 500 MB/s が上限

USB 2.0 から USB 3.0 以降では完全に別の信号線を使用するため、ピンの数が 標準で 5 本増加して 9 本となり、USB On – The – Go 対応オプションでは合計 10 本となっています。

ピン形状も工夫され USB 1.1 や USB 2.0 対応の(標準)A コネクター、(標準)B コネクター、micro B コネクターとの物理的な後方互換性は確保されています。

USB 3.0 以降は、USB 2.0 以前と異なる技術で動作しており、mini USB も廃止されてます。

符号化方式が、USB 2.0 の NRZI に対して 8 b/10 b と PRBS が採用され、通信モードも半二重から全二重(単信 2 組)となっています。

また、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 ではポーリングが排除、4 つの待機モードも新たに設けられています。

なお、USB 3.0 に対応するデバイスのコネクター絶縁体部は、USB 1.1/USB 2.0 と区別するため青色を使用することが推奨されています。

Intel 社では Intel 7 シリーズ、AMD 社では A75 以降のマザーボードにチップセットが内蔵されたことで標準機能として利用できるようになっています。

4.USB 3.1

2013年8月1日には USB 3.0 Promoter Group が、USB 3.1 規格の策定完了し発表します。

  • ・USB 3.1 Gen 1(5 Gbps):USB 3.0
  • ・USB 3.1 Gen 2(10 Gbps):USB 3.1

USB 3.1 Gen 2 は、SuperSpeedPlus USB 10 Gbps では信号転送速度が 10 Gbps に向上しており、データエンコードもより効率的な 128 b/132 b の採用されているなど物理レイヤーを変更することで現行のSuperSpeed USB の 2 倍の実効データスループット性能を実現しています。

なお、ソフトウェア階層やデバイスのプロトコルなどの論理レイヤーは現行の USB 3.0 と共通で、USB 3.1 Gen 1 モードでは 5 Gbps の USB 3.0 と同様に使用できます。

また、Gen 1 モード、Gen 2 モードのいずれも USB 3.0 ハブ・デバイス・ケーブルとの互換性は保たれています。

※ ただし、USB 3.0 ハブ下のデバイスは 5 Gbps での転送となります。

5.USB 3.2

USB 3.0 Promoter Group は USB 3.2 規格を 2017年7月25日に発表し、2017年9月25日に正式リリースされました。

USB 3.2 は、下記のように USB 3.0 と USB 3.1 が含まれています。

  • ・USB 3.2 Gen 1 x 1(5 Gbps):USB 3.0、USB 3.1 Gen 1
  • ・USB 3.2 Gen 1 x 2(10 Gbps):USB 3.2(2 レーン)
  • ・USB 3.2 Gen 2 x 1(10 Gbps):USB 3.1 Gen 2
  • ・USB 3.2 Gen 2 x 2(20 Gbps):USB 3.2(2 レーン)

4.USB4

2019年3月4日に USB Type – C コネクター使用し帯域も 40 Gbps となる USB 4.0 の策定方針が発表さ、2れ019年9月3日に正式リリースされました。

なお、USB4 の技術には 2018年に仕様が無償公開された Thunderbolt 3 を基盤としており、これまでの USB シリーズ全てと Thunderbolt 3 との下位互換性を搭載しています。

  • ・USB4 Gen 3 x 1(20 Gbps)
  • ・USB4 Gen 3 x 2(40 Gbps)
USB 1.0
USB 1.1
USB 2.0
  • USB 3.2 Gen 1
  • ※ USB 3.1 Gen 1
  • ※ USB 3.0
  • USB 3.2 Gen 2
  • ※ USB 3.1 Gen 2
USB 3.2 Gen 2 x 2
USB4
  • 最大 12 Mbps(1.5 MB/s)
  • 最大 12 Mbps(1.5 MB/s)
  • 最大 480 Mbps(60 MB/s)
  • ※ Low – Speed
  • 最大 5 Gbps(625 MB/s)
  • ※ 実際は、4 Gbps(500 MB/s)が上限
  • 最大 480 Mbps(60 MB/s)

最大 10 Gbps(1.25 GB/s)

  • 最大 480 Mbps(60 MB/s)

最大 20 Gbps(2.5 GB/s)

最大 40 Gbps(5 GB/s)
〜 4 m(USB Type – C)
〜 4 m(USB Type – C)
  • 5 m
  • 〜 4 m(USB Type – C)
  • 3 m
  • 〜 2 m(USB Type – C)
1 m
1 m
0.8 m
1.5 A または、3 A(USB Type – C)
  • 1.5 A または、3 A(USB Type – C)
  • 500 mA
  • 1.5 A または、3 A(USB Type – C)
  • 500 mA
  • 1.5 A または、3 A(USB Type – C)
  • 900 mA
  • 1.5 A または、3 A(USB Type – C)
  • 1,000 mA
  • 1.5 A または、3 A
  • ※ USB Type – C のみ対応
  • 1.5 A または、3 A
  • ※ Thunderbolt 3 を基盤とする

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FireWire(IEEE 1394)

この「FireWire(IEEE 1394)」という規格は、既に後継規格にあたる「Thunderbolt」という規格へ移行していっています。現行機種で搭載されているのは、「Mac mini」「Mac Pro」のみとなっています。豆知識程度に覚えておきましょう。

 Windows ユーザーが Mac ユーザーへスイッチする際に、聞くことがある FireWire(IEEE 1394)という規格のお話です。

1.「FireWire(IEEE 1394)」って何?

 Windows ユーザーが Mac へ切り替えると、ユーザー間の会話などで良く出てくる「FireWire(IEEE 1394)」という言葉に戸惑うことがあるかもしれません。近年では、後継規格にあたる「Thunderbolt」の主役の座を奪われていってはいますが・・・。

2.USB 2.0 のようなもの

 厳密に言うと異なるのですが、Windows PC でメジャーとなっている USB と同じような Mac 版の転送規格といった感じです。
 簡単に説明すると Windows で搭載されている独自の USB のような物と考えてもらえればと思います。ただし、USB とは異なりビデオ・オーディオ分野での普及が中心となっているのが特徴です。

 具体的な例としてあげると、外付け HDD や外付け光学ドライブ(CD、DVD)などがあります。また、意外と忘れられているのが初期の「iPod」。実は、初期の頃は Mac 専用の「FireWire」接続だったりします。

 また、ミュージシャンなどがレコーディングによく使用するオーディオインターフェース、Web カメラやスキャナ、プリンタ、デジタルカメラなどにも搭載されていました。

3.実は独自規格じゃない!

 この「FireWire(IEEE 1394)」という規格は、Apple 独自の物と思われることがあるのですが、実際は違います。あくまで、「FireWire」 という規格自体は、Apple が統一規格として商標化したものです。例えば、同じ「IEEE 1394」規格であっても、SONY は「i.LINK」という統一ブランド展開をおこなっていました。規格自体が同じものであっても複数の名称が使用されているのが 「FireWire(IEEE 1394)」だったのです。

4.USB に負けた!

 この複数の企業にまたがって特許技術が採用されいることが仇となりました。例えば、この規格の製品を作りたいと思った場合には複数の企業に個別のライセンスを取得する必要がありました。

 一方、USB の場合、デバイス製造の申請を行うだけで、特許使用料の支払いもありませんでした。この手続きの煩雑さとコストが、「FireWire(IEEE 1394)」の運命を決めたといえます。

 その後、巻き返しを図ろうと1999年から「FireWire(IEEE 1394)」は共同ライセンスプログラムを行い、1デバイス当たりの1ライセンスを 25¢ の特許支払いにしました。しかし、2000年に出た USB 2.0 と比較してデータのやりとりなどの転送速度が遅かったため普及しませんでした。

5.時代は「Thunderbolt」へ!

 最後に、「FireWire(IEEE 1394)」 は 、Apple と Intel が共同で開発する「Thunderbolt」 へ移行しつつあり、その役目を終えようとしています。とはいえ、「FireWire(IEEE 1394)」搭載の Mac と現行機の「Thunderbolt」を接続するアダプタもあるので、データ移行自体は可能ですよ。

MD464ZM

Apple Thunderbolt – FireWire Adapter

  • メーカー:Apple
  • 製品番号:MD464ZMM
  • 価格:3,080円
  • 対応製品:Thunderbolt ポートのある Mac
  • OS:Mac OS X 10.7.4 以降

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