Thunderbolt 3、Thunderbolt 4、USB4 の違いは？

2021 年のコンシューマー・エレクトロニクス・ショー（CES）で、いくつかの USB4 と Thunderbolt 4 対応機器が発表されました。これらの機器には、電源ケーブルや乾燥材などが（あたりまえのように）同梱されていただけでなく、様々な疑問も同時に提供しました。たとえば「Thunderbolt 3 と Thunderbolt 4 の違いは？」、「将来的に、Thunderbolt 4 と USB4 のどちらが生き残るのか」といった質問です。このブログ記事では、これらの新しいプロトコルの差異や共通点についてまとめていきます。

現在私たちは、USB4 と Thunderbolt 4 についてより深い技術的な分析に取り組んでいますが、その間にここで、これら新しいバージョンと前バージョンとの差異、高レベルの比較や概要を提供したいと思います。

まずはこれまでの USB の歴史を見てみましょう

もしあなたが USB 登場以前のコンピュータを使用した経験があるなら、当時の PC にはかなり大きなシリアルコネクタがついていたことを覚えているでしょう。それらにはたくさんの信号ラインが内蔵されていて、実際に必要なときに、絶対に必要なケーブルを見つけられなかったものです。ユニバーサル・シリアル・バス（USB）は、複数タイプのコネクタを統合しし、このような不便を解消することを目的として設計されました。過去 25 年の間に、USB には様々な物理タイプ（形状）が登場しました。

• Type-A: The thin rectangular connection is famous for two things, being the most widely used USB type and for always being upside down the first time you try to plug it in.
• Type-B: The mostly square connection often seen on larger peripherals like printers and USB docking stations.
• Mini and Micro USB: Unidirectional and typically used on smaller or mobile devices.
• Type-C: The newest, oval-shaped USB standard. It's small, it's reversible, and it's been known to cause its fair share of consumer confusion.
• Thunderbolt (starting with 3): It uses the Type-C connection standard, but it isn't technically USB.

さて、このように Type-A から Type-C へ変貌した USB はついにユニバーサルな接続インターフェースとなったのでしょうか？ 残念ながらそれはまだです。USB と Thunderbolt 3/4 は Type-C を物理形状として採用していますが、それらの通信プロトコルが Type-C 接続で何ができるのかについては、まだ混乱状態が続いています。

Thunderbolt 3 とThunderbolt 4 の違いは？

ただ見ただけでは、この2つを見分けるのは困難です。どちらも標準規格である USB-C コネクタを使用しており、どちらも最高速度は 40Gbps です。理論的には、Thunderbolt 3 デバイスであっても Thunderbolt 4 デバイスができることはほとんど何でもできるはずです。とてもわかりにくいですよね。みんなそう思っているはずです。

USB は元々、様々な周辺機器の接続インターフェースがそれぞれ独自で、バラバラなせいで起こる不便さを解消するために考案されたものです。では、この中に Thunderbolt 3/4 が加わったことは、何らかのメリットを生んだのでしょうか？　いいえ、少なくとも当初はそうではありませんでした。

Thunderbolt 3と比較すると、Thunderbolt 4 は認証を受けるための必須条件がはるかに厳しくなっています。例えば、グラフィック機能を例に挙げてみましょう。Thunderbolt 4 対応のすべてのラップトップは、2 台の 4K ディスプレイまたは 1 台の 8K ディスプレイ接続をサポートしなければなりません。一方 Thunderbolt 3 は、4K モニターを 1 台しかサポートしなくても構いません。つまり、Thunderbolt 3 ポートの中には、2 台の 4K モニターをサポートするものも、1 台の 8K モニターをサポートするものもあるし、4K モニターを 1 台しかサポートしないものもある、ということになります。これにより PC メーカーは設計や構造の柔軟性を高めることができますが、使用する側にとっては非常な混乱が発生してしまいます。

Thunderbolt 4 では、最大 3,000 MBps のストレージ速度を実現するために、32 Gbps 対応 PCIe バスが必須です。この帯域幅は、Thunderbolt 3 の最低要件の 2 倍にあたります。

また Thunderbolt 3 とは異なり、「接続されたマウスやキーボードを触るとコンピュータを起動する」機能が、Thunderbolt 4 ドッキングステーションで標準となっています。これは小さな差ではありますが、エンドユーザーにとってはわずらわしさを解消できる良い要件といえるでしょう。

Thunderbolt 4 はまた、データを安全に保つために Intel VT-d ベースのダイレクト・メモリ・アクセス（DMA）保護を要件としています。

Plugable 社は、Thunderbolt 4 ポートを搭載したドッキングステーションと、40Gbps 速度をサポートでき、かつ 2m の Thunderbolt 4 対応ケーブルを将来的に提供していきたいと考えています。

Thunderbolt 4 は、前世代の Thunderbolt や USB 周辺機器と完全に互換性があります。ただし、コネクタタイプの違いは依然として考慮する必要があります。

What's the difference between USB4 and Thunderbolt 4?

繰り返しになりますが、USB4 とThunderbolt 4 の類似性はしばしば混乱の元です。どちらも USB-C コネクタを採用しています。どちらも 40Gbps でデータを転送し、最大 100W の電力、オーディオ、グラフィック機能を提供することができます。それでは、USB4 と Thunderbolt 4 は何が違うのでしょうか？ 結論から言えば、どちらも似たような機能を提供できますが、USB4 ではより多くの実装バリエーションが可能です。

USB4 ポートの技術仕様について考えてみましょう。そのポートは 20Gbps または 40Gbps いずれかの転送速度までをサポートしています。そして注目すべきは、周辺機器側はなんらかの認証またはテストを経ることなく、自身が USB4 対応であると主張できる点です。一方、ある周辺機器が Thunderbolt 4 対応であると主張するためには、40Gbps の転送速度に対応が必須で、厳格な設計検証、テスト、認証に合格していなければなりません。Thunderbolt 4 対応のコンピュータであれば、この厳密な要件があるために混乱は少なく、技術仕様をわざわざ確認する必要がなくなります。

Thunderbolt 4 は、8K モニター 1 台または 4K モニター 2 台のサポートができることが保証されています。一方 USB4 ポートは、最低解像度については言及されていませんが、1 台のモニターしかサポートできません。また、USB4 ではグラフィック機能搭載は必須要件ではないため、モニター接続に全く対応していない USB4 ポートも存在しえます。

USB4 won’t require support for Thunderbolt networking, Intel VT-d-based direct memory access (DMA) protection, or certification, and while PCI Express is required currently for USB4 ports on Windows, this may change over time as PCIe connectivity is an optional feature of the USB4 spec.

Thunderbolt 4 は USB4 に対して上位互換性があるため、Thunderbolt 3/4 ポートに接続される USB4 機器は期待通りに動作できます。しかし、USB4 ポートに Thunderbolt 3/4 機器が接続されると、機能が制限されることがあります。

混乱解消のための結論

まだ混乱していますか？下記にポイントをまとめておきます。

USB4 is a fast, capable connection. However, because USB4 does not require certification, and it allows for variations in deployment, consumers will struggle to match devices with computers.
To see an example of this confusing conundrum, look at Apple’s first M1 Powered MacBook Pro. Equipped with Thunderbolt 3/USB4, it's only capable of supporting one 4K display, but it’s Thunderbolt 3 equipped Intel powered predecessor supports up to two 4K displays. (Learn how to get around the M1 display limitation here.)

一方、Thunderbolt 4 はユーザーの期待通りに機能するはずです。周辺機器とホスト PC それぞれに明確な必須要件や認証基準があるため、両者がともに Thunderbolt 4 プロトコル対応である限り、周辺機器接続に伴う混乱はなく、可能な限り最高のパフォーマンスを得ることができることが保証されるのです。

USB4 と Thunderbolt 4 のどちらが将来的に生き残るでしょうか？ それはユーザーであるあなたが何を求めているかにかかっています。いずれにしても、Plugable 社は、2021 年中に両者に対応した製品をご提供できると考えています。