複雑化する「USB」規格を通信速度やコネクタ形状で整理 - 主流となった「USB Type-C」の魅力もチェック

「USB」(Universal Serial Bus)は、パソコンと様々な周辺機器を接続することで、データのやりとりや充電などを行うことができる、現在ではもっとも主流の規格となっています。

近年では、周辺機器との接続だけではなく、スマートフォンやウェアラブルデバイスなどの小型デジタル機器との接続や急速充電、映像出力にも利用されるなど、USBの機能は非常に進化しています。

USBは手軽に便利に使用できる規格ですが、その一方で、規格の数が増えたことによる複雑化によって、十分に性能を引き出すのが難しい規格にもなっています。そこで本記事では、進化に伴って複雑化したUSB規格をあらためて整理していきますので、USBを使う際の参考にしてみてください。

1.USBの基礎知識

1-1.USBとは?

現在、パソコンを使う上でなくてはならない「USB」と呼ばれる規格は、「Universal Serial Bus」の略で、パソコンに周辺機器を接続するために利用されます。また、USBは電源を供給することも可能なので、別途電源を用意することなく周辺機器を利用することができるほか、スマートフォンなどの充電にも利用されています。

USBが普及するまでは、各種周辺機器を接続するために、キーボードやマウスにはPS/2ポート、プリンタにはパラレルポート、モデムにはシリアルポートなど、さまざまなポート(端子)が利用されていました。しかし現在では、ほとんどの周辺機器がUSB接続となっており、利便性が非常に高くなっています。


1-2.USBの転送速度は世代によって異なる

USB規格は、何度も性能の向上が図られており、世代によってデータ転送速度が異なります。1996年に登場した「USB 1.0」、そしてその改良版である「USB 1.1」の時代の転送速度は最大12Mbpsでしたが、続く「USB 2.0」では最大転送速度が480Mbpsと40倍も向上。USBの普及に大きく貢献しました。

その後、転送速度が最大5Gbpsの「USB 3.0」が登場。さらに「USB 3.1」では最大10Gbps、「USB 3.2」では最大20Gbpsにまで向上しており、最新規格となる「USB4」の最大転送速度は40Gbpsに達します。そして、2022年に発表された「USB4 Version 2.0」は最大80Gbpsとなっています。


1-3.同じ規格でも名称が異なる?

「USB 3.0」は、その登場以来、「USB 3.1」「USB 3.2」と規格が進むに連れて、名称の変更が行われています。例えば、「USB 3.1」が登場した際、「USB 3.0」規格も「USB 3.1」の中に取り込まれ、従来の「USB 3.0」は「USB 3.1 Gen 1」、新規の「USB 3.1」は「USB 3.1 Gen 2」と呼ばれるようになりました。

同じ様に、「USB 3.2」が登場した際は、「USB 3.1 Gen 1」が「USB 3.2 Gen 1」、「USB 3.1 Gen 2」が「USB 3.2 Gen 2」となりました。なお、新しい「USB 3.2」をこの表記に合わせると「USB 3.2 Gen 2x2」となります。

つまり、「USB 3.0」は「USB 3.1 Gen 1」であり、「USB 3.2 Gen 1」でもあるという、少々ややこしい事態になっていますので、周辺機器などを購入する際は注意が必要です。

また、「USB 3.0」は「SuperSpeed USB」と呼ばれることがあります。これはマーケティングネームと呼ばれるもので、「USB 3.0」は「SuperSpeed USB」、「USB 3.1」は「SuperSpeedPlus USB」あるいは「SuperSpeed USB 10Gbps」、「USB 3.2」は「SuperSpeed USB 20Gbps」となります。

さらに、「USB4」には、最大転送速度が20Gbpsと40Gbpsのものが存在するため、それぞれを区別するために、「USB4 20Gbps」と「USB4 40Gbps」といった表記も用いられます。


1-4.USBコネクタの形状をチェック

USBコネクタにはいくつかの形状があり、ケーブルを接続する場合、形状をあわせる必要があります。コネクタの形状には、長方形の「USB Standard-A」や台形の「USB Standard-B」、最近多くの機器で使用される楕円形の「USB Type-C」のほか、小型の「USB mini-A/B」や「USB micro-A/B/AB」などのバリエーションがあります。

なお、「USB Standard-A」「USB Standard-B」のことを「USB Type-A」「USB Type-B」と表記する場合もあります。これは間違いではないのですが、基本的に「USB Type-A」はパソコン側、「USB Type-B」はデバイス側に設けられるコネクタ形状であり、「USB Type-A」と言うと、「USB Standard-A」だけでなく、「USB micro-A」や「USB mini-A」も含んだ表現となるのです。


●USB Standard-A(USB 1.1/2.0)

「USB 1.1/2.0」規格で使用される「USB Standard-A」のUSBポートは、基本的にパソコン側に用意され、マウスやキーボードなどのデバイスやUSBメモリ、ヘッドセットなどで使用されます。USB 2.0対応の外付けSSD/HDDや光学ドライブなどとの接続で使用される場合、給電能力が低いため、別途電源が必要になることが多いです。

●USB Standard-A(USB 3.0/3.1)

「USB 3.x」規格で使用される「USB Standard-A」のUSBポートは、転送速度の速さを活かして、外付けSSD/HDDや光学ドライブなどに利用されます。コネクタやポートの中が青くなっているのが特徴です。

●USB Standard-B(USB 1.1/2.0)

「USB 1.1/2.0」規格で使用される「USB Standard-B」は、プリンタやスキャナなどのデバイス側に採用されるコネクタ&ポートです。

●USB Standard-B(USB 3.0)

「USB 3.x」規格で使用される「USB Standard-B」は、「USB 1.1/2.0」同様、プリンタやスキャナなどのデバイス側に採用されるコネクタ&ポートで、転送速度を活かして、外付けSSD/HDDにも採用される場合があります。「USB Standard-A」同様、コネクタやポートの中が青くなっているのが特徴です。

●USB Type-C(USB 2.0/3.0/3.1/3.2)

「USB Type-C」は、「USB 3.1」が策定されたときに登場したコネクタですが、「USB 2.0」で使用されることもあります。ほかのコネクタとは異なり上下の違いがないのが特徴で、どちらに挿しても問題なく利用できます。また、Type-A、Type-Bとは異なり、パソコン側、デバイス側の両方で使用されます。

●USB mini-B(USB 1.1/2.0)

潰したような台形の形状が特徴的で、デジタルカメラなどの小型機器との接続に利用されましたが、「USB micro」へと移行しました。

●USB micro-B(USB 1.1/2.0)

「USB mini」をさらに薄くしたような形状で、かつてはAndroidのスマートフォンで多く利用されていましたが、最近では「USB Type-C」を採用するケースが増えています。。

●USB micro-B(USB 3.0)

「USB 1.1/2.0」規格の「USB micro-B」よりも幅広く、真ん中あたりにくぼみがあるのが特徴。小型の外付けストレージやカードリーダーなどで多く採用されています。

●Lightning

iPhoneなどのApple製品で採用された専用インタフェース。厳密にはUSBと異なりますが、USB接続で利用します。



2.USB Type-Cの特徴をチェック

2-1.コネクタの上下がなくなり利便性が向上

ここまで、様々なUSBコネクタを紹介してきましたが、その中でも主流となりつつあるのが「USB Type-C」です。「iPhone 15」にも採用され話題となっていますが、今後はすべてが「USB Type-C」に統一される動きとなっています。

「USB Type-C」コネクタは、これまでのUSBコネクタとは異なり上下の違いがなく、どちらでも接続することができます。コネクタの向きが合わず、なかなかUSBポートに挿せないという経験は皆さんにもあるのではないでしょうか。「USB Type-C」であれば、そういった問題は起こらないのです。

また、先にも述べましたが、基本的にパソコン側は「USB Type-A」、デバイス側は「USB Type-B」が利用されますが、「USB Type-C」は、パソコン側、デバイス側のどちらにも使用することができます。現在は、「USB Standard-A(Type-A)」が主流のため、「USB Standard-A」と「USB Type-C」を両端に備えたケーブルを使うことが増えていますが、今後は両端が「USB Type-C」となり、デバイスによってケーブルを変える必要もなくなっていくのです。


2-2.超高速でデータ転送が可能に

「USB Type-C」は、高速なデータ転送に対応できるのも大きな魅力となります。データ転送速度が10Gbpsの「USB 3.1」までは、従来は「USB Type-A/B」でも対応可能ですが、最大転送速度が20Gbpsの「USB 3.2」や、さらに高速となる「USB4」に対応できるのは「USB Type-C」のみです。

なお、当然のことですが、「USB Type-C」であれば必ず高速であるということではなく、対応機器がサポートする転送速度を超えることはありません。たとえ「USB Type-C」であっても、「USB 2.0」の機器と繋げば、最大480Mbpsの速度にしかならない点は注意が必要です。


2-3.急速充電できる「USB Power Delivery」に対応

データ転送だけでなく電力供給ができるのもUSBの魅力ですが、「USB Type-C」は、「USB PD(Power Delivery)」と呼ばれる規格に対応することで、最大240Wまでの出力が可能となっています。

従来の「USB Type-A/B」を使った電力供給は、「USB 2.0」で2.5W(5V/500mA)、「USB 3.0」で4.5W(5V/900mA)、充電用の規格として別途策定された「USB BC 1.2」でも7.5W(5V/1500mA)までの対応でしたが、「USB PD」に対応した「USB Type-C」を使えば、さらに大電力を供給できるので、外付けストレージはもちろん、タブレットやノートPCなどにも利用することができます。

「USB PD」は、電力供給量の増加だけでなく、対応機器と接続すると、自動的に充電器側と機器側で情報交換を行い、必要に応じて急速充電が行われるのも大きな特徴です。

なお、「USB PD」を利用する場合は、すべての機器が対応している必要があり、「USB Type-C」のケーブルの対応も必須となります。ケーブルによって出力可能なW数が異なりますので、利用する際、購入する際は、そのあたりもしっかりとチェックしておきましょう。また、すべての「USB Type-C」が「USB PD」をサポートしているわけではない点も注意が必要です。


2-4.DisplayPort Alternate Mode(オルタネートモード)で映像出力ができる

「USB Type-C」には、使っていない配線をUSBとは異なる通信に利用することができる「DisplayPort Alternate Mode(オルタネートモード)」に対応しています。そして、この「オルタネートモード」によって、Display Portとして利用することで、映像出力に「USB Type-C」を利用することが可能となります。

なお、映像出力を行うためには、パソコンに搭載されている「USB Type-C」ポートが「オルタネートモード」に対応していること、そして、ディスプレイ側にも対応した「USB Type-C」ポートが用意されていることが必須です。


2-5.「Thunderbolt 3/4」も「USB Type-C」をサポート

「USB」、そして「USB Type-C」を語る上で、必ず知っておきたい規格に「Thuderbolt(サンダーボルト)」と呼ばれるものがあります。「Thunderbolt」は、IntelとAppleが開発したインタフェースで、かつて「FireWire(IEEE1394)」と呼ばれた規格の後継という位置づけで誕生しました。

Apple製のパソコンを中心に採用されていた「Thunderbolt」ですが、当初はUSBと異なるコネクタ形状が採用されていたため、特に混乱することはありませんでした。しかし、2015年に登場した「Thunderbolt 3」で、コネクタ形状に「USB Type-C」を採用したことにより、利便性が上がった反面、あらためてその違いを理解することが必要となったのです。

「USB」と「Thunderbolt」はそれぞれ別の規格ではありますが、「Tunderbolt 3」は「USB 3.1」をサポートしているなど、ある程度の互換性は確保されています。ただし、組み合わせるデバイスによっては使用できない場合があるほか、最大データ転送速度も「USB 3.1」の10Gbpsに対して、「Thunderbolt 3」は40Gbpsと大きな差があるため、「Tunderbolt 3」の性能をフルに発揮するためには、「Thunderbolt 3」対応デバイスを用意する必要があったのです。

しかし、その後登場した「USB4」は「Thunderbolt 3」をベースとしているため互換性も高く、2020年に登場した「Thunderbolt 4」は「USB4」に準拠して開発されているので、ほとんど違いを意識せずに利用することができるようになっています。なお、さらに高速となる「Thunderbolt 5」もすでに発表されているので、今後の動向も要注目です。



3.USBのメリット・デメリット

3-1.USBのメリット

ここまでUSB規格について紹介してきましたが、ここではあらためてUSBのメリットについてまとめてみます。

まず第一に、様々な周辺機器と接続できることが大きなメリットといえます。先にも述べた通り、かつては周辺機器を接続するために。PS/2やパラレル、シリアルなど、様々なポートを利用しました。そのため、パソコン側にポートがないと、対応する周辺機器が利用できないということもあったのです。しかし、現在ではほとんどの機器がUSB接続で利用可能。利便性は非常に高くなっています。

そして、電力供給ができるのもUSBの魅力です。「USB PD」のような強力な機能がなくても、スマートフォンや小型機器であれば、パソコンと接続することで十分な電力を供給できます。コンセントのない場所でもパソコンがあれば充電できるのもUSBのメリットと言えるでしょう。

また、USBには様々な規格がありますが、基本的には下位互換性が確保されているため、規格の異なる機器間でも接続して、利用することができる点も注目です。ただし、転送速度などは旧規格に準じたものになる点は注意が必要です。

また、パソコン側のUSBポート数には限りがありますが、USBハブを使ってポート数が増やせるのもUSBの便利なところです。一応、規格上では最大127台までの機器を接続できる仕様となっています。

3-2.USBのデメリット

一方、USBのデメリットは、やはり規格の複雑さとコネクタの種類が多いところです。互換性があるため、ただ繋ぐだけであればかなり柔軟性がある規格ですが、性能をフルに発揮するためには、それぞれの規格をちゃんと認識しておく必要があります。

規格の複雑さ、コネクタの種類、さらにはコネクタの上下の向きなどの問題は「USB Type-C」の登場でかなり解決されつつありますが、コネクタ形状だけでなく、ケーブルについても注意が必要で、コネクタは「USB Type-C」なのに「USB 2.0」の性能しか発揮できないケーブルもあります。USB機器を使う場合には、パソコン側、周辺機器側のポートだけでなく、接続するケーブルについてもしっかり押さえておく必要があるのです。



4.USBケーブル

4-1.ケーブルの長さに注意

パソコン側のUSBポートとデバイス側のUSBポートを接続するために、なくてはならないのがケーブルです。ここまで接続するためのコネクタを中心に解説しましたが、ケーブルも規格によって異なってきます。当然、ケーブルの両端についているコネクタ形状が接続するポートに対応しているのは必須ですが、ケーブルの質や長さもしっかりチェックする必要があるのです。

USBケーブルは長くなると、信号の減衰やノイズの影響によって正しく動作しなくなる可能性があります。そのため、USBの規格では、「USB 2.0」では5m、「USB 3.0」では3m、「USB 3.1/3.2」では1mといったように最大長が決められており、市販されているケーブルもほとんどがこの長さ以下となっています。さらに、コネクタ形状が「USB Type-C」の場合、「USB 2.0」は4m、「USB 3.0」は2mとやや短くなる点にも注意が必要です。また、「USB4」の場合、最大40Gbpsの転送速度を引き出すためには80cm以下となりますが、最大20Gbpsだと1mまで延長することができます。

このようにデータ転送速度とケーブルの長さには関連性があり、転送速度が上がるほどケーブルは短くなる傾向にありますが、実際に店頭などでは、規格を超えた長さのケーブルも数多く販売されています。製造メーカーの工夫により、信号の減衰やノイズの影響を抑えることで規格以上の長さを実現しているのですが、あくまでも規格外であり、スペック通りの性能を引き出せないリスクがあることも覚えておきたいところです。

※あくまでも目安でありこれ以上長いケーブルも存在する。

4-2.USBケーブルを延長するには

USBケーブルには、信号をそのまま伝える「パッシブケーブル」と、回路が内蔵され、信号を増幅して伝える「アクティブケーブル」の2種類があります。一般的に使用されているのは「パッシブケーブル」で、先に紹介したケーブル長の目安は「パッシブケーブル」を利用した場合です。「アクティブケーブル」を使えば、規格よりも長いケーブルを利用することができます。

市販されている延長ケーブルは「パッシブケーブル」が多いため、延長ケーブルも合わせた全体の長さが規格を超えると不具合が起こる可能性があります。そのため、規格を超える長さでも利用できる、信号を補正する回路を備えた「アクティブリピーターケーブル」と呼ばれる延長ケーブルも用意されています。


4-3.「Thunderbolt 3/4」対応ケーブル

先にも紹介した「Thunderbolt」ですが、「Thunderbolt 3/4」対応ケーブルもUSBケーブルとして利用できます。ただし、「Thunderbolt 3」ケーブルは、ケーブルが長くなると転送速度が落ちやすく、「USB4」ケーブルと同様、パッシブケーブルの場合は80cmを超えると最大20Gbpsの性能しか発揮できないことがあります。さらに、ケーブルの長い「Thunderbolt 3」のアクティブケーブルは、「USB 3.0/3.1」と互換性がなく、USBケーブルとして利用すると「USB 2.0」での動作となってしまいます。

一方、「ThunderBolt 4」ケーブルは、パッシブでもアクティブでもすべてのUSBと互換性があります。「Thunderbolt 4」は、基本的に「USB4」よりも必要要件が高く設定されている規格なので、現時点では「Thunderbolt 4」ケーブルが最も安心して使えるUSBケーブルと言えるかもしれません。



5.USBが特徴的なサイコムのBTOパソコン

5-1.サイコムとは?

サイコムは、1999年5月に埼玉県草加市にて、インターネットを利用したカスタムPCの販売をスタート。以降、インターネットを主戦場に信頼性の高いBTOメーカーとして、その地位を築いています。社名の由来は「SYSTEM & COMPUTER」。“Craftsmanship”をキーワードに、職人の集団としてのこだわりを大事にしているのが特徴です。

静音や水冷など特徴的な機能で高い支持を集めるサイコムのラインナップの中から、USBに注目したいモデルを紹介しましょう。


4-2.Lepton WS3500Z790-A/D5 Stream Box

サイコムが「プロフェッショナル向け」と位置づける「Lepton」シリーズにおいて、ゲームなどの配信者向けのラインナップが「Lepton WS3500Z790-A/D5 Stream Box」です。

「Lepton WS3500Z790-A/D5 Stream Box」に搭載されているマザーボードは、配信者に最適な機能を盛り込んだ「ASRock Z790 LiveMixer」。合計23個のUSBポートをサポートし、その内の14ポートがバックパネルに搭載されており、マウスやキーボードはもちろん、ゲームパッドやUSBライトなど様々なデバイスを接続することができます。

バックパネルに、「USB Type-C」ポート2基を備えるほか、独立した5V電源を安定供給することでノイズを低減し、より良いサウンド体験を提供する「Ultra USB Power」や、2つの異なるコントローラー配線によって高速マウス/キーボードを低レイテンシーで使用できる「LIGHTNING GAMING」など、高い機能性が加えられているのも注目のポイントです。

配信に不可欠なキャプチャーカードを標準搭載するほか、CPUの冷却には水冷ユニットを採用。ビデオカードにNVIDI GeForce RTX 4070を搭載するなど、ゲーミングPCとしてのパフォーマンスも文句なしの1台となっています。

【「Lepton WS3500Z790-A/D5 Stream Box」の標準構成】
CPU:Intel Core i7-14700K
マザーボード:ASRock Z790 LiveMixer(Intel Z790チップセット)
メモリ:DDR5-4800 32GB(16GB×2)
ストレージ:1TB SSD
ビデオカード:MSI GeForce RTX 4070 VENTUS 2X 12G OC(GeForce RTX 4070)
OS:Windows10 Home(64bit)
外形寸法:幅210×奥行き427×高さ474mm

4-3.G-Master Hydro Z790/D5

CPUとビデオカードの冷却に水冷ユニットを採用したデュアル水冷システムが注目を集める、サイコムのフラグシップモデル「G-Master Hydro Z790/D5」は、ハイエンドのゲーミングPCとして高い人気を誇っています。

「G-Master Hydro Z790/D5」に搭載されているマザーボード「ASUS ROG STRIX Z790-F GAMING WIFI」は、高性能な電力供給と冷却機能を備えた高機能マザーボードですが、注目したいポイントは、バックパネルに搭載された「USB Type-C」ポート2基のうちの1基が、最大転送速度20Gbpsの「USB 3.2 gen 2×2」をサポートしているところです。

そのほか、「USB 3.1(USB 3.2 gen 2)」対応の「USB Standard-A」など、合計12個のUSBポートをバックパネルに備えており、様々な周辺機器を接続することができます。

標準構成で、最新の第14世代Intel Coreプロセッサー(Intel Core i7-14700K)を搭載するほか、ビデオカードは同社オリジナル水冷仕様の「GeForce RTX 4080」を採用。PCゲームをトコトンまで遊び尽くしたい方にオススメのハイエンドモデルとなっています。

【「G-Master Hydro Z790/D5」の標準構成】
CPU:Intel Core i7-14700K
マザーボード:ASUS ROG STRIX Z790-F GAMING WIFI(Intel Z790チップセット)
メモリ:DDR5-4800 16GB(8GB×2)
ストレージ:1TB SSD
ビデオカード:サイコムオリジナル水冷仕様 GeForce RTX4080 16GB(GeForce RTX 4080)
OS:Windows10 Home(64bit)
外形寸法:幅240×奥行き547×高さ475mm


5.まとめ

パソコンに限らず、今や、デジタル機器を使う上でなくてはならない「USB」は、ただ挿すだけで使用できる利便性が魅力ですが、その進化に伴って、「USB 2.0」や「USB 3.2」などの規格やコネクタの形状などが複雑化しており、性能をフルに発揮するためには、その詳細もしっかりと確認しておく必要があります。

「USB Type-C」の登場によって、コネクタ形状の問題などはクリアされつつありますが、新たな機能が追加されるなど、今後もUSB規格の進化には注目していきたいところです。

本記事では、複雑化しているUSB規格の転送速度やコネクタ形状からあらためて整理しています。USBを使う上で知っておきたいポイントをまとめていますので、快適なパソコンライフの参考にしてみてください。



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