ハクソク

世界を動かす技術を、日本語で。

USBチートシート（2022年版）

14日前原文(fabiensanglard.net)

概要

USB規格の 世代と速度、 ケーブル構造、 コネクタ種類、および 充電性能 を簡潔に解説。 混乱しやすい Gen名やレーン数 の違いも整理。 Type-A/B/C のピン構成や用途も明確化。 実効転送速度 や 最大電力供給 も一覧で提示。 USBの進化を 時系列 でまとめ、実用面でのポイントを強調。

USBチートシート：規格・速度・ケーブル・コネクタまとめ

  • USBの 主な規格名 と 別名、 信号速度、 実効速度、 ケーブル長 の比較

    • USB 1.1（Full Speed）： 12Mbps、 1.5MiB/s、 4本線、 4m
    • USB 2.0（Hi-Speed）： 480Mbps、 60MiB/s、 4本線、 4m
    • USB 3.0/3.1/3.2（SuperSpeed USB 5Gbps）： 5Gbps、 625MiB/s、 8本線、 3m
    • USB 3.1/3.2（SuperSpeedPlus USB 10Gbps）： 10Gbps、 1250MiB/s、 8本線、 2m
    • USB 3.2 Gen 2x2（SuperSpeedPlus USB 20Gbps）： 20Gbps、 2500MiB/s、 12本線、 1m
    • USB4 Gen 2x2/Gen 3x2： 20Gbps/40Gbps、 2500/5000MiB/s、 12本線、 0.8m

  • Gen名の命名法則 と レーン数・実効速度

    • Gen A x B：A＝世代、B＝レーン数
      • USB 3.2 Gen 1x1： 5Gbps （1レーン）、 500MiB/s （理論値）、 400MiB/s （実効値）
      • USB 3.2 Gen 2x2： 20Gbps （2レーン）、 2,424MiB/s （理論値）、 1,600MiB/s （実効値）
      • USB4 Gen 3x2： 40Gbps （2レーン）、 4,848MiB/s （理論値）、 2,700MiB/s （実効値）
    • エンコーディング方式 によるオーバーヘッド
      • 8b/10b：20%
      • 128b/132b：3%

  • ケーブルの内部配線とレーン構造

    • 4本線： PWR、GND、D+、D-、1レーン（半二重）
    • 8本線： PWR、GND、D+、D-、RX+、RX-、TX+、TX-、2レーン（全二重）
    • 12本線： PWR、GND、D+、D-、RX1+/RX1-、RX2+/RX2-、TX1+/TX1-、TX2+/TX2-、4レーン（2up/2down）

  • コネクタの種類と対応線数

    • USB-A/B：4本線 or 8本線
    • USB Type-C： 12本線 のみ、2レーン以上に対応
      • CC1/CC2 ：DFP/UFP検出、電力交渉、Altモード切替
      • SBU1/SBU2 ：DisplayPort AUX、HPD用

  • 充電仕様と最大電力供給

    • USB 2.0： 5V 500mA 2.5W
    • USB 3.0/3.1： 5V 900mA 4.5W
    • USB BC 1.2： 5V 1.5A 7.5W
    • USB-C（非PD）： 5V 3A 15W
    • USB-C PD 1/2： 20V 5A 100W
    • USB-C PD 3.1（EPR）： 48V 5A 240W

  • USB規格のリリース年表

    • USB 1.0： 1996年1月
    • USB 1.1： 1998年9月
    • USB 2.0： 2000年4月
    • USB 3.0： 2008年11月
    • USB 3.1： 2013年7月
    • USB 3.2： 2017年9月
    • USB4： 2019年8月

USBレーン・エンコーディング・実効速度解説

  • 複数レーン対応のUSBは 送信側でストライピング、 受信側でボンディング を使用
  • エンコーディングオーバーヘッド により、カタログ値より実効速度が低下
  • 4本線＝1レーン、8本線＝2レーン、12本線＝4レーンの構成
  • Type-C のみが 2レーン以上 に対応し、 高速転送 や 多機能拡張 が可能

まとめ：USB選定・活用のポイント

  • 規格名・Gen名・レーン数 を正確に把握し、 実効速度 を確認することが重要
  • Type-Cケーブル の選定では レーン数 と 電力供給能力 に注意
  • エンコーディング方式 や 実際の転送速度 も考慮する必要
  • 充電用途 では PD対応 や 最大電力 の違いを確認
  • コネクタ形状・内部構造 を理解し、用途に合ったケーブル・デバイス選定が不可欠

Hackerたちの意見

いいシートだね。追加したいことがあるんだけど：

  • タイプCコネクタのオスとメスのクロスオーバー名とピン配置
  • 実際の電圧、変調、信号方式（USB4v2はPAM3 11b/7tエンコーディングを使ってる）
  • PDの世代とプロファイル
└

… あと、Quickchargeみたいな独自の電圧方式もあるよね。

実際、USB 3.2の名前は好きなんだ。Genは速度で、「by」は幅を表してる。これでPCIeの命名と大体同じくらいになるけど、誰も文句言わないしね。ただ、USB 3、USB 3.1、USB 3.2が同じものってのは気に入らない。営業の人たちが、チップが3.1か3.2に対応してるって言っても、5-20Gbpsのどれかってことが分かってないのが理想じゃない。

└

PCI-Eは最初から同じ規格を使ってるよね：1.0、2.0、3.0とか。USBは何度も変わって、ほとんどの人にとって混乱を招いてる。3.0だったものが今は3.0じゃないし、3.1も変わってる。今の命名規則を使う理由はないと思うけど、なぜかそれを続けてるんだよね。

└

それに、販売員だけじゃなくて、Windowsもマザーボードがどれだけの性能を持ってるか全然教えてくれないし、デバイスを接続しても、合意した速度を教えてくれないんだよね。

素晴らしい記事だね。もし一つだけ訂正できるとしたら、SBU（USB 3.0プロモーターグループによって指定された）は「セカンダリバス」ではなく「サイドバンド使用」を意味するってことかな。一部のデバイスではUARTを運ぶために使われてたり、他のデバイスでは音声用だったりする。

└

彼らのメールアドレスはヘッダーの「お問い合わせ」リンクの下にあるよ :)

一度聞いたことがあるんだけど、USBの命名は意図的に誤解を招くようにしてるらしいよ。そうすれば、ベンダーは在庫の古い世代のアクセサリーを売り続けられるから。USB-IFは古いものをリブランドして、今風に聞こえるようにしてるんだって。以下のような命名を想像してみて： USB 3.0 / USB 3.1 Gen 1 / USB 3.2 Gen 1 -> USB 3 5Gbps USB 3.1 / USB 3.1 Gen 2 / USB 3.2 Gen 2 -> USB 3 10Gbps USB 3.2 Gen 2x2 -> USB 3 20Gbps これの方がずっと分かりやすいと思う。USB 4はやっと正しい方向に進んでるんじゃないかな。

└

このやり方は、あなたが言う通りかなり露骨だと思う。HDMIフォーラムがHDMI 2.0をHDMI 2.1に統合したのと同じことだし。新しい2.1の機能をオプションにしたから、メーカーは2.1の機能を実際にはサポートしてなくても、自分たちの2.0デバイスを2.1って呼べるようになったんだ。AMDも最近似たようなことをやってて、半分は古い世代のリブランドの「新しい」モバイルプロセッサを出してる。

└

それか、こういうことかもね：5 Gbps → USB 3、10 Gbps → USB 3.1、20 Gbps → USB 3.2。数字が大きいほど良いってこと。

└

USB 4はついに正しい方向に進んでると思う。 USB 4は実際にはもっと悪い方向に進んでるよ。USB 4 = Thunderbolt 4、でもすべてがオプションなんだ。例えば、USB 4はDP Altモードをサポートしないかもしれないけど、Thunderbolt 4は常にサポートする。

└

最近買ったUSBハブがあって、すごくいいマークが付いてるんだ。まさに君が言う通りの感じ :) USB4でホストに接続してて、ポートには以下のマークがあるよ： - 電源入力/USB 10Gbps - USB 10Gbps - USB 10Gbps - 8K HDMI これには今のところ満足してるよ。

脱線だけど、著者が素晴らしい投稿をしてるから、ぜひおすすめしたい： https://fabiensanglard.net/mjolnir/index.html 数年前に一度読んで、それ以来時々戻ってきてる。今のPC（10年以上使ってる）がそろそろ静かに死んでくれたら、やっと小さくてコンパクトなものを作れるのにって思ってる。

└

まあ、事故は起こるもんだよね。カーペットにつまずいて、その古いPCがゴミ箱に落ちちゃったりとか。

なんでMacBookがUSB4/Thunderbolt 4/5をサポートしてるのに、USB 3.2 Gen 2x2はサポートしてないのか、未だにわからない。高い外付けディスクだと20-40Gb/sの速度が出るけど、安くて一般的なやつは20Gb/sって書いてあっても、実際は10Gb/sしか出ないんだよね。

└

MacBookは主にThunderboltをサポートしていて、USBはTBの仕様に書かれている必要がある場合だけ使われるって感じかな。TBが3.2x2x2を<=5のTB仕様の一部として定義してないと思うし。

個人的には、USB 3.0が最後のまともな名前のバージョンだったと思う。でも、イーサネットに詳しいなら、バリエーションが増えるのは意外じゃないよね。

関連情報。ほかに？ USBチートシート - https://news.ycombinator.com/item?id=31271038 - 2022年5月（168件のコメント）

2050年の短距離データ通信がどうなるかは分からないけど、USBって呼ばれることだけは確かだね。

└

USB-G 4.6 SuperSpeed Plusだけど、ケーブルは結局ランダムな電子機器の充電用にしか使われなくて、半分の時間はそれすらうまくいかないんだよね。

└

2030年にどんな技術が使われるかは分からないけど、2040年にはUSBのフラッシュメモリや石が使われるだろうね。

USBの種類の違いを見分けるのにいい方法だね。