Thunderbolt 3・4・5とUSB4：速度とケーブル

Thunderbolt 4とUSB4は競合する規格ではない。USB4は、Intelが2019年にUSB-IFへ提供したThunderbolt 3プロトコルを基盤としている。そのため、Thunderbolt 4ポートはすべてのオプション機能を必須としたUSB4ポートである。どちらもUSB-C上で40 Gbpsで動作し、同じ物理コネクタを使用する。実用的な違いは、ポートが何をしなければならないかであり、ケーブルが何を運べるかではない。

各世代が実際に提供するもの

Thunderbolt 3は2015年にUSB-Cコネクタ上で40 Gbpsを導入し、バスパワー機器向けに最大15 Wを可能にした。Thunderbolt 4は同じ40 Gbpsを維持したが、最低要件を引き上げた：PCIe 32 Gbps、2台の4Kディスプレイまたは1台の8K、そして少なくとも1つのポートで最大100 Wのラップトップ充電。Thunderbolt 5はリンクを両方向80 Gbpsに倍増し、Bandwidth Boostによりディスプレイ用に片方向最大120 Gbps、PCIe 64 Gbps、充電最大240 Wを実現する。

USB4はより緩やかな仕様である。20 Gbpsと40 Gbpsのリンクを定義し、USB4 Version 2.0は80 Gbps、または片方向120 Gbpsを追加する。基本データレートを超えるものはすべてオプションである：USB4ポートはPCIeを運ぶかもしれないし運ばないかもしれず、2台のディスプレイを駆動するかもしれないししないかもしれず、ラップトップをフルレートで充電するかもしれないししないかもしれない。Thunderbolt 4ポートにはそのような欠落はない。

USB4はThunderboltと同じか

いいえ、しかし基盤を共有している。USB4はThunderbolt 3プロトコルを基盤としているため、Thunderbolt 3、4、5ケーブルはデータと充電用のUSB-Cケーブルとしても機能する。逆は自動ではない：普通のUSB-Cケーブルは480 Mbpsで動作するUSB 2.0ケーブルかもしれないし、10、20、40、80 Gbpsを運ぶかもしれない。プラグを見てもどれかはわからない。だからこそUSB-Cケーブルはすべて同じではないのであり、スマートフォンを充電するケーブルがドックを駆動できないことがある。

USB4デバイスは実際には2つの階層に分かれる。20 GbpsのUSB4ポートは本物のUSB4ポートである。40 GbpsポートはThunderbolt 3の帯域幅に匹敵する。Thunderbolt 4と5だけが完全な機能セットを要求する。だからコネクタが同じでも2つの名前は互換ではない。

ケーブル長と規格が許容するもの

USB Type-C仕様は速度別に最大長を定めており、帯域幅が上がるにつれて急速に短くなる：

Thunderbolt 4ユニバーサルパッシブ40 Gbpsケーブルは最大2 m (6.6 ft)で動作する。これはパッシブUSB4の数値より長い。Thunderboltケーブルはより厳しい要件で製造・試験されているからである。それを超える長さでは、アクティブまたは光ケーブルが引き継ぐ。ドック用に購入するThunderboltケーブルは、充電専用ケーブルではなく、認定された40 Gbpsまたは80 Gbpsの部品であるべきだ。

同じコネクタでの電力と充電

USB Power Delivery Standard Power Rangeは最大100 W（20 V、5 A）で、固定電圧は5 V、9 V、15 V、20 Vである。PD 3.1（2021年）Extended Power Rangeはそれを240 W（48 V、5 A）に引き上げ、28 V、36 V、48 Vを追加する。すべてのUSB-C to USB-Cケーブルは3 A、つまり20 Vで60 Wを運ぶ必要がある。3 Aを超える電流にはe-markerチップ付きの5 Aケーブルが必要である：100 Wケーブル、および240 W EPRケーブル。

これがラップトップが遅く充電される、あるいはまったく充電されない最も一般的な原因である。ポートが100 Wをサポートし、充電器が100 Wを供給しても、間のケーブルが60 Wに制限された3 Aの部品であるかもしれない。Thunderbolt 5は上限を240 Wに引き上げるが、それに対応したケーブルでのみである。

ディスプレイ、ドック、PCIe

Thunderbolt 4は2台の4Kディスプレイまたは1台の8Kを駆動し、PCIeを32 Gbpsで運ぶ。これにより1本のケーブルでEthernet、ストレージ、ビデオを備えたドックを動作させることができる。Thunderbolt 5はPCIeを64 Gbpsに引き上げ、Bandwidth Boostを追加する。高リフレッシュレートディスプレイが必要とするとき、片方向最大120 Gbpsを提供する。

USB4ポートも同じことができるかもしれないし、できないかもしれない。PCIeのないUSB4ポートはデータとビデオのみをトンネルする。DisplayPort Alt Modeを備えたUSB4ポートはUSB-C経由でDisplayPortを運び、チェーンのディスプレイ側はネイティブポートと同じルールに従う。ここでDisplayPort 1.2、1.4、2.1、およびDP40/DP80ケーブルがリフレッシュレートと解像度にとって重要になる。4K at 60 Hzを謳うドックは、ホストポート、ケーブル、ドックが一致する必要がある。

どのケーブルを買うべきか

ケーブルは箱のバージョン番号ではなく、用途に合わせて選ぶ。

• スマートフォンや小型デバイスの充電：適切な電流定格のUSB-Cケーブルならどれでもよい。
• 100 W以上のラップトップ充電：e-marker付きの5 Aケーブルで、100 Wまたは240 W EPR定格。
• Thunderboltドックまたは外付けPCIeデバイス：認定されたThunderbolt 4またはThunderbolt 5ケーブルを、規格が許容する長さで。
• 40 GbpsのUSB4デバイス：0.8 m (2.6 ft)までのパッシブUSB4 40 Gbpsケーブル、または長距離用にThunderboltケーブル。
• USB-C経由のディスプレイ：充電専用ケーブルではなく、DisplayPort Alt Modeを運ぶケーブル。

USBケーブルの命名が変わったのはまさにこのためである。USB 3.0、3.1、3.2、USB4：速度と名前の解説では、同じケーブルが複数のラベルで販売される理由と、確認する価値がある唯一の数値が速度である理由を説明している。

何がうまくいかないか

合うケーブルが動くケーブルではない。以下の失敗がThunderboltとUSB4の問題のほとんどを占める。

• データ役割での充電専用USB-Cケーブル。 プラグは合い、デバイスは電源が入るが、ドックやドライブが現れない。ケーブルに高速ペアが配線されていない。
• 100 Wラップトップでの3 Aケーブル。 充電が遅々として進まないか、負荷時にバッテリーが減る。ケーブルは5 Aのe-marked部品でなければならない。
• 定格長を超えたパッシブケーブル。 USB4 40 Gbpsパッシブケーブルは0.8 m (2.6 ft)まで規格化されている。より長いパッシブケーブルはより低い速度でリンクするか、負荷時に切断するかもしれない。
• PCIeのないUSB4ポート。 ドックのEthernetとストレージが現れない。ポートがPCIeをトンネルしないからである。Thunderbolt 4と5ポートは常にトンネルする。
• USB-CポートがThunderboltだと仮定すること。 多くのUSB-CポートはUSB 2.0 (480 Mbps)またはUSB 5Gbpsのみである。形ではなくポートの表示が教えてくれる。
• 光またはアクティブケーブルの方向を間違えること。 アクティブ銅線と光ケーブルは方向性があり、ソース端をコンピュータに接続する。
• Thunderbolt 5ホストでのThunderbolt 3デバイス。 それらは古い要件を満たすケーブルで、Thunderbolt 3の速度で動作する。

ここでは商用電源は対象外である。ドックや充電器を商用電源に接続する作業は、認可された電気技師に属する。