USBハブとドック: 電源供給あり vs なし

ハブは1つのUSBポートを複数に分岐します。ドックはそれに加えて映像出力、Ethernet、充電を1本のケーブルで提供します。デバイスが動作するかどうかを決める違いは電力です。バスパワー（非電源）ハブは必要な電力をすべてホストポートから取りますが、セルフパワーハブは専用アダプタを持ち、各デバイスに適切に電力を供給できます。ドックは通常、追加機能を内蔵したセルフパワーハブで、多くの場合USB-CまたはThunderbolt経由です。

バスパワーとセルフパワーハブ

バスパワーハブはホストポートから電流を取ります。そのポートはUSB 2.0では5 Vで500 mA（2.5 W）、USB 3.xでは900 mA（4.5 W）を供給します。ハブ上のすべてのデバイスがその予算を共有するため、キーボードとマウスなら問題ありませんが、ポータブルドライブと充電中のスマートフォンでは不足します。合計がポートの供給能力を超えると、ハブはデバイスを拒否するか、デバイスは転送中に切断されます。

セルフパワーハブは専用アダプタを持ち、動作電流をホストから取りません。各下流ポートは定格電流を供給でき、ホストポートが限界に近くてもハブは動作し続けます。これが「USBハブが動作しない」ケースのほとんどを解決する唯一の変更点です。ハブに電源がないのにデバイスを動かそうとしていたのです。

ハブに対してドックが追加するもの

ドックは映像出力、Ethernet、充電を1本のケーブルで追加し、通常はUSB-CまたはThunderbolt経由です。映像側は通常の意味でのUSBデータ機能ではありません。USB-Cコネクタ上で伝送されるDisplayPort Alt Modeか、PCIeとUSBと共にDisplayPortを伝送するThunderboltリンクです。単なるUSBハブは、ホストが提供しない映像出力を作り出すことはできません。

Thunderbolt 4は40 Gbps、PCIe 32 Gbps、2台の4Kディスプレイまたは1台の8K、少なくとも1つのポートで最大100 WのノートPC充電を提供します。Thunderbolt 5は双方向80 Gbps、ディスプレイ用に片方向最大120 Gbps、PCIe 64 Gbps、最大240 Wの充電を提供します。USB4は20 Gbpsまたは40 Gbps、USB4 Version 2.0は80 Gbps、片方向120 Gbpsで動作します。USB4はIntelが2019年にUSB-IFに提供したThunderbolt 3プロトコルに基づいており、Thunderbolt 4と5の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します。両ファミリーの違いはThunderbolt 3、4、5 vs USB4で説明しています。

充電はドックとハブが最も誤解される点です。すべてのUSB-C to USB-Cケーブルは3 A、つまり20 Vで60 Wを伝送する必要があります。3 Aを超える電流にはe-markerチップを備えた5 Aケーブルが必要です。100 Wケーブル、および240 W Extended Power Rangeケーブルです。USB Power Delivery Standard Power Rangeは100 W（20 V、5 A）までで、固定電圧は5 V、9 V、15 V、20 Vです。PD 3.1（2021）Extended Power Rangeは240 W（48 V、5 A）までで、28 V、36 V、48 Vが追加されます。ノートPC充電をうたうドックには、それを記載するだけでなく、ワット数をサポートするケーブルとホストポートが必要です。

1つのホストリンク上の共有帯域

ハブはすべてのデバイス間で1つの上流リンクを共有します。リンク速度はハブのポート数ではなく、ホストポートとハブによって決まります。USB 2.0は480 Mbps、USB 3.0（USB 3.1 Gen 1、USB 3.2 Gen 1、USB 5Gbpsとも呼ばれる）は5 Gbps、USB 3.1 Gen 2（USB 3.2 Gen 2、USB 10Gbpsとも呼ばれる）は10 Gbps、USB 3.2 Gen 2x2は20 GbpsでUSB-C専用です。

実際には、同じハブ上の高速SSDとギガビットEthernetアダプタが同じ上流帯域を競合することを意味します。単一の5 Gbpsリンクはギガビットアダプタが必要とする量をはるかに超えていますが、2台のドライブが同時にコピーすると、それぞれがリンクの全速度を下回ります。独自のThunderboltまたはUSB4リンクを持つドックははるかに余裕があり、映像とストレージを同時に使う場合にハブではなくドックが使われる理由です。

ハブとドックに適用されるケーブル長の制限

仕様ではUSB Type-Cケーブルの長さを速度別に定めています。USB 2.0は最大4 m（13 ft）、USB 5Gbpsは最大2 m（6.6 ft）、USB 10Gbpsは最大1 m（3.3 ft）、パッシブUSB4 40Gbpsは最大0.8 m（2.6 ft）です。USB 2.0ケーブルはセグメントあたり最大5 m（16 ft）、最大5台のハブをチェーン接続して合計最大30 m（98 ft）です。Type-AまたはType-Bプラグ付きのUSB 3.xパッシブケーブルは通常最大3 m（10 ft）で販売されています。アクティブおよび光延長ケーブルはさらに長く伸ばせます。制限の全リストはUSBケーブルの最大長にあります。

ハブはセグメントを追加するのであって、無料の延長ではありません。さらに遠くまで届かせるためにハブをチェーン接続することは、セグメントとハブ数の制限内で機能しますが、各ホップは電力と信号が不足する場所を追加します。単一デバイスへの長距離接続には、ハブのチェーンよりもアクティブまたは光延長ケーブルの方がすっきりした答えです。

ハブでデバイスが切断される理由

よくある原因を、確認する価値のある順に挙げます。

• 電力。デバイスが必要とする電流がポートまたはバスパワーハブの供給能力を超えています。セルフパワーハブまたはホスト上のポートで解決します。
• 間違ったケーブル。USB-CケーブルはUSB 2.0ケーブル（480 Mbps）かもしれず、10、20、40、80 Gbpsを伝送するかもしれません。充電専用ケーブルにはデータペアがまったくありません。使用中の速度と電力に対応したケーブルに交換することが、多くの場合、解決策そのものです。
• デバイスが電力を期待するときに電源が入っていないハブ。バスパワーハブはスマートフォンをフルレートで充電したり、ドライブを確実にスピンアップしたりできません。
• 映像への期待。ドックの映像出力は、ホストポートがDisplayPort Alt ModeまたはThunderboltをサポートしているかに依存します。非対応のポートにはアクティブアダプタが必要で、ハブでは追加できません。
• ドライバとファームウェアの動作。USB-シリアルアダプタには適切なドライバが必要な変換チップが含まれており、偽造チップは純正メーカーのドライバによってブロックされることがあります。一部のドックEthernetチップにも同じことが当てはまります。

ハブ、ドック、KVMスイッチの併用

KVMスイッチは1つのキーボード、モニター、マウスをコンピュータ間で共有し、EDIDエミュレーションにより、切り替え中でも各コンピュータがモニターを認識し続けるため、ウィンドウが再配置されません。多くのKVMスイッチはUSB-CまたはThunderboltに対応しており、ドックはコンピュータに直接ではなくKVMのデバイス側に接続されることがあります。その構成のケーブル接続とEDIDの動作はKVMスイッチ: ケーブル、EDID、USBで説明しています。

ハブとドックの選び方

デバイスが低電力の場合（キーボード、マウス、フラッシュドライブ、専用電源を持つプリンタ）はバスパワーハブを選びます。小型でアダプタが不要で、ノートPCバッグに適しています。

複数のデバイスを同時に使用する場合、ドライブや充電中のスマートフォンがある場合、またはホストポートがすでに限界に近い場合はセルフパワーハブを選びます。アダプタがこの製品の要点です。

1本のケーブルで映像、Ethernet、USBデバイス、ノートPC充電を伝送する必要がある場合はドックを選びます。購入前に3点を確認してください。ホストポートの機能（DisplayPort Alt Mode付きUSB-C、Thunderbolt 4、Thunderbolt 5、USB4）、ドックとケーブルが伝送できる充電ワット数、ホストがサポートするディスプレイ解像度とリフレッシュレートです。ドックはホストポートが提供する以上にはできません。

動作しないもの

• バスパワーハブでポータブルドライブと充電中のスマートフォンを同時に動かす。ポートの電流域は共有され、合計がそれを超えます。
• 充電専用USB-Cケーブルでデータを伝送する、またはUSB 2.0ケーブルで10 Gbpsデバイスをフルスピードで伝送する。
• DP++またはDisplayPort Alt ModeのないポートからHDMIを駆動するパッシブUSB-Cアダプタ。アクティブアダプタが必要です。
• e-markerチップのないケーブルでの100 Wまたは240 W充電。3 Aを超える場合、ケーブルはそれに対応して定格され、マークされている必要があります。
• 0.8 m（2.6 ft）を超えるパッシブUSB4 40Gbpsケーブルでフルスピードを出す。
• ホストポートが代替モードのない単なるUSBデータポートの場合に、ドックのEthernetや映像が動作する。
• USB-パラレルアダプタでプログラマやドングルを駆動する。これらのアダプタはプリンタでは動作し、USBプリンタとして認識されますが、他のパラレルポートデバイスでは動作しません。
• USB-TTLアダプタをRS-232として扱う。3.3 Vまたは5 VのTTL/CMOSシリアルはRS-232ではなく、両者を直接接続すると低電圧側を損傷する可能性があります。