USB4(ユーエスビーフォー)とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

USB4とは、PCと周辺機器を接続するUniversal Serial Bus（USB）規格の最新世代の一つだ。これまでのUSB規格の進化と比較して、特に高速性、多機能性、そして高い互換性を特徴としている。システムエンジニアを目指す初心者が開発環境を構築したり、多様なデバイスを効率的に管理したりする上で、USB4は非常に重要な技術となる。従来のUSB 3.xと比較して大幅な帯域幅の向上を実現し、一つのポートでデータ転送、映像出力、電力供給といった複数の機能を同時に、かつ高性能に提供することを可能にした。これにより、煩雑になりがちなケーブル配線を減らし、作業効率を高めるための基盤技術として期待されている。

USB4の技術的背景には、Intelが開発した高速インターフェース規格であるThunderbolt 3がある。USB-IF（USB Implementers Forum）がThunderbolt 3の基盤技術を取り込み、USBのオープン規格として標準化したものがUSB4だ。このため、USB4はThunderbolt 3と高い互換性を持つことが大きな利点となっている。

USB4の最も顕著な特徴は、その最大転送速度が40ギガビット/秒（Gbps）に達することだ。これは従来のUSB 3.2 Gen 2x2（最大20Gbps）の2倍の速度であり、大容量のファイルを扱う開発作業や、外部GPUボックス、高速SSDの利用において、ボトルネックを大幅に解消する。この高速性は、複数の高解像度モニターへの映像出力と同時に、外部ストレージへのデータ転送、さらにはネットワーク接続までを一つのケーブルで行うことを可能にする。

また、USB4は「プロトコルトンネリング」という技術を採用している。これは、USBデータ、DisplayPort（映像信号）、PCI Express（データ信号）といった複数の異なるプロトコルを、一つのUSB Type-Cケーブル上で効率的に多重化して伝送する技術だ。例えば、ノートPCからUSB4ポートを通じて、4K/60Hzの外部ディスプレイに映像を出力しながら、同時に外部のPCI Expressベースの高速SSDにデータを書き込み、さらにUSBマウスやキーボードといった周辺機器も利用できる。帯域幅はこれらのサービス間で動的に共有・割り当てられるため、各デバイスが必要とするリソースを最大限に活用できる。これにより、従来の規格で必要だった複数のポートやケーブルが不要となり、システム全体のシンプル化とパフォーマンス向上が実現する。

電力供給に関しても、USB4はUSB Power Delivery（USB PD）規格に対応している。これにより、最大100W（またはそれ以上）の電力を供給することが可能で、ノートPCの充電をUSB4ケーブル一本で行えるようになる。これは、特に持ち運びの多い開発者にとって、ACアダプタを持ち歩く手間を省き、ケーブルマネジメントを簡素化する上で大きなメリットとなる。

コネクタの形状は、上下の区別がなく、どちらの向きでも挿し込める便利なUSB Type-Cコネクタに統一されている。これにより、接続時の手間が減り、物理的な使いやすさも向上している。また、USB4はUSB 3.xやUSB 2.0、DisplayPort Alt Mode、PCI Expressなど、旧来の多くのUSB規格やプロトコルとの下位互換性を持つ。これにより、既存のUSBデバイスもUSB4ポートに接続して利用できるため、買い替えのコストを抑えつつ、徐々に新しい規格へ移行していくことが可能だ。ただし、旧規格のデバイスを接続した場合は、そのデバイスの速度上限で動作することになる。

システムエンジニアにとってUSB4がもたらす意義は大きい。まず、開発環境の集約と効率化が挙げられる。高解像度ディスプレイ、外部GPU、高速SSD、イーサネットアダプタなど、多くの周辺機器をたった一本のUSB Type-Cケーブルで接続できるドッキングステーションを活用することで、デスク周りがすっきりと整理され、開発作業に集中しやすい環境を構築できる。特にノートPCをメインで使用する開発者にとっては、オフィスと自宅、または外出先での作業環境を容易に切り替えられるようになる。

また、AI開発や機械学習、ビッグデータ処理など、高負荷な演算を伴う分野では、外部GPUボックスの利用が一般的になっている。USB4の高い帯域幅は、こうした外部GPUボックスとPC間のデータ転送速度を向上させ、処理性能を最大限に引き出す上で重要な役割を果たす。さらに、仮想化技術やコンテナ技術を利用した開発環境では、高速なストレージアクセスが不可欠であり、USB4対応の外部SSDは開発効率を飛躍的に向上させる。

ただし、USB4の性能を最大限に引き出すためには、ホスト機器、周辺機器、そしてケーブルのすべてがUSB4規格に対応している必要がある。特にケーブルに関しては、40Gbpsの転送速度をサポートするためにE-Markerチップを内蔵しているものが求められる。安価なUSB Type-Cケーブルの中には、USB4のフル機能や高速性をサポートしないものもあるため、購入時には注意が必要だ。また、USB4の複数の仕様が存在し、例えば「USB4 Gen 3x2」という形で40Gbpsを意味することもあるが、一般的に「USB4」と表記される場合は最速の40Gbps対応を指すことが多い。Thunderbolt 3との互換性は必須ではないものの、市場に出回る多くのUSB4ホスト機器はThunderbolt 3デバイスも接続可能となっている。これらの点を理解し、適切な機器とケーブルを選択することが、USB4を最大限に活用するための鍵となる。