ケーブルに関する詳しい情報は、Glenn Fleishman氏の新著『Take Control of Untangling Connections』をご覧ください。よくある疑問に答え、問題のトラブルシューティングに役立ちます。ポートの見分け方、お持ちのケーブルの識別方法、そしてUSB、Thunderbolt、Ethernet、DisplayPort、HDMI、オーディオに最適なケーブルを、最速、最良、または最高音質で購入する方法を学ぶことができます。
USB接続は簡単だった。言葉遊びはご容赦ください。でも、私の言いたいことはお分かりでしょう。かつてUSBといえば、コンピューター用のコネクタはType-Aしかなく、平らで長方形で、正しい向きは決まっていました。周辺機器は、直接接続するケーブルか、角ばったほぼ正方形で、これも正しい向きが決まっていなかったType-BのUSBポートしか備えていませんでした。
しかし、その過程で、他のコネクタも増えていきました。テキサス・インスツルメンツのグラフ電卓や初期のAmazon Kindleなどのデバイスで使用されていた、厚みのある台形のMini-Bコネクタ、そしてモバイルデバイス、ヘッドフォン、その他のバッテリー駆動型ハードウェアの充電コネクタとして事実上の標準形状となったスリムな台形のMicro-Bコネクタです。さらに、外付けハードドライブで最もよく見られる、幅広で奇妙な形状のUSB 3.0 Micro-Bコネクタなど、あまり知られていないコネクタも登場しました。
USB 3.1規格のリリース直後にUSB-Cコネクタが進化したことで、シンプルさが約束されました。ホストデバイスのType-Aと周辺機器のType-B、Mini-B、Micro-Bなどではなく、1つのコネクタで接続の両端を繋ぎ、電力とデータの両方を伝送します。同じケーブルで双方向に電力を供給できます。コンピューターからバッテリーやスマートフォンを充電することも、バッテリーからコンピューターを充電することもできます。また、長軸に沿ってリバーシブルなので、間違った向きで挿入することもありません。
USB-Cは、もう必要のないケーブルになるはずでした。しかし、そうはいきませんでした。
USBの混乱
ハードウェア側は素晴らしい働きをしています。USB-CプラグはどのUSB-Cジャックにも差し込めます。しかし、USB規格の開発を管理する団体であるUSBインプリメンターズフォーラム（USB-IF）は、 USB配線上で何が伝送され、どのように効果的に通信するかという複雑さ、つまり電力とビデオ、そして複数の異なるデータ規格の組み合わせについて、十分に検討していなかったのかもしれません。
問題は、USB-Cが明確に異なる用途のコネクタになってしまったことです。ポートやケーブルを一目見ただけでは、ケーブルを差し込んだ際に何が起こるのかをほとんど予測できません。USB-CコネクタはUSB 3.1と3.2でサポートされています（必須ではありませんが）。また、USB 4（およびThunderbolt 3と4）では必須となっています。ただし、各仕様のバージョン4までは、これらは互いに絡み合う別々の規格でした。
USB-Cケーブルを接続すると、様々な疑問が湧いてきます。2つのデバイス間で最大速度は得られるのか？コンピューターの電源やUSBバッテリーの充電に必要な電力は得られるのか？全く何も起こらず、原因も分からない？ケーブルのパッケージにこれらの情報がすべて含まれていたとしても、両端のポートについても知らなければならないため、多くの場合、原因を突き止める方法はありません。
私たちが直面する混乱の多くは、すべての動作がコンピュータ、モバイルデバイス、または周辺機器の内部深くで行われているという事実に起因しています。USB-Cポートがケーブルを介して他のデバイスに提供できるデータや電力供給能力は、ホストまたは周辺機器コントローラ（USB、Thunderbolt、その他の規格をハードウェアで実装するチップと電源管理回路のセット）に依存します。コントローラは、マザーボードに追加されるスタンドアロンモジュールから、AppleのM1のようなシステムオンチップに深く統合されたものまで、多岐にわたります。
ケーブルは2つのデバイス間の外部仲介役であり、データの伝送のみを担い、エンコードやデコードを行うことはありません。ケーブルの先端は、両端のデバイスに対し、ケーブルが伝送できるデータの種類を伝えます。これは、すべてのUSB-Cプラグに内蔵された小さなチップによって行われます。（USB 3.1 Type-AやLightningなど、他の多くの種類のプラグにもチップが内蔵されており、これがケーブルが以前よりも高価になっている理由の一つです。）コントローラーは、同じ「回線」上で異なる規格を転送することができ、ケーブルを介して相互通信に最適な共通方式をネゴシエートします。
問題は、各デバイスが話すプロトコルのセットをすぐには知らないことが多く、たとえ知っていたとしても、ケーブルが最速の速度で通信できるかどうかわからない場合があり、まれにはまったく通信できないことです。たとえば、Apple は USB-C の初期に設計された USB-C 充電ケーブルと呼ばれるものを、ラップトップのいくつかのモデルに今でも出荷しています。これは USB-C 仕様に完全に互換性があり、最大 100 ワットで電力を供給できますが、ビデオをサポートせず、データの転送速度はわずか 480 Mbps (USB 2.0) です。Apple の Thunderbolt 3 ケーブルは、同じ最大電力に加えて、ビデオと、Thunderbolt 3 では 40 Gbps、USB 3.1 では 10 Gbps のデータ転送が可能です。
私たちが求めているのは、ポートとケーブルを見て、それらが何をするのかを理解することです。それほど難しいことではないはずですが、USB-IFが2021年9月下旬に公開した、電源ケーブル規格の新しいラベルを示す図を見ると、どうやら難しいようです。このシンプルな図は、USB-IFが想定していた以上に多くの混乱と、過去と現在の課題を明らかにしています。
なんとも不思議な話ですね。USB-Cに関する混乱を整理するお手伝いをさせてください。これまでの経緯、現状、そして将来に期待できることについてお話しします。
USBはすべてを掌握する
USB タイプ C (略して USB-C と呼ばれることがほとんど) は、USB データ規格が一方向の 1.5 Mbps および 12 Mbps (1.0 および 1.1) から 480 Mbps (2.0) (もう一方はそれ以下)、さらに対称的な 5 Gbps のデータ転送 (3.0) へと順調に進化する中で、何十年にもわたって USB ハードウェア接続を悩ませてきた複数の問題を解決しようとしてきました。
下のWikipediaの表にあるように、USB-C以前のすべてのコネクタは、反対側のコネクタの仕様に関して大きな制限がありました。Type-Aが最も近い規格でしたが、WikipediaではUSB Type-A-Type-Aケーブルに「独自仕様、危険」というラベルが貼られており、「USB-IF準拠機器との相互運用性がなく、接続時に両方のデバイスに損傷を与える可能性がある」と定義されています。
片端にType-Aを搭載したケーブルやアダプターは、USB-Cよりも先に、もう片端に他の4種類のコネクタのいずれかを搭載できますが、Type-A - Type-Aケーブルは使用できません。一方、USB-Cは接続の両端で機能し、Type-Aと4種類のType-Bコネクタを含む5種類のプラグタイプをサポートします。
USB-IFは2013年に初めてUSB 3.1を導入しました。これにより、Type-Aの最大転送速度が5Gbpsから10Gbpsに向上し、2014年のUSB-Cコネクタ導入への道が開かれました。このコネクタタイプは2015年に一部のデバイスで初めて搭載されました。その中には、現在は販売終了となっている12インチMacBookも含まれていました。このモデルはUSB 3.1コントローラのみを搭載し、外部ディスプレイを接続するにはUSB 3.1ビデオアダプタが必要でした。
次に述べる内容の前に、Wikipedia の簡潔で賢明な言葉を引用するのがベストでしょう。「Type-C コネクタは複数のテクノロジに共通ですが、必須なのはそのうちのいくつかのテクノロジだけです。」
USB-Cコネクタは当初、USB 3.1（Gen 1とGen 2、それぞれSuperSpeed（5Gbps）とSuperSpeed+（10Gbps）と呼ばれていました）でのみ動作しました。USB 3.1規格はUSB-Cの直前に登場し、その5Gbpsと10Gbpsの速度はUSB-Cを必要としませんでした。USB-Cだけでなく、Type-A、Type-B、Micro-Bでも動作しました。
2017年、USB-IFは3.2仕様を発表しました。この仕様では、コンピューターまたはモバイルデバイスにUSB 3.2コントローラーが搭載されている場合、USB-C以前のコネクタでは10Gbps、USB-Cのみでは20Gbpsの速度が実現されます。業界団体は、従来の命名規則の一部を廃止し、「SuperSpeed USB 5Gbps」、「SuperSpeed USB 10Gbps」、「SuperSpeed USB 20Gbps」といったキャッチーな名称を提案しました。
グループの言語使用ガイドラインには（役に立つことに？）「USB 3.2 は、USB Type-C、USB Standard-A、Micro-USB、またはその他の USB ケーブルやコネクタではありません」と記載されています。
しかし、待ってください。事態は急速に悪化します。
USBとThunderboltが4に統合
Thunderboltもその候補に挙がっていました。AppleはFireWireの後継としてIntelのThunderbolt規格を早くから採用しましたが、Thunderboltの最初の2つのバージョンは広く普及することはありませんでした。この低調な結果の理由としては、USBの方がはるかに普及していたこと、USB 3.0が5Gbpsをかなり早い段階でサポートしたこと、そしてAppleが価格競争やコモディティ化を回避した唯一のモノリシックコンピュータメーカーであり続けたことなどが挙げられます。Thunderboltをサポートする高速バスカードや特定のPCまたはサーバーコンピュータ構成を購入することは、特定のユーザーや市場セグメントにとっては理にかなっているかもしれませんが、Mac以外の業界全体にとってはそうではありません。
しかし、Intel はおそらく Apple と協力して、重要な動きを見せました。データ レートを 40 Gbps に倍増させるとともに、Thunderbolt 3 は USB-C 接続を搭載し、USB-IF 業界団体が Alternate Mode と呼ぶものを利用することになります。USB 3.1 または 3.2 のデータを USB-C で伝送する代わりに、Alternate Mode では他の規格をカプセル化できます。これは USB のいわば第 2 言語です。Alternate Mode で Thunderbolt 3 を伝送する USB 3 コントローラーは、Thunderbolt 3 互換ケーブルを使用してネイティブの Thunderbolt 3 コントローラーと通信できます。異なる言語を話していることを意識する必要すらありません。(Intel の Thunderbolt 3 コントローラーも同様のアプローチを使用して、USB 3 およびそれ以前のバージョンとの下位互換性も備えていますが、Thunderbolt 3 ケーブルは依然として必須です。)
DisplayPort用の代替モードとHDMI用の代替モードがあり、それぞれビデオを伝送できます。これにより、12インチMacBookはUSB-C経由でビデオを伝送できました。また、PCI Express対応の高速データ転送を可能にする代替モードも用意されており、PCI Express対応のコンピューターでは外付けGPUを接続できます。そして最後に、Thunderbolt 3用の代替モードが用意されています。
もう 1 つ、USB-IF は 2019 年に USB 4 をリリースし、Intel は 2020 年に Thunderbolt 4 をリリースしました。USB 4 は、USB 仕様内に Thunderbolt 3 のオプションの実装を提供していますが、Thunderbolt 4 では、USB 4 を介した USB サポートが必須です。Apple の 14 インチおよび 16 インチ M1 Pro および M1 Max MacBook Pro モデルのように、USB 4/Thunderbolt 4 を明示的にサポートするデバイスは、ほぼすべての既存のケーブルとアダプタを使用して、Thunderbolt のすべての種類と USB のすべての種類を扱うことができます。(Thunderbolt 3 の USB 4 サポートは、ホスト コントローラの場合はオプションですが、USB 4 ハブの場合は必須です。これは少し混乱を招きます。ただし、主要なコンピューターおよびデバイス メーカーは、互換性のために USB 4/Thunderbolt 3 または USB 4/Thunderbolt 4 のいずれかを組み込むと予想しています。)
Thunderbolt 4では、すべての認定コントローラーがThunderboltハブをサポートし、コンピューターのThunderboltポートを介して最大40GbpsをサポートするUSB-Cポートや外部ディスプレイなどを追加できるようにする必要があります。Thunderbolt 3ではハブはオプションでしたが、一部のオペレーティングシステムとコンピューターでは最終的にハブがサポートされました。Thunderboltハブは、Thunderbolt 3（AppleはmacOS 11.1 Big SurですべてのIntelおよびM1 Mac向けにこの機能を追加しました）またはThunderbolt 4を使用して、Thunderboltハブをサポートするデバイスに接続できます。Thunderbolt 4では、8Kを超えるディスプレイ解像度もサポートされます。
USB 4 では、すべての接続に USB-C が必要で、最低 20 Gbps のデータ スループットが必要ですが、Thunderbolt 3 および 4 の完全な 40 Gbps もサポートできます。
ケーブルの長さも影響します。Thunderbolt 3および4ケーブルには、パッシブとアクティブの2種類があります。パッシブケーブルは最大0.5メートルまで40Gbps、最大2メートルまで20Gbpsの伝送が可能です。アクティブケーブルは最大2メートルまで40Gbpsの伝送が可能です。USB 3および4ケーブルは最大2メートルまで10Gbps、最大1メートルまで20Gbpsの伝送が可能ですが、40Gbpsは0.8メートル以下のケーブルでのみ動作します。
(最大のスループットが必要な場合を除き、ケーブルの長さについてはあまり心配する必要はありません。USB 4/Thunderbolt 4 コントローラーは、ケーブルが長すぎたり、その速度向けに設計されていない場合でも、20 Gbps または 40 Gbps 未満の速度で通信できます。これらのバージョン 4 標準は、USB 2.0 および Thunderbolt 1 と下位互換性があります。)
USB 4ではPower Deliveryのサポートも必須となっています。USB 3.2のガイドラインでは、「USB 3.2はUSB Power DeliveryでもUSB Battery Chargingでもありません」と簡潔に述べられています。Power Delivery？それともBattery Charging？USB-IFがこの記事の冒頭に掲載したラベルチャートを作成するきっかけとなった、これら2つのUSB規格があります。
私には力がある
USB経由の電力供給は黎明期にまで遡りますが、ワット数は独自のコントローラーやプロトコルを介さない限り制限されることが一般的でした。USB-Cは、多くのデバイスで相互運用可能な高ワット数ケーブルを初めて広く普及させた規格です。これを可能にする規格がPower Delivery（電力供給）です。
Power Delivery 2.0および3.0をサポートするUSB-Cケーブルは、少なくとも60ワット（20ボルトで3アンペア）の電力を供給できるとされていますが、オプションで100ワット（20Vで5A）用に設計することも可能です。ホストや周辺機器のUSB-Cポートは、7.5W（5Vで1.5A）または15W（5Vで3A）と、はるかに低い電力消費量に設計することも可能です。Power Delivery 3.1では、5Aに加えてより高い電圧もサポートされ、最大240W（48Vで5A）まで供給できるようになりました。240Wケーブルには、新しいExtended Power Range（EPR）ケーブルタイプが必要です。
ケーブルの要件があるにもかかわらず、最大15Wまでしか供給できないと謳っているケーブルが販売されていることがあります。これは、BelkinのUSB-C充電器のように15Wの電力を消費するデバイスに付属する60W対応のケーブルである可能性があり、あるいは単に規格外である可能性もあります。
Power Delivery 3.1は急速充電も可能にしますが、これはまだ商標登録や特定のラベルが付いていません。Appleが最新のMacBook Proモデルに搭載したものなど、独自バージョンも存在します。急速充電には、14インチMacBook Pro用の96W充電器、または16インチMacBook Pro全モデルに付属する140W充電器が必要です。（14インチMacBook Proのエントリーモデルには67W充電器が付属していますが、購入者は20ドルで96Wにアップグレードできます。）
これらの充電器を使用すると、macOSはMagSafe 3（14インチと16インチのMacBook Proの両方）またはUSB 4（14インチのみ）経由で利用可能な最高ワット数で自動的に充電するため、バッテリー残量が少なくなったMacでも30分でバッテリーの50%まで充電できます。14インチMacBook Proで67W充電器を使用する場合、または16インチMacBook ProでUSB 4ポートを使用する場合は、充電速度が「通常」速度に制限され、やや遅くなります。（また、リチウムイオンバッテリーを搭載したすべてのデバイスは、過熱を防ぐため、80%を超える充電速度を抑制します。）
最後に、USB バッテリー充電仕様では、奇妙なことに欠けている機能が有効になります。バッテリー パックに接続されたデバイスには、「どのくらいの電流を引き出せますか?」と単純に尋ねる標準の USB コマンドが発行されませんでした。代わりに、さまざまなメーカーが必ずしも互換性がないソリューションを考案し、特定のデバイス間の充電を制限していました。
充電についてここまで話を聞くと、「間違ったケーブルを差し込むと高価なデバイスが壊れてしまうのでは？」と疑問に思うかもしれません。答えは「いいえ」です。実際、ほとんどの場合、壊れてしまいます。USB-Cポートとコネクタは、それぞれが合意した速度でネゴシエートします。以前のUSB-CとPower Deliveryの仕様は、デバイスが受け入れ可能な電力を超える電力を流さないように設計されていましたが、バッテリー充電のアップグレードはそれを改善しています。（USB-Cの初期の頃、Googleのエンジニアであるベンソン・リョンは、多くの安価なケーブルが粗悪で、コンピューターを故障させたり、発煙したりする可能性があることに気づいたため、余暇を利用してケーブルのテストと記録を行っていました。今では、そんな時代は過ぎ去ったように思えます。）
さて、この記事の本題に入りましょう。どのケーブルが何を実現するのか？今、何が実現できるのか？将来はどうなるのか？
私たちが織りなす複雑な網 4.0
以下は、両端に USB-C コネクタを備えたケーブルでサポートされる可能性のあるデータと電源の一部です。
- USB 3.2:最大 20 Gbps、15W (標準に準拠していません)
- USB 3.2:最大20Gbps、60W
- USB 3.2:最大20Gbps、100W
- Thunderbolt 3、パッシブ、0.5 m 未満:最大 40 Gbps、100 W (電力供給)
- Thunderbolt 3、パッシブ、1～2m：最大20Gbps、100W（電力供給）
- Thunderbolt 3、アクティブ、最大 2 m:最大 40 Gbps、100 W (電力供給)
- USB 4.0:最大20Gbps、60W
- USB 4.0:最大20 Gbps、100W
- USB 4.0:最大20 Gbps、240W
- USB 4.0/Thunderbolt 4:最大40 Gbps、60W
- USB 4.0/Thunderbolt 4:最大40 Gbps、100W
- USB 4.0/Thunderbolt 4:最大40 Gbps、240W
それでもまだ驚きが足りないなら、他にもあまり一般的ではない組み合わせが存在します。このリストは2倍、いや3倍長くなるかもしれません。また、AppleのMagSafe 3 - USB-Cケーブルのような独自規格のケーブルは含まれていません。これらのUSB-Cケーブルをどうやって見分ければいいのでしょうか？それは、コンピューターなどのデバイスメーカー、ケーブルメーカー、周辺機器メーカーが、部品、マニュアル、ケーブルヘッドに、準拠していると主張する様々な仕様を正しく表示しているかどうかにかかっています。
- USB 3.1 Gen 1 SuperSpeed ポートまたはケーブルには、(残念ながら) SS ロゴが付いているはずです。
- USB 3.1 Gen 2 SuperSpeed+ケーブルにはSS+が表示されます。
- USB 3.2 ケーブルには、「SuperSpeed USB」または「SS」に加えて「5Gbps」、「10Gbps」、または「20Gbps」というラベルが使用されます。
- Thunderbolt ケーブルには、稲妻のロゴと 3 または 4 のラベルが付いています。
- USB 4 ケーブルでは SS および SuperSpeed ロゴは廃止され、この記事の冒頭にある表のラベルを使用してマークする必要があります。「Certified」(オプション) と「USB」に加えて、「40Gbps」と「240W」を個別または一緒に表示します。
- 240W 充電器 (ケーブルではない) には「Certified USB Charger 240W」のロゴが付いていますが、これより簡単な代替品はありません。
以下に、インターネット上の写真から集めた、ケーブルのマーキング方法と場所の多様性を示す例をいくつか挙げます。特に注目すべきは、Thunderbolt 3ケーブルのマーキングは、どれも似たような見た目をしていることです。ただし、私のようにサンセリフフォントの多様さにこだわるタイプライター好きの人は別です。
以下のThunderbolt 3ケーブルは、概ね正確に表示されており、Thunderboltアイコンと数字の「3」の両方が刻印されています。私が見つけたケーブルのほとんどは、アイコンと数字がケーブルの両端に刻印されているタイプです。しかし、これらのケーブルはどれもアクティブかパッシブか、あるいは対応ワット数に関する情報は一切記載されていません。
Thunderboltケーブルの中に、不適切なマークや全くマークがないものは簡単に見つかります。少なくともAppleのケーブル（左下）と汎用ケーブル（中央下）には稲妻のマークはありますが、3のマークはありません。つまり、ほぼ間違いなくThunderbolt 3です。StarTech.comのケーブルは反対側にもマークがあるかもしれませんが、写真に写っているのはロゴだけです。
USB 3.1および3.2ケーブルは、10Gbps以上の高速転送速度に対応している場合、先端の数字が驚くほど分かりやすく表示されています。ただし、SSに比べると数字は小さいです。また、数字が黒地に薄いグレー、あるいはグレー地にグレーと、さらに異なるグレーの濃淡で印刷されている場合もあることに、内なる活字好きを振りかざして文句を言うまでもありません。
問題はワット数？20Gbpsでは十分ではないのか？
一般ユーザーや技術者が話したり不満を言ったりするのは、同じ単純なコネクタがさまざまなことを意味する可能性があり、ポートやケーブルを見ても何が可能であるかを視覚的に判断する方法がほとんどないということだけです。
必要なロゴやシンボルが見つかったとしても、ポートとケーブル、データレート、電力の関係性を調べる必要があります。アンペア数やワット数を確認するには、ケーブルの長さに印刷された目盛りを読むために拡大鏡が必要になる場合もあります。
USB-IFは、特にIntelのThunderboltグループと協力して、この点をどのように改善できるでしょうか？ 冒頭で私が嘲笑したラベル付けは、実は正しい方向性です。USBとThunderboltが相互互換性と後方互換性のある規格に収束していくことで、将来的にはより明確な方向性が見えてくるかもしれません。
理想的には、USB-IFがこうしたラベルを下位層にも展開し、メーカー各社に最大速度とワット数を判読可能な文字で表示することを義務付けるべきです。また、Intelとの合意により、メーカー各社がThunderboltケーブルにバージョン番号と20Gbps（ロング、パッシブ）または40Gbps（ショート、アクティブ）のいずれかを表記するよう義務付けることも望ましいでしょう。これは、Wi-Fi Allianceが「Wi-Fi」という名称で呼ばれていた802.11n、802.11ac、802.11axとの混乱を避けるために採用した戦略です。彼らはこれらをWi-Fi 4、5、6としてリブランドしました。
一般的には、ニーズに合ったケーブルを購入した後、または製品に付属のケーブルを開封した後、昔ながらの粘着ラベルを使用するのが最善策でしょう。ラベルメーカーを使ってケーブルにフラグを立てたり、油性マーカーで書き込める場所のある結束バンドを使ったりするのも良いでしょう。将来的にケーブルを繋げば方向が明確になるかもしれませんが、私たちの周りにはたくさんのケーブルが散らばっているので、まだある程度は自力で解決できるでしょう。