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PCハードウェア強化ラボ ――　ビジネスPCハードウェア・パワーアップ実践ガイド　―― 第2回 普及し始めた高速インターフェイスUSB 3.0 1．USB 3.0の概要 デジタルアドバンテージ　打越 浩幸 2011/04/21

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　USBはPCと周辺機器を接続する汎用インターフェイスとして、すでに広く普及している規格である。外付けディスクやUSBメモリ、プリンタ／スキャナ、キーボード／マウス、カメラ、音楽プレーヤー、認証デバイスほか、さまざまな機器を接続するために利用されている。

　現在広く利用されているUSBの規格は1.1や2.0が主流だが、最近ではUSB 3.0を備えたコンピュータ・システムも増えてきている。今回は、本格的な普及が始まりつつあるUSB 3.0の概要と、実際の速度などについて解説する。

　なお、Windows VistaやWindows 7などのOSを利用すれば、USB 3.0だからといって特別な操作やデバイス・ドライバのインストールも不要なので、運用で困ることはほとんどないだろう（Windows XPの場合でも、必要ならばインターフェイス・カードなどに付属しているデバイス・ドライバをインストールすれば問題なく利用できる）。そのため今回は、USB 3.0の仕様について簡単にまとめた後、ディスクの転送速度を測定するにとどめることにする。

USB 3.0とは

用語解説 「USB 3.0（Universal Serial Bus 3.0）」

　USB 3.0は、従来との互換性を極力維持しながら高速化を図った高速シリアル・インターフェイスである。USB 3.0の設計目標は、従来のUSB 2.0との互換性を重視しつつ、大幅な高速性や使いやすさを実現することにある。その主な特徴は次のとおりである。それぞれの具体的な仕様などについては、関連記事も参照していただきたい。

• USB 2.0を大幅に超える、10倍以上の高速性
• USB 2.0との互換性の重視
• バス・パワーの強化や必要な電力の削減
• 高速なネゴシエーションによる、接続時のユーザー待ち時間の減少

　以下、簡単に説明しておく。

■5Gbit/sの高速インターフェイス
　まず高速な伝送速度であるが、USB 3.0では、新しく「SuperSpeed」と呼ばれる、5Gbit/sの転送速度を実現している。

USB規格	伝送モード名	最大転送速度	通信方式	バス・パワー
USB 1.1	Low-speed	1.5Mbit/s	半二重	最大100mAもしくは500mA
USB 1.1	Full-speed	12Mbit/s	半二重
USB 2.0	High-speed	480Mbit/s	半二重
USB 3.0	SuperSpeed	5Gbit/s	全二重	最大900mA
USBの転送速度とバス・パワー
USB 3.0では従来の10倍以上の高速化と、1ポートあたり900mAという強化された電力供給能力を実現している。

　5Gbit/sという速度はUSB 2.0の10倍以上であり、Serial ATAの3Gbit/sもしくは6Gbit/sに迫る速度である。ディスク専用インターフェイスではないため、プロトコル・オーバーヘッドや通信方式などの違いにより、実効速度ではSATAほどは出ないが（特に多数のディスクへ同時アクセスする場合）、それでもUSB 2.0よりは十分に高速である。

USB 3.0、スーパースピードを支える技術（＠IT MONOist） USB3.0は高速化のほかに何が変わる？（＠IT MONOist）

■従来との互換性の重視
　USB 3.0では通信速度を大幅に向上させることになったが、従来のUSB 2.0のケーブル仕様では高速な信号を伝送できないという問題があった。使用している電線の特性がよくないし、シールドがなくノイズに弱い、信号の伝送方式が高速通信に向かない、などといった理由からだ。そこで高速な信号伝送に適した、シールド付きの信号線を新たに導入することにした。また、従来は送信と受信を同じ2本の（シールドなしの）信号線で行っていたが（送信と受信を切り替えながら使う半二重通信方式）、USB 3.0では送信と受信用に別々の信号線ペアを用意して全二重通信を行っている。このような物理的な改良や信号伝送方式の変更などにより、5Gbit/sという高速な伝送を可能にしている（全二重で通信できるので、実質的には最大10Gbit/sの伝送が可能。詳細は関連記事参照）

信号線	USB 2.0ケーブル	USB 3.0ケーブル	信号線の意味
VBUS	USB 2.0用信号線	USB 3.0信号線	バス・パワー
D＋			差動信号Data＋
D−			差動信号Data−
GND			バス・パワー用接地
SSTX＋	−		SuperSpeed送信差動信号＋
SSTX−	−		SuperSpeed送信差動信号−
SSRX＋	−		SuperSpeed受信差動信号＋
SSRX−	−		SuperSpeed受信差動信号−
GND	−		USB 3.0用信号接地
USB 2.0と3.0の信号の違い
USB 2.0では4本しか使用していなかったが、USB 3.0ではさらに5本の信号線を追加している。送信と受信で別々のシールド付き信号線ペアを使うことにより、通信速度を5Gbit/sに高速化するだけでなく、全二重通信も実現している。これ以外にも、周辺機器側から電源を供給する線（電源線）やマイクロ・コネクタ用のID信号線が使われることもある。

　USB 3.0ではこのようにまったく別の信号線を追加しているため、システム・アーキテクチャ的には次のように、USB 2.0とUSB 3.0が同居する形になっている。USB 2.0以下で通信する場合は図中の赤線のように接続されるが、USB 3.0で通信する場合は青線のように、まったく別のパスが利用される。この2つは同時に利用されることはなく、接続された相手先に応じて使い分けられる。

USB 3.0のデュアル・バス・アーキテクチャ

USB 3.0の仕様書「Universal Serial Bus 3.0 Specification」資料より引用（仕様書は「USB 3.0 Specification［英語］（USB Implementers Forum）」よりダウンロード可能）。USB 3.0は、従来のUSB 2.0のバス（図中の赤線）はそのままに、新しくSuperSpeed用のバス（図中の青線）を追加した、デュアル・バス・アーキテクチャを採用している。一番上がPC側（ホスト側）、真ん中がUSBハブ、そして一番下が周辺機器である。USB 3.0（SuperSpeed）を利用するためには、上流から下流まで、すべての部分でUSB 3.0がサポートされていなければならない。途中にサポートしていない機器やケーブルがあると、USB 2.0モードで動作する。

INDEX
	PCハードウェア強化ラボ
	第2回 普及し始めた高速インターフェイスUSB 3.0
	1．USB 3.0の概要
	2．USB 3.0のコネクタ
	3．USB 3.0の速度を測定する

「PCハードウェア強化ラボ」

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