内部の技術
USB Type-Cコネクタを使用すると、以下の機能が利用可能です。
- 最大80Gbpsのデータ転送速度
- 最大USB Power Delivery 3.1
- 最大240ワットの双方向電力供給(PD)
- 最大HDMI2.1a仕様（4K120Hz/8K60Hz）
- DisplayPortオルタネートモード（DP Alt Mode）によるDP 2.1サポート（4K120Hz/8K60Hz以上）
- Thunderbolt4/USB4機能（4K120Hz/8K60Hz）
- および使用されるバージョンによって異なる速度のEthernet接続
USB Type-Cコネクタはこれらすべての機能をサポートすることができますが、常にすべてが利用可能なわけではありません。ユーザーは、サポートされる表示プロトコルを理解するために、デバイスの仕様を知る必要があります。
Club 3Dは、各バージョンに基づいて、顧客がUSB Type-C対応のホスト（PC、ラップトップなど）にさまざまな仕様/解像度のディスプレイを接続するためのソリューションを提供しています。別の問題では、異なるバージョンの背後にある技術とコネクタの物理的な設計について説明します。
今日のほとんどのラップトップ、タブレット、PC、あるいは携帯電話には、1つまたは複数のUSB Type-Cコネクタが装備されています。
USB Gen1、Gen2、ThunderBolt 3、または4の仕様であれ、USB Type-Cコネクタは常に同じように見えますが、その機能は初期のUSBバージョン2.0からThunderBolt4の仕様までさまざまです。速度の面では、480Mbpsから80Gbpsまで変化します。
これらの違いを理解するには膨大な作業が必要ですが、私たちはあなたを手取り足取りご案内し、Club 3Dのさまざまなソリューションとバージョンをステップバイステップで紹介します。今回は、”内部で使用される技術”についてです。
ビデオ性能
まず、USB Type-Cコネクタをビデオ信号の提供元として始めます。
Thunderboltグラフィックは、HDビデオ再生や3Dレンダリングの重い処理をデバイスのGPUにオフロードします。GPUの性能が良ければ、4Kモニターでゲームをプレイすることもできます。
Thunderboltグラフィックは、HDCP（これはコンテンツ保護の形式です）をサポートしており、お気に入りの映画を楽しむことができます。
ビデオ信号について話すとき、このコネクタを介してHDMI、DisplayPort、DVI、またはVGA信号が転送されると言います。アクティブなコンポーネント（アダプタ、コンバータ、またはドック）は、ThunderBoltやUSB（v2.0からv4まで）などのさまざまな標準に基づいています。現在の標準はThunderBolt4で、80Gbpsの双方向リンクを介して4K120Hzまたは8K60Hzのビデオ解像度を処理できます。
Appleユーザーの方へ:
Appleのディスプレイ設定では解像度が非表示になるため、Appleのディスプレイ解像度インターフェイスでオプションボタンを押しながら、解像度インターフェイスのズーム位置をクリックして非表示の解像度を表示してください。その後、実際の解像度を確認してください。
真のディテールを発見する
8Kは、1080pフルHDの8倍、つまり200万画素から1600万画素のディテールを提供し、より鮮明な画像、細かいディテール、より大きな質感をもたらします。
これらの解像度のソースとシンク間の最大ケーブル長は、ThunderBolt4では2m/6.56ft、USB4では0.5/1.64ftとなります。これらの違いは、標準的なTB4と “フリー仕様 “のUSB4から現れています。これは、USB4市場でより手頃な価格の製品を提供するために行われたものです。今日、TB4ハブやドックが手頃な価格で市場に出回っているのを目にします。しかし、あなたの期待に応えるために、セットアップの各コンポーネントがあなたの仕様を満たしていることを確認する必要があります。Club 3Dでは、USB4の最大スペックまで対応したUSB Type-Cケーブル、例えば弊社のCAC-1576をご用意しています。また、TB4については、5in1ポータブルハブ「CSV-1580」、11in1ドック「CSV-1581」をご用意しています。これらの製品は、当初の仕様にはなかったキーボードやマウスによるコンピュータ（ホスト）のウェイクアップなど、最新の追加機能をサポートしています。
Thunderboltテクノロジーとは？
Thunderboltは洗練されたテクノロジーでありながら、「全てをUSB Cで行う」というシンプルなビジョンを持っています。
ThunderBolt 3/4は、あらゆる接続ニーズを満たすことができる1つのコネクタです。ユーザーは、ポータブルコンピューターにデスクトップレベルのパフォーマンスを求めてきました。Thunderboltは、1本のケーブルで最速のデータと最多のビデオ帯域を同時にサポートし、電源を供給することで、新しいユーザー体験を生み出すために開発されました。
Thunderboltは、mini DisplayPortまたはDisplayPort接続に対応した2台のモニターに接続することが可能です。アダプタを使用すれば、HDMI、DVI、VGAの接続も可能です。
Thunderbolt Oneポートがすべてを解決する
システムの充電も可能な1つのコネクターで、これらすべてを行うことができます。ThunderBolt 3/4は、新しいUSB Type-Cリバーシブルコネクタをベースに、最新のUSBテクノロジーを統合し、既存の規格に高いパフォーマンスと互換性をもたらします。
ThunderBolt 3/4はどのように機能するのか？
基本的に、Thunderboltは、いくつかの基本的なプロトコルを1つのインターフェースに統合するために設計されたトンネリングアーキテクチャです。これにより、リンクの総スピードとパフォーマンスは、データ、ディスプレイ、その他のプロトコルのいずれを使用する場合でも、共有することができます。
物理インターフェース・レベルでは、IntelのThunderBolt 3/4シリコンは、いくつかの重要な機能を内蔵しています。
物理インターフェイス (PHY) レイヤーは、動作モードを動的に切り替えて、次のいずれかを駆動することができます。
- USB 2.0, 3.0, 3.1, 3.2 および 4
- DisplayPort 1.1, 1.2a, 1.4, 2.0 および2.1
- Thunderbolt （20 Gbps, 40Gbps および 80 Gbps）
Thunderboltモードでは、ThunderBolt 3/4ポートは、少なくとも1つまたは2つの（4レーンの）DisplayPortインターフェース（複数可）と、PCI Express Gen 6の最大16レーンをサポートし、128Gbpsという圧倒的な帯域幅を叩き出す能力を備えています。
Thunderbolt 1と2はMiniDisplayPortと同じコネクタを使用し、Thunderbolt 3/4はUSB Type Cを使用します。
Thunderbolt 3/4の接続モード。
ThunderBolt 3/4は、接続されたケーブルとデバイスの能力を動的に検出します。一般的に透過的な方法で、いくつかのモードを検出し、有効にすることができます。
USBオンリーモード。USBデバイスが差し込まれると、ThunderBolt 3/4イネーブルドシステム内のUSBホストコントローラが起動し、ThunderBolt 3/4シリコンPHYがUSB（2.0、3.0または3.1）信号をUSB Cポートに駆動します。このモードでは、ThunderBolt 3/4ポートは、一般的なUSB 3 3.1コネクタと全く同じように動作します。
DisplayPortオンリーモード。
DisplayPort ディスプレイまたはアダプタが接続されている場合、ThunderBolt 3/4対応システムはこれを検出し、USB Cコネクタを駆動するピンをDisplayPort代替モードへ切り替えます。ThunderBolt 3/4シリコンは、ルーターとして機能し、USB Cコネクタから生のDisplayPortトラフィックを送信します。システム内のグラフィックス・エンジンをUSB Cコネクタ・ピンに接続し、DisplayPortリンクをディスプレイまたはアダプタに直接渡します。
このモードでは、ThunderBolt 3/4対応のUSB Cポートは、DisplayPortの4レーン（4 x5.4 Gbps、またはHBR2）リンクを1つサポートします。これらの4つのリンクは、USB-Cコネクタとケーブルの2対の高速ワイヤーを横切って走ります。
この種のDisplayPortリンクは、60 Hzで4K解像度の非圧縮ディスプレイを1台サポートできます。
DisplayPortとUSBの混在モード。
この代替動作モードでは、高速コネクタのピンペアの信号のうち1つがDisplayPort（77.37Gbpsで4レーンになった）専用、1つがUSB 3.1専用となる。これにより、ドッキングステーションやデータ・ディスプレイ用ドングルなどのデータ・ディスプレイ機器の基本的な接続が可能になります。4レーンのDisplayPort 2.1では、最大8K60Hz / 4K144Hzの解像度を実現できます。
ThunderBolt 3/4モード。
Thunderboltをサポートするケーブルとデバイスが接続されると、Thunderboltシリコンは最高能力モードを起動し、10Gbpsまたは20Gbpsまたは40Gbpsまたは80Gbpsのいずれかで2つの双方向リンクを結びます。さらに、このThunderboltリンクを埋めるために、シリコンは最大4レーンのPCI Express Gen 6（16 x 8 Gbps）と最大2レーンのDisplayPortフルリンクを抽出し、Thunderboltケーブルとコネクタを介してホストシステムから下流に接続されたデバイスに送出することができます。
PCI Express 6.0は、NRZ（Non-Return-to-Zero）エンコーディング技術の「前世代」と比較して、PAM-4（Pulse-Amplitude-Modulation）+ FEC（Forward-Error-Correction）エンコーディングを導入しています。
Thunderbolt ネットワーキング・モード。
Thunderboltのさらに強力な機能として、2台以上のホストをThunderboltで直接（またはThunderboltチェーンの別々の端で）接続することができます。この場合、Thunderboltは、これらのシステム間にIPネットワークリンクを作成するソフトウェアを持っています。
このネットワークモードでは、Thunderboltインターフェースが仮想イーサネットアダプターとして動作し、Thunderboltシリコンが各ホストシステムに搭載しているPCI Expressインターフェース上でトラフィックを転送することができます。
電力供給と充電。
ここに挙げた各モードにおいて、ThunderBolt 3/4システム（システムメーカーがこれをサポートするように設計されている場合）は、USB PD仕様により最大240Wまでシステムに電力を供給するように設計されたデバイスやアダプタからコネクタを介して充電することを要求することもできます。
このように、ThunderBolt 3/4対応のUSB Type-Cコネクタは、さまざまな構成で、充電、ディスプレイ、データ、または3つすべてを同時にサポートすることができます。
Power Deliveryとは？
コンピュータのマウスなど、いくつかの外部デバイスは、動作するためにUSBポートから電力を必要とします。この電力は、標準的なUSB接続によって供給することができます。USB 1.0と2.0が供給できるデフォルトの電力は2.5Watt（5Volt、0.5A）、USB 3.0と3.1は4.5Watt（5V、0.9A）、USB 3.2 は 7.5W（5V/1.5A ）、USB 4は240Wattを供給することができる。
より大きな電力を必要とする外部機器に対しては、さまざまな技術が開発されています。以下の2つの技術を区別することが重要です：
「USB Power Delivery」と「USB Battery Charging」です。
USB Power Delivery (PD)： Power Deliveryは、USB2.0、3.x、4で同様に機能し、ソースデバイスから最大240Wの電力を引き出すことができます。
電力は、同じケーブルを通してデータと同時に転送することができます。この技術の目的は、ノートパソコン、タブレット、USBドライブ、および同様の高出力家電製品に対して、均一で安定した充電を可能にすることです。240WのケーブルはEPR（Extended Power Range）ケーブル、60WまでのケーブルはSPR（Standard Power Range）ケーブルと呼ばれる。なお、240WまでのPower Deliveryには、安全に接続するために、Club 3D CAC-1573のようなE-Marker Chipを搭載したActive USB Type-Cケーブルの使用が推奨されます。USB PD3.1は、異なるプロファイルで定義されており、各メーカーが使用する構成に依存します。PD3.1規格の登場により、新しい電圧も導入され、最大5Aの36Vも導入されています。
FRS Fast Role Swapや、USB Type-Cコネクタをソースに接続したときに起こっていること（簡略化）。
これは、機械的、電気的、PDプロトコルがどのように完璧な形で相互作用しているかを示すもので、機械的な単純さと高度なプロトコルの相互作用を組み合わせています。
最初の接続は、FRS信号(A)の機械的なものです。これはホストに何かが来ることを知らせる信号です。次にV-Buss信号が（機械的に）接続され（B）、次にデータ信号が機械的に接続されます（C）。
この間、PDプロトコルによって多くの信号が処理され、電力供給契約の確立（5Vか48Vか、3Aか5Aか）のように、すべてが整然と行われることを確認することができます。
これらすべては、ソースとシンクの両方が「合意」した速度ですべてのデータラインが有効になるのと同時に、数ミリ秒以内に行われます！
例として、シンクがVBUSがvSafe5V以下になったことを検知してから、シンクや新しいソースがUSB Type-C®の電流を供給できるようになるまでの時間は、最大150μs程度になります！
外部電源（図：A）
外部電源（充電器）を使用する場合、電力はUSB Power Delivery Dockを通過し、ホストラップトップを充電しています。これは、FRS信号（USB PDの定義の一部）の状態によって実現されます。
図Aでは、その方向が赤色でマークされています。電源が（何らかの理由で）切れた場合、FRS信号が切り替わり、その信号の伝達が行われます。
PDが可能なDockからHostに送信されます。ホストはこの変化を認識し、Dockにこの信号を返し、電源の流れを充電から電源の供給へと戻します（図B）。
ドライバとファームウェアのアップデートについて
接続を最大限に活用するために、ドライバやファームウェアのアップデートが必要な場合があります。それにより、最適な画面解像度とデータ速度が利用できるようになります。デバイスの問題を修正し、以前のバージョンでは利用できなかった機能拡張を利用するために、デバイスのドライバーまたはファームウェアを更新することをお勧めします。
注：アップデートとファームウェアのプロセスは、デバイスのメーカーとデバイスをオフにしたオペレーティングシステム（OS）によって異なる場合があります。実行する前に、それらのREAD-MEファイルおよびインストール手順を参照してください。
重要：お使いの機器の現在のシステム/ファームウェアのバージョンを確認する場所と方法については、機器のユーザーマニュアルをお読みください。
