USB 3.0登場の背景とは？

　1996年1月に登場したUSB（Universal Serial Bus）は、コンピュータと周辺機器を接続するためのデファクトスタンダードとして長い歴史を持つ。最初の規格であるUSB 1.0は、それまで使われていたシリアルポートやパラレルポート、PS/2端子に代わる新しいバス規格として誕生した。

　2000年4月には480Mbpsのデータ転送（理論値）が可能なUSB 2.0が策定され、外付けハードディスクやビデオカメラ、TVキャプチャーボード、PCオーディオ製品など、高速なデータ転送が必要な周辺機器にも対応するようになった。

　USB 2.0は長らくUSBの標準規格として利用されてきたが、近年では家庭用ハイビジョンカメラの普及も進み、デジタルカメラのデータも大容量化している。また、地上デジタル放送やBSデジタル放送など、ハイビジョンコンテンツも一般化しており、USB 2.0の480Mbpsでは速度不足になる可能性が懸念されるようになった。

　実際、ハイビジョンビデオの規格として既に普及している「HDMI(High-Definition Multimedia Interface)」は、ハイビジョン対応のテレビやレコーダーの映像/音声を伝送するものだが、規格上のデータ転送速度は5Gbpsと非常に高速だ。また、HDMIの最新規格である1.3は10Gbpsの転送速度を実現する。このような高速なインターフェースを必要とするような周辺機器は、現状のUSB 2.0ではカバーできない。

　また、ストレージの分野でも高速化の動きが見られる。たとえば、SDカードの高速規格である「SDXC」は最大2.4Gbps（300MB/秒）もの転送速度だ。この規格が実用化されれば、現状のUSB 2.0では速度が十分に活かせない。また、今後は6Gbpsの「Serial ATA Revision 3.0」に対応するSSDやハードディスクの普及もこれから進んでいくはずだ。

　USB 3.0はこのような状況を視野に入れ、次世代USB規格として2008年11月に策定された最新規格で、最大5GbpsとUSB 2.0の約10倍の転送速度を実現する。

図1 USB規格の違い
規格名	USB 1.0	USB 1.1	USB 2.0	USB 3.0
規格策定時期	1996年1月	1998年9月	2000年4月	2008年11月
Low-Speedモード 1.5Mbps（0.1875MB/秒）	○	○	○	○
Full-Speedモード 12Mbps（1.5MB/秒）	○	○	○	○
High-Speedモード 480Mbps（60MB/秒）	×	×	○	○
SuperSpeedモード 5Gbps（625MB/秒）	×	×	×	○
最大ケーブル長	3m	3m	5m	3m（推奨）
最大供給電力	未定義	500mA	500mA	900mA

USB 3.0はこれまでのUSBとどこが違う？

　USB 3.0の最大の特徴は、USB 2.0の10倍の理論速度が得られることだ。ただし、注意したいのは、USBの規格上では4種類のモードを持ち、USB 1.0や1.1では「Low-Speedモード（1.5Mbps）」「Full-Speedモード（12Mbps）」、USB 2.0では「High-Speedモード（480Mbps）」に対応していることを意味する。USB 3.0では、これら3つの規格に加えて「SuperSpeedモード（5Gbps）」に対応している。

図2 従来の通信方式とSuperSpeedモードとの違い
項目	Low-Speed～High-Speedモード	SuperSpeedモード
通信モード（データフロー）	半二重通信	全二重通信
連続バースト転送の対応	×	○
同期方法	ポーリングによる同期通信	非同期通知
ストリーミングのサポート	×	○
電源管理	ホスト側のみ	ホスト/デバイスの双方から可能

　これらのモードのうち、どれを使って接続するかは、USBホストとUSBデバイスがどの規格に対応しているかによる。たとえば、高速伝送を必要としないキーボードやマウスはLow-SpeedモードやFull-Speedモードで動作し、外付けハードディスクなどはHigh-Speedモードで動作する、といった具合だ。

　USB 3.0に対応するホストコントローラは4つのモードに対応し、従来のUSB機器はその機器の対応モードに応じて接続し、USB 3.0に対応する機器の場合のみ、SuperSpeedモードで接続するように考えられている。

　しかし、USB 3.0は、従来のようなUSB 1.0/1.1と2.0のように、簡単に混在環境を作ることはできない。この理由は、SuperSpeedモードでの通信方式が大きく変更されたからである。USB 2.0では半二重通信のため、2本の信号線と2本の電源供給用のラインがあれば接続できる。しかし、SuperSpeedモードは全2重通信を行うため、2ペア（3本）のデータ用信号線と2本の電源供給用のライン（2本×1）を必要とする。

　このように、既存の通信モードとSuperSpeedモードとは通信方法が異なるため、そのままではUSB規格の互換性が失われてしまう。そこでUSB 3.0では、従来のLow-Speedモード～High-Speedモードの通信のための仕組みと、SuperSpeedモードの仕組みを共存させ、4つのすべてのモードに対応するようにしている。

　このため、USB 3.0では、これまでのUSB端子/コネクタではなく、SuperSpeedモードのための5本の線と、従来のLow-Speedモード～High-Speedモードのための4本の線、合計9本の線を持つケーブル＋端子/コネクタを使うことが必要であり、これまで使ってきたUSBケーブルは利用できない。



　実際の利用イメージは、図4の通りだ。USBホスト（コンピュータ）、USBハブ、USB機器の全てが従来のUSB 2.0が持つ機能と、SuperSpeedモードを実現するための機能を併せ持ち、それぞれの通信のいずれかが行えるように、USB 2.0/3.0双方に対応する端子、コネクタ、ケーブルで接続を行う。ただし、1つの周辺機器はSuperSpeedモードと非SuperSpeedモードを同時に動作させることはできない。



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