Thunderboltの規格 - インターフェース

最終更新日 2017年07月13日

Thunderbolt の規格

Thunderbolt は、インテル社とアップル社が共同で開発したインターフェースです。

Thunderbolt の規格には、Thunderbolt 1、Thunderbolt 2、Thunderbolt 3 があります。(2017年7月1日時点)

Thunderbolt の最初の規格が Thunderbolt 1 ですが、単に Thunderbolt と呼ばれることが多いです。Thunderbolt という用語が出てきたら、Thunderbolt 全体のことを指しているのか、Thunderbolt 1 のことを指しているのか適切に判断する必要があります。

Thunderbolt 1、Thunderbolt 2、Thunderbolt 3 の主な違いを簡易にまとめると、以下のとおりです。

規格 データ
転送速度(※)
チャン
ネル数
プロトコル パス
パワー
端子形状
Thunderbolt 1 10Gbps 2 DisplayPort 1.1a
PCI Express 2.0
10W Mini DisplayPort
Thunderbolt 2 20Gbps 1 DisplayPort 1.2
PCI Express 2.0
10W Mini DisplayPort
Thunderbolt 3 40Gbps 1 DisplayPort 1.2
PCI Express 3.0
USB 3.1 Gen 2
100W USB Type-C
(※)片方向のデータ転送速度

以下では、Thunderbolt の違い、特徴について詳しく記載しています。

データ転送速度

Thunderbolt のデータ伝送路は、双方向にデータ転送可能です。例えば、パソコンと外付けストレージを Thunderbolt を利用して接続すると、パソコンから外付けストレージへのデータ転送と、外付けストレージからパソコンへのデータ転送を同時にできます。

Thunderbolt 1 では、データ伝送路が2本ありますが、Thunderbolt では1本のデータ伝送路を1チャンネルと数えることが多く、1レーンと数えることもあります。ここでは、チャンネルを採用することにします。

Thunderbolt 2 では、データ伝送路は1チャンネルです。Thunderbolt 1 の2チャンネルから1チャンネルへ減りましたが、2つのチャンネルを1つのチャンネルに集約することで、データ転送速度を 10Gbps から 20Gbps へ向上させています。

そのため、全てのチャンネルをまとめた場合のデータ転送速度は、Thunderbolt 1 では 20Gbps(10Gbps×2チャンネル)、Thunderbolt 2 では 20Gbps(20Gbps×1チャンネル)であり両者は同じです。

後にプロトコルについてのところで詳しく記載しますが、Thunderbolt 1 では1つのチャンネルは DisplayPort 専用、もう1つのチャンネルは PCI Express 専用であり、それぞれのデータ転送速度は 10Gbps です。Thunderbolt 2 では、1つのチャンネルを共有しますので、それぞれのデータ転送速度は 20Gbps です。ただし、両者合わせて 20Gbps までという制限があります。

Thunderbolt 3 も、データ伝送路は1チャンネルです。Thunderbolt 3 ではチャンネルの集約なしに、データ転送速度が 20Gbps から 40Gbps へ向上しています。

プロトコル

プロトコルとは、人間が会話等で利用する言語のようなものです。

人間が相手と会話する時は、お互いに同じ言語を利用しますが、パソコン等の機器が相手の機器とデータ転送を行う時でも、お互いに理解できる言語のようなものが必要です。

それがプロトコルであり、プロトコルはデータ転送の決まりごとと言えます。お互いの機器で同じプロトコルを利用する、すなわち同じデータ転送の決まりごとに従ってデータ転送することで、お互いの機器との間でデータ転送が成立します。

Thunderbolt は、複数のプロトコルに対応する方向で開発が進められ、まずは DisplayPort と PCI Express これら2つのプロトコルに対応することになりました。

さらに、DisplayPort を利用するデータ転送と PCI Express を利用するデータ転送を同時にできるよう開発されましたので、例えば1本の Thunderbolt ケーブルで外付け液晶ディスプレイと外付けストレージ同時に対し同時にデータ転送ができます。

DisplayPort は、液晶ディスプレイ等への映像出力に使われてきたプロトコルです。PCI Express は、マザーボードと拡張カードとの間でデータをやり取りするのに使われてきたプロトコルです。

プロトコルにもバージョンがあり、Thunderbolt の各バージョンが対応するプロトコルについて、プロトコルのバージョンも含めて見ていきます。

Thunderbolt 1 が対応しているプロトコルは、DisplayPort 1.1a、PCI Express 2.0 です。

Thunderbolt 1 には2つのチャンネルがありますが、1つのチャンネルは DisplayPort 1.1a を利用するデータ転送専用のチャンネルであり、もう1つのチャンネルは PCI Express 2.0 を利用するデータ転送専用のチャンネルです。

Thunderbolt 2、Thunderbolt 3 には1つのチャンネルがありますが、Thunderbolt 1 のように専用のチャンネルではなくなり、1つのチャンネルを共用します。

Thunderbolt 2 が対応しているプロトコルは、DisplayPort 1.2、PCI Express 2.0 であり、DisplayPort 1.1a から DisplayPort 1.2 へバージョンアップしています。

DisplayPort 1.2 のデータ転送速度は約 20Gbps ですが、Thunderbolt 2 はチャンネルを集約し1チャンネルのデータ転送速度を 10Gbps から 20Gbps へ向上させることで、DisplayPort 1.2 のデータ転送速度を発揮できるようになりました。

Thunderbolt 3 では、DisplayPort 1.2 対応は変わらず、PCI Express 2.0 から PCI Express 3.0 へバージョンアップしており、さらにプロトコルに USB 3.1 Gen 2 が追加され、USB 3.1 Gen 2 を利用するデータ転送もできるようになりました。

バスパワー

Thunderbolt は、バスパワー供給可能なインターフェースです。ただし、光ファイバーの Thunderbolt ケーブルを使う場合は、バスパワー供給できません。

Thunderbolt 1、Thunderbolt 2 では、バスパワー供給可能な最大電力は 10W です。Thunderbolt 3 では、最大 100W までバスパワー供給可能です。

Thunderbolt 3 という規格上では、最大 15W バスパワー供給可能であり、USB Power Delivery という USB バスパワー供給の規格に対応することで、最大 100W までバスパワー供給可能となります。

以上は、規格上のバスパワー供給可能な最大電力であり、実際にバスパワー供給可能な最大電力はハードウェアによります。

例えば、Thunderbolt 3 の端子が搭載されているパソコンがあるとします。その Thunderbolt 3 端子が USB Power Delivery に対応していなければ、最大 100W までバスパワー供給できませんし、 USB Power Delivery に対応しているとしても、100W 未満であることもあります。

また、USB Power Delivery 非対応なら、バスパワー供給可能な最大電力は 15W までとは限らず、それを下回ることがあります。

端子形状

新しいインターフェースは、既存のインターフェースとは異なる新しい端子形状であることが多いですが、Thunderbolt 1 の端子形状は、既存の Mini DisplayPort の端子形状と同じです。

Thunderbolt 1 は、既存のインターフェースと互換性を持たせる方向で開発が進められ、Mini DisplayPort の端子形状が選ばれました。

引き続き、Thunderbolt 2 の端子形状も、Mini DisplayPort の端子形状と同じです。

Thunderbolt 3 からは端子形状が変わり、USB Type-C の端子形状と同じです。

デイジーチェーン

Thunderbolt は、デイジーチェーンに対応しています。デイジーチェーンで接続するなら、数珠つなぎのように接続します。例えば、パソコンと周辺機器3台をデイジーチェーンで接続すると、以下のような接続イメージとなります。

パソコン Thunderbolt
接続
周辺
機器1
Thunderbolt
接続
周辺
機器2
Thunderbolt
接続
周辺
機器3

デイジーチェーンを利用する接続可能な台数には上限があり、1つの Thunderbolt 端子に最大6台の周辺機器を接続できます。この上限は、Thunderbolt 1、Thunderbolt 2、Thunderbolt 3 との間で違いはありません。Thunderbolt に新しいバージョンが登場し、上限が変わるかもしれません。

最大6台という上限は、Thunderbolt の規格上の上限であり、パソコンや周辺機器の仕様によっては、上限は6台よりも小さいことがあります。

例えば、パソコンに複数台の外付けディスプレイをデイジーチェーンで接続するとし、パソコンの仕様により最大3台まで接続可能な場合があります。


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