USBの規格

最終更新日 2021年07月14日

USBの規格

規格の一覧

種類 最大速度
USB 1.1 12Mbps
USB 2.0 480Mbps
USB 3.0 5Gbps
USB 3.1 USB 3.1 Gen1 5Gbps
USB 3.1 Gen2 10Gbps
USB 3.2 USB 3.2 Gen 1x1 5Gbps
USB 3.2 Gen 1x2 10Gbps
USB 3.2 Gen 2x1 10Gbps
USB 3.2 Gen 2x2 20Gbps
USB4 USB4 Gen 2x1 10Gbps
USB4 Gen 2x2 20Gbps
USB4 Gen 3x1 20Gbps
USB4 Gen 3x2 40Gbps

給電能力

規格 最大電流 電圧 最大電力
USB 1.1 500mA 5V 2.5W
USB 2.0
USB 3.0
USB 3.1
USB 3.2
900mA 4.5W
USB4 - - -

小数点以下の数字が古いバージョン

USB規格のバージョンでは小数点以下の数字が更新されると、小数点以下の数字が古いバージョンは無効となり、小数点以下の数字が最新バージョンのみ有効となります。

USB 3.0の後継にあたるUSB 3.1が登場した際、USB 3.1 Gen 1とUSB 3.1 Gen 2が存在することになり、USB 3.1 Gen 1はUSB 3.0を指すようになり、USB 3.0は無効となりました。

USB 3.1の後継にあたるUSB 3.2が登場した際、USB 3.2 Gen 1とUSB 3.2 Gen 2が存在することになり、USB 3.2 Gen 1はUSB 3.1 Gen 1を指すことになり、USB 3.2 Gen 2はUSB 3.1 Gen 2を指すことになり、USB 3.1は無効となりました。

Gen 1やGen 2は世代であり、Gen 1は最大速度が5Gbps、Gen 2は10Gbpsであることを示します。

世代を利用して表記することをせずに、USB 3.0は5Gbps、USB 3.1は10Gbps等とすればわかりやすいと思いますが、そうではなくUSB 3.0やUSB 3.1は無効でありUSB 3.2のみ有効です。

USB 3.3が登場したらUSB 3.2も無効となりますが、USB4が登場しましたのでUSB 3.3の登場はないと思われます。

最大速度

最大速度は、世代(Gen)で判断するとよいです。Gen 1が5Gbps、Gen 2が10Gbps、Gen 3が20Gbpsです。これらはシングルレーン動作時の最大速度であり、世代の後ろにx1が付く場合があります(Gen 1x1、Gen 2x1、Gen 3x1)。デュアルレーン動作の場合はx2が付き、Gen 1x2が10Gbps、Gen 2x2が20Gbps、Gen 3x2が40Gbpsです。

最大速度は理論上の最大速度であり、実際に使用する場合の最大速度は遅くなります。例えば、USB 2.0の最大速度は480Mbps(60MB/s)ですが、実際の最大速度は40MB/sくらいです。

各規格の最大速度は、片方向の最大速度です。双方向通信可能なので、片方向の最大速度が40Gbpsの場合、双方向の最大速度が80Gbpsです。

上位互換性、下位互換性

注目対象によって規格に上位互換性があるのか下位互換性があるのか決まります。ここでは古い順にUSB 1.1、USB 2.0、USB 3.0に限ります。以降では規格が異なる組み合わせについて記載しますが、速度が遅い方に合わせられる等、古い方の規格で動作することについて記載しません。

USB 1.1(下位)は、USB 2.0やUSB 3.0(USB 1.1から見てどちらも上位)のように使用できるので下位互換性があります。USB 1.1が上位になることがないので、上位互換性がありません。

USB 2.0(上位)は、USB 1.1(下位)のように使用できるので上位互換性があります。USB 2.0(下位)は、USB 3.0(上位)のように使用できるので下位互換性があります。USB 2.0は、上位互換性も下位互換性もあります。

USB 3.0(上位)は、USB 1.1やUSB 2.0(USB 3.0から見てどちらも下位)のように使用できるので上位互換性があります。USB 3.0は下位になることがないので、下位互換性がありません。

上位互換性や下位互換性という用語がわかりにくいので、「互換性があるが速度が遅い方で動作する」等、何らかの制限があることを明記して互換性ありとするとわかりやすいです。

USB 2.0

互換性

USB 1.1とUSB 2.0は互換性がありますが、最大速度が遅い方のUSB 1.1で動作します。最大速度が遅くて問題になると互換性があっても使えません。例えば、USB 2.0対応のビデオキャプチャーをパソコン側にあるUSB 1.1対応のUSB端子に接続して使用する場合、ビデオキャプチャーによっては最大速度が不足し正常に動作しない場合があります。

速度向上機能

実際の速度はUSB 2.0の規格上の最大速度より遅いですが、その速度に近づける機能があり、機能なしと比べて速度が2割程度向上します。様々なメーカーが同様な機能を開発し、IODATA(アイ・オー・データ)が開発した機能はマッハUSB、BUFFALO(バッファロー)が開発した機能はTurboUSB(ターボUSB)と呼びます。外付けHDD、USBメモリー、外付けDVDドライブ等にて機能に対応している製品が登場し、データ読み書き速度が向上します。体感できるほど向上はせず、機能に対応していなくてもあまり気にする必要がありません。

給電能力

最大電流がハイパワーデバイスだと500mA、ローパワーデバイスだと100mAです。電圧が5Vなので最大電力がそれぞれ2.5W、0.5Wです。

廃れ

USB 2.0の後継であるUSB 3.xが普及しても、USB 2.0が利用され続けており廃れる様子が見られません。キーボード、マウス等、USB 2.0の最大速度で十分な周辺機器があります。他にもUSB 2.0の方がノイズの影響を受けにくいので、オーディオ関連の周辺機器ではUSB 2.0を利用しています。USB 2.0で十分だったり必要となる理由がありますので、まだまだ長く利用され続けると思われます。

USB 3.0

相性問題

USB 3.0対応端子に接続した周辺機器がUSB 2.0やUSB 1.1対応だと、認識しない相性問題が発生する場合があります。USB 3.0では曖昧なところがあった一部の仕様が明確に決まり厳しくなったので、古い規格に対応している一部の周辺機器では厳格な基準を満たしておらず認識しない場合があります。

USB 2.0機器と誤認識

USB 3.0機器をUSB端子にゆっくり接続するとUSB 2.0機器として認識される場合があります。USB端子の奥まで差し込まなかった場合でも同様です。しっかりと奥まで速やかに差し込む必要があります。

USB 3.0から追加された新しいピンが奥にあり、ゆっくり接続した場合そのピンに到達する前にUSB 2.0機器であると認識されます。奥まで差し込まないとUSB 3.0用のピンに到達しないので同様に認識されます。

CD起動(ブート)でUSB 3.0端子を使用できない

Windows PEにUSB 3.0ドライバがない場合、CD起動(ブート)でUSB 3.0端子を使用できません。USB 2.0端子を使用すると解決できます。CD起動(ブート)を行うとWindows PEが起動します。Windows PEとは、Windowsの簡易版のようなOSです。Windows PEがソフトウェアを実行するイメージです。CD起動(ブート)したらWindows PEがUSB等を制御するのでドライバがないと使用できません。

USB 3.1

Gen

USB 3.1からGenを利用するようになり、USB 3.1 Gen 1とUSB 3.1 Gen 2があります。USB 3.1 Gen 1は従来から存在するUSB 3.0であり、USB 3.1 Gen 2は新たに追加され最大速度が向上しています。USB 3.1 Gen 1の最大速度は5Gbps、USB 3.1 Gen 2は10Gbpsです。USB 3.1登場後もUSB 3.0という呼び方が利用され続けており、仮にUSB 3.0という呼び方が利用されなくなっても過去に利用されてきたため混在し続けますが、USB 3.1 Gen 1とUSB 3.0に仕様の違いがなく同じです。

パソコンや周辺機器等にあるUSB端子の規格は仕様等に記載されていますが、USB 3.1のみ記載されている場合があります。Gen 1やGen 2が記載されていなければ、USB 3.1 Gen1とUSB 3.1 Gen 2どちらなのか判断できません。データ転送速度が5Gbpsまたは10Gbpsなのか記載されている場合、前者はUSB 3.1 Gen 1、後者はUSB 3.1 Gen 2です。どちらなのか不明で確かめたい場合は、メーカーに問い合わせる必要があります。

Thunderbolt 3

Thunderbolt 3が対応するプロトコルにUSB 3.1 Gen 2が追加されました。USB Type-C端子がUSB 3.1 Gen 2に対応していてもThunderbolt 3に対応しているとは限りません。

互換性

USB 2.0、USB 1.1と互換性がありますが、最大速度が遅い方で動作します。

USB 3.2

レーン数

USB 3.2では2レーン動作(デュアルレーン動作)が追加となり、Gen(世代)とレーン数によって最大速度が決まります。従来は1レーン動作(シングルレーン動作)のみでした。大雑把に言うと、レーン数とはデータの通り道のようなものです。2レーン動作により、USB 3.2の最大速度が20Gbpsに向上しています。USB 3.1は10Gbpsです。

規格名にx1、x2を含め、x1は1レーン動作、x2は2レーン動作を示します。x1、x2がなしだと1レーン動作を示す場合が多いですが、2レーン動作でも省略している場合があります。

USB 3.1 Gen 1はUSB 3.2 Gen 1x1、USB 3.1 Gen 2はUSB 3.2 Gen 2x1として再定義されました。表記が混在しますが、同じと認識すればよいです。

  最大速度 レーン数 USB 3.2登場前
USB 3.2 Gen 1x1 5Gbps 1レーン USB 3.1 Gen 1
USB 3.2 Gen 1x2 10Gbps 2レーン -
USB 3.2 Gen 2x1 10Gbps 1レーン USB 3.1 Gen 2
USB 3.2 Gen 2x2 20Gbps 2レーン -

USB 3.2 Gen 1x2の存在

USB 3.2 Gen 1x2はレーン数が2なので10Gbps(5Gbps×2)です。USB 3.2 Gen 2x1であればレーン数が1でも10Gbpsです。USB 3.2 Gen 1x2が存在するのか疑問ですが、仕様上では存在します。USB 3.2 Gen 1x2対応の製品は存在しません。10Gbps実現に1レーンで済むのに2レーンにするのが非現実的です。2レーンだとサイズが大きくなりコストがかかります。

2レーン動作にはUSB Type-Cが必要

2レーン動作にはUSB Type-Cが必要です。USB Type-Cには片道最大10Gbpsの速度でデータ転送ができる信号線が4組(8本)あり、送信のデータ転送で2組、受信のデータ転送で2組を使ってデータ転送することで、最大20Gbpsの速度を実現します。1レーン動作では送信のデータ転送で1組、受信のデータ転送で1組を使ってデータ転送するので、最大10Gbpsの速度になります。

USB4

表記

USB 4ではなくUSB4が正しい表記です。従来ではUSBとバージョン番号の間にスペースが入っていましたが、USB4ではスペースがなくなりました。USB4が登場した当初はスペースが入りUSB 4でした。

前と違うので違和感がありますが、USB4と表記が正式な決まりです。USB 4でもUSB4であると通じるので、もし間違えてもあまり気にする必要がありません。

Gen 3

USB4で登場したGen 3とは、1組(1対)あたりの最大速度を示す世代(Gen)の一つであり20Gbpsを示します。世代には他にもGen 1、Gen 2がありますが、それぞれ5Gbps、10Gbpsを示します。USB4にはGen 1がなく、Gen 2とGen 3があります。

パソコン等にあるUSB端子がUSB4対応でも、Gen 3に対応しているとは限りません。

Thunderbolt 3

USB4はThunderbolt 3の技術を基礎にして開発されました。Thunderbolt 3と互換性があります。両者は違う規格であり区別します。パソコン等のUSB端子がUSB4対応でも、Thunderbolt 3と互換性を確保しているとは限りません。

USB4でThunderbolt 3のネイティブ信号を伝送する動作を、Thunderbolt 3互換モードと呼びますので、「USB4はThunderbolt 3互換モード対応」等と表記される場合があります。

互換性

USB4はUSB 3.2(USB 3.1、USB 3.0)、USB 2.0、USB 1.1と互換性があります。ただし、最大速度が遅い方で動作します。

給電能力

USB4には給電能力に関する仕様がありません。USB4では使用する端子がUSB Type-Cと決まっており、USB Type-C Currentの給電能力になります。USB PD対応の場合は、USB PDの給電能力です。USB Type-C Currentの給電能力は最大7.5Wか15W、USB PDの給電能力は最大100Wです。

USB4はUSB PD対応とは限りません。USB4が登場する前からあった旧規格(USB 3.2やUSB 2.0等)でも、USB PD対応とは限りません。給電する側と給電される側、どちらか一方のみUSB PD対応の場合、USB Type-C Currentの給電能力で電力供給になります。

USBのデータ転送速度Hi-Speed、SuperSpeed、SuperSpeed+

USB機器の仕様には、規格だけでなくHi-Speed、SuperSpeed、SuperSpeed+(SuperSpeedPlus)も記載の場合があります。これらはマーケティング名であり、ユーザーにわかりやすく伝えるために使用する名称です。データ転送速度480Mbpsで動作することをHi-Speed、5Gbpsで動作することをSuperSpeed、10Gbpsで動作することをSuperSpeed+と呼びます。他にもLow Speed、Full Speedもあり、それぞれの動作時のデータ転送速度は以下のとおりです。

Low Speed 1.5Mbps
Full Speed 12Mbps
Hi-Speed 480Mbps
SuperSpeed 5Gbps
SuperSpeed+
(SuperSpeedPlus)
10Gbps
20Gbps

SuperSpeed+はSuperSpeed USB 10Gbpsに変わり、SuperSpeed USB 20Gbpsが追加されました。

SuperSpeed USB 10Gbps 10Gbps
SuperSpeed USB 20Gbps 20Gbps

規格がわかればデータ転送速度もわかりますので、Hi-Speed等の記載は不要になりそうですが、厳密にはUSB機器が対応の規格の最大データ転送速度で動作するとは限りません。対応する規格の最大データ転送速度での動作を実装することが必須ではないためです。例えば、あるUSB機器がUSB 2.0に対応でも、Hi-Speed、すなわちデータ転送速度480Mbpsで動作するよう実装されているとは限りません。

これを聞くと規格だけでなく、Hi-Speed等の記載も確認が必要と思われるでしょうが、各USB機器は自身に合わせて適切な最大データ転送速度で動作できるよう実装されています。データ転送速度の向上によるメリットが生じるUSB機器であれば、対応規格の最大データ転送速度での動作が可能と判断できます。

パソコンであれば、対応規格の最大データ転送速度での動作が実装されています。例えば、USB 2.0対応ならHi-Speedで動作可能です。外付けストレージも同様です。USB 2.0に対応しHi-Speedで動作可能とすることで、データの読み書きにかかる時間が大幅に短縮します。USB 2.0に対応しているにも関わらずHi-Speedで動作できない外付けストレージは存在しないと思われます。

USB接続で使うキーボードやマウスであれば、USB 2.0に対応でもHi-Speedで動作できない製品が多いです。全製品を確認することが困難なので断言できませんが、USB 2.0対応かつHi-Speedで動作できるキーボードやマウスはないと思われます。なぜなら、キーボードやマウスはHi-Speedのデータ転送速度480Mbpsが不要であり、もっと遅いデータ転送速度で十分だからです。もしHi-Speedのデータ転送速度480Mbpsで動作可能だとしても、それよりも遅いデータ転送速度での動作と比べて特に違いは発生しないと思われます。

USBの給電

USBバスパワー

USBバスパワーとは、パソコン等のコンピューターにあるUSB端子からUSBケーブルを通し、USB接続機器に電力を供給することです。USB接続機器には、ポータブルHDD、USBメモリー、キーボード、マウス、無線LAN子機、スピーカー等、様々な種類があります。電源コンセントからの電力供給がなくても動作するのは、USBバスパワーのおかげです。USB接続機器によってはUSBバスパワーでは電力が足りないので、電源コンセントからの電力供給で動作します。

USB 1.0、USB 1.1では給電能力なしという話

USB 1.0、USB 1.1では給電能力がなかったと見聞きすることがあります。個人的な経験上では給電能力があったと思われます。パソコンのUSB 1.1端子に、バッテリーや乾電池を搭載していないキーボードやマウスやUSBメモリー等を接続し使用した記憶がありますので給電能力がありました。USB 1.0端子を使用した経験がありませんのでUSB 1.0に給電能力があったとは断言できません。仮に給電能力なしだと、USB 1.0端子以外から電力供給が必要となりますが、そのような不便さがあったとは考えにくいです。USB 1.0も給電能力があったと思われます。

USB 3.2で給電能力が100Wまで向上したという話

USB 3.2で給電能力が100Wまで向上したという話を見聞きしますが、そのような仕様変更がありません。USB PDが混在し間違えたと思われます。USB 3.2からUSB PD対応可能であれば合っていると言えなくもないですが、そのような仕様がありませんので間違いです。

USB BC(Battery Charge)

規格上では供給可能な最大電流が1.5Aです。実際には1.5Aより小さい場合があります。電力供給側の機器、ケーブル、充電される側の機器、それぞれに様々なUSB BC対応製品がありますが、実際に流れる電流が製品によって違います。一般的には1.2A〜1.3Aの場合が多いです。

USB PD

USB PDはUSB4,USB 3.x,USB 2.0等とは独立した規格です。USB PD以外の規格から、USB PDに対応か判断できません。例えば、USB 3.2に対応でもUSB PDに対応とは限りません。

複数の電圧5V、9V、15V、20Vに対応です。最大電流が5Aなので、供給可能な最大電力が100W(20V×5A)です。将来において対応する電圧や電流に関して仕様変更が発生する可能性があります。

USB PD対応でも対応する最大電力が100Wとは限りません。例えば、充電器(ACアダプター)やモバイルバッテリー等がUSB PDに対応でも、供給可能な最大電力が100Wとは限りません。

USB PD利用可能なインターフェース

USB PDを利用できるインターフェースは、USB Type-Cのみです。前はUSB Type-AとUSB Type-Bでも利用可能でした。その後、USB PDの仕様変更があり、USB Type-Cのみになりました。片方がUSB Type-C、もう片方がLightningのケーブルがありUSB PDを利用可能ですが、これは例外です。USB PDの規格で、USB PDを利用可能なインターフェースとしてLightningを規定していません。将来において、USB PDを利用可能な新しいインターフェースが追加される可能性があります。(2021/10/14時点)

USB PDによる数珠つなぎで複数の機器に電力供給

数珠つなぎ(デイジーチェーン)で複数の機器に電力供給できます。例えば、USB PD対応ディスプレイにUSB PD対応ACアダプターを接続します。さらにUSB PD対応ディスプレイにUSB PD対応ノートパソコンを接続します。ディスプレイを経由して電力供給できます。USB PDで供給可能な電力に上限があるので、数珠つなぎしても電力不足になり電力供給できない場合があります。

USB PD機器に粗悪品がある問題

USB PD機器の中には粗悪品があります。粗悪品を使用すると最悪故障や火災につながるリスクがあります。USB PD機器には、USB PD対応ACアダプターやUSB PD対応モバイルバッテリー等があります。片方が粗悪品でも、もう片方に保護回路や安全回路があれば故障等を防げますが、100%防げるとは限りません。

Certified USB Chargerのロゴが付いたUSB PD機器は、USB PDの仕様を満たし正しく動作するので安全性が高いです。ロゴを付けるには認証の取得が必要であり取得にコストがかかりますので、ロゴ付きUSB PD機器ばかりではありません。ロゴがないUSB PD機器では、信頼できるメーカーだと安全性が高いです。

給電能力の一覧

規格 最大電力
USB 1.1、2.0 2.5W
USB 3.0、3.1、3.2 4.5W
USB Battery Charging 1.2 7.5W
USB Type-C Current(1.5A) 7.5W
USB Type-C Current(3A) 15W
USB PD(Power Delivery) 100W


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USB基礎知識



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