最速は80Gbps！高速化するUSB通信規格
脱シリアル変換IC！USBマイコン・プログラミング入門
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| USBの転送規格は多様で，歴史的背景により名称が直感に反することがあるが，最新のUSB4では80Gbpsに達するなど進化を遂げている 〈著：山田 浩之〉 |
| 【出典】：［VOD/KIT/data］脱シリアル変換IC！USBマイコン・プログラミング入門 |
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USB通信規格の進化と転送速度の変遷
USBはパソコンや周辺機器を接続するための標準的なインターフェースです．転送速度は規格の進化に伴い大幅に向上してきました．初期のUSB Low Speed（LS）は1.5Mbps，続くFull Speed（FS）は12Mbpsでした．これらはUSB 1.0の規格に基づいています．
USB 2.0ではHigh Speed（HS）が導入され，最大480Mbpsの転送速度を実現しました．USB 3.1 Gen 1にあたるSuperSpeed（SS）は5Gbps/laneですが，8b/10bエンコーディングの影響で実効速度は約4Gbpsです．次の世代であるSuperSpeed+（SS+，USB3.1 Gen 2）は10Gbps/laneであり，128b/132bエンコーディングにより実効速度は約9.7Gbpsに向上しています．
さらにUSB 3.2 Gen 2×2は10Gbps/laneを2本使用し，最大20Gbpsの通信が可能です．USB4世代では20GbpsのGen2，40GbpsのGen3，そして最新のUSB4 2.0では最大80Gbpsの転送速度に対応しています．これにより大量のデータ転送や高解像度映像の伝送が可能になりました．
USB転送速度の名称と歴史的背景
USBの速度名称には歴史的な背景があります．例えばFull Speedが12Mbpsである理由はUSB 1.0の規格に由来します．当時，Low Speedは1.5Mbpsであり，その上位の12MbpsをFull Speedと呼びました．後に導入されたHigh Speedは480Mbpsと速度が飛躍的に向上していますが，名前の由来は初期規格のまま残っています．
現在の呼称はBasic-Speed USB，Hi-Speed USB，USB 5Gbps，USB 10Gbps，USB 20Gbps，USB 40Gbps，USB 80Gbpsと，転送速度に基づくより直感的な名称が使われることが多いです．これによりユーザは速度の違いを理解しやすくなっています．
USBマイコンのプログラミング入門と転送速度の関係
USBマイコンを使用する際には転送速度の選択が重要です．たとえばUSB Full Speed対応のデバイスでは最大12Mbpsの通信が可能です．これはUSB 2.0のLow SpeedやHigh Speedと比較すると速度は劣りますが，多くのマイコン用途では十分な帯域幅になります．
USBマイコンのプログラミングでは，プロジェクト作成後にUSB周辺機器の初期化を行い，PCと接続して認識されるまでの手順を理解することが重要です．高速なUSB規格に対応したマイコンもありますが，まずは基本的なFull Speed通信のしくみを押さえることが，安定した動作と確実なデータ転送の基礎になります．
- USB規格の速度分類を理解する
- マイコンのUSB機能を初期化して通信可能にする
- PCと接続して正しく認識されることを確認する
参考文献
- ［VOD/KIT］LabVIEW×Arduino！初めてのパソコン計測＆制御【改訂版】，ZEPエンジニアリング株式会社．
- ［［VOD/KIT/data］実験キットで学ぶ 初歩の電子回路設計，ZEPエンジニアリング株式会社．
- ［VOD/KIT/data］Arm M4/M7/DSP×500MHz！STM32H7ハイスペック計測通信Module開発，ZEPエンジニアリング株式会社．
- ［VOD/KIT/data］［VOD/Full KIT/data］USBマルチ測定器付き！実測とシミュレーションで学ぶアナログ回路設計，ZEPエンジニアリング株式会社．
- ［VOD/KIT/data］［VOD/data］GPU/CPU/量子コンピュータによるサイバーセキュリティ実践プログラミング ，ZEPエンジニアリング株式会社．