USB Type-C経由で4K1枚の映像転送とUSBを同時に使う際の仕様メモ

自分用のメモ。正しくないかも。

■ USB Type-Cの線
・ Alt Modeに使える高速通信用(USB 3.0 (3.2 Gen 1))のレーンが4つ
  ※ 今回の話とは無関係だが、これらのレーンたちは基本全二重通信。1つのレーンには1方向の信号が流れる。
・ USB 2.0用のレーンが1つ
  ※ 今回の話とは無関係だが、USB 2.0は半二重通信。よって、1つのレーンには双方向の信号が流れる。
・ Alt Modeに使えるサイドバンドのレーンが1つ
  ※ DP over USB Type-Cの場合、映像転送には使われておらず、EDIDのやりとりとかに使われている?
※ 今回の話とは無関係だが、USBは差動信号伝送のため、2本の電線で1レーンをなす


■ USB Type-C経由でDP映像とUSB信号を同時にやりとりする際の仕様
□ 4Kが1枚 or:
 (例:DELL U2720Q, U2720QM)
  ・ GPUがDP 1.2 (HRB2)に対応の場合(例:Intel Comet Lakeまで):
   → 60Hzの場合、映像転送だけで高速通信用のレーンを4つ使い切るため、USB信号はUSB 2.0用のレーンを使わざるを得ず、よって500Mbpsまでしか速度がでない。30Hzの場合、映像転送は2レーンですむため、USBは残りの2レーンを使うことができ、よって5Gbpsないしそれ以上の速度がでる。
※ 映像をRGB各8bitではなく、YCbCr 4:2:0で映像転送したら、60HzとUSB 3.0が両立できるかもしれない?

  ・ GPUがDP 1.3以降(HBR3)に対応の場合(例:AMD Renoir(それ以前は知らん), Intel Ice Lake, Tiger Lake, Rocket Lakeも?):
   → 60Hzでも映像転送は2レーンですむため、USBは残りの2レーンを使うことができ、よって5Gbpsないしそれ以上の速度がでる。

[2020/11/17追記]
EIZO FlexScan EV2785EV3285は、説明書によると、(GPUに関わらず)これらの機種で60HzにするとUSBハブ機能はUSB 2.0の速度になる模様。モニター側がDP 1.2らしい。


□ 2.5K (WQHD) 2枚をデイジーチェーン接続した場合:
 (例:EIZO FlexScan EV2795, DELL P2720DC, U2721DE, U2520D)
 → DP 1.4でも映像転送に4レーンを使うみたいなので、USBは2.0になるみたい?(ようわからん)
説明書を見ると、U2721DEはUSB 2.0になるように読め、一方でU2520DはUSB 3.0になるように読める…真実はどっちだ?


□ 2K (FHD) 2枚をデイジーチェーン接続した場合:
 → GPUがDP 1.2以降に対応しれいれば、映像転送に2レーン(1レーン×2?)、USBに2レーンなので、5Gbpsないしそれ以上の速度がでる。
DELL U2421HEは、説明書によると、USB Type-C→USB Type-Cケーブルでの接続時、USBの速度は3.0を維持しつつ、接続可能なモニターの最大台数が、DP 1.3~ (HBR3)の場合は3枚、DP 1.2 (HBR2)の場合は2台になる模様(USB Type-C/DP→DPケーブルでの接続時は、DPのバージョンによらず、最大4台)。


WUXGA (FHD+) 2枚をデイジーチェーン接続した場合:
 → FHDと同じ挙動?
EIZO FlexScan EV2495は、説明書によると、(GPUに関わらず)デイジーチェーンをオンにするとUSBハブ機能はUSB 2.0の速度になる模様(接続可能なモニターの最大台数は4台)。一方で、DELL U2421Eは、説明書によると、USB Type-C→USB Type-Cケーブルでの接続時、USBの速度は3.0を維持しつつ、接続可能なモニターの最大台数が、DP 1.3~ (HBR3)の場合は3枚、DP 1.2 (HBR2)の場合は2台になる模様(USB Type-C/DP→DPケーブルでの接続時は、DPのバージョンによらず、最大3台)。


DELLの一部のモニターでは、USBポートの速度(U2721DEなどのEthernetつきの製品の場合はEthernetの速度も含む)をUSB 3.0相当にするか2.0相当にするかを設定する項目がOSDにあります。もし映像転送が2レーンでいけてるにもかかわらずUSBの速度がでていない場合は、この設定値がどうなっているか確認するのがよいと思います。
例えば、U2720Q, U2720QMの場合、OSDの項目名は「USB-Cの優先順位付け」です。デフォルト値が「高解像度」(4K6op + USB 2.0)になっていたと思うので、「高データ速度」に変えてみてください。


■ USB Type-C → HDMI変換アダプター
DP over USB Type-Cでは、通常のDisplayPortが持つdual mode(HDMIの信号も流せる機能)をサポートしないので、USB Type-C → HDMI変換アダプターは、DisplayPort → HDMI変換パッシブアダプターと異なり、アダプター内でDP信号をHDMI信号に変換しているらしい。
関連して、PCとデイジーチェーンの1台目をType-Cでつなぎ、1台目と2台目のモニターをつなぐ際、パッシブな変換ケーブルやアダプターで1台目のDP out → 2台目のHDMI inというつなぎ方をすると、2台目は映らない可能性が高い。


■ 参考資料
https://www.vesa.org/wp-content/uploads/2016/10/USB-DevDays-DisplayPort-Alternate-Mode-2016-final4.pdf