USB-Cドッキングステーションは受動的なポートエクステンダーではありません。複数のコントローラーが並列に動作するアクティブなインターフェースシステムです。

• USB ブリッジ チップセット– ダウンストリーム データ (USB、イーサネット、ストレージ) を集約します

• DisplayPort / Thunderbolt リタイマー＆マルチプレクサ– 高速ビデオレーンを管理

• 独立電源供給（PD）コントローラ- ドックとホスト間の電圧と電流を調整します

ドッキング ステーションの実際のパフォーマンス (ディスプレイ解像度、データ スループット、充電の安定性) は、USB-C コネクタ自体ではなく、USB-C ポートを介してネゴシエートされるホスト側プロトコルによって決まります。

このため、外見上は同じに見える 2 つのドックでも、実際には動作が大きく異なることがあります。

USB-Cはコネクタであり、パフォーマンス標準ではない

同じ物理 USB-C ポートが異なるプロトコルで動作する場合があります。

• USB 3.2 Gen 1

• USB 3.2 Gen 2

• USB4

• サンダーボルト3

• サンダーボルト4

各プロトコルは独自のレーン割り当てルールを定義し、それが直接次の事項に影響します。

• 最大ディスプレイ解像度とリフレッシュレート

• 利用可能なUSBデータ帯域幅

• ビデオとデータの同時負荷時の安定性

プロフェッショナルなワークフロー用のドッキング ステーションを選択する際には、これらのルールを理解することが不可欠です。

車線割り当ての基礎

USB-Cケーブルには4つの高速差動レーンがあります。これらのレーンの割り当て方法は、ネゴシエートされたプロトコルによって完全に異なります。

USB-Cドックが負荷をかけると速度が低下する理由

Thunderbolt非対応のUSB-Cドックでは、DisplayPort Alt Modeを有効にすると、USBデータレーンからビデオレーンに2レーンが再割り当てされます。この帯域幅のトレードオフは構造的なものであり、ファームウェアに関連するものではありません。

ビデオ トラフィックは物理層で優先されます。その理由は次のとおりです。

• 高解像度ディスプレイがアクティブな場合、USB SSD の速度が低下します

• ビデオ再生中にイーサネットのパフォーマンスが低下する

• オーディオおよびカメラデバイスは負荷がかかるとジッターが発生する

Thunderbolt 3とThunderbolt 4：実際に何が変わったのか

Thunderbolt 4では、帯域幅は40Gbpsを超えて拡張されません。代わりに、より厳しい最小要件が適用されます。

• ストレージ用のPCIe帯域幅の保証

• デュアル4Kまたはシングル8Kディスプレイのサポートが必須

• Thunderbolt ハブのサポート（デイジーチェーン接続だけでなく）

• 強化されたDMAセキュリティ

これらの保証により、Thunderbolt 3 エコシステムの一部に存在していた曖昧な構成が排除されます。

複数のディスプレイと高速周辺機器を同時に実行するユーザーにとって、Thunderbolt 4 は速度だけでなく予測可能性も提供します。

電力供給（PD）アーキテクチャ

電力供給は専用の PD コントローラによって処理され、USB データおよびビデオ パスとは独立して動作します。

バスパワー充電ドックとパススルー充電ドック

• バスパワードック

  • ホストラップトップから電源を引き出す

  • 下流出力は7.5～15Wに制限

  • 高負荷の周辺機器には不向き

• パススルー電源ドック

  • 外部DCまたはUSB-C電源入力に対応

  • ホストへの上流電力供給をネゴシエートする

  • ディスプレイとストレージの安定したパフォーマンスに必要

PD交渉ロジック

• PD 3.0 ：最大20V×5A（100W）

• PD 3.1 (EPR) : 28 V、36 V、または 48 V プロファイルを使用して最大 240 W

交渉シーケンス：

1. ノートパソコン（シンク）は電力要件を宣伝しています

2. ドック（ソース）は機能を検証します

3. データレーンが完全に初期化される前に電力契約が確立される

PD ヘッドルームが不十分だと、負荷がかかったときに CPU または GPU のスロットリングが発生することが多く、熱の問題と間違われることがよくあります。

ビデオ信号伝送: DP Alt Mode & MST

DisplayPort Altモードの制約

DisplayPort Altモードは、ネイティブDP信号をUSB-Cレーン経由でトンネルします。最大解像度は以下の要因に依存します。

• GPU対応DPバージョン

• ビデオに割り当てられたレーン数

• ディスプレイストリーム圧縮（DSC）のサポート

USB-Cドックの多くのHDMIポートはネイティブHDMI出力ではありません。DP-HDMI変換チップに依存しているため、以下の問題が発生する可能性があります。

• 追加の遅延

• HDMI 2.0を超える互換性の制限

• 高リフレッシュレートでの信頼性の低下

MST（マルチストリームトランスポート）

MST では、帯域幅を時間分割することで、複数のディスプレイが単一の DisplayPort リンクを共有できます。

• WindowsとLinuxでサポートされています

• DP Altモードでサポート

• macOSでは標準のUSB-CまたはThunderboltディスプレイパスはサポートされていません

macOS では個別のディスプレイ パイプラインが必要であるため、Apple システムのデュアル外部ディスプレイには通常、個別のディスプレイ コントローラーを備えた Thunderbolt ドッキング ステーションが必要です。

一般的な帯域幅のボトルネック

現実世界の失敗のほとんどは、予測可能なパターンに従います。

1. 高解像度ディスプレイは固定レーン帯域幅を消費する

2. 残りのUSBレーンはSSDまたはイーサネットの負荷で飽和状態になります

3. アイソクロナスデバイス（オーディオ、カメラ）でドロップアウトが発生する

解決策は、より高レートのケーブルやファームウェアのアップデートではありません。ワークロードプロファイルに適合するホストプロトコルを備えたドッキングステーションを選択することです。

結論

USB-Cドッキングステーションの性能は、ホストシステムとネゴシエートしたプロトコルによって決まります。レーン割り当て、Power Deliveryネゴシエーション、MST動作、Thunderboltの適用レベルはアーキテクチャ上の制約であり、マーケティング上の機能ではありません。

wfyearでは、Windows、macOS、Linux プラットフォーム全体で安定したディスプレイ、一貫したデータ スループット、信頼性の高い充電を確保するために、実際のプロトコル動作に基づいてドッキング ステーションを設計しています。

適切なドックを選択することはエンジニアリング上の決定であり、アーキテクチャを理解することがすべてを左右します。