マルチディスプレイ

目次 概要 この投稿では、1つのDisplayPort出力端子またはDP Alt Mode対応USB-C端子を備えたWindows PCにて、最大4台のモニターを接続する2つの方法「MSTハブ」と「デイジーチェーン接続」の図解と対応製品を紹介します。 はじめに ノートPCでもトリプルディスプレイ DisplayPort(DP)のバージョン1.2で追加されたMST機能によって、1つのDP端子から複数のディスプレイへビデオ信号を送信できるようになり、マルチディスプレイ環境を構築しやすくなりました。 MSTとはMulti Stream Transportの略称です。 複数のディスプレイへビデオ信号を分配するには、MSTハブまたはデイジーチェーン対応モニターを使うことで実現できます。 DP端子だけでなく、DisplayPort Alt Mode対応のUSB-C端子でも利用可能です。 DPと似た言葉のDisplayLink技術とは異なり特殊なドライバーのインストールは不要です。 USB-C端子の場合は形状だけで機能を判断できないので注意が必要です USB-C(USB Type-C)規格では、その端子を介して、USB規格以外の信号(DisplayPortやHDMIなどのビデオ信号)や電力(USB Power Delivery機能)も流すことができます。 どの信号や電力を乗せるかはデバイス(PC、スマホ)の仕様次第ですので、デバイスの説明書等をご確認ください。端子の形状だけでは判断できませんのでご注意ください。 例えば、2つUSB-C端子を搭載したノートPCでも、1つのポートは充電専用、もう1つは充電非対応でビデオ信号やUSB規格の信号のやりとりが可能ということもあります。 図解：MSTハブを使う方法 説明 図中のホスト端子とは、MSTハブ側のオス端子を意味します。ホスト端子をPCの映像出力ポート(メス)に接続します。 MSTハブの出力端子はDPまたはHDMIです。 複数モニターに同じ画面を表示する「複製表示」と、デスクトップ領域を広げる「拡張表示」に対応しています。 MSTハブの一例 図解：デイジーチェーン対応モニターと接続する方法 説明 DisplayPort出力端子を備えたモニターに他のモニターをデイジーチェーン接続(数珠つなぎ)する方法です。 末端のモニターはデイジーチェーン対応である必要はありません。 別途MSTハブは必要ありません。 図中のケーブル端子とは、PCの映像出力ポートとモニターの映像入力ポートを繋ぐケーブルのオス端子を意味しています。 必須機能要件 OS Windows 8.1以降 グラフィック DisplayPort バージョン1.2以降に対応していること。 端子形状はDisplayPort、Mini DisplayPort。またはDisplayPort Alt Mode対応USB-C。 MST機能で出力できる画面数と解像度はGPU側のDisplayPort帯域幅に依存する 出力する画面数を増やすほど、1画面あたりの解像度は小さくなる。 要点 ビデオ出力において1画面(1つのモニターへ出力するビデオ信号)で消費する帯域幅は、画面の解像度、リフレッシュレート、色深度の3つの要素で決まる。 3つの要素の数値が高いほど、消費する帯域幅は大きくなる。 GPU側の1つのDisplayPortで扱える帯域幅には上限がある。 DisplayPortの帯域幅はバージョン1.2よりも1.4の方が大きい。 MSTハブで分割した各画面は、GPU側の1つのDisplayPortの最大有効帯域幅を共有している。 画面数を増やすほど、1画面あたりで消費できる帯域幅が小さくなる。 DisplayPortの最大有効帯域幅を100%とした場合、各画面で消費する帯域幅の合計はそれを超えてはならない。 超えた場合は画面が映らない。 MSTハブはGPUの性能や帯域幅を向上させるものではない。 GPU側がDP1.2、MSTハブがDP1.4の場合、扱える帯域幅の上限はGPU側のDP1.2に準ずる。 GPU側がDP1.4、MSTハブがDP1.2の場合、扱える帯域幅の上限はMSTハブ側のDP1.2に準ずる。 帯域幅 データ転送に使用する容量のことで単位はbpsを用います。 この他、MSTハブの出力ポート数、ケーブル、モニターも目的に即した規格・仕様を満たす必要があります。 例えば、GPU側のDisplayPortがバージョン1.4でその性能をフルに発揮するには MSTハブがDP1.4に対応していること。 DPケーブルは、DP1.4に対応していること。 4画面出力するならば、MSTハブに出力ポートが4つ付いていること。 解像度を4Kで表示するならばモニターが4Kに対応していること。 などなど DisplayPortのバージョン毎の帯域幅の表 バージョン 最大仕様帯域幅 最大有効帯域幅 1.1 10.8Gbps 8.64Gbps 1.2 21.6Gbps 17.28Gbps 1.3/1.4 32.4Gbps 25.92Gbps 2 80Gbps 77.37Gbps 1画面で消費する帯域幅(解像度とリフレッシュレートと帯域幅の関係表) 下記の表は、色深度を標準の8ビットとした場合の、解像度とリフレッシュレートと帯域幅の関係表です。 30 Hz 60 Hz 120 Hz 144 Hz HD 1280×720 0.83Gbps 1.66Gbps 3.32Gbps 3.98Gbps FHD 1920×1080 1.87Gbps 3.73Gbps 7.46Gbps 8.96Gbps QHD 2560×1440 3.32Gbps 6.64Gbps 13.27Gbps 15.93Gbps 4K UHD 3840×2160 7.46Gbps 14.93Gbps 29.86Gbps 35.83Gbps 表補足 横軸：リフレッシュレート[Hz] 縦軸：解像度 色深度：標準の8ビットとしています 解像度とリフレッシュレートの組み合わせは一例です。GPUによって設定可能な解像度とリフレッシュレート値は異なります。 1画面(1つのモニターへ出力するビデオ信号)で消費する帯域幅は、画面の解像度、リフレッシュレート、色深度の3つの要素で決まります。 解像度、リフレッシュレート、色深度が高いほど、消費する帯域幅は大きくなります。 Windows PCでは、明示的に設定を変更しない限りリフレッシュレートは60Hz、色深度は8ビットです。 リフレッシュレートが高いほど、画面スクロール時に滑らかな表示が可能となります。 GPU側のDisplayPortの最大有効帯域幅に対する1画面で消費する帯域幅の割合 下記の表は、GPU側のDisplayPortの最大有効帯域幅を100%とした場合、1画面で消費する帯域幅を帯域割合で表わしたものです。 MSTハブ側で出力できる画面数、各画面の解像度、リフレッシュレートは、帯域割合の合計値が100%を超えない範囲で組み合わせることが可能です。 組み合わせ例はこの後の項目で紹介します。 解像度とリフレッシュレート 帯域幅[Gbps] DP1.2での帯域割合(最大有効帯域幅17.28Gbps) DP1.4での帯域割合(最大有効帯域幅25.92Gbps) FHD 1920×1080@30Hz 1.87 11% 7% FHD 1920×1080@60Hz 3.73 22% 14% QHD 2560×1440@30Hz 3.32 19% 13% QHD 2560×1440@60Hz 6.64 38% 26% 4K UHD 3840×2160@30Hz 7.46 43% 29% 4K UHD 3840×2160@60Hz 14.93 86% 58% 表補足 色深度：標準の8ビットとしています 解像度とリフレッシュレートの組み合わせは一例です。GPUによって設定可能な解像度とリフレッシュレート値は異なります。 MSTハブで出力できる画面数と解像度の組み合わせ例：DP1.4(DSC1.2非サポート時)の場合 DisplayPort1.4で出力可能な画面数と解像度の組み合わせ例です。 DisplayPort1.4の最大有効帯域幅25.92Gbpsを100%としています。 実際に出力できるか否かはGPUとMSTハブの仕様によりますのでご注意ください。 全画面 同一解像度で組み合わせた場合 画面 画面1 画面2 画面3 画面4 帯域割合の合計[%] 解像度 FHD 1920×1080@60Hz FHD 1920×1080@60Hz FHD 1920×1080@60Hz FHD 1920×1080@60Hz - 帯域割合 14% 14% 14% 14% 58% --- 解像度 QHD 2560×1440@60Hz QHD 2560×1440@60Hz QHD 2560×1440@60Hz QHD 2560×1440@30Hz - 帯域割合 26% 26% 26% 13% 90% 解像度 QHD 2560×1440@60Hz QHD 2560×1440@60Hz QHD 2560×1440@60Hz OFF - 帯域割合 26% 26% 26% 0% 77% --- 解像度 4K UHD 3840×2160@30Hz 4K UHD 3840×2160@30Hz 4K UHD 3840×2160@30Hz OFF - 帯域割合 29% 29% 29% 0% 86% --- 解像度 4K UHD 3840×2160@60Hz OFF OFF OFF - 帯域割合 58% 0% 0% 0% 58% DisplayPort1.4かつDSC1.2をサポートしたGPUとMSTハブでの組み合わせならば、4K UHD 3840×2160@60Hzのトリプル出力が可能です。 画面数と解像度の組み合わせ例：DP1.2の場合 DisplayPort1.2で出力可能な画面数と解像度の組み合わせ例です。 DisplayPort1.2の最大有効帯域幅17.28Gbpsを100%としています。 全画面を同一解像度で組み合わせた場合 画面 画面1 画面2 画面3 画面4 帯域割合の合計[%] 解像度 FHD 1920×1080@60Hz FHD 1920×1080@60Hz FHD 1920×1080@60Hz FHD 1920×1080@60Hz - 帯域割合 22% 22% 22% 22% 86% --- 解像度 QHD 2560×1440@30Hz QHD 2560×1440@30Hz QHD 2560×1440@30Hz QHD 2560×1440@30Hz - 帯域割合 19% 19% 19% 19% 77% --- 解像度 FHD 1920×1080@60Hz FHD 1920×1080@60Hz FHD 1920×1080@60Hz OFF - 帯域割合 22% 22% 22% 0% 65% --- 解像度 QHD 2560×1440@60Hz QHD 2560×1440@60Hz OFF OFF - 帯域割合 38% 38% 0% 0% 77% --- 解像度 4K UHD 3840×2160@30Hz 4K UHD 3840×2160@30Hz OFF OFF - 帯域割合 43% 43% 0% 0% 86% --- 解像度 4K UHD 3840×2160@60Hz OFF OFF OFF - 帯域割合 86% 0% 0% 0% 86% 異なる解像度で組み合わせた場合 画面 画面1 画面2 画面3 画面4 帯域割合の合計[%] 解像度 4K UHD 3840×2160@30Hz FHD 1920×1080@30Hz FHD 1920×1080@30Hz FHD 1920×1080@30Hz - 帯域割合 43% 11% 11% 11% 76% --- 解像度 4K UHD 3840×2160@30Hz FHD 1920×1080@60Hz FHD 1920×1080@60Hz OFF - 帯域割合 43% 22% 22% 0% 86% --- 解像度 4K UHD 3840×2160@30Hz QHD 2560×1440@30Hz QHD 2560×1440@30Hz OFF - 帯域割合 43% 19% 19% 0% 82% --- 解像度 QHD 2560×1440@60Hz QHD 2560×1440@60Hz FHD 1920×1080@60Hz OFF - 帯域割合 38% 38% 22% 0% 98% --- 解像度 4K UHD 3840×2160@30Hz QHD 2560×1440@60Hz OFF OFF - 帯域割合 43% 38% 0% 0% 82% サポートされない組み合わせ例 帯域割合の合計が100%を超えるので出力ができません。 画面 画面1 画面2 画面3 画面4 帯域割合の合計[%] 解像度 4K UHD 3840×2160@60Hz 4K UHD 3840×2160@60Hz 4K UHD 3840×2160@60Hz 4K UHD 3840×2160@60Hz - 帯域割合 86% 86% 86% 86% 346% --- 解像度 4K UHD 3840×2160@30Hz 4K UHD 3840×2160@30Hz 4K UHD 3840×2160@30Hz 4K UHD 3840×2160@30Hz - 帯域割合 43% 43% 43% 43% 173% --- 解像度 4K UHD 3840×2160@30Hz 4K UHD 3840×2160@30Hz 4K UHD 3840×2160@30Hz OFF - 帯域割合 43% 43% 43% 0% 130% --- 解像度 QHD 2560×1440@60Hz QHD 2560×1440@60Hz QHD 2560×1440@60Hz OFF - 帯域割合 38% 38% 38% 0% 115% HDMI出力とDP入力の接続では特殊な変換アダプタが必要 HDMI出力とDP入力と、その逆のDP出力とHDMI入力では利用できる変換ケーブルが異なるので注意が必要です。 まず、MSTハブのDP出力とモニターのHDMI入力を接続するには、下記の通常の変換ケーブルで接続すれば映像が映ります。 一方、MSTハブのHDMI出力とモニターのDP入力を接続するには、上記ケーブルでは映像が映らないため、下記の特殊な変換アダプタが必要となります。 [関連] 「」 補足 モニターによっては、入力端子によって表示できる最大解像度が異なることがあります たとえばDellのQHD(2560×1440)表示対応モニターU2713HMの場合、DP入力ではQHD表示可能ですが、HDMI入力だとFHD(1920×1080)までしか表示できません。 モニターの製品仕様(公式ページの情報)で、接続予定の入力端子の最大表示解像度を確認しておきましょう。 DisplayPortと似た単語のDisplayLinkは異なる技術です DisplayPortと似た単語にDisplayLinkがあります。DisplayLinkもディスプレイを拡張する技術ですが仕組みは異なります。製品選びの際は間違えないようにしてください。 この投稿でDisplayLinkには詳しくは触れませんが、利用するには、OSにDisplayLinkのドライバーをインストールする必要があります。 2台目以降のモニターに表示するグラフィックデータはCPUで圧縮とエンコードをして生成し、USB-Aポート経由で外部モニターに送信する接続する技術です。 そのためCPU内蔵GPUやグラフィックカードのGPUから直接グラフィックデータを生成するDisplayPortとに比べると、CPUへの負荷が上昇します。 DisplayLink製品にはUSBディスプレイアダプタと、アダプタが一体化されたUSBモニターがあります。 グラフィックデータ生成から表示の流れ GPUでグラフィックデータを生成し、CPUで圧縮とエンコードをする。 ↓ DisplayLinkチップ搭載USBディスプレイアダプタに圧縮データをUSB-A経由でUSBディスプレイアダプタに送信する。 ↓ USBディスプレイアダプタで圧縮データのデコードと展開をする。 ↓ D-Sub、HDMI、DisplayPortなどの標準的なインターフェース経由でモニターに表示する。 またはUSB-Aモニターに表示する。 用語 マルチディスプレイ PCに複数台のモニターを接続し、複数画面構成にすること。 2画面はデュアルディスプレイ、3画面はトリプルディスプレイ、4画面はクアッドディスプレイ、6画面はヘキサディスプレイ、8画面はオクタディスプレイと表現します。 MST Multi Stream Transport(マルチ ストリーム トランスポート) 理論的には、最大63台のモニターをサポートできる。 1つのDisplayPort出力(バージョン1.2以上)で複数の独立したビデオ信号を送信し、複数のモニターを使用することができる機能。 MSTの機能はDP1.2から備わった機能です。 Thunderbolt 3 端子の形状はUSB-C。 インテルがアップルと共同開発した高速汎用データ伝送技術のこと。端子の形状のことではない。 Thunderbolt 2、Thunderbolt 1 端子の形状はMini DisplayPort インテルがアップルと共同開発した高速汎用データ伝送技術のこと。端子の形状のことではない。 以上 参考 MST技術 マルチストリーム・トランスポート (MST) リファレンス・ガイド(インテルのWebサイト) デイジーチェーン対応モニターの導入ガイド(EIZOのWebサイト) MST（Multi Stream Transport）技術解説(クリック・インポート合同会社のWebサイト) 帯域幅を使用して最適なビデオ出力を決定する方法(インテルのWebサイト) MSTハブ製品の主要メーカー コンピュータ関連の接続ケーブル・アダプターを開発する主要メーカーです。 Club3D Club3Dはオランダに本社を置き、コンピュータ関連の接続機器の設計開発に注力した会社です。 Amazonで取扱商品を見る Club3DのWebサイト StarTech.com StarTech.comはカナダに本社を置き、コンピュータ関連の接続機器の設計開発に注力した会社です。 Amazonで取扱商品を見る StarTech.comのWebサイト Cable Matters Cable Mattersはアメリカのマサチューセッツ州にあるコンピュータ関連の接続機器の設計開発に注力した会社です。 Amazonで取扱商品を見る Cable MattersのWebサイト Plugable Plugableはアメリカ ワシントン州が拠点を置き、USBデバイス向けの接続機器の設計開発に注力した会社です。創設者はUSBおよびBluetoothテクノロジーに関連する複数の特許の発明者です。 Amazonで取扱商品を見る PlugableのWebサイト

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1つのDP・USB-C端子で4画面出力する2つの方法。MSTハブとデイジーチェーン接続