Thunderbolt
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Thunderbolt又称“雷电技术[4]”，苹果中国译为“雷雳”[5]，是由英特尔（Intel）发表的连接器标准，目的在于当作电脑与其他设备之间的通用总线，第一代与第二代的连接口与Mini DisplayPort集成，第三代至第五代的连接口与USB Type-C结合，并且能用于充电。Thunderbolt 1 和 2 使用与 Mini DisplayPort (MDP) 相同的连接器，而 Thunderbolt 3、4 和 5 使用USB Type-C连接器，并支持 USB 设备。
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| 类别 | Dual-protocol I/O[1] | ||
|---|---|---|---|
| 产品历史 | |||
| 设计者 | 英特尔和苹果公司 | ||
| 制造商 | 无特定厂商 | ||
| 制造时间 | 2011年2月 | ||
| 取代 | FireWire（IEEE 1394） | ||
| 一般规格 | |||
| 长度 | 最长达5米（铜线）[2] | ||
| 宽度 | 8.3 毫米 | ||
| 高度 | 2.5 毫米 | ||
| 热插拔 | 支持 | ||
| Daisy chain | 支持，最多达7部设备[2] | ||
| 外置 | 支持 | ||
| 连接器 | Mini DisplayPort（第一代和第二代）, USB Type-C（第三代至第五代） | ||
| 电力 | |||
| 信号 | 100 W (Thunderbolt 3 充电) | ||
| 数据 | |||
| 数据信号 | 支持 | ||
| 比特率 |
第一代：双通道，其中每通道10 Gbit/s（总计20 Gbit/s） 第二代：总计20 Gbit/s 第三代和第四代：40 Gbit/s双向传输（PCIe及DisplayPort） 第五代：可达80 Gbit/s | ||
| 协议 |
Thunderbolt
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| 引脚输出 | |||
| 引脚1 | GND | 接地 | |
| 引脚2 | HPD | 热插拔侦测 | |
| 引脚3 | HS0TX(P) | 高速通道0的正信号传输 | |
| 引脚4 | HS0RX(P) | 高速通道0的正信号接收 | |
| 引脚5 | HS0TX(N) | 高速通道0的负信号传输 | |
| 引脚6 | HS0RX(N) | 高速通道0的负信号接收 | |
| 引脚7 | GND | 接地 | |
| 引脚8 | GND | 接地 | |
| 引脚9 | LSR2P TX | 慢速通道的信号传输 | |
| 引脚10 | GND | 接地（保留） | |
| 引脚11 | LSP2R RX | 慢速通道的信号接收 | |
| 引脚12 | GND | 接地（保留） | |
| 引脚13 | GND | 接地 | |
| 引脚14 | GND | 接地 | |
| 引脚15 | HS1TX(P) | 高速通道1的正信号传输 | |
| 引脚16 | HS1RX(P) | 高速通道1的正信号接收 | |
| 引脚17 | HS1TX(N) | 高速通道1的负信号传输 | |
| 引脚18 | HS1RX(N) | 高速通道1的负信号接收 | |
| 引脚19 | GND | 接地 | |
| 引脚20 | DPPWR | 接头电源 | |
早期由英特尔独立研发，使用光纤传输；后来在一次科技展示会场上，苹果公司看到了早期光纤传输的原型后，主动对英特尔表示兴趣并给予开发上的建议，致使正式发表的第一代从光纤改用铜线和苹果的Mini DisplayPort外形，Mini DP接口加上Thunderbolt，由于二合一的集成特点，作为苹果的多用途高速传输接口使用，苹果的加入使得Thunderbolt生态建立起来。
Thunderbolt 第三代以后采用USB Type-C连接口。继续延伸多合一的集成特点，因此它既能以双向 40 Gbit/s传输数据（40 Gbit/s + 40 Gbit/s，特别是针对外置高速网络时），又能兼容Mini DisplayPort设备直接连接Thunderbolt接口传输视频与声音信号，也可连接Apple Thunderbolt Display直接同时输出视频、声音与数据，且不用如传统使用多条连接线。
技术内容
| 版本 | 时间 | 厂商 | 代号 | 地点 | 带宽 | USB | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Thunderbolt 开发版 | 2009年 | Intel | Light Peak | 英特尔科技论坛（IDF） | |||
| Thunderbolt | 2011年2月 | Intel Apple |
Light Peak | 10 Gbit/s | 与USB 3.0同时应用在未来的系统中，扮演互补角色。 | 具有这种接口的MacBook Pro及一根29美元的连接线。 苹果独享这技术专利权一年。 | |
| Thunderbolt 2 | 2013年 | Falcon Ridge | 20 Gbit/s | ||||
| Thunderbolt 3 | 2015年6月2日 | Intel | Alpine Ridge Titan Ridge | COMPUTEX 2015 | 40 Gbit/s | 连接端口更换为USB Type-C | Alpine Ridge 仅能兼容于Thunderbolt 系统, Titan Ridge 可以兼容于大部分的USB-C 系统, 不仅限于Thunderbolt |
| Thunderbolt 4 | 2020年7月8日 | Goshen Ridge | |||||
| Thunderbolt 5 | 2024年 | Barlow Ridge | 120 Gbit/s |
第一版（Thunderbolt）
2011年，发表第一版Thunderbolt，信号线最长可达10米，双向同步传输速度可达10 Gbit/s。
Thunderbolt 技术采用两种通信协议 ，包括用在资料传输的 PCI Express ，以及用在显示的 DisplayPort，且完整兼容现有的DisplayPort设备。将来可能取代其他个人电脑的周边设备总线，如DVI、DisplayPort、USB、Firewire（IEEE 1394）与 HDMI等，成为电脑对外的单一总线。
可以透过菊花链（Daisy-chain）方式连接最多六个周边设备(其中首两链可包含两个Apple Thunderbolt Display)，透过总线可供应10W的电力给周边。
第二版（Thunderbolt 2）
2013年，第二版，代号 Falcon Ridge，同步传输速度 20 Gbit/s。
英特尔希望在2020年时将它提升到100Gbps，透过光纤线路发送具红外线信号代替传统的数据线进行数据传输，当作电脑与其他设备之间的通用连接线，类似目前USB的功能，未来一台电脑可装设数个Thunderbolt连接端口，提供不同的设备使用，也可直接连接到一个具有数种对外置口的设备上，用一种细长的线缆支持多种输入输出设备。
Intel宣称，Thunderbolt 2 能连接一个显示器，并同时发送4K视频。
- 物理层面，第一、二版 Thunderbolt 的带宽都是 20 Gbit/s，因此线材是兼容的。信号线包含四条 10 Gbit/s通道，上下行各有两条。[6]
- 逻辑层面，第二代 Thunderbolt 合并了第一代的两条独立 10 Gbit/s 通道，使得最高传输速度翻倍到 20 Gbit/s 。
第一款引入 Thunderbolt 2 的产品是ASUS主板，于2013年8月19日发布[7]。
第一款发售的产品是苹果公司MacBook Pro with Retina (Late 2013)，于2013年10月22日推出[8]。
第三版（Thunderbolt 3）
2015年6月2日，COMPUTEX 2015 ，代号为Alpine Ridge，双倍带宽达到40 Gbit/s (5 GB/s)。Thunderbolt 3 物理接口改用USB Type-C。
新一代 Thunderbolt 节省一半用电，最大供电100W。可连接两个4K清晰度显示器，或一个5K清晰度显示器。基于 PCIe 3.0 x4。支持 HDMI2.0（4K 60Hz）和 DisplayPort1.2（5K 60Hz）。[9][10]
英特尔提供控制器的三个版本：
- "DP"（Double Port）版本 ： PCIe 3.0 ×4 提供2个 Thunderbolt 3 接口 (JHL6540)
- "SP"（Single Port）版本 ： PCIe 3.0 ×4 提供1个 Thunderbolt 3 接口 (JHL6340)
- "LP"（Low Power）版本 ： PCIe 3.0 ×2 提供1个 Thunderbolt 3 接口 (JHL6240)
由于支持 Thunderbolt 1, 2 的厂商不多，而且采用 Thunderbolt 的设备大多是高端产品，价格昂贵，加上接口使用的是苹果Mini Displayport，配件无法用在其他电子设备，普及程度远低于对手USB。故此版的 Thunderbolt 将与 USB Type-C 的接头兼容，使 Thunderbolt 接口变得更普及[11]。
第四版（Thunderbolt 4）
Thunderbolt4在CES2020公开发表，最终版本的规格书在2020年七月发布。Thunderbolt 4 与 Thunderbolt 3 的主要差异在于对于USB4通信协议的支持以及资料的传输速度。对于PCIe的最低要求需要32Gbit/s 以上。支持两个4K显示(DisplayPort 1.4)。支持Intel VT-d为基本的直接存储器访问保护以防止实体DMA攻击。
第五版（Thunderbolt 5）
2023 年 9 月 12 日，英特尔预览了 Thunderbolt 5（代号 Barlow Ridge），它符合 USB开发者论坛 (USB-IF) 的 USB4 2.0 规格。 它提供 80 Gbit/s 的对称带宽，例如 大量存储设备的带宽是 Thunderbolt 4 的两倍，显示器的单向带宽为 120 Gbit/s（Thunderbolt 3 和 4 的三倍），支持 60Hz 的双 8K 显示器。 完整规格涵盖：
- 支持最新版本的USB4 2.0 80 Gbit/s规范
- 总带宽是 Thunderbolt 4 的两倍，达到 80 Gbit/s，同时为视频密集型用途提供高达三倍的带宽，达到 120 Gbit/s
- 支持 DisplayPort 2.1
- 使用 PCI Express Gen. 4 x4 实现 PCI Express 资料吞吐量的两倍 (64 Gbit/s)，实现更快的存储和外部显卡
- 下游充电功率高达 240W
- 透过 PAM-3 与长达 1 m (3.3 ft) 的现有被动电缆配合使用
- 与先前版本的 Thunderbolt、USB 和 DisplayPort 兼容
- 由英特尔的支持和认证计划支持
英特尔宣布将于 2024 年开始推出与 Thunderbolt 5 兼容的电脑和配件[12]。
商品化
2011年2月24日，苹果公司发布新款 MacBook Pro，搭载 Thunderbolt 技术，这是此技术首次应用在商业产品上。在PC产品上苹果有一年的专利独享权。同日，Promise 发布 Pegasus 存储产品，同样应用此技术，这是此技术首次应用存储业产品上。稍后，苹果发布了使用 Thunderbolt 技术的 Apple Thunderbolt Display，2012年发布了两个小配件：Apple Thunderbolt to Gigabit Ethernet Adapter 和 Apple Thunderbolt to FireWire 转换器。
2013年6月10日，苹果公司发布新款 Mac Pro 并将搭载 Thunderbolt 2 技术[13]。
2016年10月28日，苹果公司发布新款MacBook Pro搭载Thunderbolt 3技术。
2020年6月23日，苹果公司官网开卖Thunderbolt 3 Pro 连接线。
2024年10月29日，苹果公司发布新款M4 pro芯片的Mac mini 搭载Thunderbolt 5技术。Thunderbolt 5数据线（1m）官网售价69.00美金。[14]
2024年10月30日，苹果公司发布新款MacBook Pro搭载Thunderbolt 5技术。
外置
- Thunderbolt典型应用之一是外置显卡。以前的Intel CPU没有集成Thunderbolt控制器，许多笔记本电脑的Thunderbolt接口都是挂接在PCH下。第十代Intel Core处理器集成了Thunderbolt控制器，但是仅限10nm的Ice Lake微架构处理器，而同为第十代Intel Core的14nm Comet Lake微架构处理器并未集成Thunderbolt控制器，且部分搭载Ice Lake处理器的笔记本电脑未配备支持Thunderbolt 3的USB-C接口，例如Surface Pro 7的USB-C接口就未集成Thunderbolt 3[15]。
安全性
许多Thunderbolt设备都实现了“安全性模式”，当连接设备时要求用户的验证，以防止某些恶意的设备通过访问PCI Express总线进行DMA攻击和读取主存储器[16][17]：
none：没有Thunderbolt安全性，允许所有设备的连接。在BIOS设置中又被称为“Legacy Mode”。user：每次连接设备时都必须经过用户的验证。secure：连接设备时要求用户的验证，但记住用户连接过的设备，对于同一个设备不要求重新验证。dponly：禁止Thunderbolt接口的PCI Express总线功能，只允许DisplayPort功能（有的电脑是只允许DisplayPort功能和USB功能）。
参考资料
- ^ Thunderbolt Technology. Intel. [June 28, 2011]. （原始内容存档于2011-09-23）.
- ^ 2.0 2.1 2.2 Technology Brief (PDF). Intel. [February 25, 2011]. （原始内容存档 (PDF)于2011-06-29）.
- ^ Thunderbolt™ 3 – The USB-C That Does It All. Thunderbolt Technology Community. 2015-06-02 [2015-10-31]. （原始内容存档于2015-09-05）.
- ^ 雷电技术：无限的可能性. Intel. [2023-03-16] （中文）.
- ^ 雷雳. Apple (中国) - 官方网站. [2019-03-03]. （原始内容存档于2019-03-06） （中文（中国大陆））.
- ^ Anand Lal Shimpi. Intel's Thunderbolt 2: Everything You Need to Know. AnandTech. June 9, 2013 8:39 PM EST [2014-07-26]. （原始内容存档于2014-07-10）.
- ^ Walton, Jarred (August 19, 2013). "ASUS Introduces Z87-Deluxe/Quad: World’s First Thunderbolt 2 Certified Motherboard" （页面存档备份，存于互联网档案馆）. AnandTech. Retrieved December 28, 2013.
- ^ Torres, Edwin (January 28,2013) [1] （页面存档备份，存于互联网档案馆）. MacRumors. Retrieved January 28, 2014.
- ^ Intel’s incredibly fast Thunderbolt 3 switches to USB-C connector. ExtremeTech. 2015-06-04 [2015-08-04]. （原始内容存档于2015-08-01）.
- ^ Joel Hruska. Next-gen Thunderbolt details: 40Gbps, PCIe 3.0, HDMI 2.0, and 100W power delivery for single-cable PCs. extreme tech. April 22, 2014 at 2:15 pm [2014-09-22]. （原始内容存档于2014-10-03）.
- ^ 【COMPUTEX 2015】Intel 發表Thunderbolt 3 標準，全面相容USB Type-C - TechNews 科技新報. 2015-06-03 [2015-06-04]. （原始内容存档于2015-06-07）.
- ^ Intel Introduces Thunderbolt 5 Connectivity Standard. Intel. October 19, 2022 [September 12, 2023]. （原始内容存档于2024-05-17）.
- ^ Apple unleashes new Mac Pro – 8 times smaller, 6 Thunderbolt 2 ports, AMD graphics. [2013-06-13]. （原始内容存档于2013-06-13）.
- ^ Thunderbolt 5 (USB‑C) Pro Cable (1 m). Apple. [2024-10-30] （美国英语）.
- ^ augix对Surface Pro 7的测评. [2019-11-29]. （原始内容存档于2019-11-21）.
- ^ How to configure the Thunderbolt 3 Security Level in BIOS Setup for Microsoft Windows operating system - ThinkPad - US. support.lenovo.com. [2020-04-22]. （原始内容存档于2021-09-08）.
- ^ eischmann. ThunderBolt Security Levels and Linux desktop. Brno hat. 2017-06-29 [2020-04-22]. （原始内容存档于2020-04-12） （英语）.