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装置之间的通用汇流排,第一代与第二代的连接口与Mini DisplayPort整合,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,并支援 USB 装置。
类别 | Dual-protocol I/O[1] | ||
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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公尺(铜线)[2] | ||
宽度 | 8.3 毫米 | ||
高度 | 2.5 毫米 | ||
热插拔 | 支援 | ||
Daisy chain | 支援,最多达7部装置[2] | ||
外接 | 支援 | ||
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 | 支援 | ||
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
| ||
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的正讯号传输 | |
引脚4 | HS0RX(P) | 高速通道0的正讯号接收 | |
引脚5 | HS0TX(N) | 高速通道0的负讯号传输 | |
引脚6 | HS0RX(N) | 高速通道0的负讯号接收 | |
引脚7 | GND | 接地 | |
引脚8 | GND | 接地 | |
引脚9 | LSR2P TX | 慢速通道的讯号传输 | |
引脚10 | GND | 接地(保留) | |
引脚11 | LSP2R RX | 慢速通道的讯号接收 | |
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的正讯号传输 | |
引脚16 | HS1RX(P) | 高速通道1的正讯号接收 | |
引脚17 | HS1TX(N) | 高速通道1的负讯号传输 | |
引脚18 | HS1RX(N) | 高速通道1的负讯号接收 | |
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,由于二合一的整合特点,作为苹果的多用途高速传输介面使用,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。继续延伸多合一的整合特点,因此它既能以双向 40 Gbit/s传输数据(40 Gbit/s + 40 Gbit/s,特别是针对外接高速网路时),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 | 频宽 | USB | |
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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 | 连接埠更换为USB Type-C | Alpine Ridge 仅能相容于Thunderbolt 系统, Titan Ridge 可以相容于大部分的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,讯号线最长可达10米,双向同步传输速度可达10 Gbit/s。
Thunderbolt 技术采用两种通讯协定 ,包括用在资料传输的 PCI Express ,以及用在显示的 DisplayPort,且完整相容现有的DisplayPort装置。将来可能取代其他个人电脑的周边装置汇流排,如DVI、DisplayPort、USB、Firewire(IEEE 1394)与 HDMI等,成为电脑对外的单一汇流排。
可以透过菊花链(Daisy-chain)方式连接最多六个周边装置(其中首两链可包含两个Apple Thunderbolt Display),透过汇流排可供应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,当作电脑与其他装置之间的通用连接线,类似目前USB的功能,未来一台电脑可装设数个Thunderbolt连接埠,提供不同的装置使用,也可直接连接到一个具有数种对外接口的装置上,用一种细长的线缆支援多种输入输出装置。
Intel宣称,Thunderbolt 2 能连接一个显示器,并同时传送4K视讯。
- 物理层面,第一、二版 Thunderbolt 的频宽都是 20 Gbit/s,因此线材是相容的。讯号线包含四条 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,双倍频宽达到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解析度显示器,或一个5K解析度显示器。基于 PCIe 3.0 x4。支援 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)
由于支援 Thunderbolt 1, 2 的厂商不多,而且采用 Thunderbolt 的装置大多是高端产品,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装置,普及程度远低于对手USB。故此版的 Thunderbolt 将与 USB Type-C 的接头相容,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通讯协定的支援以及资料的传输速度。对于PCIe的最低要求需要32Gbit/s 以上。支援两个4K显示(DisplayPort 1.4)。支援Intel VT-d为基本的直接记忆体存取保护以防止实体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 的对称频宽,例如 大量储存装置的频宽是 Thunderbolt 4 的两倍,显示器的单向频宽为 120 Gbit/s(Thunderbolt 3 和 4 的三倍),支援 60Hz 的双 8K 显示器。 完整规格涵盖:
- 支援最新版本的USB4 2.0 80 Gbit/s规范
- 总频宽是 Thunderbolt 4 的两倍,达到 80 Gbit/s,同时为视讯密集型用途提供高达三倍的频宽,达到 120 Gbit/s
- 支援 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),实现更快的储存和外部显示卡
- 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 相容
- 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 相容的电脑和配件[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。
外接
- Thunderbolt典型应用之一是外接显示卡。以前的Intel CPU没有集成Thunderbolt控制器,许多笔记型电脑的Thunderbolt介面都是挂接在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处理器的笔记型电脑未配备支持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装置都实现了“安全性模式”,当连接装置时要求用户的验证,以防止某些恶意的装置通过存取PCI Express总线进行DMA攻击和读取主记忆体[16][17]:
none
:没有Thunderbolt安全性,允许所有装置的连接。在BIOS设定中又被称为“Legacy Mode”。user
:每次连接装置时都必须经过用户的验证。secure
:连接装置时要求用户的验证,但记住用户连接过的装置,对于同一个装置不要求重新验证。dponly
:禁止Thunderbolt介面的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).