Thunderbolt-雷电协议

Thunderbolt 又称 “雷电技术”,苹果中国译为 “雷雳”,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。 Thunderbolt1 和 2 使用与 Mini DisplayPort (MDP) 相同的连接器,而 Thunderbolt3 、 4 和 5 使用 USB Type-C 连接器,并支持 USB 设备。

Thunderbolt

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界面使用,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。继续延伸多合一的集成特点,因此它既能以双向 40Gbit/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。

版本发布时间厂商代号连接器带宽USB其他
Thunderbolt 开发版2009 年IntelLight Peak英特尔科技论坛(IDF)
Thunderbolt2011 年 2 月Intel
Apple
Light Peak10 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。
Thunderbolt22013 年Falcon Ridge20 Gbit/s
Thunderbolt32015 年 6 月 2 日IntelAlpine Ridge Titan RidgeCOMPUTEX 201540 Gbit/s连接端口更换为 USB Type-CAlpine 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
Thunderbolt42020 年 7 月 8 日Device : Goshen Ridge Host : Maple Ridge
Thunderbolt52024 年Barlow Ridge120 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 (Thunderbolt2)

2013 年,第二版,代号 Falcon Ridge,同步传输速度 20Gbit/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,Thunderbolt2 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 20Gbit/s,因此线材是兼容的。信号线包含四条 10Gbit/s 通道,上下行各有两条。
  • 逻辑层面,第二代 Thunderbolt 合并了第一代的两条独立 10Gbit/s 通道,使得最高传输速度翻倍到 20Gbit/s 。

第一款引入 Thunderbolt2 的产品是 ASUS 主板,于 2013 年 8 月 19 日发布。

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。

第三版 (Thunderbolt3)

2015 年 6 月 2 日,COMPUTEX2015,代号为 Alpine Ridge,双倍带宽达到 40 Gbit/s(5 GB/s) 。 Thunderbolt3 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 3.0×4 。支持 HDMI2.0(4K 60Hz) 和 DisplayPort1.2(5K 60Hz) 。

英特尔提供控制器的三个版本:

  • “DP”(Double Port) 版本:PCIe3.0×4 提供 2 个 Thunderbolt3 接口 (JHL6540)
  • “SP”(Single Port) 版本:PCIe3.0×4 提供 1 个 Thunderbolt3 接口 (JHL6340)
  • “LP”(Low Power) 版本:PCIe3.0×2 提供 1 个 Thunderbolt3 接口 (JHL6240)

由于支持 Thunderbolt1,2 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。

第四版 (Thunderbolt4)

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 (Thunderbolt5)

2023 年 9 月 12 日,英特尔预览了 Thunderbolt5(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 Thunderbolt4 的两倍,显示器的单向带宽为 120 Gbit/s(Thunderbolt3 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 80Gbit/s 规范
  • 总带宽是 Thunderbolt4 的两倍,达到 80Gbit/s,同时为视频密集型用途提供高达三倍的带宽,达到 120Gbit/s
  • 支持 DisplayPort2.1
  • 使用 PCI Express Gen.4×4 实现 PCI Express 资料吞吐量的两倍 (64Gbit/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 1m(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 Thunderbolt5 兼容的电脑和配件。

参考资料:

Thunderbolt-维基百科,https://zh.wikipedia.org/wiki/Thunderbolt

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