Thunderbolt — торговая марка аппаратного интерфейса для подключения внешних периферийных устройств к компьютеру . Он был разработан Intel в сотрудничестве с Apple . [7] [8] Первоначально он был представлен на рынке под названием Light Peak и впервые продан как часть продукта для конечного пользователя 24 февраля 2011 года. [1]
Thunderbolt объединяет PCI Express (PCIe) и DisplayPort (DP) в два последовательных сигнала, [9] [10] и дополнительно обеспечивает питание постоянного тока через один кабель. До шести периферийных устройств могут поддерживаться одним разъемом через различные топологии . Thunderbolt 1 и 2 используют тот же разъем , что и Mini DisplayPort (MDP), тогда как Thunderbolt 3, 4 и 5 используют разъем USB-C и поддерживают USB-устройства.
Контроллеры Thunderbolt мультиплексируют одну или несколько отдельных линий данных от подключенных устройств PCIe и DisplayPort для передачи через две дуплексные линии Thunderbolt, а затем демультиплексируют их для использования устройствами PCIe и DisplayPort на другом конце. [2] Один порт Thunderbolt поддерживает до шести устройств Thunderbolt через концентраторы или последовательные цепи ; столько из них, сколько имеется у хоста. Источники DP могут быть мониторами Thunderbolt . [11]
Один монитор Mini DisplayPort или другое устройство любого типа можно подключить напрямую или в самом конце цепи. Thunderbolt совместим с устройствами, совместимыми с DP-1.1a. При подключении к устройству, совместимому с DP, порт Thunderbolt может обеспечить собственный сигнал DisplayPort с четырьмя полосами выходных данных со скоростью не более 5,4 Гбит/с на полосу Thunderbolt. При подключении к устройству Thunderbolt скорость передачи данных на полосу становится 10 Гбит/с, а четыре полосы Thunderbolt настраиваются как две дуплексные полосы, каждая со скоростью 10 Гбит/с, включающая одну полосу ввода и одну полосу вывода. [2]
Thunderbolt может быть реализован на графических картах PCIe , которые имеют доступ к данным DisplayPort и подключению PCIe, или на материнских платах компьютеров со встроенным видео , таких как MacBook Air . [11] [12] [13]
Первоначально интерфейс был предназначен для работы исключительно на оптическом физическом уровне с использованием компонентов и гибких оптоволоконных кабелей, разработанных партнерами Intel и в лаборатории Intel Silicon Photonics. Первоначально он был представлен на рынке под названием Light Peak [14], а после 2011 года — как Silicon Photonics Link [15] . Однако было обнаружено, что обычная медная проводка может обеспечить желаемые 10 Гбит/с на канал при меньших затратах.
Эта версия концепции Light Peak на основе меди была совместно разработана Apple и Intel . Apple зарегистрировала Thunderbolt как товарный знак , но позже передала знак Intel, которая имела преимущественные права на интеллектуальную собственность. [16] Thunderbolt был коммерчески представлен на MacBook Pro 2011 года от Apple , используя тот же разработанный Apple разъем, что и Mini DisplayPort . Некоторые модели MacBook Air, MacBook Pro, Mac mini и iMac понижают протокол Thunderbolt 4 до Thunderbolt 3 из-за отсутствия поддержки двух дисплеев 4K через Thunderbolt. [ необходима цитата ]
Sumitomo Electric Industries начала продавать оптические кабели Thunderbolt длиной до 30 м (100 футов) в Японии в январе 2013 года [17], а Corning, Inc. начала продавать оптические кабели длиной до 60 м (200 футов) в США в конце сентября 2013 года [18].
Intel представила Light Peak на Форуме разработчиков Intel (IDF) 2009 года, используя прототип материнской платы Mac Pro для запуска двух видеопотоков 1080p , а также LAN и устройств хранения данных по одному 30-метровому оптическому кабелю с модифицированными USB- коннекторами. [19] Система управлялась прототипом карты PCI Express с двумя оптическими шинами, питающими четыре порта. [20] Джейсон Зиллер, глава отдела программ оптического ввода-вывода Intel, продемонстрировал внутренние компоненты технологии под микроскопом и передачу данных через осциллограф. [21] Технология была описана как имеющая начальную скорость 10 Гбит/с по пластиковым оптическим кабелям и обещающая конечную скорость 100 Гбит/с. [22] На выставке Intel заявила, что системы, оборудованные Light Peak, начнут появляться в 2010 году, и разместила на YouTube видео, демонстрирующее подключенные к Light Peak HD-камеры, ноутбуки, док-станции и HD-мониторы. [23]
4 мая 2010 года в Брюсселе Intel продемонстрировала ноутбук с разъемом Light Peak, что свидетельствует о том, что технология достаточно сжалась, чтобы поместиться внутри такого устройства, и заставила ноутбук одновременно отправлять два потока HD-видео по соединению, что свидетельствует о том, что по крайней мере некоторая часть стеков программного обеспечения/прошивки и протоколов была работоспособна. На той же демонстрации представители Intel заявили, что ожидают начала производства оборудования примерно в конце 2010 года. [24]
В сентябре 2010 года на Intel Developer Forum 2010 были продемонстрированы некоторые ранние коммерческие прототипы от производителей. [25]
Хотя Thunderbolt изначально задумывался как оптическая технология, Intel перешла на электрические соединения, чтобы сократить расходы и обеспечить подачу до 10 Вт мощности на подключенные устройства. [26]
В 2009 году представители Intel заявили, что компания «работает над объединением оптического волокна с медным проводом, чтобы Light Peak можно было использовать для питания устройств, подключенных к ПК». [27] В 2010 году Intel заявила, что изначальное намерение состояло в том, чтобы «иметь единую технологию разъема», которая позволила бы «электрическому USB 3.0 ... и подключаться к USB 3.0 или 4.0 для питания постоянного тока». [28] Light Peak стремилась добиться больших успехов в потребительской оптической технологии, к тому времени достигнув «[разъемов], рассчитанных на 7000 подключений, что соответствует или превосходит другие соединения ПК... кабели [которые были завязаны] в несколько узлов, чтобы убедиться, что они не сломаются, а потери приемлемы», и «Вы можете заставить двух человек тянуть за них одновременно, и это не повредит волокно». Они предсказали, что «кабели Light Peak будут не дороже, чем HDMI». [29]
В январе 2011 года Дэвид Перлмуттер из Intel сообщил Computerworld , что первоначальные реализации Thunderbolt будут основаны на медных проводах. [28] «Медь получилась очень хорошей, на удивление лучше, чем мы думали», — сказал он. [30] Главным преимуществом меди является способность передавать питание. Окончательный стандарт Thunderbolt определяет 10 Вт постоянного тока на каждом порту. См. раздел сравнения ниже.
Intel и отраслевые партнеры все еще разрабатывают оптическое оборудование и кабели Thunderbolt. [31] Оптоволоконные кабели будут проходить «десятки метров», но не будут поставлять питание, по крайней мере, на начальном этапе. [12] [32] [33] Версия от Corning содержит четыре волокна VSDN (Very Short Distance Network) 80/125 мкм для передачи инфракрасного сигнала на расстояние до 190 м (600 футов). [34] Преобразование электрического сигнала в оптический встроено в сам кабель, поэтому текущий разъем MDP совместим с предыдущими версиями. В конечном итоге Intel надеется на чисто оптическую сборку приемопередатчика, встроенную в ПК. [33]
Первый такой оптический кабель Thunderbolt был представлен Sumitomo Electric Industries в январе 2013 года. [35] Он доступен длиной 10 м (30 футов), 20 м (70 футов) и 30 м (100 футов). Однако эти кабели продаются в розницу почти исключительно в Японии, и их цена в 20–30 раз выше, чем у медных кабелей Thunderbolt.
Немецкая компания DeLock также выпустила оптические кабели Thunderbolt длиной 10 м (30 футов), 20 м (70 футов) и 30 м (100 футов) в 2013 году, по цене, аналогичной кабелям Sumitomo, и продавались только в Германии. [36]
В сентябре 2013 года стекольная компания Corning Inc. выпустила первую линейку оптических кабелей Thunderbolt, доступных на западном рынке, вместе с оптическими кабелями USB 3.0, оба под торговой маркой «Optical Cables». [18] Имея диаметр в два раза меньше и массу в пять раз меньше, чем у сопоставимых медных кабелей Thunderbolt, они работают с протоколом Thunderbolt 10 Гбит/с и протоколом Thunderbolt 2 20 Гбит/с и, таким образом, могут работать со всеми устройствами Thunderbolt с автономным питанием (в отличие от медных кабелей, оптические кабели не могут обеспечивать питание). [18] Кабели увеличивают текущую максимальную длину в 30 м (100 футов), предлагаемую медью, до 60 м (200 футов).
До 2020 года на рынке не было оптических кабелей Thunderbolt 3. Однако в то время можно было использовать оптические кабели Thunderbolt 1 и 2 с адаптерами Thunderbolt 3 (USB-C) to Thunderbolt 2 от Apple на каждом конце кабеля. Это обеспечивает соединения на расстоянии до 60 м (200 футов) максимум, предлагаемом предыдущими версиями стандарта. [37]
В апреле 2019 года компания Corning продемонстрировала оптический кабель Thunderbolt 3 на выставке NAB Show 2019 в Лас-Вегасе . [38] Чуть больше года спустя, в сентябре 2020 года, компания Corning выпустила свои оптические кабели Thunderbolt 3 длиной 5 м (20 футов), 10 м (30 футов), 15 м (50 футов), 25 м (80 футов) и 50 м (160 футов). [39] Тем временем тайваньская компания Areca выпустила оптические кабели Thunderbolt 3 в апреле 2020 года длиной 10 м (30 футов), 20 м (70 футов) и 30 м (100 футов). [40]
Медные версии кабелей Thunderbolt 4 обеспечивают полную скорость 40 Гбит/с и поддерживают обратную совместимость со всеми версиями USB (до USB4), DisplayPort Alternate Mode (DP 1.4 HBR3) и Thunderbolt 3. Выпущенные в начале 2021 года, они также должны были быть доступны в трех указанных длинах: 0,2 м (0,66 фута), 0,8 м (2,6 фута) и 2 м (6,6 фута) — при этом многие компании изначально предлагали кабели длиной 0,8 м (2,6 фута).
Медные кабели Thunderbolt 4 длиной до 1,0 м (3,3 фута) являются пассивными кабелями, тогда как более длинные кабели должны включать активную схему формирования сигнала. Максимальная длина активных кабелей , доступных у большинства брендов, включая CalDigit, [41] Cable Matters, [42] и др., составляет 2 м (6,6 фута), в то время как Apple в настоящее время является единственной компанией, которая предлагает активный медный кабель длиной 3 м (9,8 фута).
Оптические кабели Thunderbolt 4 были рассчитаны на длину от ~5 м (16 футов) до 50 м (160 футов) [43] , хотя этого может и не произойти, вместо этого произойдет переход на оптические кабели Thunderbolt 5, когда-то после появления этого стандарта в конце 2024 года.
Подробную информацию о совместимости можно найти на веб-сайте Thunderbolt Technology Community. [6]
Один порт Thunderbolt 3 или более поздней версии обеспечивает передачу данных, поддержку двух дисплеев 4K 60 Гц и быструю зарядку ноутбука до 100 Вт с помощью одного кабеля. Любая док-станция Thunderbolt или USB может подключаться к компьютеру Thunderbolt 3. Устройства USB могут быть подключены к порту Thunderbolt 3 или более поздней версии. Поддерживаются устройства DisplayPort и Mini DisplayPort.
Некоторые функции могут быть доступны, если устройство Thunderbolt подключено к порту USB-C; это зависит от реализации и не гарантируется.
Thunderbolt 4 поддерживает устройства Thunderbolt 3, но не более ранние версии. Устройства Thunderbolt 1 и 2 можно использовать с большинством, но не со всеми, ПК Thunderbolt 3 с использованием адаптера.
Брук Крозерс из CNET сообщил, что ходят слухи, что обновление MacBook Pro в начале 2011 года будет включать в себя какой-то новый порт данных, и он предположил, что это будет Light Peak (Thunderbolt). [44] В то время не было никаких подробностей о физической реализации, и появились макеты, показывающие систему, похожую на более ранние демонстрации Intel, использующую комбинированный порт USB/Light Peak. [45] Незадолго до выпуска новых машин Форум разработчиков USB (USB-IF) объявил, что они не разрешат использовать такой комбинированный порт, и что USB не подлежит модификации таким образом.
Другие реализации технологии начались в 2012 году, и теперь доступны настольные платы, предлагающие такое соединение. [46]
Apple заявила в феврале 2011 года, что порт основан на Mini DisplayPort , а не на USB. По мере описания системы решение Intel проблемы подключения дисплея стало очевидным: контроллеры Thunderbolt мультиплексируют данные из существующих систем DP с данными из порта PCIe в один кабель. Старые дисплеи, использующие DP 1.1a или более ранние версии, должны располагаться в конце цепочки устройств Thunderbolt, но собственные дисплеи могут находиться в любом месте цепочки. [12] Устройства Thunderbolt могут располагаться в любом месте цепочки. В этом отношении Thunderbolt разделяет связь со старой системой ACCESS.bus , которая использовала разъем дисплея для поддержки низкоскоростной шины.
Apple заявляет, что на каждый порт Thunderbolt поддерживается до шести последовательно подключенных периферийных устройств [47] и что дисплей должен располагаться в конце цепи, если он не поддерживает последовательное подключение.
В феврале 2011 года Apple представила MacBook Pro (13 дюймов, начало 2011 года) [48] , Macbook Pro (15 дюймов, начало 2011 года) [ 49] и Macbook Pro ( 17 дюймов, начало 2011 года ) [50] с одним портом Thunderbolt. В мае 2011 года Apple представила iMac (21,5 дюйма, середина 2011 года) [51] с одним портом Thunderbolt и iMac (27 дюймов, середина 2011 года) [52] с двумя портами Thunderbolt. В июле 2011 года Apple представила Mac mini (середина 2011 г.) , [53] MacBook Air (11 дюймов, середина 2011 г.) , [54] MacBook Air (13 дюймов, середина 2011 г.) [55] и Apple Thunderbolt Display [56] с одним портом Thunderbolt для последовательного подключения или других устройств.
В мае 2011 года Apple анонсировала новую линейку iMac , включающую интерфейс Thunderbolt. [57]
Порт Thunderbolt на новых компьютерах Mac находится в том же месте относительно других портов и сохраняет те же физические размеры и распиновку, что и предыдущий разъем MDP. Главное видимое отличие на компьютерах Mac, оснащенных Thunderbolt , — это символ Thunderbolt рядом с портом. [11]
Стандарт DisplayPort частично совместим с Thunderbolt, поскольку оба устройства используют физически совместимый разъем MDP от Apple. Режим Target Display на iMac требует наличия кабеля Thunderbolt для приема видеосигнала с другого компьютера с поддержкой Thunderbolt. [58] Монитор DP должен быть последним (или единственным) устройством в цепочке устройств Thunderbolt.
Intel объявила, что выпустит комплект разработчика во втором квартале 2011 года, [59] в то время как производители оборудования для разработки оборудования заявили, что добавят поддержку для тестирования и разработки устройств Thunderbolt. [60] Комплект разработчика предоставляется только по запросу. [61]
В июле 2011 года компания Sony выпустила линейку ноутбуков Vaio Z21 с док-станцией «Power Media Dock», которая использует оптический Thunderbolt (Light Peak) для подключения к внешней видеокарте с помощью комбинированного порта, который электрически похож на USB, но также включает оптическое соединение, необходимое для Thunderbolt.
Thunderbolt 1 работал на скорости 10 Гбит/с, что было быстрее, чем USB в то время. [62]
В июне 2013 года Intel объявила, что следующая версия Thunderbolt, основанная на контроллере с кодовым названием «Falcon Ridge» (работающий на скорости 20 Гбит/с), официально называется «Thunderbolt 2» и поступит в производство в 2013 году. [63] Скорость передачи данных 20 Гбит/с стала возможной благодаря объединению двух существующих каналов по 10 Гбит/с, что не изменяет максимальную пропускную способность, но делает ее использование более гибким.
В июне 2013 года Apple анонсировала Mac Pro (конец 2013 года) [64] с шестью портами Thunderbolt 2. В октябре 2013 года Apple анонсировала MacBook Pro (Retina, 13 дюймов, конец 2013 года) [ 65] и MacBook Pro (Retina, 15 дюймов, конец 2013 года) [66] с двумя портами Thunderbolt 2. В октябре 2014 года Apple анонсировала Mac mini (конец 2014 года) [ 67] и iMac (Retina 5K, 27 дюймов, конец 2014 года) [68] с двумя портами Thunderbolt 2. В марте 2015 года Apple анонсировала MacBook Air (11 дюймов, начало 2015 года) [ 69] и MacBook Air (13 дюймов, начало 2015 года) [70] с одним портом Thunderbolt 2.
На физическом уровне пропускная способность Thunderbolt 1 и Thunderbolt 2 идентична, и поэтому кабели Thunderbolt 1 совместимы с интерфейсами Thunderbolt 2. На логическом уровне Thunderbolt 2 обеспечивает агрегацию каналов, благодаря чему два ранее отдельных канала 10 Гбит/с могут быть объединены в один логический канал 20 Гбит/с. [71]
Intel утверждает, что Thunderbolt 2 сможет передавать видео 4K , одновременно отображая его на отдельном мониторе. [72]
Thunderbolt 2 включает поддержку DisplayPort 1.2 , что позволяет транслировать видео на один видеомонитор 4K или два монитора QHD. Thunderbolt 2 имеет обратную совместимость, что означает, что все кабели и разъемы Thunderbolt совместимы с Thunderbolt 1.
Первым продуктом Thunderbolt 2 для потребительского рынка стала материнская плата Asus Z87-Deluxe/Quad, анонсированная 19 августа 2013 года, [73] а первой системой, выпущенной с Thunderbolt 2, стал Retina MacBook Pro от Apple, выпущенный в конце 2013 года, 22 октября 2013 года. [74]
Thunderbolt 3 — это аппаратный интерфейс, разработанный Intel. [75] Он использует те же разъемы USB-C , что и USB, поддерживает USB 3.1 Gen 2 , [76] [77] [78] и может потребовать специальных «активных» кабелей для максимальной производительности при длине кабеля более 0,5 метра (1,5 фута). По сравнению с Thunderbolt 2 он удваивает пропускную способность до 40 Гбит/с (5 ГБ/с). Он допускает до 4 полос PCI Express 3.0 (32,4 Гбит/с) для передачи данных общего назначения и 4 полосы DisplayPort 1.4 HBR3 (32,40 Гбит/с до удаления кодировки 8/10 и 25,92 Гбит/с после) для видео, [79] но максимальная объединенная скорость передачи данных не может превышать 40 Гбит/с; видеоданные будут использовать всю необходимую скорость, ограничивая данные PCIe. Поддержка DP 1.2 является обязательной, а DP 1.4 — необязательной. Другие накладные расходы возможны для данных PCIe (1,5% от 128b/130b также удаляется) и протокола Thunderbolt 3 (вы либо оптимизируете скорость, либо задержку), последний дает только 21,6 Гбит/с - 25 Гбит/с. [80] После этого Thunderbolt 3 использует кодирование 64b/66b, что означает, что реальная скорость больше 40 Гбит/с, в 2 раза больше 20,625 Гбит/с.
Контроллер Thunderbolt 3 от Intel (кодовое название Alpine Ridge или новый Titan Ridge ) вдвое снижает энергопотребление и одновременно управляет двумя внешними дисплеями 4K с частотой 60 Гц (или одним внешним дисплеем 4K с частотой 120 Гц или дисплеем 5K с частотой 60 Гц при использовании реализации Apple для MacBook Pro конца 2016 года) вместо одного дисплея, который могли управлять предыдущие контроллеры. Новый контроллер поддерживает PCIe 3.0 и другие протоколы, включая DisplayPort 1.2 (что позволяет использовать разрешения 4K при 60 Гц). [81] Thunderbolt 3 обеспечивает подачу питания мощностью до 15 Вт по медным кабелям и не имеет возможности подачи питания по оптическим кабелям. Используя USB-C на медных кабелях, он может включать подачу питания USB , позволяя портам подавать или потреблять до 100 Вт мощности. Это устраняет необходимость в отдельном блоке питания от некоторых устройств. Thunderbolt 3 обеспечивает обратную совместимость с первыми двумя версиями с помощью адаптеров или переходных кабелей. [82] [83] [84]
Intel предлагает три варианта для каждого из контроллеров: [85]
Это соответствует предыдущей практике, когда устройства более высокого класса, такие как Mac Pro второго поколения, iMac, Retina MacBook Pro и Mac Mini , используют двухпортовые контроллеры, тогда как устройства более низкого класса с низким энергопотреблением, такие как MacBook Air, используют версию с одним портом.
Поддержка была добавлена в чипсеты архитектуры Skylake от Intel , поставляемые с конца 2015 года по начало 2016 года. [82] [83] [84]
Устройства с портами Thunderbolt 3 начали поставляться в начале декабря 2015 года, включая ноутбуки под управлением Microsoft Windows (от Acer , Asus , Clevo , HP , Dell , Dell Alienware , Lenovo , MSI , Razer и Sony ), а также материнские платы (от Gigabyte Technology ) и пассивный кабель Thunderbolt 3 USB-C длиной 0,5 м (от Lintes Technology). [86]
В октябре 2016 года Apple анонсировала MacBook Pro (13 дюймов, 2016 г., 2 порта Thunderbolt 3) [87] , который, как следует из названия, оснащен двумя портами Thunderbolt 3, MacBook Pro (13 дюймов, 2016 г., 4 порта Thunderbolt 3) [ 88] и MacBook Pro (15 дюймов, 2016 г.) [89] , который оснащен четырьмя портами Thunderbolt 3. В июне 2017 года Apple анонсировала iMac (21,5 дюйма, 2017 г.) [ 90] iMac (Retina 4K, 21,5 дюйма, 2017 г.) [ 91] iMac (Retina 5K, 27 дюймов, 2017 г.) [92] с двумя портами Thunderbolt 3, а также iMac Pro [93] с четырьмя портами Thunderbolt 3 , выпущенный в декабре 2017 года. В октябре 2018 года Apple анонсировала MacBook Air (Retina, 13 дюймов, 2018 г.) [94] с двумя портами Thunderbolt 3 и Mac mini (2018 г.) [95] с четырьмя портами Thunderbolt 3. В июне 2019 года Apple представила Mac Pro (2019) [96] и Mac Pro (Rack, 2019) [97], оснащенные двенадцатью портами Thunderbolt 3, а также Pro Display XDR [98] , оснащенный одним портом Thunderbolt 3, оба выпущены в декабре 2019 года. В марте 2022 года Apple выпустила Studio Display [99], оснащенный одним портом Thunderbolt 3.
8 января 2018 года Intel анонсировала обновление продукта (под кодовым названием Titan Ridge) с «улучшенной надежностью» и поддержкой DisplayPort 1.4. Intel предлагает однопортовую (JHL7340) и двухпортовую (JHL7540) версии этого хост-контроллера и периферийный контроллер с поддержкой двух портов Thunderbolt 3 (JHL7440). Новый периферийный контроллер теперь может выступать в качестве USB-приемника (совместимого с обычными портами USB-C). [100]
Apple Pro Display XDR, который macOS позволяет подключать с помощью двух соединений HBR3 к Mac, не поддерживает Display Stream Compression (DSC). Это было бы 51,84 Гбит/с, невозможно для Thunderbolt 3, но это работает, потому что два сигнала 3008×3384 10bpc 60 Гц 648,91 МГц дисплея XDR требуют всего 38,9 Гбит/с, а Thunderbolt не передает символы заполнения DisplayPort, используемые для заполнения полосы пропускания HBR3.
Спецификация USB4 была выпущена 29 августа 2019 года форумом USB Implementers Forum [ 101] на основе спецификации протокола Thunderbolt 3. [102]
Он поддерживает пропускную способность 40 Гбит/с (5 ГБ/с), опционально совместим с Thunderbolt 3 и обратно совместим с USB 3.2 и USB 2.0. [103] [104] Архитектура определяет метод динамического совместного использования одного высокоскоростного соединения с несколькими типами конечных устройств, который наилучшим образом подходит для передачи данных по типу и приложению.
USB4 поддерживает DisplayPort 2.0 в альтернативном режиме. [105] [106]
DisplayPort 2.0 может поддерживать разрешение выше 8K при 60 Гц без потерь благодаря новым стандартам сигнализации UHBR 10, 13.5 и 20 (DSC 1.2, используемый в DisplayPort 1.4 для этого разрешения, не является без потерь) в 8 бит и 8K 60 Гц с 10-битным цветом и использовать до 80 Гбит/с (эффективная полоса пропускания 77,37 Гбит/с), что вдвое больше, чем доступно для данных USB, поскольку (как и ранее в DisplayPort 1.4) он отправляет почти все данные в одном направлении (на монитор) и, таким образом, может использовать все четыре полосы данных одновременно. [107] Возможны разрешения до 16K (15360×8640) 60 Гц с 10-битным Y'CbCr 4:4:4 или RGB. [108]
В ноябре 2020 года Apple анонсировала MacBook Air (M1, 2020) [109] , MacBook Pro (13 дюймов, M1, 2020) [ 110] и Mac mini (M1, 2020) [111] с портами USB4. В апреле 2021 года Apple анонсировала iMac (24 дюйма, M1, 2021) [ 112] В апреле 2021 года Apple анонсировала iPad Pro 11 дюймов (3-го поколения) [113] и iPad Pro 12,9 дюймов (5-го поколения). [114] В июне 2022 года Apple анонсировала MacBook Air (13 дюймов, M2, 2022). [115] В октябре 2022 года Apple анонсировала iPad Pro 11 дюймов (4-го поколения) [116] и iPad Pro 12,9 дюймов (6-го поколения). [117] В июне 2023 года Apple анонсировала MacBook Air (15 дюймов, M2, 2023). [118] В марте 2024 года Apple анонсировала MacBook Air (13 дюймов, M3, 2024) [119] и MacBook Air (15 дюймов, M3, 2024). [120] В мае 2024 года Apple анонсировала iPad Pro 11 дюймов (M4) [121] и iPad Pro 13 дюймов (M4). [122]
USB4 делает аспекты PCIe Thunderbolt «открытыми» — устройства PCIe USB могут выпускаться без сертификации Thunderbolt. Но, что примечательно, этим устройствам не будет разрешено использовать брендинг Thunderbolt. Однако устройства Thunderbolt 4 используют режим PCIe с дополнительной маркировкой сертификации и способствуют обратной совместимости. Это означает, что несколько конкурирующих устройств могут использовать разные бренды для выполнения одной и той же задачи. Устройства USB4 PCIe могут быть обратно совместимы с Thunderbolt 1–3, но это не обязательно. Режим USB4 PCIe не является альтернативным режимом, как альтернативный режим DisplayPort, и Microsoft требует, чтобы устройства с USB4 в настоящее время включали поддержку PCIe, чтобы быть сертифицированными WHQL/Windows ПК. [123] [124] [125] [126] [127]
Thunderbolt 4 был анонсирован на выставке CES 2020 [128] , а окончательная спецификация была выпущена в июле 2020 года. [129] Основными различиями между Thunderbolt 4 и Thunderbolt 3 являются минимальные требования к пропускной способности 32 Гбит/с для соединения PCIe, поддержка двух дисплеев 4K (DisplayPort 1.4) [130] [131] и защита прямого доступа к памяти на основе Intel VT-d для предотвращения физических атак DMA .
Еще одним важным улучшением является то, что Thunderbolt 4 поддерживает USB-концентраторы Thunderbolt Alternate Mode («многопортовая архитектура аксессуаров»), а не только последовательное подключение . [3] [4] Эти концентраторы обратно совместимы с устройствами Thunderbolt 3 и могут быть обратно совместимы с хостами Thunderbolt 3 (только Titan Ridge; в Alpine Ridge дополнительные нисходящие порты понижаются до USB 3). [132] [133]
Максимальная пропускная способность остается на уровне 40 Гбит/с, как у Thunderbolt 3 и в четыре раза быстрее, чем у USB 3.2 Gen 2x1. [134] [129] Поддерживаемые продукты начали поступать в конце 2020 года и включали мобильные процессоры Tiger Lake для ноутбуков Intel Evo и автономные контроллеры Thunderbolt серии 8000 (кодовое название Goshen Ridge для устройств и Maple Ridge для хостов).
17 ноября 2020 года Apple представила M1 Mac Mini с 2 портами Thunderbolt 4. (Обновление M2 в 2023 году включало 4 порта) В октябре 2021 года Apple анонсировала 14-дюймовый MacBook Pro [135] и 16-дюймовый MacBook Pro [136] , каждый из которых имел по три порта Thunderbolt 4. В марте 2022 года Apple анонсировала Mac Studio [137] с шестью портами Thunderbolt 4.
12 сентября 2023 года Intel анонсировала Thunderbolt 5 (кодовое название Barlow Ridge), соответствующий спецификации USB4 2.0 Форума разработчиков USB (USB-IF). Он обеспечивает симметричную пропускную способность 80 Гбит/с, например, для устройств массового хранения данных, что вдвое больше, чем у Thunderbolt 4, и однонаправленную пропускную способность 120 Гбит/с для дисплеев (в три раза больше, чем у Thunderbolt 3 и 4), поддерживая два дисплея 8K на частоте 60 Гц. Минимальная требуемая пропускная способность осталась неизменной по сравнению с Thunderbolt 4: 32 Гбит/с для соединения PCIe.
Полные технические характеристики включают:
Intel объявила, что компьютеры и аксессуары, совместимые с Thunderbolt 5, выйдут в продажу в 2024 году. [138]
24 мая 2017 года Intel объявила, что Thunderbolt 3 станет стандартом без уплаты роялти для OEM-производителей и производителей микросхем в 2018 году в рамках усилий по ускорению принятия протокола. [139] Спецификация Thunderbolt 3 была позднее опубликована в USB-IF 4 марта 2019 года, что сделало ее без уплаты роялти для использования в формировании USB4 . [102] [140] [141] Intel заявляет, что сохранит контроль над сертификацией всех устройств Thunderbolt 3. [142] Intel также заявляет, что использует «обязательную сертификацию для всех продуктов Thunderbolt». [143]
До марта 2019 года не было выпущено или анонсировано ни одного чипсета AMD или компьютера с поддержкой Thunderbolt из-за требований сертификации (Intel не сертифицировала платформы не-Intel). Однако YouTuber Wendell Wilson из Level1Techs смог получить поддержку Thunderbolt 3 на компьютере AMD с процессором Threadripper и рабочей картой расширения Titan Ridge, изменив прошивку, что указывает на то, что отсутствие поддержки Thunderbolt на системах не-Intel не связано с какими-либо аппаратными ограничениями. [144] [145] По состоянию на май 2019 года поддержка Thunderbolt 3 на AMD возможна с использованием карт расширения без каких-либо проблем, [146] а материнские платы, такие как ASRock X570 Creator, уже имеют порты Thunderbolt 3. [147]
В январе 2020 года Intel сертифицировала [148] ASRock X570 Phantom Gaming ITX/TB3, и теперь поставщикам разрешено свободно производить кремниевый контроллер Thunderbolt (даже несмотря на то, что эти материнские платы ASRock использовали Intel Titan Ridge). [149]
Asus в настоящее время поддерживает Thunderbolt 3 на AMD с дополнительной картой Thunderboltex 3-TR, совместимой с материнскими платами AMD и Ryzen 3, 5 (56xx): ROG Strix B550-E Gaming, ROG Strix B550-F Gaming, Prime B550-PLUS, TUF Gaming B550-Plus. [150] ASUS ProArt B550-Creator имеет 2 порта Thunderbolt 4. [151]
У GIGABYTE также есть пара сертифицированных материнских плат, B550 VISION DP и B550 VISION D, [152] [153] с контроллером Intel Thunderbolt 3.
Первые периферийные устройства Thunderbolt появились в розничных магазинах только в конце 2011 года, после того как Apple выпустила свой первый компьютер с Thunderbolt в начале 2011 года с MacBook Pro , с относительно дорогими RAID- корпусами Pegasus R4 (4 диска) и Pegasus R6 (6 дисков) от Promise Technology, нацеленными на полупрофессиональный и профессиональный рынок, изначально предлагавшими до 12 ТБ хранилища, позже увеличенными до 18 ТБ. Продажи этих устройств пострадали из-за наводнений 2011 года в Таиланде (где производится большая часть мировых поставок жестких дисков), что привело к сокращению мирового производства жестких дисков и последующему росту затрат на хранение, поэтому розничная цена этих устройств Promise выросла в ответ, способствуя более медленному распространению устройств.
Другим производителям хранилищ также потребовалось некоторое время, чтобы выпустить продукты: большинство из них были устройствами меньшего размера, нацеленными на профессиональный рынок, и фокусировались на скорости, а не на большой емкости. Многие устройства хранения были размером менее 1 ТБ , некоторые из них имели SSD для более быстрого доступа к внешним данным вместо стандартных жестких дисков.
Другие компании предложили интерфейсные продукты, которые могут маршрутизировать несколько старых, обычно более медленных, соединений через один порт Thunderbolt. В июле 2011 года Apple выпустила свой Apple Thunderbolt Display , чей гигабитный Ethernet и другие старые типы разъемов сделали его первым концентратором такого типа. Позже такие компании, как Belkin , CalDigit, Other World Computing , Matrox , StarTech и Elgato , выпустили док-станции Thunderbolt.
По состоянию на конец 2012 года появилось несколько других устройств хранения, предлагающих двузначную емкость ТБ . Исключениями стали дорогостоящие профессиональные устройства Sonnet Technologies и 4- и 5-дисковые корпуса Drobo , причем последние оснащены собственной фирменной системой обработки данных BeyondRAID .
Обратная совместимость с компьютерами, не оснащенными Thunderbolt, была проблемой, поскольку большинство устройств хранения данных имели только два порта Thunderbolt для последовательного подключения до шести устройств от каждого из них. В середине 2012 года LaCie , Drobo и другие производители устройств начали заменять один из двух портов Thunderbolt на соединение USB 3.0 на некоторых своих продуктах нижнего и среднего ценового диапазона. В более поздних моделях USB 3.0 был добавлен в дополнение к двум портам Thunderbolt, включая порты LaCie в их линейке 2big .
Компания Apple выпустила свой первый компьютер с поддержкой Thunderbolt в начале 2011 года — MacBook Pro — и продолжила немедленно обновлять свои устройства новыми поколениями Thunderbolt, как только они стали доступны.
Список устройств Apple с портами Thunderbolt включает: [154]
Retina MacBook Pro конца 2013 года стал первым продуктом с портами Thunderbolt 2, после чего производители начали обновлять свои модельные предложения на те, которые оснащены более новым, более быстрым соединением 20 Гбит/с в течение 2014 года. [155] Опять же, среди первых была Promise Technology, которая выпустила обновленные версии Pegasus 2 своих моделей R4 и R6 вместе с еще большим RAID- блоком R8 (8 дисков) , предлагающим до 32 ТБ хранилища. Позже другие бренды аналогичным образом представили модели высокой емкости с новым типом соединения, включая SanDisk Professional (с их моделями G-RAID Studio, предлагающими до 24 ТБ) и LaCie (с их 5big и стоечными моделями 8big , предлагающими до 48 ТБ). LaCie также предлагает обновленные разработанные версии своих основных потребительских моделей 2big , до 12 ТБ, с использованием новых жестких дисков на 6 ТБ.
Список устройств Apple с портами Thunderbolt 2 включает: [154]
Thunderbolt 3 был представлен в конце 2015 года несколькими производителями материнских плат и OEM- производителями ноутбуков, включившими Thunderbolt 3 в свои продукты. Gigabyte и MSI , крупные производители компьютерных компонентов, впервые вышли на рынок с совместимыми с Thunderbolt 3 компонентами. [156] [157]
Компания Dell первой включила порты Thunderbolt 3 в ноутбуки серии XPS и линейки Dell Alienware . [158]
Apple впервые добавила Thunderbolt 3 на Mac в 2016 году.
Хотя изначально Thunderbolt имел слабую аппаратную поддержку за пределами устройств Apple и был отнесен к нишевым портам для гаджетов, принятие Thunderbolt 3, использующего стандарт разъема USB-C, означало более широкое признание на рынке, особенно с учетом того, что позднее он стал частью стандарта USB4.
Список устройств Apple с портами Thunderbolt 3 включает: [154]
Список устройств Apple с портами Thunderbolt 3/USB4 включает: [154]
Apple начала оснащать некоторые свои устройства Thunderbolt 4, начиная с MacBook Pro в 2021 году.
Список устройств Apple с портами Thunderbolt 4 включает: [154]
Thunderbolt 3 — как и многие высокоскоростные шины расширения, включая PCI Express , PC Card , ExpressCard , FireWire , PCI и PCI-X — потенциально уязвим для атаки с прямым доступом к памяти (DMA) . Если пользователи расширяют шину PCI Express (наиболее распространенную высокоскоростную шину расширения в системах по состоянию на 2018 год ) с помощью Thunderbolt, это обеспечивает очень низкоуровневый доступ к компьютеру. Злоумышленник может физически подключить вредоносное устройство, которое через свой прямой и беспрепятственный доступ к системной памяти и другим устройствам сможет обойти почти все меры безопасности операционной системы, что позволит злоумышленнику читать и записывать системную память, потенциально раскрывая ключи шифрования или устанавливая вредоносное ПО . [159] Такие атаки были продемонстрированы, модифицируя недорогое товарное оборудование Thunderbolt. [160] [161] Виртуализация IOMMU , если она присутствует и настроена BIOS и операционной системой, может закрыть уязвимость компьютера к атакам DMA, [160] но только если IOMMU может заблокировать доступ вредоносного устройства к DMA. По состоянию на 2019 год основные поставщики ОС не принимали во внимание множество способов, с помощью которых вредоносное устройство может воспользоваться сложным взаимодействием между несколькими эмулируемыми периферийными устройствами, выявляя тонкие ошибки и уязвимости. [162] Некоторые реализации материнских плат и UEFI предлагают защиту Kernel DMA. Защита прямого доступа к памяти (DMA) на основе Intel VT-d является обязательным требованием для сертификации хоста Thunderbolt 4. [163][обновлять]
Эта уязвимость отсутствует, когда Thunderbolt используется в качестве системного соединения ( IPoTB поддерживается в OS X Mavericks ), поскольку реализация IP выполняется на базовой структуре коммутации пакетов Thunderbolt с низкой задержкой, а протокол PCI Express отсутствует на кабеле. Это означает, что если сеть IPoTB используется между группой компьютеров, то угрозы такой атаки DMA между ними нет. [159] [160] [164] [165]
Когда система с Thunderbolt загружается, она загружает и выполняет Option ROM с подключенных устройств. Вредоносный Option ROM может позволить вредоносному ПО выполниться до запуска операционной системы. Затем он может вторгнуться в ядро, зарегистрировать нажатия клавиш или украсть ключи шифрования. [166] Простота подключения устройств Thunderbolt к портативным компьютерам делает их идеальными для атак Evil-maid . [167]
Некоторые системы загружают дополнительные ПЗУ во время обновления прошивки, что позволяет вредоносному ПО в дополнительном ПЗУ устройства Thunderbolt потенциально перезаписывать флэш-ПЗУ SPI, содержащее загрузочную прошивку системы. [168] [169] В феврале 2015 года Apple выпустила обновление безопасности для Mac OS X, чтобы устранить уязвимость загрузки дополнительных ПЗУ во время обновления прошивки, хотя система по-прежнему уязвима для атак с использованием дополнительных ПЗУ во время обычной загрузки. [170]
Меры безопасности загрузки, реализованные на уровне прошивки, такие как UEFI Secure Boot (которая определяет принудительное применение подписей или разрешенных списков хэшей дополнительных ПЗУ), призваны смягчить этот тип атак.
В мае 2020 года в протоколе Thunderbolt было обнаружено семь основных уязвимостей безопасности, которые в совокупности называются Thunderspy . Они позволяют злоумышленнику получить доступ ко всем данным, хранящимся на компьютере, даже если устройство заблокировано, защищено паролем и имеет зашифрованный жесткий диск. Эти уязвимости затрагивают все порты Thunderbolt 1, 2 и 3. [161] Для атаки требуется, чтобы компьютер находился в спящем режиме и имел контроллер Thunderbolt с записываемым чипом Fireware. Хорошо обученный злоумышленник с физическим доступом к компьютеру (« злая горничная ») может выполнить требуемые действия за 5 минут. С помощью вредоносной прошивки злоумышленник может скрытно отключить безопасность Thunderbolt, клонировать идентификаторы устройств и приступить к использованию DMA для извлечения данных. [171] Уязвимости Thunderspy можно в значительной степени смягчить с помощью защиты Kernel DMA, а также традиционных аппаратных функций защиты от вторжений. [172] [173]
В июне 2011 года Apple представила первый кабель Thunderbolt длиной 2 м (6,6 фута).10 Гбит/с , полный дуплекс , активный кабель стоимостью 49 долларов США. [174]
В июне 2012 года Apple начала продавать адаптер Thunderbolt- Gigabit Ethernet по цене 29 долларов США . [175] В третьем квартале 2012 года другие производители начали поставлять кабели Thunderbolt, включая кабели длиной до 3 метров (9,8 фута), в то время как некоторые производители корпусов для хранения данных начали включать кабели Thunderbolt в комплект своих устройств, вместо того чтобы заставлять клиентов покупать их отдельно, как это было стандартной практикой.
В январе 2013 года Apple снизила цену на кабель длиной 2 м (6,6 фута) до 39 долларов США и добавила полуметровый кабель за 29 долларов США . [176]
В представлении Thunderbolt 3 компания Intel объявила, что пассивные кабели USB-C будут подключать устройства Thunderbolt на скоростях, превышающих USB 3.1 (хотя и ниже, чем активные кабели Thunderbolt), тем самым устраняя барьер для внедрения, связанный с затратами на активные кабели Thunderbolt. [177]
В середине 2016 года появились медные кабели Thunderbolt 3 длиной до 2 м (6,6 фута). Однако40 Гбит/с по меди требовали либо активных кабелей, либо коротких (первоначально 0,5 м (1,6 фута), позже 0,8 м (3 фута)) пассивных кабелей. Пассивные медные кабели, превышающие 0,8 м (3 фута), ограничены20 Гбит/с . Несмотря на это ограничение, пассивные кабели обеспечивают USB 3 (20 Гбит/с ) обратная совместимость, тогда как активные кабели поддерживают только USB 2.0 (480 Мбит/с ). В апреле 2020 года дебютировали оптические кабели Thunderbolt 3 (см. Медь против оптики).
Медные версии кабелей Thunderbolt 4 предлагают полныйСкорость 40 Гбит/с и обратная совместимость со всеми версиями USB (до USB4), DisplayPort Alternate Mode (DP 1.4 HBR3) и Thunderbolt 3. Выпущенные в начале 2021 года, они также будут доступны в трех указанных длинах: 0,2 м (0,66 фута), 0,8 м (2,6 фута) и 2 м (6,6 фута) — при этом многие компании изначально предлагают длину 0,8 м (2,6 фута). Медные кабели Thunderbolt 4 длиной до 1 м (3,3 фута) являются пассивными кабелями, в то время как более длинные кабели должны включать активную схему формирования сигнала. Интересно, что Apple в настоящее время является единственной компанией, которая предлагает медный кабель длиной 3 м (9,8 фута), в то время как у других компаний максимальная длина медных кабелей составляет 2 м (6,6 фута). Оптические кабели Thunderbolt 4 были рассчитаны на длину от ~5 м (16 футов) до 50 м (160 футов) [43] , хотя этого может и не произойти, вместо этого произойдет переход на оптические кабели Thunderbolt 5, когда-то после появления этого стандарта в конце 2024 года.
