Thunderbolt — торговая марка аппаратного интерфейса для подключения внешних периферийных устройств к компьютеру . Он был разработан Intel совместно с Apple . [7] [8] Первоначально он продавался под названием Light Peak и впервые был 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 постоянным током по одному кабелю. Один разъем может поддерживать до шести периферийных устройств в различных топологиях . 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 последовательное подключение ; многие из них, если хост имеет источники DP, могут быть мониторами Thunderbolt . [11]
Один монитор Mini DisplayPort или другое устройство любого типа можно подключить напрямую или в самом конце цепочки. Thunderbolt совместим с устройствами, совместимыми с DP-1.1a. При подключении к DP-совместимому устройству порт Thunderbolt может обеспечивать 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 каждую полосу становится 10 Гбит/с, а четыре линии Thunderbolt настраиваются как две дуплексные линии, каждая из которых со скоростью 10 Гбит/с включает одну входную и одну выходную полосу. [2]
Thunderbolt может быть реализован на видеокартах PCIe , которые имеют доступ к данным DisplayPort и возможности подключения PCIe, или на материнской плате компьютеров со встроенным видео , таких как MacBook Air . [11] [12] [13]
Первоначально интерфейс предназначался 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 продавался под названием Light Peak [14] , а после 2011 года — как Silicon Photonics Link. [15] Однако было обнаружено, что обычная медная проводка может обеспечить желаемую скорость 10 Гбит/с на канал при меньших затратах.
Эта медная версия концепции Light Peak была разработана совместно Apple и Intel . Apple зарегистрировала Thunderbolt в качестве товарного знака , но позже передала этот знак Intel, которая обладала преимущественными правами интеллектуальной собственности. [16] Thunderbolt был коммерчески представлен на MacBook Pro от Apple в 2011 году и использовал тот же разъем, разработанный Apple, что и Mini DisplayPort . Некоторые модели MacBook Air, MacBook Pro, Mac mini и iMac переводят протокол Thunderbolt 4 на Thunderbolt 3 из-за отсутствия поддержки двух дисплеев 4K через Thunderbolt. [ нужна 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) в 2009 году, используя прототип материнской платы Mac Pro для передачи двух видеопотоков 1080p, а также локальной сети и устройств хранения данных по одному 30-метровому оптическому кабелю с модифицированными разъемами USB . [19] Система управлялась прототипом карты PCI Express с двумя оптическими шинами, питающими четыре порта. [20] Джейсон Зиллер, руководитель отдела программ оптического ввода-вывода Intel, продемонстрировал внутренние компоненты технологии под микроскопом и отправку данных через осциллограф. [21] Технология была описана как имеющая начальную скорость 10 Гбит/с по пластиковым оптическим кабелям и обещающую конечную скорость 100 Гбит/с. [22] На выставке Intel заявила, что системы, оснащенные 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 компания Intel продемонстрировала ноутбук с разъемом Light Peak, что указывало на то, что технология достаточно компактна, чтобы поместиться внутри такого устройства, и заставила ноутбук отправлять два одновременных видеопотока HD по соединению, что указывает на то, что по крайней мере некоторая часть стеков программного обеспечения/прошивки и протоколов была работоспособной. На той же демонстрации представители Intel заявили, что ожидают, что производство оборудования начнется примерно в конце 2010 года. [24]
В сентябре 2010 года некоторые ранние коммерческие прототипы производителей были продемонстрированы на Intel Developer Forum 2010. [25]
Хотя Thunderbolt изначально задумывался как оптическая технология, Intel перешла на электрические соединения, чтобы снизить затраты и обеспечить мощность до 10 Вт для подключенных устройств. [26]
В 2009 году представители Intel заявили, что компания «работает над объединением оптического волокна в медный провод, чтобы Light Peak можно было использовать для питания устройств, подключенных к ПК». [27] В 2010 году Intel заявила, что первоначальным намерением было «иметь единую технологию разъема», которая позволила бы «электрический USB 3.0 ... и совмещать питание постоянного тока с USB 3.0 или 4.0». [28] Компания Light Peak стремилась добиться больших успехов в области оптических технологий, готовых к использованию потребителем, к тому времени добившись «[разъемов с номиналом] на 7000 вставок, что соответствует или превосходит другие подключения к ПК... кабели, [которые были завязаны] в несколько узлов для убедитесь, что оно не сломалось и потери приемлемы» и «Вы почти можете заставить двух человек тянуть за него одновременно, и это не повредит волокно». Они предсказывали, что «кабели Light Peak будут не дороже 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] Основным преимуществом меди является способность проводить электроэнергию. Окончательный стандарт Thunderbolt предусматривает мощность постоянного тока 10 Вт на каждый порт. См. раздел сравнения ниже.
Intel и отраслевые партнеры все еще разрабатывают оптическое оборудование и кабели Thunderbolt. [31] Волоконно -оптические кабели пройдут на «десятки метров», но не будут подавать электроэнергию, по крайней мере, на начальном этапе. [12] [32] [33] Версия от Corning содержит четыре волокна VSDN (сеть на очень короткие расстояния) 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 нынешний разъем MDP совместим с предыдущими версиями. В конце концов, Intel надеется на чисто оптический трансивер, встроенный в ПК. [33]
Первый такой оптический кабель Thunderbolt был представлен компанией 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 почти исключительно в Японии, а их цена в 20–30 раз выше, чем у медных кабелей Thunderbolt.
Немецкая компания DeLock также выпустила в 2013 году оптические кабели Thunderbolt длиной 10 м (30 футов), 20 м (70 футов) и 30 м (100 футов) по цене, аналогичной кабелям Sumitomo, и продаются в розницу только в Германии. [36]
В сентябре 2013 года стекольная компания Corning Inc. выпустила первую линейку оптических кабелей Thunderbolt, доступных на западном рынке, а также оптические кабели USB 3.0, оба под торговой маркой «Оптические кабели». [18] Они в два раза меньше диаметра и в пять раз легче сопоставимых медных кабелей Thunderbolt, 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 нынешнюю максимальную длину медных кабелей с 30 м (100 футов) до 60 м (200 футов).
До 2020 года на рынке не было оптических кабелей Thunderbolt 3. Однако в то время оптические кабели Thunderbolt 1 и 2 можно было использовать с адаптерами Apple Thunderbolt 3 (USB-C) — Thunderbolt 2 на каждом конце кабеля. Это обеспечивает максимальную длину соединений до 60 м (200 футов), предлагаемую 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 более года спустя, в сентябре 2020 года, Corning выпустила 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 в апреле 2020 года выпустила оптические кабели Thunderbolt 3 длиной 10 м (30 футов), 20 м (70 футов) и 30 м (100 футов). [40]
В начале 2021 года от многих компаний поступили медные кабели Thunderbolt 4 длиной 0,8 м (2,6 фута). Медные версии кабелей Thunderbolt 4 обеспечивают полную скорость 40 Гбит/с и поддерживают обратную совместимость со всеми версиями USB (вплоть до USB4), альтернативного режима DisplayPort (DP 1.4 HBR3) и Thunderbolt 3. Все они выпущены в начале 2021 года. 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 первоначально предлагают модели длиной 0,8 м (2,6 фута). Медные кабели Thunderbolt 4 длиной до 1,0 м (3,3 фута) являются пассивными кабелями, а более длинные кабели должны иметь схему активного формирования сигнала. Кабели длиной 2 м (6,6 футов) от CalDigit [41] и Cable Matters [42] являются активными кабелями . Позже оптические кабели Thunderbolt 4 будут иметь длину от ~ 5 м (20 футов) до 50 м (160 футов) и будут выпущены когда-нибудь в будущем. [43]
Подробную информацию о совместимости можно получить на веб-сайте сообщества Thunderbolt Technology. [6]
Один порт Thunderbolt 3 или более поздней версии обеспечивает передачу данных, поддержку двух дисплеев 4K с частотой 60 Гц и быструю зарядку ноутбука мощностью до 100 Вт с помощью одного кабеля. Любую док-станцию Thunderbolt или USB можно подключить к компьютеру Thunderbolt 3. USB-устройства можно подключать 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 компьютерами Thunderbolt 3 с помощью адаптера.
Брук Кротерс из CNET сообщил, что, по слухам, 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, демонстрирующие систему, аналогичную более ранним демонстрациям Intel, использующую комбинированный порт USB/Light Peak. [45] Незадолго до выпуска новых машин Форум разработчиков USB (USB-IF) объявил, что они не допускают использования такого комбинированного порта, и что USB не подлежит модификации таким образом.
Другие реализации этой технологии начались в 2012 году, когда теперь доступны платы для настольных ПК, предлагающие такое соединение. [46]
В феврале 2011 года Apple заявила, что порт основан на Mini DisplayPort , а не на USB. По мере описания системы решение Intel проблемы подключения дисплея стало ясным: контроллеры Thunderbolt мультиплексируют данные из существующих систем DP с данными из порта PCIe в один кабель. Старые дисплеи, использующие DP 1.1a или более раннюю версию, должны располагаться в конце цепочки устройств Thunderbolt, но собственные дисплеи могут находиться в любом месте этой линии. [12] Устройства Thunderbolt можно использовать в любом месте цепи. В этом отношении Thunderbolt похож на более старую систему ACCESS.bus , которая использовала разъем дисплея для поддержки низкоскоростной шины.
Apple заявляет, что на каждый порт Thunderbolt поддерживается до шести периферийных устройств, подключенных последовательно, [47] и что дисплей должен располагаться в конце цепочки, если он не поддерживает последовательное подключение.
В феврале 2011 года Apple представила MacBook Pro (13 дюймов, начало 2011 г.) , [48] Macbook Pro (15 дюймов, начало 2011 г.) , [49] и Macbook Pro ( 17 дюймов, начало 2011 г. ) [50] с одним Порт Thunderbolt. В мае 2011 года Apple представила iMac (21,5 дюйма, середина 2011 г.) [51] с одним портом Thunderbolt и iMac (27 дюймов, середина 2011 г.) [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 с интерфейсом Thunderbolt. [57]
Порт Thunderbolt на новых компьютерах Mac находится в том же месте относительно других портов и имеет те же физические размеры и распиновку, что и предыдущий разъем MDP. Основное видимое отличие компьютеров Mac с Thunderbolt — это символ Thunderbolt рядом с портом. [11]
Стандарт DisplayPort частично совместим с Thunderbolt, поскольку они используют физически совместимый разъем MDP от Apple. Для режима целевого дисплея на iMac требуется кабель Thunderbolt для приема видеосигнала от 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 указали, что добавят поддержку для тестирования и разработки устройств Thunderbolt. [60] Комплект разработчика предоставляется только по запросу. [61]
В июле 2011 года Sony выпустила линейку ноутбуков Vaio Z21 с док-станцией Power Media Dock, которая использует оптический порт Thunderbolt (Light Peak) для подключения к внешней видеокарте с помощью комбинированного порта, который электрически ведет себя как USB, но также включает в себя оптическое соединение, необходимое для Thunderbolt.
В июне 2013 года Intel объявила, что следующая версия Thunderbolt, основанная на контроллере под кодовым названием «Falcon Ridge» (работающая со скоростью 20 Гбит/с), официально называется «Thunderbolt 2» и будет запущена в производство в 2013 году . Скорость передачи данных 20 Гбит/с стала возможной за счет объединения двух существующих 10-Гбит/с-каналов, что не меняет максимальную пропускную способность, но делает ее использование более гибким.
В июне 2013 года Apple анонсировала Mac Pro (конец 2013 года) [63] с шестью портами Thunderbolt 2. В октябре 2013 года Apple анонсировала MacBook Pro (Retina, 13 дюймов, конец 2013 г.) [ 64] и MacBook Pro (Retina, 15 дюймов, конец 2013 г.) [65] с двумя портами Thunderbolt 2. В октябре 2014 года Apple анонсировала Mac mini (конец 2014 г.) [ 66] и iMac (Retina 5K, 27 дюймов, конец 2014 г.) [67] с двумя портами Thunderbolt 2. В марте 2015 года Apple анонсировала MacBook Air (11 дюймов, начало 2015 г.) [ 68] и MacBook Air (13 дюймов, начало 2015 г.) [69] с одним портом Thunderbolt 2.
На физическом уровне пропускная способность Thunderbolt 1 и Thunderbolt 2 идентична, 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. [70]
Intel заявляет, что Thunderbolt 2 сможет передавать видео 4K , одновременно отображая его на дискретном мониторе. [71]
Thunderbolt 2 включает поддержку DisplayPort 1.2 , которая позволяет передавать потоковое видео на один видеомонитор 4K или два монитора QHD. Thunderbolt 2 обратно совместим, что означает, что все кабели и разъемы Thunderbolt совместимы с Thunderbolt 1.
Первым продуктом Thunderbolt 2 для потребительского рынка стала материнская плата Z87-Deluxe/Quad от Asus , анонсированная 19 августа 2013 года [72] , а первой системой, выпущенной с Thunderbolt 2, стал Retina MacBook Pro от Apple конца 2013 года, выпущенный 22 октября 2013 года. [73]
Thunderbolt 3 — это аппаратный интерфейс, разработанный Intel. [74] Он использует те же разъемы USB-C , что и USB, поддерживает USB 3.1 Gen 2 , [75] [76] [77] и может потребовать использования 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 поддерживает до 4 линий PCI Express 3.0 (32,4 Гбит/с) для передачи данных общего назначения и 4 линии DisplayPort 1.4 HBR3 (32,40 Гбит/с до удаления кодирования 8/10 и 25,92 Гбит/с после) для видео, [78] , но максимальная комбинированная скорость передачи данных не может превышать 40 Гбит/с; видеоданные будут использовать всю необходимую скорость, ограничивая данные PCIe. Поддержка DP 1.2 обязательна, а DP 1.4 — необязательна. Другие накладные расходы возможны для данных PCIe (также удаляется 1,5% от 128b/130b) и протокола Thunderbolt 3 (вы либо оптимизируете по скорости, либо по задержке), последний дает только от 21,6 Гбит/с до 25 Гбит/с. [79] После этого Thunderbolt 3 использует кодировку 64b/66b, что означает, что реальная скорость превышает 40 Гбит/с, что в 2 раза превышает 20,625 Гбит/с.
Контроллер Intel Thunderbolt 3 (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 Apple). реализация для MacBook Pro конца 2016 года) вместо одного дисплея, который могли использовать предыдущие контроллеры. Новый контроллер поддерживает PCIe 3.0 и другие протоколы, включая DisplayPort 1.2 (обеспечивающий разрешение 4K при частоте 60 Гц). [80] Thunderbolt 3 обеспечивает подачу мощности до 15 Вт по медным кабелям и не обеспечивает передачу энергии по оптическим кабелям. Используя USB-C на медных кабелях, он может включать подачу питания через USB , позволяя портам подавать или потреблять до 100 Вт мощности. Это устраняет необходимость в отдельном источнике питания некоторых устройств. Thunderbolt 3 обеспечивает обратную совместимость с первыми двумя версиями за счет использования адаптеров или переходных кабелей. [81] [82] [83]
Intel предлагает три разновидности каждого из контроллеров: [84]
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; в то время как более дешевые устройства с меньшим энергопотреблением, такие как MacBook Air, используют однопортовую версию.
Поддержка была добавлена в наборы микросхем Intel с архитектурой Skylake , которые поступят в продажу в конце 2015 — начале 2016 года. [81] [82] [83]
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). [85]
В октябре 2016 года Apple анонсировала MacBook Pro (13 дюймов, 2016 г., 2 порта Thunderbolt 3) [86] , который, как следует из названия, имеет два порта Thunderbolt 3, MacBook Pro (13 дюймов, 2016 г., 4 порта Thunderbolt 3) , [87] и MacBook Pro (15 дюймов, 2016 г.) , [88] с четырьмя портами Thunderbolt 3. В июне 2017 года Apple анонсировала iMac (21,5 дюйма, 2017 г.) , [89] iMac (Retina 4K, 21,5 дюйма, 2017 г.) , [90] iMac (Retina 5K, 27 дюймов, 2017 г.) [91] с двумя портами Thunderbolt 3, а также iMac Pro , [92] который имел четыре порта Thunderbolt 3 и был выпущен в декабре 2017 года. В октябре 2018 года Apple анонсировала MacBook Air (Retina, 13 дюймов, 2018 г.) , [93] с двумя портами Thunderbolt 3. Порты Thunderbolt 3 и Mac mini (2018 г.) [94] с четырьмя портами Thunderbolt 3. В июне 2019 года Apple представляет Mac Pro (2019) [95] и Mac Pro (Rack, 2019) [96] с двенадцатью портами Thunderbolt 3, а также Pro Display XDR [97] с одним портом Thunderbolt 3, оба выпущены в июне 2019 года. Декабрь 2019 г. В апреле 2021 г. Apple анонсировала iPad Pro 11 дюймов (3-го поколения) [98] и iPad Pro 12,9 дюймов (5-го поколения) [99] с одним портом Thunderbolt 3. В марте 2022 года Apple выпустила Studio Display [100] с одним портом Thunderbolt 3.
8 января 2018 года Intel объявила об обновлении продукта (под кодовым названием Titan Ridge) с «повышенной надежностью» и поддержкой DisplayPort 1.4. Intel предлагает однопортовую (JHL7340) и двухпортовую (JHL7540) версию этого хост-контроллера, а также периферийный контроллер, поддерживающий два порта Thunderbolt 3 (JHL7440). Новый периферийный контроллер теперь может действовать как USB-приемник (совместимый с обычными портами USB-C). [101]
Apple Pro Display XDR, который macOS позволяет подключать к Mac с помощью двух подключений HBR3, не поддерживает сжатие потока отображения (DSC). Это будет 51,84 Гбит/с, что невозможно для Thunderbolt 3, но это работает, поскольку два сигнала 3008×3384 10 бит/канал, 60 Гц, 648,91 МГц дисплея XDR требуют всего 38,9 Гбит/с, а Thunderbolt не передает символы заполнения DisplayPort, используемые для заполнения. пропускная способность HBR3.
Спецификация USB4 была опубликована 29 августа 2019 года Форумом разработчиков USB [ 102] на основе спецификации протокола Thunderbolt 3. [103]
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. [104] [105] Архитектура определяет метод динамического совместного использования одного высокоскоростного канала несколькими типами конечных устройств, который наилучшим образом обеспечивает передачу данных по типу и приложению.
USB4 поддерживает DisplayPort 2.0 в альтернативном режиме. [106] [107]
В ноябре 2020 года Apple анонсировала MacBook Air (M1, 2020 г.) , [108] MacBook Pro (13 дюймов, M1, 2020 г.) , [109] и Mac mini (M1, 2020 г.) [110] с USB4 . В апреле 2021 года Apple анонсировала iMac (24 дюйма, M1, 2021 г.) [111] с двумя портами USB4 .
USB4 делает аспекты PCIe Thunderbolt «открытыми» — USB-устройства PCIe 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 сертификационной маркировкой и обеспечением 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, таким как альтернативный режим DisplayPort, и Microsoft требует, чтобы устройства с USB4 в настоящее время включали поддержку PCIe, чтобы быть компьютерами, сертифицированными WHQL/Windows. [112] [113] [114] [115] [116]
Thunderbolt 4 был анонсирован на выставке CES 2020 [117] , а окончательная спецификация была выпущена в июле 2020 года. [118] Ключевыми различиями между Thunderbolt 4 и Thunderbolt 3 являются минимальные требования к пропускной способности 32 Гбит/с для канала PCIe, поддержка двойного 4K. дисплеи (DisplayPort 1.4), [119] [120] и защита прямого доступа к памяти на базе 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; с Alpine Ridge уровень дополнительных нисходящих портов понижается до USB 3). [121] [122]
Максимальная пропускная способность остается на уровне 40 Гбит/с, такая же, как у Thunderbolt 3, и в четыре раза быстрее, чем у USB 3.2 Gen 2x1. [123] [118] Вспомогательные продукты начали поступать в конце 2020 года и включали мобильные процессоры Tiger Lake для ноутбуков Project Athena и автономные контроллеры Thunderbolt серии 8000 (под кодовым названием Goshen Ridge для устройств и Maple Ridge для хостов). USB4 поддерживает DisplayPort 2.0 в альтернативном режиме. DisplayPort 2.0 может поддерживать разрешение выше 8K при частоте 60 Гц без потерь благодаря новым стандартам сигнализации UHBR 10, 13.5 и 20 (DSC 1.2 используется в DisplayPort 1.4, поскольку это разрешение не 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 превышает объем, доступный для данных USB, поскольку (как и раньше в DisplayPort 1.4) он отправляет почти все данные в одном направлении (на монитор) и таким образом, можно использовать все четыре канала передачи данных одновременно. [124] Возможны разрешения до 16K (15360×8640) с частотой 60 Гц и 10-битным Y'CbCr 4:4:4 или RGB. [125]
17 ноября 2020 года Apple представила Mac Mini M1 с двумя портами Thunderbolt 4. (Обновление M2 в 2023 году включало 4 порта.) В октябре 2021 года Apple анонсировала 14-дюймовый MacBook Pro [126] и 16-дюймовый MacBook Pro [127] , каждый из которых имел по три порта Thunderbolt 4. В марте 2022 года Apple анонсировала Mac Studio [128] с шестью портами Thunderbolt 4.
12 сентября 2023 года Intel представила Thunderbolt 5 (под кодовым названием Barlow Ridge), соответствующий спецификации USB4 2.0 Форума разработчиков USB (USB-IF). Он обеспечивает симметричную пропускную способность 80 Гбит/с, например, для устройств хранения данных, что вдвое больше, чем у Thunderbolt 4, и однонаправленную полосу пропускания 120 Гбит/с для дисплеев (в три раза больше, чем у Thunderbolt 3 и 4), поддерживая два дисплея 8K с частотой 60 Гц. .
Полные технические характеристики охватывают:
Intel объявила, что компьютеры и аксессуары, совместимые с Thunderbolt 5, появятся в продаже начиная с 2024 года. [129]
24 мая 2017 года Intel объявила, что Thunderbolt 3 станет бесплатным стандартом для OEM-производителей и производителей чипов в 2018 году в рамках усилий по ускорению внедрения протокола. [130] Спецификация Thunderbolt 3 была позже выпущена для USB-IF 4 марта 2019 года, что сделало ее бесплатной для использования в формировании USB4 . [103] [131] [132] Intel заявляет, что сохранит контроль над сертификацией всех устройств Thunderbolt 3. [133] Intel также заявляет, что применяет «обязательную сертификацию для всех продуктов Thunderbolt». [134]
До марта 2019 года не было выпущено или анонсировано ни одного чипсета AMD или компьютеров с поддержкой Thunderbolt в связи с требованиями сертификации (Intel не сертифицировала платформы сторонних производителей). Однако ютубер Венделл Уилсон из Level1Techs смог получить поддержку Thunderbolt 3 на компьютере AMD с процессором Threadripper и дополнительной картой Titan Ridge, изменив прошивку, что указывает на то, что отсутствие поддержки Thunderbolt в системах сторонних производителей не является проблемой. из-за каких-либо аппаратных ограничений. [135] [136] По состоянию на май 2019 года на AMD можно без проблем обеспечить поддержку Thunderbolt 3 с использованием карт расширения, [137] а такие материнские платы, как ASRock X570 Creator, уже имеют порты Thunderbolt 3. [138]
В январе 2020 года Intel сертифицировала [139] ASRock X570 Phantom Gaming ITX/TB3, и теперь поставщикам разрешено свободно производить микросхемы контроллера Thunderbolt (хотя в этих материнских платах ASRock использовался Intel Titan Ridge). [140]
Asus в настоящее время поддерживает Thunderbolt 3 на AMD с помощью карты расширения 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. [141] ASUS ProArt B550-Creator имеет 2 порта Thunderbolt 4. [142]
Первые периферийные устройства Thunderbolt появились в розничных магазинах только в конце 2011 года, после того, как в начале 2011 года Apple выпустила свой первый компьютер с Thunderbolt — MacBook Pro , с относительно дорогими Pegasus R4 (4 диска) и Pegasus R6 (6 дисков). RAID- полки от Promise Technology, предназначенные для профессионального и профессионального рынка, первоначально предлагали емкость хранилища до 12 ТБ, позже увеличенную до 18 ТБ. Продажи этих устройств пострадали от наводнения 2011 года в Таиланде (который производит большую часть мировых поставок жестких дисков), что привело к сокращению мирового производства жестких дисков и последующему увеличению затрат на хранение, а следовательно, и к розничной цене на жесткие диски. В ответ эти устройства Promise увеличились, что способствовало более медленному освоению устройств.
Другим производителям систем хранения данных также потребовалось некоторое время для выпуска продуктов: большинство из них были устройствами меньшего размера, предназначенными для профессионального рынка и ориентированными на скорость, а не на большую емкость. Размер многих устройств хранения данных составлял менее 1 ТБ , причем некоторые из них имели твердотельные накопители для более быстрого доступа к внешним данным, а не стандартные жесткие диски.
Другие компании предлагают 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 данных с двузначной емкостью ТБ . Исключения составляют дорогостоящие профессиональные устройства Sonnet Technologies и корпуса Drobo с 4 и 5 дисками, причем последние оснащены собственной запатентованной 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. 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 бюджетного и среднего ценового сегмента. В более поздних моделях к двум портам Thunderbolt был добавлен USB 3.0 , в том числе от LaCie в их линейке 2big .
Apple выпустила свой первый компьютер с Thunderbolt в начале 2011 года ( MacBook Pro) и продолжает немедленно обновлять свои устройства новыми поколениями Thunderbolt, как только они появятся.
Список устройств Apple с портами Thunderbolt включает: [143]
MacBook Pro Retina конца 2013 года стал первым продуктом, оснащенным портами Thunderbolt 2, после чего в течение 2014 года производители начали обновлять свои модели моделями с более новым, более быстрым соединением 20 Гбит/с. [144] Опять же, одним из первых был Promise Technology, которая выпустила обновленные версии Pegasus 2 своих моделей R4 и R6 вместе с еще более крупным RAID- модулем R8 (8 дисков), предлагающим до 32 ТБ хранилища. Позже другие бренды аналогичным образом представили модели большой емкости с новым типом подключения, в том числе SanDisk Professional (с моделями G-RAID Studio емкостью до 24 ТБ) и LaCie (с моделями 5big и моделями с 8big , монтируемыми в стойку , емкостью до 48 ТБ). ). LaCie также предлагает обновленные версии своих двухбольших потребительских моделей емкостью до 12 ТБ с новыми жесткими дисками емкостью 6 ТБ.
Список устройств Apple с портами Thunderbolt 2 включает: [143]
Thunderbolt 3 был представлен в конце 2015 года несколькими производителями материнских плат и OEM- производителями ноутбуков, включая Thunderbolt 3 в своих продуктах. Gigabyte и MSI , крупные производители компьютерных компонентов, впервые вышли на рынок с компонентами, совместимыми с Thunderbolt 3. [145] [146]
Dell была первой, кто включил порты Thunderbolt 3 в ноутбуки серии XPS и линейки Dell Alienware . [147]
Apple впервые включила Thunderbolt 3 на Mac в 2016 году.
Хотя изначально Thunderbolt имел плохую аппаратную поддержку за пределами устройств Apple и был отнесен к нишевому порту для гаджетов, с появлением Thunderbolt 3, использующего стандарт разъема USB-C, это означало, что гораздо более широкий спектр оборудования стал принимать этот порт. признание стандарта рынком, особенно когда он позже стал частью стандарта USB4.
Список устройств Apple с портами Thunderbolt 3 включает: [143]
Apple начала включать Thunderbolt 4 на некоторые свои устройства, начиная с MacBook Pro в 2021 году.
Список устройств Apple с портами Thunderbolt 4 включает: [143]
Thunderbolt 3, как и многие высокоскоростные шины расширения, включая PCI Express , PC Card , ExpressCard , FireWire , PCI и PCI-X , потенциально уязвим для атаки прямого доступа 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 благодаря прямому и беспрепятственному доступу к системной памяти и другим устройствам сможет обойти почти все меры безопасности операционной системы, позволяя злоумышленнику читать и записывать системную память, потенциально подвергая риску ключи шифрования или установка вредоносного ПО . [148] Подобные атаки были продемонстрированы при модификации недорогого стандартного оборудования Thunderbolt. [149] [150] Виртуализация IOMMU , если она присутствует и настроена BIOS и операционной системой, может закрыть уязвимость компьютера к атакам DMA, [149] но только в том случае, если IOMMU может заблокировать доступ DMA вредоносного устройства. По состоянию на 2019 год основные поставщики ОС не учли множество способов, с помощью которых вредоносное устройство могло воспользоваться сложным взаимодействием между несколькими эмулируемыми периферийными устройствами, обнаруживая тонкие ошибки и уязвимости. [151] Некоторые материнские платы и реализации UEFI поддерживают защиту DMA ядра. Защита прямого доступа к памяти (DMA) на базе Intel® VT-d является обязательным требованием для сертификации хоста Thunderbolt 4. [152][обновлять]
Эта уязвимость отсутствует, когда Thunderbolt используется в качестве межсистемного соединения ( IPoTB поддерживается в OS X Mavericks ), поскольку реализация IP работает на базовой фабрике коммутации пакетов Thunderbolt с малой задержкой, а протокол PCI Express отсутствует на кабеле. . Это означает, что если между группой компьютеров используется сеть IPoTB, между ними нет угрозы такой атаки DMA. [148] [149] [153] [154]
Когда система с Thunderbolt загружается, она загружает и выполняет дополнительные ПЗУ с подключенных устройств. Вредоносное дополнительное ПЗУ может позволить вредоносному ПО выполняться до запуска операционной системы. Затем он может проникнуть в ядро, записать нажатия клавиш или украсть ключи шифрования. [155] Простота подключения устройств Thunderbolt к портативным компьютерам делает их идеальными для атак «злой горничной» . [156]
Некоторые системы загружают дополнительные ПЗУ во время обновлений встроенного ПО, что позволяет вредоносному ПО в дополнительном ПЗУ устройства Thunderbolt потенциально перезаписывать флэш-ПЗУ SPI, содержащее загрузочную прошивку системы. [157] [158] В феврале 2015 года Apple выпустила обновление безопасности для Mac OS X, чтобы устранить уязвимость загрузки дополнительных ПЗУ во время обновлений прошивки, хотя система по-прежнему уязвима для атак дополнительных ПЗУ во время обычной загрузки. [159]
Меры безопасности загрузки, обеспечиваемые встроенным программным обеспечением, такие как безопасная загрузка UEFI (которая определяет принудительное использование подписей или списков разрешенных хэшей дополнительных ПЗУ), предназначены для смягчения такого рода атак.
В мае 2020 года в протоколе Thunderbolt, получившем общее название Thunderspy , было обнаружено семь серьезных недостатков безопасности . 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. [150] Для атаки требуется, чтобы компьютер находился в спящем режиме и имел контроллер Thunderbolt с записываемым межсетевым чипом. Хорошо обученный злоумышленник, имеющий физический доступ к компьютеру (« злая дева »), может выполнить необходимые 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. [160] Уязвимости Thunderspy в значительной степени можно устранить с помощью Kernel DMA Protection, а также традиционных аппаратных функций защиты от вторжений. [161] [162]
В июне 2011 года Apple представила первый кабель Thunderbolt длиной 2 м (6,6 фута).10 Гбит/с , полнодуплексный активный кабель стоимостью 49 долларов США. [163]
В июне 2012 года Apple начала продавать адаптер Thunderbolt-Gigabit Ethernet за 29 долларов США . [164] В третьем квартале 2012 года другие производители начали поставлять кабели Thunderbolt, в том числе кабели, длина которых достигает 3 метров (9,8 футов), а некоторые производители корпусов для хранения данных начали комплектовать кабели Thunderbolt со своими устройствами, а не заставлять клиентов покупать их. отдельно, как это было стандартной практикой.
В январе 2013 года Apple снизила цену на свой кабель длиной 2 м (6,6 фута) до 39 долларов США и добавила кабель длиной полметра за 29 долларов США . [165]
При представлении Thunderbolt 3 компания Intel объявила, что пассивные кабели USB-C будут соединять устройства Thunderbolt со скоростью, большей, чем USB 3.1 (хотя и меньшей, чем активные кабели Thunderbolt), тем самым устраняя барьер внедрения, связанный с затратами на активный кабель Thunderbolt. [166]
В середине 2016 года стали доступны медные кабели Thunderbolt 3 длиной до 2 м (6,6 футов). Однако,Для скорости 40 Гбит/с по меди требовались либо активные кабели, либо короткие (первоначально 0,5 м (1,6 фута), позже 0,8 м (3 фута)) пассивные кабели. Пассивные медные кабели длиной более 0,8 м (3 фута) ограничены20 Гбит/с . Несмотря на это ограничение, пассивные кабели поддерживают USB 3 (20 Гбит/с ) обратная совместимость, при этом активные кабели поддерживают только USB 2.0 (480 Мбит/с ). В апреле 2020 года дебютировали оптические кабели Thunderbolt 3 (см. Медь против оптического кабеля).
Медные версии кабелей Thunderbolt 4 обеспечивают полнуюСкорость 40 Гбит/с и обратная совместимость со всеми версиями USB (вплоть до USB4), альтернативного режима DisplayPort (DP 1.4 HBR3) и Thunderbolt 3. Они будут выпущены в начале 2021 года и 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 первоначально предлагали длину 0,8 м (2,6 фута). Медные кабели Thunderbolt 4 длиной до 1,0 м (3,3 фута) являются пассивными кабелями, а более длинные кабели должны иметь схему активного формирования сигнала. В какой-то неопределенный момент в будущем оптические кабели Thunderbolt 4 будут иметь длину от ~ 5 м (16 футов) до 50 м (160 футов). [43]