Intel Thunderbolt接口科普

Intel的Thunderbolt接口目前已經Mac上實現超快的數據傳輸速度和改進的外部顯示器支持，下一代Thunderbolt5（英特爾高管稱下一代Thunderbolt 5的速度可能是4代的兩倍）將在每個方向提供80Gbps的帶寬，與當前速度相比，未來Mac和支持該標準的外部存儲驅動器之間的數據傳輸速度最高提升2倍。據消息，下一代Thunderbolt還允許外部顯示器高達120Gbps的帶寬，這將允許Mac支持高達60Hz的雙8K顯示器。據悉，最新的14英寸和16英寸MacBook機型配備雷靂4/USB 4接口，每個方向的帶寬高達40Gbps。不過目前，沒有Mac支持即插即用的8K顯示器，最新的14英寸和16英寸的MacBook Pro型號最多支持兩個或三個外部顯示器，最高6K@60Hz，具體規格取決于該MacBook的芯片性能。日前蘋果iPhone 15系列USB-C數據線曝光，也開始采用兼容Thunderbolt 接口，未來可期.

Thunderbolt 接口科普

2016年6月3日，Intel正式公布了Thunderbolt 3接口規范，該接口需要占用4條PCI-E 3.0通道，傳輸速率可達40Gbps，為了跟USB接口競爭，Intel主導研發了Thunderbolt接口，因為其高額的版權授權費用，讓其并沒有得到普及，只有蘋果Mac電腦以及少數高端主板才支持該接口，而且相關外設的價格非常昂貴，Thunderbolt 3接口能支持雙4K（4096×2160）60Hz顯示器輸出，且提供更強的供電能力，可給設備提供15W電力，如果是專門用來充電的話，最高能支持100W供電；令人吃驚的是，Thunderbolt 3接口居然和USBType-C一模一樣，而且兼容USB 3.1標準。這么做的好處相當明顯，未來USB Type-C設備可直接插在Thunderbolt3接口上使用，這顯然會帶動Thunderbolt 3接口的發展；最新Tiger Lake已經確認首發Thunderbolt 4（雷電/雷靂4），由于Thunderbolt 4的帶寬保持在40Gbps，它和USB4某種程度上也算是一回事了.基于Intel雷電4接口協議，帶寬40Gbps且只有USB Type-C一種接口形態，同時支持100W功率供電，充分的帶寬能讓它支持菊花鏈承載外置獨立顯卡，或兩臺4K顯示器/一臺5K顯示器.

Thunderbolt?簡介

ThunderboltI/O技術由Intel公司開發，每個接口配備兩個10Gbps全雙工數據路徑鏈路，要比Firewire800接口快達12倍。Thunderbolt采用64b/66b數據編碼格式，而Intel開發的接口控制器可將PCI–Express和DisplayPort復用成為一個單數據流。Intel公司開發的第一代控制器代號為Light Ridge，隨后的第二代、第三代控制器代號分別是Cactus Ridge和Redwood Ridge，而新一代（第四代）控制器的代號是Falcon Ridge。

在主機設備中，控制器從I/O控制器集線器中獲取PCI–Express數據，從I/O控制器中的負信號或如圖1所示的外部圖形控制器中獲取DisplayPort數據。接下來，該組合信號通過全雙工差分信號發出。一般情況下，每個控制器配備兩個端口，可進行菊花鏈方式的連接。

Thunderbolt?接口定義的簡單講解

前兩代雷電使用的是mini DP接口，而雷電3開始其使用的是Type-C的物理接口,這個接口有20根引腳。

如圖。其中Ground都是接地，一共8根，其中2根保留未使用。引腳2用于熱插拔的檢驗，引腳3到6是一對雙向串行差分信號，引腳15到18是另一對雙向串行差分信號。所以雷電1是基于 PCI-E 2.0 X2的，利用兩路PCI-E通道（也就是4路差分信號）進行傳輸，速度為雙向各10GT/s，全雙工。引腳9和11可能是USB2.0的差分信號（也就是“向下兼容USB”）。引腳20是正極供電。關于雷電2，官方給出的速度是20Gbps，基于PCI-E 2.0 X4，依然使用miniDP接口（接口定義不變，所以完全兼容）。然而根據接口定義，miniDP只能承載4路差分信號，也就是全雙工下的兩對（X2通道）

因為4條通道可以同時單向工作，所以速度可以達到PCI-E X4的單向速度，也就是20GT/s，但是這時是半雙工的。在全雙工下，單向速度還是10GT/s。接下來是雷電3。雷電3使用的是我們都非常熟悉的Type-C接口，Type-C接口在USB時的定義如下

但是雷電3是4路差分信號，所以在針腳定義上和USB3.1（2路差分信號）完全不同。具體如何定義的，很遺憾，我并沒有查到資料。不過我們可以大體分析一下。Type-C有24根引腳，但是，因為它是雙面可插的，所以只有一半的引腳是有效的，也就是圖中圈上的那部分

所以，有12根引腳可用。這12根引腳，分配給4路差分信號，需要8根引腳。加上1根屏蔽地、1根地線、1根供電（正極），還剩一根保留（可能用于熱插拔檢測），是完全夠用的。在協議上，全速雷電3使用了PCI-E3.0 X4，和雷電2一樣分兩種模式——全雙工和半雙工。半雙工下，最高速度為32GT/s，因為使用了128b/130b編碼，所以實際速度為3.938GB/s（查表就可以知道）。當然，全雙工模式下速度減半。那我就很好奇——“40Gbps”的官方宣傳速度到底是怎么來的？個人猜想，節操丟盡的英特爾又在忽悠人。3.938，四舍五入，就是4了嘛！然后按照老的8b/10b的編碼方式（實際上編碼方式換了），4*8*（10/8）=40G/s，嗯，沒毛病。另外，雷電3存在半速版，使用的是PCI-E 3.0 X2，這次就只有全雙工模式——也就是雙向各“20G/s”（實際上是16GT/s），雖然名義上是半速的，實際上在全雙工下速度和全速沒有區別。注意：雷電3接口速度不能達到PCI-E 3.0 X4的全部速度（全雙工，雙向各32GT/s）的原因不是計算機內部分配的PCI-E通道數不足，而是雷電接口本身的針腳數不足，只能容納4路差分信號（而PCI-E 3.0 X4是8路差分信號）。最后總結一下。雷電這東西，在原理上還是比較先進的，楞是用4條差分通道達到了PCI-E X4的單向速度，反正消費者們也不關注到底是全雙工還是半雙工。個人認為，這種設計對于PCI-E而言完全就是浪費。在速度已經達到“雙向各20G/s”的雷電3時代，僅僅就是為了和USB3.1爭一個高低，就把本來全雙工的PCI-E X4變成半雙工工作來解決線數不夠的問題，這就是很嚴重的浪費了（的確，為了找出4個全速雷電3需要的20條PCI-E 3.0，2017版高端MBP把給獨顯用的16條和給PCH（可以理解為南橋）的4條全給了雷電，所以，連獨立顯卡都沒有！這可真是“Macbook Pro”??！獨顯都沒有，除了價格，真沒看出哪里對得起Pro這個詞。

Thunderbolt 接口的市場

HDMI接口、家庭視屏系統的霸主，DP接口（免授權)、 PC或顯示器端的寵兒，MHL接口、皇親國戚，是基于HDMI陣營的高速復合應用接口，相關應用已在市售商品，家電上看到的Thunderbolt接口、是FireWire的升級版本，是英特爾研發和支持的一種標準，戴爾的XPS產品線和惠普的Elite x2平板，蘋果的MAC系列，而在未來，光纖版的Thunderbolt承諾帶來最高120Gbps的速度；故其為未來唯一可以和USB TYPE C競爭的競爭對手，如果將來的趨勢是一個接口打天下，假設USB與Thunderbolt之間的競爭態勢沒有太大的改變；這個接口仍然就是USB Type-C.

　　審核編輯：湯梓紅