Thunderbolt (от англ. thunderbolt — «раскат грома») — аппаратный интерфейс, ранее известный как Light Peak, разработанный компанией Intel, для подключения периферийных устройств к компьютеру с максимальной скоростью передачи данных до 10 Гбит/сек по медному проводу и до 20 Гбит/сек при использовании оптического кабеля.

Thunderbolt комбинирует интерфейсы PCI Express (PCIe) и DisplayPort (DP) в одном кабеле. Допускается подключение к одному порту до шести периферийных устройств путем их объединения в цепочку.

Описание

Thunderbolt был разработан компанией Intel в сотрудничестве с Apple. Торговая марка Thunderbolt была зарегистрирована Apple, но позже была передана компании Intel. Полные права принадлежат Intel. Первым устройством, где был применен данный интерфейс, стал ноутбук MacBook Pro компании Apple, который был анонсирован 24 февраля 2011 года.^[2]

Конструктивно в интерфейсе Thunderbolt используется тот же разъём, что и Mini DisplayPort (MDP), который электрически совместим с DisplayPort, но использует меньший по размеру разъем, на котором отсутствует защелка.

Интерфейс Thunderbolt объединяет протоколы PCI Express (PCIe) и DisplayPort (DP) в один последовательный сигнал и предоставляет постоянное напряжение по тому же кабелю. Контроллеры Thunderbolt мультиплексируют один или более каналов данных от подключенных к ним устройств PCIe или DisplayPort для передачи через один дуплексный канал Thunderbolt, затем демультиплексируют их для использования устройствами PCIe или DP на другом конце.^[3] Один порт Thunderbolt поддерживает до шести устройств Thunderbolt, подключаемых через концентраторы (хабы) или цепочкой (daisy chain).

Несколько устройств могут использоваться в качестве мониторов, но их количество не может превышать количества источников сигнала DP.^[5]

Монитор, использующий настоящий разъем MDP, может быть подключен к концу Thunderbolt-цепочки, так как Thunderbolt совместим с устройствами, поддерживающими DP 1.1a. При подключении DP-совместимого устройства к порту Thunderbolt предоставляется сигнал DP c 4 линиями (lane) и скоростью не более 5,4 Гбит/с на линию Thunderbolt. При соединении с устройством Thunderbolt скорость передачи данных по каждой линии составляет 10 Гбит/с, 4 линии Thunderbolt сконфигурированы как 2 полнодуплексных 10 Гбит/с канала, каждый состоит из линии на прием и линии на передачу.^[3]

Интерфейс Thunderbolt может быть реализован на PCIe-видеокартах, у которых есть доступ к разъему DP и подключению по шине PCIe, или на материнской плате новых компьютеров со встроенным видео, таких как MacBook Air.^[5][6][7]

Интерфейс изначально разрабатывался для работы с оптическими кабелями, разработанных партнерами Intel и в лаборатории Intel’s Silicon Photonics. В это время технология была известна под названием Light Peak^[8]. В 2011 технология была переименована в Silicon Photonics Link^[8]. Однако, было обнаружено, что обычное медное проводное соединение могло предоставить требуемую пропускную способность в 10 Гбит/с на каждую линию по более низкой цене. Оптические кабели Thunderbolt были заявлены в середине апреля 2012 года компанией Sumitomo Electric Industries.^[9]

История

Введение

Компания Intel представила технологию Light Peak на форуме разработчиков Intel (IDF) в 2009 году, используя прототип материнской платы компьютера Mac Pro, с которого через 30-метровый оптический кабель передавалось два видеопотока с разрешением 1080p, Ethernet и подключался внешний накопитель информации.^[10] Интерфейс использовал модифицированные разъемы USB, контроллер был реализован на карте PCI Express с двумя оптическими модулями, предоставляющие сигнал для четырех портов.^[11]

На выставке Intel заявил, что системы, оборудованные Light Peak, могут появиться уже в 2010 году.^[12] Видео, опубликованное Intel на сайте YouTube, демонстрировало взаимодействие интерфейса Light Peak с HD-камерами, ноутбуками, док-станциями и HD-мониторами. Джейсон Зиллер, глава подразделения Intel Optical I/O Program Office, также продемонстрировал внутренние компоненты технологии под микроскопом и процесс передачи данных на осциллографе.^[13]

4 мая 2010 года в Брюсселе Intel продемонстрировала ноутбук с разъемом Light Peak, указывая, что контроллер возможно сделать небольшим для встраивания в компактные устройства. Была продемонстрирована одновременная отправка двух HD-видеопотоков с этого ноутбука, из чего можно сделать вывод, что по крайней мере некоторая часть программного обеспечения/прошивки и протоколов была функциональна. На той же демонстрации представители Intel сказали, что производство контроллеров может начаться в конце 2010 года.^[14]

В сентябре 2010 некоторые ранние коммерческие прототипы от производителей демонстрировались на Intel Developer Forum 2010.^[15]

Медь или оптика

Первоначально технология была задумана оптическая, но Intel перешёл на электрические соединения, чтобы уменьшить затраты и предоставить до 10 Вт питания для подключенных устройств.^[16]

В 2009 году представители Intel сказали, что компания «работает над комбинированием оптоволокна и медных проводов, чтобы Light Peak мог использоваться для питания устройств, подключённых к ПК»^[17].

В 2010 году, Intel сказала, что первоначальная их цель была в том, чтобы «иметь одну единственную технологию», которая позволила бы иметь «электрические сигналы USB 3.0 […] и комбинированную передачу питания для USB 3.0 или 4.0»^[18]. Заявлялось, что разъемы должны выдерживать по 7 тысяч циклов подключения, кабели имеют столь небольшой радиус изгиба, что могут быть буквально завязаны узлом, и волокно имеет высокую прочность. Ожидалось, что кабели Light Peak будут не более дорогими, чем кабели HDMI.^[19]

В январе 2011 Дэвид Перлматтер из Intel рассказал изданию Computerworld, что начальные реализации Thunderbolt будут использовать медные кабели без оптоволокна^[20]. «Медная технология вышла очень хорошей, на удивление лучше, чем мы думали.» — сказал он^[21]. Одно из важных преимуществ медного кабеля — возможность передачи питания. Заключительный стандарт Thunderbolt определяет допустимую нагрузку в 10 Вт на каждый порт.

Intel и её партнеры все еще разрабатывают оптические кабели и устройства Thunderbolt^[22]. Оптоволокно позволит создавать кабели длиной до десятков метров, но без передачи электропитания.^[23][24][25] Планируется использование пары волокон диаметром в 62.5 микрона и ИК-сигналов с максимальным расстоянием передачи в 100 метров.^[26] Преобразование электрического сигнала к оптическому будет встроено в сам кабель, поэтому он будет совместим с нынешними разъемами в формате MDP, но в будущем Intel надеется встроить оптический трансивер в ПК.^[25]

Появление на рынке

Ходили слухи, что в начале 2011 года обновление MacBook Pro будет включать в себя какой-то новый порт данных, и большая часть людей предположила, что это будет Light Peak (Thunderbolt). В то время не было никакой информации о физической реализации, на макетах стали показывать систему, подобную более ранним демонстрационным примерам Intel, использующим комбинированный порт USB/Light Peak. Незадолго до выпуска новых машин USB — IF объявили, что они не смогли бы сделать это, утверждая, что USB не был открыт для модификации таким образом.

Тем не менее, в июле 2011 Sony выпускает свой Vaio Z21 ноутбук с «Power Media Dock» с Thunderbolt на оптике, чтобы соединиться с внешней видеокартой, используя комбинированный порт, который ведет себя не только как USB, но также и включает оптическое взаимосвязанное соединение, требуемое для Thunderbolt. Другие реализации этой технологии начались в 2012 с платами для настольных ПК, предлагающими доступное взаимосвязанное соединение.

Несмотря на эти комментарии и предположения, введение Apple стало главным сюрпризом, когда выяснилось, что порт был основан на MDP, а не USB. Поскольку система была описана, решение проблемы дисплея стало ясно: контроллеры Thunderbolt мультиплексируют данные от существующих систем DP с данными от порта PCIe в один кабель. Более старые дисплеи, использующие DP 1.1a или более ранние версии, должны быть расположены в конце цепи устройств Thunderbolt, но «родные» дисплеи могут быть размещены в любом месте вдоль линии. Устройство Thunderbolt могут перемещаться куда угодно по цепи. В этом случае интерфейс Thunderbolt совместно использует отношение с более старой системой ACCESS.bus, которая использует разъем дисплея, чтобы поддерживать низкоскоростную шину.

Компания Apple объяснила, что 6 объединенных в последовательно соединенную цепь периферийных устройств, поддерживающихся портом Thunderbolt, должны находиться в конце цепи.

В феврале 2011 Apple представила свою новую линейку ноутбуков MacBook Pro и объявила, что коммерческим названием технологии будет Thunderbolt и она будет впервые использована на этих машинах для ввода-вывода.

В мае 2011 года компания Apple анонсировала новую линейку iMac, включавшую в себя интерфейс Thunderbolt.

Порт Thunderbolt на новом Mac находится в том же расположении относительно других портов и поддерживает те же физические размерности, как предшествующий разъем MDP. Основным видимым различием Mac, оборудованным Thunderbolt, является символ Thunderbolt рядом с портом.

Стандарт DisplayPort частично совместим с Thunderbolt, поскольку оба совместно используют физически совместимый разъем MDP от Apple. Целевой режим отображения на iMac требует, чтобы кабель Thunderbolt принял входящий видеосигнал от другого компьютера с поддержкой Thunderbolt. DP-мониторы должны быть последними (или единственными) устройствами в цепи устройств Thunderbolt.

Компания Intel объявила, что комплект разработчика будет выпущен во втором квартале 2011 года, в то время как производители аппаратного обеспечения указали, что они добавят поддержку тестирования и разработки устройств Thunderbolt. Комплект разработчика предоставляется только по запросу.

Периферийные устройства

В то время как Apple выпустила свой первый компьютер с функцией поддержки интерфейса Thunderbolt в начале 2011 года, потребовалось некоторое время, чтобы захватить рынок периферийных устройств.

Производитель устройств хранения данных Promise Technology был первой компанией, которая выпустила RAID-системы хранения Pegasus R4 (4 диска) и Pegasus R6 (6 дисков), однако они были сравнительно дороги для среднего потребителя. Кроме того, массовые наводнения в Таиланде, где была большая часть мировых поставок жестких дисков, сильно уменьшилось их производство, так что в целом наряду со многими продуктами на рынке, после первоначального релиза, розничные цены также выросли, способствуя медленному внедрению данных устройств.

Кроме того, потребовалось некоторое время для других производителей устройств хранения данных, чтобы выпустить продукты с большей частью фокусировки на устройства хранения меньшего размера, с упором на скорость, а не крупномасштабными потребностями хранения данных. Многие из этих устройств были размером в 1 Тб, в некоторых также наличие SSD для быстрого внешнего доступа к данным, а не стандартного жесткого диска, главным образом нацеленного на профессионального пользователя. Обратная совместимость с компьютерами не оборудованными Thunderbolt также была проблемой, поскольку большинство устройств хранения обладало только двумя портами Thunderbolt для того, чтобы объединить до шести устройств в цепь вместе от одного порта.

По состоянию на конец 2012 года, очень мало других устройств, предлагающих большие двухтерабайтные устройства хранения, начали поступать в продажу разработанные компанией Sonnet Technologies Inc., выпускающей высокопроизводительные дорогие профессиональные модули, и компанией Drobo, предлагающий корпуса с 4-мя и 5-ю дисками, которые обладали их собственной системой обработки данных BeyondRAID.

Другие компании фокусировались на предоставлении интерфейсных решений, позволяя более старым, обычно более медленным, интерфейсам быть направленными через единственное соединение Thunderbolt, подразумевая, что только один провод Thunderbolt должен был быть соединен с компьютером, а не многими проводами для каждого интерфейса. Точно так же в начале июля 2011 года Apple выпускает обновленный монитор Apple Thunderbolt Display, который поддерживает многие более старые интерфейсы, включая Ethernet, фактически делая его первым продуктом, который будет в состоянии использовать его в качестве концентратора.

С середины 2012 компании-производители LaCie и Drobo начали включать USB 3.0 в дополнение к Thunderbolt для своих устройств.

Безопасность

Так как интерфейс Thunderbolt расширяет шину PCI Express, которая является основной шиной расширения в существующих системах, он позволяет получить низкоуровневый доступ к системе. Устройства PCI должны иметь неограниченный доступ к памяти и могут таким образом поставить под угрозу безопасность хранения данных. Эта проблема существует со многими высокоскоростными шинами расширения, включая PC Card, ExpressCard и FireWire.

Злоумышленник может, например, намеренно настроить устройство, использующее Thunderbolt. При подключении к компьютеру устройство, имея прямой и беспрепятственный доступ к системной памяти и другим устройствам, в состоянии обойти практически все меры безопасности ОС и имеет возможность читать ключи шифрования или устанавливать вредоносные программы.

Многие процессоры Intel, начиная с введения микроархитектуры Nehalem (то есть процессоры, выпущенные под брендом Core i3, Core i5, Core i7 и более поздние) поддерживают аппаратную виртуализацию ввода-вывода, IOMMU. Это позволяет операционной системе изолировать устройство в своем собственном адресном пространстве виртуальной памяти (аналогичный способ изоляции процессов друг от друга, использующих блок управления памятью). Таким образом, можно препятствовать получению доступа к несанкционированным частям памяти. Однако эта функция обычно не используется, за исключением ее начальной цели — предоставить доступ передачи гостевых виртуальных машин к определенным аппаратным средствам.

Стоимость

По состоянию на июнь 2011 года, первые двухметровые кабели Thunderbolt от Apple стоили 49 долларов США. В качестве активного кабеля он включает в себя схему внутри разъема. У кабеля есть пять проводов: один для управления и две однонаправленных пары, одна для входящего и вторая для исходящего трафика. В январе 2013 года компания Apple снизила цены на свои кабели до 39 US $. Apple также объявил о наличии более короткого полуметрового кабеля за 29 долларов США.

В июне 2012 года компании Apple начала продавать технологию Thunderbolt для гигабитного Ethernet устройства за 29 долларов США.

В третьем квартале 2012 года другие производители начали выпускать кабели различной длины, включая максимально поддерживаемую длину 3 метра, в то время как те, кто выпускал корпуса хранения, начали включать кабель Thunderbolt в устройство.

Контроллеры

Микросхемы контроллеров Thunderbolt выпускаются компанией Intel:

Эти микросхемы встраиваются в периферийные устройства и некоторые материнские платы.

Существуют контроллеры Thunderbolt выполненные в виде платы расширения с интерфейсом PCI-express x4, однако они требуют поддержки со стороны материнской платы.^[27][28]

Возможности питания по сравнению с другими интерфейсами

Интерфейс Thunderbolt был предназначен для объединения мобильных устройств, ноутбука и настольного компьютера, чтобы предотвратить появление множества кабелей и разъёмов для дисплеев и устройств хранения. Характеристики питания показывают это. Мощность в 10 ватт, улучшает USB 3,0 до 4,5 ватт, но не выходит за пределы возможностей ноутбука или планшета. Хотя оно и не может вытеснить питание Ethernet (при 30 ватт на порт или больше) или FireWire (40 ватт на порт) в связи с низкой мощностью и короткими дорогими кабелями, его более высокая скорость передачи данных может дать ему преимущества в некоторых приложениях, питающихся от 10GbE или 100GbE, которые являются более распространенными.

Источники утверждают, что производители намерены продолжать работу над оптоволоконным интерфейсом, который не может обеспечить питание на расстояниях, больших, чем есть на кабелях для передачи данных.

Центры обработки данных не являются целевым рынком для Thunderbolt, и ни Intel, ни Apple не заявили о своем намерении переместить шины как для Infiniband или 10/100 гигабитного Ethernet.

См. также

• USB
• IEEE 1394

Примечания