Thunderbolt
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Thunderbolt又稱「雷電技術[4]」，蘋果中國譯為「雷靂」[5]，是由英特爾發表的連接器標準，目的在於當作電腦與其他裝置之間的通用匯流排，第一代與第二代介面是與Mini DisplayPort整合，較新的第三代開始改為與USB Type-C結合，並能提供電源。Thunderbolt 1 和 2 使用與 Mini DisplayPort (MDP) 相同的連接器，而 Thunderbolt 3、4 和 5 使用USB Type-C連接器，並支援 USB 裝置。
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| 類別 | Dual-protocol I/O[1] | ||
|---|---|---|---|
| 產品歷史 | |||
| 設計者 | 英特爾和蘋果公司 | ||
| 製造商 | 無特定廠商 | ||
| 製造時間 | 2011年2月 | ||
| 取代 | FireWire（IEEE 1394） | ||
| 一般規格 | |||
| 長度 | 最長達5公尺（銅線）[2] | ||
| 寬度 | 8.3 毫米 | ||
| 高度 | 2.5 毫米 | ||
| 熱插拔 | 支援 | ||
| Daisy chain | 支援，最多達7部裝置[2] | ||
| 外置 | 支援 | ||
| 連接器 | Mini DisplayPort（第一代和第二代）, USB Type-C（第三代和第四代） | ||
| 電力 | |||
| 訊號 | 100 W (Thunderbolt 3 充電) | ||
| 數據 | |||
| 數據訊號 | 支援 | ||
| 位元速率 |
第一代：雙連結，其中每通道10 Gbit/s（總計20 Gbit/s） 第二代：總計20 Gbit/s 第三代和第四代：40 Gbit/s雙向傳輸（PCIe及DisplayPort） | ||
| 協定 |
Thunderbolt
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| 引腳輸出 | |||
| 引腳1 | GND | 接地 | |
| 引腳2 | HPD | 熱插拔偵測 | |
| 引腳3 | HS0TX(P) | 高速通道0的正訊號傳輸 | |
| 引腳4 | HS0RX(P) | 高速通道0的正訊號接收 | |
| 引腳5 | HS0TX(N) | 高速通道0的負訊號傳輸 | |
| 引腳6 | HS0RX(N) | 高速通道0的負訊號接收 | |
| 引腳7 | GND | 接地 | |
| 引腳8 | GND | 接地 | |
| 引腳9 | LSR2P TX | 慢速通道的訊號傳輸 | |
| 引腳10 | GND | 接地（保留） | |
| 引腳11 | LSP2R RX | 慢速通道的訊號接收 | |
| 引腳12 | GND | 接地（保留） | |
| 引腳13 | GND | 接地 | |
| 引腳14 | GND | 接地 | |
| 引腳15 | HS1TX(P) | 高速通道1的正訊號傳輸 | |
| 引腳16 | HS1RX(P) | 高速通道1的正訊號接收 | |
| 引腳17 | HS1TX(N) | 高速通道1的負訊號傳輸 | |
| 引腳18 | HS1RX(N) | 高速通道1的負訊號接收 | |
| 引腳19 | GND | 接地 | |
| 引腳20 | DPPWR | 接頭電源 | |
早期由英特爾獨立研發，使用光纖傳輸；後來在一次科技展示會場上，蘋果公司看到了早期光纖傳輸的原型後，主動對英特爾表示興趣並給予開發上的建議，致使正式發表的第一代從光纖改用銅線和蘋果的Mini DisplayPort外形，Mini DP介面加上Thunderbolt，由於二合一的整合特點，作為蘋果的多用途高速傳輸介面使用，蘋果的加入使得Thunderbolt生態建立起來。
第三代改為使用USB Type-C介面。繼續延伸多合一的整合特點，因此它既能以雙向 40 Gbit/s傳輸數據（40 Gbit/s + 40 Gbit/s，特別是針對外置高速網絡時），又能相容Mini DisplayPort裝置直接連接Thunderbolt介面傳輸視像與聲音訊號，也可連接Apple Thunderbolt Display直接同時輸出視像、聲音與數據，且不用如傳統使用多條連接線。
技術內容
| 版本 | 時間 | 廠商 | 代號 | 地點 | 頻寬 | USB | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Thunderbolt 開發版 | 2009年 | Intel | Light Peak | 英特爾科技討論區（IDF） | |||
| Thunderbolt | 2011年2月 | Intel Apple |
Light Peak | 10 Gbit/s | 與USB 3.0同時應用在未來的系統中，扮演互補角色。 | 具有這種介面的MacBook Pro及一根29美元的連接線。 蘋果獨享這技術專利權一年。 | |
| Thunderbolt 2 | 2013年 | Falcon Ridge | 20 Gbit/s | ||||
| Thunderbolt 3 | 2015年6月2日 | Intel | Alpine Ridge Titan Ridge | COMPUTEX 2015 | 40 Gbit/s | 連接埠更換為USB Type-C | Alpine Ridge 僅能相容於Thunderbolt 系統, Titan Ridge 可以相容於大部分的USB-C 系統, 不僅限於Thunderbolt |
| Thunderbolt 4 | 2020年7月8日 | Goshen Ridge | |||||
| Thunderbolt 5 | 2024年 | Barlow Ridge | 120 Gbit/s |
第一版（Thunderbolt）
2011年，發表第一版Thunderbolt，訊號線最長可達10米，雙向同步傳輸速度可達10 Gbit/s。
Thunderbolt 技術採用兩種通訊協定 ，包括用在資料傳輸的 PCI Express ，以及用在顯示的 DisplayPort，且完整相容現有的DisplayPort裝置。將來可能取代其他個人電腦的周邊裝置匯流排，如DVI、DisplayPort、USB、Firewire（IEEE 1394）與 HDMI等，成為電腦對外的單一匯流排。
可以透過菊花鏈（Daisy-chain）方式連接最多六個周邊裝置(其中首兩鏈可包含兩個Apple Thunderbolt Display)，透過匯流排可供應10W的電力給周邊。
第二版（Thunderbolt 2）
2013年，第二版，代號 Falcon Ridge，同步傳輸速度 20 Gbit/s。
英特爾希望在2020年時將它提升到100Gbps，透過光纖線路傳送具紅外線訊號代替傳統的數據線進行數據傳輸，當作電腦與其他裝置之間的通用連接線，類似目前USB的功能，未來一台電腦可裝設數個Thunderbolt連接埠，提供不同的裝置使用，也可直接連接到一個具有數種對外置口的裝置上，用一種細長的線纜支援多種輸入輸出裝置。
Intel宣稱，Thunderbolt 2 能連接一個顯示器，並同時傳送4K視像。
- 實體層面，第一、二版 Thunderbolt 的頻寬都是 20 Gbit/s，因此線材是相容的。訊號線包含四條 10 Gbit/s通道，上下行各有兩條。[6]
- 邏輯層面，第二代 Thunderbolt 合併了第一代的兩條獨立 10 Gbit/s 通道，使得最高傳輸速度翻倍到 20 Gbit/s 。
第一款引入 Thunderbolt 2 的產品是ASUS主機板，於2013年8月19日發佈[7]。
第一款發售的產品是蘋果公司MacBook Pro with Retina (Late 2013)，於2013年10月22日推出[8]。
第三版（Thunderbolt 3）
2015年6月2日，COMPUTEX 2015 ，代號為Alpine Ridge，雙倍頻寬達到40 Gbit/s (5 GB/s)。Thunderbolt 3 物理介面改用USB Type-C。
新一代 Thunderbolt 節省一半用電，最大供電100W。可連接兩個4K清晰度顯示器，或一個5K清晰度顯示器。基於 PCIe 3.0 x4。支援 HDMI2.0（4K 60Hz）和 DisplayPort1.2（5K 60Hz）。[9][10]
英特爾提供控制器的三個版本：
- "DP"（Double Port）版本 ： PCIe 3.0 ×4 提供2個 Thunderbolt 3 介面 (JHL6540)
- "SP"（Single Port）版本 ： PCIe 3.0 ×4 提供1個 Thunderbolt 3 介面 (JHL6340)
- "LP"（Low Power）版本 ： PCIe 3.0 ×2 提供1個 Thunderbolt 3 介面 (JHL6240)
由於支援 Thunderbolt 1, 2 的廠商不多，而且採用 Thunderbolt 的裝置大多是高端產品，價格昂貴，加上介面使用的是蘋果Mini Displayport，配件無法用在其他電子裝置，普及程度遠低於對手USB。故此版的 Thunderbolt 將與 USB Type-C 的接頭相容，使 Thunderbolt 介面變得更普及[11]。
第四版（Thunderbolt 4）
Thunderbolt4在CES2020公開發表，最終版本的規格書在2020年七月發佈。Thunderbolt 4 與 Thunderbolt 3 的主要差異在於對於USB4通訊協定的支援以及資料的傳輸速度。對於PCIe的最低要求需要32Gbit/s 以上。支援兩個4K顯示(DisplayPort 1.4)。支援Intel VT-d為基本的直接記憶體存取保護以防止實體DMA攻擊。
第五版（Thunderbolt 5）
2023 年 9 月 12 日，英特爾預覽了 Thunderbolt 5（代號 Barlow Ridge），它符合 USB開發者討論區 (USB-IF) 的 USB4 2.0 規格。 它提供 80 Gbit/s 的對稱頻寬，例如 大量儲存裝置的頻寬是 Thunderbolt 4 的兩倍，顯示器的單向頻寬為 120 Gbit/s（Thunderbolt 3 和 4 的三倍），支援 60Hz 的雙 8K 顯示器。 完整規格涵蓋：
- 支援最新版本的USB4 2.0 80 Gbit/s規範
- 總頻寬是 Thunderbolt 4 的兩倍，達到 80 Gbit/s，同時為視像密集型用途提供高達三倍的頻寬，達到 120 Gbit/s
- 支援 DisplayPort 2.1
- 使用 PCI Express Gen. 4 x4 實現 PCI Express 資料吞吐量的兩倍 (64 Gbit/s)，實現更快的儲存和外部顯示卡
- 下游充電功率高達 240W
- 透過 PAM-3 與長達 1 m (3.3 ft) 的現有被動電纜配合使用
- 與先前版本的 Thunderbolt、USB 和 DisplayPort 相容
- 由英特爾的支援和認證計劃支援
英特爾宣佈將於 2024 年開始推出與 Thunderbolt 5 相容的電腦和配件[12]。
商品化
2011年2月24日，蘋果公司發佈新款 MacBook Pro，搭載 Thunderbolt 技術，這是此技術首次應用在商業產品上。在PC產品上蘋果有一年的專利獨享權。同日，Promise 發佈 Pegasus 儲存產品，同樣應用此技術，這是此技術首次應用儲存業產品上。稍後，蘋果發佈了使用 Thunderbolt 技術的 Apple Thunderbolt Display，2012年發佈了兩個小配件：Apple Thunderbolt to Gigabit Ethernet Adapter 和 Apple Thunderbolt to FireWire 轉換器。
2013年6月10日，蘋果公司發佈新款 Mac Pro 並將搭載 Thunderbolt 2 技術[13]。
2016年10月28日，蘋果公司發佈新款MacBook Pro搭載Thunderbolt 3技術。
2020年6月23日，蘋果公司官網開賣Thunderbolt 3 Pro 連接線。
2024年10月29日，蘋果公司發佈新款M4 pro晶片的Mac mini 搭載Thunderbolt 5技術。Thunderbolt 5數據線（1m）官網售價69.00美金。[14]
2024年10月30日，蘋果公司發佈新款MacBook Pro搭載Thunderbolt 5技術。
外置
- Thunderbolt典型應用之一是外置顯示卡。以前的Intel CPU沒有整合Thunderbolt控制器，許多手提電腦的Thunderbolt介面都是掛接在PCH下。第十代Intel Core處理器整合了Thunderbolt控制器，但是僅限10nm的Ice Lake微架構處理器，而同為第十代Intel Core的14nm Comet Lake微架構處理器並未整合Thunderbolt控制器，且部分搭載Ice Lake處理器的手提電腦未配備支援Thunderbolt 3的USB-C介面，例如Surface Pro 7的USB-C介面就未整合Thunderbolt 3[15]。
安全性
許多Thunderbolt裝置都實現了「安全性模式」，當連接裝置時要求用戶的驗證，以防止某些惡意的裝置通過存取PCI Express總線進行DMA攻擊和讀取主記憶體[16][17]：
none：沒有Thunderbolt安全性，允許所有裝置的連接。在BIOS設置中又被稱為「Legacy Mode」。user：每次連接裝置時都必須經過用戶的驗證。secure：連接裝置時要求用戶的驗證，但記住用戶連接過的裝置，對於同一個裝置不要求重新驗證。dponly：禁止Thunderbolt介面的PCI Express總線功能，只允許DisplayPort功能（有的電腦是只允許DisplayPort功能和USB功能）。
參考資料
- ^ Thunderbolt Technology. Intel. [June 28, 2011]. （原始內容存檔於2011-09-23）.
- ^ 2.0 2.1 2.2 Technology Brief (PDF). Intel. [February 25, 2011]. （原始內容存檔 (PDF)於2011-06-29）.
- ^ Thunderbolt™ 3 – The USB-C That Does It All. Thunderbolt Technology Community. 2015-06-02 [2015-10-31]. （原始內容存檔於2015-09-05）.
- ^ 雷电技术：无限的可能性. Intel. [2023-03-16] （中文）.
- ^ 雷雳. Apple (中國) - 官方網站. [2019-03-03]. （原始內容存檔於2019-03-06） （中文（中國大陸））.
- ^ Anand Lal Shimpi. Intel's Thunderbolt 2: Everything You Need to Know. AnandTech. June 9, 2013 8:39 PM EST [2014-07-26]. （原始內容存檔於2014-07-10）.
- ^ Walton, Jarred (August 19, 2013). "ASUS Introduces Z87-Deluxe/Quad: World’s First Thunderbolt 2 Certified Motherboard" （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. AnandTech. Retrieved December 28, 2013.
- ^ Torres, Edwin (January 28,2013) [1] （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. MacRumors. Retrieved January 28, 2014.
- ^ Intel’s incredibly fast Thunderbolt 3 switches to USB-C connector. ExtremeTech. 2015-06-04 [2015-08-04]. （原始內容存檔於2015-08-01）.
- ^ Joel Hruska. Next-gen Thunderbolt details: 40Gbps, PCIe 3.0, HDMI 2.0, and 100W power delivery for single-cable PCs. extreme tech. April 22, 2014 at 2:15 pm [2014-09-22]. （原始內容存檔於2014-10-03）.
- ^ 【COMPUTEX 2015】Intel 發表Thunderbolt 3 標準，全面相容USB Type-C - TechNews 科技新報. 2015-06-03 [2015-06-04]. （原始內容存檔於2015-06-07）.
- ^ Intel Introduces Thunderbolt 5 Connectivity Standard. Intel. October 19, 2022 [September 12, 2023]. （原始內容存檔於2024-05-17）.
- ^ Apple unleashes new Mac Pro – 8 times smaller, 6 Thunderbolt 2 ports, AMD graphics. [2013-06-13]. （原始內容存檔於2013-06-13）.
- ^ Thunderbolt 5 (USB‑C) Pro Cable (1 m). Apple. [2024-10-30] （美國英語）.
- ^ augix对Surface Pro 7的测评. [2019-11-29]. （原始內容存檔於2019-11-21）.
- ^ How to configure the Thunderbolt 3 Security Level in BIOS Setup for Microsoft Windows operating system - ThinkPad - US. support.lenovo.com. [2020-04-22]. （原始內容存檔於2021-09-08）.
- ^ eischmann. ThunderBolt Security Levels and Linux desktop. Brno hat. 2017-06-29 [2020-04-22]. （原始內容存檔於2020-04-12） （英語）.