Thunderbolt (giao diện)

Thunderbolt là tên thương hiệu của một giao diện phần cứng dùng để kết nối các thiết bị ngoại vi với máy tính. Nó được Intel phát triển với sự hợp tác của Apple. Ban đầu, nó được tiếp thị dưới tên Light Peak, và được bán lần đầu tiên như một phần của sản phẩm dành cho người dùng cuối vào ngày 24 tháng 2 năm 2011.

Thunderbolt kết hợp PCI Express (PCIe) và DisplayPort (DP) thành hai tín hiệu nối tiếp và cung cấp nguồn DC thông qua một cáp duy nhất. Tối đa sáu thiết bị ngoại vi có thể được hỗ trợ bởi một đầu nối thông qua nhiều cấu trúc mạng khác nhau. Thunderbolt 1 và 2 sử dụng cùng đầu nối với Mini DisplayPort (MDP), trong khi Thunderbolt 3, 4 và 5 sử dụng đầu nối USB-C và hỗ trợ các thiết bị USB.

Miêu tả 

Bộ điều khiển Thunderbolt ghép kênh một hoặc nhiều làn dữ liệu riêng lẻ từ các thiết bị PCIe và DisplayPort được kết nối để truyền qua hai làn Thunderbolt song công, sau đó tách kênh chúng để các thiết bị PCIe và DisplayPort ở đầu bên kia sử dụng. Một cổng Thunderbolt đơn nhất hỗ trợ tối đa sáu thiết bị Thunderbolt thông qua hub hoặc chuỗi nối tiếp; nhiều nguồn DP trong số này như máy chủ có thể là màn hình Thunderbolt. Một thiết bị có ít hơn bốn làn PCIe vẫn đủ điều kiện là thiết bị Thunderbolt, nhưng sẽ không hỗ trợ đầy đủ khả năng và tốc độ của Thunderbolt.

Một màn hình Mini DisplayPort hoặc bất kỳ thiết bị nào khác có thể được kết nối trực tiếp hoặc ở cuối chuỗi. Thunderbolt tương thích với các thiết bị tương thích DP-1.1a. Khi được kết nối với một thiết bị tương thích DP, cổng Thunderbolt có thể cung cấp tín hiệu DisplayPort gốc với bốn làn dữ liệu đầu ra với tốc độ không quá 5,4 Gbit/giây cho mỗi làn Thunderbolt. Khi được kết nối với một thiết bị Thunderbolt, tốc độ dữ liệu trên mỗi làn trở thành 10 Gbit/giây và bốn làn Thunderbolt được cấu hình thành hai làn song công, mỗi làn 10 Gbit/giây bao gồm một làn đầu vào và một làn đầu ra.

Thunderbolt có thể được triển khai trên card đồ họa PCIe, có khả năng truy cập dữ liệu DisplayPort và kết nối PCIe, hoặc trên bo mạch chủ của máy tính có card đồ họa tích hợp, chẳng hạn như MacBook Air.

Giao diện này ban đầu được thiết kế để chạy độc quyền trên một lớp vật lý quang học sử dụng các thành phần và cáp quang mềm dẻo do các đối tác của Intel và Silicon Photonics lab của Intel phát triển. Ban đầu, nó được tiếp thị dưới tên Light Peak,và sau năm 2011 là Silicon Photonics Link. Tuy nhiên, người ta phát hiện ra rằng hệ thống dây đồng thông thường có thể cung cấp tốc độ mong muốn 10 Gbit/giây trên mỗi kênh với chi phí thấp hơn.

Phiên bản dựa trên cáp đồng của concept Light Peak này được Apple và Intel đồng phát triển. Apple đã đăng ký Thunderbolt làm nhãn hiệu, nhưng sau đó đã chuyển nhượng nhãn hiệu này cho Intel, công ty nắm giữ các quyền sở hữu trí tuệ vượt trội. Thunderbolt được giới thiệu thương mại trên MacBook Pro 2011 của Apple, sử dụng cùng một đầu nối do Apple phát triển như Mini DisplayPort.

Sumitomo Electric Industries bắt đầu bán cáp quang Thunderbolt dài tới 30 m (100 ft) tại Nhật Bản vào tháng 1 năm 2013, và Corning, Inc. bắt đầu bán cáp quang dài tới 60 m (200 ft) tại Mỹ vào cuối tháng 9 năm 2013.

Lịch sử

Giới thiệu 
Intel đã giới thiệu Light Peak tại Intel Developer Forum (IDF) năm 2009, sử dụng bo mạch logic Mac Pro nguyên mẫu để chạy hai luồng video 1080p cùng với các thiết bị lưu trữ và LAN qua một cáp quang dài 30 mét với các đầu USB đã được sửa đổi. Hệ thống được điều khiển bởi một thẻ PCI Express nguyên mẫu, với hai bus quang cấp nguồn cho bốn cổng. Jason Ziller, người đứng đầu Optical I/O Program Office của Intel đã trình diễn các thành phần bên trong của công nghệ này dưới kính hiển vi và cách gửi dữ liệu qua máy hiện sóng. Công nghệ này được mô tả là có tốc độ ban đầu là 10 Gbit/giây qua cáp quang bằng nhựa và hứa hẹn tốc độ cuối cùng là 100 Gbit/giây. Tại triển lãm, Intel cho biết các hệ thống được trang bị Light Peak sẽ bắt đầu xuất hiện vào năm 2010 và đã đăng một video trên YouTube cho thấy các camera HD, máy tính xách tay, đế cắm và màn hình HD được kết nối với Light Peak.

Vào ngày 4 tháng 5 năm 2010, tại Brussels, Intel đã trình diễn một máy tính xách tay với đầu nối Light Peak, cho thấy công nghệ này đã được thu nhỏ đủ để vừa vặn bên trong một thiết bị như vậy, và máy tính xách tay đã gửi hai luồng video HD đồng thời qua kết nối này, cho thấy ít nhất một phần nhỏ các ngăn xếp phần mềm/phần sụn và giao thức đã hoạt động. Tại buổi trình diễn tương tự, các quan chức Intel cho biết họ dự kiến việc sản xuất phần cứng sẽ bắt đầu vào khoảng cuối năm 2010.

Vào tháng 9 năm 2010, một số nguyên mẫu thương mại đầu tiên từ các nhà sản xuất đã được trình diễn tại Intel Developer Forum 2010.

Cáp đồng và cáp quang 
Mặc dù Thunderbolt ban đầu được hình thành như một công nghệ quang học, Intel đã chuyển sang kết nối điện để giảm chi phí và cung cấp công suất lên đến 10 watt cho các thiết bị được kết nối.

Năm 2009, các quan chức của Intel cho biết công ty đang "nghiên cứu việc bó sợi quang với dây đồng để Light Peak có thể được sử dụng để cấp nguồn cho các thiết bị được cắm vào PC." Năm 2010, Intel cho biết mục đích ban đầu là "có một công nghệ đầu nối duy nhất" cho phép "USB 3.0 điện... và sử dụng nguồn điện một chiều USB 3.0 hoặc 4.0." Light Peak hướng đến việc đạt được những bước tiến lớn trong công nghệ quang học dành cho người tiêu dùng, khi đó đã đạt được "[các đầu nối được đánh giá] có thể chịu được 7.000 lần cắm, ngang bằng hoặc vượt trội hơn các kết nối PC khác... cáp [được buộc] thành nhiều nút thắt để đảm bảo nó không bị đứt và tổn thất ở mức chấp nhận được," và "Bạn gần như có thể để hai người kéo nó cùng một lúc mà nó vẫn không làm đứt sợi quang." Họ dự đoán rằng "Cáp Light Peak sẽ không đắt hơn HDMI."

Vào tháng 1 năm 2011, David Perlmutter của Intel đã nói với Computerworld rằng các triển khai Thunderbolt ban đầu sẽ dựa trên dây đồng. "Đồng cho kết quả rất tốt, đáng ngạc nhiên là tốt hơn những gì chúng tôi nghĩ", ông nói. Một lợi thế lớn của đồng là khả năng truyền tải điện. Tiêu chuẩn Thunderbolt cuối cùng quy định 10 W DC trên mỗi cổng. See comparison section below.

Intel và các đối tác trong ngành vẫn đang phát triển phần cứng và cáp Thunderbolt quang. Cáp quang sẽ dài "hàng chục mét" nhưng sẽ không cung cấp điện, ít nhất là không phải ban đầu. Phiên bản từ Corning chứa bốn sợi quang VSDN (Very Short Distance Network) 80/125 μm để truyền tín hiệu hồng ngoại lên đến 190 m (600 ft). Việc chuyển đổi tín hiệu điện sang quang được nhúng vào chính cáp, do đó đầu nối MDP hiện tại tương thích ngược. Cuối cùng, Intel hy vọng sẽ có một cụm thu phát quang học hoàn toàn được nhúng vào PC.

Cáp Thunderbolt quang học đầu tiên được Sumitomo Electric Industries giới thiệu vào tháng 1 năm 2013. Cáp có các chiều dài 10 m (30 ft), 20 m (70 ft) và 30 m (100 ft). Tuy nhiên, những loại cáp này hầu như chỉ được bán lẻ tại Nhật Bản, và giá cao gấp 20 đến 30 lần so với cáp Thunderbolt bằng đồng.

Công ty DeLock của Đức cũng đã phát hành cáp Thunderbolt quang học với chiều dài 10 m (30 ft), 20 m (70 ft) và 30 m (100 ft) vào năm 2013, với giá tương tự như cáp của Sumitomo và chỉ được bán lẻ tại Đức

Vào tháng 9 năm 2013, công ty kính Corning Inc. đã phát hành dòng cáp Thunderbolt quang đầu tiên có sẵn trên thị trường phương Tây, cùng với cáp USB 3.0 quang, cả hai đều có tên thương hiệu là "Optical Cables". Có đường kính bằng một nửa và khối lượng bằng một phần năm so với cáp Thunderbolt bằng đồng tương đương, chúng hoạt động với giao thức Thunderbolt 10 Gbit/giây và giao thức Thunderbolt 2 20 Gbit/giây, do đó có thể hoạt động với tất cả các thiết bị Thunderbolt tự cấp nguồn (không giống như cáp đồng, cáp quang không thể cung cấp điện). Các loại cáp này mở rộng chiều dài tối đa hiện tại là 30 m (100 ft) do cáp đồng cung cấp lên tối đa là 60 m (200 ft).

Trước năm 2020, thị trường chưa có cáp quang Thunderbolt 3. Tuy nhiên, cáp quang Thunderbolt 1 và 2 có thể được sử dụng tại thời điểm đó với bộ chuyển đổi Thunderbolt 3 (USB-C) sang Thunderbolt 2 của Apple ở mỗi đầu cáp. Điều này giúp đạt được kết nối tối đa 60 m (200 ft) so với các phiên bản trước của chuẩn này.

Vào tháng 4 năm 2019, Corning đã giới thiệu cáp quang Thunderbolt 3 tại Triển lãm NAB 2019 ở Las Vegas. Chỉ hơn một năm sau, vào tháng 9 năm 2020, Corning đã phát hành cáp quang Thunderbolt 3 với các độ dài 5 m (20 ft), 10 m (30 ft), 15 m (50 ft), 25 m (80 ft) và 50 m (160 ft). Trong khi đó, công ty Đài Loan Areca đã phát hành cáp quang Thunderbolt 3 vào tháng 4 năm 2020 với chiều dài 10 m (30 ft), 20 m (70 ft) và 30 m (100 ft).

Phiên bản cáp Thunderbolt 4 bằng đồng cung cấp tốc độ 40 Gbit/giây đầy đủ và hỗ trợ khả năng tương thích ngược với tất cả các phiên bản USB (lên đến USB4), DisplayPort Alternate Mode (DP 1.4 HBR3) và Thunderbolt 3. Được phát hành vào đầu năm 2021, chúng cũng có sẵn với ba độ dài cụ thể: 0,2 m (0,66 ft), 0,8 m (2,6 ft) và 2 m (6,6 ft) - với nhiều công ty ban đầu cung cấp loại 0,8 m (2,6 ft).

Cáp Thunderbolt 4 bằng đồng dài tới 1,0 m (3,3 ft) là cáp thụ động, trong khi cáp dài hơn phải tích hợp mạch xử lý tín hiệu chủ động. Chiều dài tối đa của cáp chủ động có sẵn từ hầu hết các thương hiệu, bao gồm CalDigit, Cable Matters, và các công ty khác, trong khi Apple hiện là công ty duy nhất cung cấp cáp đồng chủ động dài 3m (9,8ft).

Cáp quang Thunderbolt 4 hướng đến độ dài từ ≈5m (16ft) đến 50m (160ft), mặc dù điều này có thể không xảy ra, thay vào đó, cáp quang Thunderbolt 5 sẽ được chuyển sang sau khi tiêu chuẩn này ra mắt vào cuối năm 2024.

Khả năng tương thích 
Chi tiết về khả năng tương thích có sẵn trên trang web Thunderbolt Technology Community.

Một cổng Thunderbolt 3 trở lên cung cấp khả năng truyền dữ liệu, hỗ trợ hai màn hình 4K 60Hz và sạc nhanh máy tính xách tay lên đến 100W chỉ với một cáp. Bất kỳ đế cắm Thunderbolt hoặc USB nào cũng có thể kết nối với máy tính Thunderbolt 3. Các thiết bị USB có thể được kết nối với cổng Thunderbolt 3 trở lên. Các thiết bị DisplayPort và Mini DisplayPort được hỗ trợ.

Một số chức năng có thể khả dụng nếu thiết bị Thunderbolt được kết nối với cổng USB-C; điều này phụ thuộc vào việc triển khai và không được đảm bảo.

Thunderbolt 4 hỗ trợ các thiết bị Thunderbolt 3. Intel không hỗ trợ các thiết bị Thunderbolt 1 và 2 trên Windows khi sử dụng Thunderbolt 4. Ban đầu, các thiết bị này được hỗ trợ, nhưng sau đó các bản cập nhật firmware đã vô hiệu hóa tính năng này để bảo mật. Apple cung cấp hỗ trợ ngược cho các thiết bị Thunderbolt 1 và 2 trên các hệ thống hỗ trợ Thunderbolt 4 của họ.

Xem thêm 

 USB

 Lightning
 eGPU

Chú thích

Đọc thêm

Liên kết ngoài 

  – official site
 Thunderbolt May Not Be As Fast As You Think – Larry Jordan