Thunderbolt

Thunderbolt (algse koodnimega Light Peak) on riistvaraline kaabliliides, mis on loodud selleks, et ühendada väliseid seadmeid arvutiga. Thunderbolt ühendab PCI Expressi (PCIe) ja DisplayPordi signaalid kaheks jadasignaaliks, samuti saab selle sama juhtme abil pakkuda seadmetele alalisvoolu. Kuni kuus seadet saavad olla omavahel ühendatud. 

Selle maksimaalsed kiirused 2021. aastal ulatuvad kuni 40 Gbit/s. Thunderbolt võimaldab piisavalt kiiret andmesidet, et oleks võimalik arvutitele ühendada väliseid videokaarte, andmekandjaid, vaadata suure lahutusvõimega videot ja veel palju muid võimalusi, mis võivad vajada suuri andmevahetuse kiiruseid.



Omadused
40 Gbit/s maksimaalne kiirus kõige uuema põlvkonnaga
Ühendatav korraga mitme seadmega
Mitmed protokollid
Kahesuunaline ülekanne
Käigultvahetatav

Ajalugu

2009. aastal tutvustati Light Peaki tehnoloogiat Intel Developers Forumi üritusel. Demonstratsiooni käigus suutis Mac Pro käitada kahte FullHD-kvaliteediga videopilti ja samaaegselt LANi ning andmekandjat üle ühe ainsa juhtme. See oli võimalik tänu Inteli loodud PC desktopi PCI Express kaardi prototüübi abil. Tol ajal maksimaalne kiirus 10 Gbit/s, kuid lubati tulevikus kiirusi kuni 100 Gbit/s. Kaardil oli kaks optilist siini, et varustada nelja porti energiaga.
Kuid suurenev nõudlus ribalaiuse järele on põhjustanud nõudluse suuremate võimalustega liideste, näiteks eSATA ja DisplayPorti järele, mis aga ei ühildu USB ega muude sarnaste välissiinidega.
4. mail 2010 demonstreeris Intel Brüsselis Light Peaki ühendusega sülearvutit (näidates, et tehnoloogiline lahendus on piisavalt väike, et mahtuda nii väiksesse seadmesse) ja lasi sülearvutil saata üheaegselt 2 HD-videovoogu läbi ühenduse (näidates, et vähemalt mõned tarkvara/püsivara stacks-pinumälud ja protokollid on nüüd toimivad). Samal esitlusel väitis Intel, et eeldatakse riistvara tootmise alustamist 2010. aasta lõpus. 
2010. aasta septembris esitleti esimesi kommertsprototüüpe Intel Developer Forumis.
Algselt pidi Thunderbolt olema optiline tehnoloogia, hiljem otsustati siiski elektriliste ühenduste kasuks, et toode oleks odavam ja oleks võimalus anda ka seadmetele toidet selle sama juhtme kaudu.
2011. aasta alguses otsustati, et Thunderbolt kasutab vasest ühendusi. Niimoodi otsustati, kuna ainult vasega eksperimenteerides saadi üle ootuste häid tulemusi. Vasest kaabli suur eelis oli voolu ülekanne, sest niimoodi sai Thunderbolti abil anda ka toidet välisseadmetele.
Siiski jätkus arendus ka optilise Thunderboltiga, sest optilise kiukaabli eelis on juhtme pikkus. Optiline tehnoloogia lubas kaableid kuni 60 meetri pikkuseid teha. Sellisel juhul pidid kõik seadmed saama oma toite välistest toiteallikatest.
Ka 2021 aastal on saadaval kahte erinevat tüüpi kaableid: optilised ja vasest. Optiline on pikamaa andmevahetuseks ja vasest kaabel on lühimaa välisseadmete ühendamiseks, kuid suudab ka toidet anda.

Thunderbolt 1

2011. aasta veebruaris kuulutas Apple koos oma uue arvutiga välja Thunderbolti tehnoloogia. Tehnoloogia oli välja töötatud koostöös Inteliga. Esimene arvuti, mis võimaldas Thunderbolti ühendust, oli seega Macbook Pro.
Thunderbolti esimene generatsioon kasutab Mini DisplayPort ühendust. Edukaks toimimiseks peab arvutil olema Thunderbolti toega Mini DisplayPorti pesa, see tähendab et kuigi pesa vanemates arvutites, milles on Mini DisplayPort pesa, näeb samasugune välja ei kasuta need Thunderbolti ühendust.
Mitme välisseadme ühendamiseks oli võimalik kasutada Daisy-chain topoloogiat. Sel moel on võimalik ühendada kuni kuus välisseadet.
Intel hakkas 2011. aasta teises veerandis ka tootjatele ja arendajatele pakkuma arendaja pakki, mille abil oleks võimalik töötada välja uusi seadmeid, mis kasutavad Thunderbolti ühendust.

Thunderbolt 2
2013. aasta juunis kuulutas Intel välja Thunderbolti järgmise versiooni “Thunderbolt 2” ja tootmine algas samal aastal. Esimeses versioonis olevad kaks 10 Gbit/s kanalit liideti kokku üheks. Seega jäi ribalaius jätkuvalt samaks, 20 Gbit/s, kuid ühendus muutus palju paindlikumaks.
Esimene seade, mis kasutas Thunderbolt 2 oli Asus Z87-Deluxe/Quad emaplaat 19. augustil 2013. Esimene arvuti, kus oli Thunderbolt 2 oli 2013. aasta Macbook Pro.

Füüsilisel tasemele on kahe esimese põlvkonna ribalaiused samad ja seega saab ühendada Thunderbolt 2 seadmeid Thunderbolt 1 kaabliga. Loogilisel tasemel liidab Thunderbolt 2 eelnvalt kaks erinevat 10 Gbit/s kanalit üheks 20 Gbit/s kanaliks.
Thunderbolt 2 kasutab jätkuvalt Mini DisplayPort ühendust. Thunderbolt 2 sisaldab DisplayPort 1.2 protokolli, mis lubab vaadata 4K videot väliselt kuvarilt. Samaaegselt 4K video kuvamisele suudab Thunderbolt 2 4K videot sama kaablit pidi saata mõnda teise välisesse seadmesse.

Thunderbolt 3

Thunderbolt 3 kasutab USB Type-C ühendust. Võrreldes eelmise versiooniga on kiirus kahekordistunud ehk 40 Gbit/s. Sellest andmetele kasutatav on ainult 32.4 Gbit/s ja kuna kasutataks 8b/10b kodeeringut, siis tegelik ribalaius on 25.92 Gbit/s. Thunderbolt 3 kasutab 4 rajaga PCIe 3.0 ja 8 rajaga DisplayPort 1.2.
Thunderbolt 3 kontroller kulutab poole vähem voolu kui eelkäija. See suudab käitada kahte 4K kuvarit 60 Hz juures. Thunderbolt 3 suudab tarnida kuni 15 W voolu välisseadmesse ja samal ajal saata andmeid. Kasutades USB Power Delivery spetsifikatsiooni on Thunderbolt 3 võimeline vaskkaablit pidi tarnima kuni 100 W voolu.
Thunderbolt 3 on tagasiühilduv eelmiste versioonidega kui kasutada vastavat adapterit.
Esimesena toetas Thunderbolt 3 2015. aasta lõpus turule tulnud Inteli Skylake arhitektuuriga kiibistik. Samal aastal hakkasid turule tulema ka välised seadmed, mis toetasid seda ühendust.
4. jaanuaril 2018 avaldas Intel, et värskendab Thunderbolt 3, lisades DisplayPort 1.4 toe ja parandades veel mõnesid aspekte.

USB4
29. augustil 2019 anti välja USB4 spetsifikatsioon. Uus USB baseerub Thunderbolt 3 protokollil. See toetab kiiruseid kuni 40 Gbit/s ja on ühilduv Thunderbolt 3-ga. USB4 on samas tagasiühilduv USB 3.2 ja USB 2.0.

Thunderbolt 4
Thunderbolt 4 avalikustati üritusel CES 2020 ja lõplikud andmed 2020. aasta juulis. Thunderbolt 3 ja 4 põhilised erinevused on USB4 toe puudumine, minimaalne ribalaius PCIe lingi jaoks on 32 Gbit/s, tugi suurema lahutusega kuvaritele ja Inteli virtualiseerimise baasil otsemällupöörduse kaitse, et ennetada DMA rünnakuid.
Thunderbolt 4 lõi ka võimaluse kasutada jaotureid seadmete ühendamisel, seega pole enam ainuke võimalik topoloogia Daisy-chain. Jaoturid on tagasiühilduvad Thunderbolt 3 seadmetega ja hostseadmetega.
Maksimaalne ribalaius on jätkuvalt 40 Gbit/s.

Turundus
24. mail 2017 teatas Intel, et Thunderbolt 3 saab maksuvabaks standardiks OEMile ja kiibistiku tootjatele 2018. aastal. Sellega lootis Intel suurendada Thunderbolti portokolli kasutamist. Thunderbolt 3 võeti ka seetõttu kasutusele USB4 standardis. Siiski on jätkuvalt Inteli käes ainuõigus Thunderbolt 3 seadmete sertifitseerimise üle ja seadmed kõik seadmed, mis soovivad standardit kasutada, peavad olema sertifitseeritud.

Disain
Aastaks 2010 oli senistele liidestele nagu SCSI, SATA, USB, FireWire, PCI Express ja HDMI tarvis ühte universaalset asendust. Thunderbolti (algselt Light Peak) eesmärgiks sai kõrvaldada mõningaid arvutitööstuse probleeme, mis olid ilmnenud, nagu näiteks piiratud edastuskiirused ning mitmed ühendusliidesed, millest paljud peavad olema toetatud ning on tihti seejärel jäänud täielikult kasutamata. Üksikkaabli ühenduse peamine probleem on elektrijuhtmete/kaablite maksimumpikkus – alalisvoolu energia ja elektrisignaalid vähenevad kiiresti alates 5 meetri kauguselt.
Teoorias võiks seade, mis asub vähem kui 5 meetri kaugusel, kergesti töötada kas DC PoE või USB 3 kasutajaliidese abil ühel kaablil toite ja andmetega. Kuid kui seade peab olema enam kui 5 meetri kaugusel, peab seda eraldi varustama vahelduvvoolu toitega ning peab tingimata toetuma optilisele kaablile, et saavutada stabiilset 10 Gbit/s kiirust, ükskõik kas see on Ethernet "short reach" kaabel (300 m) või Thunderbolti optiline kaabel (100 m).
Sellest inspireerituna töötaski Intel välja uue kaabli liidese, mis pidi olema võimeline kõiki erinevaid ühendusi kandma ühes kaablis. Algselt optiline kaabel Light Peak, mis sisaldas ka vasktraati vooluga varustamiseks pakkus juba väga suuri andmevahetuse kiiruseid. Küll aga loobuti vasktraadi sisaldamisest optilise kiuga kaablis, sest kui kaabel siiski pikem teha, siis on seadmel vaja ikkagi välist vooluallikat. Standardi väljatöötamise ehk Thunderbolt 1 avalikustamise ajaks oli otsustatud, et tehakse kaks kaablit: optiline, mis ei transpordi elektrivoolu ja vasktraat, mis on mõeldud lühimaa lahendusteks ning transpordib lisaks andmetele ka voolu. Kaks erinevat kaablit kadusid Thunderbolt 3 tulekuga ja ka Thunderbolt 4 ei oma optilist kaablit. Thunderbolt 3 saab kasutada optilist kaablit kui kasutada tuleb Thunderbolt 1 või 2 kaablit läbi vastavate adapterite.

Kaablid

Thunderbolt vajab toimimiseks erilist kaablit, mistõttu võib Thunderbolti kaabel olla kallim kui tavalised Mini DisplayPort või USB Type-C kaablid. Thunderbolti kaabli tunneb ära välgunoole järgi. Thunderbolt 1 ja 2 omavad kaablid sobivad Mini DisplayPorti pessa. Thunderbolt 3 ja 4 kaablid ühendatakse USB-C-pessa.

Thunderbolti vaskkaabel
Vaskkaabel on kõige levinum Thunderbolti kaabel. Maksimaalne pikkus võib olla kuni 3 meetrit. Thunderbolt 1 ja 2 kasutavad vaskkaablit, mille ühendused otstes on Mini DisplayPort. Thunderbolt 3 ja 4 kasutavad ainult vaskkaablit, mille otsad on USB-C tüüpi. Enamasti on tegu aktiivsete kaablitega, mis tähendab et kaabli otstesse on pandud ka vajalikud elektroonilised mikroskeemid, mis võimendavad signaale ja üldist võimekust. Thunderbolt 3 USB-C pesasse saab ühendada ka passiivse juhtme, kuid selletõttu kannatab andmevahetuse kiirus. Siiski on ka passiivne Thunderbolt 3 kiirem kui USB 3.1. Kõik Thunderbolt 4 kaablid on passiivsed kaablid, kuid suudavad ikka pakkuda lubatud kiiruseid. Thunderbolt 3 ja 4 kaablitel on ka täielik USB tugi ehk ühilduvad kõik USB versioonid, mis omavad USB Type-C ühendust.

Thunderbolti valguskaabel
Algselt pidi Thunderbolt olemagi ainult optiline ühendus, kuid kujunes siiski enamuses vasktraadiga ühenduseks. Thunderbolti optilised kiudkaablid saavad kasutada sama kiirusi, mida kasutavad vaskkaablid, kuid palju suurema vahemaa taha, kuni 60 meetrit. Optilise kiudkaabli suurim puudus on võime puudumine elektrivoolu transportida. Thunderbolt optilised kaablid on olemas kõikidele versioonidele, kuid kuna nõudlus nende järele pole suur. Enamikul kasutajatel pole vaja vedada kaablit üle paari meetri. Thunderbolt 3 ja 4 optilistel kaablitel puudub ka võime.

USB ja Thunderbolti võrdlus

Thunderbolt on otsene konkurent USB-standardile. See on võimeline tegema kõike, mida teeb USB kuid palju kiiremini. Thunderbolt 1 ja 2 kasutasid Mini DisplayPort ühendust ja seetõttu jäi see alla USB-le, sest ei suudetud konkureerida turul domineeriva USB ühendusega, mida kasutasid nii uued kui vanad arvutid. Kiirus oli küll tootjatele ja arendajatele ahvatlev, kuid kuna polnud palju seadmeid, mis seda tüüpi ühendust vajaksid, siis Thunderbolt 1 ja 2 ei saavutanud kunagi suurt edu.
Kui Thunderbolt 3 kasutab USB Type-C ühendust, sellega on tehnoloogiatööstused tuttavad ja turule tekkis üha enam seadmeid, mis kasutasid Thunderbolt 3. Kuna Thunderbolt on palju kiirem, siis Thunderbolt 3 tulekuga kasvas hüppeliselt selle kasutamine. Apple kasutab paljudes oma seadmes Thunderbolti ühendust. Thunderbolt 3 on ühilduv USB-ga ja seetõttu on see paljudes olukordades eelistatud USB-le. Kahe pordi ühildumine võib põhjustada segadust, sest kui üks seade toetab Thunderbolti, kuid teine mitte, siis kasutatakse aeglasemat USB ühendust.
Thunderbolt 3 omab ka suurt eelist USB ees kuvarite ühendamisel, sest USB ühenduses ei ole DisplayPorti standardit sees. Thunderbolt 3 on lühidalt öeldes palju parem USB ühendus.

Võimalused
Inimkonna üldine andmekasutus suureneb pidevalt ja sellega seoses on vaja paremaid ja kiiremaid ühendusi luua arvuti ja välisseadmete vahel. Thunderbolt on liides, mis saab selle ülesandega suurepäraselt hakkama.
Väliste andmekandjate andmevahetuse kiirus arvutiga on kiirem. Enamik väliseid andmekandjaid on USB ühendusega, kuid see ei ole tihti nii kiire kui oleks vajalik. Thunderbolt 3 pakub juba kiiruseid, mis konkureerivad siseste andmesiinidega. USB-C ühendus on mugav kasutada ja sobib suurepäraselt ka teiste seadmetega, millega on vaja vahetada suures mahus andmeid.
Thunderbolt võimaldab ühendada audio- ja videoliideseid arvutiga, et nende kasutamist hõlbustada. Ühe juhtme abil saab näidata pilti mitmele kuvarile. Thunderbolt 3 saab toetada kahte 4K kuvarit 60 Hz juures.
Samuti saab Thunderbolt anda toidet seadmetele. Thunderbolt 3 on võimeline varustama välisseadet 15 W toitega ja võimeline laadima seadet kuni 100 W võimsusega, kuid sel juhul on piiratud teised võimalused.
Thundebolt on kaabel, mis suudab teha peaaegu kõike, mida kaabel üldse teha võiks. Ainus märkimisväärne miinus on vahemaa, mis võib seadmetel olla, sest vaskkaabel ei suuda kanda signaale ega elektrivoolu väga kaugele, maksimaalne seadmete kaugus on 3 meetrit. Kuid sellele on ka lahendus kui on võimalus kasutada seadmes välist toidet. Sel juhul saab kasutada optilist Thunderbolti kaablit, mis ulatub kuni 60 meetri kaugusele.

Viited

Välislingid
 

Arvutisiinid