Thunderbolt

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Thunderbolt又称“雷电技术”，苹果中国译为“雷雳”，是由英特尔（Intel）发表的连接器标准，目的在于当作电脑与其他装置之间的通用总线，第一代与第二代的连接口与Mini DisplayPort整合，第三代至第五代的连接口与USB Type-C结合，并且能用于充电。Thunderbolt 1 和 2 使用与 Mini DisplayPort (MDP) 相同的连接器，而 Thunderbolt 3、4 和 5 使用USB Type-C连接器，并支援 USB 装置。

早期由英特尔独立研发，使用光纤传输；后来在一次科技展示会场上，苹果公司看到了早期光纤传输的原型后，主动对英特尔表示兴趣并给予开发上的建议，致使正式发表的第一代从光纤改用铜线和苹果的Mini DisplayPort外形，Mini DP接口加上Thunderbolt，由于二合一的整合特点，作为苹果的多用途高速传输界面使用，苹果的加入使得Thunderbolt生态建立起来。

Thunderbolt 第三代以后采用USB Type-C连接口。继续延伸多合一的整合特点，因此它既能以双向 40 Gbit/s传输数据（40 Gbit/s + 40 Gbit/s，特别是针对外接高速网络时），又能兼容Mini DisplayPort设备直接连接Thunderbolt接口传输视频与声音信号，也可连接Apple Thunderbolt Display直接同时输出视频、声音与数据，且不用如传统使用多条连接线。

## 技术内容

版本｜时间｜厂商｜代号｜地点｜带宽｜USB

Thunderbolt 开发版｜2009年｜Intel｜Light Peak｜英特尔科技论坛（IDF）

Thunderbolt｜2011年2月｜IntelApple｜Light Peak｜10 Gbit/s｜与USB 3.0同时应用在未来的系统中，扮演互补角色。｜具有这种接口的MacBook Pro及一根29美元的连接线。苹果独享这技术专利权一年。

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｜连接埠更换为USB Type-C｜Alpine Ridge 仅能相容于Thunderbolt 系统, Titan Ridge 可以相容于大部分的USB-C 系统, 不仅限于Thunderbolt

Thunderbolt 4｜2020年7月8日｜Device : Goshen Ridge Host : Maple Ridge

Thunderbolt 5｜2024年｜Barlow Ridge｜120 Gbit/s

### 第一版（Thunderbolt）

2011年，发表第一版Thunderbolt，讯号线最长可达10米，双向同步传输速度可达10 Gbit/s。

Thunderbolt 技术采用两种通讯协定，包括用在资料传输的 PCI Express，以及用在显示的 DisplayPort，且完整相容现有的DisplayPort装置。将来可能取代其他个人电脑的周边装置总线，如DVI、DisplayPort、USB、Firewire（IEEE 1394）与 HDMI等，成为电脑对外的单一总线。

可以透过菊花链（Daisy-chain）方式连接最多六个周边装置(其中首两链可包含两个Apple Thunderbolt Display)，透过总线可供应10W的电力给周边。

### 第二版（Thunderbolt 2）

2013年，第二版，代号 Falcon Ridge，同步传输速度 20 Gbit/s。

英特尔希望在2020年时将它提升到100Gbps，透过光纤线路发送具红外线信号代替传统的数据线进行数据传输，当作电脑与其他装置之间的通用连接线，类似目前USB的功能，未来一台电脑可装设数个Thunderbolt连接埠，提供不同的装置使用，也可直接连接到一个具有数种对外接口的装置上，用一种细长的线缆支援多种输入输出装置。

Intel宣称，Thunderbolt 2 能连接一个显示器，并同时传送4K视讯。

- 物理层面，第一、二版 Thunderbolt 的带宽都是 20 Gbit/s，因此线材是相容的。讯号线包含四条 10 Gbit/s通道，上下行各有两条。
- 逻辑层面，第二代 Thunderbolt 合并了第一代的两条独立 10 Gbit/s 通道，使得最高传输速度翻倍到 20 Gbit/s。

第一款引入 Thunderbolt 2 的产品是ASUS主板，于2013年8月19日发布。

第一款发售的产品是苹果公司MacBook Pro with Retina (Late 2013)，于2013年10月22日推出。

### 第三版（Thunderbolt 3）

2015年6月2日，COMPUTEX 2015，代号为Alpine Ridge，双倍带宽达到40 Gbit/s (5 GB/s)。Thunderbolt 3 物理接口改用USB Type-C。

新一代 Thunderbolt 节省一半用电，最大供电100W。可连接两个4K分辨率显示器，或一个5K分辨率显示器。基于 PCIe 3.0 x4。支援 HDMI2.0（4K 60Hz）和 DisplayPort1.2（5K 60Hz）。

英特尔提供控制器的三个版本：

- "DP"（Double Port）版本： PCIe 3.0 ×4 提供2个 Thunderbolt 3 接口 (JHL6540)
- "SP"（Single Port）版本： PCIe 3.0 ×4 提供1个 Thunderbolt 3 接口 (JHL6340)
- "LP"（Low Power）版本： PCIe 3.0 ×2 提供1个 Thunderbolt 3 接口 (JHL6240)

由于支援 Thunderbolt 1, 2 的厂商不多，而且采用 Thunderbolt 的装置大多是高端产品，价格昂贵，加上接口使用的是苹果Mini Displayport，配件无法用在其他电子装置，普及程度远低于对手USB。故此版的 Thunderbolt 将与 USB Type-C 的接头相容，使 Thunderbolt 接口变得更普及。

### 第四版（Thunderbolt 4）

Thunderbolt4在CES2020公开发表，最终版本的规格书在2020年七月发布。Thunderbolt 4 与 Thunderbolt 3 的主要差异在于对于USB4通讯协定的支援以及资料的传输速度。对于PCIe的最低要求需要32Gbit/s 以上。支援两个4K显示(DisplayPort 1.4)。支援Intel VT-d为基本的直接内存存取保护以防止实体DMA攻击。

### 第五版（Thunderbolt 5）

2023 年 9 月 12 日，英特尔预览了 Thunderbolt 5（代号 Barlow Ridge），它符合 USB开发者论坛 (USB-IF) 的 USB4 2.0 规格。它提供 80 Gbit/s 的对称带宽，例如 大量储存装置的带宽是 Thunderbolt 4 的两倍，显示器的单向带宽为 120 Gbit/s（Thunderbolt 3 和 4 的三倍），支援 60Hz 的双 8K 显示器。

完整规格涵盖：

- 支援最新版本的USB4 2.0 80 Gbit/s规范
- 总带宽是 Thunderbolt 4 的两倍，达到 80 Gbit/s，同时为视讯密集型用途提供高达三倍的带宽，达到 120 Gbit/s
- 支援 DisplayPort 2.1
- 使用 PCI Express Gen. 4 x4 实现 PCI Express 资料吞吐量的两倍 (64 Gbit/s)，实现更快的储存和外部显卡
- 下游充电功率高达 240W
- 透过 PAM-3 与长达 1 m (3.3 ft) 的现有被动电缆配合使用
- 与先前版本的 Thunderbolt、USB 和 DisplayPort 相容
- 由英特尔的支持和认证计划支持

英特尔宣布将于 2024 年开始推出与 Thunderbolt 5 相容的电脑和配件。

## 商品化

2011年2月24日，苹果公司发布新款 MacBook Pro，搭载 Thunderbolt 技术，这是此技术首次应用在商业产品上。在PC产品上苹果有一年的专利独享权。同日，Promise 发布 Pegasus 存储产品，同样应用此技术，这是此技术首次应用存储业产品上。稍后，苹果发布了使用 Thunderbolt 技术的 Apple Thunderbolt Display，2012年发布了两个小配件：Apple Thunderbolt to Gigabit Ethernet Adapter 和 Apple Thunderbolt to FireWire 转换器。

2013年6月10日，苹果公司发布新款 Mac Pro 并将搭载 Thunderbolt 2 技术。

2016年10月28日，苹果公司发布新款MacBook Pro搭载Thunderbolt 3技术。

2020年6月23日，苹果公司官网开卖Thunderbolt 3 Pro 连接线。

2024年10月29日，苹果公司发布新款M4 pro芯片的Mac mini 搭载Thunderbolt 5技术。Thunderbolt 5数据线（1m）官网售价69.00美金。

2024年10月30日，苹果公司发布新款MacBook Pro搭载Thunderbolt 5技术。

## 外接

- Thunderbolt典型应用之一是外接显卡。以前的Intel CPU没有集成Thunderbolt控制器，许多笔记型电脑的Thunderbolt界面都是挂接在PCH下。第十代Intel Core处理器集成了Thunderbolt控制器，但是仅限10nm的Ice Lake微架构处理器，而同为第十代Intel Core的14nm Comet Lake微架构处理器并未集成Thunderbolt控制器，且部分搭载Ice Lake处理器的笔记型电脑未配备支持Thunderbolt 3的USB-C接口，例如Surface Pro 7的USB-C接口就未集成Thunderbolt 3。

## 安全性

许多Thunderbolt装置都实现了“安全性模式”，当连接装置时要求用户的验证，以防止某些恶意的装置通过存取PCI Express总线进行DMA攻击和读取主内存：

- `none`：没有Thunderbolt安全性，允许所有装置的连接。在BIOS设定中又被称为“Legacy Mode”。
- `user`：每次连接装置时都必须经过用户的验证。
- `secure`：连接装置时要求用户的验证，但记住用户连接过的装置，对于同一个装置不要求重新验证。
- `dponly`：禁止Thunderbolt界面的PCI Express总线功能，只允许DisplayPort功能（有的电脑是只允许DisplayPort功能和USB功能）。

## 外部链接

- Light Peak技术
- 英特尔 THUNDERBOLT 技术
- 苹果公司 THUNDERBOLT 介绍
- THUNDERBOLT Technology Community
- Learn More About THUNDERBOLT

## 基本资料

- 类别：Dual-protocol I/O
- 设计者：英特尔和苹果公司
- 制造商：无特定厂商
- 制造时间：2011年2月
- 取代：FireWire（IEEE 1394）
- 长度：最长达5米（铜线）
- 热插拔：支援
- daisy_chain：支援，最多达7部装置
- 外接：支援
- 信号：15 W 100 W (Thunderbolt 3 充电)
- 数据信号：支援
- 比特率：第一代：双通道，其中每通道10 Gbit/s（总计20 Gbit/s）第二代：总计20 Gbit/s 第三代和第四代：40 Gbit/s双向传输（PCIe及DisplayPort）第五代：可达80 Gbit/s
- 协议：ThunderboltPCI Express 2.0 x4DisplayPort 1.1a Thunderbolt 2PCI Express 2.0 x4DisplayPort 1.2 Thunderbolt 3PCI Express 3.0 x4USB 3.1 Gen2DisplayPort 1.2 Thunderbolt 4PCI Express 3.0 x4DisplayPort 2.0USB4
- 连接器：Mini DisplayPort（第一代和第二代）, USB Type-C（第三代至第五代）
- pin1：接地
- pin1_name：GND
- pin2：热插拔侦测
- pin2_name：HPD
- pin3：高速通道0的正讯号传输
- pin3_name：HS0TX(P)
- pin4：高速通道0的正讯号接收
- pin4_name：HS0RX(P)
- pin5：高速通道0的负讯号传输
- pin5_name：HS0TX(N)
- pin6：高速通道0的负讯号接收
- pin6_name：HS0RX(N)
- pin7：接地
- pin7_name：GND
- pin8：接地
- pin8_name：GND
- pin9：慢速通道的讯号传输
- pin9_name：LSR2P TX
- pin10：接地（保留）
- pin10_name：GND
- pin11：慢速通道的讯号接收
- pin11_name：LSP2R RX
- pin12：接地（保留）
- pin12_name：GND
- pin13：接地
- pin13_name：GND
- pin14：接地
- pin14_name：GND
- pin15：高速通道1的正讯号传输
- pin15_name：HS1TX(P)
- pin16：高速通道1的正讯号接收
- pin16_name：HS1RX(P)
- pin17：高速通道1的负讯号传输
- pin17_name：HS1TX(N)
- pin18：高速通道1的负讯号接收
- pin18_name：HS1RX(N)
- pin19：接地
- pin19_name：GND
- pin20：接头电源
- pin20_name：DPPWR