Thunderbolt

Thunderbolt又稱「雷電技術」，蘋果中國譯為「雷靂」，是由英特爾（Intel）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，第一代與第二代的連接口與Mini DisplayPort整合，第三代至第五代的連接口與USB Type-C結合，並且能用於充電。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。

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接口加上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。

Thunderbolt 第三代以後採用USB Type-C連接口。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，特別是針對外接高速網路時），又能兼容Mini DisplayPort設備直接連接Thunderbolt接口傳輸影片與聲音信號，也可連接Apple Thunderbolt Display直接同時輸出影片、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｜英特爾科技論壇（IDF）

Thunderbolt｜2011年2月｜IntelApple｜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。｜具有這種接口的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｜Device : Goshen Ridge Host : Maple 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，透過光纖線路發送具紅外線信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接口的裝置上，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視訊。

- 物理層面，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。
- 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主板，於2013年8月19日發佈。

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。

### 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 物理接口改用USB Type-C。

新一代 Thunderbolt 節省一半用電，最大供電100W。可連接兩個4K解析度顯示器，或一個5K解析度顯示器。基於 PCIe 3.0 x4。支援 HDMI2.0（4K 60Hz）和 DisplayPort1.2（5K 60Hz）。

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 接口 (JHL6540)
- "SP"（Single Port）版本： PCIe 3.0 ×4 提供1個 Thunderbolt 3 接口 (JHL6340)
- "LP"（Low Power）版本： PCIe 3.0 ×2 提供1個 Thunderbolt 3 接口 (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，加上接口使用的是蘋果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。

### 第四版（Thunderbolt 4）

Thunderbolt4在CES2020公開發表，最終版本的規格書在2020年七月發布。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開發者論壇 (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，同時為視訊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
- 由英特爾的支持和認證計劃支持

英特爾宣布將於 2024 年開始推出與 Thunderbolt 5 相容的電腦和配件。

## 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 存儲產品，同樣應用此技術，這是此技術首次應用存儲業產品上。稍後，蘋果發佈了使用 Thunderbolt 技術的 Apple Thunderbolt Display，2012年發布了兩個小配件：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。

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，蘋果公司發布新款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。

2024年10月30日，蘋果公司發佈新款MacBook Pro搭載Thunderbolt 5技術。

## 外接

- Thunderbolt典型應用之一是外接顯示卡。以前的Intel CPU沒有集成Thunderbolt控制器，許多筆記型電腦的Thunderbolt介面都是掛接在PCH下。第十代Intel Core處理器集成了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微架構處理器並未集成Thunderbolt控制器，且部分搭載Ice Lake處理器的筆記型電腦未配備支持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

許多Thunderbolt裝置都實現了「安全性模式」，當連接裝置時要求使用者的驗證，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：

- `none`：沒有Thunderbolt安全性，允許所有裝置的連接。在BIOS設定中又被稱為「Legacy Mode」。
- `user`：每次連接裝置時都必須經過使用者的驗證。
- `secure`：連接裝置時要求使用者的驗證，但記住使用者連接過的裝置，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）。

## 外部連結

- Light Peak技術
- 英特爾 THUNDERBOLT 技術
- 蘋果公司 THUNDERBOLT 介紹
- THUNDERBOLT Technology Community
- Learn More About THUNDERBOLT

## 基本資料

- 類別：Dual-protocol I/O
- 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）
- 長度：最長達5公尺（銅線）
- 熱插拔：支援
- daisy_chain：支援，最多達7部裝置
- 外接：支援
- 信號：15 W 100 W (Thunderbolt 3 充電)
- 數據信號：支援
- 比特率：第一代：雙通道，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）第五代：可達80 Gbit/s
- 協議：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
- 連接器：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：熱插拔偵測
- pin2_name：HPD
- pin3：高速通道0的正訊號傳輸
- pin3_name：HS0TX(P)
- pin4：高速通道0的正訊號接收
- pin4_name：HS0RX(P)
- pin5：高速通道0的負訊號傳輸
- pin5_name：HS0TX(N)
- pin6：高速通道0的負訊號接收
- pin6_name：HS0RX(N)
- pin7：接地
- pin7_name：GND
- pin8：接地
- pin8_name：GND
- pin9：慢速通道的訊號傳輸
- pin9_name：LSR2P TX
- pin10：接地（保留）
- pin10_name：GND
- pin11：慢速通道的訊號接收
- 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的正訊號傳輸
- pin15_name：HS1TX(P)
- pin16：高速通道1的正訊號接收
- pin16_name：HS1RX(P)
- pin17：高速通道1的負訊號傳輸
- pin17_name：HS1TX(N)
- pin18：高速通道1的負訊號接收
- pin18_name：HS1RX(N)
- pin19：接地
- pin19_name：GND
- pin20：接頭電源
- pin20_name：DPPWR