Thunderbolt

**Thunderbolt** 又稱「雷電技術」，蘋果中國譯為「**雷靂**」，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。

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 傳輸資料（40 Gbit/s + 40 Gbit/s，特別是針對外接高速網路時），又能相容 Mini DisplayPort 裝置直接連接 Thunderbolt 介面傳輸視訊與聲音訊號，也可連接 Apple Thunderbolt Display 直接同時輸出視訊、聲音與資料，且不用如傳統使用多條連接線。

## 技術內容

### 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 主機板，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 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 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。

### 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。

## 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。

## 外接

* Thunderbolt 典型應用之一是外接顯示卡。以前的 Intel CPU 沒有整合 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 處理器的筆記型電腦未配備支援 Thunderbolt 3 的 USB-C 介面，例如 Surface Pro 7 的 USB-C 介面就未整合 Thunderbolt 3。

## 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）。

## 參考資料

## 外部連結

* Light Peak 技術（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 英特爾 THUNDERBOLT 技術（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 蘋果公司 THUNDERBOLT 介紹（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* THUNDERBOLT Technology Community（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Learn More About THUNDERBOLT（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）