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Intel Thunderbolt接口科普

2023-09-12 10:12:15 來(lái)源:線纜行業(yè)朋友分享圈

Intel的Thunderbolt接口目前已經(jīng)Mac上實(shí)現(xiàn)超快的數(shù)據(jù)傳輸速度和改進(jìn)的外部顯示器支持,下一代Thunderbolt5(英特爾高管稱下一代Thunderbolt 5的速度可能是4代的兩倍)將在每個(gè)方向提供80Gbps的帶寬,與當(dāng)前速度相比,未來(lái)Mac和支持該標(biāo)準(zhǔn)的外部存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器之間的數(shù)據(jù)傳輸速度最高提升2倍。據(jù)消息,下一代Thunderbolt還允許外部顯示器高達(dá)120Gbps的帶寬,這將允許Mac支持高達(dá)60Hz的雙8K顯示器。據(jù)悉,最新的14英寸和16英寸MacBook機(jī)型配備雷靂4/USB4接口,每個(gè)方向的帶寬高達(dá)40Gbps。不過(guò)目前,沒(méi)有Mac支持即插即用的8K顯示器,最新的14英寸和16英寸的MacBook Pro型號(hào)最多支持兩個(gè)或三個(gè)外部顯示器,最高6K@60Hz,具體規(guī)格取決于該MacBook的芯片性能。日前蘋果iPhone15系列USB-C數(shù)據(jù)線曝光,也開始采用兼容Thunderbolt 接口,未來(lái)可期.


(資料圖片)

Thunderbolt 接口科普

2016年6月3日,Intel正式公布了Thunderbolt 3接口規(guī)范,該接口需要占用4條PCI-E 3.0通道,傳輸速率可達(dá)40Gbps,為了跟USB接口競(jìng)爭(zhēng),Intel主導(dǎo)研發(fā)了Thunderbolt接口,因?yàn)槠涓哳~的版權(quán)授權(quán)費(fèi)用,讓其并沒(méi)有得到普及,只有蘋果Mac電腦以及少數(shù)高端主板才支持該接口,而且相關(guān)外設(shè)的價(jià)格非常昂貴,Thunderbolt 3接口能支持雙4K(4096×2160)60Hz顯示器輸出,且提供更強(qiáng)的供電能力,可給設(shè)備提供15W電力,如果是專門用來(lái)充電的話,最高能支持100W供電;令人吃驚的是,Thunderbolt 3接口居然和USBType-C一模一樣,而且兼容USB 3.1標(biāo)準(zhǔn)。這么做的好處相當(dāng)明顯,未來(lái)USB Type-C設(shè)備可直接插在Thunderbolt3接口上使用,這顯然會(huì)帶動(dòng)Thunderbolt 3接口的發(fā)展;最新Tiger Lake已經(jīng)確認(rèn)首發(fā)Thunderbolt 4(雷電/雷靂4),由于Thunderbolt 4的帶寬保持在40Gbps,它和USB4某種程度上也算是一回事了.基于Intel雷電4接口協(xié)議,帶寬40Gbps且只有USB Type-C一種接口形態(tài),同時(shí)支持100W功率供電,充分的帶寬能讓它支持菊花鏈承載外置獨(dú)立顯卡,或兩臺(tái)4K顯示器/一臺(tái)5K顯示器.

Thunderbolt簡(jiǎn)介

ThunderboltI/O技術(shù)由Intel公司開發(fā),每個(gè)接口配備兩個(gè)10Gbps全雙工數(shù)據(jù)路徑鏈路,要比Firewire800接口快達(dá)12倍。Thunderbolt采用64b/66b數(shù)據(jù)編碼格式,而Intel開發(fā)的接口控制器可將PCI–Express和DisplayPort復(fù)用成為一個(gè)單數(shù)據(jù)流。Intel公司開發(fā)的第一代控制器代號(hào)為L(zhǎng)ight Ridge,隨后的第二代、第三代控制器代號(hào)分別是Cactus Ridge和Redwood Ridge,而新一代(第四代)控制器的代號(hào)是Falcon Ridge。

在主機(jī)設(shè)備中,控制器從I/O控制器集線器中獲取PCI–Express數(shù)據(jù),從I/O控制器中的負(fù)信號(hào)或如圖1所示的外部圖形控制器中獲取DisplayPort數(shù)據(jù)。接下來(lái),該組合信號(hào)通過(guò)全雙工差分信號(hào)發(fā)出。一般情況下,每個(gè)控制器配備兩個(gè)端口,可進(jìn)行菊花鏈方式的連接。

Thunderbolt接口定義的簡(jiǎn)單講解

前兩代雷電使用的是mini DP接口,而雷電3開始其使用的是Type-C的物理接口,這個(gè)接口有20根引腳。

如圖。其中Ground都是接地,一共8根,其中2根保留未使用。引腳2用于熱插拔的檢驗(yàn),引腳3到6是一對(duì)雙向串行差分信號(hào),引腳15到18是另一對(duì)雙向串行差分信號(hào)。所以雷電1是基于 PCI-E 2.0 X2的,利用兩路PCI-E通道(也就是4路差分信號(hào))進(jìn)行傳輸,速度為雙向各10GT/s,全雙工。引腳9和11可能是USB2.0的差分信號(hào)(也就是“向下兼容USB”)。引腳20是正極供電。關(guān)于雷電2,官方給出的速度是20Gbps,基于PCI-E 2.0 X4,依然使用miniDP接口(接口定義不變,所以完全兼容)。然而根據(jù)接口定義,miniDP只能承載4路差分信號(hào),也就是全雙工下的兩對(duì)(X2通道)

因?yàn)?條通道可以同時(shí)單向工作,所以速度可以達(dá)到PCI-E X4的單向速度,也就是20GT/s,但是這時(shí)是半雙工的。在全雙工下,單向速度還是10GT/s。接下來(lái)是雷電3。雷電3使用的是我們都非常熟悉的Type-C接口,Type-C接口在USB時(shí)的定義如下

但是雷電3是4路差分信號(hào),所以在針腳定義上和USB3.1(2路差分信號(hào))完全不同。具體如何定義的,很遺憾,我并沒(méi)有查到資料。不過(guò)我們可以大體分析一下。Type-C有24根引腳,但是,因?yàn)樗请p面可插的,所以只有一半的引腳是有效的,也就是圖中圈上的那部分

所以,有12根引腳可用。這12根引腳,分配給4路差分信號(hào),需要8根引腳。加上1根屏蔽地、1根地線、1根供電(正極),還剩一根保留(可能用于熱插拔檢測(cè)),是完全夠用的。在協(xié)議上,全速雷電3使用了PCI-E3.0 X4,和雷電2一樣分兩種模式——全雙工和半雙工。半雙工下,最高速度為32GT/s,因?yàn)槭褂昧?28b/130b編碼,所以實(shí)際速度為3.938GB/s(查表就可以知道)。當(dāng)然,全雙工模式下速度減半。那我就很好奇——“40Gbps”的官方宣傳速度到底是怎么來(lái)的?個(gè)人猜想,節(jié)操丟盡的英特爾又在忽悠人。3.938,四舍五入,就是4了嘛!然后按照老的8b/10b的編碼方式(實(shí)際上編碼方式換了),4*8*(10/8)=40G/s,嗯,沒(méi)毛病。另外,雷電3存在半速版,使用的是PCI-E 3.0 X2,這次就只有全雙工模式——也就是雙向各“20G/s”(實(shí)際上是16GT/s),雖然名義上是半速的,實(shí)際上在全雙工下速度和全速?zèng)]有區(qū)別。注意:雷電3接口速度不能達(dá)到PCI-E 3.0 X4的全部速度(全雙工,雙向各32GT/s)的原因不是計(jì)算機(jī)內(nèi)部分配的PCI-E通道數(shù)不足,而是雷電接口本身的針腳數(shù)不足,只能容納4路差分信號(hào)(而PCI-E 3.0 X4是8路差分信號(hào))。最后總結(jié)一下。雷電這東西,在原理上還是比較先進(jìn)的,楞是用4條差分通道達(dá)到了PCI-E X4的單向速度,反正消費(fèi)者們也不關(guān)注到底是全雙工還是半雙工。個(gè)人認(rèn)為,這種設(shè)計(jì)對(duì)于PCI-E而言完全就是浪費(fèi)。在速度已經(jīng)達(dá)到“雙向各20G/s”的雷電3時(shí)代,僅僅就是為了和USB3.1爭(zhēng)一個(gè)高低,就把本來(lái)全雙工的PCI-E X4變成半雙工工作來(lái)解決線數(shù)不夠的問(wèn)題,這就是很嚴(yán)重的浪費(fèi)了(的確,為了找出4個(gè)全速雷電3需要的20條PCI-E 3.0,2017版高端MBP把給獨(dú)顯用的16條和給PCH(可以理解為南橋)的4條全給了雷電,所以,連獨(dú)立顯卡都沒(méi)有!這可真是“Macbook Pro”??!獨(dú)顯都沒(méi)有,除了價(jià)格,真沒(méi)看出哪里對(duì)得起Pro這個(gè)詞。

Thunderbolt 接口的市場(chǎng)

HDMI接口、家庭視屏系統(tǒng)的霸主,DP接口(免授權(quán))、 PC或顯示器端的寵兒,MHL接口、皇親國(guó)戚,是基于HDMI陣營(yíng)的高速?gòu)?fù)合應(yīng)用接口,相關(guān)應(yīng)用已在市售商品,家電上看到的Thunderbolt接口、是FireWire的升級(jí)版本,是英特爾研發(fā)和支持的一種標(biāo)準(zhǔn),戴爾的XPS產(chǎn)品線和惠普的Elite x2平板,蘋果的MAC系列,而在未來(lái),光纖版的Thunderbolt承諾帶來(lái)最高120Gbps的速度;故其為未來(lái)唯一可以和USB TYPE C競(jìng)爭(zhēng)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,如果將來(lái)的趨勢(shì)是一個(gè)接口打天下,假設(shè)USB與Thunderbolt之間的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)沒(méi)有太大的改變;這個(gè)接口仍然就是USB Type-C.

審核編輯:湯梓紅

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