Intel Thunderbolt接口科普

Intel的Thunderbolt接口目前已经Mac上实现超快的数据传输速度和改进的外部显示器支持，下一代Thunderbolt5（英特尔高管称下一代Thunderbolt 5的速度可能是4代的两倍）将在每个方向提供80Gbps的带宽，与当前速度相比，未来Mac和支持该标准的外部存储驱动器之间的数据传输速度最高提升2倍。据消息，下一代Thunderbolt还允许外部显示器高达120Gbps的带宽，这将允许Mac支持高达60Hz的双8K显示器。据悉，最新的14英寸和16英寸MacBook机型配备雷雳4/USB 4接口，每个方向的带宽高达40Gbps。不过目前，没有Mac支持即插即用的8K显示器，最新的14英寸和16英寸的MacBook Pro型号最多支持两个或三个外部显示器，最高6K@60Hz，具体规格取决于该MacBook的芯片性能。日前苹果iPhone 15系列USB-C数据线曝光，也开始采用兼容Thunderbolt 接口，未来可期.

Thunderbolt 接口科普

2016年6月3日，Intel正式公布了Thunderbolt 3接口规范，该接口需要占用4条PCI-E 3.0通道，传输速率可达40Gbps，为了跟USB接口竞争，Intel主导研发了Thunderbolt接口，因为其高额的版权授权费用，让其并没有得到普及，只有苹果Mac电脑以及少数高端主板才支持该接口，而且相关外设的价格非常昂贵，Thunderbolt 3接口能支持双4K（4096×2160）60Hz显示器输出，且提供更强的供电能力，可给设备提供15W电力，如果是专门用来充电的话，最高能支持100W供电；令人吃惊的是，Thunderbolt 3接口居然和USBType-C一模一样，而且兼容USB 3.1标准。这么做的好处相当明显，未来USB Type-C设备可直接插在Thunderbolt3接口上使用，这显然会带动Thunderbolt 3接口的发展；最新Tiger Lake已经确认首发Thunderbolt 4（雷电/雷雳4），由于Thunderbolt 4的带宽保持在40Gbps，它和USB4某种程度上也算是一回事了.基于Intel雷电4接口协议，带宽40Gbps且只有USB Type-C一种接口形态，同时支持100W功率供电，充分的带宽能让它支持菊花链承载外置独立显卡，或两台4K显示器/一台5K显示器.

Thunderbolt 简介

ThunderboltI/O技术由Intel公司开发，每个接口配备两个10Gbps全双工数据路径链路，要比Firewire800接口快达12倍。Thunderbolt采用64b/66b数据编码格式，而Intel开发的接口控制器可将PCI–Express和DisplayPort复用成为一个单数据流。Intel公司开发的第一代控制器代号为Light Ridge，随后的第二代、第三代控制器代号分别是Cactus Ridge和Redwood Ridge，而新一代（第四代）控制器的代号是Falcon Ridge。

在主机设备中，控制器从I/O控制器集线器中获取PCI–Express数据，从I/O控制器中的负信号或如图1所示的外部图形控制器中获取DisplayPort数据。接下来，该组合信号通过全双工差分信号发出。一般情况下，每个控制器配备两个端口，可进行菊花链方式的连接。

Thunderbolt 接口定义的简单讲解

前两代雷电使用的是mini DP接口，而雷电3开始其使用的是Type-C的物理接口,这个接口有20根引脚。

如图。其中Ground都是接地，一共8根，其中2根保留未使用。引脚2用于热插拔的检验，引脚3到6是一对双向串行差分信号，引脚15到18是另一对双向串行差分信号。所以雷电1是基于 PCI-E 2.0 X2的，利用两路PCI-E通道（也就是4路差分信号）进行传输，速度为双向各10GT/s，全双工。引脚9和11可能是USB2.0的差分信号（也就是“向下兼容USB”）。引脚20是正极供电。关于雷电2，官方给出的速度是20Gbps，基于PCI-E 2.0 X4，依然使用miniDP接口（接口定义不变，所以完全兼容）。然而根据接口定义，miniDP只能承载4路差分信号，也就是全双工下的两对（X2通道）

因为4条通道可以同时单向工作，所以速度可以达到PCI-E X4的单向速度，也就是20GT/s，但是这时是半双工的。在全双工下，单向速度还是10GT/s。接下来是雷电3。雷电3使用的是我们都非常熟悉的Type-C接口，Type-C接口在USB时的定义如下

但是雷电3是4路差分信号，所以在针脚定义上和USB3.1（2路差分信号）完全不同。具体如何定义的，很遗憾，我并没有查到资料。不过我们可以大体分析一下。Type-C有24根引脚，但是，因为它是双面可插的，所以只有一半的引脚是有效的，也就是图中圈上的那部分

所以，有12根引脚可用。这12根引脚，分配给4路差分信号，需要8根引脚。加上1根屏蔽地、1根地线、1根供电（正极），还剩一根保留（可能用于热插拔检测），是完全够用的。在协议上，全速雷电3使用了PCI-E3.0 X4，和雷电2一样分两种模式——全双工和半双工。半双工下，最高速度为32GT/s，因为使用了128b/130b编码，所以实际速度为3.938GB/s（查表就可以知道）。当然，全双工模式下速度减半。那我就很好奇——“40Gbps”的官方宣传速度到底是怎么来的？个人猜想，节操丢尽的英特尔又在忽悠人。3.938，四舍五入，就是4了嘛！然后按照老的8b/10b的编码方式（实际上编码方式换了），4*8*（10/8）=40G/s，嗯，没毛病。另外，雷电3存在半速版，使用的是PCI-E 3.0 X2，这次就只有全双工模式——也就是双向各“20G/s”（实际上是16GT/s），虽然名义上是半速的，实际上在全双工下速度和全速没有区别。注意：雷电3接口速度不能达到PCI-E 3.0 X4的全部速度（全双工，双向各32GT/s）的原因不是计算机内部分配的PCI-E通道数不足，而是雷电接口本身的针脚数不足，只能容纳4路差分信号（而PCI-E 3.0 X4是8路差分信号）。最后总结一下。雷电这东西，在原理上还是比较先进的，楞是用4条差分通道达到了PCI-E X4的单向速度，反正消费者们也不关注到底是全双工还是半双工。个人认为，这种设计对于PCI-E而言完全就是浪费。在速度已经达到“双向各20G/s”的雷电3时代，仅仅就是为了和USB3.1争一个高低，就把本来全双工的PCI-E X4变成半双工工作来解决线数不够的问题，这就是很严重的浪费了（的确，为了找出4个全速雷电3需要的20条PCI-E 3.0，2017版高端MBP把给独显用的16条和给PCH（可以理解为南桥）的4条全给了雷电，所以，连独立显卡都没有！这可真是“Macbook Pro”啊！独显都没有，除了价格，真没看出哪里对得起Pro这个词。

Thunderbolt 接口的市场

HDMI接口、家庭视屏系统的霸主，DP接口（免授权)、 PC或显示器端的宠儿，MHL接口、皇亲国戚，是基于HDMI阵营的高速复合应用接口，相关应用已在市售商品，家电上看到的Thunderbolt接口、是FireWire的升级版本，是英特尔研发和支持的一种标准，戴尔的XPS产品线和惠普的Elite x2平板，苹果的MAC系列，而在未来，光纤版的Thunderbolt承诺带来最高120Gbps的速度；故其为未来唯一可以和USB TYPE C竞争的竞争对手，如果将来的趋势是一个接口打天下，假设USB与Thunderbolt之间的竞争态势没有太大的改变；这个接口仍然就是USB Type-C.

　　审核编辑：汤梓红