Thunderbolt是个啥？

stupid · 发表于 2011-3-25 17:37

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本帖最后由 stupid 于 2011-3-26 10:44 编辑

虽然英特尔在之前如CES之类的会展展示过Thunderbolt(当时还是叫Light Peak),但大多数人还是认为英特尔仅仅是玩票性质的技术展示，并没有想到会如此之快来到我们身边。但在今年2月24日,英特尔公司协同Apple公司发布了面向未来十年外设应用的新接口：Thunderbolt，一时间，媒体创作领域以AVID为首，存储厂商以西部数据为首纷纷表示支持Thunderbolt，这才让我们真正意识到：雷霆真的来了。

Light Peak时代的雷霆还采用光纤作为传导介质，而最终的技术规格可能是出于成本的考量而采用了传统的铜线。

Thunderbolt是一种低延迟的高速全双工，并且支持多种通信协议的接口，单向传输速率可达10Gbps（铜缆）/100Gbps（光缆）。　　相比以往的接口，Thunderbolt在以下几个方面实现了飞跃：
1.原生支持PCI Express与DisplayPort两种通信协议，并实现高效率协议转换；
2.将外部接口的速度提升到了10Gbps；
3.同时支持铜线传输与光传输（不需要更换接口），铜线版本可以提供高达10瓦的供电，铜缆端对端的距离可以达到3米，光缆可以达到100米；
4.支持菊花链拓扑，实现一个端口连接多个设备，设备间可以实现点对点通信，设备间可以实现8纳秒延迟的高速同步。

Thunderbolt架构图

Thunderbolt的架构变得非常简洁，传输层(Common Transport Layer)是整个体系的核心，是原生支持多种协议的关键所在，高效率的传输层造就了超低延迟和高速同步。传输层处理的是数据包，在传输前，协议适配器（Protocol Adapter）会将协议信息打包进数据包，接收的时候通过接收端的协议适配器拆包重构协议。

Thunderbolt的硬件组成
Thunderbolt是一种对称架构，线缆两端必须都有Thunderbolt控制器，这是实现点对点通信的重要前提。thunderbolt控制器可以看做一个延迟为纳秒级别的交换开关：

Thunderbolt控制器的架构（Light Peak时代的图）
Thunderbolt控制器至少拥有一个DisplayPort协议适配器，和一个PCI Express协议适配器，thunderbolt端口可以有一个，也可以有多个。　　通常意义上，计算机原生支持一种接口的定义是主板的南桥内置这一接口的控制器（例如原生支持SATA与USB2.0），Thunderbolt有所不同，控制器只负责协议打包，有同样特点的是千兆以太网，南桥原生支持的情况下仍然需要挂一个PHY芯片负责传输。

file:///C:\Users\Lenovo\AppData\Local\Temp\msohtml1\01\clip_image002.jpg　　支持Thunderbolt主机的必要条件是能够同时提供4X PCI Express1.0级别的PCI Express总线以及DisplayPort总线，所以现有的Intel平台中，主流的ClarkDale与新发布的Sandybirdge都可以良好的支持Thunderbolt，AMD的Brazos平台与Llano平台也可以原生支持Thunderbolt。广泛的原生支持是一个外部接口普及的必要条件，另一个条件是授权费用，这一点也可以打满分，Thunderbolt是免费的。
无与伦比的速度
8年来计算机内部总线速度飞速发展：处理器间已达200Gbps，显卡带宽也达到80Gbps，连接南桥的总线达到20Gbps:；而主流外部接口和8年前并无本质区别：USB 2.0的480Mbps，而且众做周知，这个480Mbps水份十足，外部接口远远跟不上内部总线的步伐，也逐渐被外设的速度甩远。

　　对比之下不难发现，Thunderbolt的出现意味着内部总线和外部接口之间的得到了平衡，其他接口则连需求都无法填补，单向传输率10Gbps无疑是未来十年接口速率的硬指标。　　线长是一个外部接口的重要指标，标称速度只能用短线实现令人抓狂，好在Thunderbolt 10Gbps的极限线长为3米，与USB 3.0相同，能够轻松满足大部分需求。　　供电能力是一个外部接口的性能的重要一环，Thunderbolt可以通过铜缆实现5V 2A的供电，对比USB 2.0的5V 0.5A，这是4倍的进步，外置RAID控制器如使用SSD硬盘可以直接采用接口供电，这在过去是无法现象的；至于外置声卡，可以充分利用这10瓦供电开发耳机放大器。
Thunderbolt带来跨越式发展

Thunderbolt相当于内部总线的延伸，在英特尔的平台中PCI Express直接由CPU内置，这就意味着依赖CPU直接运算的外设的诞生，深刻改变外设的设计思想。

Thunderbolt原生支持PCI Express在设计方面是一个革新，因为所有支持PCI Express界面的控制器都能作为Thunderbolt的主控。

Marvell的SATA控制器，在Thunderbolt时代，可以同时出现在机箱内外

　　英特尔曾经用Thunderbolt做过互联实验，16台基于Xeon 5540的服务器，12台服务器上有一个Thunderbolt控制器，另有四台拥有两个控制器。互联测试结果是发送速率可以达到5.5Gbps，而接收能达到7.8Gbps，这是令人振奋的消息，千兆以太网这个低效方案将被淘汰，取而代之的是同样廉价但是效率很高的Thunderbolt。

2011款 Apple Mac Book Pro 主板照片

, @( }5 r) h# e: i1 Z, a
Intel BD82HM65 Platform Controller Hub4 b% ?1 Q4 p) p! R- q
1 l1 t" O8 w Q0 F& a: a
AMD Radeon HD 6490M GPU (labeled as AMD 216-00809000)% q1 L/ F- q3 R0 V3 w
+ Z+ T7 g# q1 i, ?( U
Quad-Core Intel i7-2630QM Mobile Processor (labeled as 2V041112A0127): Y8 m; z+ h- O: i, X
' T" A, J& c- ?$ ~& v7 B
Broadcom BCM57765B0KMLG Integrated Gigabit Ethernet and Memory Card Reader Controller! |# y' n9 S# m* K, I
8 Z( f4 f% b) m. OIntel L051NB32 EFL (we assume this is the Thunderbolt port controller)
& d% v: F% `! u
3 V8 L5 T. R$ i4 T$ h% Q, [Parade PS8301 U08FUC
6 s+ T U9 O+ _- }) i8 X
TDK 6T213HF 1045 H
- B, @5 t) O7 u( P( D- `: C7 e* c

forevercgh · 发表于 2011-3-27 13:53

速率是很吸引人，不过对于PC这种消费类产品，高速率接口对传输煤质要求所带来的成本提升，消费者会买账吗？

cccccc32 · 发表于 2011-4-11 14:23

了解！！！！

stupid · 发表于 2011-7-21 09:18

苹果刚发表了 Thunderbolt Display，取代了旧一代的 Cinema Display。取名为「Thunderbolt」的它，当然配备了 Thunderbolt 传输技术啦！另外，它具备 27 寸、2760 x 1440 像素的 16:9 面板、内置高画质 FaceTime 镜头、麦克风、 49 瓦 2.1 扬声器系统、MagSafe 插口和还有 Firewire 800 插口。在六到八星期出货。

Thunderbolt 现在几乎成了苹果设备的标准配置。

crhappy · 发表于 2011-7-21 16:23

垄断。。。。。。

stupid · 发表于 2011-7-23 09:17

Mac mini中也内置了Thunderbolt 接口。

ljdx · 发表于 2011-7-24 21:36

新标准缆线版PCIe欲与Thunderbolt一较高下
标准组织PCI SIG(Special Interest Group)将在7月份宣布订定缆线版(cabled version)的PCI Express(PCIe)规格，与英特尔和苹果共同开发的Thunderbolt互连介面一较高下。支持者表示，该PCIe方案将在为平板装置与纤薄笔记型电脑提供高吞吐量I/O方面，更具开放性与最佳化。
新的缆线版规格将以PCIe 3.0为基础，支持8 GTransfers/second的速率；它可能会支持最多4并行通道，使吞吐量最高达到32 GT/s，而传输距离不超过3英呎。虽然该规格一开始锁定铜线，但预期也将扩张至高速铜线与光学连结。其技术发展蓝图可望在4年的时间内催生以PCIe Gen4为基础的16 GT/s版本，以及在某些情况下支持更长传输距离或更高传输速率的光学版本。

此外新规格的缆线与连接器本身，也可望胜过Thunderbolt一筹。PCIe缆线也将可为周边设备提供可能低于20W的电力。新规格的细节将由一个正在成立的工作小组所定义，该工作小组所订出的标准，预期将让系统厂商在2013年6月以前采用于产品中。整个规格订定周期可能为9~18个月，最花时间的是定义技术需求与新型连接器。

新规格锁定的应用，包括各种消费性电子产品如桌上型与行动PC、平板装置，以及相关周边设备如外接储存装置。PCI SIG还有另一个2005年成立的缆线标准工作小组，已经发表2.5GT/s与5 GT/s版本的PCIe 1.1与2.0规格，可支持达到800英呎的传输距离，锁定服务器与其他数据中心设备应用。

PCI SIG 的代表拒绝对Thunderbolt做任何评论，然而该组织的新标准显然也是锁定包括外接硬盘与固态硬盘(SSD)等类似的应用；“此举将有助于把PCI Express 规格推向新的业务领域。”PCI SIG主席Al Yanes表示，但他不愿为新规格的应用举例，仅说：“目前我们有看到来自成员的需求。”

“目前产业界有类似的解决方案，Thunderbolt是其中一种，也有其他几家厂商在订定他们自己的标准。”Yanes表示。

stupid · 发表于 2012-6-13 13:02

本帖最后由 stupid 于 2012-6-13 13:09 编辑

英特尔已经开始供货第二代Thunderbolt控制器LSI“Cactus Ridge”

Cactus Ridge包括四通道产品“DSL3510”以及双通道产品“DSL3310”。第一代控制器LSI“Light Ridge（82524EF）”需要外置分立部件，而第二代Cactus Ridge则将其整合在了一枚芯片上，封装尺寸也小于第一代产品，总封装面积估计可大幅削減。

此外，控制器LSI还备有无法进行菊花链（Daisy Chain）型连接的单通道产品“DSL2210（Port Ridge）”。

stupid · 发表于 2012-6-13 13:10

——取“Thunderbolt”这个名字的理由是什么？

Ziller：我们此前一直在推进光接口技术“Light Peak”。从处理光信号这个意义上来说，Light Peak是个非常棒的名字。但客户要求同一解决方案还能传输电信号。所以我们重新给这项技术取了一个不同的名字，这就是在名称中取消了光（light）这一字眼的“Thunderbolt”。

——Thunderbolt是同时兼容电信号的接口。为何从光信号变成了电信号？

Ziller：虽然最初的提案是光信号传输技术，但最终没能满足客户的成本要求。因此改成了利用布线传输电信号的接口。

　　利用电布线传输10Gbit/秒的高速信号时，基板上的电磁辐射噪声等问题也会增大。为此，我们采取的对策是尽量缩短Thunderbolt的控制器IC与连接器之间的距离，从而最大限度缩短了传输高速信号的布线长度。

　　但我们认为光信号传输功能依然非常重要。尤其是长距离传输用途需要光信号传输。因此，我们另外准备了把Thunderbolt应用于长距离传输的光缆。这种光缆只需对插头部分加以改造，就能够传输光信号。

——怎样改造光缆的插头？

Ziller：插头中嵌入了光收发模块。这个模块负责将电信号转换成光信号进行传输。此外，插头中还内嵌了时钟数据恢复电路和信号增幅电路等有源元件。这样笔记本电脑无需做大幅改动，只需要插入光缆即可实现光信号的长距离传输。但是，因为光缆包含这些有源部件，所以价格可能比较贵。光缆预定从2011年下半年开始供应。

　　这种系统解决方案应该容易得到个人电脑厂商等客户的接受。因为无需在个人电脑的主板上安装光收发模块就可以实现光信号收发接口，个人电脑厂商可以减少成本。但在未来，估计也会出现在笔记本电脑主板上安装光收发模块的情况。到那时，光缆只需要采用无源的类型即可。

——Thunderbolt支持PCI Express和DisplayPort双协议。选择这两种协议的理由是？

Ziller：我们希望在Thunderbolt中实现两种功能。一个是数据传输的通道，另一个是连接显示器设备的传输影像的通道。前者采用的是PCI Express。理由在于灵活性。包括Ethernet、IEEE1394、SATA在内，PCI Express能够支持多种数据协议。支持多协议是PCI Express的优势。显示器接口选择DisplayPort的理由也是灵活性。如果采用DisplayPort，转换成HDMI、DVI、VGA等协议非常容易。而且还具备传输高分辨率影像信号的能力。

　　下一代规格还有可能继续增加传输协议。但下一代规格问世至少还要等上几年。

——Thunderbolt设想面向哪些用途？

Ziller：对于Thunderbolt来说，我们设想的用途和Light Peak非常相似。例如个人电脑的IO扩展、系统重新分区、媒体创建设备的连接等。在去年的IDF上，我们曾经展示了连接显示器和硬盘等设备的用途作为Light Peak的演示系统，Thunderbolt估计也会被应用到类似的用途。

——这一点和USB 3.0相似。Thunderbolt是否会与USB产生竞争？

Ziller：USB 3.0已经得到了非常广范的应用。在现阶段可以确定的是，Thunderbolt是“高级解决方案”。也就是说是以USB等现有接口的存在为前提的附加解决方案。其满足的是更高的数据传输速度和更大的总线功率等需求。USB在今后的应用估计会更加广泛，成本也会降低。我们认为USB与Thunderbolt将实现共存。 Thunderbolt绝无替代USB的意思。二者应该会发展成良好的“互补”关系。

　　另外，Thunderbolt虽然理论上可以传输USB的数据，但目前这一代规格中没有加入这种功能。

——请介绍一下Thunderbolt的性能。

Ziller：Thunderbolt有两条最大传输速度为10Gbit/秒的数据通道。每条通道都可以实现10Gbit/秒的双向通信。也就是说，在理论上，1条线缆最大可以实现40Gbit/秒的数据通信。使用这种线缆可以同时执行PCI Express和数据传输和DisplayPort的数据传输。

　　关于数据传输距离，使用铜缆最大为3m，使用光缆最大为数十m。使用铜缆时，最大总线功率为10W。连接器的形状与Mini DisplayPort相同。

——今后会广泛使用Thunderbolt这个名称吗？

Ziller：是的。Thunderbolt是给大家使用的名称。不只是我们和苹果，其他个人电脑厂商和家电厂商也将使用这一名称。在过去，IEEE1394也出现过采用形状各异的连接器等情况。但我们要求Thunderbolt将以统一的连接器形状、统一的总线功率，也就是说作为统一的解决方案来使用。

signory · 发表于 2012-6-14 09:11

有无更多Thunderbolt光缆的插头的资料，竟然能内置光电装换器和CDR，好奇这种插头的体积和功耗

stupid · 发表于 2012-6-14 10:24

signory 发表于 2012-6-14 09:11 , |5 Z m# u; a0 y
有无更多Thunderbolt光缆的插头的资料，竟然能内置光电装换器和CDR，好奇这种插头的体积和功耗

请搜索本坛。

pjh02032121 · 发表于 2012-11-16 08:45

forevercgh 发表于 2011-3-27 13:53
4 |( X3 _( ?- ?速率是很吸引人，不过对于PC这种消费类产品，高速率接口对传输煤质要求所带来的成本提升，消费者会买账吗？ ...

Sources: Few motherboards, notebooks use Intel's Thunderbolt
Intel's Thunderbolt connection interface technology is being incorporated into about 10% of PC motherboards and notebook computers due to the higher cost of the Thunderbolt controller chip, DigiTimes reports, citing sources from the upstream supply chain. The controller is priced at about $20, compared with 50 to 80 cents for USB 3.0 controllers, this article notes. Thunderbolt is used in the MacBook Pro and other Apple products. DigiTimes (11/14)

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