Thunderbolt (ранее известный как Light Peak) (англ. thunderbolt — удар молнии) –перспективный интерфейс для подключения периферийных устройств к компьютеру. Он использует тот же разъем, что и Mini DisplayPort (MDP). Он был выпущен в финальной версии 24 февраля 2011 года. Thunderbolt объединяет PCI Express (PCIe) и DisplayPort (DP) в один последовательный сигнал наряду с разъемом DC для питания, переданного по одному кабелю. Целых семь периферийных устройств могут поддерживаться одним разъемом с помощью различных топологий.

Описание
Разъём Thunderbolt на MacBook Pro (по центру)

Thunderbolt была разработан Intel в сотрудничестве с компанией Apple. Был введен в коммерческий оборот в 2011 году Apple на MacBook Pro , используя тот же разработанный Apple разъем, как и MDP. MDP электрически идентичен DisplayPort (DP), но использует разъем без блокировки меньшего размера. Хотя торговая марка Thunderbolt была зарегистрирована Apple, полные права принадлежат Intel, который впоследствии привела к передаче прав от Apple, к Intel. Контроллеры Thunderbolt мультиплексируют один или более отдельных маршрутов данных от соединенного PCIe и DP устройств для передачи данных через один дуплексный маршрут Thunderbolt, затем демультиплексируют их для использования PCIe и DP устройствами на другом конце. Один порт Thunderbolt поддерживает до шести устройств Thunderbolt через концентраторы или на шине с последовательным подключением; так как многие из них являются хостами DP источника, они могут быть использованы как мониторы Thunderbolt. Единственный устаревший монитор MDP или другие устройства любого вида могут быть соединены непосредственно или в самом конце цепочки. Thunderbolt взаимодействует с DP 1.1a совместимыми устройствами. При подключении с DP совместимым устройством порт Thunderbolt может предоставить собственному сигналу DP 4 маршрута DP выходных данных не более чем на скорости в 5.4 Гбит/с на Thunderbolt маршруте. При соединении с устройством Thunderbolt, скорость передачи данных становится 10 Гбит/с и 4 маршрута Thunderbolt сконфигурированы как 2 дуплексных маршрута, каждые по 10 Гбит/с, включающих один маршрут ввода и один маршрут вывода. Thunderbolt может быть реализован на видеокартах PCIe, у которых есть доступ к данным DP и подключению PCIe, или на материнской плате новых компьютеров со встроенным видео, таких как MacBook Air. Интерфейс был первоначально предназначен для работы исключительно на оптическом физическом уровне с использованием компонентов и гибких оптоволоконных кабелей, разработанных партнерами Intel в лаборатории Intel's Silicon Photonics. Технология Intel в это время была продана под названием Light Peak, после 2011 называемая Silicon Photonics Link. Тем не менее, было обнаружено, что обычное медное проводное соединение могло предоставить желаемую пропускную способность Thunderbolt по 10 Гбит/с. на канал по более низкой цене. Оптические кабеля Thunderbolt были заявлены в середине апреля 2012 года Sumitomo Electric Industries.

История

Введение

Intel представлял Light Peak на Intel Developer Forum (IDF) в 2009 году, используя прототип материнской платы Mac Pro, чтобы выполнить два видеопотока с разрешением 1080p и LAN и устройства хранения по одному 30-метровому оптическому кабелю с модифицированными выходами USB. Система управлялась прототипной картой PCI Express с двумя оптическими шинами, приводящими в действие четыре порта. На выставке Intel утверждал, что системы оборудованные Light Peak начнут появляться в 2010 году. А видео YouTube, одновременно опубликованное Intel также, показало взаимодействие Light Peak интерфейса с камерами HD, ноутбуками, док-станциями и HD мониторами. Джейсон Зиллер, Глава Intel Optical I/O Program Office также продемонстрировал внутренние компоненты технологии под микроскопом и передачу данных через осциллограф. 4 мая 2010 года, в Брюсселе, Intel продемонстрировал ноутбук с разъемом Light Peak, указывая, что технология позволила сделать устройство достаточно маленьким, чтобы поместить в таком ноутбуке и сделать так, чтобы он, умел отправлять одновременно два видеопотока HD, разрывая соединение, указывая, что, по крайней мере, некоторая часть стеков программного обеспечения/прошивки и протоколов была функциональна. На той же выставке должностные лица Intel сказали, что они ожидали, что производство аппаратных средств начнется примерно в конце 2010 года. В сентябре 2010 некоторые ранние коммерческие прототипы от производителей продемонстрировались на Форуме Разработчика Intel 2010 года.

Медь против оптики

Первоначально задуманная как оптическая технология, Intel перешел на электрические соединения, чтобы уменьшить затраты и предоставить до 10 Вт питания для подключенных устройств. В 2009 году должностные лица Intel сказали, что компания "работает над связыванием оптоволокна с медным проводом, так, что Light Peak может использоваться для питания устройств подключенных к ПК". В 2010году , Intel сказал, что первоначальная цель была в том, чтобы "иметь одну единственную технологию разъема", которая позволила бы иметь " USB 3.0 […] и комбинированную передачу для USB 3.0 или 4.0 DC питания. " Light Peak стремился добиваться больших успехов в готовой к потребителю оптической технологии”, "если связать кабели в несколько узлов, вы могли удостовериться, что ничего не повреждалось и потери были приемлемы” и " это тоже самое, если взять двух человек которые будут тянуть одновременно и волокно всё равно не порвется ” предсказывая, что " Light Peak кабели будут не более дорогими, чем HDMI”. В январе 2011 Дэвид Перлматтер из Intel сказал Computerworld, что начальные реализации Light Peak будут основываться на медных проводах. "Медная технология вышла очень хорошой, на удивление лучше, чем мы думали," сказал он. А главное преимущество меди - возможность осуществлять питание. Заключительный стандарт Thunderbolt определяет 10W DC на каждый порт. См. раздел сравнения ниже. Intel и её партнеры все еще разрабатывают оптические аппаратные средства Thunderbolt и кабели. У них должно быть два микрона волокна 62.5 шириной, чтобы транспортировать до 100 метров сигнала инфракрасного излучения (330 футов). Преобразование электрического сигнала к оптическому будет встроено в сам кабель, позволяя текущему разъему MDP быть совместимым, но в итоге Intel надеется на чисто оптический трансивер, встроенный в ПК.
Появление на рынке

Ходили слухи, что в начале 2011 года MacBook Pro обновление, будет включать в себя какой то новый порт данных, и большая часть людей предположила, что это будет Light Peak (Thunderbolt). В то время, не было никакой информации о физической реализации, на макетах стали показывать систему, подобную более ранним демонстрационным примерам Intel, использующим комбинированный порт USB/Light Peak. Незадолго до выпуска новых машин, USB - IF объявили, что они не смогли сделать бы это, утверждая, что USB не был открыт для модификации таким образом. Тем не менее, в июле 2011 Sony выпускает свой Vaio Z21 ноутбук с " Power Media Dock ”, которое использует оптическую итерацию Thunderbolt, чтобы соединиться с внешней видеокартой, используя комбинированный порт, который ведет себя не только как USB, но также и включает оптическое взаимосвязанное соединение, требуемое для Thunderbolt. Другие реализации этой технологии начались в 2012 с платами для настольных ПК, предлагающими доступное взаимосвязанное соединение. Несмотря на эти комментарии и предположения, введение Apple стало главным сюрпризом, когда выяснилось, что порт был основан на MDP, а не USB. Поскольку система была описана, решение проблемы дисплея стало ясно: Thunderbolt контроллеры мультиплексируют данные от существующих систем DP с данными от порта PCIe в один кабель. Более старые дисплеи, использующие DP 1.1a или более ранние версии, должны быть расположены в конце цепи устройств Thunderbolt, но родные дисплеи могут быть размещены в любом месте вдоль линии. Устройство Thunderbolt могут перемещаться куда угодно по цепи. В этом случае Thunderbolt совместно использует отношение с более старой системой ACCESS.bus, которая использует разъем дисплея, чтобы поддерживать низкоскоростную шину. Apple объяснил ,что 6 объединенных в последовательно соединенную цепь периферийных устройств ,поддерживающихся портом Thunderbolt, должны находиться в конце цепи. В феврале 2011 Apple представил свою новую линейку ноутбуков MacBook Pro и объявил, что коммерческим названием технологии будет Thunderbolt, которая впервые будет использована на этих машинах, и на которых будет использована новая технология ввода-вывода. В мае 2011 года компания Apple анонсировала новую линию iMacs , которые включали интерфейс Thunderbolt. Порт Thunderbolt на новом Mac находится в том же расположении относительно других портов и поддерживает те же физические размерности как предшествующий разъем MDP. Основным видимым различием Mac, оборудованным Thunderbolt, является символ Thunderbolt рядом с портом. Стандарт DisplayPort частично совместим с Thunderbolt, поскольку оба совместно используют физически совместимый разъем MDP от Apple. Целевой Режим отображения на iMac требует, чтобы кабель Thunderbolt принял входящий видео сигнал от другого компьютера с поддержкой Thunderbolt . DP мониторы должны быть последними (или единственными) устройствами в цепи устройств Thunderbolt. Intel объявил, что комплект разработчика будет выпущен во втором квартале 2011 года, в то время как производители аппаратного обеспечения указали, что они добавят поддержку тестирования и разработки устройств Thunderbolt. Комплект разработчика предоставляется только по запросу.

Периферийные устройства

В то время как Apple, выпустила свой первый компьютер с функцией поддержки интерфейса Thunderbolt в начале 2011 года, потребовалось некоторое время чтобы захватить рынок перефирийных устройств. Производитель устройств хранения данных Promise Technology был первой компанией, которая выпустила устройства хранения RAID крупных размеров с их Pegasus R4 (4 диска) и Pegasus R6 (6 дисков) корпусом, однако они были довольно дороги для среднего потребителя. Кроме того, массовые наводнения в Таиланде, где была большая часть мировых поставок жестких дисков, сильно уменьшилось их производство, так что в целом наряду со многими продуктами на рынке, после первоначального релиза, розничные цены также выросли, способствуя медленному внедрению данных устройств. Кроме того, потребовалось некоторое время, для других производителей устройств хранения данных, чтобы выпустить продукты, с большей частью фокусировки на устройства хранения меньшего размера, с упором на скорость, а не крупномасштабными потребностями хранения данных. Многие из этих устройств были размером в 1 Тб, в некоторых также наличие SSD для быстрого внешнего доступа к данным, а не стандартного HDD, главным образом нацеленного на профессионального пользователя. Обратная совместимость с компьютерами не оборудованными Thunderbolt также была проблемой, поскольку большинство устройств хранения обладало только двумя портами Thunderbolt для того, чтобы объединить до шести устройств в цепь вместе от одного порта. По состоянию на конец 2012 года, очень мало других устройств, предлагающих большие двух-терабайтные устройства хранения, начали поступать в продажу разработанные Sonnet Technologies Inc., выпускающей высокопроизводительные дорогие профессиональные модули, и Drobo, предлагающий 4 и 5 дисковые корпуса, которые обладали их собственным BeyondRAID системой обработки данных. Другие компании фокусировались на предоставлении интерфейсных решений, позволяя более старым, обычно более медленным, интерфейсам быть направленными через единственное соединение Thunderbolt, подразумевая, что только один провод Thunderbolt должен был быть соединен с компьютером, а не многими проводами для каждого интерфейса. Точно так же вначале июля 2011, Apple выпускает обновленный монитор, Apple Thunderbolt Display, который поддерживает многие более старые интерфейсы, включая Ethernet, фактически делая его первым продуктом, который будет в состоянии использовать его в качестве концентратора. С середины 2012, производители LaCie и Drobo, начали включать USB 3.0 , в дополнение к Thunderbolt для своих устройств.
Безопасность

Так как Thunderbolt расширяет шину PCI Express, которая является основной шиной расширения в существующих системах, он позволяет получить низкоуровневый доступ к системе. Устройства PCI должны иметь неограниченный доступ к памяти и могут таким образом поставить под угрозу безопасность. Эта проблема существует со многими высокоскоростными шинами расширения, включая PC Card, ExpressCard и FireWire. Злоумышленник может, например, намеренно настроить устройство Thunderbolt. При подключению к компьютеру устройство, через его прямой и беспрепятственный доступ к системной памяти и другим устройствам, было бы в состоянии обойти почти все меры безопасности ОС и иметь возможность читать ключи шифрования или устанавливать вредоносные программы. Много процессоров Intel начиная с введения микроархитектуры Nehalem (т.е. много ЦП выпущенных под брендом Core i5, Core i7, или позже) поддерживают VT-d, IOMMU реализации. Это позволяет операционной системе (ОС) изолировать устройство в своем собственном адресном пространстве виртуальной памяти (аналогичен способ изоляции процессов друг от друга использующих MMU). Таким образом можно было препятствовать получению доступа к несанкционированным частям памяти. Однако, эта функция обычно не используется за исключением ее начальной цели - предоставить доступ передачи гостевых виртуальных машин к определенным аппаратным средствам.

Стоимость

По состоянию на июнь 2011 года, первые два метра кабеля Thunderbolt от Apple, стоили 49.00 US$. В качестве активного кабеля , оно включает в себя схему внутри разъема. У кабеля есть пять проводов: один для управления и два однонаправленных пары, один для входящего и второй для исходящего трафика. В январе 2013 года компания Apple снизила цены на свои кабеля до 39,00 US $. Apple также объявил о наличии более короткого полуметрового кабеля за 29.00 US $. В июне 2012 года компании Apple начала продавать Thunderbolt для гигабитного Ethernet устройства / кабеля за 29 US $. В третьем квартале 2012 года другие производители начали выпускать кабели различной длины включая максимально поддерживаемую длину 3 метра, в то время как те, кто выпуская выпускал корпуса хранения, начали включать кабель Thunderbolt в устройство.
Контроллеры

Контроллеры Thunderbolt
Модель     Каналы     Размер
(мм)     Питание     Семейство     Дата выхода     Особенности
82523EF     4     15×15     3.8W     Light Ridge     4 квартал 2010     
82523EFL     4     15×15     3.2W     Light Ridge     4 квартал 2010     
L2510     2     15x15      ???     Eagle Ridge     1 квартал 2011     
L2310     2     8x9     1.85W     Eagle Ridge (SFF)     1 квартал 2011     
L2210     1     5x6     0.7W     Port Ridge     1 квартал 2011     Только устройства
L3510H     4     12×12     3.4W     Cactus Ridge     Отменен     
L3510L     4     12×12     2.8W     Cactus Ridge     1 квартал 2012     
L3310     2     12×12     2.1W     Cactus Ridge     2012     Только Хост
 ???     4     12×12      ???     Redwood Ridge     2013     DP 1.2
 ???     2     10×10      ???     Redwood Ridge     2013     Только Хост
 ???      ???      ???      ???     Falcon Ridge     2014     скорость 20 Гб/с
Возможности питания по сравнению с другими интерфейсами

Thunderbolt был предназначен для того чтобы функционировать как, объединяющий интерфейс для мобильного, ноутбука и настольных устройств, чтобы предотвратить появление множества кабелей и разъемов для дисплеев и устройств хранения. Его характеристики питания показывают это. Питание в 10 ватт, улучшает USB 3.0 до 4.5 ватт, но не выходит за пределы возможностей ноутбука или планшета. Хотя она и не может вытеснить питание Ethernet (при 30 ватт на порт или больше) или FireWire (40 ватт на порт) в связи с низкой мощностью и короткими дорогими кабелями, ее более высокая скорость передачи данных может дать ему преимущества в некоторых приложениях питающихся от 10GbE или 100GbE, которые являются более распространеными. Источник утверждают, что производители намерены продолжать работу над оптоволоконным интерфейсом, поскольку к ним уменьшается интерес на рынке, из за увеличенния металлом оптоволоконного кабеля, который не может обеспечить питание на расстояниях, больших, чем есть на кабелях для передачи данных. Центры обработки данных не являются целевым рынком для Thunderbolt, и ни Intel, ни Apple не заявили о своем намерении переместить шины как для Infiniband или 10/100 гигабитного Ethernet.