Thunderbolt — что это за разъем, плюсы и минусы интерфейса. Версии Тандерболт 1,2,3,4,5

С растущим спросом на все более компактные лэптопы появление универсального аппаратного интерфейса оставалось делом времени, пока в 2009 году инженеры Intel в сотрудничестве с IT-гигантом Apple не представили принципиально новую технологию Light Peak, вскоре ставшую известной как Thunderbolt.

Новейший высокоскоростной интерфейс объединяет в своей архитектуре дополняющие друг друга стандарты PCI-E и DP в единый последовательный сигнал, что позволяет подсоединять одновременно вплоть до шести устройств или подключать их параллельно через концентраторы на скорости до 40 Гбит/c.

Что такое Thunderbolt?

Thunderbolt — предназначенный для подключения периферии к ПК универсальный двунаправленный протокол, комбинирующий шины PCI-Е и DisplayPort. Начиная с 3-ей версии протокола, в качестве разъема за основу взят порт USB Type-С.

Смена первоначального рабочего названия на Thunderbolt обусловлена переходом с нецелесообразно дорогой оптоволоконной технологии Light Peak на использование меди в кабелях. Благодаря этому, удалось не только снизить затраты, но и повысить допустимую нагрузку до 10 Ватт на порт с целью подачи питания на подключенные устройства.

Версии и виды Thunderbolt

За более, чем 10 лет развития, интерфейс претерпел немало изменений: повысилась пропускная способность, сменился разъем подключения, было существенно увеличено питание на шину и многое другое.

Вместе с тем, на смену третьей модификации интерфейса уже пришел Thunderbolt 4. Более того, в начале 2021 года представители Intel анонсировали планы по разработке Thunderbolt 5-го поколения.

Thunderbolt 1

Пилотная модификация интерфейса, представленная еще на заре 10-х годов, объединяет стандарты PCIe и DP и обеспечивает питание посредством одного кабеля. Технология использует 18-вольтовую шину и потребляет ток силой около 550 мА.

Среди особенностей интерфейса Thunderbolt 1-го поколения:

• В качестве порта за основу был взят разъем MiniDP;
• Задействовано 2 канала, пропускная способность одного составляет 10 Гбит/с. Предельная скорость контроллера ограничена 20 Гбит/с;
• Комбинируются 4 шины PCI-Е 2.0 и DisplayPort модификации 1.1a.

Thunderbolt 2

Обновленная спустя два года версия протокола Thunderbolt объединяет в себе два двунаправленных канала с производительностью 10 Гбит/с. Результирующая скорость, таким образом, достигает 20 Гбит/с. Объем информации, который единовременно может проходить через соединение, не увеличился, но пропускная способность канала повысилась вдвое.

Разъем подключения. Thunderbolt 2 поддерживает подключение внешних устройств, использующих Mini DisplayPort. Интерфейс также поддерживает последнюю спецификацию DisplayPort 2.1 без возможности последовательного подключения.

Поддержка периферии. Вторая версия контроллера, равно как и первая модификация, поддерживает одновременную работу вплоть до шести устройств, не теряя свою взаимосовместимость с USB и FireWire через соответствующие переходники.

Обратная совместимость. Во второй версии используется аналогичный разъем, что и раньше, поэтому оборудование, работающее корректно с Thunderbolt 2, не будет испытывать проблем с совместимостью со стандартом первой версии, равно как и наоборот. Однако же девайсы на базе Thunderbolt 1, подключенные ко входу следующей версии, не смогут функционировать на скорости, превышающей 10 Гбит/с.

Максимальное разрешение. Интеграция DisplayPort 1.2 добавляет поддержку формата сверхвысокого разрешения 4К в обновленной технологии.

Thunderbolt 3

Контроллер последующего поколения вышел в свет в 2015 году и отличался немалым числом новых технологических решений.

Порт подключения. Для соединения с периферией используется иной разъем — USB Type-C, пришедший на смену MiniDP.

Пропускная способность. В сравнении с прошлой версией, использующей шину PCI-Express 2 X4 с предельной производительностью 20 Гбит/с, в новом контроллере задействована шина PCI-Express 3 X4, а его скорость достигает уже 40 Гбит/с.

Энергопотребление. В противовес прошлой модификации, Thunderbolt 3 экономит половину электроэнергии и подает на контакты ток мощностью до 100 Ватт, лишая потребность в отдельном источнике питания для корректной работы особо требовательной периферии.

Видеоинтерфейс. Контроллер обеспечивает работу 8-полосного протокола DisplayPort 1.2, который может одновременно управлять двумя 4K-мониторами с частотой обновления кадров 60 Гц либо одним 4K-монитором с частотой 120 Гц, либо же одним 5K-монитором с частотой 60 Гц.

Совместимость. Новый интерфейс обладает совместимостью с Thunderbolt 1 и 2 при использовании соответствующего адаптера, а также с USB-периферией и устройствами DisplayPort через переходник.

Thunderbolt 4

В июле 2020 года Thunderbolt 4 ожидаемо пришел на смену порту третьего поколения. Скорость обмена данными однако не возросла — предельная пропускная способность сохранилась на уровне 40 Гбит/с. Сохранился и прежний разъем подключения — USB Type-C.

Тем не менее, четвертая версия привнесла достаточное количество улучшений:

• Во-первых, новый интерфейс способен обрабатывать значительно больший поток видеоданных. Thunderbolt 4 позволяет подсоединить 1 монитор с разрешением 8К либо два 4К-монитора, что вдвое увеличивает возможности Thunderbolt третьего поколения.
• Во-вторых, функция выхода из режима сна позволяет моментально возобновить взаимодействие с подключенной периферией.
• В-третьих, скорости по шине PCIe возросли вдвое — до 32 Гбит/с. Такое улучшение особенно важно при подключении внешних видеокарт.

Наконец, улучшения коснулись и безопасности передачи данных с внедренной технологией виртуализации, которая накладывает дополнительные ограничения на прямой доступ к памяти.

Отличается ли Thunderbolt от Light Peak?

Light Peak — это лишь производственное название Thunderbolt на тот момент времени, пока технология находилась на первых порах разработки. Фактически, это названия одной и той же технологии.

Однако следует отметить, что хотя Thunderbolt и предназначен для использования как медных, так и оптоволоконных соединений, сейчас используются только первые. Они как раз таки и позволяют передавать питание.

Оптоволоконные провода вероятно начнут внедряться только тогда, когда появится необходимость в кабелях длиной свыше трех метров.

Thunderbolt и DisplayPort — что эффективнее?

Будучи гибридной технологией, Thunderbolt совмещает в себе возможности PCI-Express и DisplayPort. Это позволяет высокоскоростному интерфейсу обрабатывать аналогичные типы данных в идентичном качестве — с разрешением выше Full HD и до восьми каналов звука, что позволяет и сам стандарт DisplayPort.

В случае с качеством обработки видеосигнала, основным ограничением является видеокарта. Например, новые модели ноутбуков поддерживают подключение мониторов с разрешением до 5120×2880 пикселей.

На ПК по типу Mac-клиентов порт Thunderbolt способен работать одновременно с двумя мониторами высокой разрешающей способности. Подключить монитор с поддержкой Mini DisplayPort можно напрямую либо через интерфейсы DisplayPort, HDMI, DVI или VGA при помощи адаптера.

Thunderbolt или FireWire, USB, eSATA

Ключевым преимуществом новой технологии перед другими стандартами очевидно остается высокая скорость обмена данными.

Еще же одним неоспоримым плюсом в пользу нового интерфейса является поддержка передачи как данных, включая видео и аудио, так и питания через единый компактный порт. Благодаря возможности последовательного подключения, можно соединить несколько периферийных устройств посредством одного кабеля.

Совместимость Thunderbolt

При помощи адаптеров к портам Thunderbolt можно подсоединить оборудование, например, с USB-выходами, FireWire400 и FireWire800. На скорости однако это никак не повлияет в силу ограниченной производительности устаревших контроллеров. К примеру, кабель FireWire800 по-прежнему не сможет оперировать на скоростях свыше 800 Мбит/с.

Помимо питания, гибридный интерфейс Thunderbolt передает все типы данных: как медиа, включая аудио и видео, так и сеть, поэтому, кроме стандартного обмена данными, поддерживаются и Ethernet-подключения, и аудиоинтерфейсы.

Переходники и адаптеры для Thunderbolt

Вся периферия, поддерживающая протокол USB Type-C, а также кабели, переходники и зарядные устройства совместимы при присоединении к разъемам Thunderbolt 3 и 4, однако Thunderbolt-специфичные устройства, не будут обнаружены системой при подключении ко входу USB Type-C.

Визуальное различие между кабелями Thunderbolt и USB Type-C сводится к специфичной маркировке первых: на кабель, вне зависимости от его версии и модификации, нанесен логотип интерфейса в виде молнии. В свою очередь провода USB Type-C обладают иной маркировкой.

Видеоадаптеры. Для подключения к мониторам, имеющих отличные от Thunderbolt выходы, необходимы соответствующие переходники: с USB-С на HDMI и VGA производства Apple, а также адаптеры с USB-С на DisplayPort, MiniDP и DVI от сторонних производителей.

Адаптеры для передачи данных. Для соединения USB-периферии с новыми моделями ноутбуков, оснащенным входом Thunderbolt версии 3 или 4, понадобится специальный кабель, переходник или док-станция. В продаже можно найти как переходники от компании-разработчика, так и от сторонних производителей. Наиболее востребованные адаптеры — переходник с Thunderbolt 3 на Thunderbolt 2 и адаптер, обеспечивающий переход с интерфейса USB Type-C на стандартный и привычный USB Type-A.

С их помощью можно соединить компьютер с любым устройством, поддерживающим предыдущие модификации Thunderbolt 1 и 2, а также любое USB-устройство. Более того, существуют адаптеры для прямого подключения накопителей с портом FireWire.

Сколько устройств можно подключить?

Интерфейс позволяет подсоединять до 6 девайсов на порт последовательным образом: например, к самому порту Thunderbolt можно подключить видеокарту, к видеокарте — клавиатуру, далее — USB-накопители и прочие вспомогательные адаптеры.

Последовательный тип подключения однако накладывает на периферийные устройства необходимость оснащения сразу двумя Thunderbolt-портами: первый — для соединения с устройством в начале цепи или непосредственно самим входом Thunderbolt на ноутбуке или десктопе, второй — для соединения с последующими периферийными устройствами.

Преимущества и недостатки Thunderbolt

Резюмируя, остановимся на положительных сторонах универсального интерфейса Thunderbolt:

• Поддержка до двух 4K-мониторов с частотой обновления кадров 60 Гц;
• Совмещение в одном интерфейсе двух дополняющих друг друга типов технологий — DisplayPort и PCI-E;
• Пропускная способность до 40 Гбит/с, что в 4 и 8 раз превосходит скорости стандартов USB 3.1 Type-C и USB 3.0 соответственно;
• Порт обладает повышенной мощностью и, следовательно, поддерживает опцию быстрой зарядки;
• Расширение возможностей за счет использования док-станций, позволяющих подключать в том числе и видеокарты.

Интерфейс однако не лишен и некоторых технологических недостатков:

• Устройства с Thunderbolt пока еще менее распространены, чем классическая USB-периферия. Вследствие этого, использовать все преимущества высокоскоростного интерфейса можно только на новом оборудовании;
• Более дорогая технология производства по сравнению с USB и Firewire;
• Куда меньшее число поддерживаемых устройств при последовательном подключении периферии. Так, Thunderbolt поддерживает одновременно 6 устройств, тогда как USB — более 120 подключений, а Firewire — до 63 устройств.

Будущее — за Thunderbolt?

Попытка объединить данные, видеопоток и питание в одном небольшом интерфейсе обернулась для компании Intel успехом — он уже позволил унифицировать подключение разного рода периферии к компьютерам, повысив пропускную способность в 4 раза за 10 лет развития технологии.

Скорости передачи данных, удваивающиеся ежегодно, а также растущее разрешение мониторов до 8K и 16K оставляет широкие перспективы развития для Thunderbolt. Уже известно о том, что пропускная способность разрабатываемой пятой версии контроллера будет увеличена вдвое — до 80 Гбит в секунду.

Тенденция на уменьшение размеров ультрабуков будет также способствовать распространению Thunderbolt — со временем универсальный и компактный разъем сможет окончательно заменить собой FireWire, USB, eSATA и большинство видеовходов.