Что такое Thunderbolt и как он работает?

Содержание: Введение Thunderbolt — что это такое? Основные характеристики Thunderbolt 4: Подробная таблица характеристик поколений Thunderbolt Почему PCI Express используется в Thunderbolt? Сравнение Thunderbolt и USB Подключение дисплеев через Thunderbolt Видео возможности Thunderbolt интерфейса Подключение нескольких устройств через один порт Thunderbolt Какие устройства поддерживают Thunderbolt Заменит ли Thunderbolt USB? Thunderbolt 5-ого поколения Заключение Введение Thunderbolt — эта технология передачи данных, которая была разработана коллаборацией Intel и Apple в 2011 году. Изначально интерфейсы Thunderbolt поставлялись в основном с устройствами MacBook и другими гаджетами Apple. Позднее права на Thunderbolt полностью перешли корпорации Intel. Thunderbolt позволяет передавать данные на устройство с максимальной скоростью, а также выступает в роли протокола для зарядки портативных устройств и поддерживает подключение до 6-ти устройств одновременно. На данный момент существует уже 4 поколения интерфейсов Thunderbolt, но зачем нужна эта технология, когда есть всем известный и удобный USB? На самом деле, вопрос весьма глубокий, поэтому сегодня мы подробно расскажем вам все нюансы Thunderbolt-интерфейсов и сравним их с USB. Thunderbolt — что это такое? Thunderbolt — это универсальный интерфейс, который объединяет в себе функции передачи данных, видео-файлов/аудио-файлов и питания, при этом все эти функции умещаются в одном кабеле. Технология Thunderbolt создана на архитектурах PCI Express и DisplayPort, поэтому через эти порты можно быстро передавать нужную информацию или даже подключать внешние устройства, вроде накопителей, RAID-контроллеров, сетевых карт и прочее оборудование мощностью до 100 Ватт. Порт Thunderbolt на ноутбуке Lenovo ThinkPad Основные характеристики Thunderbolt 4: Скорость передачи данных: до 40 Гбит/с для моделей 3-его и 4-ого поколения; Поддержка видео: до двух 4K дисплеев на 120 Гц или одного 8K дисплея на 60 Гц; Совместимость: с USB, Mini DisplayPort и PCI Express; Питание: до 100 Вт; Безопасность: технология VT-d не позволяет мошенникам получить доступ к данным без прямого доступа к Thunderbolt. Подробная таблица характеристик поколений Thunderbolt Характеристика Thunderbolt 1 Thunderbolt 2 Thunderbolt 3 Thunderbolt 4 Thunderbolt 5 Скорость передачи данных 10 Гбит/с 20 Гбит/с 40 Гбит/с 40 Гбит/с 80 - 120 40 Гбит/с PCI-E 4x 2.0 4x 2.0 4x 3.0 4x 3.0 4x 4.0 Поддержка протокола DisplayPort 1.1a 1.2 1.2 2.0 2.1 Поддержка USB ❌ ❌ 3.1 Gen 2 4 Gen 3x2 4 v2.0 Тип интерфейса MiniDP MiniDP USB-C USB-C USB-C Дисплеи 1x 2.5K 60Ghz 1x 4K 60Ghz 1x 4K 120Ghz или 2x 4K 60Ghz 1x 8K 60Ghz или 1x 4K 120Ghz 2x 8K 60Ghz или 3x 4K 120Ghz Мощность 10 Вт 10 Вт До 100 Вт До 100 Вт До 240 Вт Почему PCI Express используется в Thunderbolt? Как было сказано выше, Thunderbolt использует архитектуру PCI Express (PCIe). PCIe — это высокоскоростной интерфейс, используемый внутри большинства современных компьютеров и серверов для подключения различных аппаратных компонентов, например, видеокарт, контроллеров, скоростных NVMe SSD, и так далее. Благодаря тому, что в Thunderbolt также используется PCIe, такие интерфейсы имеют высокую скорость передачи данных и низкую задержку, поэтому их часто используют для задач, требующих оперативной передачи данных, например, редактировании аудио/видео-файлов и работе с большими объемами информации.  Адаптер Supermicro AOC-TBT-DSL5320 позволяет получить функционал Thunderbolt 2 на серверных платформах Intel. Источник: Supermicro Сравнение Thunderbolt и USB На самом деле, Thunderbolt и USB — два брата близнеца, у которых есть очень много общего (особенно в последних версиях), но есть и определенные различия, которые очень важны. Наглядно сравним последние версии интерфейсов – Thunderbolt 4 и USB4 Gen3x2. Характеристика Thunderbolt 4 USB4 Gen3x2 Скорость передачи данных 40 Гбит/с 40 Гбит/с Тип интерфейса USB-C USB-C Передача питания До 100W Передача питания возможна при сертификации стандартом Power Delivery Дисплеи 1x 8K 60Ghz или 1x 4K 120Ghz 1x 8K 60Ghz Есть еще несколько моментов, которые не вошли в таблицу. Во-первых, Thunderbolt 4 спокойно поддерживает скорость передачи данных на уровне 40 Гб/с с кабелем на 2 метра, в то время как на расстоянии более метра скорость USB4 падает до 20 Гб/с. Во-вторых — USB4 может поддерживать подключение всех предыдущих моделей USB, а Thunderbolt 4 совместим только с устройствами, поддерживающими Thunderbolt 3. Напоследок, снова напомним про уникальную особенность Thunderbolt — можно подключить до 6-ти устройств. С USB4 такого трюка сделать не выйдет. В остальном, два интерфейса практически идентичны, но если рассматривать только технические характеристики, то интерфейсы Thunderbolt можно смело назвать «USB на стероидах». Подключение дисплеев через Thunderbolt Thunderbolt поддерживает подключение дисплеев с поддержкой разъемов USB Type-C и Mini DisplayPort. Однако, недостаточно иметь нужный разъем на мониторе. Нужно убедиться, что соответствующий физический интерфейс имеет поддержку Thunderbolt. Как правило, все порты, сертифицированные по стандарту тандерболт, имеют знак молнии около разъема.  Также стоит отметить, что Thunderbolt чаще всего встречается в премиальных сериях дисплеев, ориентированных на “криэйторов” и бизнес сегмент рынка. Thunderbolt подключенный в порт Type-C на Apple Pro Display XDR. Источник: TheVerge Видео возможности Thunderbolt интерфейса Thunderbolt поддерживает до двух 4K дисплеев или одного 8K дисплея — 1x 4K@120Hz, 2x 4K@60Hz, 1x 5K@60Hz, 1x 8K@60Hz. Поэтому изображения будут максимально качественными и детальными, что очень важно для профессионального редактирования материала. Еще один плюс интерфейса Thunderbolt — он поддерживает передачу 10-битного цвета. Этот параметр высоко оценивается в кругах фотографов и видеомонтажеров, поскольку им важна высокая глубина цвета для качественного выполнения работы. Подключение нескольких устройств через один порт Thunderbolt Thunderbolt имеет возможность цепочечного подключения (daisy chaining), поэтому к одному порту можно подключать несколько устройств. Это очень полезная функция, если ваше рабочее пространство перегружено и вы не хотите захламлять его дополнительными проводами, чтобы подключать устройства к компьютеру. К одному порту Thunderbolt можно подключить до 6-ти устройств в одной цепочке, при этом, такую возможность поддерживает любая версия интерфейса Thunderbolt. Если вы думаете, что подключив несколько устройств к одному порту Thunderbolt вы сильно потеряете в производительности, то это не так. В отличие от USB 4,  где производительность может значительно снижаться при подключении нескольких устройств, Thunderbolt поддерживает высокие скорости передачи данных и низкую задержку даже при полной цепочке из 6-ти устройств, поэтому можно не бояться за потерю эффективности и пользоваться возможностями этой технологии на полную, подключая столько техники, сколько нужно. Схематичное изображение подключения нескольких устройств при помощи Thunderbolt. Источник: News.Samsung Какие устройства поддерживают Thunderbolt Интерфейсы Thunderbolt поддерживают следующие типы устройств: Мониторы. 4K и 8K дисплеи, профессиональные мониторы для редактирования видео и фотографий; NAS. Внешние жесткие диски и SSD, обеспечивающие высокоскоростную передачу данных; Аудиоустройства и видеоустройства. Звуковые карты, карты захвата видеопотока и воспроизведения видео; Док-станции. Устройства для расширения возможностей подключения, включающие различные порты USB, Ethernet, HDMI и так далее; eGPU боксы. Устройства для подключения внешней видеокарты к компьютеру; Профессиональные карт-ридеры. Оборудование для считывания информации с карт памяти форматов CFexpress и XQD. Подключение eGPU через Thunderbolt может существенно повысить производительность портативного устройства. Источник: Egpu Заменит ли Thunderbolt USB? Thunderbolt обладает значительными преимуществами по сравнению USB, такими как более высокая скорость передачи данных и универсальность подключения. Однако, полная замена USB на Thunderbolt маловероятна в ближайшее время. Скорее всего, Thunderbolt будет сосуществовать с другими интерфейсами, находя свое применение у пользователей, которым требуется максимальная универсальность, скорость обработки данных, и в особенности тем пользователям, которым не нужна возня с кучей кабелей. Кроме того, высокая стоимость Thunderbolt явно не способствует массовому использованию этой технологии, когда стандартный протокол USB в разы дешевле, что позволяет ему массово использоваться в среднем и низком ценовом диапазоне. Разнообразие кабелей USB Type-C на интерфейсах USB и Thunderbolt. Источник: Yam-Pole Thunderbolt 5-ого поколения Еще в 2022 году компания Intel анонсировала новое, 5-ое поколение интерфейсов Thunderbolt, характеристики которого в разы превосходят возможности предыдущего поколения портов. Новые Thunderbolt 5 сможет передавать данные на скорости 80-ти Гбит в секунду, а при использовании нового режима Bandwidth Boost для подключения нескольких мониторов, можно увеличить скорость передачи данных до 120 Гбит в секунду. Еще одно отличительное преимущество нового поколения Thunderbolt — он поддерживают подключение до 2-х мониторов с разрешением 6K, до 3-х 4K-мониторов с частотой 144 Гц и несколько 8K-мониторов с поддержкой HDR. Thunderbolt 5 имеет улучшенный алгоритм кодирования PAM-3, который в разы повышает скорость передачи данных и тактовую частоту, но такой бонус доступен только для кабелей длиной до 1-ого метра. Кабели большей длины с поддержкой PAM-3 появятся в продаже гораздо позднее. Также Thunderbolt 5 поддерживает совместимость с предыдущими поколениями Thunderbolt, DisplayPort 2.1, USB4 Gen3x2 80G, USB Gen 2x2 20G и создан на архитектуре PCI 4.0. Thunderbolt 5, как и предыдущие поколения портов, поддерживает зарядку устройства, но теперь с мощностью до 240 Ватт. На данный момент еще не появилось устройств, поддерживающих технологию Thunderbolt 5, однако, компания Intel заявила, что такое оборудование появится уже в 2024 году — скорее всего, это произойдет вместе с выходом устройств на базе новой линейки процессоров компании.  Ключевые преимущества Thunderbolt 5. Источник: Intel Заключение Несмотря на все вышеуказанные преимущества технологии Thunderbolt, она вряд ли сможет подвинуть такого гиганта, как USB. Конечно, Thunderbolt и быстрее, и эффективнее привычного всем интерфейса, но они значительно дороже своего более популярного аналога, да и количество устройств, на которых используется Thunderbolt, гораздо скромнее. Если 2024 год порадует нас выходом большого ассортимента устройств с поддержкой технологии Thunderbolt, то вполне возможно, что такие интерфейсы станут новым флагманом и всеобщим стандартом, но, смотря правде в глаза, вряд ли это произойдет в ближайшем будущем.