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Thunderbolt

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  此條目頁的主題是由英特爾發表，蘋果參與的連接器標準。關於由蘋果公司所製作的專屬連接器規格，請見「Lightning接頭」。
Thunderbolt
類別 Dual-protocol I/O[1]
產品歷史
設計者 英特爾和蘋果公司
製造商 無特定廠商
製造時間 2011年2月
取代 FireWire（IEEE 1394）
一般規格
長度 最長達5公尺（銅線）[2]
寬度 8.3 毫米
高度 2.5 毫米
熱插拔 支援
Daisy chain 支援，最多達7部裝置[2]
外置 支援
連接器 Mini DisplayPort（第一代和第二代）, USB Type-C（第三代和第四代）
電力
訊號

15 W [2]

100 W (Thunderbolt 3 充電)
數據
數據訊號 支援
位元速率

第一代：雙連結，其中每通道10 Gbit/s（總計20 Gbit/s）

第二代：總計20 Gbit/s

第三代和第四代：40 Gbit/s雙向傳輸（PCIe及DisplayPort）
協定 Thunderbolt Thunderbolt 2
  • PCI Express 2.0 x4
  • DisplayPort 1.2
 Thunderbolt 3 Thunderbolt 4
  • PCI Express 3.0 x4
  • DisplayPort 2.0
  • USB4
引腳輸出
引腳1 GND 接地
引腳2 HPD 熱插拔偵測
引腳3 HS0TX(P) 高速通道0的正訊號傳輸
引腳4 HS0RX(P) 高速通道0的正訊號接收
引腳5 HS0TX(N) 高速通道0的負訊號傳輸
引腳6 HS0RX(N) 高速通道0的負訊號接收
引腳7 GND 接地
引腳8 GND 接地
引腳9 LSR2P TX 慢速通道的訊號傳輸
引腳10 GND 接地（保留）
引腳11 LSP2R RX 慢速通道的訊號接收
引腳12 GND 接地（保留）
引腳13 GND 接地
引腳14 GND 接地
引腳15 HS1TX(P) 高速通道1的正訊號傳輸
引腳16 HS1RX(P) 高速通道1的正訊號接收
引腳17 HS1TX(N) 高速通道1的負訊號傳輸
引腳18 HS1RX(N) 高速通道1的負訊號接收
引腳19 GND 接地
引腳20 DPPWR 接頭電源
圖為與Mini DisplayPort整合的初代Thunderbolt
圖為與USB Type-C結合的Thunderbolt 3
Intel 提供兩種 Thunderbolt 控制器：雙插座和單插座。外部裝置和電腦都需要有一個控制器。

Thunderbolt又稱「雷電技術[4]」，蘋果中國譯為「雷靂」[5]，是由英特爾發表的連接器標準，目的在於當作電腦與其他裝置之間的通用匯流排，第一代與第二代介面是與Mini DisplayPort整合，較新的第三代開始改為與USB Type-C結合，並能提供電源。Thunderbolt 1 和 2 使用與 Mini DisplayPort (MDP) 相同的連接器，而 Thunderbolt 3、4 和 5 使用USB Type-C連接器，並支援 USB 裝置。

早期由英特爾獨立研發，使用光纖傳輸；後來在一次科技展示會場上，蘋果公司看到了早期光纖傳輸的原型後，主動對英特爾表示興趣並給予開發上的建議，致使正式發表的第一代從光纖改用銅線和蘋果的Mini DisplayPort外形，Mini DP介面加上Thunderbolt，由於二合一的整合特點，作為蘋果的多用途高速傳輸介面使用，蘋果的加入使得Thunderbolt生態建立起來。

第三代改為使用USB Type-C介面。繼續延伸多合一的整合特點，因此它既能以雙向 40 Gbit/s傳輸數據（40 Gbit/s + 40 Gbit/s，特別是針對外置高速網絡時），又能相容Mini DisplayPort裝置直接連接Thunderbolt介面傳輸視像與聲音訊號，也可連接Apple Thunderbolt Display直接同時輸出視像、聲音與數據，且不用如傳統使用多條連接線。

技術內容

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版本 時間 廠商 代號 地點 頻寬 USB
Thunderbolt 開發版 2009年 Intel Light Peak 英特爾科技討論區（IDF）
Thunderbolt 2011年2月 Intel
Apple		 Light Peak 10 Gbit/s 與USB 3.0同時應用在未來的系統中，扮演互補角色。 具有這種介面的MacBook Pro及一根29美元的連接線。
蘋果獨享這技術專利權一年。
Thunderbolt 2 2013年 Falcon Ridge 20 Gbit/s
Thunderbolt 3 2015年6月2日 Intel Alpine Ridge Titan Ridge COMPUTEX 2015 40 Gbit/s 連接埠更換為USB Type-C Alpine Ridge 僅能相容於Thunderbolt 系統, Titan Ridge 可以相容於大部分的USB-C 系統, 不僅限於Thunderbolt
Thunderbolt 4 2020年7月8日 Goshen Ridge
Thunderbolt 5 2024年 Barlow Ridge 120 Gbit/s

第一版（Thunderbolt）

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2011年，發表第一版Thunderbolt，訊號線最長可達10米，雙向同步傳輸速度可達10 Gbit/s。

Thunderbolt 技術採用兩種通訊協定 ，包括用在資料傳輸的 PCI Express ，以及用在顯示的 DisplayPort，且完整相容現有的DisplayPort裝置。將來可能取代其他個人電腦的周邊裝置匯流排，如DVI、DisplayPort、USB、Firewire（IEEE 1394）與 HDMI等，成為電腦對外的單一匯流排。

可以透過菊花鏈（Daisy-chain）方式連接最多六個周邊裝置(其中首兩鏈可包含兩個Apple Thunderbolt Display)，透過匯流排可供應10W的電力給周邊。

第二版（Thunderbolt 2）

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2013年，第二版，代號 Falcon Ridge，同步傳輸速度 20 Gbit/s。

英特爾希望在2020年時將它提升到100Gbps，透過光纖線路傳送具紅外線訊號代替傳統的數據線進行數據傳輸，當作電腦與其他裝置之間的通用連接線，類似目前USB的功能，未來一台電腦可裝設數個Thunderbolt連接埠，提供不同的裝置使用，也可直接連接到一個具有數種對外置口的裝置上，用一種細長的線纜支援多種輸入輸出裝置。

Intel宣稱，Thunderbolt 2 能連接一個顯示器，並同時傳送4K視像。

  • 實體層面，第一、二版 Thunderbolt 的頻寬都是 20 Gbit/s，因此線材是相容的。訊號線包含四條 10 Gbit/s通道，上下行各有兩條。[6]
  • 邏輯層面，第二代 Thunderbolt 合併了第一代的兩條獨立 10 Gbit/s 通道，使得最高傳輸速度翻倍到 20 Gbit/s 。

第一款引入 Thunderbolt 2 的產品是ASUS主機板，於2013年8月19日發佈[7]。

第一款發售的產品是蘋果公司MacBook Pro with Retina (Late 2013)，於2013年10月22日推出[8]。

第三版（Thunderbolt 3）

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2015年6月2日，COMPUTEX 2015 ，代號為Alpine Ridge，雙倍頻寬達到40 Gbit/s (5 GB/s)。Thunderbolt 3 物理介面改用USB Type-C。

新一代 Thunderbolt 節省一半用電，最大供電100W。可連接兩個4K清晰度顯示器，或一個5K清晰度顯示器。基於 PCIe 3.0 x4。支援 HDMI2.0（4K 60Hz）和 DisplayPort1.2（5K 60Hz）。[9][10]

英特爾提供控制器的三個版本：

  • "DP"（Double Port）版本 ： PCIe 3.0 ×4 提供2個 Thunderbolt 3 介面 (JHL6540)
  • "SP"（Single Port）版本 ： PCIe 3.0 ×4 提供1個 Thunderbolt 3 介面 (JHL6340)
  • "LP"（Low Power）版本 ： PCIe 3.0 ×2 提供1個 Thunderbolt 3 介面 (JHL6240)

由於支援 Thunderbolt 1, 2 的廠商不多，而且採用 Thunderbolt 的裝置大多是高端產品，價格昂貴，加上介面使用的是蘋果Mini Displayport，配件無法用在其他電子裝置，普及程度遠低於對手USB。故此版的 Thunderbolt 將與 USB Type-C 的接頭相容，使 Thunderbolt 介面變得更普及[11]。

第四版（Thunderbolt 4）

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Thunderbolt4在CES2020公開發表，最終版本的規格書在2020年七月發佈。Thunderbolt 4 與 Thunderbolt 3 的主要差異在於對於USB4通訊協定的支援以及資料的傳輸速度。對於PCIe的最低要求需要32Gbit/s 以上。支援兩個4K顯示(DisplayPort 1.4)。支援Intel VT-d為基本的直接記憶體存取保護以防止實體DMA攻擊。

第五版（Thunderbolt 5）

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2023 年 9 月 12 日，英特爾預覽了 Thunderbolt 5（代號 Barlow Ridge），它符合 USB開發者討論區 (USB-IF) 的 USB4 2.0 規格。 它提供 80 Gbit/s 的對稱頻寬，例如 大量儲存裝置的頻寬是 Thunderbolt 4 的兩倍，顯示器的單向頻寬為 120 Gbit/s（Thunderbolt 3 和 4 的三倍），支援 60Hz 的雙 8K 顯示器。 完整規格涵蓋：

  • 支援最新版本的USB4 2.0 80 Gbit/s規範
  • 總頻寬是 Thunderbolt 4 的兩倍，達到 80 Gbit/s，同時為視像密集型用途提供高達三倍的頻寬，達到 120 Gbit/s
  • 支援 DisplayPort 2.1
  • 使用 PCI Express Gen. 4 x4 實現 PCI Express 資料吞吐量的兩倍 (64 Gbit/s)，實現更快的儲存和外部顯示卡
  • 下游充電功率高達 240W
  • 透過 PAM-3 與長達 1 m (3.3 ft) 的現有被動電纜配合使用
  • 與先前版本的 Thunderbolt、USB 和 DisplayPort 相容
  • 由英特爾的支援和認證計劃支援

英特爾宣佈將於 2024 年開始推出與 Thunderbolt 5 相容的電腦和配件[12]。

商品化

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2011年2月24日，蘋果公司發佈新款 MacBook Pro，搭載 Thunderbolt 技術，這是此技術首次應用在商業產品上。在PC產品上蘋果有一年的專利獨享權。同日，Promise 發佈 Pegasus 儲存產品，同樣應用此技術，這是此技術首次應用儲存業產品上。稍後，蘋果發佈了使用 Thunderbolt 技術的 Apple Thunderbolt Display，2012年發佈了兩個小配件：Apple Thunderbolt to Gigabit Ethernet Adapter 和 Apple Thunderbolt to FireWire 轉換器。

2013年6月10日，蘋果公司發佈新款 Mac Pro 並將搭載 Thunderbolt 2 技術[13]。

2016年10月28日，蘋果公司發佈新款MacBook Pro搭載Thunderbolt 3技術。

2020年6月23日，蘋果公司官網開賣Thunderbolt 3 Pro 連接線。

2024年10月29日，蘋果公司發佈新款M4 pro晶片的Mac mini 搭載Thunderbolt 5技術。Thunderbolt 5數據線（1m）官網售價69.00美金。[14]

2024年10月30日，蘋果公司發佈新款MacBook Pro搭載Thunderbolt 5技術。

外置

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  • Thunderbolt典型應用之一是外置顯示卡。以前的Intel CPU沒有整合Thunderbolt控制器，許多手提電腦的Thunderbolt介面都是掛接在PCH下。第十代Intel Core處理器整合了Thunderbolt控制器，但是僅限10nm的Ice Lake微架構處理器，而同為第十代Intel Core的14nm Comet Lake微架構處理器並未整合Thunderbolt控制器，且部分搭載Ice Lake處理器的手提電腦未配備支援Thunderbolt 3的USB-C介面，例如Surface Pro 7的USB-C介面就未整合Thunderbolt 3[15]。

安全性

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許多Thunderbolt裝置都實現了「安全性模式」，當連接裝置時要求用戶的驗證，以防止某些惡意的裝置通過存取PCI Express總線進行DMA攻擊和讀取主記憶體[16][17]：

  • none：沒有Thunderbolt安全性，允許所有裝置的連接。在BIOS設置中又被稱為「Legacy Mode」。
  • user：每次連接裝置時都必須經過用戶的驗證。
  • secure：連接裝置時要求用戶的驗證，但記住用戶連接過的裝置，對於同一個裝置不要求重新驗證。
  • dponly：禁止Thunderbolt介面的PCI Express總線功能，只允許DisplayPort功能（有的電腦是只允許DisplayPort功能和USB功能）。

參考資料

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  1. ^ Thunderbolt Technology. Intel. [June 28, 2011]. （原始內容存檔於2011-09-23）. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 Technology Brief (PDF). Intel. [February 25, 2011]. （原始內容存檔 (PDF)於2011-06-29）. 
  3. ^ Thunderbolt™ 3 – The USB-C That Does It All. Thunderbolt Technology Community. 2015-06-02 [2015-10-31]. （原始內容存檔於2015-09-05）. 
  4. ^ 雷电技术：无限的可能性. Intel. [2023-03-16] （中文）. 
  5. ^ 雷雳. Apple (中國) - 官方網站. [2019-03-03]. （原始內容存檔於2019-03-06） （中文（中國大陸））. 
  6. ^ Anand Lal Shimpi. Intel's Thunderbolt 2: Everything You Need to Know. AnandTech. June 9, 2013 8:39 PM EST [2014-07-26]. （原始內容存檔於2014-07-10）. 
  7. ^ Walton, Jarred (August 19, 2013). "ASUS Introduces Z87-Deluxe/Quad: World’s First Thunderbolt 2 Certified Motherboard" （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. AnandTech. Retrieved December 28, 2013.
  8. ^ Torres, Edwin (January 28,2013) [1] （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. MacRumors. Retrieved January 28, 2014.
  9. ^ Intel’s incredibly fast Thunderbolt 3 switches to USB-C connector. ExtremeTech. 2015-06-04 [2015-08-04]. （原始內容存檔於2015-08-01）. 
  10. ^ Joel Hruska. Next-gen Thunderbolt details: 40Gbps, PCIe 3.0, HDMI 2.0, and 100W power delivery for single-cable PCs. extreme tech. April 22, 2014 at 2:15 pm [2014-09-22]. （原始內容存檔於2014-10-03）. 
  11. ^ 【COMPUTEX 2015】Intel 發表Thunderbolt 3 標準，全面相容USB Type-C - TechNews 科技新報. 2015-06-03 [2015-06-04]. （原始內容存檔於2015-06-07）. 
  12. ^ Intel Introduces Thunderbolt 5 Connectivity Standard. Intel. October 19, 2022 [September 12, 2023]. （原始內容存檔於2024-05-17）. 
  13. ^ Apple unleashes new Mac Pro – 8 times smaller, 6 Thunderbolt 2 ports, AMD graphics. [2013-06-13]. （原始內容存檔於2013-06-13）. 
  14. ^ Thunderbolt 5 (USB‑C) Pro Cable (1 m). Apple. [2024-10-30] （美國英語）. 
  15. ^ augix对Surface Pro 7的测评. [2019-11-29]. （原始內容存檔於2019-11-21）. 
  16. ^ How to configure the Thunderbolt 3 Security Level in BIOS Setup for Microsoft Windows operating system - ThinkPad - US. support.lenovo.com. [2020-04-22]. （原始內容存檔於2021-09-08）. 
  17. ^ eischmann. ThunderBolt Security Levels and Linux desktop. Brno hat. 2017-06-29 [2020-04-22]. （原始內容存檔於2020-04-12） （英語）. 

外部連結

[編輯]
取自 "https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=Thunderbolt&oldid=84793116#第四版（Thunderbolt_4）"