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Thunderbolt

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此条目页的主题是由英特尔发表，苹果参与的连接器标准。关于由苹果公司所制作的专属连接器规格，请见“Lightning接头”。
Thunderbolt
类别 Dual-protocol I/O[1]
产品历史
设计者 英特尔和苹果公司
制造商 无特定厂商
制造时间 2011年2月
取代 FireWire（IEEE 1394）
一般规格
长度 最长达5米（铜线）[2]
宽度 8.3 毫米
高度 2.5 毫米
热插拔 支持
Daisy chain 支持，最多达7部装置[2]
外置 支持
连接器 Mini DisplayPort（第一代和第二代）, USB Type-C（第三代至第五代）
电力
信号

15 W [2]

100 W (Thunderbolt 3 充电)
数据
数据信号 支持
比特率

第一代：双通道，其中每通道10 Gbit/s（总计20 Gbit/s）

第二代：总计20 Gbit/s 第三代和第四代：40 Gbit/s双向传输（PCIe及DisplayPort）

第五代：可达80 Gbit/s
协议 Thunderbolt Thunderbolt 2
  • PCI Express 2.0 x4
  • DisplayPort 1.2
 Thunderbolt 3 Thunderbolt 4
  • PCI Express 3.0 x4
  • DisplayPort 2.0
  • USB4
引脚输出
引脚1 GND 接地
引脚2 HPD 热插拔侦测
引脚3 HS0TX(P) 高速通道0的正信号传输
引脚4 HS0RX(P) 高速通道0的正信号接收
引脚5 HS0TX(N) 高速通道0的负信号传输
引脚6 HS0RX(N) 高速通道0的负信号接收
引脚7 GND 接地
引脚8 GND 接地
引脚9 LSR2P TX 慢速通道的信号传输
引脚10 GND 接地（保留）
引脚11 LSP2R RX 慢速通道的信号接收
引脚12 GND 接地（保留）
引脚13 GND 接地
引脚14 GND 接地
引脚15 HS1TX(P) 高速通道1的正信号传输
引脚16 HS1RX(P) 高速通道1的正信号接收
引脚17 HS1TX(N) 高速通道1的负信号传输
引脚18 HS1RX(N) 高速通道1的负信号接收
引脚19 GND 接地
引脚20 DPPWR 接头电源
图为与Mini DisplayPort集成的初代Thunderbolt
图为与USB Type-C结合的Thunderbolt 3
Intel 提供两种 Thunderbolt 控制器：双插座和单插座。外部装置和电脑都需要有一个控制器。

Thunderbolt又称“雷电技术[4]”，苹果中国译为“雷雳”[5]，是由英特尔（Intel）发表的连接器标准，目的在于当作电脑与其他装置之间的通用总线，第一代与第二代的连接口与Mini DisplayPort集成，第三代至第五代的连接口与USB Type-C结合，并且能用于充电。Thunderbolt 1 和 2 使用与 Mini DisplayPort (MDP) 相同的连接器，而 Thunderbolt 3、4 和 5 使用USB Type-C连接器，并支持 USB 装置。

早期由英特尔独立研发，使用光纤传输；后来在一次科技展示会场上，苹果公司看到了早期光纤传输的原型后，主动对英特尔表示兴趣并给予开发上的建议，致使正式发表的第一代从光纤改用铜线和苹果的Mini DisplayPort外形，Mini DP接口加上Thunderbolt，由于二合一的集成特点，作为苹果的多用途高速传输接口使用，苹果的加入使得Thunderbolt生态建立起来。

Thunderbolt 第三代以后采用USB Type-C连接口。继续延伸多合一的集成特点，因此它既能以双向 40 Gbit/s传输数据（40 Gbit/s + 40 Gbit/s，特别是针对外置高速网络时），又能兼容Mini DisplayPort装置直接连接Thunderbolt接口传输视频与声音信号，也可连接Apple Thunderbolt Display直接同时输出视频、声音与数据，且不用如传统使用多条连接线。

技术内容

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版本 时间 厂商 代号 地点 带宽 USB
Thunderbolt 开发版 2009年 Intel Light Peak 英特尔科技论坛（IDF）
Thunderbolt 2011年2月 Intel
Apple		 Light Peak 10 Gbit/s 与USB 3.0同时应用在未来的系统中，扮演互补角色。 具有这种接口的MacBook Pro及一根29美元的连接线。
苹果独享这技术专利权一年。
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 连接端口更换为USB Type-C Alpine Ridge 仅能兼容于Thunderbolt 系统, Titan Ridge 可以兼容于大部分的USB-C 系统, 不仅限于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，发表第一版Thunderbolt，信号线最长可达10米，双向同步传输速度可达10 Gbit/s。

Thunderbolt 技术采用两种通讯协议 ，包括用在资料传输的 PCI Express ，以及用在显示的 DisplayPort，且完整兼容现有的DisplayPort装置。将来可能取代其他个人电脑的周边装置总线，如DVI、DisplayPort、USB、Firewire（IEEE 1394）与 HDMI等，成为电脑对外的单一总线。

可以透过菊花链（Daisy-chain）方式连接最多六个周边装置(其中首两链可包含两个Apple Thunderbolt Display)，透过总线可供应10W的电力给周边。

第二版（Thunderbolt 2）

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2013年，第二版，代号 Falcon Ridge，同步传输速度 20 Gbit/s。

英特尔希望在2020年时将它提升到100Gbps，透过光纤线路发送具红外线信号代替传统的数据线进行数据传输，当作电脑与其他装置之间的通用连接线，类似目前USB的功能，未来一台电脑可装设数个Thunderbolt连接端口，提供不同的装置使用，也可直接连接到一个具有数种对外置口的装置上，用一种细长的线缆支持多种输入输出装置。

Intel宣称，Thunderbolt 2 能连接一个显示器，并同时发送4K视频。

  • 物理层面，第一、二版 Thunderbolt 的带宽都是 20 Gbit/s，因此线材是兼容的。信号线包含四条 10 Gbit/s通道，上下行各有两条。[6]
  • 逻辑层面，第二代 Thunderbolt 合并了第一代的两条独立 10 Gbit/s 通道，使得最高传输速度翻倍到 20 Gbit/s 。

第一款引入 Thunderbolt 2 的产品是ASUS主板，于2013年8月19日发布[7]。

第一款发售的产品是苹果公司MacBook Pro with Retina (Late 2013)，于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 ，代号为Alpine Ridge，双倍带宽达到40 Gbit/s (5 GB/s)。Thunderbolt 3 物理接口改用USB Type-C。

新一代 Thunderbolt 节省一半用电，最大供电100W。可连接两个4K清晰度显示器，或一个5K清晰度显示器。基于 PCIe 3.0 x4。支持 HDMI2.0（4K 60Hz）和 DisplayPort1.2（5K 60Hz）。[9][10]

英特尔提供控制器的三个版本：

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

由于支持 Thunderbolt 1, 2 的厂商不多，而且采用 Thunderbolt 的装置大多是高端产品，价格昂贵，加上接口使用的是苹果Mini Displayport，配件无法用在其他电子装置，普及程度远低于对手USB。故此版的 Thunderbolt 将与 USB Type-C 的接头兼容，使 Thunderbolt 接口变得更普及[11]。

第四版（Thunderbolt 4）

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Thunderbolt4在CES2020公开发表，最终版本的规格书在2020年七月发布。Thunderbolt 4 与 Thunderbolt 3 的主要差异在于对于USB4通讯协议的支持以及资料的传输速度。对于PCIe的最低要求需要32Gbit/s 以上。支持两个4K显示(DisplayPort 1.4)。支持Intel VT-d为基本的直接存储器存取保护以防止实体DMA攻击。

第五版（Thunderbolt 5）

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2023 年 9 月 12 日，英特尔预览了 Thunderbolt 5（代号 Barlow Ridge），它符合 USB开发者论坛 (USB-IF) 的 USB4 2.0 规格。 它提供 80 Gbit/s 的对称带宽，例如 大量存储装置的带宽是 Thunderbolt 4 的两倍，显示器的单向带宽为 120 Gbit/s（Thunderbolt 3 和 4 的三倍），支持 60Hz 的双 8K 显示器。 完整规格涵盖：

  • 支持最新版本的USB4 2.0 80 Gbit/s规范
  • 总带宽是 Thunderbolt 4 的两倍，达到 80 Gbit/s，同时为视频密集型用途提供高达三倍的带宽，达到 120 Gbit/s
  • 支持 DisplayPort 2.1
  • 使用 PCI Express Gen. 4 x4 实现 PCI Express 资料吞吐量的两倍 (64 Gbit/s)，实现更快的存储和外部显卡
  • 下游充电功率高达 240W
  • 透过 PAM-3 与长达 1 m (3.3 ft) 的现有被动电缆配合使用
  • 与先前版本的 Thunderbolt、USB 和 DisplayPort 兼容
  • 由英特尔的支持和认证计划支持

英特尔宣布将于 2024 年开始推出与 Thunderbolt 5 兼容的电脑和配件[12]。

商品化

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2011年2月24日，苹果公司发布新款 MacBook Pro，搭载 Thunderbolt 技术，这是此技术首次应用在商业产品上。在PC产品上苹果有一年的专利独享权。同日，Promise 发布 Pegasus 存储产品，同样应用此技术，这是此技术首次应用存储业产品上。稍后，苹果发布了使用 Thunderbolt 技术的 Apple Thunderbolt Display，2012年发布了两个小配件：Apple Thunderbolt to Gigabit Ethernet Adapter 和 Apple Thunderbolt to FireWire 转换器。

2013年6月10日，苹果公司发布新款 Mac Pro 并将搭载 Thunderbolt 2 技术[13]。

2016年10月28日，苹果公司发布新款MacBook Pro搭载Thunderbolt 3技术。

2020年6月23日，苹果公司官网开卖Thunderbolt 3 Pro 连接线。

2024年10月29日，苹果公司发布新款M4 pro晶片的Mac mini 搭载Thunderbolt 5技术。Thunderbolt 5数据线（1m）官网售价69.00美金。[14]

2024年10月30日，苹果公司发布新款MacBook Pro搭载Thunderbolt 5技术。

外置

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  • Thunderbolt典型应用之一是外置显卡。以前的Intel CPU没有集成Thunderbolt控制器，许多手提电脑的Thunderbolt接口都是挂接在PCH下。第十代Intel Core处理器集成了Thunderbolt控制器，但是仅限10nm的Ice Lake微架构处理器，而同为第十代Intel Core的14nm Comet Lake微架构处理器并未集成Thunderbolt控制器，且部分搭载Ice Lake处理器的手提电脑未配备支持Thunderbolt 3的USB-C接口，例如Surface Pro 7的USB-C接口就未集成Thunderbolt 3[15]。

安全性

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许多Thunderbolt装置都实现了“安全性模式”，当连接装置时要求用户的验证，以防止某些恶意的装置通过存取PCI Express总线进行DMA攻击和读取主存储器[16][17]：

  • none：没有Thunderbolt安全性，允许所有装置的连接。在BIOS设置中又被称为“Legacy Mode”。
  • user：每次连接装置时都必须经过用户的验证。
  • secure：连接装置时要求用户的验证，但记住用户连接过的装置，对于同一个装置不要求重新验证。
  • dponly：禁止Thunderbolt接口的PCI Express总线功能，只允许DisplayPort功能（有的电脑是只允许DisplayPort功能和USB功能）。

参考资料

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  1. ^ Thunderbolt Technology. Intel. [June 28, 2011]. （原始内容存档于2011-09-23）. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 Technology Brief (PDF). Intel. [February 25, 2011]. （原始内容存档 (PDF)于2011-06-29）. 
  3. ^ Thunderbolt™ 3 – The USB-C That Does It All. Thunderbolt Technology Community. 2015-06-02 [2015-10-31]. （原始内容存档于2015-09-05）. 
  4. ^ 雷电技术：无限的可能性. Intel. [2023-03-16] （中文）. 
  5. ^ 雷雳. Apple (中国) - 官方网站. [2019-03-03]. （原始内容存档于2019-03-06） （中文（中国大陆））. 
  6. ^ Anand Lal Shimpi. Intel's Thunderbolt 2: Everything You Need to Know. AnandTech. June 9, 2013 8:39 PM EST [2014-07-26]. （原始内容存档于2014-07-10）. 
  7. ^ Walton, Jarred (August 19, 2013). "ASUS Introduces Z87-Deluxe/Quad: World’s First Thunderbolt 2 Certified Motherboard" （页面存档备份，存于互联网档案馆）. AnandTech. Retrieved December 28, 2013.
  8. ^ Torres, Edwin (January 28,2013) [1] （页面存档备份，存于互联网档案馆）. MacRumors. Retrieved January 28, 2014.
  9. ^ Intel’s incredibly fast Thunderbolt 3 switches to USB-C connector. ExtremeTech. 2015-06-04 [2015-08-04]. （原始内容存档于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]. （原始内容存档于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]. （原始内容存档于2015-06-07）. 
  12. ^ Intel Introduces Thunderbolt 5 Connectivity Standard. Intel. October 19, 2022 [September 12, 2023]. （原始内容存档于2024-05-17）. 
  13. ^ Apple unleashes new Mac Pro – 8 times smaller, 6 Thunderbolt 2 ports, AMD graphics. [2013-06-13]. （原始内容存档于2013-06-13）. 
  14. ^ Thunderbolt 5 (USB‑C) Pro Cable (1 m). Apple. [2024-10-30] （美国英语）. 
  15. ^ augix对Surface Pro 7的测评. [2019-11-29]. （原始内容存档于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]. （原始内容存档于2021-09-08）. 
  17. ^ eischmann. ThunderBolt Security Levels and Linux desktop. Brno hat. 2017-06-29 [2020-04-22]. （原始内容存档于2020-04-12） （英语）. 

外部链接

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