什麼是Thunderbolt?

Thunderbolt是一種硬體標準,讓外部裝置像是智慧型手機及外接式硬碟能連接到電腦,它是由Intel與Apple共同研發的技術。

Thunderbolt版本

有數種Thunderbolt的版本,而每次新的迭代都穩定地增加資料傳輸率或速度。第一版的Thunderbolt,一開始稱作Light Peak,於2011年問世。

這項標準首先是由Mac電腦所創立,但它也已在PC電腦上造成了不小的影響,經常與USB標準做競爭。然而,它不像USB裝置不需要認證,Thunderbolt裝置都必須先經過Intel認證才行。

第四代的Thunderbolt,稱作Thunderbolt 4,在2020年時公開發表,時間點就在USB 4問世的幾個月後。USB 4是以Thunderbolt 3為基底,也相容於它,而Thunderbolt 3可相容於USB-C埠。

即使Thunderbolt和USB標準通常都彼此相容,但它們的規格在歷史上卻不相同。USB裝置插入Thunderbolt埠有可能可以運作,但它可能無法達到Thunderbolt的傳輸速度。傳輸速率會被最慢的那個設備所限制,而傳統上來說,通常這指的是USB。

不過在Thunderbolt 4發行之後,通訊協定和資料傳輸率已完全相容於USB 4,而USB 4又向下相容於Thunderbolt 3、USB 3.2及USB 2.0。

相容性的匯流使得USB成為最佳的跨平台相容性標準,雖然USB 4裝置直到2021年才出現。

 

Thunderbolt的歷史

Thunderbolt在它的發展初期被稱為Light Peak,Light Peak最初旨在成為一種光纖介面標準。然而,Thunderbolt放棄了原有的目標,轉而採用較為傳統的電纜連接。

這使得Thunderbolt更容易實現,Thunderbolt沒有仰賴新的連接器,而是以現有的DisplayPort技術,以及其迷你連接器的設計為基礎,這個想法是為了使連接線可以傳輸影像訊號和標準數據訊號。

因為DisplayPort在規格中內建了一個輔助資料頻道,自然成為了所有影像介面中相對合理的選擇。而其他兩種數位顯示連接,HDMI和DVI則缺少這種功能。

為了實現Thunderbolt介面的資料傳輸部分,Intel使用了標準PCI-Express規格。使用標準PCI-Express是很合理的行為,因為它是被用來當作連接器介面使用,用於連接處理器的內部組件。

 

Thunderbolt與Apple

對於Apple來說,Thunderbolt是一個減少電線雜亂的方式。超輕便型筆記型電腦,例如MacBook,沒有給外接裝置太多的空間。透過Thunderbolt,Apple將資料與影像訊號合併為單一的連接器。

Thunderbolt連接線的資料訊號部份,讓顯示器可以只透過單一連接線便得以使用USB埠、FireWire埠,以及Gigabit乙太網路。

 

一個連接埠,對應多個裝置

因為具備了菊鏈功能,Thunderbolt可以透過單一外部連接埠來運行多項裝置。要能讓這功能可以運作,Thunderbolt的外部裝置必須要含有向內和向外的連接埠。

整串鏈結的第一個裝置會連接到電腦上,下一個裝置會將它的向內連接埠連上第一個裝置的向外連接埠。接著,這個模式便在序列的裝置上一直重複。

作為另一種替代方式,你可以使用Thunderbolt擴充基座來將數個裝置,透過單一連接埠來連接到你的電腦。

單一Thunderbolt埠上可連接的裝置數量是有限制的。標準(包括Thunderbolt 3和4)能讓最多六個裝置做菊鏈串連。如果你連接了太多裝置,頻寬可能會飽和並降低整體外部裝置的效能。

 

DisplayPort相容性

Thunderbolt埠能完全與DisplayPort標準相容,因此能保持與傳統DisplayPort螢幕相容。

這表示任何一款DisplayPort螢幕都可以和Thunderbolt外埠裝置埠連接。不過,這樣會使得Thunderbolt連接線的資料傳輸功能變得無法使用。

有鑑於此,一些公司像是Matrox和Belkin設計了給電腦用的Thunderbolt擴充基底,讓DisplayPort傳輸。如此,電腦便可以連接到螢幕上,也能使用Thunderbolt乙太網路的資料傳輸功能,以及其他的外部裝置埠。

 

PCI-Express

搭配PCI-Express的資料頻寬,單一Thunderbolt埠能雙向傳輸最高10 Gbps的資料量。Thunderbolt 3和4支援最高40 Gbps全頻寬,也包含DisplayPort訊號。

對大部份電腦會連接的外部裝置來說,這絕對夠用了。大部份的儲存裝置速度都低於SATA規格,而SSD也無法達到這樣的速度。

大部份區域網路是基於Gigabit乙太網(1 Gbps),這個速度是四向PCIe連接頻寬的1/10。因此Thunderbolt的顯示器和基座擴充通常可提供外部連接埠,並為外部儲存裝置傳輸資料。

 

ThunderboltUSBeSATA的比較

USB 3.0是目前高速傳輸外部介面中,最為流行的一種。它有著與所有USB 2.0外部裝置向下相容的優點。不過,如果沒使用USB hub,就會受到一個連接埠搭配一台裝置的限制。

USB 3提供完整的雙向資料傳輸,但速度只有4.8 Gbps,大約是Thunderbolt的一半。它並不像Thunderbolt為DisplayPort做的方式一樣,特地傳輸影像訊號,而是直接由USB螢幕輸出,或是透過擴充基底裝置將訊號分出輸出至標準的螢幕中。

這樣的方式比起Thunderbolt搭配DisplayPort螢幕,會有影像訊號延遲較高的缺點。

USB 4將USB 3.0的傳輸速度加倍,到了40 Gbps,它與Thunderbolt 3及4有著相同的立足點,而這兩者都與USB 4 相容。

Thunderbolt比起eSATA外部介面更有彈性,eSATA只有在使用單一儲存裝置時才能運作。目前的eSATA標準最高是6 Gbps,仍比不上Thunderbolt的10 Gbps。

 

Thunderbolt 3

Thunderbolt 3於2015年問世,並以過去的版本為基底打造。Thunderbolt 3不使用DisplayPort技術,而是以USB 3.1以及它的新Type-C連接為基礎。這打開了新的可能性,包括能傳送電力和資料訊號。

可以想像到,使用Thunderbolt 3連接埠的筆電可以在使用連接線傳輸影像和資料到螢幕或擴充基座時,也透過連接線充電。Thunderbolt 3的傳輸速度最高可至40 Gbps,絕對足以同時為多台裝置提供電力。

 

Thunderbolt 4

在2020年初,Thunderbolt 4第一次出現,而對應的裝置則在同年較晚才推出。Thunderbolt 4並沒有比Thunderbolt 3快,但它在各種規格上做了許多改良。

Thunderbolt 4的通訊協定可以支援兩台4K顯示器,或者一台8K顯示器。纜線最多可以到兩公尺長。它也包括了數個外部裝置的最低標準,像是支援從擴充底座喚醒電腦、筆電充電電力分配、以及針對Thunderspy攻擊的保護措施。

Thunderbolt 4完全相容於USB 4的通訊協定和傳輸速率。這樣的跨平台相容性已造成了混淆,也就是來自於Thunderbolt 4、Thunderbolt 3和USB 4的連接埠,在視覺上難以區分。

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