计算机内部的传输接口主流技术为SATA和PCI-e两项技术标准,外部接口有USB、HDMI、Display Port,以及Intel筹备多年后于2011年2月25日正式伴随苹果新款MacBook Pro产品上市的Thunderbolt新一代高速传输接口。
其中,Thunderbolt中文名雷电,是以英特尔Light Peak技术为基础的新一代高速传输接口,目前使用的铜线最大传输速度为10Gbit/秒,未来光纤版本将可支持每秒100Gb的速度。其实早在2009年英特尔开发者论坛(IDF 2009)上,英特尔就发表了当时称为Thunderbolt的光纤技术,希望能以单一的光纤缆线取代今日计算机上各种繁杂的外接线,这就是Thunderbolt的原形。
Thunderbolt概况
Thunderbolt同时支持PCI Express与DisplayPort协议,完整兼容现有的DisplayPort装置,可以透过菊花链(Daisy-chain)方式连接高达六个周边(相较于Firewire可支持63个装置,USB则支持127个),透过总线可供应10W的电力给周边,支持电力(铜)或光纤缆线,支援HDMI/HDCP,并且具有低延迟性。透过转接器,Thunderbolt也可以支持Gigabit以太网络,以及Firewire与USB装置。
Thunderbolt光学模块。(资料来源:新科实业有限公司公司)
英特尔架构部门Thunderbolt项目总监Jason Ziller表示,Thunderbolt是同时兼容光、电信号的接口,其最初的提案是光信号传输技术,但最终没能满足客户的成本要求,因此改成了利用布线传输电信号的接口。利用布线传输10Gbit/秒的高速信号时,基板上的电磁辐射噪声等问题也会增大。Thunderbolt允许尽量缩短控制器IC与连接器之间的距离,最大限度缩短了传输高速信号的布线长度。同时,光信号传输功能依然非常重要,尤其是长距离传输用途需要光信号传输,如果把Thunderbolt应用于长距离传输的光缆,只需对插头部分加以改造就能够传输光信号。
目前,英特尔已经开始向个人电脑及外设厂商提供芯片组,Apple是第一家提供Thunderbolt技术给它客户的厂商。Thunderbolt供应链中的其他业者有:香港新科实业有限公司(SAE Magnetics)是光学模块供应商,安华高科技提供内置光学引擎的光模块,台湾上詮光纖通信股份有限公司(FOCI Fiber Optic Communications, Inc.)是光纤连接器開發商,Oclaro供应VCSEL,Enablence科技公司供应大面积双波长的10Gbps光电二极管,IPtronics供应驱动和接受芯片,Ensphere公司提供收发器IC。
Thunderbolt光纤连接器。(资料来源:上詮公司)
其中,台湾上詮主要提供所需光跳接線,但是Thunderbolt光跳接線門檻並不高,主要難点在於小且對光困難。从供应链结构看,Thunderbolt技术的光学模块、光纤连接器都是在中国进行的,预示新一代Thunderbolt互连技术的制造、应用必将由中国业务来担当。
光学模块、光跳接線及其连接。(资料来源:新科实业有限公司公司)
按照计划,一台计算机可装设数个Thunderbolt端口,以便供不同的装置使用,也可直接连接到一个备有数种对外接口的装置上,比如外接屏幕、扫描仪等。虽然Intel在计算机业界具有相当大的影响力,不过要成就一个足以取代DVI、DisplayPort、USB、Firewire、HDMI及其他许许多多连接技术的全新连接方式,将需要整个行业的广泛合作。目前,有数家具有创新公司已经发表了Thunderbolt相关技术的产品,或是计划在未来的产品中支持Thunderbolt技术,包括Aja、Apogee、Avid、Blackmagic、LaCie、Promise与Western Digital。英特尔也与跨业界厂商合作开发Thunderbolt架构产品,包括计算机、显示器、储存装置、影音装置、相机、扩充基座等。
英特尔预测,USB在今后的应用估计会更加广泛,成本也会降低,USB与Thunderbolt将实现共存,二者将会发展成良好的“互补”关系。因此,Thunderbolt绝无替代USB的意思,虽然理论上可以传输USB的数据,但目前这一代规格中没有加入这种功能。
与现有竞争技术的比较
在技术性能上,Thunderbolt具有无可比拟的优势,但是在推广应用上绝对不可能一帆风顺,因为其他竞争技术拥有广泛的用户基础,况且也在不断的改进和完善中。其中,USB 3.0、PCIe是最具竞争力的技术,eSATA用途部分笔记本电脑,HDMI和DisplayPort正在考虑采用光线技术,而DiiVA技术起源于中国,与OEM厂商最接近。
(1)PCIe
PCI Special Interest Group透露,已经计划开发PCI Express的外接版本,应对来自eSATA、USB 3.0与Thunderbolt技术的挑战。这项技术的核心是PCIe 3.0,可望提供最高32Gbps的传输速度,比起目前PC内部普遍用来连接绘图卡、声卡以及固态磁盘的PCIe 2.1规格高出甚多。
外接式PCI Express 3.0的初步提议规格建议使用铜线,最大传输距离为3米,并且能够支持高达20W的电力传送。它所能提供的电力比起Thunderbolt的10W高出两倍,并且足以让硬盘与其他装置无需额外电力就能运作,但是外接显卡肯定还是需要的。虽然PCIe缆线将会比Thunderbolt更快、更便宜且体积更小,但是功能较少,因为后者可以菊花链串接,并且可以携行DisplayPort数据,这些都是外接式PCI Express无法做到的。另外,这项提议标准仍处于初期阶段,至少要到2013年中才会商业化。
(2)USB 3.0及Wireless USB
Thunderbolt的最大优点之一是它足以处理LCD屏幕与其他显示器,因此它可以取代笔电与桌面计算机的VGA、DVI或HDMI接埠。这意味着使用者只需使用一种缆线就能连接所有周边。然而,USB 3.0也有开发同样的功能。许多显示器制造商近年来一再表示,USB 3.0将使得计算机不再需要其他视讯连接头就可以将屏幕连接到USB接端口。此外,USB 3.0还能与数百万个现有的USB周边兼容,而Thunderbolt则需要转接器才能使用。USB 3.0对比Thunderbolt仅有两个缺点:速度只有一半,连接器体积稍大。
事实上,USB 3.0最大的优势在于拥有广泛的用户支持,根据In-Stat的统计,目前每年产出的USB装置数量高达30亿台,预计2011年将会有8000万台出货的装置可支持USB 3.0。目前价格因素并未真正对这项技术造成阻碍,因为已经有低于100美元的主板可支持USB 3.0。
英特尔本身也两头下注,其芯片组将会同时支持USB 3.0与Thunderbolt。英特尔计划在7系列Panther Point芯片组中纳入对USB 3.0的支持,在2012上半年搭配的22nm Ivy Bridge处理器推出。英特尔今年四月已经开始敦促开发厂商同时支持USB 3.0与Thunderbolt。
AMD最近表示,将会在A75与A70M芯片组中支持USB 3.0,因为USB 3.0能够与2.0向下兼容,而Thunderbolt则不行。AMD新的Fusion芯片组已经内建了USB 3.0控制器,AMD宣称在2011年将会有超过150款笔电与桌上系统采用。
PC制造商方面,全球老大惠普(HP)今年5月表示,已经决定支持现有的USB 3.0,而非转移到新的Thunderbolt,理由是现有的周边都支持USB 3.0标准,而支持Thunderbolt的周边还没有出现。惠普表示,至少在PC方面,USB 3.0似乎是制造商们目前的选择。
值得注意的是,Wireless USB也是一项很有前景的技术,它可以彻底减少周边的缆线,并且还有可能推出通用的无线扩充基座。通用的无线扩充基座对于移动用户将会有两大影响:它将会让基座变得更便宜,而且能摆放基座的场所也变得更多。例如,办公室与其他场所可以设定公共工作区域,员工们随时可以使用基座,不论他们的平台是Windows、Mac、Linux、iPad等,只要有Wireless USB即可。
英特尔一直对Wireless USB不感冒。想想看,Motorola Atrix是一只双核Android智能型手机,具有1GB的内存与Motorola Webtop软件,当加上基座就可以像PC一样地操作。如果能用Wireless USB来连接扩充基座的话,许多智能型手机与平板计算机都可以转变成完整的PC,这些装置大都是使用ARM处理器而非“Intel inside”,如果那样的话,英特尔将会沦为一个普通的芯片制造商。另外,参与USB开发的公司超过200家,包括英特尔、惠普、德仪、NEC和微软等大企业。英特尔还须赢得影音业界和USB现用者的支持,才能顺利推动Thunderbolt。
In-Stat数字娱乐研究主管Brian O'Rourke预测,未来几年内Thunderbolt都不会获得普遍采用,因为它目前是“非常昂贵的技术”,而PC OEM厂商都是以成本为考虑的,苹果计算机对Thunderbolt的支持不见得对其他计算机制造商有用,PC OEM厂商在整合新技术时通常不会追随苹果的脚步。
O'Rourke认为,除了成本之外,还有另一项障碍会影响Thunderbolt的普遍采用,那就是与现有业界标准的功能重迭。他指出,PC OEM厂商已经提供配备USB 3.0与DisplayPort的产品来传输高带宽数据与显示输出。厂商的问题是这两个接口是否够用,或是是否需要用到Thunderbolt所提供的额外带宽?