Технология Thunderbolt
Устройства с поддержкой Thunderbolt
Компания Intel — не только крупнейший производитель центральных процессоров и других микроконтроллеров, но и один из главных разработчиков различных периферийных комплектующих, поэтому она содержит большой штат исследователей, занимающихся созданием новых устройств и интерфейсов. Некоторые из наработок компании так и не получили широкого распространения, другие, напротив, повсеместно используются в современных компьютерах. Несмотря на то что Intel является одним из разработчиков нового поколения интерфейса USB 3.0, она работает и над созданием альтернативных интерфейсов для обмена данными. Высокоскоростные интерфейсы для передачи данных необходимы современным компьютерам, поскольку их производительность возрастает с каждым годом; в связи с этим разработка и внедрение новых интерфейсов всегда приветствуются общественностью и производителями конечных устройств.
Об одном из интересных высокоскоростных интерфейсов и пойдет речь в данной статье. Несмотря на длительную задержку с массовым производством и переходом от прототипов к реальным устройствам, эта технология всетаки постепенно реализуется в конечных устройствах. Новому интерфейсу дали громкое имя Thunderbolt, что в переводе означает «удар молнии». Расскажем его историю.
В 2009 году появилась первая информация, что компания Intel ведет разработку интерфейса для передачи данных нового поколения с кодовым названием Light Peak. Эта перспективная разработка была представлена на IDF 2009 и первоначально предполагала использование оптического кабеля в качестве транспортной сети для передачи сигналов. Первое поколение устройств Light Peak, согласно заявлениям Intel, имело теоретическую скорость передачи данных 10 Гбит/с (полнодуплексный режим) на расстоянии до 100 м с применением оптического кабеля.
Весной 2010 года компания представила первый прототип устройства, установленного в обычный компьютер. Тогда же было объявлено, что многие устройства будут использовать обычные медные провода для передачи сигнала, но в этом случае длина кабеля для уверенной передачи сигнала составит 3 м. И если сначала этот интерфейс планировался для подключения к компьютеру высокоскоростных периферийных устройств, то после реализации данной технологии на базе медных проводов Light Peak позиционировался уже как замена большинству существующих проводных интерфейсов, таких как USB, SCSI, eSATA, FireWire, HDMI и DVI.
В 2011 году впервые были представлены устройства с использованием данной технологии, которая получила официальное название Thunderbolt. Первыми устройствами с Thunderbolt-портом стали ноутбуки MacBook Pro компании Apple.
На выставке Computex 2012 демонстрировались новые устройства с поддержкой данного интерфейса, что предполагает быстрое дальнейшее развитие этой технологии и появление большего количества периферийных устройств с этим интерфейсом.
В ближайшие десять лет Intel прогнозирует увеличение скорости передачи данных по этому интерфейсу до 100 Гбит/с на расстояние до 100 м с применением оптического кабеля.
Технология Thunderbolt
Новый высокоскоростной интерфейс основан на совмещении технологий DisplayPort и PCI-Express, то есть позволяет подключать периферийные устройства, применяющие подобные протоколы передачи данных. Это дает возможность одновременно передавать видеоизображение и большие объемы данных, поскольку такие потоки разграничены между собой и передаются по различным каналам без задержек (рис. 1). По сути, в каждом из контроллеров Thunderbolt установлены мультиплексор и демультиплексор, которые отвечают за передачу данных разных протоколов в едином потоке. Интерфейс Thunderbolt обеспечивает теоретическую пропускную способность передачи данных до 10 Гбит/с в одном направлении. При этом каждый из портов данного интерфейса включает два канала, что позволяет подключать по два устройства к одному порту Thunderbolt либо до шести устройств в виде цепочки. Каждый из каналов в этом случае имеет полную пропускную способность 10 Гбит/с для обоих направлений. Если же к порту подключено устройство, работающее по интерфейсу DisplayPort, то в таком случае пропускная способность условно делится на четыре линии с максимальной пропускной способностью 5,4 Гбит/с. Как заявляет компания Intel, в отличие от традиционных архитектур передачи данных, в которых используется единая шина, в Thunderbolt применяется другая топология, что обеспечивает высокую пропускную способность для каждого из портов независимо от их количества. Архитектура использования протоколов в технологии Thunderbolt схематично представлена на рис. 2.
Рис. 1. Принцип работы технологии Thunderbolt
Рис. 2. Архитектура технологии Thunderbolt
Компания Intel, увы, не разглашает подробности о контроллере Thunderbolt, пользователям доступны лишь эти изображения из официальных документов, касающихся рассматриваемой технологии. Новый интерфейс передачи данных по своей пропускной способности теоретически опережает другие современные интерфейсы для подключения периферийных устройств, такие как USB 3.0, FireWire 800 и eSATA.
Нельзя не отметить также полную совместимость нового интерфейса с устройствами DisplayPort. Так, стандартный разъем Thunderbolt (рис. 3) является полностью электрически совместимым с разъемом mini DisplayPort. То есть для подключения устройств с подобным разъемом не нужны дополнительные переходники или адаптеры. Технология Thunderbolt аппаратно поддерживает спецификацию DisplayPort 1.1a, однако это не мешает пользователю подключать устройства, поддерживающие предыдущие спецификации данного протокола. Стоит отметить интересную особенность работы устройств: подключенные мониторы с интерфейсом DisplayPort должны быть последними в цепочке. Это объясняется алгоритмом работы контроллера Thunderbolt и распределением свободных каналов. Thunderbolt может обрабатывать те же самые типы видео и аудиосигналов, что и DisplayPort, то есть передавать видеоизображения высокой четкости с разрешением FullHD 1080p и восемью каналами звука.
Рис. 3. Разъемы Thunderbolt
Новый интерфейс практически напрямую подключается к шине PCI-Express, поэтому у него есть такой недостаток, как слабая защита от DMA-атак. Поскольку подключенное устройство Thunderbolt имеет неограниченный доступ к памяти компьютера, то, будучи специально сконфигурированным, оно может навредить компьютеру. Несмотря на то что в новых чипсетах и процессорах Intel предполагается защита от такого рода атак с помощью технологии VT-d, то есть выделения виртуального адресного пространства для устройства, в настоящий момент она производителями не реализована.
Компания Intel представила принципиальную схему подключения контроллера Thunderbolt к современным платам на базе чипсетов Intel (рис. 4). Предполагается, что передача данных от дискретных или интегрированных графических чипов к устройствам DisplayPort будет осуществляться через этот интерфейс. Однако в случае применения дискретного графического адаптера, вероятно, бессмысленно подключать дисплей к порту Thunderbolt, так как это снизит скорость передачи данных между устройствами, ведь контроллер Thunderbolt подключается к чипсету через четыре линии PCI-E, а не 16, как у обычного дискретного адаптера. Кроме того, возникают вопросы относительно принципа использования интерфейса Thunderbolt при подключении дискретного графического адаптера к ноутбуку или другому портативному устройству. Все они могут быть разрешены только после появления конечных устройств с интерфейсом Thunderbolt и их последующего тестирования.
Рис. 4. Схема подключения Thunderbolt
Особенности
Безусловно, как и в случае любого другого высокоскоростного интерфейса, производительность каждого подключенного устройства будет ниже из-за ограничений в самом устройстве. К примеру, пиковая скорость передачи данных многих SSD-накопителей (традиционные жесткие диски имеют еще меньшую скорость передачи данных) составляет не более 500 Мбайт/с, соответственно новый интерфейс позволяет получить очень высокую скорость передачи данных — даже выше, чем у современного интерфейса SATA 6 Гбит/с. Однако при работе скорость передачи данных может уменьшаться даже контроллерами, выступающими в качестве посредников, из-за их несовершенства, как это происходит в современных SSD-накопителях.
Помимо высокой скорости передачи данных, важным преимуществом нового интерфейса является то, что Thunderbolt поддерживает передачу данных, видео, аудио и питания всего через один порт и один кабель. Это позволяет избавиться от лишних проводов USB, которыми опутывается компьютер или ноутбук при работе с многочисленными периферийными устройствами. Пользователь может подключить до шести устройств к каждому из портов Thunderbolt, связав их одной цепью (daisy-chain), то есть с помощью последовательного подключения. Такая топология предполагает, что каждое устройство в цепи должно иметь два порта Thunderbolt или два дата-порта других типов с адаптером Thunderbolt.
Несмотря на то что новый интерфейс поддерживает подключение некоторых периферийных устройств без использования дополнительного питания, эта технология по мощности не может сравниться с Apple Display Connector (ADC), который позволяет подключать даже мониторы. Максимальная мощность подключаемых устройств обусловлена реализацией контроллера на системной плате, поэтому говорить о подключении мощных устройств через этот интерфейс пока рано.
В отличие от интерфейса USB, где соединение с невысокоскоростным устройством или с устройством, имеющим старую ревизию интерфейса, может снизить производительность всей шины, новый интерфейс Thunderbolt специально построен таким образом, чтобы работать со многими устройствами без ущерба для пропускной способности канала. Конечно, эти устройства будут разделять общую пропускную способность канала Thunderbolt, что может ограничить производительность отдельного устройства при передаче большого потока данных, но в то же время производительность канала Thunderbolt не будет страдать.
Устройства с поддержкой Thunderbolt
Устройств, которые бы поддерживали этот новый и поистине революционный интерфейс, еще очень мало. Большинство из них представлено на специальном сайте, посвященном данной технологии, — http://thunderbolttechnology.net. В то же время на прошедшей выставке Computex было продемонстрировано немало новых моделей системных плат, имеющих интегрированный интерфейс Thunderbolt (рис. 5). Это предполагает, что в дальнейшем будет появляться всё больше конечных устройств, поддерживающих данную технологию. Пока же представлено только несколько системных плат, устройств видео и аудиозахвата, а также внешних накопителей. При этом большинство из них — модели для работы с устройствами Mac, а не PC.
Рис. 5. Системная плата ASUS с портом Thunderbolt
Отметим, что впервые этот стандарт был применен в ноутбуках Apple MacBook Pro и долгое время не анонсировался для других устройств, что говорит о негласной договоренности между Intel и Apple о карт-бланше в использовании этой технологии в устройствах Apple. Теперь, с появлением данного интерфейса на других продуктах, его развитие, скорее всего, сдвинется с мертвой точки. Он имеет все шансы на успех и вполне может потеснить USB 3.0 на рынке периферийной техники. О его скоростных показателях говорить еще рано, поскольку слишком мало устройств поддерживает эту технологию, к тому же настоящее тестирование для PC пока не проводилось.
 |
|
