Скоростной интерфейс Thunderbolt

 (Light Peak).

                Компания Intel анонсировала новый скоростной интерфейс Thunderbolt, ранее известный как Light Peak. Решение представляет собой двунаправленную универсальную шину с пропускной способностью 10 Гб/c, а также возможностью подключения DisplayPort-устройств. По сути Thunderbolt дает возможность подключить внешнее устройство к шине PCI-Express или же использовать протокол DisplayPort для передачи видеоданных.

                Новая технология подключения периферийных устройств ThunderBolt (ранее Light Peak) - это, разработанный Apple совместно с Intel (на базе PCI Express и Display Port) скоростной канал для соединения видеоустройств, сетевых интерфейсов и хранилищ данных единым интерфейсом. Технологии ThunderBolt (Light Peak), позволяют проводить высокоскоростной обмен данными между узлами компьютера или между несколькими компьютерами.

Скоростной интерфейс Thunderbolt дает возможность подключить внешнее устройство к шине PCI-Express или же использовать протокол DisplayPort для передачи видеоданных (рис. 1) и представляет собой двунаправленную универсальную шину с пропускной способностью 10 Гб/c. Приход таких скоростей в область периферии пользователя - это действительно революционный шаг со стороны Apple и Intel. Это вдвое больше, чем у USB 3.0. Хотя Intel и говорит о том, что Thunderbolt не является прямым конкурентом для USB 3.0, в некоторых случаях их «интересы» все же будут пересекаться. В первую очередь это относится к сегменту высокоскоростных внешних хранилищ.

Техническим партнером, который предложил первый коммерческий продукт с новым интерфейсом Thunderbolt, стала Apple. На текущий момент в списке партнеров значатся и такие компании, как Aja, Apogee, Avid, Blackmagic, LaCie, Promise и Western Digital. Сразу были представлены два устройства с поддержкой Thunderbolt. Это внешний массив c двумя твердотельными дисками LaCie Little Big Disk и RAID-хранилище Promise Pegasus RAID.

Выпускать контроллеры для Thunderbolt (рис. 2) будет непосредственно Intel. Вопрос о том, будут ли со временем открыты спецификации для сторонних производителей чипов, остается открытым.

Изначально планировалось, что для Light Peak будут использоваться оптические проводники, однако их стоимость пока достаточно велика, потому для первой ревизии интерфейса использовалась медь. Отчасти по этой причине рабочее название (Light Peak) временно утратило свою актуальность, и было заменено на Thunderbolt (перевод с англ. - «удар молнии»). Intel продолжает работать над оптической версией, преимущества которой состоят в увеличенной пропускной способности и больших расстояниях передачи сигнала. Медный кабель Thunderbolt может иметь длину до 3 метров. Порт способен обеспечить питанием внешние устройства, энергопотребление которых не превышает 10 Вт. Очень важной особенностью новой шины является возможность последовательного подключения (это поможет избавиться от вороха проводов на рабочем столе). Подключиться можно через разъем Mini DisplayPort к другому устройству с таким же портом и потом по цепочке с остальными устройствами.

Рис. 1. Thunderbolt дает возможность подключить внешнее устройство к шине PCI-Express или же использовать протокол DisplayPort для передачи видеоданных.

                Пользователь теперь сможет подключить до 6 устройств без потери скорости шины ThunderBolt, в отличии как это бывает в SATA-интерфейсах при подключении медленных устройств на шину. Шина поддерживает разные скорости ThunderBolt-устройств (а не как в случае включения USB 1.0 в порт USB 2.0 вся шина “уходит” в USB 1.0), поэтому они не станут влиять друг на друга. Но вместе они будут делить скорость 10 Гбит/с, предоставляемую интерфейсом. А вот если включить устройство, что не поддерживает ThunderBolt, то скорость работы устройств в цепи за “медленным” может меняться. Так, если Вы подключите FireWire-to-Thunderbolt в середину цепи из 6 ThunderBolt  устройств, то устройства за переходником станут работать на скорости FireWire.

Рис. 2.

 Есть такое правило - сначала включать все Thunderbolt-совместимое, потом уже все переходники (в порядке - самое быстрое первым). В любом случае, например, дисплей без поддержки Thunderbolt должен включаться в цепочку последним. Производители переходников могут делать свои переходники таким образом, чтобы их скорость не зависела от порядка включения.

Кроме того, используется всего 1 кабель, чтобы доставлять видео, аудио, данные и питание к устройствам. Можно представить, например, многопоточную трансляцию несжатого видео с ноутбука на скорости, позволяющей редактировать видео в реальном времени (теперь это возможно, благодаря интерфейсу Thunderbolt, который используется во всех ноутбуках Apple MacBook Pro).

                Интерфейс ThunderBolt использует лишь разъем Mini DisplayPort (рис. 3) - простой DisplayPort  никак не связан с технологией ThunderBolt. Для подключения, например,  мониторов со штекерами DisplayPort, DVI, HDMI и VGA необходимо использовать соответствующий адаптер. В настоящее время DisplayPort (с уменьшенными в размере разъёмами - Mini DisplayPort) является стандартом для новых продуктов семейства Apple Macintosh.

 Рис. 3. Mini DisplayPort и DisplayPort

Выпуск карт расширения для добавления Thunderbolt в уже существующий компьютер пока не планируется. При необходимости в интерфейсе Thunderbolt придется сменить материнскую плату на новую, с интегрированным чипом Thunderbolt на борту. Это связано с объединением системного видео и PCI Express архитектуры.

Есть в планах Apple выпуск оптической разновидности этого интерфейса. И, хотя оптика и не несет электрической энергии, все-таки Apple разработала способ подключения оптического Thunderbolt с передачей питания (передача питания будет в сторону самого MacBook Pro по его новому кабелю питания с MagSafe Thunderbolt разъемом, а все порты, наоборот, “убегут” из MacBook в блок питания).

В Thunderbolt используется два метода связи или протокола: PCI Express — для передачи данных, DisplayPort — для подключения дисплеев (рис. 4). Первый подойдет для широкого круга устройств, а DisplayPort можно использовать для одновременной передачи видео высокой четкости в формате 1080p или более и до восьми каналов звука.

ThunderBolt поддерживает передачу видео с разрешением большим, чем 1080p, а именно до 2560 x 1600. Кроме того, используя стандартные переходники, Вы можете получать через ThunderBolt - доступ к DisplayPort, HDMI, DVI или VGA. Что касается поддержки USB, FireWire 400 и FireWire 800 через ThunderBolt, то такие переходники уже появились в продаже. При таком подключении устройства SB, FireWire 400 и FireWire 800 через ThunderBolt смогут заработать независимо на полной своей скорости.

                ThunderBolt призван заменить все нынешние и еще разрабатываемые стандарты соединений вроде USB, SATA, eSATA, FireWire, SCSI, PCI Express, HDMI, DisplayPort, Fibre Channel, InfiniBand и др. Все они могут быть объединены в одном кабеле. Thunderbolt характеризуется дешевизной, миниатюрностью и скоростью передачи данных. Так, например, перенос 1080p-фильма занимает менее 30 с, а резервное копирование MP3-архива объемом, достаточным для непрерывного воспроизведения в течение одного года, отнимет всего 10 минут.

Рис. 4.

                С технической точки зрения Thunderbolt выполняет посредническую функцию, подключая периферию напрямую к интерфейсу PCI Express (причем в удобном форм-факторе разъема Mini DisplayPort).

Нынешняя реализация Thunderbolt обрела воплощение в переходной версии на основе медных проводников, впрочем, пиковая скорость передачи сохранилась на уровне 10 Гбит/с — и это только в одном направлении. Поскольку Thunderbolt хранит в себе независимые друг от друга двухканальные протоколы PCI Express и Mini DisplayPort, пропускная способность вырастает до 40 Гбит/с (а скорость 100 Гбит/с еще впереди).

                Thunderbolt позволяет одновременно подключать до семи последовательных устройств, но задержка в передаче данных не превышает 8 нс. Максимум общего энергопотребления составляет 10 ватт. Максимальная длина медного кабеля - 3 м, оптического - 100 м.

Thunderbolt может работать с множеством протоколов в полнодуплексном режиме, поддерживает «горячее» подключение устройств к портам, так что пользователи смогут добавлять их, не перезагружая своих систем или узлов. При этом Thunderbolt обеспечивает: скорость передачи данных до 10 Гбит/с (в перспективе - до 100 Гбит/с) на расстоянии до 100 метров, что вполне сравнимо со скоростью HDMI, и в два раза быстрее, чем новейший стандарт USB 3.0, в три раза быстрее, чем eSATA/SATA 300, в десять раз быстрее, чем гигабитный Ethernet и более чем в 20 раз быстрее USB 2.0 и FireWire 400.

                Технология Thunderbolt упрощая соединения между устройствами, создает новые, впечатляющие способы использования персональных компьютеров и ноутбуков за счет объединения  высокоскоростной передачи данных и HD-видео с помощью одного кабеля. То есть один из каналов использует уже знакомый нам интерфейс PCI Express x4 для передачи данных (по сути, Thunderbolt - это прямой линк к шине PCI Express), тогда как по другому каналу посредством интерфейса DisplayPort (сам порт Thunderbolt довольно сильно похож на порт DisplayPort), передается исключительно видеосигнал.

                Технология Thunderbolt успешнее всего отвечает всем требованиям специалистов, профессионально работающих с HD-видео. Обработка HD-видео является одной из самых требовательных вещей при работе с компьютером. С Thunderbolt Intel предлагает инновационную технологию, чтобы помочь профессионалам и потребителям работать быстрее и легче, с их растущей коллекции медиа-контента, от музыки до HD-видео. Например, видео-операторы могут использовать аудио и видео устройства с высокой пропускной способностью для  захвата или микширования и получать результаты обработки в режиме реального времени с низкой задержкой и высокой точной синхронизацией. Благодаря поддержке скорости до 10 Гбит/с "тяжелые" мультимедийные файлы передаются быстрее, соответственно, меньше времени тратится на предварительный просмотр и редактирование видео. Данные также сохраняются и восстанавливаются быстрее, поэтому меньше времени тратится на доступ к архивному контенту. Для пользователей мобильных PC, например, ультратонких ноутбуков, удобство обеспечивается благодаря наличию одного разъема, что расширяет возможности использования HD дисплеев и высокоскоростных мультимедийных устройств дома и в офисе. Thunderbolt дополняет другие технологии I/O, поддерживаемые Intel. Благодаря ультрабыстрой скорости передачи данных, поддержки дисплеев с высоким разрешением и совместимости с существующей технологией I/O, Thunderbolt является прорывом для всей отрасли, разработчики смогут сделать революционные вещи, используя  эту  технологию.   

            Кроме того, что Thunderbolt позволяет пользователям подключать через слот Mini DisplayPort специальный адаптер, для HDMI, DVI, VGA и других высокоскоростных соединений, Thunderbolt обеспечивает поддержку оптических соединений для подключения к высокоскоростным сетям. Для сравнения - технология USB 2.0 обеспечивает максимальную скорость передачи данных в 480 Мбит/с, USB 3.0 обеспечивает скорости до 5 Гбит/с, и все это - при идеальных условиях. Но Thunderbolt может поддерживать практически любую технологию и обеспечить соединение в 10 Гбит/с. При этом через Thunderbolt можно подключить универсальный адаптер, который понесет на своем борту несколько технологий.

                Для того чтобы работала вся эта система, нужен контроллер Thunderbolt (Intel утверждает, что он индифферентен к установленному в системе «железу», в том плане, что может работать как с процессорами и чипсетами Intel, так и с процессорами/чипсетами AMD, а также с центральными процессорами прочих производителей). Работает микросхема как своего рода «миниатюрный роутер», быстро переключающийся в процессе функционирования между двумя двунаправленными каналами данных.

                Кроме того, интерфейс Thunderbolt имеет обратную совместимость с другими стандартами, это зависит лишь от используемого кабеля. При использовании соответствующего адаптера к порту Thunderbolt можно будет подключать любые аксессуары, предназначенные для работы с USB 2.0, FireWire или eSATA.

В ближайшем будущем порты Thunderbolt на компьютере и на периферийном устройстве будут соединять оптическим кабелем (такие кабели появятся тогда, когда их стоимость станет более-менее приемлемой). Для оптических кабелей переделка портов Thunderbolt не потребуется - оптико-электрические преобразователи будут встраиваться прямо в кабель.

                С внедрением интерфейса Thunderbolt в новую линию ноутбуков MacBook Pro от Apple  (по словам одного эксперта по безопасности) возникло ряд специфических проблем - появились и новые возможности для хакеров. По внешнему виду и функциям, порт Thunderbolt - высокоскоростной интерфейс для подключения внешних устройств, таких как жесткие диски, видео-камеры или мониторы дисплея, - похож на USB порт (но USB-порты используют "master-slave" дизайн - компьютер имеет полный доступ к внешнему устройству, а устройство имеет лишь ограниченный доступ к компьютеру). Однако, что касается безопасности, здесь сходство портов заканчивается. Например, на конференции, вы присоединяете DisplayPort к проектору для того, чтобы показать свою презентацию на большом экране. Без вашего ведома во время проведения презентации проектор загружает всё содержимое с этого  жесткого диска. Этот сценарий очень даже возможен и опасен для любого сотрудничества между устройствами и компьютером. Ведь Thunderbolt - разработанный Intel с помощью Apple - использует пиринговое функционирование, то есть устройство, подключенное через порт Thunderbolt, имеет полный, неограниченный доступ к компьютеру и настроено на автоматическое доверие к любому устройству, подключенное к нему. Хакер может подобраться к чужому ноутбуку, подключить устройство за несколько секунд, отключить его и уйти с чужими данными (или, например, паролями).