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现在回顾早期的电脑主机或者笔记本，我们会发现各式各样五颜六色、形状不一的接口，比如键盘接口、鼠标接口、打印机接口、Modem（如果还有人有印象的话）接口，显示器接口（VGA、DVI、DisplayPort、HDMI）以及一堆专用设备的接口（如扩展坞），不仅如此，这些接口的“脾气秉性”还各不相同，有些接口还不能热插拔（开机状态下插拔），错误的操作甚至会引起烧毁主机这样的严重后果。主机后面的各种线缆用一团乱麻来形容也毫不为过，这个问题不仅让用户头大，也同样困扰着设计人员。简化、统一的接口是这些年设计人员一直努力的目标。
2011年2月24日英特尔推出了Thunderbolt™ 技术，旨在将数据、视频传输和供电都整合在一个小型连接器上。Thunderbolt支持用户通过这一个接口，在连接的智能设备（如PC、扩展坞、显示器、固态盘、外部硬盘和摄像头）之间快速、自如地传输数据。当时，Thunderbolt宣称能够在不到30秒的时间内传输一部完整长度的高清电影，并在10多分钟内备份可以连续播放一整年的MP3音乐。
图1：集供电、数据传输、视频传输于一体的Thunderbolt技术 (圖片來源:www.intel.com)
图2:Thunderbolt的出现主要是为了解决各种繁杂的接口问题 (圖片來源:www.intel.com)
今年Thunderbolt已满10岁了，Thunderbolt™ 4总带宽相比最初版本提升了4倍。它可以支持两个4K显示屏，同时为笔记本电脑充电。它已演进为体积更小的Type C接口，支持更轻薄的笔记本电脑和单线缆坞站解决方案。Thunderbolt 已发展成一项集成在英特尔CPU中的行业标准，其协议规范已贡献给USB4标准。现在，它已成为英特尔Evo平台和英特尔® 博锐® 平台的必要技术，获得了所有主流电脑操作系统的支持，并将首次应用在即将推出的Chrome设备上。
图3：历代Thunderbolt传输速率 最新第4代没有变化 (圖片來源:www.intel.com)
Thunderbolt发展大事记
早期的Thunderbolt接口是intel与苹果共同开发的，在Thunderbolt接口公布之初，2011年2月，苹果独家发布了第一代搭载Thunderbolt接口的笔电---Macbook Pro，接口还不是今天的样子，而是采用Mini DisplayPort，因为Thunderbolt技术本身就包含了视频传输协议。
图4：早期的Thunderbolt接口（图片来源Apple.com）
但是市场反应的却给开发人员泼了冷水， 2年后的2013年，intel和苹果将第二代Thunderbolt接口的传输速率提升到20Gbps，仍然未能吸引足够的关注，无法继承传统的USB接口和昂贵的价格可能是影响其成长的因素。顺便说一下，2012年的时候，苹果iPhone5手机首次搭载了Lightning接口。
真正的改变是2015年，在那年的台北COMPUTEX展上，Intel推出了Thunderbolt 3----这个具有里程碑意义的技术规范。最大的改变就是将接口形式改为USB Type-C样式，也就是我们今天看到的Thunderbolt接口，毕竟Intel也是USB IF的重要成员，这一改变让Thunderbolt有机会继承USB世界庞大的遗产，让这项技术的未来变得明朗。同时Thunderbolt 3的传输速率也直接提升到40Gbps，直到目前的最新版本Thunderbolt 4也没有继续提升。
图5：Thunderbolt 3已经将USB4囊括 (圖片來源:www.intel.com)
或许是受到PC市场疲软的影响，在接下来的几年里，Thunderbolt接口仍然属于“小众”。
2019年3月初，Intel宣布将向USB Promoter Group开放Thunderbolt™ 3协议规范，以帮助其他芯片制造商以免版税生产兼容Thunderbolt™ 3的芯片或设备。在看到USB 3，特别是Type-C接口在手机端大放异彩，并且苹果宣布放弃Intel结构滞后，Intel意识到留给Thunderbolt 的机会不多了。
Thunderbolt第四代---加强版的Tunderbolt3
2020年7月，为了加速推动Thunderbolt技术的发展，Thunderbolt 4推出，从其规格上来看我们更愿意成为Tunderbolt3的加强版。
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主要规格 |
Thunderbolt 3 |
Thunderbolt 4 |
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传输速率 |
40 Gbps |
40 Gbps |
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视频连接能力 |
单路 4K 视频输出 |
双路 4K 视频输出 |
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内置PCIe传输速度 |
PCIe - 16 Gb/s, USB 3.2 - 10 Gbps |
PCIe - 32 Gb/s, USB 3.2 - 10 Gbps |
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功率传递 |
15 W |
15 W |
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USB4 规格 |
兼容 |
兼容 |
表1:Thunderbolt 3 与Thunderbolt 4 主要规格对比 (笔者整理)
相比前一代，Thunderbolt4在视频传输和数据传输能力方面翻倍，其他规格改变并不多。
图6：Thunderbolt4号称可以同时传输一路4K和一路5K视频 (圖片來源:www.intel.com)
在安全性方面，Intel宣布其处理器内置的专门硬件功能 — 支持直接 I/O 访问的英特尔® 虚拟化技术 (VT-d) — 能够增强 Thunderbolt 端口上的 DMA 保护，从而帮助有效防范物理 DMA 攻击。这些解决方案可以阻止外设在未经授权的情况下访问系统内存。Windows、MacOS、Linux 等领先的操作系统均已实施基于英特尔 VT-d 技术的 DMA 保护机制。
Thunderbolt 4 认证要求具备基于 VT-d 的 DMA 保护。面向 Thunderbolt 计算机端口的安全性以硬件为基础，且基于支持直接 I/O 访问的英特尔虚拟化技术（英特尔 VT-d）构建，该技术是一项可提供 IO 虚拟化的英特尔处理器技术（通常被称为 IO 内存管理单元或 IOMMU）。VT-d 技术的其中一项特性是 DMA 重映射 (DMA-r)，用于操作系统和 BIOS 实现 DMA 保护。DMA-r 通过为连接至系统的每台设备提供隔离内存区域，帮助保护系统内存。借助这种方式，设备将只能访问分配给它的内存，不能读写其他的内存区域。
消费者：烦恼还远未消失
如今的笔电接口已经极为精简，比如苹果2020年发布Macbook pro 只有Thunderbolt3接口，Microsoft最新的Surface Pro 7也只剩USB Type-A和Type-C（Type-C接口是消费者呼喊了多年的结果）。但是并不意味着各种接口的带来的烦恼已经消失。
首先是识别问题，Thunderbolt接口与Type-C外形是无法区别的，只能通过闪电标识来区分。
图7：Thunderbolt接口和线都有闪电标识 (圖片來源:www.intel.com)
但是也有苹果Macbook这样的产品，“忘记”或者是没地方打“闪电“标志了？只是对消费者来说，Thunderbolt接口本身涵盖了USB的全部内容，所以当USB接口用是没有问题的。然后是传输速率的问题，Thunderbolt接口标称的数据传输速率要跑满并不容易，需要处理器配合，而由于PCIe通道数量的限制，因此并非所有处理器都能跑满全速。
还有充电问题，由于Thunderbolt单接口的功率传输只能到15W，因此目前还不适合为笔电直接供电（给手机充电到是可以），这也是为什么世面上大多数笔电仍然要保留供电接口。提到充电，就不能不说一下苹果的Lightning接口，这个接口在最新一代的iPhone 12上依然保留，用户要用Thunderbolt接口为iPhone充电，需要另外购买一条转接线从（type-c到lightning），价格不菲。
兼容性问题，这个主要是将Thunderbolt接口用于转接各种视频输出时出现的各种问题，比如输出分辨率调节，画面有时卡死，概括起来四个字“一言难尽”。
最后还一个问题，贵！
尽管还有不少需要解决的问题，但Thunderbolt技术在解决接口和线缆统一的问题上做出了巨大的贡献，我们也不期待刚刚10岁的新技术能一次解决所有问题，不断改进的技术，以及足够的开放性和兼容性，让相关的制造和设计变得更加容易，Thunderbolt前路上的机会将越来越多。
