Thunderbolt技术简介
说明:本文是参考Intel官方网站文档翻译的Thunderbolt技术简介，仅供学习和技术参考
Thunderbolt是Intel公司研发的一项新连接器标准，其双向同步传输速度可达10Gbps。Thunderbolt在计算机I/O性能上实现巨大的飞跃。以前需要通过PCIe总线和显示接口的数据将被整合在单根线缆上传送，终端用户体验因而得到明显的改善。Thunderbolt产品使用电缆或光缆进行连接。通过唯一的物理连接接口即可实现将许多高性能的PCIe或DisplayPort设备连接到主机，系统设计者们可以更加灵活地发挥自己各种的大胆创意。
Thunerbolt技术显著提高
数据备份、共享和编辑的效率。诸如视频文件和音频文件此类对时间敏感的数据，数据传输速率是能否成功执行生成文件操作和回放操作的关键因素。在Thunerbolt设计阶段时,工程师们已经特别考虑到对视频和音频文件的处理，希望实现更低延迟的高精度时间同步。
1. 关键特性
– 双向(Bi-Directional)同步传输速度可达10Gbps
– 采用两种通讯协议，包括数据传输的PCIe和用于显示的DisplayPort。
– 兼容现有的DisplayPort设备
– 支持菊花链(Daisy-Chained)方式
– 支持电缆或光缆
– 使用本地的软件协议驱动
– 通过总线可以提供10W的电力
Thunderbolt技术甚至在轻薄笔记本上获取工作站级别的强大性能和扩展性，通过一根外部线缆即可连接媒体驱动器，高清显示器，高清媒体编辑系统等设备。这种方式如同传统的I/O Hub连接对应的外部接口一样，不同的是Thunderbolt提供了更高的性能，更好的便捷性和灵活性。
2. 重新思考I/O
信息技术产业的每次升级换代，亦是I/O技术不断推陈出新的过程。简单地说，主要有显示(视频文件/音频文件)和数据文件两类I/O类型。Thunderbolt将这两类重要的I/O协议整合发展到一个更高效的元数据协议，通过一根线缆传输所有信号，并且通过智能硬件控制器管理流量路由(traffic routing，支持菊花链和热插拔设备)。Thunderbolt选择这两类I/O类型的思路非常清晰:现在绝大多数设备都基于PCIe；计算机产业的发展中出现都更高显示分辨率或8通道高保真音质，这些都需要更高的宽带和传输速率。
3. 协议架构
Thunderbolt技术基于一种全双工链接的交换组织架构。和传统总线I/O架构不同,计算机上每个Thunderbolt端口提供双向全带宽，不需要在其它端口或上行和下行方向分享带宽。Thunderbolt协议架构可以被抽象地分为4层。
一个Thunderbolt连接器提供
两个全双工通道。每个通道支持双向10Gbps带宽。计算机可以通过Thunderbolt接口和一根线缆连接到其它Thunderbolt设备或Displayport设备。Thunderbolt外型较小，可以搭载在更轻薄的新型计算机上，而且单独的紧凑型线缆大大简化了传统的连线方式。同时，Thunderbolt对Displayport良好的兼容使得主机可以方便与各类Displayport设备进行交互操作:一旦发现了Displayport类型设备，Thunderbolt控制器将向此设备发送兼容模式的Displayport信号。
Thunderbolt的接口只有一种标准类型，而线缆可以使用电缆和光缆两种类型。主动式的Thunderbolt电缆最长为3M,并且能给周边设备提供最高10W的电力；主动式的Thunderbolt光纤线缆支持更远的连接范围(<100M)。
Thunderbolt协议的物理层负责链路的维护，包括侦测热插拔操作和将数据编码提高传输效率。开发者在设计Thunderbolt协议时，希望能在物理层无定义很小的开销，并且由物理层向上层提供10Gbps的未使用带宽。Thunderbolt协议架构的核心是传输层(transport layer)，其主要特点如下:
- 高性能，低开销的转换架构
- 使用灵活的Qos支持高效，低开销的报文格式，允许在同一链路上多路突发的PCIe与其同步(同时)的Displayport进行通讯。
- 对称架构支持各种拓扑类型(树形/星形/菊花链等)，支持设备之间通过软件的点对点通信。
- 一种新的时间同步协议，允许域中链接的Thunderbolt产品互相同步时间(误差<8ns)。
DisplayPort和PCIe协议被映射到传输层。映射功能是由一个协议适配器提供的，这个适配器负责将映射的协议信息封装到传输层包中。在源设备和目标设备之间被映射的协议包将会在多个Thunderbolt控制器中路由传递。协议映射的好处是，Thunderbolt设备将被主机的操作系统识别为PCIe或者Displayport设备，这样就可以使用很多现成的标准驱动程序。
4. 控制器架构
一个Thunderbolt控制器包括:
– 一个高性能的Thunderbolt协议交换器
– 一个或更多的Thunderbolt端口
– 一个或更多的DisplayPort协议适配端口
– 一个PCIe交换器，支持一个多个PCIe协议适配端口
Thunderbolt控制器的外部接口是由所连接系统的设计所确定的。如附图所示，主机端的Thunderbolt控制器有一个或更多的Displayport输入端口，一个单独的PCIe与一个或多个Thunderbolt接口相连。在将所有的必要特性集成到单个芯片后，主机端的控制器允许系统制造商非常方便地将Thunderbolt技术应用到他们的设计中。Thunderbolt技术充分利用了现有操作系统中的PCIe和Displayport相关驱动程序，这意味着不需要另外开发新的驱动软件。
5.小结
Thunderbolt产品带来了更好的性能和快捷。用户能够在他们的个人电脑上增加高性能的应用，通过一根线缆，或者菊花链串联方式，最多可以连接7个设备，其中甚至包括有一个到两个高清Displayport V1.1a的显示器(与主机的控制器配置相关)。因为Thunderbolt支持双向同步传输，所以在其链接的首个设备以及其后续设备中都会获得很高的传输带宽。用户可以在菊花链的末端，通过使用Thunderbolt适配器就可以使用其其它的非Thunderbolt设备(类似于eSATA和Firewaire)。这些适配器可以通过主机原有的PCIe进行扩展。系统设计者们利用Thunderbolt技术可以沟思更轻薄的产品，使用更少的连接器，却能在他们的产品和外部设备中获得更优秀的性能。通过Thunderbolt技术，工作站级别强大的扩展性能可以被作为未来产品的标准附件配置，而实现这些只需要‘简单’的一根线缆。因为充分利用了时间同步(从主机到附加的7个设备时间同步误差在8ns内)和Thunderbolt技术的低开销特性，使用Thunderbolt产品构造广播级媒体为可能(比如同时在多处播放视频)。
Thunderbolt技术给终端用户和产品设计者们带来了性能，简便和灵活的新平衡。做为已知的最快的个人电脑I/O技术，Thunderbolt在一个共享高性能端口上充分利用了两项关键技术(PCIe和Displayport)，它打开了一扇通往全新系统设计和产品制造的大门。