Thunderbolt 3 外星科技

我自己實作過的通訊介面,最快的也就是 RS485,好一點的控制器速度可以「高達」3Mbps。USB 2.0,理論速度 480 Mbps。最新的 USB 3.1,嗯,10 Gbps。

不久前看到 Intel 在推 Thunderbolt 3。理論速度到了 40 Gbps。這是單向的速度,而且是用銅線。接頭外型是 USB type-C,除了原生 Thunderbolt 的技術,還相容 USB 3.1。

這麼驚人的東西,上網找了一下 spec,果然只有 Intel 的晶片組。為了了解它硬體層實作的方式,找了幾份文件來看,資料非常少。以下我就看到的部分做個整理,有錯誤請指正。

thunderbolt 3.png

Thunderbolt 3 的晶片組能動態切換物理層(PHY),依協定來看有三種:

  • USB 3.1、3.0 和 2.0
  • DisplayPort 1.2a 和 1.1
  • Thunderbolt 40Gbps 與 20 Gbps

大致上就是資料傳輸、顯示傳輸與更快的資料傳輸。實際上依連結裝置的不同,可以混合上述協定。

第一個是單純的 USB 模式。一般 USB 的裝置接到 Thunderbolt 3 的接頭後,自動會切這個模式。

第二個是單純的 DisplayPort 模式。把 DisplayPort 的螢幕接上來,晶片組會用 USB 3.1 的 DisplayPort Alt. mode 輸出 DisplayPort 的訊號。傳輸是用 4 個 5.4 Gbps 的通道,可以以 60 Hz 的更新率推一台 4K 螢幕。

第三個是 USB 跟 DisplayPort 混合模式,其實也是 USB 3.1 原有的。這個時候上述的 4 個高速通道,一對會給 USB 3.1 用,一對給 DisplayPort 用。傳輸量平分之後,DisplayPort 最高只能用 60 Hz 推一台 2.5K 螢幕。

第四個則是 Thunderbolt 3 原生模式。透過 4 個 8 Gbps 的 PCIe v3 通道,速度可以到 32 Gbps。資料經過壓縮後,基本上就能超過 40 Gbps 了。以運載 DisplayPort 的資料來說,壓縮率是 20%,而 PCIe 傳輸也有大概 10 % 的壓縮率(待確定)。要用 60 Hz 推兩台 4K 螢幕就沒問題了(大概需要 43 Gbps)。

這邊補充兩點。要推兩台 4K 螢幕(@60Hz)勢必要有兩個接頭,40 Gbps 的傳輸率一定會被平分。DisplayPort 1.2 的需求最高也就大概 17 Gbps,平分下來是夠用的。也由於受限於 DisplayPort 的規範,要推 5K 的螢幕(@60Hz)是不可行的,至少要兩條線。

另外,上述二、三兩點與第四點「Thunderbolt 3 原生模式」所載的 DisplayPort 訊號的差異,可以確定前者是由原生 USB 3.1 來的。不過資料太少,無從得知兩者的適用情況。在雙螢幕的情況下,應該是用原生的 Thunderbolt 3 來驅動沒錯。

Thunderbolt 的協定最多可用 Daisy chain 的方式連結 6 個裝置。除了這個傳統特色外,這次也新增了網路模式。Thunderbolt 3 可以處理被連接起來的電腦們,設定 IP 形成區域網路。

受益於 USB 3.1 的幫助,Thunderbolt 3 也支援到 100W 的充電,或 15 W 的子裝置供電。100 W 是用 20 V、5 A 在跑,跟之前的 USB 是用 5 V、0.9 A 在跑好很多。可以應付以多數筆電 100 W 以內的需求。

總合來說,這是一條支援資料與顯示傳輸,可以架區網,還可以做電源線的超級介面。剩下來就是周邊怎麼做了。

USB 3.1 本來就兼容 USB 跟 DisplayPort,Docking 出來有顯示介面、網路阜、讀卡機…等很正常。就 Thunderbolt 3 的規格來看,除了可以 Docking 出上述提到的東西外,它還可以 Docking 出…… USB 3.1??USB 在 Thunderbolt 的 Docking 下,肯定是要透過其它晶片來轉。而且 USB 續接是走 Hub 的方式,Thunderbolt 則是走單鍊。這樣插來插去,到最後會不會不曉得自己在插什麼?

最後,還是期待通訊介面大統一。線實在太多了。

mac - 1.jpg

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