現在回顧早期的電腦主機或者筆記本，我們會發現各式各樣五顏六色、形狀不一的介面，比如鍵盤介面、滑鼠介面、印表機介面、Modem ( 如果還有人有印象的話 ) 介面，顯示器介面 (VGA、DVI、DisplayPort、HDMI) 以及一堆專用設備的介面 ( 如擴展塢 )，不僅如此，這些介面的 “ 脾氣秉性 ” 還各不相同，有些介面還不能熱插拔 ( 開機狀態下插拔 )，錯誤的操作甚至會引起燒毀主機這樣的嚴重後果。主機後面的各種線纜用一團亂麻來形容也毫不為過，這個問題不僅讓用戶頭大，也同樣困擾著設計人員。簡化、統一的介面是這些年設計人員一直努力的目標。
圖 1：集供電、資料傳輸、視頻傳輸於一體的 Thunderbolt 技術
圖片來源 :www.intel.com
2011 年 2 月 24 日英特爾推出了 Thunderbolt 技術，旨在將資料、視頻傳輸和供電都整合在一個小型連接器上。Thunderbolt 支援使用者通過這一個介面，在連接的智慧設備 ( 如 PC、擴展塢、顯示器、固態盤、外部硬碟和攝像頭 ) 之間快速、自如地傳輸資料。當時，Thunderbolt 宣稱能夠在不到 30 秒的時間內傳輸一部完整長度的高清電影，並在10 多分鐘內備份可以連續播放一整年的 MP3 音樂。
圖 2：Thunderbolt 的出現主要是為了解決各種繁雜的介面問題
圖片來源 :www.intel.com
今年 ThunderboltTM 已滿 10 歲了，Thunderbolt 4 總頻寬相比最初版本提升了 4 倍。它可以支援兩個 4K 顯示幕，同時為筆記型電腦充電。它已演進為體積更小的 Type C 介面，支援更輕薄的筆記型電腦和單線纜塢站解決方案。Thunderbolt 已發展成一項集成在英特爾 CPU 中的行業標準，其協定規範已貢獻給 USB4 標準。現在，它已成為英特爾 Evo 平臺和英特爾 ® 博銳 ® 平臺的必要技術，獲得了所有主流電腦作業系統的支援，並將首次應用在即將推出的 Chrome 設備上。
Thunderbolt 發展大事記
早期的 Thunderbolt 介面是 Intel 與蘋果共同開發的，在 Thunderbolt 介面公佈之初，2011 年 2 月，蘋果獨家發佈了第一代搭載 Thunderbolt 介面的筆電 ---Macbook Pro，介面還不是今天 的 樣 子， 而 是 採 用 Mini DisplayPort，因為Thunderbolt 技術本身就包含了視頻傳輸協定。
圖 4: 早期的 Thunderbolt 介面
圖片來源 :Apple.com
但是市場反應的卻給開發人員潑了冷水，2 年後的 2013 年，Intel 和蘋果將第二代 Thunderbolt 介面的傳輸速率提升到 20Gbps，仍然未能吸引足夠的關注，無法繼承傳統的 USB 介面和昂貴的價格可能是影響其成長的因素。順便說一下，2012 年的時候，蘋果 iPhone5 手機首次搭載了 Lightning 介面。
真正的改變是 2015 年， 在那年的臺北 COMPUTEX 展上，Intel 推出了 Thunderbolt 3----這個具有里程碑意義的技術規範。最大的改變就是將介面形式改為 USB Type-C 樣式，也就是我們今天看到的 Thunderbolt 介面，畢竟 Intel 也是 USB IF 的重要成員，這一改變讓 Thunderbolt 有機會繼承 USB 世界龐大的遺產，讓這項技術的未來變得明朗。同時 Thunderbolt 3 的傳輸速率也直接提升到40Gbps，直到目前的最新版本 Thunderbolt 4 也沒有繼續提升。
或許是受到 PC 市場疲軟的影響，在接下來的幾年裡，Thunderbolt 介面仍然屬於 “ 小眾 ”。
2019 年 3 月初，Intel 宣佈將向 USB Promoter Group 開放 Thunderbolt 3 協定規範，以說明其他晶片製造商以免版稅生產相容Thunderbolt 3 的晶片或設備。在看到 USB 3，特別是 Type-C 介面在手機端大放異彩，並且蘋果宣佈放棄 Intel 架構之後，Intel 意識到留給 Thunderbolt 的機會不多了。
Thunderbolt 第四代 --- 加強版的Tunderbolt3
2020 年 7 月，為了加速推動 Thunderbolt 技術的發展，Thunderbolt 4 推出，從其規格上來看我們更願意成為 Tunderbolt 3 的加強版。
相比前一代，Thunderbolt4 在視頻傳輸和資料傳輸能力方面翻倍，其他規格改變並不多。
在安全性方面，Intel 宣佈其處理器內置的專門硬體功能 — 支援直接 I/O 訪問的英特爾 ® 虛擬化技術 (VT-d) — 能夠增強 Thunderbolt 埠上的 DMA 保護，從而說明有效防範物理 DMA 攻擊。這些解決方案可以阻止外設在未經授權的情況下訪問系統記憶體。Windows、MacOS、Linux 等領先的作業系統均已實施基於英特爾VT-d技術的DMA保護機制。
表 :Thunderbolt 3 與 Thunderbolt 4 主要規格對比
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主要規格 |
Thunderbolt 3 |
Thunderbolt 4 |
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傳輸速率 |
40 Gbps |
40 Gbps |
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視頻連接能力 |
單路 4K 視頻輸出 |
雙路 4K 視頻輸出 |
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內置PCIe傳送速率 |
PCIe - 16 Gb/s, USB 3.2 - 10 Gbps |
PCIe - 32 Gb/s, USB 3.2 - 10 Gbps |
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功率傳遞 |
15 W |
15 W |
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USB4 規格 |
相容 |
相容 |
筆者整理
Thunderbolt 4 認證要求具備基於 VT-d 的 DMA 保護。面向 Thunderbolt 電腦埠的安全性以硬體為基礎，且基於支援直接 I/O 訪問的英特爾虛擬化技術 ( 英特爾 VT-d) 構建，該技術是一項可提供 IO 虛擬化的英特爾處理器技術 ( 通常被稱為 IO 記憶體管理單元或 IOMMU)。VT-d 技術的其中一項特性是DMA 重映射 (DMA-r)，用於作業系統和 BIOS 實現DMA 保護。DMA-r 通過為連接至系統的每台設備提供隔離記憶體區域，說明保護系統記憶體。借助這種方式，設備將只能訪問分配給它的記憶體，不能讀寫其他的記憶體區域。
消費者：煩惱還遠未消失
如今的筆電介面已經極為精簡，比如蘋果 2020 年發佈 Macbook pro 只 有 Thunderbolt3 介 面，Microsoft 最新的 Surface Pro 7 也只剩 USB Type-A 和Type-C (Type-C介面是消費者呼喊了多年的結果)。但是並不意味著各種介面的帶來的煩惱已經消失。
首先是識別問題，Thunderbolt 介面與 Type-C 外形是無法區別的，只能通過閃電標識來區分。
但是也有蘋果 Macbook 這樣的產品，“ 忘記 ” 或者是沒地方打 “ 閃電 “ 標誌了？只是對消費者來說，Thunderbolt 介面本身涵蓋了 USB 的全部內容，所以當 USB 介面用是沒有問題的。
然後是傳輸速率的問題，Thunderbolt 介面標稱的資料傳輸速率要跑滿並不容易，需要處理器配合，而由於 PCIe 通道數量的限制，因此並非所有處理器都能跑滿全速。
圖說 :Thunderbolt 介面和線都有閃電標識
還有充電問題，由於 Thunderbolt 單介面的功率傳輸只能到 15W，因此目前還不適合為筆電直接供電 ( 給手機充電到是可以 )，這也是為什麼市面上大多數筆電仍然要保留供電介面。
提到充電，就不能不說一下蘋果的 Lightning 介面，這個介面在最新一代的 iPhone 12 上依然保留，使用者要用 Thunderbolt 介面為 iPhone 充電，需要另外購買一條轉接線從 (type-c 到 lightning)，價格不菲。
相容性問題，這個主要是將 Thunderbolt 介面用於轉接各種視頻輸出時出現的各種問題，比如輸出解析度調節，畫面有時卡死，概括起來四個字 “ 一言難盡 ”。
最後還一個問題，貴！
儘管還有不少需要解決的問題，但 Thunderbolt 技術在解決介面和線纜統一的問題上做出了巨大的貢獻，我們也不期待剛剛 10 歲的新技術能一次解決所有問題，不斷改進的技術，以及足夠的開放性和相容性，讓相關的製造和設計變得更加容易，Thunderbolt 前路上的機會將越來越多。
