1、Thunderbolt超高速接口簡(jiǎn)介

　　英特爾在之前正式發(fā)布了已經(jīng)宣傳數(shù)月的英特爾實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品代號(hào)為“Light Peak”技術(shù)，并將其命名為“Thunderbolt(雷電)”。Thunderbolt技術(shù)由英特爾在2009年設(shè)計(jì)完成，并為其定名為“Light Peak”（是Thunderbolt的研發(fā)代號(hào)），Thunderbolt的研發(fā)初衷是為了替代并統(tǒng)一目前電腦上數(shù)量繁多性能參差不齊的擴(kuò)展接口，比如SCSI，SATA，USB，F(xiàn)ireWire和PCI Express，HDMI，DisplayPort等。

　　圖1.ThunderBolt超高速接口

　　Thunderbolt是蘋果與英特爾（Intel）的合作產(chǎn)物，由Intel開(kāi)發(fā)，通過(guò)和蘋果的技術(shù)合作推向市場(chǎng)。該技術(shù)主要用于連接PC和其他設(shè)備，融合了前的兩項(xiàng)成熟技術(shù)PCI Express數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和DisplayPort顯示技術(shù)，兩條通道可同時(shí)傳輸這兩種協(xié)議的數(shù)據(jù)，每條通道都提供雙向10.3125Gbps帶寬。為了降低成本，目前Thunderbolt采用的是銅芯連接的方式而不是早前演示的光纖">光纖鏈接，理論上最高傳輸速率可達(dá)50Gbps，現(xiàn)在僅設(shè)定在10Gbps，發(fā)展空間較大。

　　2、Thunderbolt工作原理與性能

　　Thunderbolt超高速連接技術(shù)融合融合了PCI Express數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和DisplayPort顯示技術(shù)，由一顆Intel專用控制芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過(guò)PCI Express 2.0 x4、DisplayPort 1.2總線與系統(tǒng)芯片組相連。其中PCI Express用于數(shù)據(jù)傳輸，DisplayPort則用于顯示信號(hào)傳輸，亦可通過(guò)直接連接英特爾處理器集成圖形核心進(jìn)行DisplayPort顯示輸出。Thunderbolt的控制芯片，是系統(tǒng)中必不可少的。但英特爾表示，它的硬件不需要英特爾的處理器和芯片組配合使用。它更像一種微型路由交換機(jī)，可以迅速地在兩個(gè)雙向通道的數(shù)據(jù)之間切換。

　　圖2.Thunderbolt工作原理

　　Thunderbolt采用了專用接口。該接口的物理外觀和原有Mini DsiplayPort接口相同，適用于各種輕型、小型各類設(shè)備，兼容DisplayPort接口的顯示設(shè)備，Mini DP接口的顯示器以及Mini DP至HDMI/DVI/VGA等接口的轉(zhuǎn)接頭都可以在Thunderbolt接口上正常使用，可傳輸1080p乃至超高清視頻和最多八聲道音頻。

　　Thunderbolt能否向后或向前兼容取決于所使用的線纜。向后可以兼容PCI Express 2.0的I/O控制系統(tǒng)，不過(guò)英特爾對(duì)USB3.0沒(méi)有置評(píng)。而向前兼容方面，自然就是越新越好，你可以發(fā)現(xiàn)Macbook Pro上的新端口已經(jīng)為光纖傳輸做好了準(zhǔn)備，這樣也更符合成本效益。設(shè)備連接方面，Thunderbolt技術(shù)支持以菊花鏈形式將7臺(tái)設(shè)備連接在一起，(也就是蘋果所說(shuō)的MacBook Pro可串聯(lián)6臺(tái)外設(shè)，包括最多2個(gè)的全高清DisplayPort顯示輸出)，不過(guò)要求DisplayPort 1.1設(shè)備必須位于鏈路末端。

　　圖3.各接口傳輸速度比照

　　為了降低成本，目前Thunderbolt采用的是銅芯連接的方式而不是早前演示的光纖鏈接，銅線長(zhǎng)度限制為3米。遲些時(shí)候，還將推出光纖線纜產(chǎn)品。不過(guò)，銅線在未來(lái)依然還保留一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，那就是通過(guò)線纜提供10W供電，而光纖Thunderbolt不會(huì)提供供電功能。

　　3、Thunderbolt目前用途

　　在蘋果發(fā)布帶有Thunderbolt接口的新MacBook Pro的同時(shí)，就有不少品牌宣布將推出Thunderbolt的相關(guān)產(chǎn)品，其中包括Aja、Apogee、Avid和Blackmagic。第三方支持方面，英特爾稱西數(shù)和LaCie都將提供兼容Thunderbolt接口的移動(dòng)硬盤。其中，LaCie 已經(jīng)展示了一個(gè)使用 Thunderbolt 的設(shè)備，雙SSD做Raid的存儲(chǔ)設(shè)備，當(dāng)然，由于存儲(chǔ)方面的限制，Thunderbolt 的戰(zhàn)斗力實(shí)在是很難在家用中體現(xiàn)出來(lái)。

　　這樣的速度對(duì)于家用來(lái)說(shuō)已經(jīng)是奢侈得過(guò)頭了，三米的線路長(zhǎng)度也極大限制了它的使用范圍，我能想到的當(dāng)前可能的應(yīng)用有：  

　　* 多顯示器支持，由于可以單端口連接 6 個(gè)設(shè)備，理論上，你可以組織7屏工作平臺(tái)了。　         

        * 超高速磁盤陣列，通過(guò)用SSD架設(shè)Raid，配合Thunderbolt可以獲得極為夸張的磁盤性能，這對(duì)于圖形處理、影像渲染等專業(yè)工作會(huì)有好處。

　　當(dāng)然，隨著該技術(shù)的不斷普及，大量外設(shè)出現(xiàn)以后，Thunderbolt 超高傳輸速度與單接口多設(shè)備的能力會(huì)慢慢體現(xiàn)出它的優(yōu)點(diǎn)。光纖連接出現(xiàn)以后，以單Mac機(jī)器為運(yùn)算核心，配合大量相關(guān)外設(shè)，似乎可以布置出一個(gè)集中式的處理環(huán)境。

　　4、Thunderbolt前瞻

　　目前已經(jīng)確認(rèn)將推出Thunderbolt外設(shè)產(chǎn)品的包括Promise(Pegasus RAID)、LaCie(Little Big Disk)、西部數(shù)據(jù)等。其中Promise作為全球首家發(fā)售基于Thunderbolt外設(shè)產(chǎn)品的廠商，在RAID技術(shù)方面具有超過(guò)20年以上的經(jīng)驗(yàn)。其產(chǎn)品Pegasus在影音處理方面具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。由于Thunderbolt傳輸速度是現(xiàn)在正在使用的數(shù)據(jù)接口速度的10到20倍，可能會(huì)對(duì)現(xiàn)有的一些接口，以及我們的使用習(xí)慣造成一定的變化。

　　下面為Thunderbolt有可能帶來(lái)的變化：

　　- 數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)10Gbps，為USB 2.0的20倍。從實(shí)用性的角度來(lái)講，這意味著你可以在30秒內(nèi)傳輸完一整張藍(lán)光光盤，或者在幾秒鐘的時(shí)間內(nèi)傳輸完2GB的視頻。

　　- 它擁有上行和下行兩個(gè)獨(dú)立的傳輸通道，支持“菊花鏈”(daisy-chaining)多設(shè)備，所以可以同時(shí)在多個(gè)設(shè)備之間交換視頻。

　　- 它將兼容大量設(shè)備：一個(gè)Thunderbolt接口既支持相對(duì)較新的DisplayPort顯示器接口，也支持硬盤等設(shè)備所使用的PCI Express接口。支持PCI意味著可以非常容易地開(kāi)發(fā)其他接口的適配器，例如Thunderbolt和以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器，或Thunderbolt和火線轉(zhuǎn)換器等。

　　Thunderbolt將吸引媒體制作公司和專業(yè)人士的支持，包括專業(yè)音頻和視頻編輯軟件制造商Avid在內(nèi)的眾多企業(yè)都成為了首批支持這一技術(shù)的公司。同樣值得注意的是，Thunderbolt并不能夠給視頻本身帶來(lái)變革。影響視頻效果的瓶頸還有很多，包括圖形處理器和操作系統(tǒng)限制。一旦想要將視頻上傳到互聯(lián)網(wǎng)，帶寬速度也將成為一大問(wèn)題。但是回想一下MP3在上世紀(jì)90年代逐漸興起時(shí)的情形：便攜MP3播放器存儲(chǔ)的音樂(lè)時(shí)間很短、音質(zhì)很差、制作和播放軟件效果不佳，而且當(dāng)時(shí)也只能使用速度緩慢的撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)上傳和下載音樂(lè)。此后幾年，蘋果等企業(yè)逐漸對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，而帶寬也開(kāi)始增加。如今，幾乎所有擁有電腦的人都會(huì)使用電腦來(lái)存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移并播放音樂(lè)。電腦音樂(lè)已經(jīng)成為主流。所以5年以后，很容易想象得到，當(dāng)用戶制作、拷貝和交換大量視頻文件時(shí)，也將獲得與音頻文件同樣的便利。Thunderbolt并非充分條件，但的確消除了一大瓶頸。至少現(xiàn)在來(lái)說(shuō)Thunderbolt并不是一個(gè)必須的接口，因?yàn)槟壳皫缀鯖](méi)有設(shè)備可以使用這個(gè)接口，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，Thunderbolt在未來(lái)必然可以讓用戶減少不少煩惱，因?yàn)門hunderbolt幾乎可以替代所有擴(kuò)展接口。

　　5、Thunderbolt測(cè)試方法總覽

　　圖4. Thunderbolt測(cè)試方法總覽

　　Thunderbolt信號(hào)速率高達(dá)10.3125Gbps，物理層測(cè)試是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。物理層一致性測(cè)試主要包括3個(gè)方面：

　　1）Tx信號(hào)品質(zhì)測(cè)量，只要測(cè)量發(fā)生的信號(hào)的眼圖、抖動(dòng)、邊沿時(shí)間、幅度等波形參數(shù)；

　　2）Rx接收性能測(cè)量，主要測(cè)量接收端接收電壓靈敏度、抖動(dòng)容忍度，正負(fù)端信號(hào)時(shí)間偏差容忍度等；

　　3）Cable性能測(cè)試，主要測(cè)量電纜的差分阻抗，插入損耗，串?dāng)_等。

　　6、Thunderbolt Tx 信號(hào)品質(zhì)測(cè)量

　　圖5. Thunderbold Tx一致性測(cè)試點(diǎn)

　　Thunderbolt的一致性測(cè)試點(diǎn)如圖5所示，一般在mDP連接器處。一致性測(cè)試對(duì)示波器的帶寬要求至少是：16GHz。考慮到更精確的測(cè)量和表征，建議示波器帶寬是：25GHz。示波器要求具有去嵌入功能，能夠把測(cè)試夾具的影響去除掉。使用的測(cè)試夾具如圖6所示。

　　圖6. Thunderbolt Tx測(cè)試夾具

　　Thunderbolt Tx信號(hào)品質(zhì)測(cè)量對(duì)抖動(dòng)測(cè)量要求較高，需要進(jìn)行抖動(dòng)成分分解，需要測(cè)量總體抖動(dòng)TJ，數(shù)據(jù)相關(guān)抖動(dòng)DDJ，隨機(jī)抖動(dòng)RJ，周期性抖動(dòng)PJ等。另外還有進(jìn)行眼圖和模板測(cè)量。用DSAX92504A測(cè)量結(jié)果如下。

　　圖7. Thunderbolt Tx信號(hào)品質(zhì)測(cè)量結(jié)果

　　7、Thunderbolt Rx 接收靈敏度測(cè)量

　　Thunderbolt信號(hào)速率高達(dá)10.3125Gbps，Rx接收靈敏度測(cè)量成為必測(cè)試項(xiàng)目。主要進(jìn)行Stressed Eye加壓眼圖測(cè)量，幅度靈敏度測(cè)量，抖動(dòng)容忍度測(cè)量，時(shí)間偏差容忍度測(cè)量。測(cè)量Stressed Eye需要能夠產(chǎn)生如下特征的信號(hào)：

　　表1. Thunderbolt Rx Stressed Eye信號(hào)產(chǎn)生要求

　　使用N4903B J-BERT可以產(chǎn)生帶各種抖動(dòng)成分的Thunderbolt信號(hào)，但是AC-CM信號(hào)需要外加才能滿足要去，可以用81160A任意波形發(fā)生器產(chǎn)生。儀器連接和設(shè)置圖如圖8所示。

　　圖8. Thunderbolt Rx測(cè)試連接框圖

　　8、Thunderbolt Cable性能測(cè)量

　　Thunderbolt電纜測(cè)試與其他高速數(shù)字電纜（如USB3.0，SATA， DisplayPort， HDMI等）測(cè)量無(wú)異，在此不再敘述。

　　參考資料

　　1. Thunderbolt超高速接口技術(shù)   百度百科

　　2. Thunderbolt Tx/Rx Compliance Test  Agilent Technologies