Jeden kabel pro všechno

Thunderbolt se může stát jediným rozhraním, které za pár let v počítači najdete. Je čtyřikrát rychlejší než USB 3.0, jeho konektor je menší a dokáže přenášet i videosignál. Mac jej obsahuje již dnes, v PC bude v roce 2012.
JÖRG GEIGER, MICHAL BAREŠ

Uživatelé počítačů touží už léta po malém a univerzálním rozhraní, které bude kombinovat dostatečnou přenosovou rychlost pro data i obraz a zároveň bude napájet připojená zařízení. Před více než deseti lety vzniklo sice rozhraní USB, to je ale s ohledem na zpětnou kompatibilitu příliš pomalé a nelze jej revolucionizovat do takové míry, jakou nabízí nový Thunderbolt. Ten snadno nahradí stávající změť kabelů na stole a díky tomu, že za ním stojí Intel, pošle do muzea všechna stávající rozhraní – HDMI, VGA, DisplayPort, DVI, eSATA a FireWire. Střízlivě si přiznáváme, že USB s největší pravděpodobností přežije, bude ale sloužit hlavně k připojení jednoduchých periferií, jako jsou klávesnice a myš, a to proto, že výrobní náklady i složitost rozhraní USB jsou nižší než u Thunderboltu. K připojení základních periferií ale stačí USB 2.0, takže je pravděpodobné, že USB 3.0 se nikdy nerozšíří do takové míry, jako tomu bylo u jeho předchozích verzí. Thunderbolt je totiž o mnoho rychlejší než USB 3.0. V tomto článku vám podrobněji popíšeme technologii tohoto superrychlého rozhraní.

Thunderbolt konečně i na PC s Windows

I když byl Thunderbolt představen už před dvěma roky, dodnes by se dala zařízení, která jej používají, spočítat na prstech obou rukou. To proto, že Thunderbolt vyvíjel Intel ve spolupráci s Applem a Apple dostal na toto rozhraní na určitou dobu výhradní právo, takže jediné počítače, v nichž Thunderbolt zatím najdete, mají ve znaku jablko. Na nedávném Intel Deveper Foru představitelé Intelu oznámili, že od roku 2012 bude Thunderbolt uvolněn i pro ostatní výrobce, takže jej brzo najdeme i v zařízeních s OS Windows. Obzvláštní zájem o něj mají společnosti Acer a Asus, které by jej rády brzy integrovaly do svých ultrabooků. Aby bylo možné bez problému používat Thunderbolt i pod Windows, bylo ale nutné učinit některé úpravy.
Intel představil Thunderbolt v roce 2009 pod kódovým označením Light Peak. Již od začátku byl Light Peak konstruován tak, aby umožňoval komunikaci mezi počítači, periferiemi, monitory i zábavními zařízeními. Již podle názvu bylo znát, že Intel plánoval uvést rozhraní založené na optickém přenosu dat, ale při oficiálním uvedení pod označením Thunderbolt probíhal přenos dat elektronicky, a to hlavně kvůli snížení výrobních nákladů. Vlastníte-li tedy nový Apple s rozhraním Thunderbolt, používá klasické měděné kabely. Naštěstí se ale jedná jen o první implementaci Thunderboltu a myšlenka optického přenosu dat nebyla pohřbena. Ve specifikacích protokolu Thunderbolt je řečeno, že musí obsahovat kromě elektrického přenosu dat i vrstvu pro přenos optický, a Intel nedávno oznámil, že ve druhé verzi Thunderboltu, která bude uvedena právě příští rok, bude rozhraní používat pro přenos dat optická vlákna. Všechna externí zařízení vybavená Thunderboltem, která jsou již v prodeji, mají být plně kompatibilní a spolupracovat s "novým", optickým Thunderboltem. K výhodám optického přenosu dat patří i prodloužení maximální délky kabelů ze tří do deseti metrů.

Flexibilní distribuce datových toků

Unikátní vlastností technologie Thunderbolt je obousměrný paralelní přenos dat (viz grafika napravo). Celková propustnost je tak dostupná v obou směrech zároveň, takže není při čtení omezována rychlost zápisu a naopak. Konstrukčně obsahuje Thunderbolt dva obousměrné kanály, z nichž každý může zároveň přenášet data o propustnosti 10 Gb/s. K jednomu kabelu můžete připojit až šest zařízení, jejichž přenosová rychlost se dělí o celkovou propustnost. Výkonnostní testy prvních zařízení s rozhraním Thunderbolt, které jsme v Chipu prováděli, ukazují, že teoretické maximální propustnosti zatím nedokázal využít žádný ze zkoušených produktů. Nejrychlejší datový přenos na úrovni 825 MB/s jsme naměřili diskovému poli Promise. Na první pohled se tato hodnota může zdát v porovnání s teoretickým limitem 1 250 MB/s jako zklamání, ale musíme brát v úvahu i další limitující faktory, jako je v tomto případě rychlost RAID řadiče (přehledné výsledky měření najdete napravo). Thunderbolt má do budoucna potenciál dalšího zvýšení rychlosti. V roce 2015 plánuje Intel uvést na trh variantu s propustností 50 Gb/s a v roce 2019 pak 100 Gb/s.
Podíváme-li se podrobněji na přenosový protokol Thunderboltu, zjistíme, že používá existující standardy DisplayPort a PCI Express, ale kombinuje je a vytváří z nich vlastní metaprotokol. Počítači, připojeným periferiím a instalovaným programům se jeví jako známé protokoly. Sestava protokolů (protocol stack) rozhraní Thunderbolt se stará hlavně o efektivní skládání a přenos dat a o to, aby data po přenosu zase bezpečně poskládala do podoby před přenosem. Kromě řízení přenosu nabízí Thunderbolt také několik praktických funkcí, jako je například možnost bez problému připojovat a odpojovat zařízení během chodu systému (hot plug). Pro správné rozpoznání zařízení je do protokolu zakomponována speciální rutina. Základem protokolu Thunderbolt je transportní vrstva, která například zajišťuje synchronní činnost připojených zařízení. Další praktickou výhodou tohoto rozhraní je schopnost napájení připojených zařízení. Podle specifikací Intelu může kabel rozhraní Thunderbolt zásobovat připojená zařízení celkem 10 watty.

Nové čipy budou levnější

V současné době je kromě prozatím nedostatečného rozšíření dalším háčkem Thunderboltu vysoká cena používaných konektorů. I když jsou mechanicky a elektronicky kompatibilní se současným DisplayPortem, používají zástrčky vybavené čipem řídícím vysílání a přijímání dat, jehož výrobní náklady jsou velmi vysoké. Není tedy divu, že Apple prodává dvoumetrový Thunderbolt kabel za 1 200 Kč. V porovnání s konkurenčními rozhraními jsou drahé i čipy s řadičem, ale to bývá při zavádění nových technologií vcelku zvykem a na zlevnění těchto komponent se již pracuje. V příští generaci Thunderboltu pošle Intel na trh kromě high-endových řadičů s kódovým označením Cactus Ridge i levnější verzi řadiče s označením Port Ridge neboli L2210. Tyto čipy budou mít rozměry 5 × 6 mm, a budou tak v porovnání s výkonnějšími variantami pouze třetinové. Díky tomuto levnějšímu řadiči se pak Thunderbolt snadněji rozšíří i do kategorie cenově dostupných počítačů.
AUTOR@CHIP.CZ


Jak funguje paralelní přenos dat po Thunderboltu
Na tomto příkladu ukážeme činnost tří zařízení připojených najednou pomocí Thunderboltu, maximální počet je šest zařízení na jeden kabel. Pomocí dvou nezávislých kanálů může uživatel PC zároveň kopírovat data z RAID úložiště a sledovat film v Blu-ray kvalitě.
RAID úložiště: Mezi úložištěm a počítačem probíhá přenos dat. Jeden kanál rozhraní Thunderbolt je vyhrazen pouze pro tento přenos, který probíhá maximální rychlostí.
Displej: Displej vybavený Thunderboltem je kabelem připojen k více zařízením a zároveň přijímá data z Blu-ray disku, přehrávaného na počítači.
Počítač: Počítač vybavený rozhraním Thunderbolt přijímá jedním kanálem tohoto rozhraní data z RAID úložiště a zároveň používá druhý kanál k přenosu dat z Blu-ray disku do displeje.
Jeden kabel, dva protokoly: Rozhraní Thunderbolt dokáže simultánně přenášet data prostřednictvím protokolů DisplayPort a PCI Express. Naše schéma ukazuje souběžný přenos dat z Blu-ray disku, který probíhá pomocí protokolu Display Port, a přenos dat z RAID úložiště, který je realizován prostřednictvím protokolu PCI Express. Všechna zařízení jsou vybavena řadičem Thunderbolt, který se stará o správnou distribuci dat.

POROVNÁNÍ RYCHLOSTI: THUNDERBOLT JE NEJRYCHLEJŠÍM EXTERNÍM ROZHRANÍM
Externí datová rozhraní v praxi nikdy nedosáhnou maximální rychlosti dané jejich propustností, protože je zpomalují řadiče i výkon připojených externích pevných disků. Tento graf ukazuje porovnání teoretické propustnosti jednotlivých rozhraní s hodnotami naměřenými v naší testovací laboratoři.


Foto: Drahé čipy umístěné na konektorech kabelů rozhraní Thunderbolt umožňují paralelní obousměrný přenos dat.