Thunderbolt介面已逐漸應用在筆記型電腦、桌上型電腦、集線器(Hub)、顯示器、記憶體等裝置。Thunderbolt功能強大，僅靠一條簡單的線纜連接，便可實現資料傳輸、電力傳輸和影音傳輸等多樣功能，因此長期受到消費者追捧。因應市場發展，英特爾(Intel)也在2023年9月正式發布Thunderbolt 5，並展示支援Thunderbolt 5的筆記型電腦和Hub的原型(Prototype)。
Thunderbolt介面已逐漸應用在筆記型電腦、桌上型電腦、集線器(Hub)、顯示器、記憶體等裝置。Thunderbolt功能強大，僅靠一條簡單的線纜連接，便可實現資料傳輸、電力傳輸和影音傳輸等多樣功能，因此長期受到消費者追捧。因應市場發展，英特爾(Intel)也在2023年9月正式發布Thunderbolt 5，並展示支援Thunderbolt 5的筆記型電腦和Hub的原型(Prototype)。
Thunderbolt 5的設計以USB4 V2規範完整版本所製定，常規的對稱傳輸模式下速率可達80Gbps，同時也能以非對稱傳輸方式提供達120Gbps(傳輸120Gbps、接收40Gbps)的傳輸速度表現，相較Thunderbolt 4提升三倍傳輸頻寬(圖1)，供電瓦數更可達240W。Thunderbolt 5的強大功能不僅能滿足一般使用者的使用場景，還能滿足遊戲玩家和影片製作者等專業使用者對高解析度顯示的超高需求。
圖1 Thunderbolt 5傳輸速度可達120Gbps
Thunderbolt 5和Thunderbolt 4差在哪？
Thunderbolt 5向下相容，支援USB4 V2、PCle Gen4、DisplayPort 2.1，相容於Thunderbolt 3和Thunderbolt 4等。在進一步探究Thunderbolt的發展歷程之前，以下將首先比較Thunderbolt 5和Thunderbolt 4兩代標準的差異(表1)。
表1 Thunderbolt 5/Thunderbolt 4比較
Thunderbolt 5採用PCIe Gen4，傳輸頻寬為Thunderbolt 4的兩倍，可高效應用於儲存裝置和外接顯示卡。
雷電組網可以在兩台筆電之間使用一條Thunderbolt數據線進行點對點連接，實現資料傳輸。Thunderbolt 5 Networking傳輸功能是Thunderbolt 4 Networking的兩倍，僅以一條線材即可實現筆電對筆電的檔案瞬間傳輸。
Thunderbolt 5的電氣層與USB4 Gen4相同，採用PAM3(Pulse Amplitude Modulation 3-level)訊號編碼(可參考這篇文章)；Thunderbolt 4則採用NRZ訊號編碼。從總損耗和誤碼率兩個方向考慮，PAM-3均優於NRZ，能大幅降低訊號在晶片、晶片封裝、電路板、連接器和電纜中的損耗，提升Thunderbolt的傳輸性能。
Thunderbolt 5在Full HD模式下可顯示540Hz，支援8K螢幕，或是外接三個4K 144Hz的螢幕；Thunderbolt 4可以外接兩個4K 60Hz的螢幕，或是一個8K 30Hz螢幕。
Thunderbolt演進史
Intel自2011年起，持續推動蘋果(Apple)積極參與開發的Thunderbolt連接器標準；同年，Apple推出新的MacBook Pro產品線(圖2)，宣布採用新一代I/O介面，與Mini DisplayPort進行整合，可以透過菊花鏈(Daisy-chain)連接最多六個周邊設備，象徵Thunderbolt正式推出市場的時刻，其雙向傳輸速度可達10Gbps。
圖2 Apple MacBook Pro產品線採用Thunderbolt標準 (圖片來源：Apple.com)
Thunderbolt 2於2013年6月推出，Intel發布第二代Thunderbolt控制器Falcon Ridge，並將此介面商品命名為Thunderbolt 2(依舊使用Mini DisplayPort介面)，與Thunderbolt 1相比，其傳輸速度翻倍至20Gbps(雙向傳輸)，另可傳輸4K解析度顯示器。
從Thunderbolt 3開始，Intel對外開放其技術，減免相關技術授權費(廠商進行認證仍須付費)，而第十代Intel Core處理器Ice Lake也將Thunderbolt 3控制器整合至CPU內部。Thunderbolt 3開始產生的變化，代表Thunderbolt介面的使用成本與前兩代相比大幅降低；與此同時，Thunderbolt 3也開始改用USB-C接口，頻寬更進階至40Gbps，以一個介面完成多種功能，完成多元生態的整合，無論是影音傳輸、資料傳輸，或是快速充電，都能透過Thunderbolt 3實現。2019年，Intel宣布將Thunderbolt 3協定貢獻給USB推廣組織(USB Promoter Group)，讓Thunderbolt 3協定得以整合至新的USB4架構。
Thunderbolt 4以Thunderbolt 3架構為基礎，於2020年推出。同年，Intel推出代號為Tiger Lake的行動PC處理器，是第一個整合Thunderbolt 4的處理器。從介面類別和頻寬方面來看，Thunderbolt 4似乎與Thunderbolt 3沒有太大的區別；不過，作為新一代Thunderbolt技術，Thunderbolt 4不但支援新的USB4、DisplayPort 1.4和PCIe 3.0x4(不低於32Gbps)，在使用者情境上也得到了大幅擴展。
Thunderbolt 5技術預計在2024年先透過Barlow Ridge獨立晶片方式，回歸到較早Thunderbolt技術需要在既有平台上添加一顆額外晶片的模式，可搭配PC或是筆記型電腦，相關周邊設備正陸續進入設計製造階段。
表2 歷代Thunderbolt技術
Thunderbolt強制性認證保障品質
從Thunderbolt 3開始使用USB Type-C接口，使得應用範圍更為廣泛多元，為終端消費者提供更大的彈性和更豐富的功能用途。然而，這也導致產品在設計層面上更為複雜，舊技術需要向下相容，產品與產品之間若出現協定溝通不良等情況，也容易造成生態圈之間互不相容，最終導致產品無法正常運作，影響使用者體驗。為了保障使用者體驗與產品品質，Intel強調，廠商若想使用Thunderbolt的標誌或圖標，必須通過Thunderbolt認證測試，並簽署Thunderbolt商標許可(圖3)。
圖3 Thunderbolt 5標誌
Thunderbolt認證要求包括Pre-Cert，電氣性能測試(Electrical Validation, EV)和功能性測試(Functional Validation, FV)。
Intel在2023年Q4階段也公布Thunderbolt Host FV認證規範Version 2.0，其中以下測試項目新增了Thunderbolt 5的筆電和外部設備的驗證：
- 3.2.1 Hot Plug/Unplug(新增連接方式：Host🡨🡪TBT5🡨🡪TBT4🡨🡪TBT3)
- 3.2.2 Power Cycle/Reboot(新增連接方式：Host🡨🡪TBT5🡨🡪TBT4🡨🡪TBT3)
- 3.2.4 Sx Flow(新增連接方式：Host🡨🡪TBT5🡨🡪TBT4🡨🡪TBT3)
- 3.2.5 Peer to Peer(新增TBT5筆電，進行Peer to Peer資料傳輸)
- 3.4.4 Complex Topology(新增連接方式如圖4)
- 3.4.5 Performance(新增Thunderbolt 5儲存類別裝置)
圖4 3.4.4 Complex Topology新增的連接方式
在產品加上Thunderbolt標誌，可向消費者傳達裝置性能可靠度，而測試實驗室能夠幫助業者通過認證，例如Granite River Labs(GRL)自2012年來獲得Intel授權，目前可針對Host和Device產品執行Thunderbolt認證測試服務，透過在地化的測試團隊和管理團隊，提供快速高效的回饋。
(本文作者任職於Granite River Labs)
參考資料
[1] Official Thunderbolt Technology website (https://www.thunderbolttechnology.net)
[2] Intel Introduces Thunderbolt 5 Connectivity Standard (https://www.intel.com/content/www/us/en/newsroom/news/intel-introduces-thunderbolt-5-standard.html)
[3] Thunderbolt Technology: The Fastest, Simplest, and Most Reliable USB-C Connection (https://www.intel.com/content/www/us/en/architecture-and-technology/thunderbolt/overview.html)
[4] USB4® Specification v2.0 (https://usb.org/document-library/usb4r-specification-v20)