Intel Thunderbolt-technologie

Inhoudsopgave
  1. 1. Inleiding
  2. 2. Thunderbolt
  3. 3. Controller
  4. 4. DisplayPort
  5. 5. Gebruiksdoel
  6. 6. PC's en laptops
  7. 7. Conclusie
  8. 8. Reacties

Inleiding

Wat begon als een indrukwekkende technologiedemo in 2009, belandde twee jaar later als nieuwe connector op de 2011-editie van de Apple MacBook Pro: Intels Thunderbolt-technologie moet het aantal kabels tussen PC en randapparatuur drastisch gaan verlagen.

We schrijven september 2009. Tijdens zijn keynote op het Intel Developer Forum toont Dadi Perlmutter, één van de topmannen van Intel, een nieuwe interface met de codenaam Light Peak. Intel geeft aan dat men met behulp van optische kabels tot 10 Gigabit aan data per seconde wil transporteren over afstanden tot 100 meter. De nieuwste standaard wordt cryptisch omschreven als "geschikt voor video, netwerk en storage". Sony wordt direct genoemd als een partij die in de toekomst van Light Peak gebruik gaat maken. De door Intel-ingenieurs in elkaar gefröbelde prototype controller is bijna groter dan het moederbord waar deze in is gestoken en heeft één opvallende eigenschap: Intel gebruikt een aangepaste USB-connector voor de aansluiting. Dat schept direct geruchten dat Intel stiekem USB 4.0 aan het demonstreren was, zonder dat expliciet te vermelden.

Die geruchten worden nog dezelfde week ontkracht, wanneer Intel aangeeft dat we Light Peak voornamelijk moeten zien als complementair aan USB. Ook wordt in de week na IDF via de Amerikaanse site Engadget het gerucht de wereld in geslingerd dat niet Intel, maar juist Apple de bedenker is van het concept. Het was de computerbouwer uit Cupertino die naar Intel was gegaan met het idee om een interface te bedenken die uiteindelijk alle bestaande verbindingen vanuit de PC als USB, Firewire en HDMI zou moeten vervangen. Apple zou hiervoor reden zien omdat er op kleine, mobiele apparaten simpelweg niet genoeg plek is om drie of vier verschillende connectors te plaatsen. Destijds was het nog een gerucht, maar met de kennis van nu – Apple als launch partner van de nieuwe technologie – mogen we wel concluderen dat Engadget het bij het rechte eind had.

In april 2010 maakt Intel bekend dat het verwacht Light Peak in 2011 op de markt te zullen brengen, nog eerder dan dat USB 3.0 in Intel chipsets wordt opgenomen. In september 2010 demonstreert het bedrijf de nieuwe technologie opnieuw, nu vanuit een prototype notebook, waarbij één kabel onder meer twee schermen, een externe harde schijf en een externe geluidskaart aanstuurt. De demo laat goed zien dat Intel vergevorderd is met de ontwikkeling. Direct wordt ook duidelijk dat men is afgestapt van het idee om optische kabels te gebruiken, maar in ieder geval voor de eerste versie van de standaard heeft gekozen voor normale, koperen kabels.

Inmiddels is het 2011 en heeft Apple recent haar nieuwste Macbook Pro geïntroduceerd, inclusief de uiteindelijke versie van de Light Peak technologie: Intel Thunderbolt.

Thunderbolt combineert DisplayPort en PCI-Express in één kabel.

Thunderbolt

Het is dus inmiddels eindelijk duidelijk wat de nieuwe technologie exact wel en niet is. In de basis is Thunderbolt exact wat Intel in 2009 met de demonstratie van Light Peak beloofde: een interface die verschillende soorten data gecombineerd over één kabel kan transporteren. Waar tijdens de ontwikkeling werd gesproken over het feit dat de technologie standaarden als "USB, Firewire en HDMI" zou kunnen verenigen, is Thunderbolt uiteindelijk gebaseerd op twee andere interfaces: DisplayPort en PCI-Express.

DisplayPort is de modernste verbinding voor monitoren, die we de laatste tijd op steeds meer PC's, laptops en videokaarten terugvinden. PCI-Express is in de basis een interface die binnen de PC wordt gebruikt om allerhande chips en uitbreidingskaarten aan te sturen. De standaard is universeel: GPU's, USB-controller, netwerkchips, geluidskaarten, Firewire-controllers, bedenk het en het bestaat als op PCI-Express gebaseerd product. Hoewel het niet de eerste poging is om PCI-Express buiten de computer beschikbaar te maken, is Thunderbolt de eerste gestandaardiseerde manier die beschikbaar komt. Nu kunnen alle genoemde soorten producten ook extern ontwikkeld worden.

Een andere belofte is ook waargemaakt: de snelheid van 10 Gigabit per seconde. In beide richtingen wel te verstaan: in totaal kan er over een Thunderbolt-kabel dus zelfs 20 Gb/s data verstuurd worden. Duidelijk meer dan de 5 Gb/s van USB 3.0.

Thunderbolt maakt in de uiteindelijke vorm gebruik van koperen in plaats van optische kabels. Hiervoor had Intel twee redenen: de kosten zijn een stuk lager en het is mogelijk om apparaten via de nieuwe interface ook van stroom te voorzien. Helaas de is maximale kabellengte wel een stuk korter geworden, 3 meter in plaats van de in 2009 beloofde 100 meter.

Een laatste belofte die wel is ingelost: Thunderbolt is geschikt voor het aansturen van meerdere apparaten tegelijkertijd. Niet via hubs zoals we die kennen van USB, maar via wat men noemt daisy chaining, het doorlussen van meerdere apparaten achter elkaar. Dat ondersteunt de technologie tot maximaal zes apparaten per poort.


De Thunderbolt-controller binnen een systeem krijgt een DisplayPort-signaal vanuit de GPU en PCI-Express vanuit de chipset.

Controller

Thunderbolt is kort samengevat dus een combinatie van DisplayPort en PCI-Express over een nieuwe verbinding met een snelheid van 10 Gigabit per seconde. De controllerchip die Intel heeft ontwikkeld, wordt binnen de PC of laptop dan ook aangesloten op de DisplayPort-uitgang van de (al dan niet in de processor geïntegreerde) GPU en via een PCI-Express x4 verbinding op de in de moederbord-chipset geïntegreerde PCI-Express-controller. De Thunderbolt-controller combineert beide interfaces en maakt deze via één connector beschikbaar.

In een Thunberbolt-apparaat zit ook zo'n controllerchip, die beide soorten signalen weer uit elkaar kan rafelen. Het DisplayPort-signaal kan dan gebruikt worden voor het aansturen van een monitor. Op het PCI-Express-signaal kunnen dan weer één of meerdere controllerchips naar keuze worden aangesloten. Zo kan een PCI-Express gebaseerde USB-controller gebruikt worden om een USB-apparaat aan te sluiten, maar is het dus ook mogelijk om bijvoorbeeld een op PCI-Express gebaseerde GPU extern aan te sluiten.

De Thunderbolt-controller in randapparatuur zorgt ook voor de daisy chain-functionaliteit.


De Intel Thunderbolt-controller zoals te vinden in de nieuwe Macbook Pro. (Foto: iFixit)

DisplayPort

Apple is zoals gezegd Intels launch partner voor de nieuwe technologie en heeft Thunderbolt geïntegreerd op haar nieuwe MacBook Pro-lijn. Waar Intel bij de eerste demonstraties de afgelopen twee jaar nog een omgebouwde USB-connector gebruikte, hebben de twee bedrijven uiteindelijk voor een andere connector gekozen, namelijk de door Apple ontwikkelde Mini-DisplayPort-stekker. Het Thunderbolt-logo naast de connector op de nieuwe MacBook Pro verklapt dat de aansluiting meer is dan wat je zou vermoeden.

De keuze voor de DisplayPort-connector is zo gek nog niet. Immers, DisplayPort is één van de twee verbindingen die deel uitmaken van de nieuwe interface. Thunderbolt is dan ook backwards compatible met DisplayPort. Dat betekent dat, wanneer je een normale monitor met de Thunderbolt-aansluiting op de Macbook Pro verbindt, de controller direct zal herkennen dat het geen Thunderbolt-apparaat is. Op dat moment zal er alleen een normaal DisplayPort-signaal op de kabel worden gezet.

De Thunderbolt-kabels zijn fysiek dus ook identiek aan Mini-DisplayPort-kabels, maar officieel gecertificeerde kabels zijn voorzien van het Thunderbolt-logo en belangrijker, extra chips om betrouwbare dataoverdracht te garanderen. Of je ook een normale Mini-DisplayPort-kabel kunt gebruiken voor de nieuwe interface is nog niet duidelijk.


Apple en Intel kozen voor de Mini-DisplayPort-connector voor Thunderbolt.


Thunderbolt-kabels lijken als twee druppels water op Mini-DisplayPort-kabels, maar zijn toch anders.

Gebruiksdoel

Wat is nu exact het gebruiksdoel is van Thunderbolt? We schreven het eigenlijk al, de nieuwe interface moet het mogelijk maken om meerdere apparaten op een PC, notebook of andere mobiel apparaat aan te sluiten via één kabel. Enerzijds betekent dat meer gebruiksgemak, anderzijds de mogelijkheid om uiteindelijk andere aansluitingen te verwijderen van mobiele apparaten. Op slanke notebooks zoals de Macbook Air is iedere connector er natuurlijk één te veel. Op nog kleinere apparaten zoals tablets of smartphones is het plaatsen van veel verschillende connectors wegens plaatsgebrek zelfs fysiek onmogelijk.

Waar we Thunderbolt vermoedelijk het eerst in gebruik gaan zien is bij monitoren. We kunnen ons voorstellen dat er over een tijdje schermen op de markt komen met daarin ingebouwd een PCI-Express gebaseerde USB-controller. Zo'n scherm sluit je dan met één Thunderbolt-kabel aan op de PC of laptop en vervolgens kun je al je USB-apparaten, zoals muis en toetsenbord, eenvoudig aansluiten op de monitor. Juist bij laptops is dat ideaal: je neemt je notebook mee onderweg, komt weer thuis en door slechts één kabel aan te sluiten is al je randapparatuur weer verbonden.

In het lijstje juichende quotes op de site van Intel vinden we onder meer bedrijven als Western Digital, Promise, LaCie, Avid en Canon. LaCie heeft inmiddels een externe SSD en harde schijf aangekondigd op basis van Thunderbolt, die in de zomer beschikbaar moet komen. De andere merken hebben nog geen concrete productaankondigingen gedaan, maar wel aangegeven dat men interessant vindt voor toekomstige storage-, video- en/of audioapparatuur.


LaCie heeft een Thunderbolt-versie van haar Little Big Disk externe harddisk en SSD aangekondigd.

PC's en laptops

Thunderbolt vinden we nu dus in eerste instantie in Apples nieuwe MacBook Pro. Meer PC's of laptops met de nieuwe interface zijn vooralsnog niet aangekondigd, maar we mogen ervan uitgaan dat Intel met alle grote PC-bouwers in gesprek is. Vanzelfsprekend loopt men hier tegen het bekende kip-ei probleem aan: een laptopfabrikant zal pas geïnteresseerd zijn om een relatief dure Thunderbolt controller in zijn systemen te integreren wanneer er voldoende randapparatuur beschikbaar is om hier op aan te sluiten. Tegelijkertijd worden fabrikanten van randapparatuur pas enthousiast wanneer er voldoende PC's en laptops zijn met de verbinding. De keuze voor Apple als launch partner is wat dat betreft niet gek, aangezien de eigenzinnige fabrikant al meermaals heeft bewezen een nieuwe standaard snel bij haar volgzame doelgroep geaccepteerd te krijgen. Een mooi voorbeeld is DisplayPort, dat in de Apple-wereld helemaal ingeburgerd is, terwijl het in de PC-wereld pas mondjesmaat wordt gebruikt.

Hoe het ook zal gaan, andere partijen zullen op een gegeven moment over de brug komen. We mogen wel verwachten dat Thunderbolt zeker in eerste instantie een technologie zal zijn die primair bij laptops wordt ingezet. De reden is simpel: alleen bij laptops zitten alle chips (CPU, eventuele losse GPU, chipset) op één printplaat. Alleen hier is het dus relatief eenvoudig om zowel het DisplayPort-signaal vanuit de GPU als een PCI-Express-signaal vanuit de chipset naar de Thunderbolt-controller te leiden. In een desktop is dat lastiger.

De enige manier waarop een Thunderbolt-uitbreidingskaart voor een desktop-PC zou kunnen werken, is wanneer het DisplayPort-signaal vanuit de videokaart via een externe kabel de kaart in wordt gevoerd. Dit is een weinig elegante oplossing, maar potentieel wel werkbaar. Het ligt meer voor de hand dat videokaartfabrikanten mettertijd Thunderbolt-controllers direct op hun kaarten zullen plaatsen, wanneer hier een duidelijke markt voor ontstaat.


De Thunderbolt-controller in een desktopsysteem? Dat kan nog even duren...

Conclusie

Moeten andere interfaces zich zorgen gaan maken nu Thunderbolt op de markt komt? DisplayPort sowieso niet: de nieuwe technologie is complementair aan DisplayPort en zelfs backwards compatible, wat zal betekenen dat de schermtechnologie er vermoedelijk zelfs eerder een impuls door krijgt. Wij zien Thunderbolt ook niet direct als bedreiging voor USB, aangezien de kosten altijd hoger zullen zijn. PCI-Express is nu eenmaal een complexer protocol dan USB. Wil je een USB-achtig-apparaat aansluiten op een Thunderbolt-connector, dan zal er in dat apparaat altijd een PCI-Express-naar-USB-controller moeten zitten, toch een extra kostenpost.

Een interface die we vermoedelijk wel langzaam ten dode kunnen gaan opschrijven is Firewire. Om twee redenen: allereerst wordt Firewire op dit moment nog voornamelijk gebruikt voor professionele audio/videoapparatuur en dat is juist een marktgebied waar Thunderbolt met zijn hoge doorvoersnelheid erg geschikt voor is. De belangrijkste reden is echter dat de enige echte actieve promotor van Firewire – Apple – nu juist het bedrijf is dat Thunderbolt in de markt zet.

Toekomst

Wat brengt de toekomst voor Thunderbolt? Intel heeft al aangegeven dat het de snelheid van Thunderbolt wil gaan opvoeren tot 100 Gigabit per seconde. Zeker wanneer meerdere apparaten doorgelust worden – en dus de facto de bandbreedte moeten verdelen – kan dat interessant zijn. Daarnaast blijft het bedrijf ook doorwerken aan de variant met optische bekabeling. Die maakt in theorie hogere snelheden mogelijk, maar ook langere kabellengtes. De huidige maximale lengte van drie meter zal voor sommige gebruiksdoelen immers zeker een beperking zijn. Wanneer 'Thunderbolt 2.0' op de markt komt is echter nog geheel niet bekend. Eerst zal de eerste versie van de standaard zich moeten gaan bewijzen.

0