Thunderbolt: Tecnologia de Transmissão de Dados

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Thunderbolt
Em 2009, na Intel Developer Forum (IDF), é anunciado o Thunderbolt, que na época tinha o codinome Light Peak. Para demonstrar o Light Peak, a Intel utilizou um protótipo da placa lógica do Mac Book Pro para rodar dois fluxos de vídeo de 1080 px, um dispositivo de rede local e um de armazenamento, através de um único cabo óptico com 30 m de comprimento.
Em setembro 2010, os primeiros protótipos do Thunderbolt são apresentados pela Intel no Intel Developer Forum (IDF).
No inicio de fevereiro de 2011, surgem muitas especulações em relação a um novo padrão de transmissão de dados em computadores Apple, entre elas, que seria usado o Light Peak, mas não houve nenhuma confirmação.
Em fevereiro de 2011 a Apple lança o MacBook Pro, que no momento chamou muito a atenção, pois contava com uma nova tecnologia, o Thunderbolt. Tendo a Intel como desenvolvedora, esta nova tecnologia aproveitou dois recursos tecnológicos já existentes, o PCI Express e o DisplayPort. O PCI Express é muito utilizado para conexão de dispositivos internos, como placas de vídeo e placas Ethernet, enquanto o DisplayPort é utilizado para conexão de áudio e de vídeo.
Em junho de 2013 a Intel anunciou a próxima geração do Thunderbolt, com base no controlador com codinome Falcon Ridge. No momento foi anunciado que seu lançamento seria no final de 2013. A Apple anunciou, em junho de 2013, o Thunderbolt 2 em sua Conferência de Desenvolvimento WWDC, onde divulgou que seria utilizado no seu próximo Mac Book Pro. Lançamento do Thunderbolt 2 no MacBook Pro, em 22 de outubro de 2013.[10][11][12]
Cobre x Fibra óptica
O thunderbolt, que durante sua fase de desenvolvimento foi chamado de Light Peak, foi inicialmente projetado para ser utilizado com transmissão de fibra óptica (o que levou ao codinome Light Peak), pois esta tem alcance de até 100 m, e tem um potencial futuro de alcançar velocidades de transmissão de até 100 Gb/s. O cobre alcança 3 m de comprimento no máximo e, apesar de alcançar apenas 3 m, possui capacidade de transmitir energia elétrica, o que proporciona a dispositivos externos não ser necessário possuírem fonte de energia própria, pois podem utilizar a energia fornecida através do cabo de cobre, algo que não é possível através de fibra óptica.
Tecnologias Thunderbolt com utilização de fibra óptica consistem de um chip controlador e de um módulo óptico, os quais são incluídos em plataformas que suportam esta tecnologia. O módulo óptico tem por função converter energia elétrica em luz, através de lasers em miniatura (VCSELs) e fotodetectores. É possível, através do chip controlador, fornecer um protocolo de comutação para suportar múltiplos protocolos sobre um único cabo. Um link de comunicação óptica consiste basicamente em três blocos principais, fibra óptica, fontes de luz e detectores de luz.
Devido ao elevado custo da fibra óptica, da elevada complexidade para o manuseio da fibra e da não capacidade da fibra de fornecer energia elétrica a dispositivos externos, a fibra não ganhou tanto destaque, embora ainda utilizada em conexões entre dispositivos que possuam fonte de alimentação exclusiva e sem necessidade de serem alimentados por cabo.
O cobre passou a ganhar mais destaque, embora possuindo menor alcance, por permitir transmissão de energia a dispositivos externos, por possuir um custo muito baixo e pela baixa complexidade de manuseio. O cobre só alcança 3 m por que a partir dai sofre com interferência eletromagnética, a qual são ruídos que interferem na transmissão de informação.[13][14]
Thunderbolt 1
A conexão Thunderbolt 1 é similar ao Mini DisplayPort, sendo que possui, dois canais separados onde cada canal suporta 10 Gb/s de transferência, um canal é para envio de dados enquanto o outro é para recebimento de dados. O Thunderbolt 1 suporta PCI Express 2.0 e PCI Express 2.0 4×, também suporta DisplayPort 1.0 até versão 1.1a. O Thunderbolt 1 foi lançado em fevereiro de 2011, quando a Apple lançou o MacBook Pro.[15]
Thunderbolt 2
Em nível físico, as conexões Thunderbolt 1 e 2 são idênticas, porém ao nível lógico, a segunda geração da tecnologia permite agregação de canal, onde os dois canais de 10 Gb/s que eram separados podem agora ser combinados em um canal lógico simples de 20 Gb/s. A Intel afirma que este protocolo será capaz de transferir um vídeo de qualidade 4K. Thunderbolt 2 incorpora o suporte ao DisplayPort 1.2, que permite streaming de vídeo 4K a um simples monitor ou dois monitores QHD, e é retro-compatível com os cabos e conectores Thunderbolt.[16] O primeiro produto para o mercado que incorpora esta tecnologia é uma placa-mãe ASUS, anunciada em 19 de agosto de 2013.[17]
Futuro do Thunderbolt
Muitas especulações já surgiram em relação a qual seria a próxima especificação do Thunderbolt, muitos sites especializados apostam em uma especificação onde o controlador seja o Alpine Ridge, com velocidade de transferência de 40 Gb/s, com largura de banda de duas vezes. Também se especula suporte a PCI Express 3.0, e suporte ao HDMI 2.0 (permitindo resoluções 4K a 60 Hz). Fala-se em redução de 50% do consumo de energia e capacidade de fornecer 100 W de energia. Este "próximo" Thunderbolt é esperado para estrelar junto ao chipset Intel Skylake, o qual tem previsão de lançamento só para 2015. Todos estes fatos são apenas especulações, não confirmadas, mas que apresentam uma das inúmeras possibilidades para esta tecnologia que tanto vem sendo discutida.[18][19]
Camada física
Os conectores Thunderbolt são fisicamente similares aos conectores Mini DisplayPort (concorrentes diretos dos conectores HDMI). A interface Thunderbolt suporta as saídas de DVI, HDMI, DisplayPort e VGA através de adaptadores. A Intel, principal desenvolvedora dessa interface, iniciou sua produção com cabos feitos de fibra óptica (por conta disso por um tempo ela deu o nome de Light Peak a ele) podendo chegar até 100 m de comprimento, porém, devido à complexidade de manuseio bem como seu custo, ela acabou tendo que fazer uso do bom e velho conhecido cobre que, na média, pode chegar até 3 m de comprimento. Mesmo assim, a empresa ainda cogita no futuro fazer uso da fibra, que além de permitir maiores extensões aos cabos, pode alcançar taxas de até 100 Gb/s. O mesmo conector é usado tanto para cabos elétricos como para cabos ópticos. Os cabos elétricos podem ter até 3 m de comprimento, já os ópticos podem ter dezenas de metros.
Esse padrão ainda possibilita conexão com até seis dispositivos, funcionando em cadeia um conectado ao outro, atentando para o fato de que dois desses podem atuar no DisplayPort, uma boa notícia para quem deseja a conexão entre vários monitores. Em um exemplo dado pela própria Intel, é possível conectar um HD externo a um monitor e este a um notebook. Os dados do HD podem então serem acessados pelo laptop. É bom saber que na hora de fazer a conexão entre vários dispositivos se o primeiro for de uma tecnologia que opera com taxas muito inferiores, pode influenciar no desempenho dos demais, sendo então aconselhável colocá-lo no final da cadeia.
A documentação da Intel cita que cada porta possui 2 canais full-duplex e que cada canal pode transmitir até 10 Gb/s em ambas as direções. O conector tem 4 pares de sinais diferenciais e como isso se traduz em uma capacidade full-duplex de 10 Gb/s não está muito claro, pois isso requereria essa velocidade em cada par. A Intel documenta que a codificação 8b/10b encoding é utilizada, tal como na PCI Express 2.0 operando em 5 GHz, e não como a PCI Express 3.0 que opera a 8 Gb/s com a codificação 128b/130b, porém esse assunto ainda merece esclarecimentos adicionais.
Interessante é notar que o gerenciamento da porta Thunderbolt é feito por um pequeno chip controlador, fazendo com que a tecnologia não seja diretamente dependente de um chipset ou mesmo do processador para funcionar. No que se refere à alimentação elétrica, cada porta Thunderbolt pode oferecer 10 W de potência, com o fornecimento de energia sendo feito pelo mesmo cabo utilizado para dados.[20]
Camada de transporte
A interfaceThunderbolt tem uma camada de transporte por pacotes com suporte a Qualidade de serviço (telecomunicações). Ela pode multiplexar o tráfego da PCI Express e da interface DisplayPort no mesmo link. Os protocolos DisplayPort e PCI Express são mapeados para a camada de transporte, sendo que este mapeamento tem função exercida por um adaptador de protocolo, o qual está responsável por encapsular eficientemente as informações mapeadas de pacotes de protocolo da camada de transporte. Quando mapeados os pacotes do protocolo entre a fonte e o destino, estes podem ser enviados através de um caminho que pode passar por vários controladores. No dispositivo de destino o adaptador de protocolo recria o protocolo mapeado no seu formato nativo.[21]
Com o seu protocolo de tempo, é possível que os dispositivos se sincronizem em 8 ns.
Segundo a Apple, "Com a nova porta Thunderbolt você encadeia até seis dispositivos, incluindo sua tela, compondo uma estação de trabalho do mais alto nível."