Thunderbolt 4: Intels Donnerkeil macht mehr Funktionen zur Pflicht

Rund zehn Jahre nach ersten Schritten unter dem Namen Light Peak geht Intels Thunderbolt-Schnittstelle in die inzwischen vierte Generation. Mit Thunderbolt 4 geht die Idee einer universellen Schnittstelle mit hoher Geschwindigkeit noch ein Stück weiter und macht mehr Funktionen zur Pflicht.

Vorgeschichte: Aus Light Peak wurde Thunderbolt

Zunächst war das Schnittstellen-Protokoll, das PCI Express und DisplayPort in sich vereint, unter dem Codenamen Light Peak als optische Verbindungstechnik angedacht. Doch erfolgte das Debüt Anfang 2011 mit Kupferkabeln und dem Produktnamen Thunderbolt. Das erste Produkt mit Thunderbolt war das damalige MacBook Pro von Apple.

Auf Thunderbolt 1 mit einer Transferrate von 10 Gbit/s folgte im Jahr 2013 Thunderbolt 2 mit 20 Gbit/s. Im Jahr 2015 wurde Thunderbolt 3 mit nochmals verdoppelter Datenrate von 40 Gbit/s sowie neuer Mechanik in Form des USB-C-Steckers vorgestellt. Damit die ein Nischendasein fristende Schnittstelle eine höhere Verbreitung erfährt, hatte Intel später die Spezifikationen des Thunderbolt-Protokolls „unter einer nicht exklusiven, gebührenfreien Lizenz“ der Branche zur Verfügung gestellt, was auch den Weg für das letztes Jahr vorgestellte USB4 auf Basis von Thunderbolt 3 ebnete.

Thunderbolt 4 stellt höhere Anforderungen

Mit Thunderbolt 4 bleiben die Datenrate von 40 Gbit/s und der USB-C-Stecker unverändert, dennoch gibt es diverse Neuerungen, die vor allem die Mindestanforderungen zur Zertifizierung von Geräten und Zubehör betreffen. Gegenüber Thunderbolt 3 müssen für Thunderbolt 4 zertifizierte Computer nun mindestens zwei Displays mit 4K-UHD-Auflösung respektive ein 8K-UHD-Display unterstützen.

Auch die Mindestanforderung zur Datenübertragung über PCI Express wurde gegenüber dem Vorgänger verdoppelt und beträgt nun 32 Gbit/s, was PCIe 3.0 x4 entspricht und externe Datenträger nach Abzug des Protokoll-Overheads mit bis zu ~3.000 MB/s anbinden soll. Bisherige Thunderbolt-3-SSDs wie zum Beispiel die Samsung Portable X5 haben gezeigt, dass eher 2.800 MB/s das Maximum darstellen. Computer, die für externe Datenträger nur 16 Gbit/s bereitstellen, erfüllen die Anforderung für eine Zertifizierung für Thunderbolt 4 nicht.

USB4 immer im vollen Umfang geboten

Wie schon im Vorfeld bekannt wurde, sind alle Features von USB4 fester Bestandteil von Thunderbolt 4 und müssen immer zur Verfügung stehen. Die Datenrate von 40 Gbit/s ist bei Thunderbolt 4 somit Pflicht, während USB4-Geräte auch nur 20 Gbit/s unterstützen dürfen und 40 Gbit/s somit optional sind. Ein USB4-Endgerät funktioniert demnach immer vollumfänglich am Thunderbolt-4-Port, ein Thunderbolt-4-Endgerät aber nicht vollumfänglich am reinen USB-Port. Laut Intel ist Thunderbolt 4 vollständig zu älteren Thunderbolt- und USB-Generationen kompatibel.

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Bis zu vier Thunderbolt-Ports und längere Kabel

Zu den neu eingeführten Richtlinien für Computer gehört außerdem die Anforderung, dass mindestens ein Anschluss eine Ladefunktion für Notebooks mit weniger als 100 Watt bietet. Die minimal erforderliche Stromversorgung über den Thunderbolt-Port liegt erneut bei 15 Watt. Zubehör wie Dockingstationen sollen jetzt mit bis zu vier Thunderbolt-Ports ausgestattet sein, während es zuvor bis zu zwei Anschlüsse waren.

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Das automatische Aufwachen (Wake from Sleep) daran angeschlossener Computer aus dem Ruhezustand durch Aktivierung von Maus oder Tastatur muss mit Thunderbolt 4 zudem immer unterstützt werden. Kabel müssen im Gegensatz zu teils sehr unterschiedlichen USB-Kabeln bei Thunderbolt 4 immer die volle Geschwindigkeit und alle Funktionen unterstützen. Bisher war eine maximale Länge von 80 Zentimetern für Thunderbolt-Kabel vorgesehen, mit Thunderbolt 4 steigt diese auf 2 Meter. Für später werden zwar Längen im Bereich von 5 bis 50 Metern anvisiert, doch bleibt dieses Ziel zunächst Zukunftsmusik ohne konkreten Zeitplan. Die neuen Kabel sind anhand einer „4“ unterhalb des Blitz-Logos am Stecker erkennbar.

Schutz vor physischen DMA-Attacken

Das Thema Sicherheit ist gerade für Intel durch die zahlreichen Sicherheitslecks in Prozessoren des Unternehmens wichtiger denn je geworden. Und somit führt Intel mit Thunderbolt 4 einen Schutz vor unbefugtem Zugriff auf den Arbeitsspeicher des Host-Systems ein, der also physische DMA-Angriffe (Direct Memory Access) verhindern soll. Der DMA-Schutz basiert auf der Intel Virtualization Technology for Directed I/O (VT-d), die inzwischen von Windows 10 (ab Version 1803), macOS (ab Version 10.8.2) und Linux (ab Kernel 4.21) unterstützt wird.

Die Neuerungen von Thunderbolt 4 im Überblick

	Thunderbolt 4	Thunderbolt 3	USB4	USB 3/DP
Ein universelles 2-m-Kabel	✓	–	–	–
Zubehör mit 4 Thunderbolt-Ports	✓	–	–	–
Mindestanforderung Geschwindigkeit	40 Gbit/s	40 Gbit/s	20 Gbit/s	10 Gbit/s
Mindestanforderung Video	zwei 4K-Displays	ein 4K-Display	ein Display	ein Display
Mindestanforderung Daten	PCIe 32 Gbit/s USB 3.2 10 Gbit/s	PCIe 16 Gbit/s USB 3.2 10 Gbit/s	USB 3.2 10 Gbit/s	USB 3.2 5 Gbit/s
Computer Laden/Aufwachen vorausgesetzt	✓	–	–	–
Stromversorgung am Port (Minimum)	15 Watt	15 Watt	7,5 Watt	4,5 Watt
Thunderbolt-Netzwerk	✓	✓	–	–
Zertifizierungspflicht für alle Computer, Kabel und Zubehör	✓	✓	–	–
Qualitätsprüfung für Kabelhersteller	✓	✓	–	–
DMA-Schutz erforderlich	✓	–	–	–
USB4 Spezifikation	konform	kompatibel	konform	kompatibel

Produkte mit Thunderbolt 4 noch 2020

Noch im Laufe des Jahres sollen erste Endgeräte mit Thunderbolt 4 verfügbar werden, zu denen etwa Notebooks zählen, die nach den Richtlinien für Intels „Project Athena“ verifiziert wurden. Computer-Hersteller können die neue Version der Schnittstelle mit Hilfe der Thunderbolt-4-Controller JHL8540 und JHL8340 einsetzen, für die Gerätesteuerung von Zubehör ist der Controller JHL8440 vorgesehen.

Intel will die eigenen Steuereinheiten „später in diesem Jahr“ ausliefern, was auf verfügbare Produkte eher zum Jahresende hinweist. Im gleichen Zeitraum werden die neuen Mobilprozessoren der Serie Intel Tiger Lake erwartet, bei denen Thunderbolt 4 direkt integriert sein soll. Ein bereits vorgestelltes Beispiel für ein Notebook mit Intel Tiger Lake und Thunderbolt 4 ist die Neuauflage des Acer Swift 5, das im vierten Quartal ab 1.099 Euro erscheinen soll.

Da die Spezifikationen nicht mehr Intel-exklusiv sind, sind auch Controller anderer Hersteller wie Cypress mit Thunderbolt 4 zu erwarten.

ComputerBase hat Informationen zu diesem Artikel von Intel unter NDA erhalten. Die einzige Vorgabe war der frühestmögliche Veröffentlichungszeitpunkt.