Was ist Thunderbolt 4? Warum diese neue Schnittstelle bei PCs im Jahr 2021 von Bedeutung sein wird

Für alle, die in den letzten Jahren einen Mac-Laptop oder ein Windows-Notebook der Spitzenklasse verwendet haben, war Thunderbolt 3 wahrscheinlich auf ihrem Radar – und hat sie vielleicht am Kopf kratzen lassen, was es kann. Dieser Anschluss sieht aus wie einer der neuartigen, ovalen USB-Typ-C-Anschlüsse, aber er kann noch viel mehr: Er kann ein Videosignal mit dem DisplayPort-Protokoll übertragen, angeschlossene Geräte aufladen und Datenübertragungen mit Geschwindigkeiten ermöglichen, die über das hinausgehen, was einfach ist USB kann verwalten. (Siehe unseren Erklärer, Thunderbolt 3 vs. USB-C: Was ist der Unterschied?)

Die Geschichte der neuesten Version der Thunderbolt-Benutzeroberfläche – Thunderbolt 4 – beginnt jedoch mit einer Richtungsänderung. Intel hat das Thunderbolt 3-Protokoll für das kontrollierende Konsortium von USB (das USB-IF) zur gebührenfreien Nutzung bei der Entwicklung von USB4 der nächsten Generation geöffnet, das USB4-Geräten schnellere Geschwindigkeiten und Interoperabilität bietet. Tatsächlich sind die Schicksale und Richtungen der beiden neuen "4"-Spezifikationen miteinander verflochten. (Und ja, das USB-Team hat das Leerzeichen in „USB4“ weggelassen. Das ist kein Tippfehler.)

Dieser Schritt in Richtung Open Source bedeutete jedoch nicht, dass Intel die Entwicklung seiner traditionell proprietären Thunderbolt-Spezifikation einstellte. Intel hat Thunderbolt weiter vorangetrieben und Thunderbolt 4 vor einem Jahr auf der CES 2020 angekündigt, und neue PCs mit Thunderbolt 4, die auf Intels Core-Prozessoren der 11. Generation („Tiger Lake“) basieren, beginnen gerade jetzt mit der Markteinführung. Diese auf Tiger Lake basierenden Computer führen auch die USB4-Konnektivität ein, sodass es zwangsläufig einige Verwirrung geben wird, wenn Thunderbolt 4 und USB4 beide gleichzeitig ankommen … und manchmal an denselben tatsächlichen Ports .

Das Bild wird auch durch das Fehlen einer einzigen Schlagzeilen erregenden Funktion von Thunderbolt 4 durcheinander gebracht – wie zum Beispiel eine schnellere Höchstgeschwindigkeit als beim Vorgänger. Thunderbolt 4 ist kein Speedplay; es geht mehr um Mindestanforderungen als um Höchstgeschwindigkeiten. Um Ihnen dabei zu helfen, herauszufinden, wie sich Thunderbolt 4 von Thunderbolt 3 sowie von USB4 unterscheidet, haben wir eine kleine Einführung zum aktuellen Stand vorbereitet.

Thunderbolt: Ein bisschen Geschichte

Bevor wir uns mit den Einzelheiten des neuen Thunderbolt 4-Protokolls befassen, lassen Sie uns zunächst zurückgehen und erklären, was Thunderbolt ist und tut und wie wir dazu gekommen sind.

Thunderbolt wurde von Intel und Apple eingeführt und tauchte erstmals 2011 auf einem MacBook Pro auf. Die physische Form des Anschlusses war ein Mini-DisplayPort-Anschluss mit einem kleinen Blitzsymbol daneben. Es kombiniert DisplayPort- und PCI-Express-Technologien in einem einzigen Kabel, um hochauflösende Displays und Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungen mit einer Höchstgeschwindigkeit von 10 Gbit/s zu betreiben. Unter Verwendung desselben physischen Ports verdoppelte Thunderbolt 2 die Bandbreite auf 20 Gbit/s und fügte Unterstützung für DisplayPort 1.2 hinzu, wodurch die Schnittstelle die Möglichkeit erhielt, ein Videosignal an ein 4K-Display zu leiten.

Thunderbolt 3 verdoppelte die Datenrate erneut auf 40 Gbit/s. Eine weitere große Änderung: Thunderbolt 3 verwendete den Mini-DisplayPort-Anschluss nicht mehr als physische Schnittstelle, sondern ließ ihn zugunsten des USB-Typ-C-Anschlusses fallen, wobei die Technologie auf diesem Anschluss huckepack läuft, genauso wie Thunderbolt 1 und 2 auf Mini huckepack DisplayPort. Es hat auch bis zu 100 Watt Leistung über USB Power Delivery (USB PD) hinzugefügt, sodass Sie Ihren PC verwenden können, um Ihr Telefon und andere USB-Geräte aufzuladen – oder sogar einen Laptop über den Anschluss aufzuladen. Die Thunderbolt 3-Spezifikation führte auch Thunderbolt-Netzwerke mit 10-Gbit/s-Ethernet ein. Thunderbolt 3 bot genügend Videobandbreite, um eine breite Palette von Anwendungen zu ermöglichen, von Einkabel-Docks, die auch Ihre Geräte aufladen konnten, bis hin zu externen GPUs, um die Grafikfähigkeiten eines Laptops zu verbessern.

Thunderbolt 4 vs. Thunderbolt 3: Was ist der Unterschied?

Thunderbolt 4 bietet keine schlagzeilenträchtigen Verbesserungen gegenüber Thunderbolt 3. Oberflächlich betrachtet scheinen sich die beiden Protokolle sehr ähnlich zu sein. Beide verwenden den physischen USB-Typ-C-Anschluss. Beide bieten einen maximalen Durchsatz von 40 Gbit/s. Beide bieten mindestens 15 Watt und bis zu 100 Watt Ladeleistung. Und beide bieten Unterstützung für dieses 10-Gbit/s-Netzwerk.

Unter der Oberfläche hat Thunderbolt 4 jedoch eine Reihe bedeutender Vorteile. Für den Anfang verdoppelt es die Mindestvideo- und Datenanforderungen von Thunderbolt 3. Thunderbolt 4 unterstützt das Senden eines Videosignals an zwei 4K-Displays oder an ein 8K-Display, wobei Thunderbolt 3 nur ein einziges 4K-Display unterstützen muss. Und wo Thunderbolt 3-Systeme nur eine Datenrate von 16 Gbit/s über PCI Express unterstützen müssen, verdoppelt Thunderbolt 4 diese Anforderung auf 32 Gbit/s. Diese zusätzliche Bandbreite wird sicherlich von jedem gut genutzt, der regelmäßig riesige Dateien mit hochauflösenden Videos und anderen großen Datensätzen von Speicherlaufwerken zur Bearbeitung auf ihren PC überträgt.

Thunderbolt 4 wird auch zu leistungsfähigeren Peripheriegeräten führen. Sie sehen Thunderbolt 4-Docks und -Monitore mit vier Thunderbolt 4-Anschlüssen, höchstens das Doppelte der beiden Anschlüsse, die Sie auf Thunderbolt 3-Geräten finden. Neue dünne und leichte Laptops, die zum Aufladen weniger als 100 Watt benötigen, müssen an mindestens einem ihrer Thunderbolt 4-Anschlüsse USB-Typ-C-Aufladung bieten. Und wenn ein Thunderbolt 4-Laptop mit einem Thunderbolt 4-Dock verbunden ist, muss er über eine angeschlossene Tastatur oder Maus aus dem Energiesparmodus geweckt werden können. Thunderbolt 4-Kabel unterstützen auch einen Durchsatz von 40 Gbit/s bei einer Länge von bis zu zwei Metern, gegenüber dem Maximum von 0,5 Metern eines passiven Thunderbolt 3-Kabels.

Mit der Möglichkeit, bis zu sechs Thunderbolt-Geräte in Reihe zu schalten, haben Sie die Möglichkeit, mehrere Geräte anzuschließen, ohne dass jedes eine direkte Verbindung zu Ihrem Computer benötigt. In Kombination mit den größeren Lade- und Aufwachfunktionen von Thunderbolt 4 und längeren Kabeln haben Sie mehr Flexibilität bei der Einrichtung Ihres Arbeitsplatzes, um Ihr Büro weniger mit Kabeln zu überladen und Ihr Büroleben ein bisschen einfacher zu machen.

Thunderbolt 4 vs. USB4: Die Hauptunterschiede

Nun, in der Praxis ist es leicht, Thunderbolt 4 und USB4 zu verwechseln. Beide verwenden den USB-Typ-C-Anschluss. Beide bieten eine maximale Bandbreite von 40 Gbit/s. Sie werden beide mit Intels neuen „Tiger Lake“-Core-Prozessoren der 11. Generation eingeführt. Und Thunderbolt 4 unterstützt USB4, was bedeutet, dass Sie ein USB-Gerät an den Thunderbolt-Port Ihres Laptops anschließen können. Thunderbolt 4 ist auch abwärtskompatibel mit Thunderbolt 3. In beiden Fällen wird die Verbindung jedoch standardmäßig auf die langsameren Geschwindigkeiten von USB4 oder Thunderbolt 3 eingestellt.

Thunderbolt 4 ist im Grunde eine Garantie dafür, dass Sie die beste Version von USB4 erhalten. Während USB4 die gleiche Geschwindigkeit von 40 Gbit/s wie Thunderbolt 4 bietet, gibt es auch eine langsamere 20-Gbit/s-Version von USB4. Thunderbolt 4 garantiert außerdem, dass Sie mindestens ein Paar 4K-Displays betreiben und Daten mit bis zu 32 Gbit/s übertragen können. Mit USB4 wird Ihnen nur das Minimum für den Betrieb eines einzelnen Displays und eine Datenrate von 16 Gbit/s garantiert. Einem USB4-Hub fehlen auch die obligatorischen Lade- und Wake-from-Sleep-Anforderungen von Thunderbolt 4 sowie ein 10-Gbit / s-Netzwerk.

USB4 hat einen Vorteil gegenüber Thunderbolt 4: Logos, die informativer sind. Bei USB4 sollten Sie die Logos „USB 20 Gbps“ und „USB 40 Gbps“ neben den USB-Typ-C-Anschlüssen sehen, die angeben, mit welcher Variante von USB4 Sie es zu tun haben. Solche Besonderheiten bietet Intel mit seinen Thunderbolt-Logos leider nicht. Ein Thunderbolt-Logo ist ein Thunderbolt-Logo ist ein Blitz, und es ist nicht möglich, nur durch einen Blick auf die Seite Ihres Laptops oder das I/O-Panel Ihres Desktop-PCs zu erkennen, ob ein Anschluss Version 1, 2, 3 oder 4 von Thunderbolt ist. (Der Anschluss sagt Ihnen, ob es sich um Thunderbolt 1 oder 2 oder Thunderbolt 3 oder 4 handelt, aber das ist alles, was Sie auf den ersten Blick vermuten können.) Sie müssen Ihr Benutzerhandbuch oder Datenblatt konsultieren, um zu erfahren, welche Version von Thunderbolt ein Gerät bietet . (Einige Thunderbolt 4 -Kabel enthalten möglicherweise eine „4“ neben dem Thunderbolt 4-Logo, aber eine solche Besonderheit wird normalerweise nicht auf Laptops angeboten.)

Sicherheit gegen Thunderspy

Ein letzter Vorteil, den Thunderbolt 4 gegenüber Thunderbolt 3 bietet, ist eine bessere Sicherheit gegen Thunderspy-Angriffe. Bei einem solchen potenziellen Angriff kann ein Hacker Ihre Daten über Schwachstellen eines Thunderbolt-Ports stehlen. Ein solcher Angriff erfordert physischen Zugriff auf Ihr Gerät, dauert jedoch nur fünf Minuten und ist auch dann wirksam, wenn Ihr Laptop gesperrt oder im Ruhezustand ist oder Ihre Festplatte verschlüsselt ist.

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Ein Thunderspy-Angriff kann funktionieren, indem der PCI Express-Teil von Thunderbolt und sein direkter Speicherzugriff (DMA) genutzt werden, der die CPU umgeht, um einen schnellen Zugriff auf den Systemspeicher zu ermöglichen. Thunderbolt 4 erfordert Intels Virtualization Technology for Directed I/O (VT-d), die vor DMA-Angriffen schützt.

Funktionsweise: VT-d bietet DMA-Neuzuordnung, die einen Teil des Systemspeichers für ein angeschlossenes Gerät isoliert, sodass das Gerät andere Bereiche Ihres Speichers weder lesen noch beschreiben kann. Es schirmt im Grunde genommen einen Teil des Systemspeichers für ein Thunderbolt-Gerät ab, sodass es nicht auf andere Stellen im Speicher zugreifen kann, um beispielsweise den Passwortschutz Ihres Geräts zu überschreiben.

Sicherlich ist diese Schwachstelle für die meisten Leute eine sehr entfernte Bedrohung. Dies ist hauptsächlich ein Problem für Firmenlaptops, die viel unterwegs sein können, an ungesicherten Orten zurückgelassen werden und äußerst sensible Finanz- oder andere Geschäftsdaten enthalten.

Ankunft von Thunderbolt 4: Rolling Thunder

Thunderbolt 4-Laptops, die auf Intels „Tiger Lake“-Core-Prozessoren der 11. Generation basieren, beginnen erst jetzt mit der Markteinführung. Die ersten Tiger-Lake-Laptops mit Thunderbolt-4-Unterstützung haben wir im vergangenen Herbst in den neuesten Versionen des Asus ZenBook 13 (UX325EA) und des Dell XPS 13 (9310) gesehen. Weitere werden sicherlich folgen, aber nicht jeder Tiger-Lake-Laptop mit USB-C-Anschlüssen bietet Thunderbolt 4-Unterstützung. Schauen Sie sich die Datenblätter sowie das Thunderbolt-Logo genau an, denn ohne es starren Sie wahrscheinlich auf einen einfachen USB4-Anschluss, der Thunderbolt 3-Funktionen der vorherigen Generation bietet.

Apples neues M1 MacBook Air, MacBook Pro und Mac mini wurden gegen Ende des Jahres 2020 veröffentlicht, und obwohl diese neuen Systeme über USB4-Anschlüsse verfügen, bieten sie keine formelle Thunderbolt 4-Unterstützung (nur Thunderbolt 3). Es bleibt abzuwarten, wann der erste Mac mit Thunderbolt 4 kommt und ob er auf einem Mac mit Apples eigenem M1-Silizium oder einem Mac mit Intel Tiger Lake-CPUs erscheint.

Auf der peripheren Seite des Zauns kamen die allerersten Thunderbolt 4-Docks mit Ankündigungen auf der CES 2021 auf den Markt (siehe dieses Beispiel von Kensington und ein weiteres von OWC), während Hubs, externe Laufwerke, externe GPUs und Displays unmittelbar bevorzustehen scheinen . Sie können sicher sein, dass sie später in diesem Jahr eingeführt werden, wenn weitere PCs und Laptops mit Thunderbolt 4 auf den Markt kommen.