Come funziona Thunderbolt

Come funziona Thunderbolt

L'interfaccia Thunderbolt è impressionante dal punto di vista della progettazione, e il suo cuore è costituito dai chip all'interno del controller. Ci sono differenze rilevanti tra i vari modelli, ma il design centrale è sempre lo stesso.

L'Intel Light Ridge è un buon esempio. Sul PC il controller sarà sempre in modalità host, collegato a un'interfaccia PCIe x4 collegata al chipset o direttamente alla CPU, e fornirà una o due connessioni DisplayPort in base al resto dell'hardware presente.

Dentro al chip Thunderbolt c'è uno switch PCI e molti motori DMA che insieme costituiscono la NHI (Native Host Interface). Lo switch PCI permette il collegamento di dispositivi in downstream, mentre la NHI serve per i protocolli software e il rilevamento di dispositivi (Plug and Play). Lo switch Thunderbolt unisce gli input DisplayPort e PCIe in una sola connessione; bisogna ricordare che ogni porta Thunderbolt ha bisogno di due canali, uno per le operazioni I/O dei dispositivi e un altro per il segnale video. Nel caso del controller Light Ridge, abbiamo quattro canali che generano due porte.

In un collegamento a cascata di schermi o dispositivi, il chip del controller Thunderbolt fornisce un link PCIe 2.0 x4, ma Intel offre un'ampia flessibilità per collegare molti dispositivi. Se ne abbiamo quattro collegati, per esempio, è possibile impostare il controller per gestire quattro linee PCIe  x1 separate. Secondo Intel il controller Cactus Ridge (2C e 4C) si può configurare come segue:

Nella maggior parte dei casi si useranno le connessioni più semplici, ma è un bene che sia possibile gestire più dispositivi con un solo controller.

Il Thunderbolt Display da 27 pollici di Apple è un buon esempio di come un solo controller Thunderbolt possa gestire più dispositivi; lo schermo infatti include un hub USB con 4 porte, una FireWire 800, una Gigabit Ethernet e una videocamera. Ognuno dei quali richiede un'interfaccia al controller Light Ridge.

Lo switch PCI interno del controller Thunderbolt quindi si fa letteralmente in quattro per servire tutti i dispositivi collegati adeguatamente, ognuno servito da una linea PCI x1. È importante sottolineare che questa situazione a quattro linee non penalizza il segnale video dello schermo e viceversa.

I controller all'interno dei dispositivi più in basso nella cascata si possono a loro volta configurare come switch oppure endpoint, e per questo è possibile collegare due Thunderbolt Display a un iMac per un totale di tre schermi. Il collegamento PCI Express sull'host a questo punto è limitato a una sola interfaccia x4 in versione 2.0, ma ciò non influenza ciò che accade lungo la catena.

Nella sua forma attuale Thunderbolt funziona come un sistema incentrato e gestito da un host, simile al protocollo USB. Ciò significa che i dispositivi collegati sono tutti indirizzati sulla porta PCI interna allo switch, e provengono dal dispositivo Thunderbolt precedente. Il risultato è che il primo dispositivo collegato sarà quello con la latenza minore.

Anche la topologia del PCI Express influenza la latenza. Per esempio, un dispositivo di archiviazione collegato a un PC desktop potrebbe avere la precedenza su una scheda di memoria. Si potrebbe pensare che Thunderbolt funzioni allo stesso modo, perché usa segnali PCIe; visto che i dispositivi sono collegati in cascata, la gestione dei segnali dello switch del controller causerà del throttling se tutti i dispositivi sono attivi nello stesso momento.

Un difetto nell'amministrazione a livello di dispositivo è effettivamente lo spreco di banda generato da una gestione inefficace. Questo è potenzialmente un problema per Thunderbolt, perché lo switch PCI del controller precedente gestisce il flusso d'informazioni. In linea di principio è possibile arginare il problema con la mappatura PCI diretta (vedi figura).

Con tale metodo il segnale passerebbe dai vari controller e relativi switch bypassando del tutto gli ostacoli del PCI; si finirebbe per imporre una negoziazione maggiore sul primo switch PCI, ma con un maggiore controllo sull'allocazione di banda e risorse. Nella sua forma attuale il firmware di Thunderbolt, sviluppato da Intel ed Apple, non sfrutta tuttavia la mappatura diretta. Tale possibilità è comunque compatibile con lo standard Apple, e potrebbe comparire prima o poi.