Thunderbolt(인터페이스)

단순하게 생각하자면 ePCI-Express + DisplayPort.

1 개요

10Gbps의 엄청난 전송 속도[1]를 낼수 있는 차세대 인터페이스. 인텔과 더불어 애플에서 협력하여 개발했다. 코드명은 Light Peak. 최초 공개는 2009년 인텔 개발자 포럼에서 이루어졌는데, 이 당시에는 USB 포트를 약간 개조시켜서 광케이블을 연결하는 방식이었다. 하지만 USB-IF[2]에서는 USB가 멋대로 변형되는 것을 반대하였고, 결국 디스플레이 포트를 사용하는 것으로 변경되었다. 또한 데모에서 사용된 광케이블은 가격상 문제로 구리선을 도입하는 것으로 변경되었다. 10년 내에 10배인 100Gbps 속도로 뛰어버릴수 있다고 주장하고 있다. 2015년 발표된 썬더볼트 3의 전송 속도는 40Gbps다.

썬더볼트의 또 다른 장점으로는 10Gbps의 대역폭을 활용해 무궁무진한 응용이 가능하다는 점인데 대표적인 예가 벨킨의 썬더볼트 익스프레스 독이다. 이 독과 맥은 하나의 썬더볼트 케이블로 연결되지만 익스프레스 독은 기가비트 유선랜, IEEE1394, USB 3.0, 오디오 입출력을 포함하고 있어 1 썬더볼트 = USB 3.0 x 3, 기가비트 유선랜 x 1, IEEE1394 x 1, 오디오 입/출력 x 각 1, 썬더볼트 x 1의 효과가 있다. 그런데 USB 3.0의 대역폭이 전체 대역폭의 절반(2.5Gbps)밖에 안 나온다는 것은 함정 따라서 USB 3.0을 지원하지 않는 2011년식 맥들도 이 독을 연결하면 USB 3.0을 쓸 수 있으며 확장성이 부족한 맥북 에어나 맥북 프로 레티나도 데스크탑 맥에 버금가는 확장성을 갖게 된다. 단, 독 주제에 가격이 20~30만원 한다. USB의 속도가 불만이라면 개선된 벨킨 썬더볼트 2 익스프레스 독 HD를 사자.

썬더볼트 자체는 데이지 체인 방식으로 네트워크가 구성되며, 한 포트에 최대 6개까지의 기기가 연결 가능하다[3]. 어차피 보급된 SATA3 기반 SSD의 최대 대역폭이 6Gbps인데다 HDD는 1~2Gbps에 머물고 있어 사실 RAID 또는 데이지 체인이 아니면 대역폭을 다 써먹지도 못한다. 또한 별도 호스트가 없으므로 기기간 지연시간이 근소하게 짧은 장점과[4] 각 장치가 모두 전원이 켜져 있어야 한다는 단점을 공유한다. 즉 특정 기기만 사용하지 않으려면 전원을 내리는 것이 아닌 선을 바꿔껴야 한다.

전술한 이유로 고속 범용 버스의 대역폭을 모두 활용하기 위해서는 RAID 혹은 데이지 체인이 필수적이다. 즉 대용량의 라이브러리를 자주 불러와야 하는 창작 계열[5]에서 종사하는 전문가에게는 유용한 반면 일반 사용자에게는 그다지 중요하지 않은 기능이며, 따라서 실제로는 저렴하게 보급된 USB 3.0에 비해 큰 장점이 없게 된다. 즉 고성능의 규격이나 가격이 비싸고, 이 가격을 감수할 메리트가 일반인에게는 그다지 없다는 의미. 이것은 썬더볼트의 보급화에 큰 걸림돌이 되고 있다.

1.1 보급

앞에서 설명한 이유로 인해 현재 썬더볼트는 그다지 자주 쓰이지 않는다. 다만 아직은 썬더볼트의 보급화가 현재진행형이기에 앞으로 상황은 바뀔 수도 있다. 디스크 저장장치를 제외하면 아무래도 애플이 힘있게 밀고 있다 보니 Avid 같은 곳에서 Pro Tools 용으로 출시하는 장비나, Universal Audio, Focuslite 같은 전문 음향장비, 오디오 인터페이스 출시 업체 같은 곳에서 채용하고 있는 것을 볼 수 있다. IEEE1394가 장비 제조업체 입장에서는 결국 USB 대비 비싼 칩셋 값과 이런 저런 어른의 사정 때문에 전문가용 장비 위주로만 살아남은 역사와 현재 업체들의 움직임을 볼 때, 일반 사용자용 주변기기는 보통 USB 3.0 으로 가고, 전문가용 장비와 애플용 주변기기만 썬더볼트로 가는 모습이 재현될 가능성이 높아 보인다. 그러나, 당시엔 USB 1.1->2.0의 전환이 매우 늦었고, 2.0의 발매와 동시에 FireWire가 사장되기 시작했던 점을 생각해보면, USB의 대역폭 추격속도가 꽤 빠른지라 시장의 추이가 똑같지는 않을 확률이 높다. 그리고 USB 3.1이 그리고 2016년 기준으로 썬더볼트 3이 USB C 타입으로 됨에 따라 차세대 단자는 모두 UBS C로 바뀔걸로 보이며 호환성 문제는 해결되었다. 단지 USB 3.0에서 C타입으로 가는 시간이 얼마나 걸리냐가 제일 관건이다.

2 Thunderbolt 1

2011년 2월 24일 인텔의 발표와 동시에 애플에서 선더볼트를 탑재한 맥북 프로를 세계 최초로 발매했다. 선더볼트의 디스플레이포트 신호를 이용하여 외장 모니터[6]에 꽂도록 되어 있으며, 이를 위해서 기존 디스플레이포트 커넥터와 호환되는 커넥터를 사용한다.

2011년 2월 25일에 발표된 MacBook Pro (Early 2011)에 처음으로 탑재되었으며, 이후 2011년 5월 4일에는 Thunderbolt를 탑재한 iMac (Mid 2011)이, 2011년 7월 21일에는 Thunderbolt를 탑재한 MacBook Air (Mid 2011), Apple Thunderbolt Display, Mac mini (Mid 2011)가 발표되었다.


선더볼트 기술을 이용하면 풀HD급 고화질 영화를 30초 이내에 전송할 수 있으며, 1년 내내 들을 수 있는 분량의 MP3 음악을 10분만에 전송 가능하다고 인텔 측은 말하고 있다. 물론 FIrewire나 SCSI처럼 데이지 체인이 가능하여 PC 본체의 하나의 포트에 선더볼트 기기를 연결한 다음 다시 그 기기에 다른 선더볼트 기기를 연결하는 식으로 사용할 수 있다.[7] 그리고 일반 구리 케이블과 더불어 향후 광케이블의 사용을 염두에 두고 개발되었다.

또한 PCI 익스프레스를 이용하여 노트북을 밖에서는 저전력 내장그래픽으로 이용하고 안에서는 외장형 그래픽카드를 연결하여 이용하는 식의 활용도 가능..은 하나 대역폭의 문제로 사실상 이용하고 있는 제품은 극히 드물다. 유일하게 이 컨셉을 활용한 제품은 소니 바이오 Z시리즈의 파워 미디어 독이 있었는데, 독특하게 이 제품은 인텔 데모의 USB/Light Peak를 도입한 유일한 제품이며 AMD Radeon 7670M 1GB을 탑재하고 있었다. 하지만 실 성능이 대역폭이 PCIe 2.1 x4로 제한되어 2GB/s 정도의 전송량 밖에 없던데다가, Radeon HD 7670M자체가 현세대 인텔 내장그래픽 수준이었기에 본격적인 그래픽 용도로 활용하기엔 무리가 있었다. 다만 필요에 의해서 구매해서 사용하는 서드파티 악세사리로는 간간히 외장 그래픽 독을 판매하는 업체들이 있지만 사용법이 다소 복잡하고 성능저하가 크다. [8]

2011년까지는 극히 제한적으로 주변기기가 발매되어 Promise의 RAID 솔루션이나 Lacie의 외장형 하드디스크 및 SSD 등이 발매된 상태에나 최소 700달러가 넘는 무지막지한 가격에 맥사용자들은 현기증 난단 말이에요를 외치고 있었으나, 드디어 2012년 초 시게이트에서 자사의 GoFlex 외장하드디스크 시리즈를 위한 Thunderbolt 업그레이드 모듈을 발매했다. 기존의 GoFlex 제품에 장착하는 어댑터이며그 어댑터에 내장형 하드디스크도 그냥 장착할 수 있다는 것은 비밀가격은 99.99달러인데, 케이블은 따로 59,000원에 사야한다! 야! 신난다~

그래도, 기존 선더볼트 제품에 비하면 눈물나게 저렴한 가격이라 많은 맥사용자들이 입맛을 다시고 있는데, 리뷰에 의하면 같은 GoFlex 제품에서 비교했을 때 Firewire 800 어댑터의 속도가 USB 2.0 어댑터에 비해 약 두 배 빠르지만, 선더볼트는 Firewire 800에 비해 그만큼 빠르지는 않다고 한다.[9] [10]

3 Thunderbolt 2

2013년 6월에 인텔이 코드명 Falcon Ridge를 발표하였다. 2개의 10Gbps 채널을 합쳐 전송속도 20Gbps를 달성하였다. 다만 채널이 합쳐지면서 양방향 완전통신이 아닌 단방향 통신이 되었다.[11][12] 이는 썬더볼트 2로 명명되었으며 썬더볼트 1과 완벽히 호환이 된다고. 같은 시기 WWDC에서 애플은 신형 맥 프로에 썬더볼트 2가 적용될 것이라 밝혔고, 2013년 10월에 맥북 프로 레티나 디스플레이 제품군에 장착되었다.

2013년 4/4분기부터 고가 메인보드(Z87)의 대부분에 썬더볼트2 포트가 탑재되기 시작해서[13] 일단 단자 자체는 확산되는 추세에 있다. 인텔이 어느정도 칩셋 가격을 현실화하기 시작한 반증으로 보이는데, 우선 단자 규격이 확산되어야 지원하는 외장 기기가 나오는 만큼 이러한 추세 자체는 의미가 있다고 본다. 근데 PC시장 자체가 침체기인지라 잘 안 팔린다고... 안습.

4 Thunderbolt 3

2015년 6월 중화민국에서 열린 컴퓨텍스에서 인텔이 새로운 썬더볼트 3(코드명 Alpine Ridge) 규격을 공개했다. 기존 썬더볼트 2 전송 속도의 두 배인 최대 40Gbps에 달하는 전송 속도와 최대 두 개의 4K 디스플레이 혹은 한 개의 5K 디스플레이를 연결할 수 있는 확장성, 그리고 최대 100W의 전력 공급 능력을 갖추고 있다. 여담으로 많은 노트북 유저들의 꿈이었던 외장 그래픽 카드가 제한된 대역폭에서 재현하기 위해 지나치게 많은 비용이 들었던 문제가 거의 해결되었다고. PCIe x4보다 높은 40Gbps의 대역폭이 확보되어 실제 컴퓨터에 장착했을 때 대비 GTX 980 기준으로 5% 내외의 성능 차이만 발생한다는 것이다.[14] 덕분에 독자 규격을 이용한 에일리언웨어를 제외하면 대부분의 제조사에서 컨셉 제품만 만들어졌던 외장 그래픽 카드의 출시 일정이 속속 발표되는 중.

또한 단자는 Mini DP에서 USB 3.1 Type C로 변경되었다. USB-IF에서 USB-C 타입 단자로부터 USB 외의 다른 입출력 규격을 추가적으로 지원할 수 있도록 허용했기에 가능한 일이다. 과거 맥북 프로를 몇 년이나 쓰면서 일반 사용자에게 쓸모없는 단자 취급 받는 경우가 심심찮던 과거를 생각해보면 썬더볼트3 단자가 USB 하위 호환을 지원한다는 것은 보급에 애를 먹고 있는 썬더볼트 진영에 큰 호재가 아닐 수 없다.

델에서 썬더볼트 3을 탑재한 신형 XPS를 출시했다. DELL의 설명에 따르면 다음과 같다.

Thunderbolt 3은 Dell 어댑터(별도 판매)를 통해 전원 입력/충전, PowerShare, Thunderbolt 3(양방향 40Gbps), USB 3.1 2세대(10Gbps), VGA, HDMI, 이더넷 및 USB-A를 지원합니다.

HP에서 썬더볼트 3을 탑재한 신형 스펙터를 출시했다. HP의 설명에 따르면 다음과 같다.

The three multi-use USB Type-C™ ports all support charging, high-speed data transfer, and external displays. Two offer Thunderbolt™ data transfer with speeds of up to 40gbs, up to 8x faster than USB 3.0.

추가적인 진행상황이 발표 되었는데 그 중 제품 당 인증 비용이 약 1천만엔이라고 밝혔다.

Razer는 CES 2016에서 썬더볼트 3를 통해 노트북이 데스크톱 그래픽카드와 연결하여 성능을 끌어다 쓸 수 있는 솔루션을 공개하였으며 직후 순차적으로 발매에 들어갔다. 자세한 항목은 Razer Blade#s-3.3 참고.

그리고 GTX10 시리즈가 M자를 붙이지 않고 그대로 노트북에 들어감으로써 NVIDIA 한정 효용성이 떨어졌다.
  1. ↑ 거기에 듀얼채널. 즉, 이론적으로는 10Gbps로 수신과 송신이 동시에 가능하다. 참고로 컴퓨터 파일의 크기는 바이트 단위로 계산하므로 실제 전송속도는 이 수치를 8로 나누어 초당 약 1,200MB 정도에 해당하는 것으로 볼 수 있다.
  2. ↑ USB Implementers Forum: USB의 표준을 정하는 협회
  3. ↑ Apple Thunderbolt Display에서 듀얼 모니터를 구성할 경우, 데이지 체인 형태로 케이블이 연결된다
  4. ↑ USB도 1.1->2.0->3.0으로 올라가면서 버스 동작 속도가 올라가서 3.0급 되면 차이가 0.3ms정도로 정말 근소하다.
  5. ↑ 음악, 영상 또는 사진 등.
  6. ↑ 애플의 썬더볼트 디스플레이의 경우, 선더볼트 케이블의 연결만으로 화면 출력과 모니터에 장착된 USB, 유선랜, FIrewire 등의 확장단자 연결을 한번에 할 수 있도록 되어 있다. 가격 빼곤 완벽하다.
  7. ↑ USB와 달리 별도의 허브가 필요없다는 것이다. Firewire(IEEE1394)처럼.
  8. ↑ 대역폭 자체로 인한 성능저하 자체는 수% 수준이지만 문제는 외부 디스플레이로 출력하는 것이 아닌 경우 보통 옵티머스를 이용해 노트북의 디스플레이로 뿌려내야 하는데 하드웨어적으로 MUX로 전환하는 노트북과 달리 외장 GPU의 연산 결과를 내장 GPU가 사용하는 메모리로 복사하기 때문에 성능저하가 20% 이상 발생한다. 즉 노트북에서 외장 그래픽 카드를 사용하는 것은 포기하면 편해
  9. ↑ macworld 리뷰 이는 선더볼트의 문제가 아니라 GoFlex 외장하드디스크에 내장된 하드디스크의 성능한계에 기인한 병목현상이다. 많이 사용하는 3.5인치 7200rpm의 하드디스크의 경우 속도는 기껏해야 1Gbps 정도 밖에 안된다. 1.5Gbps인 SATA1 에서도 속도를 다 사용하지 못할정도. 즉 HDD에 비해 속도가 2배이상 빠른 SSD 등에 연결하면 해당 SSD의 성능이 나올 수 있다.
  10. ↑ SSD 연결 시 SATA-2 최대 속도인 3Gbps 정도의 속도가 나온다. GoFlex 썬더볼트 업그레이드 모듈에서 지원하는 SATA 규격이 SATA-2라 그럴 수 있는데 10Gbps의 썬더볼트 속도를 생각하면 역시 생각만큼 빠르지는 않은 편이다.
  11. ↑ 물론 그렇다고 해도 기본적으로 PCI-e 프로토콜인 썬더볼트의 잇점이 완전히 사라지는 것은 아니다. USB 대비 CPU 점유율이나 장치 인식 우선순위 등에서 장점이 있다.
  12. ↑ 실제로 단순 저장장치보다는 오디오 인터페이스나 영상장비 등 전문 장비에서 느낄 수 있는 장점이기도 한데, 일반 소비자에게 있어 썬더볼트의 장점을 본격적으로 느낄 수 있는 분야는 아무래도 외장 그래픽카드... 하지만 20Gbps의 대역폭은 외장 그래픽카드를 본격적으로 사용하기에는 부족한 대역폭이라 실제 제품으로 나온 건 없고 컨셉 제품만 나왔다.
  13. ↑ 물론 기본 20만원 이상의 보드들.
  14. ↑ 경량형 노트북에 주로 탑재되는 스카이레이크-U 프로세서는 PCIe 레인을 12개까지 지원하나, 한 장치에 최대 4레인만 할당해 줄 수 있다. 단 스카이레이크-H 프로세서는 16레인을 전부 한 장치에서 사용할 수 있다.