Tweakers sprak met Yehonadav Moshe, vice president en general manager of engineering bij Intel. Hij leidt het ontwikkelteam van de Thunderbolt-standaard sinds 2014, een jaar voordat Thunderbolt 3 op basis van de USB-C-connector op de markt kwam. In dit interview komen onder andere ter sprake: de ontwikkeling van Thunderbolt 4, de overeenkomsten en verschillen met USB4, de adoptie van Thunderbolt bij pc's zonder Intel-processor en de volgende generatie van deze razendsnelle overdrachtsstandaard.
We hadden onze koffers al van de zolder gehaald om te beginnen met inpakken toen de Israëlische overheid een dag voor vertrek besloot om de grenzen volledig te sluiten vanwege de net ontdekte omikronvariant. De eerste reis na anderhalf jaar covid bleek ons op het nippertje niet gegund. Veel van onze geplande content over de in Israël ontwikkelde Alder Lake-processors, inclusief een kijkje in de fabriek waar die processors daadwerkelijk worden gebakken, moesten jullie zodoende missen. Intels processorgeneraties worden traditiegetrouw om en om ontwikkeld door de teams in de VS en Israël, dus wellicht kunnen we het over twee jaar nog eens proberen.
:strip_exif()/i/2004894358.jpeg?f=imagenormal)
Yehonadav Moshe stond vrij hoog op ons ingeleverde lijstje van topengineers die we wilden spreken. Hij leidt sinds 2014 het Thunderbolt-ontwikkelteam bij Intel en heeft deze supersnelle standaard voor dataoverdracht dus groot zien worden. Destijds kwam je de toen nog op mini-DisplayPort gebaseerde aansluiting alleen tegen binnen het Mac-ecosysteem en op prijzige, excentrieke vormen van externe opslag. Anno 2022 heeft 90 procent van de enigszins luxeuze, op een Intel-cpu gebaseerde laptops een Thunderbolt-connector.
Moshe rondde in 2001 zijn master of engineering af aan de Tel Aviv University. Later dat jaar begon hij zijn carrière bij Intel, als hardware-engineer. Zelfs in een virtueel gesprek, waarvoor hij graag tijd vrijmaakte in zijn agenda, merk je direct dat je te maken hebt met een echte engineer. Moshe gaat merkbaar sneller praten zodra het over heel veel data door een dun kabeltje gaat en windt zich zichtbaar op als het gespreksonderwerp komt op goedkope USB-apparaten die zich weinig van de geldende standaarden aantrekken. Maar, laten we bij het begin beginnen.
Je leidt het Thunderbolt-ontwikkelteam nu ruim zeven jaar. Toen je begon, waren er amper pc's die Thunderbolt ondersteunden. Wat is er sinds die tijd allemaal veranderd?
"Thunderbolt 3 verscheen in 2015; ik ging ruwweg een jaar daarvoor aan de slag in dit team. We begonnen met een attachrate (percentage van apparaten die iets ondersteunen, red.) van nul, nu zijn we in vrijwel de hele pc-markt te vinden. We hebben er dus een hele reis op zitten, die niet altijd even makkelijk was. Cruciaal was het controleren van het complete ecosysteem, van hostapparaten tot kabels. Doordat we direct zicht hebben op elk onderdeel, kunnen we een uitstekende gebruikservaring garanderen."
Hosts en apparaten
Voor een Thunderbolt-verbinding zit er zowel een chip in de host (de pc) als in het apparaat (bijvoorbeeld een monitor). Aan de hostzijde is de Thunderbolt-controller verbonden met onder meer PCI Express en DisplayPort. Het aangesloten apparaat kan deze signalen zelf gebruiken of doortunnelen naar een ander apparaat via daisychaining.
"Een belangrijke mijlpaal was de integratie van onze technologie in de Intel-processors. Met de elfde generatie Core-processors voor laptops (Tiger Lake) verdubbelde het aantal apparaten met minstens een Thunderbolt-poort opnieuw bijna. Onze attachrate ligt nu boven de 90 procent bij laptops van 699 dollar of meer en in totaal hebben we meer dan 1000 apparaten gecertificeerd. Bovendien hebben we de standaard in 2019 opengesteld, zodat iedereen Thunderbolt kan gebruiken en eigen chips kan ontwikkelen. Daarvan hebben we inmiddels al verschillende voorbeelden gezien."
Gebruik je Thunderbolt zelf eigenlijk ook?
"Sinds het prille begin, ik ben echt een early adopter. Dat deed ik zelfs al toen er nog geen officieel gecertificeerde apparaten waren. Tijdens het gebruik moest ik de boel toen af en toe zelf debuggen. Inmiddels kan ik eigenlijk niet meer zonder. Ik zit achter een netjes, bijna kabelloos bureau, terwijl ik toch twee 4k-monitoren en een snelle externe ssd gebruik. Vroeger moest ik soms uren wachten voordat ik mijn data had overgezet; nu is het een kwestie van een druk op de knop en whoops, klaar! Elke keer als ik dit kleine, dunne kabeltje aansluit en alles begint direct te werken, voelt het nog een klein beetje magisch. Iedereen kent het grapje dat een oude USB-A-connector pas bij de derde poging past. Deze aansluiting werkt gewoon altijd."
Thunderbolt 4 biedt net als zijn voorganger een maximale snelheid van 40Gbit/s. De wijzigingen daarin betroffen dus niet zozeer de snelheid als de veiligheid.
"Ja, de belangrijkste wijziging is de toevoeging van VT-d, of voluit virtualization technology for directed i/o. Deze techniek was al te gebruiken met Thunderbolt 3, maar voor Thunderbolt 4 hebben we het verplicht gesteld. VT-d voorkomt dat de PCIe-interface die beschikbaar is via Thunderbolt, gebruikt kan worden om toegang te krijgen tot andere delen van je systeem."
Iommu
Intels VT-d is, net als AMD-Vi en Arm's SMMU, een implementatie van een input-output memory management unit. Voor Thunderbolt is de relevantste functie daarvan de bescherming tegen direct memory access-aanvallen. Thunderbolt heeft (net als PCIe) standaard toegang tot je systeemgeheugen, maar een Iommu virtualiseert deze toegang, zodat een apparaat alleen bij zijn toegewezen stukje geheugen kan.
PCI Express is natuurlijk ook helemaal niet bedacht als externe interface. Vroeger zal de gedachte zijn geweest: als iemand fysieke toegang heeft tot de binnenkant van je pc, heb je grotere problemen dan de beveiliging van de PCIe-bus.
"Daar speelt nog iets. Door de jaren heen is immuniteit tegen aanvallen steeds belangrijker geworden. Vijf of zes jaar geleden was niemand geïnteresseerd in beveiligingsrisico's waarvoor je fysieke toegang tot een systeem nodig hebt. Vandaag de dag is dat echt anders. Zelfs als een aanvaller letterlijk voor je laptop zit, willen we dat het systeem veilig is. We kijken naar beveiliging vanuit een security-firstperspectief en moeten ons er continu van verzekeren dat we bestand zijn tegen nieuwe manieren om een aanval uit te voeren."
Een recente ontwikkeling is wat bij veel mensen is binnengekomen als de 'samenvoeging van USB en Thunderbolt'. Wat er technisch is gebeurd, is dat de USB-organisatie Thunderbolt 3 als basis heeft genomen voor USB4. Wat zijn nu nog de verschillen tussen beide standaarden?
"Laat ik beginnen met een stukje geschiedenis. We brachten Thunderbolt 3 op de markt in 2015 en openden de standaard in 2019, zodat hij gebruikt kon worden als de basis voor USB4. Technisch hebben we daarvoor enkele aanpassingen gedaan die de interface robuuster maken, wat hem geschikt maakt om een echte, door de hele industrie gedragen standaard te worden. Daarnaast hebben we het verbindingsbeheer voor zowel USB4 als TB4 verplaatst van de firmware naar het besturingssysteem, waarvoor we nauw hebben samengewerkt met Microsoft. Er zijn dus wel wat verschillen, maar de basis van TB3 en USB4 blijft hetzelfde, dus als je ze met elkaar combineert, werkt dat. Alleen sommige optionele functies kunnen ontbreken."
"Voor de ontwikkeling van Thunderbolt 4 zijn we begonnen bij USB4. Dat is een erg brede standaard, die werkt van telefoons tot pc's, echt het complete spectrum van prestaties en energiegebruik. Dat betekent dat je niet veel functies kunt verplichten. Je kunt bijvoorbeeld niet van een smartphone verwachten dat hij snelheden van 40Gbit/s ondersteunt, want dat zou veel te veel stroom vereisen. Een ander voorbeeld, PCI Express: wat doe je dan met een systeem dat helemaal geen PCIe-bus heeft?"
"Thunderbolt 4 is in feite USB4, maar dan met alle optionele functies verplicht gemaakt. Een high-end subset van de USB4-apparaten zal dus in staat zijn om TB4 te ondersteunen; daarbij moet je vooral denken aan pc's. Voorbeelden van die verplichte functies zijn een snelheid van 40Gbit/s, ondersteuning voor twee 4k-beeldschermen, een PCIe-bandbreedte van 32Gbit/s, USB 3.2 Gen2 (10Gbit/s) en powerdelivery van 15W." (USB4 vereist slechts 7,5W, red.)
"Daarbovenop is er het merk. Intel en Thunderbolt zijn kwaliteitsmerken; elk Thunderbolt-apparaat is in ons eigen lab gecertificeerd. Je kunt dus rekenen op een soepele gebruikservaring en compatibiliteit. Als je een goedkoop USB-apparaat aanschaft, is die garantie er niet. Hetzelfde geldt bijvoorbeeld voor de Thunderbolt-kabels; die kunnen altijd overweg met alle verschillende signalen die we kunnen tunnelen."
Verplichten jullie al die bij USB optionele functies om de Thunderbolt 4-standaard minder verwarrend te maken voor de eindgebruiker?
"Dat raakt de basis van wat we willen met Thunderbolt: one connector to rule them all. Het maakt niet uit welke Thunderbolt-apparaten je hebt, als je ze met elkaar verbindt, werken ze. Je hoeft niet te bedenken of je beter de poort aan de linker- of rechterkant van je laptop kunt gebruiken. Dat staat in groot contrast met de filosofie van USB, waarbij je allerlei verschillende soorten verbindingen kunt gebruiken die resulteren in verschillende snelheden. We proberen Thunderbolt een heel stuk cleaner te houden. Dat is een continu proces, in de toekomst willen we de standaard nog robuuster maken dan hij nu al is."
Je vertelde dat jullie Thunderbolt naar zoveel mogelijk apparaten willen brengen. Toch is Thunderbolt nog niet geïntegreerd in Intels desktopprocessors.
"Dat klopt. We werken eraan om Thunderbolt ook te integreren in de desktop-cpu's, zoals al het geval is bij de laptopchips. Voor desktops hebben we nu een losse chip, Maple Ridge, die samenwerkt met de logica in de processor om Thunderbolt 4-poorten te kunnen bieden. Voor een volgende generatie kijken we naar de integratie in de cpu zelf."
Bij laptops met een Intel-cpu verloopt de adoptie soepel, maar bij notebooks met een andere processor zagen we lange tijd nauwelijks Thunderbolt; de nieuwste modellen ondersteunen wel USB4. Zijn er technische beperkingen die de adoptie van Thunderbolt in de weg zitten?
"Ons lab is open voor iedere fabrikant die een Thunderbolt 4-certificering wil. Dan werken we samen en zorgen we dat het gebeurt, mits aan alle kwaliteitseisen wordt voldaan natuurlijk. Ik kan niet praten namens andere fabrikanten; die hebben hun eigen strategie en doelen. We werken met heel veel van hen om hun producten Thunderbolt 4-compatibel te maken, maar uiteindelijk is het de eigen keuze van andere bedrijven. Een bedrijf moet zelf beslissen of het wil streven naar de hoge lat van Thunderbolt 4 of dat het genoegen neemt met USB4."
Nu USB4 laptops met een andere processor bereikt, zou in elk geval een Thunderbolt 3-apparaat zoals een dockingstation moeten werken?
"Ja, dat is hoe we USB4 hebben ontwikkeld. Thunderbolt 3 is de basiseis, dus dat zal werken. Op dit moment bestaat het Thunderbolt-ecosysteem ook nog voornamelijk uit TB3-apparaten, ook al biedt TB4 enkele nieuwe mogelijkheden, zoals vierpoortsdockingstations. Het korte antwoord is: als je je dockingstation verbindt met een USB4-apparaat, zal het werken."
Thunderbolt 4 exclusief voor Intel?
Bij de aankondiging van TB4 ontstond consternatie rondom de verplichting van Intel VT-d, omdat die techniek alleen op Intel-cpu's werkt. Na afloop van ons interview stuurde Intel ons een extra toelichting hierover. "VT-d is de Intel-merknaam voor deze techniek, maar de Iommu van Apple voldoet ook aan de Thunderbolt 4-standaard."
In de praktijk lijkt deze eis dus meer neer te komen op 'er moet een Iommu zijn' dan specifiek Intel VT-d, wat ook betekent dat AMD-Vi zou moeten voldoen. Er is nog altijd geen enkele AMD-laptop met een Thunderbolt 4-poort. Wel bestaan er enkele AMD-moederborden met TB4-poorten. Een technische beperking lijkt er dus niet te zijn, maar dat de kwestie politiek gevoelig ligt, mag duidelijk zijn uit de gegeven antwoorden.
Hoe werkt dat dan met die VT-d-eis als er geen Intel-cpu wordt gebruikt? Dat is een Intel-standaard…
"Ja."
...maar toch beschikken de nieuwste MacBook Pro's over Thunderbolt 4, terwijl ze geen Intel-cpu's meer gebruiken.
"Ik denk niet dat ik die vraag kan beantwoorden. Het is correct dat VT-d een Intel-standaard is voor bescherming tegen DMA-aanvallen, waarvoor besturingssystemen als Windows, macOS en Linux ondersteuning hebben geïmplementeerd. Verder kan ik niet in details treden."
De volgende generatie Thunderbolt
Gregory Bryant, tot begin dit jaar general manager van Intels Client Computing Group, postte vorig jaar een foto waarop details van een '80G PHY Technology' zichtbaar waren. De volgende generatie Thunderbolt zou volgens de informatie snelheden tot 80Gbit/s bieden en compatibel blijven met USB-C. De hogere bandbreedte zou worden behaald dankzij PAM-3-modulatie, dat drie in plaats van de gebruikelijke twee spanningsniveaus gebruikt voor de transmissie van het signaal.
Laten we naar de toekomst kijken. Het verhogen van de snelheid was geen speerpunt bij de ontwikkeling van Thunderbolt 4, maar waar staat de standaard over een aantal jaar?
"In de toekomst willen we de beste technologie blijven die alle andere technologieën kan doorgeven. We kunnen op dit moment alle courante USB-, DisplayPort- en PCIe-standaarden tunnelen. Als de bandbreedte van die technieken verder wordt verhoogd, zullen wij dus ook moeten versnellen. Ik weet nog niet precies wanneer en hoe, maar er is al het een en ander naar buiten gekomen zonder dat dat de bedoeling was (zie kader, red.) Maar ons hoofddoel voor de volgende generatie is dat we alle nieuwe standaarden kunnen tunnelen."
Gaat dat lukken met de bestaande USB-C-connector en -kabels?
"De vraag is niet of dat gaat lukken, maar hoe. Als je elke keer het ecosysteem op de schop gooit bij het verbeteren van de technologie, dan sloop je het. Je moet backwards compatible zijn als je de standaard niet om zeep wilt helpen. Dit is de grootste technische uitdaging waar we voor staan. We hebben een pijp waar een bepaalde hoeveelheid data doorheen past, maar zonder de pijp te verbreden willen we er meer data doorheen laten gaan. En dat zonder het stroomgebruik te laten toenemen. Het is een ingewikkeld vraagstuk, maar dat is juist waar wij als engineers van houden."
Is er tot slot nog iets dat je kwijt wilt aan onze lezers?
"Wat ik graag wil overbrengen, is dat we ons als Thunderbolt-team echt zien als leiders. Wij jagen de technologie aan en de rest van de sector volgt ons. Het is altijd moeilijker en ingewikkelder om de eerste te zijn dan om te volgen; anderen kunnen simpelweg in onze voetsporen treden. Wij zijn er echter trots op dat we steeds de eerste zijn. Dat hebben we geflikt met Thunderbolt 3, USB4 en Thunderbolt 4, en we gaan dat opnieuw doen voor de volgende generatie."