썬더볼트(ThunderBolt) 인터페이스는 인텔에 의해서 개발된 인터페이스의 일종으로, 컴퓨터와 주변 기기를 연결하는 데 이용되는 입출력 인터페이스 규격 중 하나이다. 전기 신호를 이용한 인터페이스와 달리 광(光)케이블을 이용해서 빛신호를 이용해서 데이터를 주고받는 것이 최대 특징이다.
썬더볼트 인터페이스는 이론상 최대 100Gbit/s의 속도를 낼 것으로 계획되었으나, 개발 중 단가 및 광케이블의 전력 전달 문제 등이 맞물려서 광케이블 방식 대신 구리선을 이용한 데이터 전송 방식으로 변경이되어 10Gbit/s의 속도를 지원하는 형태로 초안이 발표되었다. 초기 1세대 발표 당시에는 후속 규격을 통해 향후 최대 100Gbit/s의 대역폭을 달성할 수 있을 것으로 전망되었다. 이러한 전망은 현실이 되어 2013년 2세대(20Gbps), 2015년 3세대(40Gbps)를 거쳐, 2023년 말 인텔이 공식 발표하고 2024~2025년에 걸쳐 대거 상용화된 썬더볼트 5는 기본 80Gbps 양방향 대역폭을 보장하며, 비대칭 전송을 제어하는 대역폭 부스트 발동 시 송신 기준 최대 120Gbps의 속도를 지원함으로써 당초 인텔이 광케이블로 꿈꾸었던 100Gbps의 벽을 구리선만으로 돌파하는 저력을 과시했다.
썬더볼트 인터페이스는 2009년부터 개발이 시작되었으며, 2010년 IDF에서 실 제품의 프로토타입을 선보였다. 이후 2011년 2월 24일 애플과 공동 발표를 통해 실 제품이 시장에 선보였으며, 곧바로 애플의 맥북 프로에 처음 장착되어 상용화를 이루었다. 썬더볼트 1, 2세대까지는 독점에 가까웠으나, 2015년 3세대 이후부터는 상황이 완전히 바뀌어 인텔이 2017년에 썬더볼트 라이선스를 개방하고, 자사 노트북용 CPU에 썬더볼트 컨트롤러를 직접 내장해 주기 시작하면서 윈도우 기반 하이엔드 랩톱 및 마더보드 제품군에서도 매우 흔하게 찾아볼 수 있는 기본 소양이 되었다.
썬더볼트는 SCSI, SATA, USB, IEEE1394, PCI-Express, HDMI 인터페이스를 통합하여 대체하는 것을 목표로 개발된 인터페이스로, 컴퓨터에 장착된 수많은 입출력 포트(port)의 개수를 줄이고, 단 하나의 규격으로 단일화하겠다는 목표 아래 개발이 시작되었다.
예전에도 USB와 같은 인터페이스를 통해서 다양한 종류의 인터페이스를 성공적으로 대체한 경우가 있기는 하지만, 시대가 변하면서 각 인터페이스가 사용하는 대역폭이 증가하여 USB 방식으로는 한계에 도달하였다는 시각이 확대되었다. eSATA, PCI-Express, 디스플레이포트 등의 각종 현세대 하이엔드급 인터페이스가 지원하는 대역폭을 포함하면서 동시에 양방향성 데이터 통신을 통해 데이터를 주고받을 수 있는 규격으로 만들어진 것이 썬더볼트의 특징이다.
기본적으로 썬더볼트는 PCI-Express 규격의 데이터 버스와 디스플레이포트 규격의 두 프로토콜을 동시에 지원한다. 이를 통해서 썬더볼트 케이블로 연결된 장치는 영상데이터를 디스플레이포트 규격으로 전송이 가능하며 동시에 PCI-Express규격의 확장 인터페이스로 상호 연결된 상태가 되어 다양한 장치를 연결해 사용할 수 있다.
다시 말하면 연결된 장치에 PCI-Express 인터페이스를 사용하는 다양한 장비들, 예를 들어 PCI-Express 인터페이스를 사용하는 기가비트 이더넷 컨트롤러나 USB 3.0, IEEE1394B 컨트롤러, SATA 및 eSATA 컨트롤러 등을 이용해 각종 인터페이스를 지원할 수 있게 되기 때문에 사실상의 인터페이스 통합을 할 수 있다는 것이 특징이다. 특히 썬더볼트의 PCI-Express 직결 성능은 외장 그래픽 카드(eGPU)라는 혁신적인 하드웨어 장르를 활성화했는데, 울트라북 같은 가벼운 경량형 노트북에 썬더볼트 포트 하나만 연결하면 외장 데스크톱 그래픽 카드의 자원을 끌어다 고사양 AAA 게임이나 무거운 영상 렌더링 작업을 매끄럽게 처리할 수 있게 되었다.
원래 썬더볼트 인터페이스는 광케이블을 사용할 계획이었으나, 포트 및 인터페이스 케이블 가격을 비롯해서 배포시에 발생할 다양한 문제를 감안해서 결국 구리케이블을 사용하는 형태로 변경되었다.
이러한 특성 때문에 인텔은 가격 경쟁력이 있으면서 널리 사용될 미래지향적 인터페이스를 선택하게 되었다. 여기서 선택된 것이 애플에서 소형화시킨 미니 디스플레이포트 규격이다. 미니 디스플레이포트 규격은 디스플레이포트 규격의 케이블을 소형화 시킨 것으로, 이 케이블을 썬더볼트 규격이 아닌 미니 디스플레이포트 출력단자에 연결할 경우에는 영상만을 출력시키는 것이 가능하지만, 썬더볼트 인터페이스간에 연결하면 모니터에 출력해야하는 디스플레이 데이터를 전달하면서 동시에 PCI-Express로 상호 연결이 되는 효과를 기대할 수 있게 된다.
그러나 2015년 출시된 썬더볼트 3부터는 기존의 미니 디스플레이포트 규격을 과감히 포기하고, 업계 표준으로 떠오르던 USB Type-C 규격을 자사 단자 형태로 전격 통합하였다. 이 결정은 신의 한 수가 되었는데, 썬더볼트를 지원하지 않는 표준 USB-C 기기를 꽂았을 때는 평범한 USB 기기로 영리하게 동작하면서, 썬더볼트 장치를 연결했을 때만 PCI-Express 고속 채널이 열리도록 호환성을 다진 덕분에 보급 속도가 비약적으로 급증했다. 한편, 썬더볼트 5부터는 차세대 전력 전송 규격(USB-PD 3.1)을 기본 명세로 의무화하여, 단 하나의 전용 케이블만으로 최대 240W 고속 충전을 전할 수 있어 더 이상 대형 충전기 어댑터를 주렁주렁 들고 다닐 필요가 없어졌다.
위에서 언급한 바와 같이 썬더볼트는 기본적으로 미니 디스플레이포트 케이블을 이용하며, 출력 규격 또한 디스플레이포트의 프로토콜을 사용한다. 때문에 해상도 및 전송되는 영상, 음성 데이터는 디스플레이포트에서 지원하는 규격과 정확하게 동일하다. 단자가 USB-C로 교체된 현대의 썬더볼트 4/5 기기 역시 디스플레이포트 Alt 모드를 완벽하게 수용한다. 특히 썬더볼트 5는 최신 DisplayPort 2.1 규격과 연동되어 단 하나의 포트로 8K 고해상도 초고화질 모니터 2대를 동시에 제어하거나, 게이머를 위한 최대 540Hz 고주사율 게이밍 모니터 출력까지 매끄럽게 처리해 낼 수 있다.
그리고 전송되는 데이터 규격 등이 디스플레이포트의 그것을 그대로 사용하기 때문에, 디스플레이포트 듀얼모드에서 지원하는 호환되는 출력 매체, HDMI, DVI 또한 그대로 출력이 가능하다.
썬더볼트 인터페이스는 USB 및 IEEE1394 방식과 유사하게 허브 방식과 데이지 체인 연결 방식을 모두 지원하고 있다. 이를 통해서 다수의 장비를 상호 연결하는 것이 가능하다.
다른 인터페이스와 마찬가지로 전체 대역 자체는 한정이 있지만, 썬더볼트는 현재도 10Gbit/s의 충분한 대역을 보장하고 있기 때문에 다른 인터페이스에 비해서 좀 더 여유로운 장치 연결을 보장받을 수 있는 것이 특징이다. 특히 대역폭이 무려 80~120Gbps에 이르는 최신 썬더볼트 5 환경에 오면서는 데이지 체인 연결 시 발생하던 대역폭 병목 우려가 거의 사라졌다. 포트 단 하나에 고화질 멀티 모니터, 기가비트 이더넷, 고성능 NVMe 독 등을 문어발식으로 주렁주렁 매달아도 지연 시간이나 속도 저하 없는 고성능 데스크톱 환경 구축이 가능할 정도.
썬더볼트는 앞서 이야기한바와 같이 PCI-Express 버스를 사용한다. 때문에 시스템의 최저 레벨에 근접한 접근을 가능하게 하는 문제를 가지고 있다. PCI 계열의 시스템 내부에 연결되는 인터페이스는 속도와 효율을 위해서 메모리에 직접 접근 가능하기 때문에 PCI-Express기반의 휴대용 장비로 확장 가능한 썬더볼트는 보안적인 문제를 가지게 될 확률이 적지 않다. 이러한 문제는 비단 썬더볼트 뿐만 아니라 이전에도 있어왔던 문제로, PCMCIA, ExpressCard, IEEE1394 인터페이스에서도 논란이 되었던
DMA 공격 문제이다.
인텔은 이러한 문제를 해결하기 위해서 네할렘 아키텍쳐 이후로 내장된 VT-d 명령을 통해서 AMD가 주창한 IOMMU를 구현, 가상 메모리 주소를 이용함으로서 직접적 메모리 접근을 방지하여 보안 문제를 해결하고 있다.
하지만 2020년경, 기기를 절전 상태로 둔 틈을 타 특수 제작한 장치를 썬더볼트 포트에 물리적으로 연결해 암호화된 드라이브를 단 몇 초 만에 뚫고 메모리 데이터를 갈취해 가는 고도화된 물리 보안 위협인 썬더스파이(Thunderspy) 해킹 방식이 보고되어 전 세계 하드웨어 보안 진영에 비상이 걸리기도 했다. 이 취약점을 하드웨어단에서 원천 차단하기 위해, 최신 썬더볼트 4 및 5 환경에서는 호스트 컴퓨터가 부팅 단계부터 메모리를 격리하는 커널 DMA 보호 기술 탑재를 필수 의무 사양으로 강제 규정하였다.
썬더볼트 케이블은 고대역폭 신호를 열화 없이 전달하기 위해 내부에 미세 제어용 트랜시버 칩셋이 내장된 액티브 케이블 형태를 주로 띤다. 이 때문에 일반 충전용 USB-C 케이블이 몇 천 원 수준인 데 반해, 정품 썬더볼트 케이블은 단 하나에 수만 원에서 수십만 원을 호가하는 무시무시한 몸값을 자랑한다. 이러한 기기 자체의 설계 비용과 까다로운 인텔 정식 인증 절차, 높은 부품 단가 때문에 보급형 기기들은 여전히 썬더볼트 대신 규격 제약이 덜하고 라이선스 비용이 없는 일반 USB 3.2나 엔트리급 USB4 포트를 채택하고 있다.
