Thunderbolt : FireWire II, Fibre Channel VIII ou ePCIe II ?
Voilà maintenant plus d'un an que le premier MacBook Pro équipé d'un port Thunderbolt est arrivé sur le marché. L'offre en matériels compatibles reste timide, le PC s'y met à peine, et la frustration des utilisateurs Mac, privés de matériels Thunderbolt (rare et trop cher) ou USB 3 se fait sentir sur les forums. La sortie imminente des premiers Mac Ivy Bridge est l'occasion de faire un point sur le positionnement particulier de cette interface.
Contrairement à ce qu'on a pu lire, Thunderbolt n'est pas une évolution de Light Peak : c'est tout simplement son nouveau nom. On est loin des premiers prototypes, à base de fibre optique et de connecteurs USB, mais rien n'a fondamentalement changé. Le Thunderbolt reste la combinaison de deux technologies : le PCI Express pour les données, et le DisplayPort pour l'affichage. Les deux signaux sont multiplexés à la source et démultiplexés par l'appareil cible.
À la surprise générale, le Thunderbolt a finalement adopté le connecteur Mini DisplayPort. Dépourvu de son dans sa première version, apparue fin 2008 avec les premiers MacBook Pro Unibody, il fut pourtant rapidement adopté par l'association VESA comme connecteur alternatif pour le DisplayPort. Il gagna ensuite l'audio multicanal qui fait l’intérêt de l’interface originale, en plus de sa compatibilité avec les hautes définitions.
Le DVI et son proche cousin HDMI ne pouvaient aller beaucoup plus loin que les définitions HD. Une limitation qui compte, au moment où les écrans Retina semblent imminents. Rapidement finalisé, le Mini DisplayPort est discrètement devenu l'interface la mieux dotée en débit de sa génération (17 Gb/s en version 1.2). Les appareils Thunderbolt restent bien sûr compatibles avec les matériels Mini DisplayPort, mais avec des restrictions : un seul écran Mini DisplayPort par prise Thunderbolt, relié au Mac directement ou en bout de chaîne, par l'intermédiaire de tout périphérique Thunderbolt autre qu'un écran.
Sur les Mac Pro 2007, l'Utilitaire de logement d'extension se lançait automatiquement quand il fallait arbitrer la bande passante entre les emplacements PCI Express. L'opération s'est ensuite automatisée.
L'un des principaux intérêts de conjuguer les technologies PCI Express et DisplayPort est l'absence virtuelle de tout pilote : la plupart des plate-formes les reconnaissent déjà. L'astuce consiste à faire voir au système ces éléments comme s'ils étaient connectés localement, en faisant totalement abstraction des connecteurs Thunderbolt. Ainsi s'est ouvert le légitime débat sur la survie du Mac Pro, maintenant que la voie est ouverte pour les cartes PCI Express externes.
Avant le Thunderbolt, des systèmes PCI Express externes comme l'ExpressBox1 de Magma étaient indispensables pour rajouter des cartes additionnelles à une machine de bureau ou à un portable.
Le débat peut sembler nouveau, mais l'industrie audiovisuelle, un des marchés les plus intéressés par le Thunderbolt, a déjà une longue expérience dans l’externalisation des cartes d’extension. Qu’il s’agisse des grossiers châssis PCI externes des débuts ou d’interfaces PCIe plus récentes. Ces dernières sont reliées directement au bus PCI Express interne par l’intermédiaire d’une carte d’extension classique, ou d’une ExpressCard pour les portables.
La carte d'entrées-sorties vidéo HD externe Mojo DX d'Avid se connecte en PCI Express externe, via une carte PCIe ou ExpressCard spécifique. Le premier Mojo, limité à la vidéo de définition standard (SD), se connectait en FireWire.
Technique, mais transparent
Plusieurs schémas (ou "topologies") sont envisageables lors de la conception d'une interface. Celles que nous utilisons couramment sont les topologies en étoile (USB) ou en arbre (FireWire). Cette dernière, plus polyvalente, a été retenue pour le Thunderbolt, ce qui n'empêche pas de recourir à des concentrateurs (ou "hubs"). Pour chaîner jusqu'à 7 appareils (ordinateur compris), la contrainte est minime : les écrans doivent être repoussés en bout de chaîne, en particulier dans le cas d'un iMac utilisé comme moniteur ("Target Display Mode"). On a connu cette configuration sur Mac avec le SCSI et le FireWire (8 et 63 appareils, respectivement). Et comme eux, le Thunderbolt permet de transformer un Mac en simple disque externe par le biais du mode cible ("Target Mode").
Par le biais de concentrateurs et de convertisseurs appelés à être de plus en plus flexibles, le Thunderbolt est le chaînon manquant au milieu d'interfaces disparates. Si ses atouts pour une machine de bureau sont évidents, elles le sont plus encore pour un portable : en utilisation nomade, la machine continue à se séparer de tout ce qui peut grever son poids et son autonomie (le lecteur optique étant probablement la prochaine cible). Et en mode sédentaire, elle bénéficie d'un connecteur universel, apte à la transformer d'un geste en poste de travail très puissant. Le meilleur exemple pour le coup ne vient pas d'Apple, mais de Sony qui, avec une version personnalisée du Thunderbolt, a conçu une prometteuse station d'accueil pour son VAIO Z.
La technologie étant récente, tout ne va pas sans heurts. En contrepartie, la rapidité du développement depuis les premières évocations de Light Peak a de quoi laisser pantois. Les dysfonctionnements qui touchent certains périphériques devraient être réglés entre leur constructeur et Intel, et les quelques limitations de Thunderbolt sous Windows (ni veille, ni démarrage à chaud) ne dureront que le temps d'une incorporation plus poussée dans Windows 7. Pour mémoire, le développement du FireWire avait connu quelques déboires, depuis longtemps oubliés au profit des qualités de l'interface.
Thunderbolt vs USB 3, le match truqué
À en croire une majorité mécontente sur les forums, ce qui manque le plus aux Mac actuels, c'est l'USB 3. Et le plus superflu sur les mêmes Mac, c'est le port Thunderbolt. Les deux interfaces n'ont pas la même vocation, mais l'absence de l'une et l'utilité encore relative de l'autre les ont rapprochées. Le tarif plutôt destiné aux professionnels ajoute encore au ressentiment d'une population qui, dans les faits, n'a pas encore l'usage d'un port aux telles performances. Mais s'agit-il d'une simple question de performances ? Pour l'USB 3, la question devrait être réglée de fait avec les premiers chipsets Ivy Bridge. On voit mal Apple s'amuser à brider l'USB sur ses nouvelles machines…
La carence d'USB 3, alors que l'interface est présente dans le commerce depuis plus d'un an, passe pour une volonté d'Apple d'obliger l'usager à patienter jusqu'à ce que le Thunderbolt, soudain rétrogradé au niveau de concurrent de l'USB 3, ait conquis des parts de marché. Il y a sans doute du vrai, mais il ne faudrait pas oublier la vocation première du Thunderbolt sur la machine de Monsieur Tout-le-Monde : le remplacement du câble DVI. Combien parmi les utilisateurs "lésés" utilisent au moins du FireWire de manière régulière ? Le fait est que dans beaucoup de cas, le besoin n'est pas avéré : les gros consommateurs de disques ont adopté le FireWire depuis lontemps. Et si le Thunderbolt était aussi indispensable, le marché du FireWire 800 serait florissant.
Pendant qu'Apple semble se livrer à cet horrible complot, Intel, principal promoteur de l'USB 3 comme du Thunderbolt, s'empresse de faire adopter le petit nouveau par la plate-forme dite "Ultrabook", destinée à exploiter le filon du MacBook Air. La taille des connecteurs est évidemment primordiale pour affiner au maximum ces machines, et le Thunderbolt est ouvertement présenté comme LA solution pour leur apporter des extensions. Et le fondeur de préciser pudiquement sur son site : "La technologie Thunderbolt est complémentaire d'autres technologies d'E/S qu'Intel continue à promouvoir".
L'expérience FireWire
Techniquement, Thunderbolt et USB ne jouent pas dans la même cour. Et en pratique, on ne pourrait plus se passer de l'interface USB, c'est aussi simple que ça. C'est un accroc de taille dans l'hypothèse d'un duel entre les deux. En fait, ce n'est pas à l'USB qu'il faudrait comparer le Thunderbolt, mais au FireWire. Non seulement les deux interfaces ont beaucoup en commun, mais elles semblent vouées à démarrer leur carrière de manière très similaire. À ses débuts, malgré d'évidents avantages techniques, FireWire n'a jamais prétendu rivaliser avec l'USB en termes de marché. Doté d'un contrôleur plus cher, il était réservé à des machines au moins milieu de gamme, et surtout à des usages encore balbutiants.
À la même époque, Wintel régnait en maître sur l'informatique, et faisait adopter "son" port à tout faire : l'USB. Ironiquement, bien que timidement présent sur le marché depuis 1996, ce format dut attendre le coup de poker de l'iMac et l'arrivée de périphériques pour véritablement supplanter les anciennes interfaces des PC. L'USB était alors tranquille : il fallut encore plusieurs années pour voir apparaître sur certains PC des ports FireWire à 4 broches. Dérivés de la version de Sony baptisée i.LINK, ils étaient dépourvus d'alimentation et voués à un usage vidéo.
Pourtant, tout ne tournait pas toujours rond entre Intel et Microsoft. Pour le géant du logiciel, l'USB n'était pas à la hauteur de l'interface d'Apple, qui remportait tous les suffrages dans le domaine professionnel. Microsoft inaugura même le réseau sur FireWire, une application a priori incongrue et maintenant abandonnée par Windows, mais qui prenait tout son sens sur cette interface à 400 Mb/s, à une époque où l'Ethernet intégré dans les machines culminait à 100 Mb/s. L'équivalent sur Thunderbolt est alléchant, mais n'a aucune raison d'arriver avant les câbles optiques, un réseau TCP/IP limité aux 2 mètres actuels de longueur de câble étant nécessairement réduit à de très rares usages.
Plus haut de gamme, visant la qualité plus que la quantité, le FireWire a souffert d'un changement de connecteur à mi-parcours. Pour le grand public, la messe était dite : c'était déjà trop compliqué. De plus, la feuille de route du FireWire n'a jamais été respectée : aux 400 et 800 Mb/s devaient succéder des versions à 1 600 puis 3 200 Mb/s. Malgré tout, ce port a su rester incontournable. Il est longtemps resté le plus rapide dans les faits, et le débit d'un FireWire 800 reste tout à fait d'actualité. De plus, sa notion de "débit garanti" le rend apte aux applications en quasi-temps réel, en particulier la vidéo jusqu'à un seuil donné. Petit bonus, sa puissance électrique a permis l'apparition de la première génération de périphériques autoalimentés (disques durs et graveurs), sans la contrainte du double branchement (câble données et câble alimentation) qu'on a longtemps connue avec l'USB. Le Thunderbolt sur cuivre lui emboîte maintenant le pas.
Au final, le FireWire est certainement une des plus belles réussites technologiques d'Apple. Nul doute qu'il aurait été supplanté par l'USB 2 s'il ne s'était pas imposé dans le milieu audiovisuel. Il représentait la seule interface utilisable sur quasiment toute la gamme des matériels, du grand public au professionnel, et c'est indéniablement ce qui lui a valu de faire une carrière très honorable.
Impossible de dire si le Thunderbolt lui succèdera sur ce terrain, mais les faits sont là : la nouvelle interface a tout ce qu'il faut pour remplacer le FireWire, et même d'autres interfaces couramment utilisées dans l'audiovisuel numérique. Parmi la douzaine de sociétés qui produisent déjà des équipements basés sur le Thunderbolt, un tiers appartient exclusivement à l'industrie audiovisuelle.
Fibre Channel, le véritable inspirateur
En dehors des applications très spécifiques de l'informatique, c'est justement l'audiovisuel qui est le principal prescripteur en matière de supports et d'interfaces à haute capacité. Ce marché exigeant a adopté il y a quinze ans une technologie très avancée : le Fibre Channel, qui s'écrit à l'anglaise (c'est-à-dire à la française, ironie de l'histoire). Outre son prix démesuré, la nature complexe du Fibre Channel a contribué à le maintenir dans un marché de niche. Difficile en effet de déterminer à quel club il appartient : un volume relié en Fibre Channel à un ordinateur constitue bien un périphérique. Mais qu'il vienne à s'éloigner et à passer par un réseau plus sérieux, et il est plus proche d'un NAS. Oui, mais un NAS qui utilise un protocole SCSI prévu à l'origine pour des périphériques. Oui, mais on peut utiliser le protocole IP, donc c'est du réseau. Oui, mais on ne parle alors plus de réseau, mais de SAN (Storage Area Network). Oui, mais… Pas évident. Un point à retenir : le Fibre Channel a mieux réussi que le FireWire. Il a trouvé et étendu son marché, et il a suivi sa feuille de route : en quinze ans, son débit a été multiplié par seize !
"Et en plus les câbles sont trop chers !" entend-on aujourd'hui à l’encontre du Thunderbolt. En comparaison, pourquoi un câble USB, FireWire ou Ethernet est-il si économique ? Tout simplement parce qu'on n'est pas obligé de tricher pour y faire passer des informations : les câbles usuels restent en deçà des contraintes physiques, sans nécessiter un contrôle étroit des transmissions par de l'électronique embarquée.
Le Fibre Channel nécessitait déjà de tels contrôles pour des débits de 1 à 4 Gb/s. Avec ses 10 Gb/s bidirectionnels, sur deux canaux et sur une section plus réduite, le Thunderbolt en a plus besoin que jamais. Sans rentrer dans les termes trop techniques, on peut dire que les caractéristiques physiques d'un câble (longueur, section et résistance électrique, notamment) ont une influence directe sur la qualité du signal qui y circule. Au-delà d'un seuil fréquemment situé vers les 5 Gb/s (débit théorique de l'USB 3), on recourt systématiquement à des câbles actifs, qui ne sont plus de simples assemblages de câbles et de prises d'un format déterminé. De l'électronique vient alors se loger dans l'enveloppe des prises pour adapter le rapport signal-bruit aux caractéristiques du câble.
iFixitAutre problème : l'électronique chauffe. Il faut donc des composants de qualité, pour éviter les fiascos des premières bornes AirPort Express, ou des MacBook Pro dotés de cartes graphiques NVIDIA GeForce 8600 GT. Les puces Gennum GN2033 identifiées par iFixit, qui a sacrifié un câble Apple pour en savoir plus, sont utilisées selon le fabricant pour les ordinateurs aussi bien que pour les périphériques, mais spécifiquement pour tout ce qui touche au quasi-temps réel. C’est à dire des clusters, câbles Thunderbolt, FireWire et USB, ainsi que pour des rallonges Thunderbolt qu'on n'a pas encore vues sur le marché.
Cuivre : la fausse polémique
Le choix du cuivre pour la première version du Thunderbolt a déclenché un quasi-scandale chez des néophytes alléchés par la fibre. Ironiquement, dans le monde bien établi du Fibre Channel, personne ne se soucie de savoir si le câble contient de la fibre ou du cuivre : le débit est là, et c'est tout ce qui compte. À courte distance (2 à 3 m), on utilise du cuivre, et ça marche très bien.
Dans le cas du Thunderbolt, le cuivre a même un avantage sur la fibre : sa capacité à alimenter un périphérique. Il délivre aujourd'hui 10 W sur un câble de cuivre, contre 45 W pour le FireWire et 2,5 pour l'USB (9 W en version 3). Étant donné le potentiel nomade du Thunderbolt, l'auto-alimentation reste séduisante, ne serait-ce que pour un concentrateur proche de l'ordinateur, qui le relierait à plusieurs appareils plus éloignés. Comme le Fibre Channel, le Thunderbolt sur fibre augmentera la portée de l’interface, mais sauf percée inespérée d’Apple, il perdra sa capacité d’alimentation.
La fibre, pour quoi faire et à quel prix ?
Sans tirer de plans sur la comète, comparons avec ce qui existe. Apple facture entre 69 et 89 € un câble Fibre Channel de 2,90 m (en cuivre, donc) destiné à relier un Mac Pro à un Xserve RAID ou équivalent.
Et il en faut deux. Et une carte Fibre Channel (540 à 900 € sur l'Apple Store). Reste que le bruit d'un gros système RAID rend son utilisation à portée de main illusoire. Solution : un câble de fibre type LC (ci-dessous), disons 25 m pour aller du poste où se trouve le Mac Pro jusqu'au local technique, en passant par les faux plafonds.
Les connecteurs intégrés au câble cuivre sont alors remplacés par des transmetteurs ("transceivers") où vient se loger la fibre, 109,95 € pièce sur l'Apple Store. Il en faut bien sûr un aux quatre bouts de chaque double câble optique, qu'Apple ne propose plus que sur son site américain (99,95 $ pour 25 m). On y trouve un unique commutateur Fibre Channel 16 ports pour la modique somme de 7 239,95 $. Il ne s'agit là que des tarifs d'Apple, mais ils sont représentatifs d'un marché de niche. Les équipements Thunderbolt affichent des performances bien supérieures, mais leur usage plus restreint et moins centralisé les rapprochera raisonnablement des équipements FireWire et SDI (vidéo numérique). On parlera en centaines plutôt qu'en milliers d'euros.
Comparons deux systèmes haut de gamme: celui décrit ci-dessus, sans fibre, coûte au minimum près de 700 euros, juste pour relier le Mac Pro au système RAID. Pour une capacité doublée et un débit presque quadruplé, un RAID Thunderbolt actuel, relié par un câble unique à 49 €, vaut moitié moins que le plus abordable des anciens Xserve RAID, sachant que le prix des disques contenus dans les systèmes RAID est assez secondaire. Autrement dit, des équipements inaccessibles il y a encore deux ans se retrouvent soudain à la portée de petites structures, voire de professionnels indépendants. Faut-il vraiment s'offusquer de ne pas les trouver déjà en solde ? Si le prix des premiers câbles Thunderbolt risque de mécontenter le grand public encore un moment, il n'a pas fini de faire la joie des professionnels, conscients d'une baisse des coûts inimaginable il y a peu.
Intel promet les câbles optiques pour cette année. On verra forcément un jour une deuxième génération du port Thunderbolt, mais ce n'est pas pour tout de suite : de cuivre ou de fibre, le câble contient l'électronique nécessaire pour communiquer avec le port. Au moins sur les premières fibres courtes, la longueur devrait être le seul moyen de distinguer le type de support. La fibre étant plus fine et plus fragile, le câble a de bonnes chances de garder la même épaisseur pour la protéger. Et son avantage sur le cuivre reste indéniable : la longueur, bien sûr, mais surtout le potentiel d'évolution, Intel visant déjà les 100 Gb/s. Énorme, mais réaliste, compte tenu de l'évolution du Fibre Channel.
Les jeux sont faits
Comme pour la majorité des technologies apparues depuis 1984, Apple joue les early adopters. Si le monde du PC s'y met véritablement, FireWire et Fibre Channel auront un digne successeur multiplateforme, et l'USB 3 se positionnera comme toujours en milieu de gamme, pratique et incontournable. Et avec l'arrivée imminente des architectures Ivy Bridge, plus d'excuse pour Apple : ses clients en bénéficieront enfin. Gageons que se tairont du même coup beaucoup de détracteurs du Thunderbolt, pas forcément clients de cette technologie a priori, mais frustrés de ne pouvoir transférer leurs fichiers à grande vitesse. Ironiquement, la plate-forme Ivy Bridge apportera l'USB 3 au Mac en même temps que le Thunderbolt au PC.
Si le succès est au rendez-vous, les prix suivront leur habituelle courbe descendante. Dans les deux ans, pour le prix des premiers disques FireWire de 75 Go, il sera alors possible d'exploiter le volume et les performances de feu le Xserve RAID depuis une machine aussi légère qu'un MacBook Air. Intel et Apple auront alors gagné le pari de l'externalisation et de la miniaturisation des périphériques à haute performance, et de l'abstraction de l'unité centrale. Pour les adeptes du Mac Pro, ce sera malheureusement une raison de plus de redouter un destin funeste pour ce qui reste le dernier pied d'Apple dans l'informatique traditionnelle : celle où le PC joue le rôle de "camion".
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