Это позволяет использовать GPMI для широкого спектра задач. Новый стандарт будут интегрировать в сферы потребительской техники, телерадиовещания, умного дома и промышленности. Для подключения через GPMI используются разъемы USB Type-B и USB Type-C.

Интерфейс GPMI Type-C обеспечивает передачу данных до 96 Гбит/с и передачу мощности до 240 Вт. А более продвинутый GPMI Type-B имеет скорость передачи данных до 192 Гбит/с и передает до 480 Вт мощности. Это более чем в два раза превосходит показатели интерфейса DisplayPort 2.1 UHBR20 (80 Гбит/с и 240 Вт мощности).

Интерфейс GPMI уже получил одобрение Ассоциации USB. А более 50 китайских компаний пообещали интегрировать его в свои грядущие продукты. В этот список входят Huawei, Skyworth, Hisense и TCL.

Для подключения монитора к источнику сигнала существует несколько различных интерфейсов: современные HDMI, Thunderbolt, DisplayPort и USB Type-C, а также устаревшие DVI и VGA. Каждый из них справляется с работой по выводу картинки, но при этом имеет собственные особенности и нюансы. Как устроен интерфейс монитора, и что нужно знать при его использовании.

VGA

Старейший из ныне встречающихся интерфейсов. Использует аналоговые каналы для передачи трех основных цветов, а также сигналов вертикальной и горизонтальной синхронизации. На момент появления в 1987 году VGA был рассчитан на разрешение 640х480. Но с развитием возможностей видеокарт уже к 2000 году научился выводить картинку с разрешением 2048х1536 при частоте обновления 85 Гц.

Производители графических процессоров в лице Intel, AMD и NVIDIA давно отказались от VGA, признав его устаревшим решением. Поэтому на видеокартах последнего десятилетия такого разъема уже не встретить. Но производители мониторов до сих пор с этим не спешат. Дело в том, что данный интерфейс совместим с огромным парком оборудования, находящегося у пользователей в эксплуатации. К тому же, он до сих пор устанавливается на множество современных материнских плат для вывода изображения со встроенной графики.

Из-за этого VGA и сегодня нередко можно встретить на мониторах как альтернативу более современным интерфейсам. Но при этом не стоит забывать, что они цифровые, а наш герой — аналоговый. За счет этого он наиболее сильно подвержен помехам и наводкам, которые могут помешать получить идеально четкую картинку. Чтобы этого избежать для VGA желательно использовать как можно более короткие кабели с ферритовыми кольцами — только тогда видимые потери качества изображения будут практически незаметными.

DVI

Гибридный интерфейс родом из 1999 года, поддерживающий и цифровую, и аналоговую передачу. Для аналогового режима через DVI транслируется сигнал VGA. А цифровой режим использует дифференциальную передачу сигналов с минимизацией переходов (TDMS) — алгоритм кодирования данных, устойчивый к появлению помех. С его помощью каждый из трех основных цветов передается с помощью собственного канала данных.

Также интерфейсом поддерживается расширенный цифровой режим Dual Link, где на каждый цвет приходится по два канала. Он предназначен для мониторов с разрешением до 2560x1600 и частотой обновления 60 Гц. В обычном режиме DVI ограничен более скромным разрешением 1920x1200.

Существует несколько видов разъемов и кабелей DVI, которые отличаются возможностями передачи сигнала.

• DVI-A — только аналоговый сигнал

• DVI-D — только цифровой сигнал

• DVI-I — и аналоговый, и цифровой сигнал

DVI-A свое время позиционировался как замена разъему VGA, но в итоге быстро канул в лету. В современных мониторах можно найти разве что DVI-D, и то достаточно редко. А вот DVI-I там не встретить, так как им оснащались только видеокарты. На них с помощью пассивного переходника из такого разъема можно было получить порт VGA. Однако с 2016 года новые модели видеокарт с DVI-I выпускаться перестали — на их более современных последователях можно встретить только цифровой DVI-D.

HDMI

Самый популярный и распространенный цифровой интерфейс родом из 2002 года, являющийся дальнейшим развитием идей DVI-D. Его ключевыми отличиями стала возможность передачи звука, а позже — и локальной сети (Ethernet), для которых в кабеле используются собственные каналы передачи. При этом электрически интерфейс остался совместим с предшественником — для передачи картинки с HDMI-разъема видеокарты на монитор с DVI (или наоборот) можно использовать пассивный переходник.

У HDMI существует три форм-фактора разъемов: полноразмерный (Type A), и два уменьшенных — miniHDMI (Type C) и microHDMI (Type D).

В отличие от предшественника, HDMI активно развивается. Почти с каждым новым поколением у него увеличивается пропускная способность для поддержки высоких разрешений и частот обновления. До версии 2.0 это осуществлялось с помощью увеличения частоты сигналов TDMS. Начиная с HDMI 2.1 протокол TDMS был заменен на более прогрессивный Fixed Rate Link (FRL), а число каналов передачи увеличено с трех до четырех. Это заметно увеличило пропускную способность интерфейса. К тому же с этой версии появилась и поддержка сжатия Display Stream Compression (DSC). Она позволяет «впихнуть» в тот же канал картинку с большим разрешением или частотой за счет почти незаметного ухудшения ее качества.

С ограничениями версий HDMI при передаче изображения со стандартной глубиной цвета (8-бит) без сжатия DSC можно ознакомиться в таблице ниже.

DisplayPort

Этот прогрессивный цифровой интерфейс, сочетающий возможность передачи изображения и звука, дебютировал в 2006 году. В отличие от DVI и HDMI, он основан на пакетной передаче данных и использует для видеопотока четыре канала дифференциального сигнала. Форм-факторов разъемов два: полноразмерный DisplayPort и миниатюрный mini DisplayPort.

Как и HDMI, DisplayPort постоянно развивается. С новыми версиями часто растет пропускная способность интерфейса, причем по этому параметру актуальные версии DisplayPort обычно лидируют. Интерфейс поддерживают технологию Multi-Stream Transport, позволяющую соединять несколько мониторов по цепочке одним кабелем. А за счет сжатия Display Stream Compression, поддержка которого дебютировала в DisplayPort намного раньше HDMI, он долгое время оставался наиболее прогрессивным среди всех видеоинтерфейсов.

Несмотря на свою технологичность, по распространенности в устройствах DisplayPort занимает лишь второе место. Из-за монополии HDMI на рынке телевизоров и консолей проникнуть туда ему не удалось, да и в ноутбуках он почти не встречается — не забывайте об этом при выборе монитора. А вот для стационарных игровых ПК DisplayPort обычно является лучшим решением, чем HDMI, так как в одном поколении с ним зачастую способен обеспечить более высокую частоту обновления.

С ограничениями версий DisplayPort при передаче изображения со стандартной глубиной цвета (8-бит) без сжатия DSC можно ознакомиться в таблице ниже.

USB Type-C/Thunderbolt

USB Type-C — универсальный интерфейс родом из 2014 года, через который можно передать все. Ну или почти все. Сегодня разъем Type-C используют как современные контроллеры USB 3.x, так и контроллеры Thunderbolt 3/4/5. С помощью альтернативных режимов передачи каждый из них обретает возможность посылать по кабелю видео и аудио. Для этого может использоваться как протокол DisplayPort, так и протокол HDMI.

Однако наличие на мониторе разъема Type-C не говорит о совместимости с обоими этими протоколами. Поэтому у каждой модели их поддержку нужно смотреть индивидуально. К тому же не любой разъем USB Type-C на компьютере или ноутбуке подходит для передачи изображения — для этого обязателен порт с поддержкой альтернативного режима. В случае с Thunderbolt все проще: у каждого такого порта по умолчанию имеется поддержка передачи картинки посредством DisplayPort. А вот режим HDMI все также остается опцией.

Хотя USB Type-C универсален, для передачи видеосигнала с ПК он вряд ли пригодится: в этой категории властвуют полноразмерные HDMI и DisplayPort, да и порты с поддержкой альтернативных режимов здесь встречаются редко. Главная ниша этого интерфейса — носимые устройства, вроде ноутбуков, планшетов и смартфонов. А для последних двух это и вовсе единственный порт, через который можно вывести видеосигнал.

Длина кабелей: ограничения и нюансы

Из-за сопротивления проводов и затухания сигнала длина кабеля для каждого из интерфейсов ограничена. Но в стандарте она указана только для DVI — здесь в режиме Single Link для достижения максимального разрешения 1920х1200 при стандартных 60 Гц требуется кабель длиной не более 10 м.

На практике для стабильной передачи изображения с разрешением Full HD примерно такие же ограничения и у прочих цифровых интерфейсов — 10–15 м. А вот для аналогового VGA чем кабель короче — тем лучше. В теории, и он Full HD на этом расстоянии способен передать, но на практике такая картинка дойдет лишь с помехами. Это не так заметно, если к VGA подключен старый проектор, но для современных проекторов и жидкокристаллических панелей этот интерфейс на большом расстоянии определенно стоит избегать.

При повышении частоты обновления и увеличении разрешения сверх режима «1080p c 60 к/c» для любого из интерфейсов рекомендуются более короткие кабели — не более 3 м. При этом нужно обязательно обратить внимание на версию интерфейса, с которой совместим кабель. Внутри все кабели для одного интерфейса имеют одинаковое количество жил. Но бюджетные разновидности нередко имеют высокое сопротивление и сильное затухание сигнала, за счет которых не могут обеспечить стабильную передачу высоких разрешений даже на коротких расстояниях.

Более качественные кабели используют провода с меньшим сопротивлением и проходят дополнительные тесты, гарантирующие работу в режимах, требующих высокой пропускной способности. С современными мониторами разрешением 2K и 4К стабильную работу обеспечат кабели:

• HDMI версии 2.0/2.1 (маркировка Premium/Ultra High Speed)

• DisplayPort версии 1.2 и выше

Если длины обычных моделей мало, то нужно использовать активные кабели. Внутри них спрятаны усилители сигнала, позволяющие увеличить эффективную дальность примерно вдвое. А в случае, если и такое решение не подходит, то на помощь придут оптические кабели. У них встроены конвертеры, которые преобразуют электрические импульсы в оптический сигнал на одной стороне кабеля, а затем возвращают его в исходный вид на другой. Стоят такие решения недешево, зато могут обеспечить передачу сигнала на расстояние до 100 м.

Важно помнить, что из-за особенностей внутреннего устройства у активных и оптических кабелей существует направленность. Один коннектор предназначен строго для источника, второй — строго для приемника. Если перепутать их местами, изображения не будет.

Интерфейсы и выбор монитора

Прежде, чем приступать к выбору монитора, определитесь с необходимыми вам интерфейсами. Это нужно сделать исходя из планируемых сценариев его использования.

• Если устройство будет подключаться к старому ПК, то обязательно позаботьтесь о наличии у него разъема VGA.

• HDMI — наиболее универсальный вариант, позволяющий подключить монитор к любому современному ПК или ноутбуку.

• Офисные мониторы с частотой 60 Гц нередко оснащаются разъемом DVI. Не стоит их избегать: если на мониторе нет встроенных динамиков, то функциональность такого порта полностью аналогична HDMI. Для соединения с последним понадобится лишь пассивный переходник или соответствующий кабель.

• DisplayPort — лучший вариант для игровых мониторов. Многие модели среди них могут обеспечить максимальную частоту обновления именно через этот интерфейс, слегка урезая ее через HDMI из-за нехватки пропускной способности. Пример: 165 Гц c DP, и лишь 144 Гц c HDMI.

• Если вы хотите подключить несколько мониторов к ПК одним кабелем, обратите внимание на модели с DisplayPort Multi-Stream Transport. За счет встроенного MST-хаба они позволяют объединять устройства отображения в цепочку.

• Для подключения к монитору смартфонов и планшетов выбирайте модель с USB Type-C. Пригодится такой разъем и для соединения с некоторыми современными ноутбуками.

• Display Stream Compression (DSC) для DisplayPort и HDMI — технология полезная. Ее поддерживают многие современные видеокарты. А вот о мониторах этого не скажешь. Поэтому прежде, чем рассчитывать на возможности картинки с DSC, убедитесь, что в выбранной модели монитора есть ее поддержка.

Особенности использования переходников

Уже есть монитор, на котором не нашлось необходимого интерфейса? Не беда, ведь всегда можно использовать переходники или кабели с одного интерфейса на другой. Они бывают двух видов — пассивными и активными. В пассивных переходниках сигнал, сформированный графическим процессором, передается с контактов одного разъема на другой. В них нет какой-либо электроники, поэтому они никак не влияют на качество и стабильность изображения.

В активных переходниках сигнал одного вида преобразовывается в другой, а питание для этой операции электроника внутри переходника получает от устройства-источника. Поэтому такая разновидность переходников (особенно модели низкого качества) иногда может давать небольшие помехи, либо в определенные моменты провоцировать мигание монитора.

Как и длинные кабели с усилителями, активные переходники работают в одностороннем режиме. То есть, переходник с HDMI на DisplayPort и c DisplayPort на HDMI — это не одно и то же. Если такое устройство подключить в неправильном направлении, то картинку оно передавать не будет. Не менее внимательным нужно быть с максимальным разрешением и частотой обновления, которое поддерживает переходник: для мониторов 2К/4K и игровых решений с быстрой матрицей подойдут далеко не любые модели.

В таблице ниже указано, какие переходники являются пассивными, а какие — активными. По горизонтали указан интерфейс на входе (сторона видеокарты), по вертикали — интерфейс на выходе (сторона монитора).

Принцип работы и функциональность

Thunderbolt — совместная разработка компаний Intel и Apple. Главная идея проста: передавать как различные данные, так и потоки видео с помощью одного кабеля. Для этой цели объединили возможности PCI-Express и DisplayPort. Контроллер Thunderbolt позволяет использовать возможности любого из этих интерфейсов.

С помощью режима DisplayPort можно передавать цифровые потоки видео. Для этого не требуется специального оборудования. Стоит подключить к разъему Thunderbolt любой монитор с DisplayPort, и картинка на него выведется автоматически. В режиме передачи PCI-Express интерфейс работает наподобие порта PCI-E на материнской плате. Но в используемом устройстве тоже должен быть контроллер Thunderbolt, который преобразует сигнал обратно в линии PCI-E.

Как и в случае с картами расширения PCI-E для компьютера, эти линии можно использовать для подключения самого разного оборудования. В том числе внешних видеокарт, устройств захвата, различных накопителей, звуковых карт, сетевых адаптеров. В док-станциях для ноутбуков могут реализовать функции сразу нескольких устройств и интерфейсов. Например, USB-хаба, портов HDMI и DisplayPort, звуковой карты, сетевого адаптера и картридера.

Всего один разъем Thunderbolt может взаимодействовать сразу с несколькими устройствами. Для этого в каждом из них должен быть контроллер Thunderbolt с двумя соответствующими разъемами. Такие устройства могут подключаться друг к другу по цепочке, одно к другому. Если последним звеном в ней является монитор с интерфейсом DisplayPort, для него контроллер необязателен. Так можно использовать до шести устройств. Начиная с Thunderbolt 4, поддерживаются и соединения с помощью хабов-концентраторов — аналогично интерфейсу USB.

Устройство разъемов и передачи данных

Thunderbolt не использует какого-то проприетарного разъема. Первая и вторая версия интерфейса в качестве него применяли Mini DisplayPort. Благодаря этому подключать мониторы с DisplayPort было максимально просто: не нужно было искать какой-то особый кабель.

В разъеме Thunderbolt первого и второго поколения используется 20 контактов.

• Два контакта низкоскоростной линии передачи данных.

• Восемь контактов образуют четыре соединения высокоскоростной передачи данных. Каждая пара соединений объединена в одну линию.

• Контакт сигнала «горячего» подключения.

• Контакт подачи питания.

• Восемь контактов заземления.

При передаче видеопотока назначение контактов не отличается от таковых в родительском разъеме DisplayPort. В режиме PCI-E высокоскоростные линии переключаются в альтернативный режим. Каждая из них может передавать данные на скорости 10 Гбит/c. В первой версии Thunderbolt линии работают в фиксированном режиме: одна — на передачу, другая — на прием.

В Thunderbolt 2 обе могут использоваться для передачи данных в одном направлении. Это увеличивает пропускную способность до 20 Гбит/c. В Thunderbolt 3/4/5 в качестве разъема стали использовать 24-контактный USB Type-C. Контроллеры были переработаны. К режимам PCI-E и DisplayPort добавили еще один с передачей интерфейса USB. Так что с третьей версии любой порт Thunderbolt может работать и как обычный USB Type-C. Для этого контроллер соответствующим образом переназначает контакты.

Для режима PCI-E все так же используются четыре физических соединения, объединенные в две высокоскоростные линии. Но благодаря увеличению частоты сигнала их пропускная способность заметно выросла. В Thunderbolt 3/4 скорость в каждую сторону составляет 40 Гбит/c.

В Thunderbolt 5 частоту увеличили еще вдвое, так что пропускная способность в каждую сторону достигла 80 Гбит/c. Дополнительно в нем ввели альтернативный режим Bandwidth Boost. Он меняет распределение соединений по линиям. Теперь три соединения могут передавать данные в одну сторону, а одно соединение — в другую. Благодаря этому скорость передачи данных на подключенное устройство может повышаться до 120 Гбит/c, а с обратно с него — снижаться до 40 Гбит/c.

Передача питания

Разные версии отличаются по возможностям подачи питания. Порты Thunderbolt 1/2 могут отдавать подключенному устройству максимум 10 Вт мощности. С третьей версии Thunderbolt базовый лимит подняли до 15 Вт. Также появилась совместимость с протоколом USB Power Delivery. Благодаря ему интерфейсы Thunderbolt 3/4 могут передавать устройствам до 100 Вт мощности, а Thunderbolt 5 — до 240 Вт.

Не все ПК и ноутбуки с подобными разъемами могут отдавать столько энергии. Реальный потолок мощности зависит ограничений на конкретном устройстве.

Кабели для интерфейса Thunderbolt существуют двух видов: оптические и медные. Оптические могут передавать только данные. Они совместимы не со всеми устройствами. При этом их длина может достигать невероятных 60 метров.

Обычные медные кабели ограничены одним-двумя метрами. Но зато работают со всеми устройствами, передавая им и данные, и питание. Реже встречаются более длинные медные кабели, оснащенные микросхемами-усилителями. Они способны передавать данные на более длинные расстояния, но передача питания по ним ограничена. Из-за высоких скоростей и приличной мощности Thunderbolt крайне требователен к качеству кабелей. Взять любой из них, получив на выходе 120 Гбит/c и 240 Вт, не выйдет. Каждый кабель Thunderbolt тестируют на определенных скоростях и мощности — в зависимости от длины, толщины и качества используемого в проводниках материала.

На практике многие кабели нередко могут передавать данные быстрее, чем указано на упаковке. Но гарантии на это никто не дает. При появлении ошибок контроллер Thunderbolt автоматически опустит скорость до более низких значений.

Превышение указанной электрической мощности еще более опасно. При использовании 100-ваттного кабеля для передачи устройству 150 Вт он может перегреться. Итогом станет поломка и устройства, и контроллеров.

В каких устройствах встречается

Thunderbolt впервые появился в ноутбуке MacBook Pro 2011 года выпуска. Этот порт до сих пор остается ключевым элементом компьютеров и ноутбуков Apple. За их пределами интерфейс первой и второй версии встречался редко. Разве что в редких флагманских ноутбуках и топовых материнских платах для декстопных ПК.

С выходом Thunderbolt 3 интерфейс стал более распространенным. Не в последнюю очередь за счет разъема Type-C: его многие производители стали внедрять намного охотнее, чем Mini Display Port. Впрочем, в среднебюджетных ПК и ноутбуках Thunderbolt и сегодня не встретить. Причина проста: интерфейс требует отдельного контроллера, разведения линий PCI-E с чипсета и организации передачи изображения с видеокарты. Конкурирующий USB реализовать проще. В нем альтернативные режимы передачи обычно опциональны. А поддержку базовой функциональности с успехом обеспечит любой современный чипсет материнской платы.

Сравнительная таблица

Сравним характеристики различных версий Thunderbolt. И заодно противопоставим им последние версии интерфейса USB.

* опциональная функциональность

** со сжатием Display Stream Compression

На первый взгляд спецификации Thunderbolt 3 практически повторяет USB 4 первой версии, а Thunderbolt 5 схож с USB 4.0 v2.0. Но, если смотреть внимательнее, можно увидеть заметное отличие. Многие режимы для USB опциональны, а для Thunderbolt они являются обязательными. К тому же, USB не поддерживает цепочки из устройств. Для подключения нескольких девайсов придется в обязательном порядке воспользоваться USB-хабами.

Итоги

Thunderbolt — самый прогрессивный внешний интерфейс для компьютеров и ноутбуков. Широкая функциональность и высокие скорости делают его недостижимым для конкурентов. Но прогрессивный — не значит распространенный. В этом и заключается слабость Thunderbolt: он до сих пор мало встречается как в компьютерах, так и на внешних устройствах. А с выходом USB4, перенявшем большую часть его функций, Thunderbolt еще больше рискует остаться нишевым решением.

Впрочем, в некоторых задачах этот интерфейс может быть крайне полезен. В первую очередь — для подключения внешних видеокарт к ноутбукам. Там, где скорости USB опциональны, Thunderbolt всегда готов выложиться на максимум. В этом — его главная сила.