高效能與通用擴充的可能性,Thunderbolt 3 對於筆電擴充基座的定義有怎樣的變化

在過去,幾乎只有商務筆電才可能會有專屬的擴充基座( Docking ),而且擴充基座幾乎都是針對特定筆電型號量身訂做,甚至在此款筆電改朝換代後也不一定能相容,不過隨著 Thunderbolt 3 介面的推出,似乎也為筆電擴充基座帶來新的曙光。


剛好前陣子 Atticus 幫忙買了新的工作用筆電,又剛好有朋友從美國帶了 Razer Core 回來,筆者就以這樣的組合簡單做了一些效能的測試,以及針對 Thunderbolt 3 之於筆電擴充基座提出一些觀點。


為什麼要使用擴充基座?或許對沒體驗過擴充基座的使用者可能比較難理解,擴充機做的好處不僅是提供筆電一個可固定安置的位置,同時藉由基座上的介面,只要先行安插好乙太網路、鍵盤、滑鼠、螢幕,把筆電放到擴充基座上,就不需要逐一接上,尤其對於在辦公室也是使用筆電外接螢幕工作的使用者可減少到辦公室安裝周邊的時間。




不過也如一開始所說的,傳統擴充基座雖然方便,但是限制卻相當多,必須得要挑選特定機型才能搭配特定的基座,此外傳統的基座設計多半是以延伸 I/O 功能為主,最多是可額外增加硬碟,但對於筆電的效能則無法加成。


雖然後來也曾有廠商發表可擴充式的 GPU 基座設計,不過由於限制較多,例如仍需搭配特定機種,以及 GPU 的選擇一開始就被限制住,此外過往的技術也沒有能夠充裕頻寬的通道,這也使得即便有外接 GPU 的方式,但也無法搭配較高階的 GPU 。


不過在由於 USB Type-C 介面與 Thunderbolt 3 的發表,進而改變了擴充基座的型態;由於 USB IF 宣布的新式連接介面 USB Type-C 可透過相容技術與其它技術協定相容,故也有了 Thunderbot over USB Type-C 的計畫與做法,但雖然介面是基於 USB Type-C ,不過這不代表 Thunderbolt 3 協定等同於 USB 3.0 / USB 3.1 。




實際上 Thunderbolt 3 的作法如同過去 Thunderbolt 是藉由 miniDisplayPort 作為介面一樣,只是借用其它標準型介面作為連接方式,但傳輸的訊號特性仍維持 Thunderbolt 3 ,是故可看到 Thunderbolt 所使用的連接線雖然外觀仍像是 USB Type-C ,但上面會特別註記象徵 Thunderbolt 的閃電標誌,而且支援 Thunderbolt 3 的 TYype-C 埠也有同樣的標誌。


為何需要作出這樣的註記?就如前述, Thunderbolt 3 只是借用它人的標準介面承載自己的技術,由於協定的不同,對於線材的標準規範也會有所不同,同時也別忘了目前 USB Type-C 線材也遭遇由於認證強制力不足,導致品管良莠不齊的狀況。




加上雖然 USB IF 制定了 USB PD 供電協定,最高可達 100W ,但就現行 USB 3.0 線材標準的線材僅能負擔 60W 功率,至於 USB 3.1 才是要求能承受 100W 功率,對消費者來說不一定能分辨兩者差異,但在 Thunderbolt 3 認證中原本就規定須要達到 100W 功率,故在線材基本要求就已經與 USB IF 現階段的 USB Type-C 線材要求有所不同。


另一方面, Thunderbolt 的效能也更超過 USB 3.1 ,在目前 USB Type-C Gen.2 也不過提供 10Gbps 的頻寬,但在 Thunderbolt 3.0 規範中,基於 PCIe 3.0 x4 ,可提供高達 40Gbps ( 5Gbps )的頻寬,足足高出 4 倍傳輸性能,也更能滿足外接高性能 GPU 的需求。


在去年開始,市場上也陸續出現 USB Type-C 的高性能擴充裝置,也包括幾款可安裝桌上型 GPU 的裝置,除了筆者與朋友借來這台在台灣未正式引進的 Razer Core 以外,華碩的 ROG XG Station II ,還有 AKiTiO 的 AKiTiO Node 則是在台灣能夠買到的同級品。






這幾款產品雖然外觀還有一些介面設計不太一樣,不過基本功能與設計是差不多的,基本上為了承載高效能的桌上型 GPU ,這一類的外接盒都會搭載約 400W-600W 的電源供應器,而插槽設計為 PCIe x 16 ,若以目前主流的 PCIe 3.0 規範來看,應該是可提供到之15.754GBps 的傳輸速度,不過畢竟是 Thunderbolt 3 介面,故實際傳輸速度貼近 PCIe 1.0 16 的 5GBps 。




在周邊擴充方面, Razer Core 提供了四個 USB 3.0 ,一個乙太網路介面,以及一個用以連接筆電的 Thunderbolt 3 插槽,另外在底部還有一個風扇協助散熱,受限於框體寬度設計,故 Raze Core 與 AKiTiO  Node 的顯示卡建議使用 2 Slot ,不過華碩 ROG XG Station 2 則可容納 2.5 Slot 的 GPU 。


將 Thunderbolt 3 插上後,就會開始為筆電進行供電,不過要注意的是這是因為 Razer Blade Stealth 屬於 Ultrabook ,故 Thunderbolt 3 的 100W 供電就足以負擔其運作需求,而一些原本就需要透過外接超過 100W 變壓器的獨立顯示 GPU 筆電則仍需連接額外的變壓器使用。




透過 Thubderbolt 3 外接與具備 GPU 的筆電不同的地方在於不支援 OPTIMUS 內顯/獨顯切換技術,會自動將 GPU 切換到外接的 GPU 上,雖然在技術上可直接進行熱插拔,但在遊戲、影像轉檔等需動用到大幅 GPU 資源的情況,千萬不要做這種傻事,這是可能會引發電腦故障的,請確保是在待機或是一般上網情況下再進行熱插拔。


這次筆者所搭配的 GPU 則是目前 NVIDIA 的卡王 GeForce GTX1080 ,而測試的項目則是以幾款測試軟體搭配 GTA 的禎數,測試直接透過筆電顯示器以及外接到相同解析度的螢幕的差異性。






以上為透過筆電螢幕( 2K 解析度)輸出






以上為直接輸出到外接 2K 解析度螢幕


可看到在 3DMark 的 Time Spy 與 Fire Strike Ultra 測試項中,在輸出到外接螢幕與直接使用筆電顯示器,約有將近 10% 左右的效能落差。






























以上為透過筆電螢幕輸出






























以上為外接到 2K 顯示器


至於在 GTA 2K 解析度特效全開的情境下,雖然最低禎數維持在 30fps 左右,不過最高禎數在筆電顯示則落在 60fps ,但外接顯示器後可達到 80fps 以上。


為何在筆電顯示直接輸出的效能會低於輸出到螢幕?關鍵在於兩者的影像訊號傳輸方式,外接螢幕是直接透過 GPU 上的介面進行輸出,但在筆電原本的螢幕輸出,則需要把訊號再透過 PCIe 介面經由 Thunderbolt 3 回傳到筆電,也就意味著需要額外占用到 Thunderbolt 的頻寬。




當然這樣的效能比起搭載 GTX 1070 的筆記型電腦由於 GPU 電壓是桌上型的標準版,故整體效能仍由於 GTX1080 先天體質優勢來的更好,但若對比採用第六代 Core i5 與 GTX1070 的桌上型電腦,效能則反而還略落後,除了 CPU 效能以外,畢竟桌上型電腦的 PCIe 3.0 x16 通道是全開的。


雖然外接 GPU 後的效能對比原生連接仍有些許落差,不過對一些使用族群而言這樣的設計有相當大的優點,以筆者這類外出重視行動力,也不會在外進行重度工作或是遊戲的使用者而言,透過回到公司與家中插上 Thunderbolt 3 裝置後就具備媲美桌機的便利性與生產力,就不需要為了在家中娛樂與工作需求只能購買高效能卻沉重的獨立顯示卡機種。




同時由於介面為統一規格的 Thunderbolt 3 ,就不再像過去受到機種的限制,只要選擇筆電具備 Thunderbolt 3 ,都可共用同一個外接盒,例如本身就有多台筆電,或是剛好需要更換筆電,也不用像過去為了遷就能夠沿用擴充基座而只能再選擇相同機型。


只是目前 Thunderbolt 3 的擴充基座價格仍偏高,除了技術較新穎外,畢竟此設計目前市場需求仍未爆發,故也僅有少數幾個品牌推出相關產品,但若考慮的不僅只是 I/O 的延伸,更希望在圖形性能也能一併升級,搭載 GPU 的 Thunderbolt 3 擴充基座確實達成了過去擴充基座所沒有的通用性與升級的可能性。


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