Главная » Статьи » Железо » Сборка, корпуса и БП


Обзор и тест контроллеров USB 3.0

Стоит ли волноваться из-за контроллера USB 3.0?

В мире USB 2.0 внешним накопителям довольно неудобно. Этот стандарт действительно всех удивил после своего появления в 2000 году. Однако технологический мир не долго радовался, и скорость "до 480 Мбит/с" на деле оказалась "около 35 Мбайт/с", что давным-давно стало "узким местом". Когда нужно переместить фильмы с высоким разрешением, большие аудио библиотеки, или, что самое ужасное, папки с большим количеством маленьких файлов, которые просто "размазывают" производительность при записи, то при использовании USB 2.0 можно начать копирование и сходить, например, прогуляться.


Передача через USB 2.0 может быть весьма медленной

Третья ревизия стандарта USB предлагает скорость передачи до 5 Гбит/с, что в теории даёт десятикратный прирост производительности по сравнению с USB 2.0. Однако, ещё пройдет некоторое время, прежде чем конечные пользователи ощутят все преимущества USB 3.0. Первоначально новый стандарт был анонсирован в ноябре 2008 года. До того, как компания Buffalo Technology стала первым поставщиком внешних приводов с поддержкой USB 3.0, прошёл год. К тому времени не было ни одной материнской платы, оснащённой контроллером USB 3.0.

Медленно, но уверенно, почти каждый поставщик материнских плат добавил к своей продукции стороннюю логику USB 3.0. Компания AMD даже выпустила чипсет A75 с интегрированной поддержкой USB 3.0 (между прочем, у Intel данная функция до сих пор отсутствует).


Передача через USB 3.0

NEC Electronics (теперь Renesas Technology) первой выпустила отдельный контроллер USB 3.0. Если вы хотели себе функцию SuperSpeed, то был лишь один вариант, теперь их несколько.

Мы уже как-то обсуждали устройства, которые вы подключаете к контроллерам, совместимым с USB 3.0. Но стоит ли заботиться о самих контроллерах? У нас есть решения от ASMedia, Etron и встроенный контроллер чипсета А75 от AMD.

Модельный ряд контроллеров


Etron EJ168


Asmedia ASM1042

Как уже было отмечено, первые материнские платы и карты расширения, поддерживающие USB 3.0, использовали контроллер NEC PD720200. Однако с тех пор в игру вступило ещё несколько участников. Все новые материнские платы, поставляемые сегодня, используют более новое решение, как, например, ASMedia ASM1042 и Etron EJ168. Есть также контроллеры фирмы Renesas, построенные на предыдущем дизайне NEC, но со сниженным на 85% энергопотреблением. У VIA также есть собственный контроллер SuperSpeed.

Сегодня мы тестируем модели от ASMedia и Etron. Оба хост-контроллера USB 3.0 добавляют по два порта на одну линию PCIe x1, позволяя поставщикам материнских плат легко устанавливать USB 3.0 используя PCI Express в чипсете.

Если вы покупаете платформу на базе Intel, то контроллер от сторонних поставщиков вам просто необходим, поскольку у чипсетов Z68, P67 и X58 (все платформы для энтузиастов) нет родной поддержки USB 3.0. У платформы X79 тоже нет такой функции.

Запаздывание этой поддержки от Intel немного огорчает. Особенно если учесть, что AMD уже включила интегрированный USB 3.0 в чипсет A75 для APU на базе Llano (к сожалению чипсетам 990FX, созданным для поддержки процессоров на базе Zambezi повезло меньше).

Однако стоит быть внимательными. У AMD для сокета FM1 есть два чипсета Fusion Controller Hub (FCH): A75 и A55. Более дешёвое решение A55 поддерживает только SATA 3 Гбит/с и не имеет встроенного USB 3.0. Для систем самого начального уровня это, возможно, не является проблемой. Но если вы действительно заботитесь о производительности, то переход на A75 даст вам шесть портов SATA 6 Гбит/с, технологию FIS (режим одновременного доступа к нескольким дискам) и четыре порта USB 3.0.


ФункцияAMD A75AMD A55
ПлатформаSocket FM1Socket FM1
Порты SATA6 x SATA 6 Гбит/с6 x SATA 3 Гбит/с
Поддержка RAID0, 1, 100, 1, 10
Технология FISДаНет
HD AudioДаДа
Целевые PCIe4 x PCI Express 2.04 x PCI Express 2.0
UMI (подключение к APU)Четырёхполосный PCIe + DisplayPortЧетырёхполосный PCIe + DisplayPort
USB 3.0/2.0/1.14/10/120/14/2
Контроллер SDДаДа
Устаревший PCI 33 МГцДо трёх слотовДо трёх слотов
Поддержка mSATAДаДа

Есть ли разница между конфигурациями USB 3.0?


Множество подключений USB: концентратор Thanko на 80 портов.

На рынке существует несколько USB-контроллеров. Но какой из них лучший? Простой передачей файлов на один внешний накопитель это не определить, необходимо как можно сильнее нагрузить шину.

USB-подключения настолько распространены, что многие из нас привыкли использовать систему, когда практически все порты используются. Это может серьёзно повлиять на производительность. Например, максимальная скорость передачи данных для USB 2.0 - 480 Гбит/с, но это для контроллера, и скорость разделена между всеми подключёнными устройствами. Когда-то одно USB-устройство не могло использовать всю пропускную способность, однако два или три уже могло достигнуть этого предела. Сегодня с легкостью можно достигнуть потолка производительности USB 2.0 даже с одним внешним накопителем.


RocketU 1144A

Единственный способ преодолеть "узкое место", вызванное разделением пропускной способности – это использовать несколько контроллеров. Эта идея реализована в карте расширения RocketU 1144A от компании HighPoint. Чтобы обеспечить пропускную способность 2 Гбайт/с в каждом направлении через слот PCI Express x4, карта подключает каждый из четырёх портов USB 3.0 к одному контроллеру ASMedia ASM1042, использующему PEX8609 на восемь линий. В теории этот баланс даёт 500 Мбайт/с, который обеспечивает теже 500 Мбайт/с выделенной пропускной способности на каждый порт, что прекрасно совпадает с теоретическим пределом USB 3.0 (5 Гбит/с делятся на 8 бит для перевода в байты, коэффициент множителя 0.8, чтобы учесть кодирование 8b/10b)

Сравните, эту реализация с тем, что имеется на материнских платах. Gigabyte A75-UD4H и Asus F1A75-V Pro используют четыре порта USB 3.0 через A75 Fusion Controller Hub (FCH). Дополнительные порты подключаются за счёт контроллеров EJ168 (Gigabyte) и ASM1042 (Asus).

Если быть точнее, для поддержки четырёх портов USB 3.0, A75-UD4H опирается на два контроллера EJ168, тем временем Asus использует один контроллер ASM1042, обеспечивающий поддержку двух дополнительных портов. Тем не менее, технически эти сторонние решения не так идеальны, поскольку два порта делят между собой пропускную способность, предоставленную линией PCIe x1. В ситуациях, когда у вас подключены два высокоскоростных устройства к одному контроллеру, теоретически эта линия станет "узким местом".

Несмотря на это, мы собираемся ответить на два вопроса:

  1. Какой контроллер лучше других?
  2. Возникают ли "узкие места" при подключении нескольких производительных устройств к одному контроллеру?

С этой целью мы тестируем производительность у различных контроллеров USB 3.0 в следующих конфигурациях:

HighPoint RocketU 1144A и AMD A75 FCH:

  • Одно устройствоUSB 3.0
  • Два устройства USB 3.0
  • Четыре устройстваUSB 3.0

Etron EJ168 и ASMedia ASM1042:

  • Одно устройство USB 3.0
  • Два устройства USB 3.0

Конфигурация и тесты

Тестовая конфигурация
CPUAMD A8-3800 (Llano) 2.4 ГГц (24 х 100 МГц) CPU, 600 МГц GPU (400 Shaders), Четыре ядра, Socket FM1, 4 Мбайт кэша L2 , Power-saving включено
Материнская платаAsus F1A75-V Pro, BIOS v1102
Gigabyte A75-UD4H, BIOS vF6
ПамятьKingston Hyper-X 8 Гбайт (2 x 4 Гбайт) DDR3-1333 @ DDR3-1333, 1.5 V
Блок питанияSeasonic 760 W, 80 PLUS
ВидеокартаPalit GeForce GTX 460 1 Гбайт
Системный дискOCZ Vertex 3 240 Гбайт SATA 6 Гбит/с, Прошивка: 2.06
ПО и драйверы
Операционная системаWindows 7 Ultimate 64-bit
DirectXDirectX 11
ДрайверыGraphics: nVidia 275.33
RST: 10.5.0.1022
Virtu: 1.1.101
Asmedia: 1.10.0.0
Etron:105
A75: 8.863
Тесты
Iometerv1.1.0

Учитывая, что Kingston HyperX Max 3.0 получил от нас высокую оценку, мы использовали четыре таких модели одновременно, чтобы как можно сильнее загрузить каждый контроллер (естественно нам удалось подключить только два привода к контроллеру, а четыре SSD подключены к комбинации различных контроллеров). Это должно обеспечить худший сценарий, так как твердотельные накопители на базе USB 3.0 предоставляют намного больше потенциальной пропускной способности, чем обычные внешние приводы.

Стандарты USB 2.0 и 3.0 не включают поддержку исходной очереди команд (NCQ), поэтому мы проводили тесты при глубине очереди равной единице.

Результаты тестов

Произвольная запись и чтение

Внешние накопители редко сталкиваются с произвольными операциями ввода/вывода. Из-за того, что протокол USB не имеет аппаратную поддержку очередности команд (NCQ), данные пытаются записаться последовательно. Однако последовательная запись не всегда подразумевает последовательное чтение. Например, загрузка Windows 7 с USB диска включает в себя чтение множества информации маленького объёма, рассеянной по разным адресам логических блоков, которая, само собой, не находится в том порядке, в котором она была записана на диск.

Поэтому производительность случайных операций ввода/вывода по-прежнему важна, хоть и не критична. Мы собираемся сосредоточиться именно на блоках по 4 кбайт, поскольку, из личного опыта, мы знаем, что это наиболее распространённый размер передачи для случайных операций ввода/вывода.

При тестировании чтения и записи блоков по 4 кбайт, мы ограничены производительностью накопителя. Kingston HyperX Max 3.0 достигает скорости между 10-20 Мбайт/с. И даже когда мы увеличивали количество устройств до двух на контроллерах EJ168 и ASM1042, нам всё равно не удавалось полностью загрузить линию PCIe x1.

Производительность последовательных операций с блоками 128 кбайт

Далее мы перешли к последовательным операциям с блоками по 128 кбайт, так как они действительно отражают скорость передачи больших музыкальных файлов, фильмов и картинок на внешнее устройство хранения данных. В нашей лаборатории мы провели значительный анализ на базе трассировки, используя программу IPEAK от Intel, и результаты не столь однозначны.

С одним приводом Kingston HyperX Max 3.0, скорость последовательного чтения и записи оказалась в районе 170 Мбайт/с. Таким образом, при увеличении количества подключённых устройств, снижения производительности нет вообще.

Пропускная способность является единственным сдерживающим фактором на старых портах USB 2.0, поскольку нам удалось достичь 90% от всей доступной пропускной способности с одним накопителем HyperX Max 3.0 (хотя стоит заметить, что накопитель может работать гораздо быстрее). При переходе к двум устройствам, шина предыдущего поколения нагрузилась примерно на 43 Мбайт/с. На самом деле – это не плохо, если принять во внимание, что USB 2.0 способен дать 480 Мбит/с, поделенные на восемь для перевода битов в байты, и затем умноженные на коэффициент 0.8 для учета кодирования 8b/10b. Мы получаем близкий к USB 2.0 предел.

Встроенный контроллер USB 3.0 чипсета A75 (на базе дизайна Renesas) предлагает нам лучшую производительность, так его пропускная способность на 10 Мбайт/с выше, чем у конкурирующих решений.

Что же это значит в реальности?

Хотя синтетические тесты указывают на рост пропускной способности, это не вполне применимо к использованию в реальных условиях. Если исключить флеш-накопители, то большинство энтузиастов используют только один внешний привод за раз. И те, кто подключает больше одного привода к одному и тому же контроллеру одновременно, вряд ли используют на полную их производительность.

В связи с этим, вы, скорее всего, снизите производительность при одновременном выполнении различных команд на одном дополнительном диске, например, при записи двух файлов. Поддержки NCQ нет, поэтому глубина очереди всегда равняется единице. Однако на уровне драйвера, операционная система чередует команды, используя буфер. Именно это и позволяет вам записывать и считывать файлы с USB-устройства одновременно.


Запись множества файлов через USB 2.0

На практике вы видите, что скорость записи падает с каждой новой аналогичной операцией. Тем не менее, сумма скоростей передачи файлов должна оставаться равной той скорости, которую вы получаете при одной передаче.


Буферизация Bly-ray видео: пропускная способность USB 2.0

Чтение вместе с записью распределяется немного иначе. Посмотрите два наших видео. На них воспроизводиться несжатый ролик Bly-ray (30 Гбайт) и записывается на тот же привод.


Буферизация Bly-ray видео: пропускная способность USB 3.0

Благодаря возможности разделения шины для передачи и приема, одновременное чтение и запись происходит так же быстро, как если бы вы выполняли каждую задачу отдельно. Вот почему мы не видим устойчивого падения скорости записи, и видео не воспроизводиться рывками. Единственная разница между USB 2.0 и 3.0 - скорость, с которой происходит передача файла.

Получение хорошей скорости от USB 3.0

Почти каждая материнская плата, продаваемая сегодня, включает поддержку USB 3.0 (синие порты на картинке сверху). И основываясь на наших результатах, мы рады сообщить, что не стоит волноваться насчёт того, какой контроллер USB 3.0 выбрал поставщик вашей материнской платы для своей платформы. Честно говоря, устройства, которые вы подключаете к контроллеру USB 3.0, скорее ограничит собственная производительность, а не контроллер. Мы ещё не видели устройство, способное достичь того предела, который данный стандарт обеспечивает. Чтобы полностью нагрузить подключение PCIe x1 и сторонний контроллер, вам надо дать нагрузку более 500 Мбайт/с.

Не нужно быть инженером, чтобы понять, почему так происходит. В настоящее время все самые быстрые приводы на основе USB 3.0 используют SSD SATA 3 Гбит/с, что ограничивает их максимальную производительность, примерно, на половину от того, что может показать шина. Переход на пару устройств с интерфейсом 6 Гбит/с, использующих USB 3.0, почти наверняка вызовет затор. Однако более быстрые внешние накопители с более высокой ценой вряд ли привлекут массу внимания, так как они будут быстрее, чем внутренняя подсистема хранения данных большинства пользователей. Возможно, в скором времени мы увидим приводы USB 3.0 на базе SF-2200, способные прорваться за пределы стандарта. Но сейчас это не вполне реально, учитывая, что вы не заметите разницы между контроллерами USB 3.0.

Ключевое отличие между контроллерами USB 3.0 будет заметно с Windows 8. Microsoft планирует обеспечить поддержку родного драйвера для USB-Attached SCSI (UAS), который, как ожидается, обеспечит поддержку NCQ-инструкций через USB. В результате вы можете выиграть от способности SSD изменять порядок операций, которая нужна, чтобы воспользоваться преимуществом многоканальных архитектур, что обычно приводит к более высокой производительности при увеличении глубины очереди.

Простое обновление операционной системы не включит NCQ на USB. В дополнение к драйверу, правильного функционирования потребует совместимый контроллер USB 3.0 и клиентское устройство на другом конце. ASM1042 Asmedia уже имеет логику, которая должна поддерживать UAS, но мы не знаем положение AMD A75 или Etron EJ168. На уровне устройств всё становиться ещё более сложным, потому что мы не знаем, готово ли сейчас хоть какое-нибудь внешнее устройство к UAS.

Однако всё это в будущем. А пока, можно наслаждаться молниеносной скоростью USB 3.0 зная, что по большому счёту, очень тяжело загрузить пропускную способность одного порта, и даже два порта на одном контроллере дадут внушительную производительность. Если вы счастливый обладатель четырёх внешних приводов Kingston HyperX Max 3.0 и хотите включить их в чипсет AMD A75 или HighPoint RocketU 1144A, вы тоже увидите относительно хорошую скорость.

Категория: Сборка, корпуса и БП | Добавил: NIK (17.12.2011)
Просмотров: 2854 | Теги: USB 3.0 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]

Форма входа

Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Новые файлы
[21.12.2011]
Alizee
[21.12.2011]
Avril Lavigne
[21.12.2011]
Mylene Farmer
[21.12.2011]
Lafee
[21.12.2011]
Najoua Belyzel