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.

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.

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

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.

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.

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.

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