Производительность USB 3.0: два решения от Gigabyte и Asus – THG.RU

Ещё один новый интерфейс?

Сегодня большинство энтузиастов наверняка знают о существенном потенциале производительности периферии USB 3.0, но контроллеры с поддержкой этого стандарта лишь недавно стали появляться на рынке. Конечно, для полного тестирования возможностей новой технологии понадобятся накопители, которые не медленнее скоростных контроллеров – и такие накопители пока ещё не существуют (нам нужны модели, способные выдать больше 500 Мбайт/с).

Вероятно, не следует ожидать, что в обозримом будущем периферия достигнет ограничений USB 3.0. В конце концов, прошло больше года после объявления Hi-Speed USB 2.0, прежде чем устройства смогли дать скорость 35 Мбайт/с, которая всё равно оказалась намного ниже, чем заявленная для интерфейса скорость 480 Мбит/с (60 Мбайт/с).

Из-за отсутствия устройств с подходящей скоростью и довольно высокого предела пропускной способности может пройти несколько лет, прежде чем пропускная способность будет упираться в интерфейс USB 3.0. Да, периферия USB 3.0 сегодня встречается очень редко, но это не помешало нам внимательнее присмотреться к реализации USB 3.0 на последних материнских платах. Если производители постарались на совесть, то можно быть уверенным, что на рынке будет появляться всё больше периферии с поддержкой нового интерфейса.

Нажмите на картинку для увеличения.

Но перед тем как мы перейдём к изучению реализации поддержки USB 3.0, не мешает сначала спросить у производителей “зачем?” Неужто eSATA уже не хватает? Обывателю может показаться, что интерфейс 5,0 Гбит/с потенциально работает быстрее 3,0 Гбит/с, что поддерживает eSATA, но опытные пользователи знают, что интерфейс eSATA уже опережает устройства хранения данных потребительского уровня, да и вскоре он перейдёт на скорость 6,0 Гбит/с. Поэтому, хотя основным преимуществом USB 3.0 и называется увеличение производительности, на практике причина его внедрения может заключаться в решении проблем eSATA.

Первая проблема, которую решает USB 3.0, заключается в том, что, в отличие от SATA, интерфейс не ограничен устройствами ATA и ATAPI. Он призван работать в качестве внешнего интерфейса, подобного PCI Express (PCIe) 2.0, который, сочетая в одном и том же разъёме поддержку наследственного USB 2.0, обеспечивает возможности подключения, очень близкие к слотам ExpressCard, знакомым многим пользователям ноутбуков. Довольно интересно будет увидеть, насколько хорошо он будет адаптирован для схожих с ExpressCard устройств, таких как карты захвата видео и видеокарты. Получая энергию с интерфейса USB 2.0, совмещенного в этом же разъёме, USB 3.0 становится более удобным решением для портативных накопителей по сравнению с eSATA без питания. USB 3.0 также поддерживает больший ток в амперах для контактов питания USB 2.0 в разъёме, то есть перед нами лучшее решение для мобильных накопителей чем даже комбинация интерфейсов USB 2.0/eSATA, которая поддерживается некоторыми материнскими платами и брелоками.

Но, наверное, более важное преимущество USB 3.0 заключается в том, что этот интерфейс с самого начала был разработан для съёмных устройств, поэтому ему не придётся сталкиваться с проблемами встроенных контроллеров SATA/eSATA многих материнских плат, где функция Windows “Безопасное извлечение устройства/Safely Remove Hardware” не поддерживалась. Поэтому, хотя USB 3.0 может показаться “ещё одним интерфейсом” с перспективы подключения накопителей, его улучшенная гибкость является важным шагом вперёд по сравнению с конкурирующим интерфейсом eSATA.

С вопросом актуальности интерфейса USB 3.0 мы разобрались, теперь настало время внимательнее рассмотреть то, как производители реализовали его поддержку.

Новые материнские платы от Asus и Gigabyte

Всегда пытаясь оставаться на передовой технологических разработок, некоторые производители попытались добавить контроллер с высокой пропускной способностью на последнюю платформу Intel, но возникла проблема в том, что у чипсета нет интерфейса с достаточной пропускной способностью. 16 линий PCIe 2.0, которые предоставляют процессоры LGA 1156, подключены к слотам видеокарт, а все другие подключения PCIe должны осуществляться через P55 PCH с уполовиненной пропускной способностью 2,5 GT/s. Одной линии PCIe 2.0 5,0 Гбит/с было бы достаточно для USB 3.0, но у P55 таковой нет.

Нажмите на картинку для увеличения.

Решение Asus заключалось в добавлении моста PLX PCIe, который можно увидеть на фотографии выше – большая микросхема с серебристым “кругляшком” слева от клавиш питания и сброса. Мост PLX преобразует четыре линии 2,5 GT/s чипсета P55 Express в две линии 5,0 GT/s, что позволило Asus установить контроллеры USB 3.0 и SATA 6,0 GT/s с полной пропускной способностью линий PCIe 2.0. Нынешняя статья ограничена реализацией USB 3.0, поэтому дополнительные детали о материнской плате P7P55D-E Premium мы рассмотрим в будущем сравнении.

По цене на треть меньше материнской платы Asus, модель Gigabyte P55A-UD4P урезает линии PCIe 2.0 уже у центрального процессора, чтобы предоставить их высокоскоростным контроллерам. Две линии из 16 доступных PCIe 2.0 для видеокарты выведены на контроллеры USB 3.0 и SATA 6,0 Гбит/с, при этом Gigabyte отключила шесть линий, что привело к превращению верхнего слота для видеокарты в интерфейс x8. Контроллеры USB 3.0 и SATA 6,0 Гбит/с переводятся на подключение к линиям 2,5 GT/s чипсета при установке двух видеокарт, чтобы сохранить подключение x8 PCIe 2.0 для каждой видеокарты для оптимальной производительности CrossFire или SLI (следует отметить, что вы можете перевести контроллеры USB 3.0 и SATA 6,0 Гбит/с на линии PCIe чипсета и при установке одной видеокарты x16 PCie, если вам потребуется максимальная пропускная способность для неё).

Нажмите на картинку для увеличения.

По этой причине пользователю с одной видеокартой придётся смириться с потерей половины от пиковой пропускной способности x16 PCIe 2.0, чтобы предоставить линии 5,0 Гбит/с для контроллеров USB 3.0 и SATA 6,0 Гбит/с. А при установке двух видеокарт контроллерам USB 3.0 и SATA 6,0 Гбит/с придётся работать с линиями PCIe 1.0 с пропускной способностью 2,5 Гбит/с. Но ни одну из этих жертв нельзя назвать существенной для современных комплектующих, хотя в будущем всё может измениться.

Учитывая, что некоторые пользователи лучше заплатят больше, чем будут чем-то жертвовать, Gigabyte показала нам грядущую материнскую плату P55A-UD7 с мостами PLX и nForce 200 PCIe. Но пока компания не объявила точную дату выхода или цену.

Тестовая конфигурация

Тесты и настройки

Asus предоставила нам тестовый накопитель для данной статьи. Модифицированная оснастка Vantec содержит 500-Гбайт жёсткий диск Seagate 7200.12 и новый адаптер ASMedia ASM1051 SATA-to-USB 3.0.

Нажмите на картинку для увеличения.

У нас были некоторые опасения, касающиеся использования данного накопителя для массового рынка при тестировании интерфейса, поддерживающего скорость передачи до 5,0 Гбит/с, пусть даже адаптер USB 3.0 ограничен пропускной способностью SATA 3,0 Гбит/с. Будем надеяться, что в следующем году на рынок выйдут более скоростные устройства.

Контроллер NEC D720200F1 PCIe-to-USB 3.0 используется на обеих материнских платах (на фото показана P7P55D-E Premium).

Результаты тестов

Диаграммы передачи данных

Мы провели тесты и не обнаружили разницы в производительности “родных” контроллеров чипсета P55 на материнских платах Asus и Gigabyte, поэтому мы решили представить контроллеры SATA и USB 2.0 чипсета одним графиком, чтобы не усложнять статью. Asus и Gigabyte также используют один и тот же контроллер USB 3.0, хотя разная реализация PCIe заставляет протестировать оба решения. Gigabyte также предлагает порт eSATA – как раз одна из технологий, которую должная заменить USB 3.0, поэтому мы решили сравнить производительность контроллера JMB362 eSATA.

Скорость последовательного чтения ограничена производительностью жёсткого диска во всех случаях за исключением интерфейса USB 2.0 в нынешней конфигурации. Более быстрый накопитель в комплекте Asus USB 3.0 смог бы улучшить данную ситуацию.

Диаграмма последовательной скорости записи более интересна. Реализация Gigabyte контроллера NEC USB 3.0 по скорости соответствует “родному” интерфейсу SATA чипсета P55, а контроллер PCIe-to-eSATA первого поколения ограничен пиковой пропускной способностью 125 Мбайт/с. Точно так же реализация USB 3.0 от Asus смогла дать максимальную скорость около 122 Мбайт/с. Впрочем, потенциальные недостатки обоих сторонних контроллеров по скорости записи на практике не так заметны из-за производительности 500-Гбайт жёсткого диска Seagate 7200.12.

Пропускная способность

Пропускная способность выглядит идентично приведённым выше диаграммам.

Здесь мы видим те же самые ограничения реализаций Gigabyte eSATA и Asus USB 3.0, которые мы уже отметили выше. Разница выглядит незначительной из-за невысокой производительности самого жёсткого диска, хотя диаграмма выше явно говорит о том, что выявленные ограничения находятся ниже скромного максимального уровня производительности винчестера.

Потоковое чтение и запись

Что касается скорости записи, то контроллер Gigabyte eSATA выглядит чуть лучше, а реализация Asus USB 3.0 – чуть хуже в IOMeter. Производительность USB 2.0 кажется ничтожной, так что оба интерфейса eSATA и UBS 3.0 обеспечат существенный прирост производительности.

Производительность интерфейса

Тест производительности интерфейса позволил обойти механические ограничения производительности жёсткого диска. Здесь более заметны замедления, характерные для производительности записи Gigabyte eSATA и Asus USB 3.0.

Время доступа и производительность ввода/вывода

Единственное решение, ограниченное интерфейсом PCIe x1 первого поколения, а именно контроллер Gigabyte eSATA, даёт чуть более высокую задержку записи.

Интеграция контроллера в чипсет P55 даёт “родному” интерфейсу SATA существенный прирост по производительности ввода/вывода. Это единственный тест, где медленный интерфейс USB 2.0 может конкурировать с другими решениями, обладающими более высокой пропускной способностью.

Заключение

Конечно, пока что мы ещё не встречали устройств, которые смогли бы упереться в высокие пределы производительности USB 3.0, но тесты доказывают, что новый стандарт является важным шагом вперёд по сравнению с USB 2.0 даже в случае обычного жёсткого диска для настольных ПК. Интерфейс USB 3.0 способен дать производительность ничуть не хуже контроллера eSATA, с которым он будет изначально конкурировать, да и предел скорости 5,0 Гбит/с кажется весьма достойным, пусть даже в скором времени eSATA перейдёт на 6,0 Гбит/с.

Новый интерфейс даёт на 50% больший ток по тем же контактам питания, что и интерфейс USB 2.0, так что USB 3.0 кажется новым стандартом де-факто для высокоскоростных портативных накопителей. Маркетинговая мощь названия USB, а также разъём с поддержкой USB 2.0 и возможность подключения не-SATA устройств – всё это наверняка сдвинет конкурирующий стандарт eSATA до стационарных устройств резервирования данных.

Решение Asus кажется более элегантным, поскольку оно не “крадёт” линии PCI Express из слота x16 для видеокарты, а опирается на мост PLX, преобразующий четыре линии PCIe 1.0 2,5 Гбит/с чипсета в две линии PCIe 2.0 5,0 Гбит/с. Конечно, Gigabyte смогла обойти Asus по производительности записи, использовав линию 5,0 Гбит/с, подключённую напрямую к CPU, что устраняет всех посредников (таких как интерфейс DMI, подключающий процессор Core i7 к чипсету P55), которые могут замедлять интерфейс, но при этом слот PCIe для видеокарты ограничивается режимом x8. Этот недостаток можно связать напрямую с ограничениями платформы LGA 1156, поэтому если вам нужна high-end система с максимальными возможностями, то лучше посмотреть в сторону решений на Intel X58, таких как Gigabyte X58A-UD7.

Мы знали, что интеграция Intel интерфейса PCI Express напрямую в дизайн Lynnfield окажется “подводным камнем” в некоторых ситуациях, но мы всегда думали, что это случится с производительностью видеокарт следующего поколения, которые будут использовать пару слотов x8. Перед нами своеобразная “обратная сторона медали” интеграции.

Впрочем, прибережём критику общей производительности USB 3.0 до тех пор, пока какая-нибудь компания не представит компонент с существенно более высокой пропускной способностью. Но другие нарекания тоже есть. Главное среди них касается отсутствия стандартизации кабелей USB 3.0 для передней панели, поскольку удобство доступа с лицевой панели корпуса ПК является ключевым для скорейшего распространения стандарта. Мы не сомневаемся, что крупные поставщики систем, такие как HP и Dell, разрабатывают новые корпуса с собственными разъёмами подключения корпус-материнская плата, и это может стать очень серьёзной проблемой для самостоятельных сборщиков – пока производители не договорятся о стандарте подключения портов на материнской плате. Прошло несколько лет, прежде чем производители представили стандарт для подключения передних портов и “косичек” USB, и нам бы очень не хотелось, если бы подобная ситуация повторилась и на этот раз.