Обзор и тестирование высокоскоростного интерфейса USB 3.0

Обзор и тестирование высокоскоростного интерфейса USB 3.0

Высокоскоростная шина USB 3.0 получает в последнее время всё более широкое распространение, но до вытеснения USB 2.0 ей ещё очень далеко. Это связано с тем, что чипсетов с соответствующей поддержкой на данный момент очень мало, а отдельный контроллер устанавливают по большей части только на дорогие «топовые» материнские платы и ноутбуки. Ситуация начинает постепенно меняться, чипсеты для платформы Llano от AMD уже поддерживают USB 3.0 полностью, а Intel обещает внедрить новый интерфейс в наборы системной логики уже в следующем, 2012, году.

Самое главное нововведение в шине USB последней версии - это возросшая на порядок скорость передачи данных (USB 2.0 - 480 Мбит/с (Hi-Speed), USB 3.0 - 4800 Мбит/с (SuperSpeed)). Также была заметно увеличена сила тока - теперь устройства могут получать от одного разъёма вплоть до 900 мА, в отличие от 500 мА у предыдущей версии. В кабелях и разъёмах добавилось по четыре дополнительных контакта, но, несмотря на это, сохранена полная совместимость с устройствами для шин USB 2.0 (Hi-Speed) и USB 1.1 (Full-Speed), что, несомненно, радует.

Интегрированные решения

Если вы приобрели или планируете приобрести персональный компьютер с USB 3.0 уже сейчас, то, скорее всего, этот интерфейс будет реализован при помощи отдельного контроллера, распаянного на материнской плате. В принципе подобное решение вполне приемлемо - уже давно практически все производители наращивают таким образом функциональность материнских плат, добавляя контроллеры IEEE-1394 (FireWire), RAID, SCSI, LAN и т. д. в виде отдельных микросхем, но это делает компьютеры хоть немного, но дороже.

Контроллер USB 3.0 NEC D720200, распаянный на материнской плате

Имеется только один существенный недостаток подобной реализации - будет отсутствовать возможность загрузки операционной системы с USB-флешки или внешнего жёсткого диска, подключенного к разъёмам USB 3.0. Если такая возможность для вас непринципиальна, то подыскивать материнскую плату или ноутбук с «родной» «чипсетной» поддержкой совершенно необязательно.

Существуют материнские платы и ноутбуки с контроллером USB 3.0, к которому подведена только одна линия PCI Express версии 1.0, а её пропускной способности недостаточно для раскрытия скоростного потенциала интерфейса USB 3.0 в полной мере, но такие «недоразумения» крайне редки. Хотя на всякий случай лучше убедиться перед покупкой, что контроллер «висит» на шине PCI Express 2.0 либо к нему подведены две, а не одна линия первой версии. Для «свежих» материнских плат и ноутбуков этот совет мало актуален, но если модель относительно старая, то проверить не помешает.

Кстати, такая ситуация возникает в «компьютеростроении» не впервые, можно вспомнить, к примеру, сетевые гигабитные контроллеры, которые частенько подключали к шине PCI, а не PCI Express, и это заметно снижало скорость передачи данных.

Карты расширения

Карта расширения USB 3.0 для шины PCI Express 2.0 x1 на чипе NEC D720200

Если у вас уже есть десктопный компьютер или ноутбук без встроенного контроллера USB 3.0, но вы хотите получить преимущества нового скоростного интерфейса, а менять компьютер или производить кардинальный апгрейд в ближайшее время не собираетесь, то можно приобрести соответствующую карту расширения. Для персональных компьютеров выпускаются карты, предназначенные для установки в разъём PCI Express 2.0 x1, реже в x4 (такие устройства чаще вего имеют довесок в виде контроллера SATA 3), а для ноутбуков подойдёт вариант в виде ExpressCard-адаптера.

Внешняя карта расширения USB 3.0 для разъёма ExpressCard 34 мм

Стоит учесть, что разъём ExpressCard в ноутбуке подключен напрямую к одной линии PCI Express 1.0 и контроллер USB 3.0 будет работать «вполсилы», но в любом случае в четыре с лишним раза быстрее, чем шина USB второй версии. Занятно, что стандарт ExpressCard 2.0, который был утверждён пару лет назад, полностью решил бы эту проблему, так как был рассчитан на подключение к одной линии PCI Express 2.0 с удвоенной пропускной способностью, но серийных устройств с его поддержкой так и не появилось. Производители посчитали, что шина USB 3.0 сможет его полностью заменить в ближайшее время, но этого не произошло из-за медлительности компаний Intel и AMD в плане внедрения поддержки новой шины в своих чипсетах.

То же самое следует иметь ввиду и владельцам стационарных компьютеров с шиной PCI Express первой версии, которые собираются «проапгрейдиться» до USB 3.0. Большинство карт расширения рассчитано на установку в разъём x1 - придётся смириться с тем, что скорость не сможет достигнуть максимального теоретического значения.

Сравнение скорости USB 2.0 и 3.0

Скорость передачи данных по шине USB 3.0 теоретически может достигать 600 Мб/с, а это очень большое значение. Для сравнения: во времена компьютеров на базе процессоров Pentium 2/3 схожую пропускную способность имела оперативная память, а сегодня ею обладают интерфейсы, к которым можно подключить, например, мышку. Конечно, большинству периферии (клавиатуры, мышки, внешние звуковые карты, принтеры и т. д.) такая скорость не нужна, им вполне достаточно пропускной способности шины USB 2.0 (60 Мб/с), а то и 1.1 (1,5 Мб/с).

Однако устройствам, оперирующим большими объёмами данных (внешние жёсткие диски, USB-флешки, кардридеры, цифровые HD-видеокамеры и т. д.), уже давно недостаточно возможностей USB 2.0. Например, скорость винчестеров (даже компактных «ноутбучных» со скоростью вращения дисков 5400 об/мин) давно перевалила за 100 Мб/с, но интерфейс USB 2.0 ограничивал её примерно до 35-40 Мб/с, так как оказалось, что на практике обеспечить теоретические 60 Мб/с контроллеры не в состоянии.

Так что появления стандарта USB 3.0 уже давно все ждали, хотя его внедрение идёт на данный момент совсем не «бешеными» темпами. Что же даёт новый интерфейс на практике? Рассмотрим его преимущества при тестировании внешних USB-накопителей: жёсткого диска и флешки с интерфейсом USB 3.0, а также «стандартной» USB 2.0-флешки с довольно средненькими скоростными параметрами.

Протестированные USB-накопители:

Kingston DataTraveler Ultimate 3.0 16 Гб (USB 3.0, данные производителя: скорость последовательного чтения 80 Мб/с, записи 60 Мб/с).

A-Data C906 16 Гб (USB 2.0, производитель не приводит скоростных параметров, но можно предположить, что они близки к модели A-Data C905 120x: скорость последовательного чтения 18 Мб/с, записи 5 Мб/с).

Seagate FreeAgent GoFlex Pro 750 Гб (USB 3.0, скоростных параметров данной модели производитель не приводит, на официальном сайте указано только количество оборотов диска в минуту: 7200).

При тестировании использовалась следующая конфигурация компьютера:

• процессор: AMD Phenom II X4 955 3200 МГц;
• материнская плата: ASRock A770DE AM2+ (чипсет AMD 770 + AMD SB700);
• оперативная память: Hynix DDR2 4 x 2048 Гб PC2 8500 1066 МГц (в двухканальном режиме);
• видеокарта: AMD Radeon HD 4890 1024Мб DDR5 PCI Express 2.0;
• жёсткий диск: 2 x Seagate 7200.10 160 Гб SATA2 (320 Гб в режиме RAID 0);
• контроллер USB 3.0 на чипе NEC D720200 (PCI Express 2.0 x1);
• операционная система: Microsoft Windows 7 Home Premium SP1 (64-битная версия).

Методика тестирования

Для выявления преимуществ нового высокоскоростного интерфейса накопители Kingston DataTraveler Ultimate 3.0 и Seagate FreeAgent GoFlex Pro тестировались в режимах SuperSpeed (USB 3.0) и Hi-Speed (USB 2.0). В первом случае подключение осуществлялось к PCI Express-контроллеру NEC D720200, во втором - к «чипсетному» контроллеру материнской платы (AMD SB700). Флешка A-Data C906 тоже тестировалась в обоих режимах, хотя теоретически прироста при подключении к контроллеру USB 3.0 быть не должно.

Все участники тестирования были отформатированы в файловую систему NTFS с размером кластера по умолчанию. «Синтетические» бенчмарки не использовались, скорость чтения и записи замерялась при реальном копировании и записи одного файла размером примерно один гигабайт и группы небольших файлов (от одного до 15 мегабайт) общим размером около восьмисот мегабайт.

Чтение одного файла (Мб/с)

Данный тест является самым «лёгким» для флешек любого типа. Накопители, поддерживающие USB 3.0, показали отличный прирост скорости чтения по сравнению с USB 2.0 (Kingston DataTraveler Ultimate 3.0 - 114%, Seagate FreeAgent GoFlex Pro - впечатляющие 247%) при подключении к соответствующему контроллеру. Даже у дешёвой и медленной флешки A-Data C906 (в режиме Hi-Speed соперники обошли её практически в два раза) наблюдается повышение производительности, но оно очень небольшое (около 2,5%) и вполне укладывается в погрешность измерений.

Запись одного файла (Мб/с)

Тест на запись не разочаровывает, относительный прирост вновь весьма ощутимый (Kingston DataTraveler Ultimate 3.0 - 85%, Seagate FreeAgent GoFlex Pro - 133%), хотя и меньший, чем при чтении того же файла. A-Data C906 вновь демонстрирует увеличение скорости при подключении к шине USB 3.0, но теперь оно составляет примерно 8%, а это уже сложно списать на погрешность измерений. По всей видимости, Hi-Speed-режим в контроллере NEC D720200 реализован немного лучше, чем в южном мосту AMD SB700. Правда, отставание единственного представителя USB предпоследней версии стало просто катастрофичным, накопители с USB 3.0-интерфейсом закончили запись в пять раз быстрее даже при подключении к USB 2.0-контроллеру, а в «родном» режиме обошли её на порядок.

Чтение группы файлов (Мб/с)

С чтением массива данных, состоящего из большого количества файлов, все накопители справились лишь немного медленнее, чем в режиме считывания одного файла большого размера. Стоит лишь отметить, что флешка A-Data C906 справилась с этим заданием на толику быстрее (менее 1%) при подключении к USB-порту материнской платы, хотя это вновь можно списать на погрешность измерений. Преимущество оставшихся двух накопителей в SuperSpeed-режиме вновь не разочаровывает: прирост производительности составляет 253% для Seagate FreeAgent GoFlex Pro и 120% - для Kingston DataTraveler Ultimate 3.0.

Запись группы файлов (Мб/с)

Тест записи группы файлов больше всего «ударил» по и без того шатким «позициям» аутсайдера A-Data C906 - по сравнению с копированием на него одного большого файла скорость упала в два раза и составляет «смешные» 2,4 мегабайта при подключении к шине USB 3.0. Это объясняется тем, что в данном накопителе используются дешёвые микросхемы флеш-памяти с очень большими задержками. Остальные участники тестирования не подкачали - производительность в среднем снизилась на 14%, что очень неплохо. Hi-Speed-режим оказался хуже для них на 71% для Seagate FreeAgent GoFlex Pro и на 122% - для Kingston DataTraveler Ultimate 3.0.

Напрямую сравнивать такие разные USB-накопители не совсем корректно, но если это всё же сделать, то победителем по скорости чтения безоговорочно становится внешний жёсткий диск Seagate FreeAgent GoFlex Pro, по скорости записи столь же безоговорочно побеждает USB-флешка Kingston DataTraveler Ultimate 3.0. Ну а «почётное» третье место по всем скоростным параметрам остаётся за самым дешёвым участником A-Data C906.

Выводы

Интерфейс USB 2.0 уже давно изжил себя применительно к устройствам, активно оперирующим большими объёмами данных. Но наконец-то ему на смену пришла следующая версия (3.0), пропускной способности которой на данный момент достаточно с лихвой практически для любых целей.

Внешние накопители теперь полностью реализуют свой скоростной потенциал, а некоторые типы устройств, функционировавшие с шиной USB 2.0 неудовлетворительно, смогут начать радовать пользователей приемлемой работой. В частности, к таковым относятся внешние видеокарты - при их использовании частота смены кадров часто не дотягивала до нормального уровня, изображение «тормозило». Но, естественно, следует дождаться выхода новых моделей с поддержкой SuperSpeed.

А когда нативная поддержка нового стандарта будет внедрена во все линейки компьютерных чипсетов, то, возможно, скорость работы с устройствами ещё больше возрастёт. Стоит, например, вспомнить времена внедрения USB 2.0 - первые контроллеры зачастую были значительно медленнее «чипсетных» реализаций.