Эпоха контроллеров USB 3.0

Эпоха контроллеров USB 3.0             

Пришло время, когда USB 2.0 почувствовал себя некомфортно. Появление 10 лет назад этого стандарта всех удивило. Однако, мир не долго радовался, и скорость устройства оказалась меньше 35 Мбайт/с (предполагалось 480 Мбит/с). Когда необходимо переместить большие аудиобиблиотеки, видеофильмы с высоким разрешением, или, что самое страшное, большое количество мелких файлов, которые просто «уничтожают» заявленную производительность при записи, тогда в процессе их копирования с использованием USB 2.0 можно сходить в магазин за хлебушком.

3-я ревизия USB предусматривает скорость передачи до 5 Гбит/с, что теоретически дает 10-кратный прирост производительности в сравнении со стандартом USB 2.0. Первоначально USB 3.0 был анонсирован три года назад. До того момента, когда компания Buffalo Technology стала поставлять свои первые внешние приводы с поддержкой USB 3.0, прошел целый год. В то время не выпускалось ни одной материнской платы с контроллером USB 3.0.

Спустя некоторое время почти каждый производитель материнских плат внедрил в свое изделие стороннюю логику USB 3.0. Компания AMD первой отличилась выпуском чипсета A75 с поддержкой USB 3.0. Между прочим, Intel данную функцию по сей день не реализовал.

NEC Electronics первой выпустила дискретный контроллер USB 3.0.

На сегодняшний день мы имеем аналогичные решения от Etron, ASMedia и встроенный контроллер чипсета А75 от AMD.

Модельный ряд контроллеров

Первые карты расширения и материнские платы поддерживали USB 3.0 благодаря контроллеру NEC PD720200. Однако, теперь в игре появились еще несколько участников. Современные материнские платы используют более новые решения: Etron EJ168 и ASMedia ASM1042. Есть также на рынке контроллеры Renesas, построенные на раннем дизайне NEC, однако со сниженным на 85% потреблением энергии. У VIA также имеется собственный контроллер SuperSpeed.

Сегодня я буду тестировать модели от Etron и ASMedia. Оба контроллера USB 3.0 добавляют по 2 порта на одну линию PCI Express.

Если вы приобретаете платформу на базе Intel, тогда дискретный контроллер вам просто необходим, ведь у чипсетов P67, Z68, X58 и X79 нет родной поддержки USB 3.0.

Запаздывание этой поддержки от компании Intel слегка огорчает, особенно если принимать во внимание, что конкуренты из AMD уже включили в чипсет A75 интегрированный USB 3.0 (чипсетам 990FX на базе процессоров Zambezi повезло меньше).

Однако нужно быть внимательным при выборе платформы. У компании AMD есть два чипсета Fusion Controller Hub: A55 и A75. Более недорогое решение A55 поддерживает лишь SATA 3 Гбит/с и не имеет встроенного USB 3.0. Возможно, для вас это не проблема, но если действительно важна производительность системы, тогда переход на чипсет A75 даст вам технологию FIS (режим доступа сразу к двум и более дискам), 6 портов SATA 6 Гбит/с и 4 порта USB 3.0.

Функция

AMD A55

AMD A75

Платформа

Socket FM1

Поддержка RAID

0, 1, 10

Порты SATA

6 x SATA 3 Гбит/с

6 x SATA 6 Гбит/с

Технология FIS

Нет

Да

Целевые PCIe

4xPCI Express 2.0

HD Audio

Да

Подключение к APU

4-полосный PCIe

Контроллер SD

Да

USB 1.1/2.0/3.0

2/14/0

12/10/4

PCI 33 МГц

До 3-х слотов

Реализация mSATA

Да

 

Концентратор Thanko на 80 портов

На современном рынке присутствуют различные USB-контроллеры. Одной лишь передачей файлов на внешний накопитель нельзя определить какой из них лучше, для этого необходимо сильно нагрузить шину.

О популярности USB-подключений говорит то, что в пользовательских системах практически все порты заняты. Это оказывает влияние на ее производительность. Так, максимальная скорость контроллера для USB 2.0 составляет 480 Гбит/с, однако она распределяется между каждым подключенным устройством. Одно USB-устройство не в состоянии было раньше задействовать всю пропускную способность, однако уже два могло достичь этого предела. В настоящее время достигнуть потолка производительности USB 2.0 с легкостью можно даже с одним накопителем.

RocketU 1144A

Единственно верный способ обойти «узкое горлышко» – это применять в системе несколько контроллеров. Данная мысль реализована в карте расширения HighPoint RocketU 1144A. Чтобы обеспечить при помощи PCI Express x4 пропускную способность в каждом направлении 2 Гбайт/с, карта подключает четыре USB-порта к одному контроллеру ASMedia ASM1042, который используется на 8 линий. Подобный баланс дает до 500 Мбайт/с, обеспечивая аналогичную пропускную способность на каждый порт, которая совпадает с верхним пределом USB 3.0 (чтобы предусмотреть кодирование 8b/10b при коэффициенте множителя 0.8, предельные 5 Гбит/с делят на 8 бит).

Сравните это решение с тем, что присутствует на материнских платах. Asus F1A75-V Pro и Gigabyte A75-UD4H используют четыре USB-порта 3.0 посредством A75 FCH (Fusion Controller Hub). Дополнительные порты подключаются при помощи контроллеров ASM1042 (Asus) и EJ168 (Gigabyte).

Если быть точнее, с целью поддержки 4-х USB-портов 3.0, чипсет A75-UD4H опирается на 2 контроллера EJ168, тем временем плата Asus использует лишь один контроллер ASM1042, который обеспечивает поддержку 2-х дополнительных портов. Однако, эти сторонние технические решения не совсем идеальны, ведь 2 порта через линию PCIe x1 делят пропускную способность между собой. В ситуации, когда у вас подключены 2 высокоскоростных устройства к единому контроллеру, эта линия теоретически окажется «узким горлышком».

Несмотря на это, я попытаюсь ответить на вопрос: какой контроллер лучше и возникает ли «узкое место» при подключении к ним двух производительных носителей?

Для этого протестируем производительность различных USB-контроллеров в таких комбинациях: ASMedia ASM1042 и Etron EJ168 (от одного до двух устройств), AMD A75 FCH и HighPoint RocketU 1144A (от одного до четырех устройств).

Тестовая конфигурация

Материнские платы

Gigabyte A75-UD4H

Asus F1A75-V Pro

CPU

AMD A8-3800 2.4 ГГц , 600 МГц GPU, Socket FM1, четыре ядра, Power-saving включено, 4 Мбайт кэша L2

Память

Kingston Hyper-X 8 Гб DDR3-1333, 1.5V

Видеокарта

Palit GeForce GTX460 1 Гб

Блок питания

Seasonic 760W

Системный диск

OCZ Vertex 240 Гб, SATA 6 Гбит/с

ПО и драйверы

DirectX

DirectX 11

Операционная система

Windows 7 64-bit

Драйверы

nVidia 275.33
Virtu: 1.1.101
RST: 10.5.0.1022
A75: 8.863
Asmedia: 1.10.0.0
Etron:105

Тест

Iometer

1.1.0

Учитывая тот факт, что Kingston HyperX Max 3.0 получил достаточно высокую оценку, я использовал 4 таких модели одновременно. Преследовалась цель как можно сильнее загрузить все контроллеры (разумеется, удалось подключить лишь 2 привода к контроллеру, а 4 SSD подключили к комбинации разных контроллеров). Это должно обеспечить более худший сценарий, поскольку твердотельные внешние накопители на платформе USB 3.0 обеспечивают большую потенциальную пропускную способность, нежели обычные внешние приводы.

Стандарты USB 3.0 и 2.0 не имеют поддержки NCQ (исходной очереди команд), поэтому тесты проводились при глубине очереди равной единице.

Произвольное чтение и запись

Внешние накопители достаточно редко сталкиваются с произвольными операциями вывода/ввода. В связи с тем, что USB-протокол не обладает аппаратной поддержкой очередности команд (NCQ), они пытаются записать данные последовательно. Однако такая запись не подразумевает последовательное чтение. Приведу простой пример, загрузка Windows 7 при помощи USB-диска включает в себя чтение больших объемов информации небольшого объема, которая рассеяна по различным адресам логических блоков. Само собой, она не находится в том порядке, в котором ранее была записана на данный диск.

В связи с этим, производительность случайных операций вывода/ввода по-прежнему важна, однако не столь критична. Я собираюсь сосредоточить ваше внимание на блоках данных именно по 4 кбайт, поскольку это самый популярный объем передачи для случайных операций вывода/ввода.

При тестировании записи и чтения блоков по 4 кбайт, мы сталкиваемся с ограничениями производительности самих накопителей. Kingston HyperX Max 3.0 в таких условиях достигает скорости в рамках 10-20 Мбайт/с. И даже при увеличении количества устройств до 2-х на контроллерах ASM1042 и EJ168 все равно не получалось загрузить линию PCIe x1 по максимуму.

Далее я перехожу к операциям над блоками по 128 кбайт, поскольку они в действительности отражают скорость передачи фильмов, картинок и больших музыкальных файлов на внешние устройства хранения данных. Используя программу IPEAK от компании Intel, я провел сравнительный анализ на базе трассировки. Полученные результаты не столь однозначны.

Скорость записи и чтения с использованием привода Kingston HyperX Max 3.0 оказалась в пределах 170 Мбайт/с. Следовательно, при наращивании количества подключенных устройств снижение производительности не наблюдается.

Пропускная способность – единственный сдерживающий фактор на старых USB-портах 2.0, так как получилось достичь почти 90% доступной пропускной способности с накопителем HyperX Max 3.0. При добавлении второго устройства шина предыдущего поколения загрузилась на 43 Мбайт/с. Это весьма неплохо, если учитывать, что концентратор USB 2.0 может выдать 480 Мбит/с, разделенные на восемь для перевода в байты и перемноженные на 0.8 для учета кодирования 8b/10b. Таким образом, получается близкий предел USB 2.0.

Контроллер USB 3.0 чипсета A75 предлагает нам более лучшую производительность, поскольку его пропускная способность выше на 10 Мбайт/с, чем у конкурентов.

Хотя синтетический тест указывает на рост пропускной способности, это не соответствует реальным возможностям. Если исключить флеш-накопители, как правило, многие пользователи за раз используют лишь один внешний привод. А те, кто подключают большее число приводов к одному контроллеру одновременно, не используют их на всю мощь. Пользователь, по всей видимости, снизит производительность на одном дополнительном диске, например, при чтении нескольких файлов.

Поддержка NCQ отсутствует, поэтому глубина очереди равна единице. Однако, на программном уровне операционная система перебирает команды, используя буфер. Это и предоставляет возможность считывать и записывать файлы с устройства одновременно.

На практике видно, что с каждой аналогичной операцией скорость записи падает. Тем не менее, общая скорость передачи файлов должна равняться той, которую вы имеете при одной передаче.

Запись вместе с чтением распределяется немного иначе.

Благодаря делению шины для приема и передачи, одновременная запись и чтение происходит так же быстро, как при выполнении по отдельности. Вот почему отсутствует устойчивое падение скорости записи, и видеоизображение воспроизводится без рывков. Единственная разница между USB 3.0 и 2.0 – это скорость, с которой передаются файлы.

Получение хорошей скорости от USB 3.0

Каждая современная материнская плата, реализуемая сегодня в интернет-магазине, включает поддержку USB 3.0 (порты окрашены синим цветом). Опираясь на полученные результаты, я спешу сообщить, что не стоит переживать за выбранный поставщиком вид контроллера USB 3.0 для своей платформы. Очередное устройство, которое подключается к контроллеру, ограничит собственную производительность, а не сам контроллер. Еще не попадались устройства, способные достичь возможного предела для данного стандарта. Чтобы максимально нагрузить сторонний контроллер и подключение PCIe x1, потребуется нагрузка более 500 Мбайт/с.

Не нужно быть специалистом, чтобы понять, почему это происходит. Сейчас все наиболее быстрые приводы с USB 3.0 используют SSD SATA 3 Гбит/с, что сильно ограничивает их производительность (где-то на 50% от того, что может позволить шина). Переход на несколько устройств с USB 3.0 и интерфейсом 6 Гбит/с наверняка вызовет затор. Более быстрые накопители с более высокой стоимостью вряд ли привлекут внимание, поскольку они будут шустрее, чем подсистема хранения данных многих пользователей. Возможно, в скором будущем мы увидим внешние приводы USB 3.0 на базе SF-2200, которые прорвутся за пределы стандарта. Однако сейчас это практически нереально, учитывая то, что вы не почувствуете абсолютно никаких различий между контроллерами USB 3.0 всех производителей.

Главное отличие контроллеров USB 3.0 будет видно после выхода операционной системы Windows 8. Компания Microsoft планирует внедрить поддержку своего драйвера для USB-Attached SCSI, который обеспечит через USB-порт поддержку NCQ-инструкций. Как результат, можно выиграть от способности SSD менять порядок операций. Это необходимо для того, чтобы воспользоваться явным преимуществом многоканальных архитектур, которые при увеличении очереди приводят к росту производительности системы.

Процедура обновления системы не включит на USB-порту функцию NCQ. В дополнение к указанному драйверу потребует клиентское устройство и совместимый контроллер USB 3.0. Устройство ASM1042 Asmedia уже оснащено логикой, которая поможет поддерживать UAS, но не известна реакция Etron EJ168 или AMD A75. На уровне устройств не совсем ясно, готово ли на данный момент хоть какое-нибудь внешнее устройство к UAS.

Впрочем, это в скором будущем. Сейчас можно наслаждаться сумасшедшей скоростью USB 3.0 и помнить, что пропускную способность одного порта загрузить очень сложно, и даже 2 порта на контроллере покажут внушительную производительность. Если вам посчастливилось приобрести четыре внешних привода Kingston HyperX Max 3.0, и вы пожелали включить их в чипсет HighPoint RocketU 1144A или AMD A75, то хорошая скорость будет обеспечена.

Вам понравиться

Добавить комментарий