Тестування продуктивності інтерфейсу usb 3

Раніше, коли прийнята у Intel стратегія «тік-так» не давала збоїв, а AMD намагалася не здавати своїх позицій на ринку настільних процесорів, весна традиційно виявлялася періодом оновлення не тільки для всієї живої природи, а й для десктопних платформ. Зовсім не дивно, що в цих умовах демонстрація нових продуктів на весняних галузевих виставках міцно увійшла в звичку у виробників материнських плат. Але в цьому році давня традиція загрожувала зривом: ніяких нових наборів системної логіки найближчим часом не очікується, і, здавалося б, виробникам плат цієї весни має бути нічим порадувати своїх шанувальників. Однак пройшла минулого тижня виставка CeBIT показала, що розробники все-таки знайшли вихід з положення, і цим виходом став новий інтерфейс USB 3.1.

Хоча ніяких нових процесорних роз'ємів і чіпсетів в найближчій перспективі не очікується, багато виробників плат вирішили доповнити наявну у них лінійку продукції новими моделями з підтримкою портів USB 3.1. Реалізація таких портів не вимагає серйозних інженерних витрат, зате дозволяє збільшити привабливість материнських плат шляхом розширення функціональності і додавання сумісності із зовнішніми пристроями нового покоління. До теперішнього моменту плати з новими портами вже з'явилися в асортименті компаній ASUS, ASRock і MSI, і, очевидно, інші виробники плат приєднаються до «клубу USB 3.1» в самий найближчий час.

А раз так, то саме час подивитися, що ж може дати новий інтерфейс з практичної точки зору. Поки пристроїв з підтримкою USB 3.1 в продажу немає, але компанія ASUS надала в наше розпорядження комплект обладнання, що включає не тільки пару плат з підтримкою USB 3.1, але і зовнішній USB 3.1-накопичувач. Використовуючи всю цю сукупність пристроїв, ми отримали можливість провести докладне тестування нового інтерфейсу.

# 8673; # Стандарт USB 3.1: що нового

Дворазове розширення смуги пропускання - не єдина перевага нового стандарту USB 3.1. На додаток до цього USB 3.1 використовує і більш ефективне кодування даних, запозичене з протоколу PCI Express 3.0. Якщо USB 3.0 припускав кодування по схемі 8/10-біт (до кожним восьми бітам корисних даних додається два біта контрольної суми), то USB 3.1 переходить на більш досконалу схему кодування 128/132 біт з виправленням помилок. Іншими словами, в той час як попередня версія протоколу витрачала 20% своєї смуги пропускання на передачу службової інформації, тепер накладні витрати знижуються до менш ніж 4%. Причому новий алгоритм розрахунку контрольних сум дозволяє виправляти однобітові спотворення в 128-бітному пакеті без необхідності його повторної передачі. В результаті інтерфейс USB 3.1 на практиці здатний забезпечувати корисну пропускну здатність, що перевершує швидкість USB 3.0 навіть більш ніж удвічі. Шляхом простого арифметичного підрахунку нескладно отримати, що швидкість передачі корисних даних по USB 3.1 може досягати величин більше 1,2 Гбайт / с. Однак це - лише теорія, і з цього числа необхідно відняти витрати драйвера, добавки, що виникають при формуванні пакетів, неефективність вбудованого ПЗ та інше. А значить, в результаті ми цілком можемо очікувати практичного максимуму швидкості десь в районі 1 Гбайт / с, що виразиться в зменшенні часу передачі великих обсягів даних в порівнянні з USB 3.0 приблизно в 2,4-2,5 рази.

Чималим перевагою стандарту USB 3.1 виступає його зворотна сумісність. Це означає, що порти USB 3.1 здатні працювати в режимах USB 1.x, 2.0 і 3.0. Тобто як старі пристрої можна підключати до нових портів, так і нові пристрої без будь-яких обмежень зможуть працювати в старих системах.

Втім, все-таки існує один нюанс, який може дещо обмежити сумісність пристроїв і портів USB 3.1. Справа в тому, що нова версія стандарту вводить у вжиток ще один тип роз'єму - так званий USB тип C. Це означає, що з'являється додатковий, незалежний варіант портів, який не має механічної сумісності з жодними іншими роз'ємами.

# 8673; # USB 3.1 у виконанні ASUS

Компанія ASUS змогла почати впровадження USB 3.1 на своїх материнських платах однією з перших. Це не дивно, так як найбільших успіхів в розробці необхідних контролерів досягла компанія ASMedia, що складається з ASUS в тісних партнерських відносинах. В результаті сьогодні ASUS може запропонувати відразу два розрізняються варіанти реалізації портів USB 3.1 - безпосередньо на платі або через дочірню PCIe-карту. Повний список моделей материнських плат, в яких з'явилася підтримка нових портів, виглядає наступним чином:

• Rampage V Extreme / U3.1;
• X99-Deluxe / U3.1;
• X99-Pro / USB3.1;
• X99-A / USB3.1;
• X99-E WS / USB3.1;
• Z97-Deluxe / USB3.1;
• Z97-Pro (Wi-Fi ac) /USB3.1;
• Z97-A / USB3.1;
• Z97-E / USB3.1;
• Z97-K / USB3.1;
• Sabertooth Z97 Mark 1 / USB3.1;
• B85M-G Plus / USB3.1;
• B85-Plus / USB3.1.

Ті плати, які мають у своїй назві маркування USB3.1, обладнуються двома портами USB 3.1, виведеними на задню панель. Моделі ж з суфіксом U3.1 комплектуються додаткової PCIe x2-картою з двома такими портами.

Зверніть увагу, в наведеному списку фігурують лише плати для процесорів Intel, і в ньому майже немає плат серії ROG. Однак це не означає, що у прихильників таких рішень немає шансів дістати в свою систему новомодні порти USB. Попутно ASUS готова запропонувати і окрему PCIe x2-карту розширення з двома портами USB 3.1, яку можна буде придбати незалежно від материнської плати.

Нам же на тестування дісталися дві материнські плати: ASUS X99-A / USB3.1 і ASUS Z97-A / USB3.1.

Таким чином, неважко помітити, що на ASUS X99-A / USB3.1 порти USB 3.1 зайняли місце пари портів USB 3.0, які на минулій версії цієї плати були реалізовані додатковим контролером ASMedia, а на Z97-A / USB3.1 роз'єми USB 3.1 замінили пару чіпсетний портів USB 2.0. У частині ж інших характеристик між X99-A і Z97-A і їх спадкоємиця X99-A / USB3.1 і Z97-A / USB3.1 ніяких відмінностей немає.

Як бачите, ASUS поки утрималася від додавання на свої плати нового USB-роз'єму типу C. І це стосується не тільки даної пари материнок, але і всієї лінійки USB 3.1-продуктів. Інженери вирішили, що на даному етапі для користувачів важливіше сумісність. Пристрої, що використовують інтерфейс USB 3.1, тільки-тільки починають свій життєвий шлях, а порти USB 3.1 типу A, які встановлюються на плати, без будь-яких обмежень працюють з усім старим USB 1.x / 2.0 / 3.0-обладнанням за стандартними кабелям.

З огляду на відсутність на ринку зовнішніх пристроїв з новим інтерфейсом, компанія ASUS надала нам не тільки плати, а й інженерний зразок власного зовнішнього USB 3.1-контейнера. Однак це - не приклад перспективного продукту, а лише експериментальний зразок, який ніколи не буде відтворюватися серійно.

ASUS USB 3.1 Enclosure

Пристрій зібрано в зовнішньому корпусі для 2,5-дюймових накопичувачів Lian Li EX-M2. При цьому всередині контейнера знаходиться не звичайний SSD, а плата, яка об'єднує два mSATA-накопичувача в RAID-масив. Грунтується вона на контролері ASMedia ASM1352R, якраз призначеному для підключення до інтерфейсу USB 3.1 одного або декількох SATA-накопичувачів. Оскільки даний чіп являє собою цілком стандартне і загальнодоступне рішення, можна очікувати, що агрегати, подібні до нашого експериментального тестовому пристрою ASUS, через деякий час зможуть запропонувати інші виробники, традиційно займаються комп'ютерною периферією.

У варіанті ж, наданому ASUS, в RAID-масив рівня 0 було об'єднано два mSATA-накопичувача Samsung SSD 840 EVO ємністю по 250 Гбайт кожен. Завдяки цьому отриманий 500-гігабайтний масив має можливість видавати при послідовних операціях швидкості, істотно перевищують пропускну здатність інтерфейсу SATA 6 Гбіт / с. Зокрема, за твердженням інженерів ASUS, граничні пікові результати пристрою при підключенні через інтерфейс USB 3.1 можуть досягати величини 860 Мбайт / с.

Начинка ASUS USB 3.1 Enclosure

Зовнішній накопичувач ASUS для своєї роботи вимагає під'єднання відразу двох USB-кабелів. Через старомодний роз'єм micro-B USB на нього подається живлення, а сучасний роз'єм типу C служить для передачі даних. Крім того, по сусідству з роз'ємами розташовується технологічна перемичка і три діагностичних світлодіоди. Відзначимо, що одночасне використання для підключення контейнера до ПК відразу двох USB-роз'ємів в даному випадку надмірно, і серійні продукти напевно зможуть обходитися одним роз'ємом, наприклад типу C, на який допускається вішати електричне навантаження потужністю до 15 Вт.

Кабель ASUS USB 3.1 Enclosure: з одного кінця USB Type A, з іншого - USB Type C

# 8673; # Технологія ASUS USB 3.1 Boost

Говорячи про стандарт USB 3.1 і про зростання швидкості цього інтерфейсу, не можна не згадати і про те, що інженери компанії ASUS виконали додаткову роботу і активували в стандартному протоколі передачі даних деякі за замовчуванням відключені оптимізації - режими Turbo і UASP. Вони були доступні на платах ASUS і для USB 3.0, але тепер їх адаптували для нового стандарту, що має дозволити досягти більш високої швидкості передачі даних по інтерфейсу USB. Звичайно, максимальна теоретична пропускна здатність при цьому не перевищується, проте включення технології USB 3.1 Boost використовує можливості інтерфейсу більш ефективно і додатково наближає реальні швидкості до теоретичного максимуму.

У стандартному режимі передачі даних BOT (Bulk-only transport), який залишився незмінним з часів перших версій USB і використовується за умовчанням, інформація і команди передаються через інтерфейс послідовно, причому ніяка паралельна обробка при цьому не підтримується, все команди обробляються по одній за раз . Очевидно, що при такій схемі продуктивність інтерфейсу виявляється безпосередньо пов'язаної з розміром транзакцій. Зокрема, перехід на більш великі пакети знижує трафік, який припадає на частку команд і службової інформації, і збільшує швидкість при послідовній передачі даних, тобто при обміні великими файлами. Однак у збільшення розміру транзакцій є і зворотна сторона: продуктивність при передачі дрібних порцій інформації, розмір яких менше обсягу транзакції, сповільнюється. Тому інженери ASUS в своєму режимі Turbo, суть якого полягає в оптимізації розмірів транзакцій BOT-протоколу, застосували комбінований підхід. У новій версії цього режиму, яка була введена саме для USB 3.1, не просто збільшується розмір транзакцій. Для того щоб виключити можливі падіння продуктивності, тепер додано ще й кешування, яке повинно мінімізувати випадки передачі невеликих порцій даних.

Більш того, на додаток до оновленого Turbo-режиму інженери ASUS додали і включення нового протоколу UASP (USB Attached SCSI Protocol), який з'явився в стандарті USB 3.0. Він передбачає використання наборів команд SCSI поверх USB-транспорту. Принципова відмінність UASP полягає в його многопоточности і здатності обробляти по кілька команд одночасно, що знижує час очікування і піднімає швидкість передачі за рахунок збільшення корисного завантаження інтерфейсу. UASP передбачає виділення чотирьох незалежних каналів, які поділяють обмін даними, командами і статусом за різними конвеєрів. Фактично UASP додає багатозадачність і можливість перестановки команд в черзі (аналог NCQ) для USB, однак для роботи цього протоколу потрібна спеціальна підтримка як з боку хоста, так і з боку клієнта. На жаль, UASP підтримували далеко не всі пристрої та контролери USB 3.0, однак з введенням у вжиток стандарту USB 3.1 ситуація, ймовірно, зміниться на краще, і ефективність цього паралельного протоколу зможуть відчути всі користувачі без винятку.

На платах ASUS активація режимів UASP і Turbo виконується через що входить в пакет AI Suite III спеціалізовану утиліту ASUS USB 3.1 Boost.

Ця утиліта перевіряє сумісність портів і підключених пристроїв і вносить необхідні настройки в параметри USB-драйвера.

Згода на обробку персональних даних