Kỷ nguyên của bộ điều khiển USB 3.0

Kỷ nguyên của bộ điều khiển USB 3.0

Đã đến lúc USB 2.0 cảm thấy khó chịu. Sự xuất hiện của tiêu chuẩn này cách đây 10 năm khiến ai cũng phải ngạc nhiên. Tuy nhiên, thế giới không hài lòng được bao lâu, và tốc độ của thiết bị hóa ra chỉ dưới 35 MB / s (giả định là 480 Mb / s). Khi bạn cần di chuyển các thư viện âm thanh lớn, phim video độ nét cao, hoặc tệ nhất là một số lượng lớn các tệp nhỏ chỉ đơn giản là "phá hủy" hiệu suất ghi đã khai báo, thì trong quá trình sao chép chúng bằng USB 2.0, bạn có thể đi đến cửa hàng cho bánh mì.

USB phiên bản 3 cung cấp tốc độ truyền lên đến 5Gbps, về mặt lý thuyết, hiệu suất tăng gấp 10 lần so với tiêu chuẩn USB 2.0. USB 3.0 ban đầu được công bố cách đây 3 năm. Đã tròn một năm trước khi Buffalo Technology bắt đầu xuất xưởng các ổ USB 3.0 gắn ngoài đầu tiên của mình. Vào thời điểm đó, không có bo mạch chủ nào có bộ điều khiển USB 3.0.

Sau một thời gian, hầu hết các nhà sản xuất bo mạch chủ đều triển khai logic USB 3.0 của bên thứ ba trong sản phẩm của họ. AMD đã đi tiên phong trong việc phát hành chipset A75 với hỗ trợ USB 3.0. Ngẫu nhiên, Intel đã không triển khai tính năng này cho đến ngày nay.

NEC Electronics là hãng đầu tiên phát hành bộ điều khiển USB 3.0 rời.

Hôm nay chúng tôi có các giải pháp tương tự từ Etron, ASMedia và một bộ điều khiển tích hợp cho chipset A75 của AMD.

Phạm vi bộ điều khiển

Các thẻ mở rộng và bo mạch chủ đầu tiên hỗ trợ USB 3.0 nhờ bộ điều khiển NEC PD720200. Tuy nhiên, bây giờ có thêm một số người tham gia trò chơi. Bo mạch chủ hiện đại sử dụng các giải pháp mới hơn: Etron EJ168 và ASMedia ASM1042. Ngoài ra còn có bộ điều khiển Renesas trên thị trường, được xây dựng dựa trên các thiết kế ban đầu của NEC, nhưng tiêu thụ điện năng ít hơn 85%. VIA cũng có bộ điều khiển SuperSpeed ​​của riêng mình.

Hôm nay tôi sẽ thử nghiệm các mô hình từ Etron và ASMedia. Cả hai bộ điều khiển USB 3.0 đều bổ sung 2 cổng trên mỗi làn PCI Express.

Nếu bạn đang mua một nền tảng dựa trên Intel, thì một bộ điều khiển rời là hoàn toàn cần thiết cho bạn, vì các chipset P67, Z68, X58 và X79 không hỗ trợ USB 3.0.

Sự chậm trễ của Intel trong việc hỗ trợ này là một điều hơi đáng thất vọng, đặc biệt là khi các đối thủ cạnh tranh của AMD đã tích hợp USB 3.0 vào chipset A75 (chipset 990FX dựa trên bộ vi xử lý Zambezi kém may mắn hơn).

Tuy nhiên, bạn cần phải cẩn thận khi chọn một nền tảng. AMD có hai chipset Fusion Controller Hub: A55 và A75. A55 rẻ tiền hơn chỉ hỗ trợ SATA 3Gb / s và không có USB 3.0 tích hợp. Có lẽ đây không phải là vấn đề đối với bạn, nhưng nếu hiệu suất hệ thống thực sự quan trọng, thì việc chuyển sang chipset A75 sẽ cung cấp cho bạn công nghệ FIS (chế độ truy cập hai hoặc nhiều ổ cùng một lúc), 6 cổng SATA 6 Gb / s và 4 USB. 3.0 cổng.

Trung tâm Thanko với 80 cổng

Có nhiều bộ điều khiển USB khác nhau trên thị trường hiện nay. Không thể xác định cái nào tốt hơn bằng cách chỉ đơn giản là chuyển các tập tin vào ổ đĩa ngoài, vì điều này, cần phải tải nhiều bus.

Sự phổ biến của kết nối USB được chứng minh bằng thực tế là hầu hết tất cả các cổng đều bị chiếm dụng trên hệ thống của người dùng. Điều này ảnh hưởng đến hiệu suất của nó. Vì vậy, tốc độ bộ điều khiển tối đa cho USB 2.0 là 480 Gb / s, nhưng nó được phân phối giữa mỗi thiết bị được kết nối. Trước đây, một thiết bị USB không thể sử dụng hết băng thông, nhưng hai thiết bị đã có thể đạt đến giới hạn này. Ngày nay, việc đạt đến mức hiệu suất USB 2.0 thật dễ dàng ngay cả với một ổ đĩa duy nhất.

RocketU 1144A

Cách chắc chắn duy nhất để vượt qua nút thắt cổ chai là sử dụng nhiều bộ điều khiển trong hệ thống.Ý tưởng này được thực hiện trong thẻ mở rộng HighPoint RocketU 1144A. Để cung cấp thông lượng 2 GB / s trên mỗi PCI Express x4, thẻ kết nối bốn cổng USB với một bộ điều khiển ASMedia ASM1042, được sử dụng cho 8 làn. Số dư này tạo ra tối đa 500 MB / s, cung cấp cùng một băng thông cho mỗi cổng, phù hợp với giới hạn trên của USB 3.0 (để đáp ứng mã hóa 8b / 10b với hệ số nhân 0,8, giới hạn 5 Gb / s chia cho 8 bit) .

So sánh giải pháp này với những gì hiện có trên bo mạch chủ. Asus F1A75-V Pro và Gigabyte A75-UD4H sử dụng bốn cổng USB 3.0 thông qua A75 FCH (Fusion Controller Hub). Các cổng bổ sung được kết nối bằng bộ điều khiển ASM1042 (Asus) và EJ168 (Gigabyte).

Cụ thể hơn, để hỗ trợ 4 cổng USB 3.0, chipset A75-UD4H dựa vào 2 bộ điều khiển EJ168, trong khi bo mạch của Asus chỉ sử dụng một bộ điều khiển ASM1042, hỗ trợ thêm 2 cổng. Tuy nhiên, các giải pháp kỹ thuật của bên thứ ba này không hoàn toàn lý tưởng, vì 2 cổng thông qua đường PCIe x1 chia sẻ băng thông cho nhau. Trong tình huống bạn có 2 thiết bị tốc độ cao được kết nối với một bộ điều khiển duy nhất, đường này về mặt lý thuyết sẽ trở thành một "nút cổ chai".

Mặc dù vậy, tôi sẽ cố gắng trả lời câu hỏi: bộ điều khiển nào tốt hơn và có tắc nghẽn khi kết nối hai phương tiện hiệu suất cao với chúng không?

Để thực hiện việc này, chúng tôi sẽ kiểm tra hiệu suất của các bộ điều khiển USB khác nhau trong các kết hợp sau: ASMedia ASM1042 và Etron EJ168 (từ một đến hai thiết bị), AMD A75 FCH và HighPoint RocketU 1144A (từ một đến bốn thiết bị).

Xem xét thực tế là Kingston HyperX Max 3.0 nhận được đánh giá khá cao, tôi đã sử dụng 4 trong số các mẫu này cùng một lúc. Mục tiêu là tải tất cả các bộ điều khiển càng nhiều càng tốt (tất nhiên, chỉ có thể kết nối 2 ổ đĩa với bộ điều khiển và 4 ổ SSD được kết nối với sự kết hợp của các bộ điều khiển khác nhau). Điều này sẽ đưa ra một trường hợp xấu hơn, vì ổ SSD gắn ngoài dựa trên USB 3.0 cung cấp nhiều băng thông tiềm năng hơn so với ổ đĩa ngoài thông thường.

USB 3.0 và 2.0 không hỗ trợ NCQ (hàng đợi lệnh gốc), vì vậy các thử nghiệm được thực hiện với độ sâu hàng đợi bằng một.

Đọc và ghi ngẫu nhiên

Các thiết bị lưu trữ bên ngoài hiếm khi gặp phải các thao tác vào / ra tùy ý. Do giao thức USB không hỗ trợ phần cứng cho chuỗi lệnh (NCQ), chúng cố gắng ghi dữ liệu theo tuần tự. Tuy nhiên, cách viết như vậy không có nghĩa là đọc tuần tự. Để đưa ra một ví dụ đơn giản, khởi động Windows 7 bằng ổ USB liên quan đến việc đọc một lượng lớn thông tin nhỏ nằm rải rác trên các địa chỉ khối logic khác nhau. Tất nhiên, nó không theo thứ tự mà trước đó nó đã được ghi vào đĩa này.

Do đó, hiệu suất của các hoạt động I / O ngẫu nhiên vẫn quan trọng, nhưng không quá quan trọng. Tôi sẽ tập trung sự chú ý của bạn vào khối dữ liệu 4 KB, vì đây là kích thước truyền phổ biến nhất cho các hoạt động vào / ra ngẫu nhiên.

Khi thử nghiệm ghi và đọc các khối 4KB, chúng tôi phải đối mặt với những hạn chế về hiệu suất của chính các ổ đĩa. Kingston HyperX Max 3.0 đạt tốc độ 10-20 MB / s trong điều kiện như vậy. Và ngay cả khi số lượng thiết bị tăng lên 2 trên bộ điều khiển ASM1042 và EJ168, nó vẫn không hoạt động để tải dòng PCIe x1 ở mức tối đa.

Tiếp theo, tôi chuyển sang khối 128KB vì nó thực sự phản ánh tốc độ truyền của phim, hình ảnh và các tệp nhạc lớn sang các thiết bị lưu trữ bên ngoài. Sử dụng phần mềm IPEAK của Intel, tôi đã tiến hành phân tích điểm chuẩn dựa trên dấu vết. Kết quả thu được không quá rõ ràng.

Tốc độ ghi và đọc khi sử dụng ổ Kingston HyperX Max 3.0 đạt 170 MB / s.Do đó, khi số lượng thiết bị được kết nối ngày càng tăng, việc giảm hiệu suất không được quan sát thấy.

Băng thông là yếu tố hạn chế duy nhất trên các cổng USB 2.0 cũ hơn, vì nó có thể đạt được gần 90% băng thông khả dụng với ổ HyperX Max 3.0. Khi thêm thiết bị thứ hai, bus của thế hệ trước được tải với tốc độ 43 MB / s. Điều này khá tốt khi xem xét rằng một trung tâm USB 2.0 có thể cung cấp 480 Mbps, chia cho tám để dịch sang byte và nhân với 0,8 để tính cho mã hóa 8b / 10b. Như vậy, giới hạn USB 2.0 đã gần hết.

Bộ điều khiển USB 3.0 của chipset A75 cung cấp cho chúng tôi hiệu suất tốt hơn vì băng thông của nó cao hơn 10 MB / s so với đối thủ.

Mặc dù điểm chuẩn tổng hợp cho thấy sự gia tăng thông lượng, nhưng điều này không tương ứng với các khả năng thực tế. Ngoài ổ đĩa flash, thông thường nhiều người dùng chỉ sử dụng một ổ đĩa ngoài tại một thời điểm. Và những người kết nối nhiều ổ đĩa với một bộ điều khiển cùng một lúc sẽ không sử dụng hết công suất của chúng. Người dùng có thể làm giảm hiệu suất trên một đĩa bổ sung, chẳng hạn như khi đọc nhiều tệp.

Không có hỗ trợ NCQ, vì vậy độ sâu hàng đợi là một. Tuy nhiên, ở cấp độ chương trình, hệ điều hành lặp lại các lệnh bằng cách sử dụng bộ đệm. Điều này cung cấp khả năng đọc và ghi các tập tin từ thiết bị cùng một lúc.

Trong thực tế, có thể thấy rằng với mỗi thao tác tương tự, tốc độ ghi giảm dần. Tuy nhiên, tốc độ truyền tệp tổng thể phải bằng tốc độ truyền tệp bạn có trong một lần truyền.

Viết và đọc được phân bổ hơi khác nhau.

Bằng cách chia nhỏ bus để truyền và nhận, việc ghi và đọc đồng thời cũng nhanh như thực hiện riêng lẻ. Đây là lý do tại sao tốc độ ghi không bị sụt giảm liên tục và phát lại video rất mượt mà. Sự khác biệt duy nhất giữa USB 3.0 và 2.0 là tốc độ truyền tệp.

Nhận tốc độ tốt từ USB 3.0

Mỗi bo mạch chủ hiện đại được bán trong cửa hàng trực tuyến ngày nay đều có hỗ trợ USB 3.0 (các cổng có màu xanh lam). Dựa trên kết quả thu được, tôi xin thông báo với bạn rằng bạn không nên lo lắng về loại bộ điều khiển USB 3.0 do nhà cung cấp chọn cho nền tảng của bạn. Thiết bị tiếp theo kết nối với bộ điều khiển sẽ giới hạn hiệu suất của chính nó, không phải chính bộ điều khiển. Chưa có thiết bị nào có khả năng đạt đến giới hạn có thể cho tiêu chuẩn này. Để tối đa hóa tải trên bộ điều khiển của bên thứ ba và kết nối PCIe x1, cần phải có trên 500 MB / s.

Bạn không cần phải là một chuyên gia để hiểu tại sao điều này lại xảy ra. Giờ đây, tất cả các ổ USB 3.0 nhanh nhất đều sử dụng SSD SATA 3Gb / s, điều này hạn chế nghiêm trọng hiệu suất của chúng (khoảng 50% mức mà bus có thể cho phép). Di chuyển sang nhiều thiết bị USB 3.0 6Gbps chắc chắn sẽ gây ra tắc nghẽn. Ổ đĩa nhanh hơn, giá cao hơn khó có thể thu hút được sự chú ý, vì chúng sẽ nhanh hơn hệ thống lưu trữ con của nhiều người dùng. Có lẽ trong tương lai gần, chúng ta sẽ thấy các ổ USB 3.0 gắn ngoài dựa trên SF-2200 sẽ phá vỡ tiêu chuẩn. Tuy nhiên, điều này gần như không thể hiện nay, do bạn sẽ không cảm thấy hoàn toàn có bất kỳ sự khác biệt nào giữa các bộ điều khiển USB 3.0 từ tất cả các nhà sản xuất.

Sự khác biệt chính giữa các bộ điều khiển USB 3.0 sẽ được nhìn thấy sau khi phát hành hệ điều hành Windows 8. Microsoft có kế hoạch triển khai hỗ trợ trình điều khiển của mình cho USB-Attached SCSI, sẽ cung cấp hỗ trợ cho các lệnh NCQ thông qua cổng USB. Do đó, bạn có thể hưởng lợi từ khả năng đảo ngược thứ tự hoạt động của SSD. Điều này là cần thiết để tận dụng lợi thế rõ ràng của kiến ​​trúc đa kênh, giúp tăng hiệu suất hệ thống khi hàng đợi phát triển.

Quy trình cập nhật hệ thống sẽ không kích hoạt chức năng NCQ trên cổng USB.Ngoài trình điều khiển được chỉ định, nó sẽ yêu cầu thiết bị khách và bộ điều khiển USB 3.0 tương thích. Thiết bị Asmedia ASM1042 đã được trang bị logic để giúp hỗ trợ UAS, nhưng phản ứng của Etron EJ168 hay AMD A75 vẫn chưa được biết. Ở cấp độ thiết bị, vẫn chưa hoàn toàn rõ ràng liệu có thiết bị bên ngoài nào đã sẵn sàng cho UAS vào lúc này hay không.

Tuy nhiên, đây là trong tương lai gần. Bây giờ bạn có thể tận hưởng tốc độ điên cuồng của USB 3.0 và nhớ rằng rất khó để tải băng thông của một cổng, và ngay cả 2 cổng trên bộ điều khiển cũng sẽ cho thấy hiệu suất ấn tượng. Nếu bạn đủ may mắn để mua bốn ổ Kingston HyperX Max 3.0 bên ngoài và muốn đưa chúng vào chipset HighPoint RocketU 1144A hoặc AMD A75, thì tốc độ tốt sẽ được đảm bảo.