USB 3.0 и SATA Rev. 3.0: догонялки

Хотя с той поры, как появилась «Песнь ямщика», минуло, почитай, ужо годков полтораста, высказанная в этих строках мысль по-прежнему актуальна. Только счет нонче идёт не на «дни златые», а на минуты-секунды бешеного ритма рабочего (да и выходного) дня, которых, как оказывается, тоже не так уж много «в жизни сей». Да и «тройки» уже не гнедые, а всё USB 3.0 да SATA Rev. 3.0... И кто лучше и быстрее передаст нужную нам информацию, тот в итоге и на коне.

Последовательный интерфейс USB исторически всегда заметно отставал по скорости передачи данных от дискового Serial ATA, служил эдакими «вожжами», «охлаждавшими пыл» SATA/PATA. И лишь с недавним появлением версии USB 3.0 (SuperSpeed USB) с пиковой скоростью до 5 Гбит/с у внешних накопителей появился шанс поспевать за бешеным ритмом компьютерной жизни. Почти в то же время появилась и новая версия интерфейса Serial ATA с официально правильным названием SATA Revision 3.0 (а никак не SATA III, SATA 3.0 и прочая безграмотная «самопись»). Другое официально допустимое название этого интерфейса, SATA 6 Gb/s, отражает тот факт, что максимальная скорость SATA Rev. 3.0 составляет 6 Гбит/с. Но может ли внешний USB 3.0 со своими 5 Гбит/с соперничать с внутренним SATA 6 Гбит/с или внешним eSATA на его основе? Особенно если учесть, что нынче контроллеры обоих интерфейсов на «материнках» нередко «сажают» на шину PCI Express x1 2.0 с пиковой скоростью в те же 5 Гбит/с...

Наши внимательные читатели, видимо, уже в курсе, что на данный момент «уклад жизни» незыблем, то есть в среднем на практике интерфейс SuperSpeed USB работает заметно медленнее свежего SATA/eSATA. Если последний теоретически выдает до 600 Мбайт/с и на практике по полезным данным удаётся выжать из него до 560-580 Мбайт/с, то над USB довлеет архитектурное «наследие прошлого». Так, Hi-Speed USB при пиковой скорости в 480 Мбит/с мог потоком передавать полезные данные на скорости 35-36 Мбайт/с. То есть, по аналогии, от USB 3.0 мы могли бы ожидать практических скоростей лишь в районе 350-400 Мбайт/с. В принципе, не так уж плохо, если бы не одно «но».

Дело в том, что реальные контроллеры этих интерфейсов, разрабатываемые теми или иными компаниями, реализуют работу не идеально. Причём это касается как USB 3.0, так и SATA Rev. 3.0 (ранее «детские болезни» в той или иной мере также касались USB 2.0 и SATA предыдущих поколений). То есть выжать из интерфейсных новинок «теоретический максимум» (или хотя бы близкие к нему значения) на текущих продуктах (хост-контроллерах и накопителях) невозможно. Можно лишь пытаться получить более или менее высокую скорость работы. И вот тут мы вплотную подошли к собственно предмету данной статьи.

Конечно же, мы не станем напрямую сталкивать лбами интерфейсы USB 3.0 и SATA/eSATA Rev. 3.0. Заранее понятно, кто из них будет в роли лидера, а кто — на позиции вечно догоняющего. Впрочем, результаты тестов для этих интерфейсов мы приведём, и вы сами сможете судить, каков разрыв между потенциальными соперниками.

Нас здесь интересует более практически полезный вопрос: какие из конкретных контроллеров, присутствующих сейчас на рынке, обеспечивают наилучшие скоростные показатели тому и другому интерфейсу и насколько лидеры опережают аутсайдеров. Это в итоге может повлиять и на выбор пользователем той или иной материнской платы.

⇡#Методика и участники тестирования

Мы не ставили перед собой цель собрать абсолютно все присутствующие сейчас на рынке контроллеры этих двух интерфейсов, поэтому ограничились наиболее популярными, «ключевыми» моделями. В их число попали:

SATA Rev. 3.0:

1. Контроллер чипсета Intel Z68 Express;
2. Контроллер чипсета AMD SB950 (SB850);
3. Контроллер Marvell 88SE9172 на шине PCIe x1 2.0;
4. Контроллер ASMedia ASM1061 на шине PCIe x1 2.0.

USB 3.0 (все на шине PCIe x1 2.0):

1. Контроллер ASMedia ASM1042;
2. Контроллер EtronTech EJ168A.

Самые популярные сейчас микроконтроллеры интерфейса USB 3.0 для шины PCI Express x1 версии 2.0

Популярный года два назад контроллер USB 3.0 от NEC/Renesas (чип uPD720200) нынче уже не так просто встретить на рынке: на новые модели «материнок» его практически не ставят (он дороже недавно появившихся конкурентов), да и «одинокие» PCIe-карточки USB 3.0 на этом чипе найти в московской рознице стало уже проблематично. Поэтому мы не стали включать этот хост в наш обзор. Зато у нас присутствуют два более свежих решения: чип ASM1042 от компании ASMedia Technology (дочернего предприятия ASUSTeK Computer) и еще более интересный чип EJ168A от компании Etron Technology, который сейчас продвигается как одно из самых скоростных решений для USB 3.0 и ставится на многие «продвинутые» «материнки».

Испытания проводились нами на трёх материнских платах:

1. Gigabyte GA-Z68XP-UD3-iSSD;
2. ASUS Crosshair V Formula;
3. ASRock Fatal1ty 990FX Professional.

На первой из них расположены контроллеры:

1. SATA 6 Гбит/с чипсета Intel Z68 Express;
2. SATA 6 Гбит/с Marvell 88SE9172 на шине PCIe x1 2.0;
3. USB 3.0 EtronTech EJ168A на шине PCIe x1 2.0.

В состав второй входят контроллеры:

1. SATA 6 Гбит/с южного моста AMD SB950;
2. SATA 6 Гбит/с ASMedia ASM1061 на шине PCIe x1 2.0
3. USB 3.0 ASMedia ASM1042 на шине PCIe x1 2.0.

В состав третьей входят контроллеры:

1. SATA 6 Гбит/с южного моста AMD SB950;
2. SATA 6 Гбит/с Marvell 88SE9172 на шине PCIe x1 2.0;
3. USB 3.0 EtronTech EJ168A на шине PCIe x1 2.0.

Данные для SATA-контроллера моста AMD SB950 приводятся нами ниже для платы ASRock с добавлением одной «контрольной» точки от платы ASUS (результаты для SB950 на обеих платах очень близки). Кроме того, все SATA-контроллеры были протестированы нами в двух режимах — IDE и AHCI. А для некоторых USB-контроллеров испытания проводились как с выключенным (QR, или Quick Removal), так и с включенным (BP, или Better Performance) кешированием внешних накопителей (в Windows-свойствах соответствующих девайсов, см. скриншот).

К контроллерам подключались следующие накопители:

1. жёсткий диск Seagate Barracuda XT ST33000651AS (SATA 6 Гбит/с, 3 Тбайт);
2. SSD OCZ Solid 3 (SATA 6 Гбит/с, контроллер SandForce SF-2281, 120 Гбайт);
3. внешний диск Seagate GoFlex Desk STAC4000200 (USB 3.0, 4 Тбайт);
4. внешний диск Seagate GoFlex STAA500205 (USB 3.0, 500 Гбайт);
5. внешний диск Transcend StoreJet TS500GSJ25D3 (USB 3.0, 500 Гбайт).

Подчеркнем, что нас интересует здесь исключительно скорость работы интерфейсов, поэтому внутренняя скорость самих накопителей (то есть скорость чтения/записи данных на пластины или флеш-память) нам в этой статье совсем не важна, она не оказывает никакого влияния на результаты наших тестов. В частности, поэтому мы не видели смысла добавлять в эту компанию SSD с интерфейсом USB 3.0: дело в том, что текущие модели подобных накопителей используют чип-транслятор USB 3.0 во внутренний интерфейс SATA (причем обычно Rev. 2.0, то есть со скоростью не выше 3 Гбит/с), поскольку именно им, а не USB 3.0, оснащены нынешние флеш-контроллеры SSD. А скорость такого решения с чипом-транслятором USB-SATA мы уже тестируем при помощи внешних жёстких дисков.

Другая тонкость заключается в том, что «не все трансляторы одинаково полезны». То есть применяемые во внешних USB-накопителях преобразователи интерфейсов USB 3.0 в SATA по-разному работают с теми или иными хост-контроллерами USB 3.0. Соответственно, это может существенно сказаться на скорости работы с этой шиной внешних накопителей. Именно это мы увидим на примере сравнения внешних дисков от Seagate и Transcend.

Карта расширения на чипе ASM1042 продемонстрировала очень низкую скорость работы интерфейса USB 3.0

Наконец, не все реализации интерфейса USB 3.0, даже на одном и том же чипе хост-контроллера, «одинаково полезны». В частности, побывавшая у нас на тестировании отдельная двухпортовая PCIe-плата контроллера USB 3.0 на чипе ASMedia ASM1042 (см. фото выше этого абзаца) продемонстрировала в испытаниях скорость, в несколько раз меньшую, чем показатели решения на том же чипе в составе испытанной нами материнской платы ASUS. Значения на уровне 50-60 Мбайт/с показались нам настолько низкими, что мы не посчитали нужным включать их в перечень результатов статьи. Так что при покупке отдельной платы хост-контроллера USB 3.0 (да и дешевых «материнок» с такими решениями) будьте аккуратны и по возможности требуйте возврата денег в случае, если реализация интерфейса USB 3.0 там окажется проблемной по скорости. Чтобы не «терять дни златые» в унылом ожидании.

Вместе с «материнками» использовались 4-ядерные процессоры AMD FX 4100 и Intel Core i5-2500 и 4 Гбайт двухканальной памяти DDR3-1600, а также ОС MS Windows 7 Ultimate x64, установленная на системный SSD.

Для измерений скорости передачи данных по интерфейсам (без влияния скорости чтения-записи данных на сами носители) мы применили тесты буферизованного чтения (и записи) при помощи трёх утилит:

1. AIDA64 2.00 Disk Benchmark, тест Buffered Read;
2. HD Tach RW 3.0, тест Burst Speed (буферизованное чтение);
3. ATTO Disk Benchmark v2.46, чтение и запись файла объёмом 1 Мбайт.

Первая утилита — одна из наиболее часто используемых простыми пользователями для дисковых бенчмарков. Она выдает достаточно надёжные результаты, однако иногда грешит по некоторым показателям (в частности, на буферизованных операциях в особо сложных случаях). Вторая утилита, как правило, демонстрирует наиболее высокие значения скорости буферизованного чтения на интерфейсах USB 2.0 и SATA 3 Гбит/с, поэтому её показатели для USB 3.0 и SATA 6 Гбит/с будут нам особенно интересны. Обе эти программы используют низкоуровневое обращение к дискам (в обход файловой системы). Наконец, третья утилита использует обращения именно к файловой системе, и с её помощью можно, в частности, измерить скорость буферизованного чтения и записи накопителей, если использовать обращения без кеширования в ОС (параметр Direct I/O) и задать размер тестового файла равным, например, 1 Мбайт (это справедливо для случая большинства современных накопителей, обладающих кеширующей памятью существенно большего объёма). Забегая вперед, подчеркнём, что именно в тесте ATTO нам удалось получить самые высокие скорости для SATA Rev. 3.0.

Ряд других распространенных простеньких бенчмарков вроде HD Tune, CrystalDiskMark и прочих мы не стали применять ввиду либо их неприспособленности для данных измерений, либо (что чаще) неадекватности их показаний.