Тестирование производительности интерфейса USB 3.1

⇡#Описание тестовых систем

Основной целью данного тестирования стало определение того преимущества, которое может дать использование для подключения внешних устройств портов USB 3.1. Для этого мы измеряли скорость работы полученного нами на тесты USB 3.1-накопителя компании ASUS при его подсоединении к портам разного типа. Поскольку в нашем распоряжении оказалось сразу две материнских платы с поддержкой нового интерфейса, тестирование было проведено на обеих.

В итоге список задействованных в тестировании аппаратных компонентов выглядел следующим образом:

• Процессоры:
  • Intel Core i7-5960X Extreme Edition (Haswell-E, 8 ядер + HT, 3,0-3,5 ГГц, 20 Мбайт L3);
  • Intel Core i7-4790K (Haswell Refresh, 4 ядра + HT, 4,0-4,4 ГГц, 8 Мбайт L3).
• Процессорный кулер: Noctua NH-D15.
• Материнские платы:
  • ASUS X99-A/USB3.1 (LGA2011-v3, Intel X99);
  • ASUS Z97-A/USB3.1 (LGA1150, Intel Z97).
• Память:
  • 2 × 8 Гбайт DDR3-2133 SDRAM, 9-11-11-31 (G.Skill [TridentX] F3-2133C9D-16GTX).
  • 2 × 8 Гбайт DDR4-2666 SDRAM, 15-15-15-35 (G.Skill [Ripjaws 4] F4-2666C15Q-16GRR).
• Видеокарта: NVIDIA GeForce GTX 980 (4 Гбайт/256-бит GDDR5, 1127-1216/7012 МГц).
• Дисковая подсистема: Crucial M550 512 GB (CT512M550SSD1).
• Блок питания: Seasonic Platinum SS-760XP2 (80 Plus Platinum, 760 Вт).
• Тестовое USB-устройство: ASUS USB 3.1 Enclosure.

Тестирование выполнялось в операционной системе Microsoft Windows 8.1 Professional x64 with Update с использованием следующего комплекта драйверов:

• ASMedia USB3.1/3.0 Driver 1.16.23.0;
• Intel Chipset Driver 10.0.20;
• Intel Management Engine Driver 10.0.0.1204;
• Intel Rapid Storage Technology 13.2.4.1000;
• NVIDIA GeForce 347.52 Driver.

⇡#Производительность: результаты в CrystalDiskMark

Для тестирования производительности внешнего накопителя ASUS с интерфейсом USB 3.1 в первую очередь мы воспользовались популярным бенчмарком CrystalDiskMark 3.0.3b, который позволяет получить общее представление о быстродействии, достигаемом при различных типах операций. На приведённых далее диаграммах между собой сравниваются скорости накопителя при его подключении к новым портам USB 3.1, работающим через контроллер ASMedia, и к чипсетным портам USB 3.0 или USB 2.0. Для портов USB 3.1 и USB 3.0 тестирование выполнялось дважды: при стандартном подключении и с активированной технологией ASUS USB Boost (на графиках последний вариант отмечен словом Turbo).

Теория нам обещала, что предельная скорость USB 3.1 более чем вдвое выше пропускной способности USB 3.0, но на практике мы видим лишь 80-процентное преимущество более новой версии интерфейса. Однако никакого обмана здесь нет, в данном случае мы упёрлись не в пропускную способность интерфейса USB 3.1, а в пропускную способность шины PCIe 2.0 x2, которая соединяет контроллер ASMedia с чипсетом. Впрочем, вряд ли в реальной жизни кто-то будет использовать для USB 3.1-контроллеров более быстрые варианты PCIe, так что последовательная передача данных со скоростью порядка 800 Мбайт/с, скорее всего, так и останется практическим потолком для интерфейса USB 3.1 — по крайней мере в обозримом будущем.

Попутно нужно отметить ещё пару фактов. Во-первых, технология ASUS USB 3.1 Boost даёт не слишком заметный эффект – она поднимает быстродействие USB 3.1-подключения лишь на 2 процента. Во-вторых, реализация нового интерфейса на плате ASUS Z97-A/USB3.1 отличается немного более высокой скоростью, чем на ASUS X99-A/USB3.1. Это связано с тем, что чипсетные линии PCI Express 2.0 на LGA2011-3-плате разделяются с большим числом оконечных узлов, что увеличивает накладные расходы при мультиплексировании. Плата под LGA1150 имеет более простую схему разделения линий PCI Express, и в конечном итоге это приносит небольшую выгоду в пропускной способности портов USB 3.1.

Все виды USB-интерфейса не слишком хорошо подходят для случайных операций. И в этом случае USB 3.1 вместе со своими предшественниками продолжает выдавать не больно-то впечатляющую скорость. Однако справедливости ради стоит отметить, что на ASUS Z97-A/USB3.1 скорость интерфейса оказалась такой, что ограничивающим фактором выступает не она, а производительность SATA SSD, составляющих основу тестового накопителя. Иными словами, произошедший рост пропускной способности USB 3.1 вполне достаточен для того, чтобы подключенные через этот интерфейс современные твердотельные накопители не чувствовали себя стиснутыми в узких рамках.

Правда, при случайных операциях с очередью запросов картина оказывается совсем не радужной.

Если старые версии USB-интерфейса вообще не поддерживали работу с очередью команд, то в USB 3.1 ситуация несколько исправилась. Хотя о качественной обработке очереди, как в интерфейсе SATA, речь не идёт, производительность при конвейеризации случайных запросов всё же немного возрастает. Очевидно, определённую помощь в этом оказывает новый UASP-протокол, однако фирменная технология ASUS USB 3.1 Boost и здесь не даёт хорошо различимого эффекта. Тем не менее если говорить о производительности случайных операций в целом, то применение USB 3.1-подключения вместо USB 3.0 позволяет поднять скорость чтения примерно на 45 процентов и скорость записи – в 3,5-4 раза.

⇡#Производительность: результаты в Intel NASPT

Полученные в синтетическом тесте CrystalDiskMark 3.0.3b результаты дают хорошую возможность оценить тот прирост производительности, который способен дать новый интерфейс USB 3.1 при подключении с его помощью быстрых накопителей к ПК. Однако одним лишь этим бенчмарком мы не ограничились и привлекли ещё один тест, работа которого основывается на воссоздании реальной нагрузки, – Intel NASPT 1.7.1. В отличие от CrystalDiskMark, он воспроизводит трассы, характерные для наиболее распространённых сценариев использования внешних устройств, и выдаёт максимальную пропускную способность, получаемую в каждом таком случае.

Копирование файлов

При копировании файлов, вне зависимости от того, идёт ли речь о передаче одного большого файла или о копировании директории с разнородными файлами, интерфейс USB 3.1 позволяет получить примерно 80-процентный прирост в скорости. Исключение здесь лишь одно – копирование директории с внешнего накопителя, где прирост оказывается примерно вдвое ниже. Впрочем, и то и другое – вполне достойный результат, который можно трактовать лишь в пользу перехода на USB 3.1.

Воспроизведение и запись видео

Видеоданные – это яркий пример последовательных данных. Поэтому при работе с видеофайлами интерфейс USB 3.1 выдаёт максимальные показатели. Ускорение по сравнению с USB 3.0, как и в случае копирования, здесь также достигает 80 процентов, но абсолютные величины скорости почти дотягивают до пиковых показателей, полученных в CrystalDiskMark. Иными словами, если бы не реализация USB 3.1 через PCIe 2.0 x2, то, вполне возможно, мы смогли бы увидеть и более впечатляющий прирост.

Что же касается технологии ASUS USB 3.1 Boost, то при реальной нагрузке она, похоже, совершенно бесполезна. Сама компания ASUS объясняет это тем, что данная технология базируется на тонкой подстройке параметров драйвера, в то время как входящий в операционную систему Windows 8 штатный USB-драйвер уже имеет достаточно качественную оптимизацию. В более же ранних версиях операционной системы Microsoft, например в Windows 7, включение USB 3.1 Boost должно давать гораздо более серьёзный эффект, достигающий десятков процентов.

Повседневная работа

Выше уже говорилось о том, что интерфейс USB предлагает достаточно ограниченные средства для эффективной работы со случайными операциями. Поэтому при некоторой реальной нагрузке прирост производительности при переходе на USB 3.1 может оказаться и совсем небольшим. Однако привнесённое им увеличение пропускной способности при последовательной передаче данных и существенный рост скоростей произвольной записи в большинстве случаев оказывает сугубо положительное влияние на быстродействие. В результате даже в том случае, когда подключенный к USB-порту накопитель используется в роли обычного рабочего диска, новая версия интерфейса способна обеспечить вполне осязаемое ускорение.

⇡#Выводы

В целом даже на начальном этапе своего жизненного пути USB 3.1 вполне оправдывает возложенные на него надежды. Как показывают практические тесты, свежая версия USB-интерфейса уже сегодня позволяет получить примерно 70-процентный прирост в практической пропускной способности. Это, конечно, далеко от того многократного роста скорости, который произошёл несколько лет назад в процессе перехода с USB 2.0 на USB 3.0, но в этот раз и номер версии стандарта изменился всего на одну десятую. Кроме того, не следует забывать и о том, что в сегодняшнем тестировании потенциал USB 3.1 раскрыт далеко не полностью. Применённый в протестированных нами платах ASUS контроллер ASMedia – это лишь первое решение, проводящее новый интерфейс в жизнь, и оно имеет искусственно ограниченную производительность, так как работает через шину PCIe 2.0 x2 с более низкой, чем у USB 3.1, пропускной способностью. Однако, как мы увидели на практике, даже тех скоростей, которые могут быть получены с имеющейся сегодня схемой работы данного интерфейса, с лихвой хватит для большинства внешних накопителей или флешек.

К тому же возможности нового стандарта одной лишь возросшей скоростью не ограничиваются. Вместе с ней в USB 3.1 мы получим и массу других полезных свойств: новый, более удобный разъём, возможность использования тех же портов и кабелей для подключения мониторов, повышенную электрическую мощность портов и прочее. Конечно, всё это потребует развития экосистемы, но, поскольку распространение USB 3.1 уже началось, нет никаких сомнений в том, что по прошествии некоторого времени порты USB 3.1 будут доступны повсеместно и станут гораздо более успешным и популярным решением, нежели так и не ставший массовым интерфейс Thunderbolt.

Вопрос только в том, сколько времени предстоит ждать, прежде чем USB 3.1 станет действительно общим стандартом. На данный момент ASMedia – это единственный производитель контроллеров, который способен предложить USB 3.1-решения, доведённые до стадии финального продукта. Безусловно, другие разработчики чипов вскоре тоже будут иметь свои варианты USB 3.1-контроллеров, однако Intel, похоже, с внедрением этого стандарта в свои платформы торопиться не намерена. Если судить по имеющимся данным, перспективные платформы для процессоров Broadwell и Skylake USB 3.1-портов не получат, и врождённая поддержка нового интерфейса появится только вместе с процессорами Cannonlake, выход которых запланирован на 2017 год. А это значит, что в текущем году USB 3.1 останется выбором энтузиастов-первопроходцев.

Впрочем, если сегодня вы приобретаете новую систему, кардинальную модернизацию которой в ближайшие несколько лет проводить не планируется, вполне логично обратить свой взор на появляющиеся в магазинах платы с поддержкой USB 3.1, ведь спустя год или полтора наличие таких портов может оказаться более чем уместным. Тем более что разница в цене между продуктами с поддержкой USB 3.1 и без неё составляет всего лишь $10-20. При этом мы рекомендуем смотреть в первую очередь в сторону плат ASUS, потому что этот производитель имеет наиболее тесные инженерные связи с разработчиком первого USB 3.1-контроллера. А значит, вероятность возникновения каких-то непреодолимых проблем с работой нового интерфейса на платах ASUS крайне низка.