Самый быстрый интерфейс usb
Обновлено: 07.07.2024
Объёмы передаваемых данных непрерывно увеличиваются. В профессиональных приложениях это связано с развитием алгоритмов Big Data. Дома диагональ наших экранов растёт, а вместе с ней и качество фильмов. С недельного отпуска можно легко привезти четверть терабайта фотографий и видео. Всё нужно разместить, да ещё и периодически перекинуть бэкап. Здесь уже важно не только количество места, но и скорость работы с ним.
Речь пойдёт об интерфейсах передачи различных файлов между устройствами, которые можно встретить на работе и дома:
- десктопы/рабочие станции;
- ноутбуки;
- планшеты;
- смартфоны;
- СХД (NAS);
- телевизоры с ОС и другие.
Данные с одного устройства на другое можно передать двумя способами: по сети (проводной или беспроводной) и посредством переноса на носителях информации.
Старый добрый Ethernet
За последнюю декаду большинство домашних роутеров получило поддержку Gigabit Ethernet (GigE). Моделей со скоростью 100 Мбит/с (100BASE-T) уже не хватит для подключения к быстрому тарифу интернет-провайдера. Тем более, разница с гигабитной сетью заметна при работе с сетевым хранилищем. Жёсткие диски со скоростью вращения шпинделя 7200 об/мин. демонстрируют средние скорости чтения/записи 140/130 МБ/с. Производительность сетевого интерфейса здесь будет узким местом и лучше, если оно будет на уровне теоретического максимума GigEу125 МБ/с.
В перспективе распространение технологии 10GigE в массовых домашних маршрутизаторах, которая пока встречается редко.
Нет проводов — есть Wi-Fi
В повседневных задачах, когда некритичны задержки из-за помех, беспроводная сеть успешно заменяет проводную. Стандарты активно развиваются: появившийся Wi-Fi 5 (802.11 ac) значительно поднял планку пропускной способности радиоканала, но нужно обязательно учитывать, что на практике скорость беспроводного соединения существенно ниже теоретической. Результаты измерений, предоставляемые производителями сетевого оборудования, также сложно повторить, поскольку получены они были в условиях, приближенных к идеальным. Усредненная по нескольким экспериментам производительность Wi-Fi 5 — 1,3 Гбит/с. Дальнейший этап развития — Wi-Fi 6, увеличивающая это значение до 4,8 Гбит/с.
Что может SATA?
Интерфейс SATA в первую очередь ассоциируется со стационарными жёсткими дисками в компьютерах: магнитными (HDD) и твердотельными накопителями (SSD). Актуальные ревизии SATA II и SATA III имеют теоретические максимумы в 3 и 6 Гбит/с соответственно. Для HDD необходимости в такой полосе нет, поскольку лучшие представители с 7200 rpm способны выдать чуть более 210 МБ/с, а диски с 5400 rpm — 160 МБ/с.
В свою очередь технологии SSD бурно развивались и в итоге скорости упёрлись в потолок SATA. Так, для имеющего множество опубликованных тестов Samsung 860 Evo, заявлены скорости чтения/записи 550/520 МБ/с.
Разработчики интерфейса не стали развивать его в первоначальном виде. Вместо этого был взят курс на стандартизацию подключения SSD-дисков к шине PCI-Express (PCIe).
Эволюция USB
Ещё в 2000-х, с развитием технологий flash-памяти, стандарт USB стал основным не только для периферийных устройств, но и для носителей информации. Несколько лет скорость передачи 480 Мбит/с, определяемая как предельная в спецификации USB 2.0, была достаточной для работы с самыми быстрыми флэш-накопителями. Но благодаря росту потребности в SSD-дисках и характерных им скоростей, USB перешёл в следующую итерацию — USB 3.0. Эта спецификация декларировала более чем десятикратный рост пропускной способности — 5 Гбит/с.
Далее спецификация USB 3.0 была переименована в USB 3.1 Gen1 и появилась вторая — USB 3.1 Gen2, поднявшая планку до 10 Гбит/с и включившая в себя кодировку с меньшими ресурсозатратами. Соответствующие им порты на устройствах, например, ноутбуках, маркируются как SuperSpeed (SS) и SuperSpeed+ (SS+).
Во второй половине 2010-х вышла последняя на данный момент спецификация USB 3.2 в трёх вариантах:
- USB 3.2 Gen 1, она же SuperSpeed USB (SS);
- USB 3.2 Gen 2, она же SuperSpeed USB 10 Gbit/s (SS+);
- USB 3.2 Gen 2x2, она же SuperSpeed USB 20 Gbit/s (SS++).
Здесь часто возникает путаница, поддерживаемая «вольным подходом» производителей к обозначению продукции. По сути обозначение USB 3.0 не актуально с момента выхода USB 3.1. Теперь же, согласно рекомендациям организации USB-IF, правильно указывать только спецификацию USB 3.2 и её идентификатор поколения Gen. Но повсеместно используются маркировки “USB 3.0” и “USB 3.1”, при этом имеется в виду одно и то же. Поэтому иногда проще ориентироваться на обозначение SuperSpeed. Вектор развития стандарта на ближайшее будущее определён в спецификации USB4, опубликованной в прошлом году. В частности, будет единый порт Type-C, скорость до 40 Гбит/с и обратная совместимость вплоть до USB 2.0.
USB позволяет сделать портативным любой SATA-накопитель. Для этого применяются переходники и боксы.
Обычно у них на выходе SS USB, но при выборе обязательно посмотрите бенчмарки этих устройств, чтобы они не порезали скорость диска. Подобные переходники есть внутри любого внешнего диска, чаще всего распаяны на плате. Например, один из лидеров рынка — Samsung SSD T5 перекачивает данные между интерфейсами посредством моста mSATA — SS+ USB. Он обеспечивает скорость до 540 МБ/с, что равносильно прямому подключению быстрейших SATA SSD.
Новое применение PCI-Express
Когда технологии твердотельных накопителей шагнули вперёд настолько, что перестали умещаться в полосу пропускания интерфейса SATA III, пришло время обратиться к более скоростной компьютерной шине. Долго искать не пришлось — по соседству с SATA на материнских платах давно были порты PCIe. В основном они использовались для подключения видеокарт и различных плат расширения, и разработчики адаптировали SSD для работы по каналу PCIe. А один канал PCIe 3.0 обладает пропускной способностью 6.4 Гбит/с, четыре канала — 25.6 Гбит/с. В четвёртой версии протокола эти показатели удвоены.
Для SSD, работающих с PCIe, была разработана спецификация NVM Express (NVMe). NVMe SSD выпускаются в нескольких специальных форм-факторах (M2, U2), а также в виде плат расширения PCIe.
Они используют две или четыре линии интерфейса. За счёт этого скорость дисков NVMe Gen 3.0 ограничена сверху на уровне 3.5/3.3 ГБ/с, а NVMe Gen 4.0 — 5.0/4.4 ГБ/с. Посмотрите примеры тестов и сравнение накопителей разного типа, например, здесь. Показатели впечатляют даже по сравнению с лучшими SATA SSD. А HDD вообще покинули здание.
При выборе нужно учитывать форм-фактор диска, разъём для установки и количество доступных линий PCIe для данного разъёма.
Прорывной Thunderbolt
Интерфейс, согласно данным разработчика Intel, объединяет в один последовательный сигнал PCI Express и DisplayPort. Он предоставляет широкие полосы пропускания: 10, 20 и 40 Гбит/с. Thunderbolt стал главной новинкой в своём классе в минувшем десятилетии и имеет перспективы стать обязательным для поддержки на всех новых устройствах. На макбуках и других топовых ноутбуках такая поддержка есть уже несколько лет.
Новой вехой в развитии передачи данных стало и решение использовать Thunderbolt 3 в качестве порта USB Type-C. Этот разъём обладает рядом важных преимуществ, в том числе симметричность и поддержка нескольких скоростных протоколов. Развитие поддержки этих протоколов различными устройствами подразумевает снижение количества используемых кабелей и адаптеров.
Thunderbolt 3 позволяет использовать более быстрые диски PCIe с подключением к устройству через USB Type-C. Например, для Samsung X5 Portable заявлена скорость до 2800 МБ/с. Такие характеристики достижимы благодаря тому, что задействуются четыре канала PCIe 3.0 и интегрированный мост, коммутирующий их с Thunderbolt 3.
Важный момент при использовании Thunderbolt 3 — количество поддерживаемых каналов PCIe в устройстве. В некоторых ноутбуках она ограничивается двумя, что автоматически нивелирует скорость передачи данных по интерфейсу до уровня Thunderbolt 2 (20 Гбит/с).
Thunderbolt позволяет сделать внешними накопители NVMe SSD по аналогии с подключением по USB SATA-дисков. В такой конфигурации также будет критичным производительность моста Thunderbolt — NVMe.
Первый на финише
В абсолютном исчислении среди рассматриваемых интерфейсов самый быстрый — PCI Express, что не удивительно, ведь он изначально создан для работы с гораздо более скоростными устройствами. Для задач, требующих минимальное время на файловые операции — NVMe SSD обязателен к применению, а на вашем декстопе или ноутбуке должен быть подходящий разъём.
С точки зрения мобильности, самый перспективный интерфейс — Thunderbolt 3. Базирующийся на PCIe и наследующий его скоростные данные, Thunderbolt имеет все шансы стать массовым универсальным стандартом. Поэтому выбирая новое устройство, обратите внимание на наличие порта USB-C со значком молнии.
Между выходом технологий USB 2.0 и USB 3.0 прошло много лет и преимущество новинки было очевидным — десятикратный прирост скорости. Но затем обновления самого распространенного проводного интерфейса передачи данных начали появляться, словно грибы после дождя. В последний раз международная организация USB Implementers Forum анонсировала сразу две версии: 3.2, доступную здесь и сейчас, и 4, так сказать, на ближайшую перспективу. Насколько существенно отличаются друг от друга все актуальные вариации Universal Serial Bus, мы расскажем в этой статье.
Генеалогическое древо
Совсем уж древний стандарт USB 1.1 (12 Мбит/с или 1.5 МБ/с), канувший в лету в середине 2000-х, мы, пожалуй, пропустим, а вот о последующих версиях, в той или иной степени актуальных по сей день, поговорим подробнее.
USB 2.0 — самый старый из широко распространенных в данный момент интерфейсов проводной передачи данных. Анонсирован в далеком 2000 году, но массово популяризироваться начал только с 2005. Заявлена теоретическая скорость 480 Мбит/с (60 МБ/с), но практическая вдвое ниже — примерно 30 МБ/с. Главным преимуществом является гарантированная поддержка всеми популярными операционными системами (включая старушку Windows XP) без необходимости устанавливать драйверы. Тогда как порты USB 3.0 и новее до установки драйверов на чипсет могут либо работать в замедленном режиме, либо не работать вообще.
USB 3.0 (3.1 Gen 1, 3.2 Gen 1) — первая и дважды переименованная ради унификации наименований технология высокоскоростной проводной передачи данных. Теоретическая скорость составляет 5 Гбит/с (625 МБ/с), реальная же — около 450 МБ/с.
USB 3.1 Gen 2 (3.2 Gen 2) — вторая и самая быстрая из реально существующих на момент написания статьи имплементация Universal Serial Bus с теоретической скоростью 10 Гбит/с (1250 МБ/с) и практической порядка 900 МБ/с.
USB 3.2 Gen 2х2 — как нетрудно догадаться из названия, еще раз удвоенная по скорости технология. В теории заявлено 20 Гбит/с (2500 МБ/с), а сколько будет на практике, еще предстоит выяснить (вероятно, где-то 1800 МБ/с). Финальные спецификации USB 3.2 уже утверждены, а вот реальных устройств пока что нет. Первые модели, скорее всего, будут показаны на ближайшей выставке Computex Taipei 2019.
USB4 — грядущий стандарт, который должен объединить USB 3.2 и Thunderbolt 3. Пиковая теоретическая скорость составит 40 Гбит/с (5000 МБ/с). Сохранит обратную совместимость со всеми предыдущими версиями, включая USB 2.0.
Подробнее о USB-накопителях и их скоростях расскажем на примере новехонького WD My Passport SSD объемом 1 ТБ.
Раньше линейка внешних USB-накопителей WD My Passport состояла исключительно из жестких дисков. Но постепенное снижение цен на флеш-память позволило создать в рамках этой серии первый портативный твердотел — My Passport SSD, объем которого варьирует от 256 ГБ до 2 ТБ. При этом он примерно вдвое меньше и втрое легче, чем типичный жесткий диск форм-фактора 2.5 дюйма.
Подключается к настольному ПК, ноутбуку, смартфону или планшету My Passport SSD посредством высокоскоростного двухстороннего кабеля USB Type C 3.1 Gen 2. В придачу в комплекте есть переходник на полноразмерный USB Type A. Производителем заявлена скорость последовательного чтения и записи до 540 МБ/с, что втрое быстрее любого внешнего HDD. Важно отметить, что скоростные показатели могут отличаться в зависимости от объема накопителя.
Кроме того, My Passport SSD выдерживает падение с двухметровой высоты без потери информации, тогда как даже самые защищенные портативные жесткие диски, облаченные в толстенный слой резины, способны пережить падение лишь с высоты 1.2 м. А вот пыле и влагозащиты нет — это привилегия накопителей под брендом SanDisk, который нынче принадлежит компании WD.
Помимо ударозащиты, предусмотрено 256-битное аппаратное AES-шифрование. Настроить его, а также резервное копирование, можно с помощью фирменного набора приложений WD Discovery. В целом же, My Passport SSD — это стильный на вид (разве что немного маркий), легкий и компактный внешний твердотельный накопитель, который существенно быстрее и защищеннее классических жестких дисков.
Результаты тестирования
Для тестирования My Passport SSD мы использовали следующие приложения: Crystal Disk Info для отображения подробных технических характеристик накопителя, Crystal Disk Mark для измерения скорости последовательного (линейного) чтения и записи в мегабайтах в секунду, Anvil's Storage Utilities для замера скорости случайного чтения и записи в IOPS (количество операций ввода/вывода в секунду) и времени доступа к файлам в миллисекундах, а также AIDA64 Disk Benchmark для проверки снижения скорости записи крупных файлов.
 |
По результатам тестирования, скорость последовательного чтения и записи в Crystal Disk Mark составила 430 и 440 МБ/с соответственно. Для внешних USB-накопителей, будь-то SSD или HDD, довольно типично, что запись слегка быстрее чтения. Перетест же AIDA64 показал снижение скорости после записи 100 ГБ файлов с изначальных 440 до примерно 300 МБ/с. Происходит это по причине переполнения виртуального SLC-кеша, объем которого равен 10 процентам от объема диска (особенность всех SSD с флеш-памятью TLC).
 |
А вот приложение Anvil's Storage Utilities традиционно занизило скорости последовательного чтения и записи по сравнению с CDM (другая методика тестирования), зато намеряло высокую скорость случайного чтения и записи (36 и 40 тысяч IOPS) и наоборот низкое время доступа к файлам (всего 0,4 мс). Проще говоря, большим количеством мелких файлов SSD оперирует без хоть сколько-нибудь заметных задержек. А именно этот параметр всегда был слабым местом HDD.
 |
Выбранная же по умолчанию компанией WD для накопителя My Passport SSD файловая система exFAT не только лучше справляется с фрагментацией файлов, чем FAT32, но еще и экономнее расходует ресурс перезаписи ячеек флеш-памяти, чем NTFS. К тому, совместима exFAT со всеми современными операционными система: Windows, macOS, Linux и Android (в случае двух последних, возможно, потребуется установка соответствующего драйвера). Тогда как при желании использовать My Passport SSD для автоматического резервного копирования по технологии Apple Time Machine придется прибегнуть к переформатированию в APFS.
Выводы
Для флешек и портативных жестких дисков с лихвой хватает пропускной способности интерфейса USB 3.1 Gen 1, а для SSD более-менее достаточно USB 3.1 Gen 2. В свою очередь, еще более быстрая шина USB4 будет использоваться прежде всего для внешних видеокарт, которые требуются не только для игр, но и для профессиональной фотообработки, видеомонтажа и 3D-моделирования. Особенно актуально это для ноутбуков, в тонкий корпус которых трудно уместить по-настоящему мощный GPU. Первые модели внешних видеокарт с интерфейсом Thunderbolt 3 уже сейчас доступны в продажи, но стоят пока что дороговато и работают не достаточно отлажено. Но хочется верить, что с началом повсеместного внедрения USB4 внешние видюхи станут по-настоящему массовым продуктом.
Если Вы хотите подключить компьютер к нескольким 4K дисплеем, передавать файлы большого объёма на внешние накопители или захватывать RAW-видео с камеры, вы должны использовать Thunderbolt 3. Его максимальная скорость составляет 40 Гбит/с, и это самый скоростной интерфейс подключения в мире на сегодняшний день. Если высокоскоростное соединения для Вас имеет значение, то в этой статье я расскажу все детали работы нового интерфейса, отличия от Thunderbolt 2, Выясним на сколько Thunderbolt 3 быстрее USB 3.1.
Предлагаю 8 фактов, которые Вы должны знать о новом интерфейсе Thunderbolt 3.
Thunderbolt 3 в 4 раза быстрее USB 3.1
Thunderbolt 3 способен передавать данные со скоростью 40 Гбит/с, что намного быстрее, чем USB 3.1, максимальная скорость которого 10 Гбит/с или USB 3.0, предел которого 5 Гбит/с. 3-е поколение удвоило пропускную способность Thunderbolt 2 ( максимум 20 Гбит/с). С такой пропускной способности, Вы можете позволить себе использовать внешний графический усилитель вроде Razer Core и превратить легкий ноутбук в полноценный игровой ПК, так как система будет работать в связке с GPU с той же скоростью, как если бы он был подключен непосредственно к материнской плате.
Вы можете копировать файлы на внешний SSD быстрее, чем на подавляющее большинство внутренних дисков. Те же преимущества скорости можно использовать, когда Вы пишите видео непосредственно с 4K видеокамеры профессионального уровня.
Thunderbolt 3 использует разъём типа USB Type-C
Все порты Thunderbolt 3 выполнены в форм-факторе USB 3.1 Type-C, что позволит Вам подключать любой USB Type-C носитель к любому порту Thunderbolt 3. Хочу напомнить, что стандарт Type-C подразумевает использование симметричных разъёмов коннекторов, что позволяет подключать к ним кабели абсолютно с любой стороны и вне зависимости от ориентации.
Однако, не все USB Type-C порты и провода поддерживают Thunderbolt 3. Например, Apple MacBook и Lenovo ThinkPad 13 имеют USB Type-C порты, которые не поддерживают стандарт быстрее, а вот G1 HP EliteBook Folio и Dell XPS 13 - поддерживают Thunderbolt 3.
Подключение к двум 4K мониторам одновременно, используя DisplayPort
Thunderbolt 3 может передавать видео через DisplayPort (DP) стандарта 1.2 и поэтому имеет преимущество относительно DP без Thunderbolt 3. Дело в том что DP c Thunderbolt 3 предлагает два соединения в одном проводе. Таким образом, в то время как один кабель DP 1.2 может обрабатывать только один 4K монитор во время работы при частоте 60 Гц, один DP c Thunderbolt 3 способен работать с двумя 4K мониторами с частотой 60 Гц или один 4K монитор при 120 Гц или один 5K (5120 х 2880) монитор при 60 Гц.
Вы можете подключить в порт Thunderbolt 3 один монитор, используя кабель DP Thunderbolt 3. Однако, если Вы хотите использовать несколько мониторов, подклченных по одному кабелю, Вам понадобится док станция Thunderbolt вроде Dell Thunderbolt Dock или HP Elite Thunderbolt 3.
Высокоскоростная сеть Peer-To-Peer
Вы можете соединить два компьютера вместе, используя один провод Thunderbolt 3 и получить Ethernet соединение на скорости до 10Гбит/с. Это в 10 раз быстрее, чем большинство Ethernet соединений на основе витой пары. Так что, если Вам нужно быстро скопировать гигантский файл на ноутбук коллеги, то Thunderbolt 3 Вам как нельзя кстати.
Совместимость с оборудованием
Как узнать, если поддерживает ли провод или периферийное оборудование Thunderbolt 3, а не обычный USB 3.1? Посмотрите на наличие логотипа на разъёмах провода или этикетки, если речь о ноутбуке.
Несертифицированные продукты не имеют такого логотипа и эмблемы, но это не значит что они не могут использовать Thunderbolt 3. Ультрабук Razer Blade Stealth является одним из примеров, который имеет поддержку Thunderbolt 3 без отметки.
Энергоэффективность зарядки ноутбуков
Thunderbolt 3, являясь USB стандартом, может выделять энергию в 100 Вт для питания периферийных устройств или подзарядки гаджетов и даже ноутбуков. Например, на некоторых сверхтонких ноутбуках, таких как G1 HP EliteBook Folio и Razer Blade Stealth , порт Thunderbolt 3 является единственным гнездом для зарядки ноутбука.
Внешний графический ускоритель через Thunderbolt 3
Первое поколение внешних графических ускорителей не предназначено для работы с каждым Thunderbolt. Всё дело в маркетинговых интригах. Так, Asus не гарантирует, что его предстоящая дискретная станция XG Station 2 будет работать с чем-либо, кроме фирменных ноутбуков ASUS. Тем не менее, если поставщик ПК специально не заблокируют внешние ускорители, вполне возможно, что они будут работать и на несертифицированных Thunderbolt 3 ноутбуках.
Будем надеяться, что в ближайшем будущем, мы увидим графические усилители, которые смогут работать с любым компьютером, который имеет порт Thunderbolt 3.
Подключаем до 6 устройств
Вы можете подключить до шести компьютеров или периферийных устройств друг за другом с помощью Thunderbolt 3 кабеля. Представьте, подключение ноутбука к высокоскоростному жесткому диск, затем проводом от жёсткого диска к монитору и третий провод от монитора к высокоскоростной камере. Если все устройства в подобной цепочке имеют по два порта Thunderbolt 3, то Вы сможете собрать такую цепочку.
Практически любое упоминание USB 3.0 или SATA 3 содержит слово «последовательный». Применительно к данным разработкам это означает, что интерфейс передает данные бит за битом – последовательно. При этом используется один или максимум два сигнальных проводника, что позволяет сделать интерфейсный кабель тонким и удобным. Сегодня почти все цифровые интерфейсы работают последовательно, в отличие от более старых, которые обеспечивали параллельную передачу данных по нескольким проводникам. В последнем случае наличие множества проводов снижало удобство пользования интерфейсом, и кроме того, увеличивало стоимость соответствующих кабелей.
Десять-пятнадцать лет назад параллельные интерфейсы использовались очень широко, поскольку обеспечивали более высокую скорость передачи данных, чем последовательные. Но по мере того, как росли тактовые частоты контроллеров, быстродействие последовательных интерфейсов увеличивалось, а издержки на производство кабелей оставались незначительными. В итоге верх взяла идея последовательной передачи данных.
Скорость передачи данных
Первым последовательным интерфейсом, нашедшем широкое применение в персональных компьютерах, был RS-232. Его производительность составляет не более 20 000 бит/с, и долгое время пользователям этого хватало. Но с появлением интерфейса USB 1.1 с быстродействием 12 Мбит/с все шансы RS-232 на «карьерный рост» исчезли. Он не только медленнее работал по сравнению с интерфейсом нового поколения, но и был менее удобным, поскольку не поддерживал «горячего» подсоединения и автоматического определения типа подключенного устройства. Современный интерфейс USB 3.0 обеспечивает скорость до 5 Гбит/с. Несложно подсчитать, что за десять лет пропускная способность последовательного интерфейса увеличилась почти в 270 тыс. раз. Интересно, что старый и медленный RS-232 по-прежнему совместим с новейшим USB 3.0, поскольку оба основаны на одной и той же модели последовательной передачи данных.
Причины «ускорения» интерфейсов
Основное требование пользователей, заставляющее разработчиков принимать новые, скоростные стандарты интерфейсов, – необходимость увеличения их быстродействия. Причина очевидна: объемы пользовательских данных постоянно растут, и с момента появления USB 2.0 и FireWire до сегодняшнего дня эти показатели увеличились в несколько десятков раз. Работа с цифровым видео высокой четкости, архивирование медиабиблиотек, перенос мультимедийных коллекций с одного ПК на другой требуют увеличения дисковых объемов и, как следствие, пропускной способности интерфейсов.
В таблице ниже приведены основные характеристики наиболее широко используемых в ПК интерфейсов, которые были разработаны в период от конца 60-х гг. прошлого века до сегодняшнего дня. Эти данные иллюстрируют, что на сегодняшний день стандартом в компьютерной индустрии стала передача данных бит за битом. Все современные интерфейсы – последовательные.
Читайте также: