`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

USB 3.0: универсальный интер­фейс становится скоростным

Статья опубликована в №4 (715) от 9 февраля

0 
 

Интерфейс USB 2.0, представленный в 2000 г., был огромным шагом вперед по сравнению с предыдущей ревизией стандарта. Однако по прошествии 10 лет периферийные устройства, подключаемые к этой шине, настолько развились, что на сегодняшний день ее возможностей абсолютно недостаточно. Пришло время обновления – USB 3.0.

USB 3.0 универсальный интер­фейс становится скоростным

SuperSpeed USB: радикальное обновление

Свежая ревизия стандарта Universal Serial Bus предусматривает глубокую модернизацию шины, призванную устранить основные ее недостатки – невысокую скорость передачи данных и неприемлемые накладные расходы на обслуживание протокола. Для этого был введена новая шина USB SuperSpeed, позволяющая добиться реальной пропускной способности интерфейса 3,2 Гб/с (400 МБ/с). Теоретически же USB 3.0 может передавать данные со скоростью 4,8 Гб/с, однако нужно учитывать, что используется избыточное кодирование данных (из 10 переданных бит полезны только 8), и происходят неизбежные потери на организацию связи между хост-контроллером и устройством. Напомним, что заявленная пропускная способность USB 2.0 составляет 480 Мб/с, однако на практике наиболее типичными показателями являются 30–35 МБ/с, большего же можно добиться только с помощью проприетарных решений на базе этой ревизии стандарта.

Радикально улучшена работа с мелкими файлами – бичом прошлой ревизии стандарта. SuperSpeed предусматривает возможность передачи данных несколькими потоками по одному соединению (Streams и pipe, соответственно). Таким образом, резко снижаются потери эффективности: если ранее процедура копирования файла емкостью 1 КБ требовала создания для него отдельного соединения, передачи, подтверждения и отключения, то теперь все эти операции проводятся в рамках потока внутри уже существующего соединения и не несут таких больших накладных расходов.

Шина SuperSpeed является полнодуплексной в отличие от USB 2.0, потому контроллер может одновременно и принимать, и передавать данные без потерь производительности. Существующие на данный момент контроллеры содержат два хоста, потому возможна одновременная работа с двумя устройствами в таком режиме. Для поддержки полного дуплекса введены две дополнительные пары проводов и обязательное экранирование кабеля.

USB 3.0 универсальный интер­фейс становится скоростным
Buffalo DriveStation USB 3.0 HD-HXU3

Изменение количества контактов в новой ревизии привело и к изменению формфактора разъемов. Кабели стандарта A теперь оснащаются более длинным разъемом, в котором дополнительные контакты расположены чуть дальше и отдельно от относящихся к USB 2.0, соответственно и разъем типа «мама» стал глубже. В разъемах типа B они располагаются выше остальных контактов на отдельной колодке. Конструкция предусматривает, что ко всем портам типа «мама» можно подключать как новые, так и старые кабели, также существует обратная совместимость между разъемами типа A (новые кабели можно использовать со старыми контроллерами), однако кабели типа B обратно несовместимы.

Также значительным расширением функциональности можно считать увеличение допустимой электрической нагрузки на порт: теперь устройство может потреблять до 900 мА против 500 мА у USB 2.0, что позволит избавиться от необходимости дополнительного подключения питания к портативным жестким дискам и оптическим приводам. Также снижено минимальное значение напряжения питания подключенного устройства с 4,4 до 4 В – это должно помочь производителям контроллеров и флэш-памяти, поскольку с развитием техпроцессов выпуска чипов их рабочее напряжение снижается и высокие входные значения приходится компенсировать.

Из менее важных с точки зрения потребителя нововведений, пожалуй, стоит отметить лишь тот факт, что SuperSpeed устанавливает прямое соединение между хостом и подключенным устройством, в то время как в USB 2.0 данные передаются всем подключенным клиентам (аналогично разнице между сетевым коммутатором и концентратором). Это радикально снижает нагрузку на ядро контроллера при передаче больших объемов данных.

Сквозь тернии куда?

Путь третьей ревизии спецификаций шины USB в готовые системы оказался непростым: с момента первого сообщения об их разработке, озвученного Патом Гелсингером на IDF еще 18 сентября 2007 г., до момента появления первых контроллеров и устройств прошло два года. Финальная версия стандарта была принята 17 ноября 2008 г., а подготовленный вскоре продукт с ее использованием – материнская плата ASUS P6X58 – так и не добралась до серийного производства. Время USB 3.0 пришло лишь в конце 2009 г., когда сразу два ведущих разработчика платформ – ASUS и Gigabyte – выпустили в продажу целую серию продуктов, использующих дополнительный контроллер NEC µPD720200.

Ситуация осложняется несколькими факторами: во-первых, фактически на сегодняшний день возможности USB 3.0 востребованы только внешними накопителями на базе жестких дисков и в меньшей мере флэш-памяти. Эти устройства, хоть и стремительно набирают популярность в последние несколько лет, пока не являются повседневным аксессуаром и, следовательно, не смогут активно подстегнуть массовое внедрение нового стандарта. Во-вторых, определенную пассивность проявляют основные разработчики чипсетов: Intel не планирует внедрять в свои наборы логики USB 3.0 до 2011 г., информация о том, что южные мосты SB8xx из готовящейся к выходу восьмисотой серии чипсетов AMD будут поддерживать новый стандарт, также не подтвердилась.

USB 3.0 универсальный интер­фейс становится скоростным
Кабели USB 3.0 типа B (слева) и типа A (справа)

Следовательно, реализация его на материнских платах отдана их конечным производителям, однако тут возникает другая проблема. Нынешняя организация работы с дополнительными контроллерами и у Intel, и у AMD на сегодняшний день предусматривает их подключение либо к шине PCI, либо к PCI Express x1, что не позволяет получить достаточную пропускную способность. Поэтому вендорам приходится использовать обходные пути: Gigabyte коммутирует подключение USB 3.0 к линиям PCI Express x16, исходно предназначенным для видеокарт, а ASUS устанавливает дополнительный контроллер PCI Express, предоставляющий шине USB 3.0 удвоенную скорость передачи данных. Оба этих решения достаточно сложны технически и, соответственно, дороги, и на массовых материнских платах мы их вряд ли увидим. Поэтому по-настоящему активное продвижение SuperSpeed USB на рынок начнется не ранее 2011 г. с появлением чипсетов Intel и AMD, содержащих встроенные контроллеры данного стандарта.

Еще один нюанс относительно перспектив USB 3.0 состоит в том, что корпорация Intel, которая была ключевым разработчиком стандарта, делает большую ставку на собственный интерфейс Light Peak, даже в первичной спецификации позволяющий достигать пропускной способности 10 Гб/с при использовании тонких кабелей длиной до 100 м и компактных разъемов. Это достигается благодаря тому, что носителем в данном случае является оптоволоконный канал, а не медная витая пара. Теоретически Light Peak позволит подключать не только периферию, но и может стать ведущим универсальным интерфейсом, который заменит и USB, и HDMI, DisplayPort и другие стандарты подключения видеоустройств, и даже SATA и SCSI. Первые продукты должны появиться уже в 2010 г. Учитывая огромное влияние Intel на рынок, ставка корпорации на собственную разработку может во многом предопределить судьбу USB 3.0, поскольку с точки зрения перспективности Light Peak выглядит привлекательней. Естественно, полностью отказываться от реализации общепринятого индустрией стандарта Intel не станет, однако достаточно будет просто не слишком активно внедрять его в собственных платформах. Впрочем, предсказание поведения ключевых игроков рынка – дело неблагодарное, потому нам остается только наблюдать.

Первое тестирование

Нынешние реализации USB 3.0 в материнских платах и периферийных устройствах – проекты скорее имиджевые, чем реально востребованные рынком. Тем не менее небольшое количество продуктов уже появилось, и первым среди них стал внешний накопитель Buffalo DriveStation USB 3.0 HD-HXU3. На данный момент он еще не поступил в продажу в Украине, однако компания Gigabyte любезно предоставила нам образец вместе с материнской платой Gigabyte GA-P55A-UD6. Эта платформа для процессоров Intel Socket 1156 позволяет подключение высокоскоростных контроллеров напрямую к линиям PCI Express, обеспечиваемым CPU. Мы уже рассматривали это решение в обзоре SATA 6 Gbit/s, потому вновь останавливаться на технических подробностях не станем, отметим лишь, что благодаря такой реализации контроллер не теряет производительности на этапе передачи данных в оперативную память и обеспечивает максимально доступное быстродействие.

Buffalo DriveStation USB 3.0 HD-HXU3 основан на жестком диске Samsung HD103SJ емкостью 1 ТБ с двумя пластинами 500 ГБ, вращающимися с частотой 7200 об/мин. Накопитель позволяет достичь скорости линейного чтения 135–140 МБ/с. За передачу данных отвечает мост SATA II – USB 3.0 Fujitsu MB86C30A с ядром ARM (кстати, это еще одна причина повышенной стоимости накопителей с этим интерфейсом – архитектура ARM лицензируется и предусматривает роялти).

Как показало тестирование, SuperSpeed USB действительно функционирует настолько быстро, что современный внешний накопитель не способен загрузить интерфейс работой. Демонстрируемые Buffalo DriveStation USB 3.0 HD-HXU3 показатели линейной скорости и времени отклика очень близки к результатам самого накопителя Samsung, подключаемого напрямую к материнской плате. Единственное «но» – скорость обмена данными с буфером HDD: в случае применения USB 3.0 она снижается со 175 до 125 МБ/с. По-видимому, вина в этом лежит на каком-то из контроллеров (либо NEC µPD720200, либо Fujitsu MB86C30A). Впрочем, при практическом использовании внешнего HDD этот показатель никак не влияет на эффективность.

Выводы

SuperSpeed USB – огромный шаг вперед в развитии наиболее популярного универсального интерфейса. Новая ревизия устраняет почти все недостатки USB 2.0 и имеет огромный запас пропускной способности, и его должно хватить надолго. Пожалуй, единственными устройствами, которые теоретически могут загрузить эту шину полностью, являются SSD (которые, впрочем, скорее перейдут на SATA 6 Gbit/s) и топовые внешние накопители на базе RAID-массивов HDD. К сожалению, массового внедрения новой версии интерфейса в ближайшее время ждать не стоит, и на самом деле его час настанет в 2011–2012 гг.

0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT