عصر وحدات تحكم USB 3.0

عصر وحدات تحكم USB 3.0

جاء الوقت الذي شعرت فيه USB 2.0 بعدم الارتياح. فاجأ ظهور هذا المعيار قبل 10 سنوات الجميع. ومع ذلك ، لم يكن العالم سعيدًا لفترة طويلة ، واتضح أن سرعة الجهاز أقل من 35 ميجابايت / ثانية (تم افتراض 480 ميجابايت / ثانية). عندما تحتاج إلى نقل مكتبات صوتية كبيرة ، أو أفلام فيديو عالية الدقة ، أو الأسوأ من ذلك كله ، عدد كبير من الملفات الصغيرة التي "تدمر" أداء التسجيل المعلن ، ثم في عملية نسخها باستخدام USB 2.0 ، يمكنك اذهب إلى المتجر للحصول على الخبز.

توفر مراجعة USB 3 معدلات نقل تصل إلى 5 جيجابت في الثانية ، مما يمنح نظريًا زيادة في الأداء بمعدل 10 أضعاف مقارنة بمعيار USB 2.0. تم الإعلان عن USB 3.0 في الأصل قبل ثلاث سنوات. لقد مر عام كامل قبل أن تبدأ شركة Buffalo Technology في شحن أول محركات أقراص USB 3.0 خارجية. في ذلك الوقت ، لم تكن هناك لوحات أم مع وحدة تحكم USB 3.0.

بعد مرور بعض الوقت ، قامت كل الشركات المصنعة للوحة الأم تقريبًا بتطبيق منطق USB 3.0 لجهة خارجية في منتجاتها. كانت AMD رائدة في إصدار شرائح A75 بدعم USB 3.0. بالمناسبة ، لم تطبق Intel هذه الميزة حتى يومنا هذا.

NEC Electronics هي أول من أطلق وحدة تحكم USB 3.0 منفصلة.

اليوم لدينا حلول مماثلة من Etron و ASMedia ووحدة تحكم متكاملة لمجموعة شرائح A75 من AMD.

مجموعة من وحدات التحكم

دعمت بطاقات التوسعة واللوحات الأم الأولى USB 3.0 بفضل وحدة التحكم NEC PD720200. ومع ذلك ، يوجد الآن العديد من المشاركين في اللعبة. تستخدم اللوحات الأم الحديثة حلولًا أحدث: Etron EJ168 و ASMedia ASM1042. هناك أيضًا وحدات تحكم Renesas في السوق ، مبنية على تصميمات NEC المبكرة ، ولكن مع استهلاك طاقة أقل بنسبة 85٪. تمتلك شركة فيا أيضًا وحدة تحكم SuperSpeed ​​الخاصة بها.

اليوم سأختبر نماذج من Etron و ASMedia. تضيف كل من وحدات التحكم USB 3.0 منفذين لكل ممر PCI Express.

إذا كنت تشتري نظامًا أساسيًا قائمًا على Intel ، فإن وحدة التحكم المنفصلة ضرورية للغاية بالنسبة لك ، لأن شرائح P67 و Z68 و X58 و X79 لا تدعم في الأصل USB 3.0.

يعد تأخر Intel في هذا الدعم مخيبًا للآمال بعض الشيء ، لا سيما بالنظر إلى أن منافسي AMD قد أدرجوا بالفعل USB 3.0 مدمجًا في مجموعة شرائح A75 (شرائح 990FX القائمة على معالجات Zambezi أقل حظًا).

ومع ذلك ، عليك توخي الحذر عند اختيار النظام الأساسي. تحتوي AMD على شريحتين من Fusion Controller Hub: A55 و A75. يدعم A55 الأقل تكلفة فقط SATA 3Gb / s ولا يحتوي على USB 3.0 مدمج. ربما لا تمثل هذه مشكلة بالنسبة لك ، ولكن إذا كان أداء النظام مهمًا حقًا ، فإن التبديل إلى مجموعة شرائح A75 سيمنحك تقنية FIS (وضع الوصول إلى محركي أقراص أو أكثر في وقت واحد) ، و 6 منافذ SATA 6 جيجابت / ثانية و 4 منافذ USB 3.0 منافذ.

محور ثانوي مع 80 منفذًا

هناك العديد من وحدات تحكم USB في السوق اليوم. من المستحيل تحديد أيهما أفضل بمجرد نقل الملفات إلى محرك أقراص خارجي ، لذلك من الضروري تحميل الناقل بكثافة.

تتضح شعبية اتصالات USB من حقيقة أن جميع المنافذ تقريبًا مشغولة على أنظمة المستخدم. هذا يؤثر على أدائها. لذا ، فإن أقصى سرعة لجهاز التحكم لـ USB 2.0 هي 480 جيجابت / ثانية ، ولكن يتم توزيعها بين كل جهاز متصل. لم يكن جهاز USB واحدًا قادرًا على استخدام النطاق الترددي بالكامل من قبل ، ولكن يمكن أن يصل اثنان بالفعل إلى هذا الحد. في الوقت الحاضر ، أصبح الوصول إلى سقف أداء USB 2.0 أمرًا سهلاً حتى مع وجود محرك أقراص واحد.

صاروخ U 1144A

الطريقة الوحيدة المؤكدة للالتفاف حول عنق الزجاجة هي استخدام وحدات تحكم متعددة في النظام.يتم تنفيذ هذه الفكرة في بطاقة التوسع HighPoint RocketU 1144A. لتوفير سرعة نقل تبلغ 2 جيجابايت / ثانية لكل PCI Express x4 ، تقوم البطاقة بتوصيل أربعة منافذ USB بوحدة تحكم ASMedia ASM1042 ، والتي تُستخدم لـ 8 ممرات. ينتج عن هذا الرصيد ما يصل إلى 500 ميجابايت / ثانية ، مما يوفر نفس النطاق الترددي لكل منفذ ، والذي يطابق الحد الأعلى لـ USB 3.0 (لاستيعاب ترميز 8b / 10b بمضاعف 0.8 ، يتم تقسيم حد 5 جيجابت / ثانية على 8 بت) .

قارن هذا الحل بما هو موجود على اللوحات الأم. يستخدم كل من Asus F1A75-V Pro و Gigabyte A75-UD4H أربعة منافذ USB 3.0 عبر A75 FCH (Fusion Controller Hub). يتم توصيل منافذ إضافية باستخدام وحدات تحكم ASM1042 (Asus) و EJ168 (جيجابايت).

بشكل أكثر تحديدًا ، من أجل دعم 4 منافذ USB 3.0 ، تعتمد مجموعة شرائح A75-UD4H على وحدتي تحكم EJ168 ، بينما تستخدم لوحة Asus وحدة تحكم ASM1042 واحدة فقط ، والتي توفر دعمًا لمنفذين إضافيين. ومع ذلك ، فإن هذه الحلول التقنية للجهات الخارجية ليست مثالية تمامًا ، لأن منفذين عبر خط PCIe x1 يشتركان في عرض النطاق الترددي فيما بينهما. في حالة وجود جهازين فائق السرعة متصلين بجهاز تحكم واحد ، سيتحول هذا الخط نظريًا إلى "عنق الزجاجة".

على الرغم من ذلك ، سأحاول الإجابة على السؤال: أي وحدة تحكم أفضل وهل هناك اختناق عند توصيل وسيطتين عاليتي الأداء بهما؟

للقيام بذلك ، سنختبر أداء وحدات تحكم USB المختلفة في المجموعات التالية: ASMedia ASM1042 و Etron EJ168 (من جهاز إلى جهازين) و AMD A75 FCH و HighPoint RocketU 1144A (من جهاز إلى أربعة أجهزة).

بالنظر إلى حقيقة أن Kingston HyperX Max 3.0 حصل على تصنيف مرتفع إلى حد ما ، فقد استخدمت 4 من هذه الطرز في نفس الوقت. كان الهدف هو تحميل جميع وحدات التحكم قدر الإمكان (بالطبع ، كان من الممكن توصيل محركي أقراص فقط بوحدة التحكم ، وتم توصيل 4 محركات أقراص صلبة بمجموعة من وحدات التحكم المختلفة). يجب أن يوفر هذا سيناريو أسوأ ، حيث توفر محركات الأقراص الصلبة الخارجية القائمة على USB 3.0 نطاقًا تردديًا محتملاً أكبر من محركات الأقراص الخارجية التقليدية.

لا يدعم USB 3.0 و 2.0 NCQ (قائمة انتظار الأوامر الأصلية) ، لذلك تم إجراء الاختبارات بعمق قائمة انتظار يساوي واحدًا.

قراءة وكتابة عشوائي

نادرًا ما تواجه أجهزة التخزين الخارجية عمليات إدخال / إخراج عشوائية. نظرًا لحقيقة أن بروتوكول USB لا يحتوي على دعم للأجهزة لتسلسل الأوامر (NCQ) ، فإنهم يحاولون كتابة البيانات بالتسلسل. ومع ذلك ، فإن مثل هذه الكتابة لا تعني قراءات متسلسلة. لإعطاء مثال بسيط ، يتضمن تمهيد Windows 7 باستخدام محرك أقراص USB قراءة كميات كبيرة من المعلومات الصغيرة المنتشرة عبر عناوين كتلة منطقية مختلفة. بالطبع ، ليس بالترتيب الذي تمت كتابته به مسبقًا على هذا القرص.

لهذا السبب ، لا يزال أداء عمليات الإدخال / الإخراج العشوائية مهمًا ، ولكنه ليس بالغ الأهمية. سأركز انتباهك على كتل بحجم 4 كيلوبايت من البيانات ، لأن هذا هو حجم النقل الأكثر شيوعًا لعمليات الإدخال / الإخراج العشوائية.

عند اختبار كتابة وقراءة كتل 4KB ، نواجه قيودًا على أداء محركات الأقراص نفسها. تصل Kingston HyperX Max 3.0 إلى سرعات تتراوح من 10 إلى 20 ميجابايت / ثانية في مثل هذه الظروف. وحتى مع زيادة عدد الأجهزة إلى 2 على وحدات التحكم ASM1042 و EJ168 ، فإنه لا يزال يتعذر تحميل خط PCIe x1 إلى الحد الأقصى.

بعد ذلك ، أنتقل إلى كتلة 128 كيلوبايت لأنها تعكس في الواقع معدل نقل الأفلام والصور وملفات الموسيقى الكبيرة إلى أجهزة التخزين الخارجية. باستخدام برنامج IPEAK من Intel ، أجريت تحليل قياس معياري قائم على التتبع. النتائج التي تم الحصول عليها ليست واضحة جدا.

كانت سرعة الكتابة والقراءة باستخدام محرك Kingston HyperX Max 3.0 في حدود 170 ميجابايت / ثانية.لذلك ، مع نمو عدد الأجهزة المتصلة ، لا يتم ملاحظة تدهور الأداء.

النطاق الترددي هو العامل المحدد الوحيد لمنافذ USB 2.0 الأقدم ، حيث كان قادرًا على تحقيق ما يقرب من 90٪ من النطاق الترددي المتاح مع محرك HyperX Max 3.0. عند إضافة الجهاز الثاني ، تم تحميل ناقل الجيل السابق بسرعة 43 ميجابايت / ثانية. يعد هذا أمرًا جيدًا نظرًا لأن محور USB 2.0 يمكنه توفير 480 ميجابت في الثانية ، مقسومًا على ثمانية للترجمة إلى بايت ومضاعفة في 0.8 لحساب ترميز 8b / 10b. وبالتالي ، فإن حد USB 2.0 قريب.

توفر لنا وحدة التحكم USB 3.0 الخاصة بشريحة A75 أداءً أفضل نظرًا لأن عرض النطاق الترددي الخاص بها أعلى بمقدار 10 ميجابايت / ثانية من المنافسين.

على الرغم من أن المعيار التركيبي يشير إلى زيادة في الإنتاجية ، إلا أن هذا لا يتوافق مع الاحتمالات الحقيقية. بصرف النظر عن محركات الأقراص المحمولة ، عادةً ما يستخدم العديد من المستخدمين محرك أقراص خارجي واحد فقط في كل مرة. وأولئك الذين يقومون بتوصيل المزيد من محركات الأقراص بوحدة تحكم واحدة في نفس الوقت لا يستخدمونها بكامل طاقتها. من المحتمل أن يتدهور أداء المستخدم على قرص إضافي واحد ، على سبيل المثال عند قراءة ملفات متعددة.

لا يوجد دعم NCQ ، لذا فإن عمق قائمة الانتظار واحد. ومع ذلك ، على مستوى البرنامج ، يتكرر نظام التشغيل على الأوامر باستخدام المخزن المؤقت. يوفر هذا القدرة على قراءة وكتابة الملفات من الجهاز في نفس الوقت.

من الناحية العملية ، يمكن ملاحظة أنه مع كل عملية مماثلة ، تقل سرعة الكتابة. ومع ذلك ، يجب أن يكون معدل نقل الملفات الإجمالي مساويًا لما لديك في عملية نقل واحدة.

يتم توزيع الكتابة والقراءة بشكل مختلف قليلاً.

من خلال تقسيم الحافلة للإرسال والاستقبال ، تكون الكتابة والقراءة المتزامنة بنفس سرعة القيام بذلك بشكل منفصل. هذا هو السبب في عدم وجود انخفاض مستمر في سرعة التسجيل وتشغيل الفيديو بسلاسة. الاختلاف الوحيد بين USB 3.0 و 2.0 هو السرعة التي يتم بها نقل الملفات.

الحصول على سرعة جيدة من USB 3.0

تتضمن كل لوحة أم حديثة تُباع في المتجر الإلكتروني اليوم دعمًا لـ USB 3.0 (المنافذ ملونة باللون الأزرق). بناءً على النتائج التي تم الحصول عليها ، أسارع لإبلاغك أنه لا داعي للقلق بشأن نوع وحدة تحكم USB 3.0 التي اختارها البائع لمنصتك. سيحد الجهاز التالي الذي يتصل بوحدة التحكم من أدائه ، وليس وحدة التحكم نفسها. لم تصادف أي أجهزة حتى الآن قادرة على الوصول إلى الحد الممكن لهذا المعيار. لزيادة الحمل على وحدة تحكم الطرف الثالث واتصال PCIe x1 ، سيلزم وجود أكثر من 500 ميجابايت / ثانية.

لست بحاجة إلى أن تكون خبيرًا لفهم سبب حدوث ذلك. تستخدم جميع محركات أقراص USB 3.0 الأسرع الآن محركات أقراص الحالة الصلبة SATA 3Gb / s ، مما يحد بشدة من أدائها (في مكان ما حوالي 50٪ مما يمكن أن تسمح به الحافلة). من المؤكد أن الانتقال إلى عدة أجهزة USB 3.0 6 جيجابت في الثانية سيؤدي إلى حدوث ازدحام. من غير المحتمل أن تجذب محركات الأقراص الأسرع والأعلى سعراً الانتباه ، لأنها ستكون أسرع من نظام التخزين الفرعي للعديد من المستخدمين. ربما سنرى في المستقبل القريب محركات أقراص USB 3.0 خارجية تعتمد على SF-2200 والتي ستكسر المعيار. ومع ذلك ، فإن هذا يكاد يكون مستحيلًا الآن ، نظرًا لأنك لن تشعر مطلقًا بأي اختلافات بين وحدات تحكم USB 3.0 من جميع الشركات المصنعة.

سيكون الاختلاف الرئيسي بين وحدات تحكم USB 3.0 مرئيًا بعد إصدار نظام التشغيل Windows 8. تخطط Microsoft لتنفيذ دعم برنامج التشغيل الخاص بها لـ USB-Attached SCSI ، والتي ستوفر دعمًا لتعليمات NCQ عبر منفذ USB. نتيجة لذلك ، يمكنك الاستفادة من قدرة SSD على عكس ترتيب العمليات. يعد هذا ضروريًا للاستفادة من الميزة الواضحة للهياكل متعددة القنوات ، والتي تزيد من أداء النظام مع نمو قائمة الانتظار.

لن يؤدي إجراء تحديث النظام إلى تمكين وظيفة NCQ على منفذ USB.بالإضافة إلى برنامج التشغيل المحدد ، سيتطلب جهاز عميل ووحدة تحكم USB 3.0 متوافقة. تم تجهيز جهاز ASM1042 Asmedia بالفعل بمنطق للمساعدة في دعم UAS ، لكن رد فعل Etron EJ168 أو AMD A75 غير معروف. على مستوى الجهاز ، ليس من الواضح تمامًا ما إذا كان أي جهاز خارجي جاهزًا لأنظمة الطائرات بدون طيار في الوقت الحالي.

ومع ذلك ، هذا في المستقبل القريب. يمكنك الآن الاستمتاع بالسرعة المجنونة لـ USB 3.0 وتذكر أنه من الصعب جدًا تحميل النطاق الترددي لمنفذ واحد ، وحتى منفذين على وحدة التحكم سيظهران أداءً رائعًا. إذا كنت محظوظًا بما يكفي لشراء أربعة محركات أقراص خارجية Kingston HyperX Max 3.0 وترغب في تضمينها في مجموعة شرائح HighPoint RocketU 1144A أو AMD A75 ، فسيتم ضمان السرعة الجيدة.