Когда текущая версия методики тестирования накопителей разрабатывалась, вопрос поддержки скоростных версий USB еще не стоял. Несмотря на то, что они уже существовали в виде спецификаций, в продаваемых массово устройствах применялся лишь USB 3.0 из конца «нулевых», к тому моменту переименованный в USB 3.1 Gen1. Многим накопителям ничего большего и сейчас не требуется — что жесткие диски, что наиболее «ходовые» флэшки даже до его ограничений и сейчас не дотягиваются, и даже в перспективе этого делать не станут. Но вскоре пришлось изучать внешние SSD, рассчитанных на USB 3.1 Gen2, а иногда и Thunderbolt 3, так что пришлось озаботиться подходящим тестовым стендом. В качестве такового был выбран мини-ПК NUC 7i7BNH, снабженный всеми необходимыми интерфейсами, но построенный на базе ультрабучной платформы — что иногда вызывало сомнения в «распространимости» результатов на более мощные настольные компьютеры. Оправданные? Когда как. Копирование больших файлов как правило в первую очередь и сейчас «упирается» именно в сами накопители, а при достаточной производительности последних — в пропускную способность интерфейса. Причем не всегда только лишь внешнего — с переходом от Gen1 к Gen2 не справилась и некогда популярная схема с использованием мостов USB—SATA, поскольку сам по себе SATA600 лишь немногим быстрее первого, но медленнее второго. В таких условиях все, что требуется от хост-системы — именно поддержка «быстрых» интерфейсов. Вот в более сложных сценариях многое начинает зависеть уже и от реализации моста, и даже производительности хост-системы, но они при использовании внешних накопителей крайне редки.
Однако так или иначе, а менять тестовую систему нам все равно придется — из-за появления в продаже накопителей, рассчитанных уже на USB3 Gen2×2. В перспективе же на горизонте маячат USB4 и Thunderbolt 4 — не прямо завтра, но скоро. А с Gen2×2 мы уже на практике недавно столкнулись — когда тестировали внешний SSD Seagate FireCuda Gaming, поддерживающий и этот режим. Для реализации поддержки которого нам пришлось взять системную плату Asus ROG Maximus XII Extreme на чипсете Intel Z490, поскольку больше ничего подходящего «под рукой» не нашлось, и собрать тестовый стенд на ее основе. При этом сам накопитель мы протестировали и в режиме USB3 Gen2 — как на новой системе, так и на NUC. Результаты большинства тестов оказались близкими, но не совсем одинаковыми. В итоге решено было провести расширенное тестирование.
Seagate FireCuda Gaming SSD 1 ТБ
Самому накопителю в основном была посвящена предыдущая статья. Сегодня мы просто посмотрим на его результаты на разных платформах — которые, фактически, и будут тестироваться в связке с одним накопителем. А не как обычно — разные накопители на одной и той же платформе. Так что достаточно лишь напомнить основные моменты, которые как раз и делают это устройство наилучшим «рабочим телом». В первую очередь то, что этот внешний SSD построен на базе моста ASMedia ASM2364 — соответственно, поддерживает самый быстрый (из используемых на практике) режим USB3 Gen2×2. Более высокую производительность из всего семейства USB обеспечивает лишь USB4 Gen3×2, но ни его, ни «более простого» USB4 Gen3 (по пропускной способности равного Gen2×2) пока в компьютерах нет. Да и «сдвоенный» USB3 в них пока встречается очень редко, причем реализуется с помощью дискретных контроллеров, еще и использующих обычно «зауженный» интерфейс подключения к системе.
Но задача сравнивать разные реализации USB3 Gen2×2 пока не стоит — тем более, что и их нет. Была б вообще поддержка — что верно лишь для одной нашей сегодняшней тестовой системы из трех. Главное — ASM2364 в паре с терабайтным SSD Seagate FireCuda 510 (на базе контроллера Phison E12 и 64-слойной памяти BiCS3 3D TLC NAND) по производительности должен заведомо превосходить USB3 Gen2, не говоря уже о старом добром Gen1 (некогда называвшемся просто и незатейливо — USB 3.0). Следовательно, его можно использовать для их тестирования, причем в разных вариантах.
Тестовые платформы
Около двух лет основной платформой для тестирования внешних накопителей служил NUC 7i7BNH, поскольку используемый для тестирования внутренних устройств стенд не поддерживал ни USB3 Gen2, ни Thunderbolt 3. Именно последние нам были и нужны, встречались не повсеместно, так что на относительно невысокую мощность NUC можно было и закрыть глаза: никак она не мешала подавляющему большинству накопителей. А сейчас — может и помешать. Во всяком случае, PCMark 10 Storage официально требует наличия четырехъядерного процессора (хотя не отказывается работать и на двух двухпоточных ядрах) — иначе возможен «недогруз». В первую очередь — внутренних NVMe SSD, но ведь топовые внешние уже «умеют» работать не медленнее, чем многие таковые. Да и все равно нам уже потребовался USB3 Gen2×2, которого в этой системе нет. Значит тестовый стенд надо менять. Но стоит сравнить старый с новыми платформами — чтоб в дальнейшем это учитывать, сравнивая новые накопители с ранее протестированными. Вполне возможно, что это можно делать и непосредственно — если влияния самого стенда на их результаты нет. А, может быть, и нельзя. Может и промежуточный случай получиться: какие-то можно — а какие-то нельзя. Проверять надо.
Тем более, что в большинстве случаев используются (не только нами) тестовые стенды на базе платформ Intel. Что в какой-то степени несправедливо — «встроенную» поддержку USB3 Gen2 (как и когда-то Gen1) AMD реализовала первой. Да и вообще для тестов накопителей платформа АМ4 выглядит сейчас выигрышно — она заодно и PCIe 4.0 поддерживает (не во всех конфигурациях — но у Intel на десктопе пока и такого нет). Поэтому мы решили к ней присмотреться внимательно, взяв плату Gigabyte B550 Vision D на чипсете AMD B550. Почему именно она? Потому, что здесь есть два с половиной контроллера USB3 Gen2 — кроме процессорного и чипсетного (по понятным причинам одинаковых), еще и тот же контроллер Thunderbolt (по совместительству поддерживающий и USB) Intel JHL7540, что и в NUC. Следовательно, сравнение с NUC в тестах USB-накопителей будет наиболее полным и корректным. Так что снабдили плату процессором AMD Ryzen 7 3800X, 16 ГБ памяти, видеокартой и системным накопителем — и провели все тот же набор тестов. Всего пять — к трем «версиям» USB3 Gen2 (Intel, AMD и совместными силами AMD и Intel) мы добавили еще «чипсетный» USB3 Gen1 обеих платформ.
И еще три набора нам дала Asus ROG Maximus XII Extreme на чипсете Intel Z490: чипсетные Gen1 и Gen2, а также Gen2×2 силами ASMedia ASM3242. Можно было бы и четыре — поскольку в комплект этой платы входит и «дочка» все с тем же контроллером Thunderbolt 3, но мы решили, что это уже перебор — необходимости нет. На этом стенде использовался Core i5-10600K — опять же, большего равенства можно было бы добиться при помощи Core i7-10700K, но нам специально хотелось взять три разных процессора, а не один медленный и пару одинаково быстрых.
Методика и задачи
Методика подробно описана в отдельной статье. Там можно познакомиться с используемым программным обеспечением (с основной частью), а вот аппаратное было разным — именно его мы сегодня и будем сравнивать. Какое — описано выше. Причем кроме «традиционных» для внешних накопителей тестов, мы «прогнали» и низкоуровневые попугаемерки CrystalDiskMark 6.0.0 и Anvil’s Storage Utilities 1.1.0 — чтобы дополнить Экспресс-тестирование внешних SSD на операциях со случайным доступом результатами на более мощных системах. А то низковатыми они получались — и как раз из-за системы по мнению некоторых читателей. Хотя главный принцип там в любом случае был соблюден, т. е. использовался один и тот же SSD (а именно это и критично для попугаемерок — остальное куда менее важно) на разных интерфейсах, но с точки зрения оценки возможностей каждого из них — да: лучше немного расширить базу, взяв разные USB-контроллеры на разных же платформах. Такой «должок» за нами оставался — вот мы его и «отдаем».
Производительность в приложениях
Возможность использования USB-накопителя в качестве основного и единственного, т. е. с загрузкой системы именно с него — и запуском программ оттуда же, частью пользователей персональных компьютеров до сих пор воспринимается как какая-то магия. Когда-то так и было. Однако программисты Microsoft за последние 10 лет доказали, что не зря свой хлеб едят (во всяком случае, не всегда зря) — так что ничего особенного в ней уже нет. И, как видим, каких-то серьезных требований к оборудованию — тоже нет. Достаточно взять приличный внешний SSD и подключить его хотя бы к древнему USB 3.0 (желательно чипсетному — загрузка с дискретных контроллеров и сейчас не всегда возможна), а с «системными» задачами справляться это будет не хуже, чем внутренний SATA SSD уж точно. «Мощность платформы» в рамках нагрузок, генерируемых PC Mark 8, значения не имеет. Конкретная версия USB — в общем-то тоже.
Но если акцентировать внимание именно на скорости передачи данных во время исполнения тестов, то небольшая разница между версиями USB и даже конкретными их реализациями есть. Впрочем, поскольку максимум, до которого SSD «разгоняется», укладывается и в теоретические возможности Gen1 — неудивительно, что разброс результатов невелик. Однако, как мы уже отмечали недавно в описании нового теста PCMark 10 Storage, предыдущие версии пакета «плохо совместимы» с быстрыми SSD — в том плане, что не позволяют отличить их от небыстрых из-за собственных ограничений. Поэтому пока от окончательных выводов воздержимся.
Последовательные операции
Как мы уже не раз отмечали, однопоточный режим в Crystal Disk Mark в ряде конфигураций выдает неадекватные результаты, а вот многопоточный и сейчас хорошо подходит для оценки предельных возможностей.
Но никаких открытий мы тут не обнаруживаем — поскольку таковые уже давно хорошо известны. Разве что «качество реализации» их может быть разным, но это проявляется только в самых скоростных режимах, причем (так уж совпало) сильно связано со временем разработки контроллера. Ну и причины ограничений пропускной способности нынешних реализаций USB3 Gen2×2 не раз озвучены — не так просто на современных платах найти для дискретного контроллера четыре линии PCIe; слишком много на них желающих. Тем более, потери от такой «экономии» не так уж и велики. А выигрыш у «обычного» Gen2 напротив — все равно хорошо заметен.
Работа с большими файлами
Для некоторых накопителей строго последовательная однопоточная работа с данными является самой простой и быстрой. Быстрые SSD к таковым не относятся — тут без должной степени параллелизма эту самую «быстроту» не увидишь. К чему добавляются еще и особенности «сдвоенных» режимов USB — получающиеся, по сути, агрегацией двух «обычных» каналов. Из чего следует парадоксальный факт — в наиболее частом (до сих пор) для внешних накопителей сценарии с переносом больших файлов новый интерфейс... не нужен. Вот отличить внешний SSD от жесткого диска или там USB3 Gen1 от Gen2 при соответствующей начинке — без проблем. Возможно, столь же полезным станет переход к USB4 Gen3 — но не Gen3×2.
Что может переломить тенденцию? Отречение от привычек, воспитанных использованием жестких дисков. Это с последних несколько файлов быстрее копировались последовательно друг за другом — при параллельной работе скорость снижается. У SSD — как правило увеличивается. Причем, как видим, и USB тут никак не помеха. Во всяком случае, быстрые его модификации — младшие скоростные режимы, естественно «забиваются» напрочь всегда и гарантировано (USB 2.0 так и вовсе даже винчестерам стало мало лет 15 назад). И чем быстрее — тем больше разница.
Что еще интереснее — скорость записи в случае USB3 Gen2×2 оказалась куда более высокой, чем при чтении. На самом деле, ничего удивительного: тут есть где развернуться «внутреннему параллелизму» даже на строго последовательном наборе данных. Поэтому разница между режимами становится еще более зримой. Но пока максимальной остается между Gen1 и Gen2 — второй за пять лет существования хорошо освоен и «выбран» досуха. Степень же утилизации самых новых спецификаций пока еще оставляет желать лучшего — но будет увеличиваться, конечно.
Тестируя скоростные внутренние твердотельные накопители, мы не раз сталкивались с тем, что и у них скорость многопоточной записи ниже, чем в один поток — немного не справляются контроллеры, да и хост-системе сложнее генерировать такую нагрузку. USB тут «спасает» несколько более низкая скорость — что делает запись чем-то похожим на чтение. И даже более быстрым как раз в этом режиме. Но последнее верно только для USB3 Gen2×2 — остальные-то режимы слишком ограничены, чтобы такие частности могли иметь значение.
Стоит отойти от чисто последовательных нагрузок в «двунаправленным», как вдруг оказывается, что не все контроллеры одинаково полезны — встроенный в чипсет AMD B550 умудрился проиграть более старому Intel JHL7540 на той же платформе. И ASM3242 здесь выглядит относительно бледно — хотя, казалось бы. Прирост скорости относительно «обычного» Gen2 в его случае есть, конечно — но куда меньший, чем можно было бы ожидать.
Зато его звездный час настает при переходе от последовательного к произвольному доступу. В отличие от В550, который опять оказался аутсайдером. С другой стороны, разница между Gen2 и Gen1 хорошо заметна и в его случае, чего на практике достаточно. Что интересно — в данном случае результаты большинства конфигураций составляют примерно половину от потенциально возможных. Не так и много, но вспоминая, как жесткие диски «просаживались» в 5+ раз, становится понятным, почему для мало-мальски сложных сценариев использования и во внешнем исполнении все чаще выбираются именно SSD.
PCMark 10 Storage
В конце прошлого года компания UL (старый добрый Futuremark после ребрендинга) выпустила специальное дополнение к своему тестовому пакету — долгожданный набор для тестирования накопителей. По сравнению с предыдущими версиями он был переработан радикально, так что теперь подходит и для самых быстрых SSD. Более подробно с описанием нового набора можно ознакомиться в соответствующим материале, ну а сейчас мы сконцентрируемся на результатах. Накопитель у нас один, а вот хост-системы и интерфейсы — разные. Так что можно оценить — как это влияет на них.
Как видим, новая версия пакета прекрасно подходит и для тестирования внешних накопителей, а также тех же контроллеров USB: результаты получаются очень разными. Лидером в «традиционных» режимах USB3 Gen1 и Gen2 оказывается платформа AMD, но... Но это не имеет уже особого значения, поскольку переход к USB3 Gen2×2 дает даже больший эффект, нежели получался на этапе «превращения» Gen1 к Gen2. С другой стороны, ставить точку в этом вопросе рано — это может оказаться и нюансами реализации. Пока, напомним, мы имеем ровно один PCIe-контроллер Gen2×2 ASMedia и ровно один NVMe-мост Gen2×2... той же ASMedia. Если окажется, что они «идеально совместимы» друг с другом — ничего удивительного. А вот для оценки перспектив данного интерфейса в целом — нужны и другие связки. В принципе, появление «встроенной» поддержки USB3 Gen2×2 ожидается уже в чипсетах Intel «пятисотой» серии — т. е. в ближайшие месяцы. После чего к этому вопросу нужно будет обязательно вернуться. А пока посмотрим — как эти результаты будут коррелировать с показателями низкоуровневых утилит: ведь многие подтесты PCMark 10 Full Storage Test зависят от производительности на «мелкоблочке» (что было верно и для предыдущих версий пакета).
Произвольный доступ
Пока не слишком коррелируют. И, кстати, на широкой выборке понятно — почему в первом экспресс-тестировании мы не увидели масштабируемости USB — реализация USB3 Gen2 силами Intel JHL7540 слабовата. Не лучше «пристойных» Gen1. Причем это именно особенность контроллера — так он себя ведет не только на старой ультрабучной платформе Intel, но и на свежей настольной платформе AMD.
То же самое касается и записи. А вот «нормальный» режим Gen2 позволяет набить в полтора-два раза больше попугаев, нежели Gen1. Gen2×2 ведет себя точно также — ведь в данном случае увеличение пропускной способности достигнуто агрегацией каналов, а не увеличением частоты синхронизации, так что на подобных операциях сказываться и не должно.
«Медлительность» Intel JHL7540 на месте, невысокая производительность USB-контроллеров Intel в режиме Gen1 — тоже. Так что результаты двух низкоуровневых утилит неплохо соотносятся друг с другом — но не более того.
А на операциях записи — даже друг с другом никак не сочетаются. Даже в тех случаях, когда измеряется одна и та же скорость — например, при единичной длине очереди. Однако, как видим, она только называется одинаково. И о какой-то близости результатов можно говорить исключительно относительно USB3 Gen2×2 — во всех остальных конфигурациях Anvil's Storage Utilities 1.1.0 выдает заметно меньше «попугаев».
В таком сценарии все достаточно ровно — большее значение имеет конкретный скоростной режим шины, нежели детали его реализации. Однако с результатами тех же высокоуровневых бенчмарков это практически никак не соотносится.
Anvil's Storage Utilities кроме отдельных результатов «пытается» выдать и некий обобщенный балл. Насколько показательный? Смотря чего от него ожидать. В принципе, некоторые отмеченные выше тенденции иллюстрирует хорошо — например, более низкую производительность Intel JHL7540 сравнительно с чипсетными реализациями USB3 Gen2. Также тут хорошо видно, что в первую очередь низкоуровневые результаты зависят от конкретного USB-контроллера и режима его работы (если «убрать» влияние накопителя, конечно). А вот что с тестами высокого уровня, что с простыми файловыми операциями эти результаты коррелируют слабо. За одним единственным исключением — пропускная способность (Bandwidth) в терминологии PCMark 8 на них похожа. С другой стороны, как раз эта метрика тестового пакета даже по мнению разработчиков не относится к «реальному быстродействию», а, скорее, как раз аналогом показателем низкоуровневых бенчмарков. Все совпало :) В одном единственном случае.
Итог? В принципе, низкоуровневые утилиты для тестирования внешних накопителей применять можно, но большинство выдаваемых ими результатов оказываются «вещью в себе». Т. е. получается сравнение ради сравнения в чистом виде — сделать какие-то осмысленные выводы на его базе почти невозможно. Впрочем, в немалой степени это верно и для внутренних накопителей — особенно с тех пор, как производители «научились» хорошо маскировать недостатки своих продуктов при помощи SLC-кэширования и других современных технологий. Хотя, конечно, этот «спорт» никогда не кончится — слишком уж быстро и просто воспользоваться тем же Cristal Disk Mark. Но и польза прямо пропорциональна сложности — как это обычно и бывает. Высокоуровневые бенчмарки тоже не всегда выходит считать истиной в последней инстанции — но они хотя бы оперируют нагрузками, приближенными к реальной работе. Или непосредственно из нее и взятых — немногие и сейчас даже эпизодически применяют внешние SSD в качестве полной замены внутренних, а вот без банальных файловых операций не обходится никто и никогда. Скорость же копирования данных в обоих направлениях можно легко измерить и в бытовых условиях без привлечения специальных утилит — пользы от этого будет куда больше, чем от низкоуровневых попугаемерок.
Итого
Простая задача сегодняшнего тестирования заключалась в том, чтобы сравнить разные реализации разных скоростных режимов USB3, максимально абстрагировавшись от собственных характеристик внешнего SSD — именно поэтому использовалась ровно одна модель SSD, причем заведомо превосходящая по скорости большинство хост-контроллеров. И хотя само по себе такое сравнение интересно, появление накопителей с поддержкой USB3 Gen2×2 в любом случае вынуждает нас менять тестовый стенд, а это хороший повод заодно «перетрясти» набор тестового программного обеспечения. Так что мы еще раз вернулись к вопросу о том, почему для тестов внешних накопителей мы обычно не используем низкоуровневые утилиты: получается сравнение ради сравнения в чистом виде — сделать какие-то осмысленные выводы на его базе почти невозможно. Да, результаты можно получить быстро, но этим плюсы и исчерпываются.
Устаревшими можно считать «старые» версии PCMark — с ними проблема аналогичная внутренним накопителям. Внешние SSD в ряде случаев просто не медленнее, а то и быстрее, но версии 7 и 8 ориентированы на жесткие диски, так что твердотельные накопители для них примерно одинаковы. PCMark 10 в этом плане намного интереснее — в том числе, тесты копирования данных, которые для внешних накопителей даже более актуальны, чем для внутренних. С точки зрения многих пользователей, ничего, кроме них, и не требуется, поскольку других сценариев в их жизни и не встречается. Но для них вообще все просто: можно ограничиться USB3 Gen2, поскольку Gen1 намного медленнее, а время Gen2×2 все еще не пришло. То же самое касается и Thunderbolt 3 и 4 — и будет касаться USB4: все эти интерфейсы настолько быстрые, что для практической реализации их возможностей подойдет редкий SSD. А никаких тонкостей на стороне хост-системы тут нет: разные реализации работают немного по-разному, но их различия меркнут на фоне разницы между стандартами. Впрочем, о «реализациях» Gen2×2 пока еще вообще рановато говорить: доступен всего один дискретный хост-контроллер, сравнивать нечего. А вот для работы с предыдущими версиями USB подходит любая система. Желательно, конечно, взять одну «стандартизованную»: небольшие различия между USB-контроллерами есть, так что сравнивать результаты разных накопителей, полученные на разных платформах, нужно с осторожностью. Но даже и это делать можно, что сильно упрощает жизнь как тестерам, так и тем, кто подбирает себе самый-самый внешний накопитель.
