存储技术大革新

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  尽管处理器核心达到了4个以上,三通道技术将内存传输带宽提升到了25.5GB/s,PCI-Express 2.0将显卡传输带宽提升到了16GB/s,但电脑中还有两个“老家伙”的发展速度却近乎停滞,在多年来没有得到显著提升。一个是SATA 2.0存储设备,其理论传输速度仅300MB/s,而且大部分采用温彻斯特结构设计的普通硬盘实际传输速度只有100MB/s左右。另外一个情况更糟的则是USB 2.0存储设备,不仅其理论传输速度最大值只有60MB/s,而且大部分USB 2.0存储设备的实际传输速度仅能达到30MB/s左右。这意味着无论处理器有多强、内存有多快、显卡有多好,一旦需要使用到硬盘与USB 2.0设备时,大家都得耐心地等待它们以龟速般的速度完成任务。
  好在各大厂商均认识到了SATA 2.0与USB 2.0技术的局限性,并于近期制订了传输速度更快、技术更先进的USB 3.0与SATA 3.0技术标准。而我们也于近期获得了与USB 3.0与SATA 3.0等技术相关的一系列实际产品。那么新一代传输技术标准的应用是否能提升我们电脑的运行速度,拷贝高清影片时是否不用再经历“痛苦的等待”呢?下面就让我们通过对这些产品的实际体验来得出结论,当然在体验前还是先让我们简单了解一下什么是SATA 3.0与USB 3.0(关于这两种技术的详细介绍,请参考本刊2009年1月上与2009年11月下)。
  
  提升至6Gbps SATA3.0技术揭秘
  
   求。在功能方面,USB 3.0能够像硬盘那样支持NCQ原生命令序列功能,这种模式理论上可以优化数据读取方式,最大化加快数据传输速度,并且对重要的数据还可以维持独立的优先级设定,保证重要数据的传输安全。此外USB 3.0接口具备更强的供电能力,理论上能提供900mA的电流,而USB 2.0理论上最多只能提供500mA的电流。更高的电流供应可以让USB 3.0接口更为轻松地应付更高功耗的外置设备。
  
  另辟蹊径 SATA 3.0 USB 3.0的实现方法
  
  要让用户享受到SATA 3.0与USB 3.0带来的以上好处,需要芯片组厂商与存储设备厂商的共同努力才能实现。然而让人遗憾的是,Intel与AMD两大芯片组厂商的主板芯片组产品均无法支持USB 3.0与SATA 3.0存储设备,因此要在主板上实现对这两大技术的支持只能依靠第三方芯片厂商。目前主板厂商主要使用Marvell公司的88SE9123与88SE9128两种SATA 3.0控制芯片,这两种芯片的唯一区别在于88SE9128可以支持组建RAID 0与RAID 1磁盘阵列,USB 3.0方面则主要使用NEC的D720200F1控制芯片。
  然而有了控制芯片还不够,还必须解决控制芯片如何与主板芯片组进行通信的问题。P55 PCH只能提供PCI-E 1.1标准的带宽,而PCI-E x1 1.1总线单向带宽只有250MB/s,显然在一个时钟周期内无法将SATA 3.0 600MB的数据或USB 3.0 625MB的数据全部传送给芯片组,不能发挥出新一代存储设备的性能,所以主板厂商主要采用了两种方法解决此问题。一种是以华硕为代表的方案,在主板上加入一颗PLX PEX8613桥接芯片,该芯片将P55芯片组的四条PCI-E x1 1.1总线转换成两条PCI-E x1 2.0总线,各自拥有500MB/s的带宽,分别用来连接USB 3.0
   与SATA 3.0的控制芯片。这样虽然传输带宽仍小于理论带宽,但对于内部传输速度都远未达到500MB/s的普通存储设备来说已经完全够用。
  另一种则是以技嘉为代表的解决方案,它采用P55 PCH的两条PCI-Ex1 1.1总线分别连接USB 3.0与SATA 3.0控制芯片,从表面上看,这样设计的带宽是肯定不够的。因此它还留有一个绝招,用两颗P13PCIE信号切换芯片从Lynnfield核心处理器所提供的PCI-E 2.0带宽中分出一条PCI-E x1 2.0总线,用于连接SATA3.0芯片或USB 3.0芯片(可通过BIOS选择)。这样用户也能享受新技术带来的好处,这个方案的不足之处是用户无法同时体验到SATA 3.0与USB3.0的技术优势,而且从处理器分出带宽后,会造成显卡带宽只有PCI-E x82.0可用,对显卡性能造成少许影响,并失去组建并联显卡的功能。
  总体来看,这两种解决方案各有优势,华硕的桥接芯片设计方式对性能不会造成影响,但增加桥接芯片会增加主板成本,带来更高的主板价格。而技嘉的方案在功能上看不太完美,对显卡也会造成一些影响,但这种方式可在几乎不增加额外成本的情况下,让用户提前享受到USB 3.0与SATA 3.0技术。
  此外还有一些厂商推出了采用PCI-E x1接口与PCI-E x4接口的 SATA 3.0与USB 3.0扩展卡,这样即便是老主板也能享受到这两种新技术。存储设备方面,支持SATA3.0与USB 3.0的产品并不多,目前发布的SATA 3.0硬盘只有采用温彻斯特结构的希捷酷鱼XT与希捷
  
  从主板到移动硬盘盒SATA 3.0 USB 3.0产品介绍
  
  华硕P7P55D-E Premium主板
  这款主板通过集成PLX PEX8613桥接芯片、Marvell88SE9123 SATA 3.0控制芯片与NEC D720200FI USB 3.0控制芯片,为用户提供USB 3.0与SATA 3.0功能。同时该主板拥有两个灰色的SATA 3.0接口,与普通蓝色SATA 2.0接口有明显不同。在主板I/O背板则具备两个颜色为蓝色的USB 3.0接口,与普通黑色USB2.0接口进行区别。此外该主板还非常贴心地为用户提供了两根SATA 6Gb数据连接线。此外,该主板采用了夸张的32 3相供电设计,具备很强的超频能力,可将Core i7 750外频提升到220MHz。
  
  技嘉P55A-UD6主板
  P55A-UD6通过P13PCIE带宽切换芯片、NEC D720200F1USB 3.0控制芯片与Marvell 88SE9128 SATA 3.0控制芯片实现了USB 3.0与SATA 3.0两大功能。值得一提的是,其SATA 3.0控制器芯片规格更好,可以组建SATA 3.0 RAID 0/1磁盘阵列。该主板为用户提供了两个白色的SATA 3.0接口,两个蓝色的USB 3.0接口。同时这款主板的USB接口供电能力是普通主板的三倍,USB2.0接口由标准的500mA提升到了1500mA,USB 3.0接口由标准的900mA提升到了2700mA。
  
  希捷酷鱼XT硬盘2TB
  该硬盘的电路板采用反置安装,对保护控制芯片有一定好处。其硬盘主控芯片,缓存颗粒,马达控制芯片隐藏在内部。硬盘采用希捷自研SATA主控芯片,支持SATA 3.0规范以及ATA8-ACS标准。相对于希捷上代7200,12硬盘,希捷酷鱼XT硬盘2TB的转速仍只有7200 rpm,但通过板载海力士HY5DUl21622DTP-D43缓存芯片,其缓存容量由32MB扩大到64MB。同时,硬盘采用4碟装设计,单碟容量为500GB,存储密度达到了347Gb/平方英寸。
  
  两款USB 3.0硬盘盒
  左边的元谷存储巴士A280 3.5英寸硬盘盒板载LucidPort的USB300 USB 3.0 to SATA 2桥接芯片,拥有AES 128/256-bit加密引擎,并支持SATA NCQ技术(可支持32个命令)和SATA端口增加器技术。
  右边由华硕提供的Vantec USB 3.0 3.5英寸硬盘盒,内置一块希捷酷鱼7200.12 3.5英寸硬盘。硬盘盒采用祥硕的ASM1051 USB3.0 to SATA 2桥接芯片,它支持符合SATA 2.6标准的硬盘,因此也能支持NCQ、端口倍增器等新技术。
  Cheetahl5K.7 SAS企业级硬盘,而USB 3.0闪盘则只有SuperTalent推出了一款产品。不过USB3.0移动硬盘盒倒有几款产品亮相,如Vantec与元谷的USB 3.0产品。
  
  优势不明显 SATA3.0大战SATA 2.0
  
  从测试成绩来看,在采用SATA 3.0技术、缓存增大到64MB后,HD Tach突发传输速度的确有很大增长,达到了285MB/s以上。不过受限于温彻斯特结构,硬盘的实际读写速度并没有太多提升。同时需注意的是,在如HD Tach随机存取时间、SiSoftware Sandra读取存取时间测试里,SATA 3.0所消耗的时间都高于SATA 2.0,显然经过第三方芯片转接后,硬盘的访问延迟大于传统的芯片组直连方案。
  而在实际应用测试中,不论是大容量文件(12.8GB高清影片)拷贝还是小容量文件(由1915个文档、照片、驱动等文件构成,容量2.35GB)拷贝,SATA3.0平台的传输速度也有8MB/s~17MB/s的提升。不过在模拟各类实际应用的PCMark Vantage磁盘性能测试中,SATA 3.0平台的总分成绩却意外地低于SATA 2.0平台。由于PCMark Vantage的这些测试基本上可以看作是随机读取大量的各种小文件,因此要想更有效率地读取这些在不同扇区的数据,硬盘所使用的AHCI驱动至关重要。优秀的AHCI驱动能更好地发挥出NCQ技术的功能,让硬盘以更合理的顺序读取数据。所以我们认为造成该SATA 3.0平台在PCMark Vantage落后的原因一方面在于其AHCI驱动性能较差,另外一方面则在于SATA 3.0平台通过第三方芯片连接硬盘,造成访问延迟偏高。
  
  不进反退?SATA 3.0 RAID 0性能测试
  
  我们利用技嘉P55A-UD6主板、两块希捷酷鱼XT硬盘组建的RAID 0磁盘阵列来了解SATA 3.0磁盘阵列的威力。同时通过由P55 PCH控制的希捷酷鱼7200.12 RAID 0磁盘阵列进行对比。然而测试结果令人大跌眼镜,几乎在所有测试成绩都不敌SATA 2 RAID 0平台,而且在一些测试中,如HD Taeh突发传输速度、PCMark Vantage磁盘性能测试中还出现了不如单块磁盘性能的现象。究其原因我们认为这主要是由TRAID 0磁盘阵列需要1200MB/s的通信带宽,目前各主板厂商提供的500MB/s带宽远远不够,以及Marvell自身控制器及驱动性能不足所至。
  
  威力四射 USB 3.0实际性能体验
  
  下面我们采用元谷存储巴士A280 USB 3.0 3.5英寸硬盘盒,搭配希捷酷鱼LP 2TB硬盘对两款主板的USB 3.0性能进行了测试。同时我们采用具备USB 2.0与eSATA接口的ICY DOCK硬盘底座与其进行了对比测试。测试结果令人鼓舞,USB3.0传输速度以大幅优势领先USB 2.0,其PCMark Vantage磁盘性能近5000分的性能表现已与一款主流SATA 2.0硬盘相当,意味着我们甚至可以将USB 3.0移动硬盘作为系统盘使用。而其拷贝12GB高清文件时间不到两分钟的表现,相对于USB 2.0 6分钟以上的消耗时间缩短了3倍。
  在与eSATA的对比中,USB 3.0并没有表现出十分明显的优势,我们认为这主要还是因为目前USB 3.0移动硬盘盒采用的都是USB 3.0to SATA 2.0桥接芯片,只能搭配SATA2.0接口的硬盘,因此其最大理论突发传输速度也只有300MB/s,与eSATAS盘相同。
  
  总结
     USB 3.0:极具应用价值
  通过以上测试,我们认为在主板上采用NEC USB芯片或推出独立的PCI-E x1 2.0 USB扩展卡对于普通用户来说很具实用价值,其传输速度相对于USB 2.0来说有了很大提高。外部传输速度远高于内部传输速度的特性不仅能让普通USB移动硬盘的性能最终得以全面发挥,也为USB移动固态硬盘等高性能便携存储设备的诞生创造了条件。
  
  SATA 3.O:期待固态硬盘
  相对于USB 3.0,目前主要由Marvell与希捷提供给用户的SATA 3.0解决方案在测试中则没有带来惊喜。主要原因还是在于温彻斯特硬盘结构上的限制,普通硬盘即便采用了SATA 3.0接口也无法带来明显的性能提升,要想感受到SATA 3.0的全部威力,我们只有期待SATA 3.0固态硬盘的出现。其次Marvell的自身“功力”与Intel这类老牌芯片组厂商还相差较远。可以看到,在一些测试中MarvellSATA 3.0的成绩还不如Intel SATA 2.0,而在RAID磁盘阵列测试中更全面不敌Intel SATA 2.0时代的产品,因此Marvell还需加强驱动的研发,并提高SATA 3.0控制芯片的性能。
  
  普及:价格不是关键
  从目前的主板产品来看,要买到支持SATA 3.0与USB 3.0技术标准的主板已不是难事。在国内市场,技嘉科技近日推出了五款支持USB 3.0 SATA 3.0、从普通AMD 770到高端Intel X58的主板产品。而在价格上它们相对于之前的产品并无明显变化,其AMD 770主板700元左右的价格足以让普通用户心动。同时,华硕电脑也即将推出从AMD 785、770到Intel X58的USB 3.0 SATA3.0主板,根据目前华硕提供的最新消息显示,为了加速普及,这些主板在功能增加后,很可能实施“加量不加价”的政策。存储设备方面,元谷存储巴士A280USB 3.0 3.5英寸硬盘盒价格在500元左右,希捷酷鱼XT 2TB硬盘1500元的价格亦算合理,相信其面向主流用户的低容量产品价格会更低。
  因此,尽管SATA 3.0与USB 3.0的产品才刚刚面市,但其实际产品价格并不惊人。所以SATA 3.0与USB 3.0能否走向普及的关键还是在于它们的实际性能表现,显然就测试结果来看,USB 3.0有望首先走进你的电脑。
  
  USB 3.0 SATA 3.0使用释疑
  
  相信对于第一次使用USB 3.0与SATA 3.0设备的读者来说,会有不少疑问和困惑,为此我们特地搜集了几个大家最可能碰到的五个问题进行解答。
  
  Q1:
  怎样识别主板上哪些是USB 3.0接口与SATA 3.0接口?它们在外形上是否存在不同?
  MC:USB 3.0接口与SATA 3.0接口在外形上与其二代产品基本相同,因此为了避免用户混淆接口主板厂商一般都会对三代接口采用不同的颜色进行区别。
  
  Q2:
  二代存储设备能否在三代接口上使用,连接后性能是否会得到提升?
  MC:不论是USB 3.0还是SATA 3.0,它们都具备向下兼容的技术特性,因此不仅二代存储设备可以连接在三代接口上使用三代存储设备也可以连接在二代接口上使用,不过由于设备接口先天限制根据我们的测试,这两种使用方法均只能获得二代标准的速度,不会有任何提升,
  
  Q3:
  三代设备连接时,需要使用特别的数据线吗?在哪里购买呢?
  MC:需要,连接SATA 3.0设备需使用专门的SATA 6Gbps线,该线采用SATA 2.6标准设计,外形与普通SATA 2.0数据线有所区别,并在线上印有“SATA 6Gb/s”的字样,其长度不超过1米,否则速度只能达到3Gb/s。而用于连接USB 3.0移动硬盘盒的USB 3.0数据线采用B型母头设计,由于需兼容以前的USB接口,具备更多的针脚,其母头与USB 2.0移动硬盘数据线的B型母头存在明显差别,不能通用,目前USB 3.0数据线已出现在零售市场上,而SATA6 Gbps数据线暂无销售,主要随主板附送。
  
  Q4:
  USB 3.0与SATA 3.0设备在使用前是否需要安装驱动?
  MC:SATA 3.0设备不一定需要,因为Windows7与Windows Vista已自带AHCI驱动,可以发挥出SATA 3.0的传输率优势,当然如安装厂商提供的驱动可以小幅提升性能,而对于USB 3.0设备来说,由于当前的操作系统都不支持USB 3.0,因此在使用前必须安装厂商提供的官方驱动。
  
  Q5:
  USB 3.0供电能力提升后,采用3 5英寸硬盘的移动硬盘盒还需要外接电源吗?
  MC:需要,我们此次测试的两款USB 3.03.5英寸移动硬盘盒均采用外接电源供电设计,USB接口的功能仅为数据传输,我们不知道未来将是否会直接采用USB供电,而目前曝光的USB3.02.5英寸移动硬盘盒是使用USB接口取电。
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