USB 3.1 review: eerste ervaring met 10 Gbit/s USB op ASUS Z97-A/USB 3.1

13 reacties
Inhoudsopgave
  1. 1. Inleiding
  2. 2. USB Type-C connector: klein en omkeerbaar
  3. 3. USB 3.1 test: duidelijk sneller
  4. 4. Conclusie
  5. 5. Reacties

Inleiding

Eind 2013 kondigde het consortium van bedrijven achter de USB-standaard aan te werken aan een nieuwe versie van de populaire interface. USB 3.1 moet een verdubbeling van de prestaties ten opzichte van USB 3.0 bewerkstelligen. Daarnaast heeft het consortium de laatste tijd gewerkt aan een nieuwe connector, Type-C genaamd, die USB gebruiksvriendelijker moet maken. ASUS stuurde ons een paar dagen geleden haar toekomstige Z97-A/USB 3.1 moederbord, samen met een externe USB 3.1 SSD-behuizing. In dit artikel lees je onze eerste ervaringen met USB 3.1 en onze eerste prestatietests.

 

ASUS Z97-A/USB 3.1, het eerste moederbord met USB 3.1

Hogere snelheid

USB 3.1 is een doorontwikkeling van USB 3.0, vandaar ook dat het consortium voor 3.1 in plaats van 4.0 heeft gekozen. Waar er bij USB 3.0 er nieuwe aders in USB-kabels werden toegevoegd en er daardoor ook nieuwe connectors nodig waren, is USB 3.1 hardwarematig in feite identiek aan USB 3.0. Zonder het harde werk van de ontwikkelaars te willen marginaliseren zijn er twee zaken aangepast: de signaalsnelheid en de gebruikte gegevenscodering.

USB 3.0 maakt gebruik van een data signaalsnelheid van 5.0 gigabit per seconde. Om te voorkomen dat er te weinig variatie in het signaal zit en dus synchronisatie/timing-issues te voorkomen, maakt USB 3.0 gebruik van zogenaamde 8b/10b encodering, wat betekent dat voor iedere 8 bits aan daadwerkelijk verzonden data en 10 bits over de kabel gaan. Dat maakt dat de datadoorvoersnelheid 4.0 gigabit/s bedraagt, ofwel 500 MB/s. Let wel, dat zijn theoretische maximumsnelheden, in de praktijk ligt de bovengrens van USB 3.0 communicatie net boven de 400 MB/s.

Bij de nieuwe 3.1 versie is de signaalsnelheid verdubbeld van 5.0 naar 10.0 gigabit per seconde. Tegelijkertijd wordt er ook gebruikgemaakt een andere type encoding met minder overhead, 128b/132b. Oftewel, voor iedere 128 bits data worden 132 bits verstuurd. Dat maakt dat de datadoorvoersnelheid van USB 3.1 9,7 gigabit/s is, wat omgerekend neerkomt op 1241 MB/s. Ruim een verdubbeling ten opzichte van USB 3.0 dus! Ook dat zal in de praktijk niet haalbaar zijn wegens software- en protocol-overhead, maar snelheden richting de 1000 MB/s zouden (op termijn) mogelijk moeten zijn.

Softwarematig is USB 3.1 ook geheel compatibel met USB 3.0. Dat maakt zelfs dat je voor USB 3.1 controllers, zoals op het door ons gebruikte ASUS-moederbord, niet eens speciale drivers nodig hebt. Windows 8(.1), dat geïntegreerde ondersteuning voor USB 3.0 met UASP-protocol heeft, werkt ook direct goed met de USB 3.1 controllers.

Voor de nieuwe standaard heeft het USB consortium ook direct een nieuwe naam bedacht: waar USB 3.0 ook wel SuperSpeed USB wordt genoemd, luister USB 3.1 naar de marketingnaam SuperSpeed+.

In onderstaande tabel vind je nog eens overzichtelijk het verschil in prestaties tussen USB 1.x, 2.0, 3.0 en 3.1 terug:

StandaardUSB 1.xUSB 2.0USB 3.0USB 3.1
Naam Full Speed Hi-Speed SuperSpeed SuperSpeed+
Signaal snelheid 12 Mb/s 480 Mb/s 5.0 Gb/s 10.0 Gb/s
Codering 8b/10b 8b/10b 8b/10b 128b/132b
Data snelheid 1,2 MB/s 48 MB/s 500 MB/s 1241 MB/s
Max. snelheid in de praktijk ca. 0,8 MB/s ca. 35 MB/s ca. 400 MB/s ca. 1000 MB/s (?)

Met een hardwarematige snelheid van 10 Gb/s zit USB 3.1 nu op dezelfde snelheid als de eerste versie van de door Apple omarmde Intel Thunderbolt standaard. En een andere slimme truc van Thunderbolt zit nu ook in de USB-standaard verwerkt, namelijk het kunnen combineren van andersoortige signalen in een USB-kabel. En dat allemaal dankzij een nieuwe connector, type-C genaamd...


Dankzij deze ASUS USB 3.1 enclosure - die overigens niet los te koop komt - konden we USB 3.1 nu al testen.

USB Type-C connector: klein en omkeerbaar

Samen met USB 3.1 introduceert het USB consortium ook een nieuw type USB-connector, type-C genaamd. Om maar even direct een ding duidelijk te maken: de introductie is gelijktijdig, maar het is niet zo dat USB 3.1 per definitie gebruikmaakt van de nieuwe connector en oudere USB-standaarden niet. USB 3.1 kan ook prima gebruikmaken van de bestaande A- en B-type connectors (mits de extra bij USB 3.0 geïntroduceerde aders zijn toegevoegd) en tegelijkertijd kan er ook prima een USB 3.0 of zelfs USB 2.0 signaal over een Type-C kabel en/of connector geloodst worden.

De Type-C connector is qua formaat vrijwel net zo klein als de Micro-USB Type-B connectors zoals we die kennen van bijvoorbeeld vrijwel alle moderne smartphones (Apple uitgezonderd). De belangrijkste vernieuwing is dat Type-C connectors omkeerbaar zijn. Ofwel: het maakt niet uit in welke richting je ze in een apparaat stopt, het werkt altijd. In de IT-wereld hebben we voor het eerst kennis gemaakt met omkeerbare connectors bij Apples Lightning-plug en vriend en vijand moet erkennen: qua gebruiksvriendelijkheid is dat top. Iedereen die 's avonds een Android of Windows Phone smartphone aan een lader hangt zal herkennen dat je geregeld de stekker verkeerd om in je toestel probeert te stoppen. Dat probleem is in de toekomst dus verleden tijd. Toegegeven, een typisch first world problem, maar ook die mogen worden opgelost.


De nieuwe USB Type-C connector is omkeerbaar. Het maak dus niet uit hoe om je hem in een apparaat stopt.

Een tweede vernieuwing is dat de nieuwe Type-C connector niet alleen is gedefinieerd voor client apparaten maar ook voor USB hosts. Voor desktops is dat niet zo van belang, maar aangezien Type-C connectors veel kleiner zijn dan de op dit moment voor host-apparaten gebruikte Type-A connectors, is het een uitkomst voor laptops en tablets, die hierdoor weer wat dunner kunnen worden. Vermoedelijk zal dus juist bij dat soort apparaten de Type-C connector snel zijn intrede gaan doen.

Ten slotte heeft het USB consortium in de Type-C connectors en daarmee ook in kabels met aan beide kanten Type-C connectors extra aders ondergebracht. Die kunnen gebruikt worden voor het over dezelfde kabel gelijktijdig transporteren van andere protocollen. Demonstraties van DisplayPort 1.3 en MHL 3.0 over een USB Type-C kabel zijn al gedaan, maar in theorie zouden PCI-Express en ethernet ook mogelijk moeten zijn.

Vooral DisplayPort is van belang: het maakt dat het in de toekomst in principe mogelijk is een laptop met één USB Type-C aansluiting te docken, ofwel met één kabel aan te sluiten op al je randappratuur inclusief monitor. Een stroomaansluiting is dan wel nog nodig, al werkt het USB consortium ook aan een nieuwe uitbreiding voor de USB-standaard om tot 100W vermogen over een USB-kabel te loodsen. Dat is echter iets voor de toekomst.


USB Type-C naast de bekende Type-A connector.

Welke connector?

De komst van de nieuwe Type-C connector die dus ook als host-connector gebruikt kan worden, zal fabrikanten van moederborden, laptops en andere host-devices de komende tijd voor de nodige hoofdbrekers zorgen. Als je nu een moederbord voor de volgende chipsetgeneratie gaat ontwerpen, hoeveel USB 3.0 en USB 3.1 aansluitingen wil je dan? En van elk van beide, hoeveel wil je uitvoeren als Type-A en hoeveel als Type-C connector? Een keuze voor Type-A voor USB 3.0 aansluitingen en Type-C voor USB 3.1 aansluitingen ligt voor de hand, maar zolang er nog veel meer appraten met meegeleverde Type-A kabel in omloop zijn, is het gebruik van een Type-A connector voor USB 3.1 aansluitingen wellicht beter. We zouden op dit moment niet graag in de schoenen van een product manager bij ASUS, MSI of Gigabyte staan.

Op het door ons gebruikte ASUS Z97-A/USB 3.1 moederbord zijn de twee USB 3.1 poorten uitgevoerd als Type-A connector. Een naar ons mening gemiste kans is dat het USB Consortium voor zover wij weten geen (bindend) advies geeft over de kleur van USB 3.1 poorten. Een 3.0 poort is immers altijd eenvoudig te herkennen aan de fel blauwe kleur. Voor de USB 3.1 poorten kiest ASUS voor een kleur die een beetje het midden houdt tussen mintgroen en turquoise, terwijl MSI naar verluidt weer voor rood gaat kiezen. De verschillende moederbordfabrikanten in Taiwan kijken al zoveel van elkaar af, dat het wat ons betreft echt een gemiste kans is dat ASUS, MSI, Gigabyte en anderen niet de koppen bij elkaar hebben gestoken om een duidelijke kleurafspraak te maken.

USB 3.1 test: duidelijk sneller

Wij hebben USB 3.1 getest dankzij het Z97-A/USB 3.1 moederbord dat ASUS spoedig op de markt zal brengen. Qua specificaties en mogelijkheden lijkt het bord erg op de eerder door ons geteste ASUS Z97-A en uiteraard zullen we er zorg voor dragen dat de Z97-A/USB 3.1 ook spoedig inclusief complete set specificaties en testresultaten in onze site is terug te vinden. Het belangrijkste verschil is de toevoeging van een 2-poorts USB 3.1 controller, een ASMedia ASM1142. Deze USB 3.1 controller staat middels twee PCI-Express 2.0 lanes in verbinding met de chipset. PCIe 2.0 x2 biedt een maximale doorvoersnelheid van 1 GB/s, wat minder dan de theoretische maximumsnelheid van USB 3.1, maar meer dan snel genoeg om de snelheid van USB 3.1 in de praktijk mogelijk te maken.


De ASMedia ASM1142 controller die USB 3.1 verzorgt op het nieuwe ASUS moederbord.

Om de prestaties van USB 3.1 daadwerkelijk te testen stuurde ASUS ons ook een externe SSD met daarin twee mSATA SSD's verwerkt. Deze zijn verbonden aan een ASMedia ASM1352R USB 3.1 naar SATA600 RAID controller en werken in een RAID 0 configuratie. De twee Samsung 840 Evo mSATA SSD's die ASUS bundelde vervingen wij door twee nog snellere Samsung 850 Evo 500 GB SSD's, om op die manier zo hoog mogelijke prestaties te kunnen behalen. 

De externe SSD-behuizing, die ASUS overigens puur voor demonstratiedoeleinden meestuurde en dus niet op de markt gebracht wordt, heeft een USB Type-C connector voor datacommunicatie, maar daarnaast nog een extra USB Micro-B connector voor extra stroomtoevoer. Om het apparaat op het moederbord aan te sluiten is dus een Type-A naar Type-C kabel nodig.


Wij voorzagen de ASUS USB 3.1 enclosure van twee Samsung 850 Evo mSATA SSD's in RAID 0.


De enclosure heeft een Type-C connector (links) voor dataoverdracht, maar daarnaast nog een Micro-B connector voor extra stroom.

Zoals we eerder al opmerkten, is USB 3.1 softwarematig volledig identiek aan USB 3.0 en dat maakt dus dat de ASMedia controller in Windows 8.1, dat we gebruikten voor de tests, ook direct out-of-the-box werkte.

Om een idee te krijgen van de prestaties van USB 3.1 testten we de externe RAID0 SSD zowel aangesloten op een door de ASMedia controller verzorgde USB 3.1 poort als een door de Intel chipset verzorgde USB 3.0 poort. Als benchmark gebruiken we zowel Crystal DiskMark als Atto. In onderstaande screenshots zie je allereerst de prestaties in Crystal DiskMark.

USB 3.0:

USB 3.1:

We zien dat de sequentiële doorvoersnelheid bij de USB 3.0 verbinding is beperkt tot ca. 400 MB/s bij leesacties en 425 MB/s bij schrijfacties. Wanneer we de externe SSD via USB 3.1 aansluiten liggen die waardes een stuk hoger : circa 650 MB/s respectievelijk 700 MB/s. Willekeurige datatransfers met grote blokgroottes (512 kB) tonen gelijkaardige prestaties en dus opnieuw grote winst. Bij kleine blokgrootte (4 kb) is USB 3.1 ook wat sneller, maar ligt de bottelneck uiteraard grotendeels bij de SSD en protocoloverhead en niet bij de onderliggende snelheid. Toch zorgt de lagere overhead van USB 3.1 dus ook hier voor winst.

Atto doet gelijkaardige tests, maar allen met queue depth 4 (ofwel vier gelijktijdige I/O-instructies) en een groter aantal verschillende blokgroottes:

USB 3.0:

USB 3.1:

We zien dat vanaf een blokgrootte van 512 kB de interface de bottleneck wordt. Bij USB 3.0 is de snelheid opnieuw beperkt tot circa 400 MB/s bij lezen en iets meer bij schrijfopdrachten. Bij USB 3.1 lopen de prestaties op tot boven de 650 MB/s bij lezen en zelfs tot boven de 700 MB/s bij schrijven. Opnieuw zien we ook kleine prestatiewinsten bij kleine blokgrootes, opnieuw te verklaren door de kleinere protocoloverhead.

Conclusie

USB 3.1 is duidelijk sneller dan USB 3.0. Waar de huidige standaard in de praktijk een maximale doorvoersnelheid heeft van een dikke 400 MB/s, hebben we bij USB 3.1 snelheden tot boven de 700 MB/s gezien. Voor externe SSD-opslag is 400 MB/s duidelijk een bottleneck die door USB 3.1 wordt weggenomen. De nieuwe standaard is dus niet enkel in theorie sneller, in de praktijk heb je er ook echt wat aan, in ieder geval wanneer je externe SSD-opslag met je PC wil verbinden.

De komst van de nieuwe Type-C connector is echter misschien nog wel veel groter nieuws. Het feit dat de connector omkeerbaar is, maakt de USB-standaard toch weer wat gebruiksvriendelijker. En het feit dat de Type-C connector ook voor host devices gebruikt kan worden, maakt dat laptops en tablets ook weer wat dunner kunnen worden, maar nog altijd volledige USB-functionaliteit kunnen bieden.

Hoe snel beide nieuwigheden zullen worden opgepakt door de markt is nog even de vraag. Voor USB 3.1 geldt dat moederbord-en laptopfabrikanten daar nu nog losse controllers voor moeten gebruiken. Voor high-end producten geen probleem, voor massaproducten wel. Pas zodra USB 3.1 standaard in Intel chipsets is verwerkt - en dat zal nog niet bij de toekomstige Skylake generatie het geval zijn, maar pas later - zal de adoptie sneller gaan. Hoe snel de nieuwe connector wordt opgepakt is ook afwachten: voor moederbordfabrikanten is het nu een lastige keuze welke connectors er gebruikt moeten worden. Het is een safe bet om te denken dat de Type-C connector voornamelijk bij laptops en smartphones snel z'n intrede wil gaan doen. Maar het feit dat nu nog maar weinig mensen USB Type-C kabels hebben zal fabrikanten huiverig maken om de eerste te zijn.


ASUS' USB 3.1 moederbord ligt half maart in de winkel

0
*