USB 3, où sont les 5 Gbps promis ?

Ratifiée dans sa version définitive en 2008, la norme USB 3.0 a commencé à faire son apparition dans nos machines fin 2009. Le principal apport de cette nouvelle version est bien entendu l'arrivée d'un nouveau mode dénommé SuperSpeed dont les caractéristiques sont très alléchantes sur le papier. D'une vitesse de 480 Mbps, on passe en effet à 5 Gbps, soit des performances multipliées par plus de 10.

 

Attention toutefois, ceci ne se traduit pas par un débit pratique de 625 Mo /s, loin de là. Premièrement, comme c'est le cas par exemple de la norme PCI-Express, chaque octet est encodé sur 10 bits. Le débit réel n'est donc plus "que" de 4 Gbps, soit 500 Mo /s. De plus, les spécifications de l'USB sont claires à ce sujet, on perd encore environ 20% de débit lié au flow control, packet framing et protocol overhead. Au final, c'est plus un débit de l'ordre de 400 Mo /s qu'il faut attendre.

 

 

Nous mettons actuellement en place un nouveau protocole destiné à tester les cartes mères modernes. L'USB 3 fait forcément partie de la donne, puisque diverses implémentations sont utilisées par les fabricants, avec notamment des contrôleurs de chez Renesas (NEC), ASMedia ou EtronTech. Comment pousser ces contrôleurs dans leurs derniers retranchements ? Si SuperTalent à communiqué en juin dernier sur sa RAIDDrive qui avait atteint les 371 Mo /s, il est difficile de trouver un autre périphérique capable de s'approcher de cette vitesse. Nous avons mis la main sur 5 boitiers externes USB 3 pour disques durs 2"1/2 afin de voir quelle puce ils utilisaient pour faire office de pont SATA vers USB :

 

Tous ces ponts sont de type SATA 3 Gbps vers USB 3. Sachant qu'en pratique le SATA 3G atteint ses limites vers 280 Mo /s, ils sont loin de saturer un contrôleur USB 3. Afin de vérifier ceci en pratique, nous avons voulu voir ce que cela donnait avec un Vertex 3 240 Go. Voici tout d'abord ses performances sous CrystalDiskMark, en SATA 6G et 3G natif, sur P67 :

Nous avons intentionnellement utilisé ici des données fortement compressibles afin de saturer au maximum l'interface. Dans les boitiers USB 3, on obtient les performances suivantes si on les connecte à un contrôleur USB 3 NEC/Renesas D720200F1 (le plus répandu) sur une carte mère Gigabyte GA-X58A-UDR3 :

 

La première chose que l'on remarque, c'est le débit qui est limité à environ 200 Mo /s, quelque soit la puce. Le NCQ ne fonctionne logiquement pas, ce qui explique le peu d'écart entre les accès 4K classiques et ceux effectués avec 64 accès simultanés. On est bien entendu bien au dessus des performances en USB 2 :

 

 

Pour un disque dur classique, les performances de ces périphériques sont déjà bien suffisantes. Pour aller au-delà, il existe plusieurs pistes.

 

La première, c'est de ne pas utiliser le protocole BOT (Bulk-Only Transport) des pilotes pour périphérique de stockage de masse USB intégré de base dans les systèmes d'exploitation. L'USB-IF a ainsi mis au point l'UASP (USB Attached SCSI Protocol), qui permet de profiter du NCQ et augmente les débits séquentiels. LucidPort par exemple indique pouvoir atteindre les 245 Mo /s en UASP, contre 198 Mo /s en BOT, sur son USB300. Seul problème, le pilote UASP n'est pour le moment pas intégré dans les OS et il faut qu'il soit fournit par le fabricant du périphérique. Ce n'est par exemple pas le cas pour l'Icy Dock MB668U3-1SB alors même que le LucidPort dispose d'un tel pilote. A contrario par exemple SuperTalent le fourni avec son RAIDDrive, tout comme OCZ avec son Enyo qui utilise la puce SMCS SW6316, ce qui lui permet d'atteindre les 260 Mo /s. La seconde, c'est bien entendu d'avoir des ponts SATA6G vers USB 3 et non pas SATA 3G vers USB 3.

 

Est-ce pour autant suffisant ? Pas forcément puisque l'on va être bloqué par une autre limitation inhérente à la puce USB 3 que l'on trouve côté carte mère. Premier problème, elles doivent utiliser un lien PCI-Express à 5 GT/s (500 Mo /s) pour être pleinement exploitées, mais elles peuvent être connectés en 2.5 GT /s (250 Mo /s) sur les cartes mères P55 par exemple. Second problème, le contrôleur en lui-même peu limiter les performances. Pour reprendre l'exemple du RAIDDrive de SuperTalent, son record de 371 Mo /s en UASP a été atteint sur un nouveau contrôleur USB 3 de Fresco Logic, le FL-1009B. Auparavant SuperTalent n'avait pas dépassé les 316 Mo /s.

 

 

Quid des performances de la puce Nec / Renesas qui est la plus répandue ? Puisqu'il n'est pas possible de la saturer avec un seul des périphériques à notre disposition, nous avons mesuré le débit cumulés obtenus sur deux SSD dans deux boitiers à base d'ASMedia ASM1051 et utilisés en parallèle sous le logiciel de test IOMeter.

 

 

Les débits ne doublent pas, loin de là. On gagne 43% en lecture, et 23% en écriture. La puce Renesas limite donc elle-même les performances de l'USB 3. Le constructeur à d'ailleurs annoncé en mars dernier une nouvelle génération de contrôleur qui serait jusqu'à 40% plus performante en écriture, ce qui porterait les débits vers les 340 Mo /s, un chiffre bien plus intéressant.

 

Au final, si l'USB 3 apporte des débits bien supérieurs à l'USB 2 et suffisant pour un stockage amovible à base de disque dur, il parait clair que les implémentations actuelles sont loin d'utiliser cette norme à son plein potentiel, que ce soit d'un point de vue matériel (contrôleur et périphérique) ou logiciel. Alors même qu'Intel a débuté son offensive Thunderbolt en début d'année, les promoteurs de l'USB 3 ont tout intérêt à faire évoluer cette situation rapidement.