2:0 в пользу USB

Обзор применения контроллеров и устройств с интерфейом USB 2.0

Несмотря на большие ожидания и перспективы, окончательный вариант нового протокола версии 2.0 универсальной последовательной шины USB, утвержденный еще год назад (см., например, статью Сергея Леонова «Дубль два» в «КТ» #376-377 или на www.compuferra.ru/online/system/6373), не слишком спешил попасть в руки конечных пользователей. Встраивание контроллеров USB 2.0 в чипсеты для материнских плат все откладывалось (поначалу им хотели оснастить даже i815), и теперь чипсеты получат USB 2.0 не раньше весны (а то и лета) 2002 года. Для Intel это произойдет в новом хабе ICH4 (в составе чипсета Brookdale-G для Pentium 4 и памяти DDR с интегрированным графическим ядром нового поколения), у VIA - в южном мосте VT8235, предназначенном для чипсетов, поддерживающих новую скоростную шину V-Link на 533 Мбайт/с взамен прежней вдвое более медленной (например, в P4X333 и P4M333 для Pentium 4). Не отстают SiS и ALi.

Однако сейчас ситуация, наконец, начинает улучшаться: некоторые производители системных плат уже опционально дополняют свои наиболее продвинутые изделия контроллерами USB 2.0, выполненными на отдельных микросхемах (в основном пока, это известный чип от NEC). Примером может служить плата K7T266 Pro от MSI (см. мою статью в «КТ» #400 или на www.compuferra.ru/online/system/10266). Помимо этого, на микросхемах от NEC основаны многие отдельные контроллеры USB 2.0 в виде PCI-карт, которые уже есть в продаже (например, от Adaptec и Tekram, см. ниже). В конце сентября VIA Technologies также выпустила новый чип хост-контроллера USB 2.0 для шины PCI - VT6202. Производимый по технологии 0,22 мкм, он имеет два независимых канала, поддерживает до четырех портов USB 2.0 и может служить основой как для отдельных PCI-карт, так и для встраивания в материнские платы. Свои DSP серии TMS320C5509 для USB 2.0 есть и у Texas Instruments.

Внешние устройства с интерфейсом USB 2.0 тоже активно нарождаются. Отсутствие необходимости лицензирования и выплаты лицензионных отчислений (как, например, в случае с его конкурентом - интерфейсом IEEE 1394) дает зеленый свет появлению сонма железок, подключаемых к компьютеру (но, увы, не в сфере бытовой электроники как таковой) - это цифровые камеры, тюнеры, устройства видеозахвата, оборудование для видеоконференций, сканеры, скоростные принтеры, CD-RW/DVD+RW-приводы, внешние винчестеры и другие устройства хранения данных, мобайл-рэки с внешним подключением и даже адаптеры для построения небольших домашних сетей на базе USB 2.0 (причем их скорость заметно выше 100-мегабитного Ethernet - до 480 Мбит/с). Некоторые из этих устройств уже анонсированы и даже выпускаются ведущими производителями.

Так, Acer имеет аж три новых продукта для USB 2.0: внешний CD-RW-привод CRW 2010EU со скоростной формулой 20/10/40X (по цене около $300) и два планшетных сканера на CCD-матрицах - S2W 7400UT и S2W 6400UT (48-битный цвет при разрешении 2400x4800 и 1200x2400 соответственно). CD-RW-привод на USB 2.0 есть также у Yamaha (модель CRW 70) и у некоторых других. Корпуса для носимых IDE-винчестеров или CD/DVD-приводов под USB 2.0 (мобайл-рэки с внешним подключением) уже выпускаются тайваньской MaPower и другими (подробно см. далее). Отныне вторжение в нашу жизнь интерфейса USB, до недавнего времени весьма вялое из-за медлительности прежней модификации 1.1 со скоростью максимум 12 Мбит/с, станет куда агрессивнее - ведь 480 Мбит/с нового USB 2.0 (сравнимое со скоростью интерфейса UltraATA/66 и на 20% быстрее IEEE 1394) теоретически способно перекрыть нынешние потребности огромного числа задач (включая видео реального времени). Вопрос только в фантазии разработчиков (и толщине нашего с вами кошелька). Впрочем, хватит восторгов - перейдем к практике.

Недавно в Москве, например, в компании Альянс, появились PCI-карты контроллеров USB 2.0 от двух ведущих и вечно конкурирующих производителей контроллеров - Adaptec и Tekram. С любезного согласия компании «Альянс» оба контролера оказались в нашей редакционной лаборатории.

Карта Adaptec DuoConnect (AUA-3121) является старшей в новой линейке PCI-контроллеров USB 2.0 от Adaptec и доступна в Москве в розницу по цене чуть больше ста долларов в OEM-варианте (сама карта и компакт-диск с софтом, без коробки и кабелей). Это устройство объединяет в себе контроллеры USB 2.0 (три внешних порта и один внутренний) и IEEE 1394 (он же FireWire, для двух внешних и одного внутреннего портов). Для сравнения - четырехпортовая USB 2.0 карточка Adaptec USB2connect 3100LP в retail-поставке стоит около $90 в Москве (и $70 на сайте производителя), а шестипортовая USB2connect 5100 (5+1) - $110 и $90 соответственно. То есть выгоднее приобрести именно DuoConnect, получив почти бесплатный FireWire ¹. Кстати, аналоги, совмещающие в себе контроллеры USB 2.0 и IEEE 1394, есть также у компаний OrangeMicro, SIIG, японской RATOC Systems и некоторых других.

Огненную часть Adaptec DuoConnect мы здесь опустим, а USB-половина базируется на чипе mPD720100 от NEC (в компактном корпусе 176-pin FPBGA), обеспечивающем полную поддержку интерфейса USB 2.0 (разумеется, полностью совместимого с USB 1.1). Карта соответствует спецификации PCI 2.2 и может быть использована как с «бытовыми», так и с серверными системными платами. DuoConnect выполнен по-адаптековски добротно и внешне привлекателен благодаря стильному темно-синему цвету платы. На комплектном компакт-диске помимо драйверов для USB 2.0 и IEEE 1394 для Windows 9x/Me/2000 содержатся достаточно мощная программа MGI VideoWave 4 для захвата с различных источников и цифрового редактирования видео, а также Sonic’s MyDVD 3, которая позволяет легко создавать CD- и DVD-диски с домашними видеофильмами.

Другой сегодняшний фигурант, USB 2.0 адаптер DC-602W от Tekram Technology, также построен на чипе mPD720100 от NEC (но уже в более размашистом корпусе 160-pin QFP). Он имеет четыре внешних и один внутренний порт (всего до 127 подключаемых USB-устройств) и PCI-разъем версии 2.2. На момент написания этой статьи информация об этой карте отсутствовала как на тайваньском, так и на североамериканском сайтах компании, и обнаружить ее удалось только на немецком www.tekram.de. Дизайн адаптера весьма прост и непритязателен, никакого намека на фирму-производителя на самой карте нет (кроме надписи «Made in Taiwan»). Выручает только красочно оформленная коробка от Tekram с зеркально перевернутой фотографией карты (см. фото). Однако при более внимательном рассмотрении оказывается, что под маркой Tekram скрывается карта UP205 от малоизвестной тайваньской компании Welland Industrial. Это подтверждает и диск с драйверами (тоже для карты UP205). Таким образом, от Tekram на поверку оказалась лишь коробка. Эту же карту от Welland (судя по разводке и цвету печатной платы) предлагают на сайтах под своей маркой винчестерный гигант Maxtor и несколько менее известных компаний. Похожий (но более стильный) вид при цене $70 имеет USB 2.0-контроллер Belkin F5U220. От них заметно отличаются пятипортовые (тоже на mPD720100 от NEC и все по цене от 60 до 70 долларов) OrangeUSB 2.0, Keyspan U2PCI-5, а также PCIU2U от RATOC Systems, интересный тем, что три из пяти портов у него расположены на фланце для размещения в свободном пятидюймовом отсеке на передней панели компьютера.

Никакого дополнительного программного обеспечения (кроме драйверов) на диске из комплекта Tekram DC-602W нет. Зато есть инструкция по установке на шести страницах, внешний USB-кабель (revision 2) и упомянутая выше прочная коробка. Драйверы для обеих USB 2.0-карт встали без проблем как под Windows 98SE, так и под Windows 2000. К сожалению, в нынешние RTM- и OEM-версии Windows XP поддержка USB 2.0 не встроена (из-за недостаточного количества таких устройств до недавнего времени, что необходимо для всестороннего тестирования драйверов). Однако в обоих случаях к Windows XP прекрасно подошли драйверы для Windows 2000 от производителей железок. Кроме того, USB 2.0 Beta Drivers для обеих ОС сейчас доступны через страничку Windows Update, а вскоре там должны появиться и финальные версии драйверов.

Вы спросите: зачем нужны карты контроллеров без наличия внешних устройств USB 2.0? И таковые в Москве тоже уже нашлись. И ими оказались не CD-RW-приводы или сканеры, а корпуса для носимых IDE-винчестеров или CD/DVD-приводов под USB 2.0 (мобайл-рэки с внешним подключением). Весной этого года в обзоре мобильных раков я уже писал о подобных устройствах для подключения к порту USB (тогда еще медленной версии 1.1, где реальная скорость обмена по шине не превышала 1,1 Мбайт/с). Желающие могут отправиться за деталями в «КТ» #388 или на www.compuferra.ru/online/storage/8031/page2.html. Аналоги для USB 2.0 уже производят несколько фирм, среди которых и тайваньская MaPower, а московский «Столичный Негоциант» любезно предоставил нам два таких кейсика для испытаний на новом интерфейсе.

Один из этих кейсов (модель MAP-63CU2) предназначен исключительно для трехдюймовых IDE-винчестеров и дисководов (магнитооптика, LS-120, ZIP и им подобные). Он относительно компактен (хотя мог бы быть еще меньше), имеет подставку для вертикального размещения на столе, выносной блок питания от сети с выходным током до полутора ампер по каналам +5 и +12 В и посадочное место для миниатюрного вентилятора внутри корпуса. Приятный вид пластикового корпуса удачно дополняют экранирующие листы внутри него. В комплект retail-поставки помимо красочной коробки (без опознавательных знаков фирмы-производителя) и блока питания входят также USB-кабель, инструкция и компакт диск с драйверами.

Второй рэк (модель MAP-K51U2) предназначен для пятидюймовых IDE-приводов (CD-ROM, CD-RW, DVD и пр.), но с тем же успехом подходит и для трехдюймовых устройств, поскольку имеет подходящее посадочное место. Сетевой блок питания вдвое большей выходной мощности (ток до 3 А) и с универсальным входным питанием (110-240 В) удачно расположен внутри самого корпуса, добротно выполненного из толстого металла с внешним пластиковым кожухом, имеющего выдувающий вентилятор и внешние аудиоразъемы с подключением внутри к аудиовыходу CD-приводов. На мой взгляд, эта модель более удобна и универсальна, чем предыдущая, и способна стать хитом продаж для подобного рода устройств, тем более что их цена в фирме «Столичный Негоциант» практически одинакова (пока немногим меньше $100, сравните с ценой $150 для мобайл-рэка USB 1.1, описанного мной ранее, см. ссылку выше), а комплект поставки идентичен.

Оба кейса (произведенные на Тайване) базируются на миниатюрном конверторе USB 2.0-to-IDE, построенном на чипе ISD-300 компании In-System Design, давно известной своими решениями в области преобразователей между интерфейсами IDE/SCSI/FDD и LPT/USB/IEEE 1394/Cardbus/PCMCIA. По спецификации этот чип поддерживает USB версий 1.1 и 2.0 и одно IDE-устройство (должно быть подключено мастером, два IDE-устройства чипом ISD-300 не поддерживаются), включая протоколы UltraATA/33 и /66. Заявлена полная совместимость со всеми IDE-устройствами и с версиями Windows 98/98SE/2000/Me/XP и MacOS X. Для этого требуется установка специальных драйверов для чипов ISD-3xx (хотя под Windows 2000 и XP все заработало и без установки этих драйверов). Разумеется, USB допускает горячее подключение/отключение рэков к компьютеру.

Полевые испытания обоих PCI-контроллеров с этими мобайл-рэками под Windows 98SE/2000/XP не выявили проблем с установкой и функционированием, включая многочисленные подключения/отключения при работающем компьютере и заменой винчестеров и CD-ROM «на ходу». Исключение составил лишь случай, когда два рэка были подключены к компьютеру одновременно (в любой конфигурации портов USB) - система как правило подвисала через некоторое время после начала копирования файлов с одного рэка на другой. Будем надеяться, что в обновленных драйверах для ISD-3xx это исправят. Зато не было трудностей с опознаванием, разбиением и форматированием подключенных по USB 2.0-винчестеров большого объема (я проверил диски вплоть до 80 Гбайт под тремя Windows).

При установке в компьютер каждый PCI-to-USB-контроллер сразу занимал от трех до четырех прерываний, но при этом сосуществование на одном прерывании с другими PCI-устройствами (видео, звук, «материнские» USB 1.1, IDE RAID) трений не вызывало. Более того, обе USB-карточки спокойно жили вместе в одной системе (в соседних PCI-слотах), заселив каждое из доступных прерываний в общей сложности по три-четыре раза (см. скриншоты). К сожалению (а может, и к счастью), у меня под рукой не было восьми устройств USB 2.0, чтобы проверить, как просядет производительность системы при их одновременной работе, да и в реальности такая ситуация - скорее экзотика.

Несмотря на теоретический предел скорости USB 2.0 в 480 Мбит/с (до 60 Мбайт/с) и заявленную поддержку UltraATA/66 (66 Мбайт/с) даже самые современные винчестеры, помещенные в USB 2.0-кейсы от MaPower, демонстрировали скорость чтения/записи не выше 16-20 Мбайт/с (судя по дисковым тестам HD Tach, WinBench99 и ATTO Disk Benchmark, Nbench и других, см. скриншоты; более подробно результаты тестов обсуждаются в расширенной версии статьи на сайте). Причем 20 Мбайт/с наблюдались только для PCI-контроллера от Tekram (Welland), скорость канала USB-IDE падала до 18 Мбайт/с для контроллера от Adaptec и до 16 Мбайт/с, если два рэка присутствовали в системе одновременно ². Очевидно, что лимитирующим фактором является именно скорость одного из этих интерфейсов (точнее - его реализации в конкретном железе), поскольку даже скорость чтения кэша дисков не превышала указанных выше величин, а скорости чтения и записи на диск были примерно равны между собой. В данный момент я не берусь с уверенностью утверждать, кто виноват в почти троекратном недоборе скорости тандемов - реализация USB и/или IDE в чипе ISD-300 (торможение по части IDE возможно, судя по графикам WinBench для разных протоколов, см. рисунок) или USB 2.0 часть PCI-хостов (роль последних тоже прослеживается). Вероятно, положение можно поправить новыми драйверами.

Но несмотря на это небольшое разочарование (будем надеяться - временное), даже скорости канала в 16-18 Мбайт/с вполне хватает для разнообразной и комфортной работы с винчестерами и дисководами, подключенными по USB 2.0. Разница с жалкими 1 Мбайт/с для USB 1.1 просто разительна (я специально ненадолго переключил рэк на «материнский» USB 1.1, чтобы лишний раз убедиться в очевидных преимуществах USB 2.0). В самом деле, даже 16 Мбайт/с с запасом перекрывают возможности всех современных CD-ROM-приводов, большинства DVD-приводов и, тем более, многочисленных записывающих устройств типа CD-RW, DVD+RW, ZIP, JAZZ и даже магнитооптику. Несколько узок такой канал лишь для современных винчестеров. Но и здесь дела не так уж плохи - взгляните на результаты тестов производительности диска IBM серии Deskstar 60GXP ³, подключенного по USB 2.0. Падение его производительности по сравнению с UltraATA/100 (и тем более - UltraATA/33) не так уж существенно. Более того, при включении кэширования записи на removable-диск, отключенном в Windows по умолчанию (это сделано для облегчения операции горячего отключения устройства, см. скриншот), производительность в приложениях заметно возрастает и приближается к максимально возможной для этого диска (см. диаграмму).

Копирование, сортировка крупных массивов файлов и дефрагментация винчестера по USB 2.0 также не доставили ни малейшего дискомфорта. Ради интереса я даже записал на него в несжатом формате фильм с телевизора. Только не подумайте, что у меня такой умный телевизор, уже оснащенный USB 2.0. Просто пришлось подключать компьютер с простенькой платой видеозахвата. Так вот, ни запись, ни воспроизведение фильма на диск по USB 2.0 не вызвали никаких нареканий - нынешней скорости канала вполне хватило для обоих процессов.

Таким образом, атака нового интерфейса на пользователя прошла успешно, и единственное, что пока может смутить потенциального покупателя - несколько завышенные цены на «горячие» продукты. Но это уже вопрос времени. И еще одно наблюдение напоследок - покупать отдельный контроллер USB 2.0, чтобы занять еще один свободный и нелишний PCI-слот, не очень удобно. Гораздо удобнее было бы совместить на одной PCI-плате контроллеры USB 2.0 и новенький UltraATA/133 (все равно многие будут делать себе такой апгрейд). Благо, в этом случае разъемы друг другу мешать не будут. И такая объединенная карта (при цене почти такой же, как по отдельности, вспомните Adaptec DuoConnect) пришлась бы весьма кстати во многих системных блоках. К сожалению, пока я подобных решений не встречал.

[i41730]