突破2000MB/s!USB 3.2 Gen 2x2移动存储设备首测

原标题:突破2000MB/s!USB 3.2 Gen 2x2移动存储设备首测

从电脑普及开始,采用USB接口的存储设备就是大家常用的一种移动存储产品,不论是闪存盘还是移动硬盘,它们都能方便地帮人们存储各类文件,并凭借其小巧的外形设计让用户能轻松地随身携带。不过在性能上,由于USB接口物理带宽、技术规格方面的限制,USB存储设备的性能一直与用于电脑内部的SATA、PCIe存储设备相比有一定的差距。相信绝大部分正在阅读本文的读者,你们的闪存盘、移动硬盘最高传输速度都没有超过1000MB/s,可能大部分人的产品性能还停留在300MB/s以内。

不过在技术上,USB接口与其存储设备一直在持续不断地高速发展。自去年开始,支持最新USB 3.2 Gen 2x2技术的主板、存储设备都已面向市场销售,其最高理论速度可达2425MB/s,远远超过我们常见的各类USB存储产品,那么什么是USB 3.2 Gen 2x2?如此强悍的USB存储产品能带来怎样的体验?

突破2000MB/s!USB 3.2 Gen 2x2移动存储设备首测

产品规格

接口:USB 3.2 Gen 2x2

主控:Sandisk 8通道主控

闪存:闪迪3D NAND TLC

缓存:SK海力士DDR4 2400

可选容量:500GB、1TB、2TB

尺寸:118mm(长)×62mm(宽)×14mm(厚)

操作温度:0℃~35℃

存储温度:-20℃~70℃

质保时间:5年

理论带宽可达2400MB/s以上

USB 3.2技术简介

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USB堪称全球发展最成功的数据接口,从早期的USB 1.0时代、数据传输1.5Mbps的接口开始,USB经历了多个世代。出现了USB 1.0、USB 2.0、USB 3.0、USB 3.1等多个规格,接口外形和设计方案也出现了USB Type-A、USB Type-B以及现在比较最常见的USB Type-C等。而要想进一步提升USB接口的速度与性能,就必须用到最新的USB 3.2标准。USB 3.2是USB-IF组织新发布的标准,其正式推出时间是2017年9月份。从技术角度来看,USB 3.2是对USB 3.1的改进和补充,核心变化就是数据传输速度提升到20Gbps,接口则沿用了USB 3.1时代起就确定的Type-C方案,不再支持Type-A和Type-B两种接口。

之所以USB 3.2只留下了Type-C接口,而放弃了另外两种接口,究其原因还是随着技术和产品的不断发展,使得Type-A和Type-B这两种接口已经无法取得市场的青睐。具体来说,这两种接口由于设计时间较早,即使后期进行改进也无法在尺寸和根本的物理特性上有进一步提升,其不足包括相对较大的体积、存在插拔方向、可靠性不足、兼容性不强、供电能力较差等。

相应的,Type-C接口在物理结构上做出了改善,大幅度改变了这样的情况。Type-C接口采用了可靠、无方向性的插拔,所有的信号引脚都设计在了接口中央的“舌头”上,正反各12个,绝大部分对称排布。在每组各12个信号接口中,包含了接地、USB 2.0数据信号、USB 高速信号、供电信号、边带(非USB传统信号)信号等多个数据接口。

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▲Type-C接口触点更多,包含了之前USB接口的所有针脚。

在耐用度方面,Type-C接口的受力部件主要是外部金属壳,强度更高且更不容易损坏,中央的数据通道被弧形外壳保护,很难受到破坏。设计要求显示,USB Type-C能够维持10000次以上的插拔不会损坏,按照一天插拔3次来计算的话,USB Type-C插接口至少能使用10年时间。此外,在供电能力方面,由于专用供电线路的设计,Type-C能够实现五种不同的供电配置,包括最传统的5V@2A(10W)方案以及新加入的12V@1.5A(18W)、12V@3A(36W)、20V@3A(60W)以及最大的20V@5A(100W),这是在之前的老接口上难以实现的。

当然更重要的是在USB 3.2规范中,USB Type-C的高速特性被充分利用。USB Type-C拥有2个高速数据传输通道,分别被命名为(TX1+/TX1-,RX1+/RX1-)和(TX2+/TX2-,RX2+/RX2-),之前USB 3.1只利用了其中一个通道传输数据,另一个通道以备用的方式存在。在USB 3.2中,两个通道可以在合适的情况下都被启用,并实现每个通道10Gbps的传输带宽,这样USB 3.2接口的最大传输带宽总和就是20Gbps。而这类利用了双高速通道的USB 3.2接口也就是本次我们将要测试的USB 3.2 Gen 2x2。如果USB 3.2接口只使用一个通道,那么这个接口就被命名为USB 3.2 Gen2,其理论传输速度为10Gbps。

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▲USB 3.2主要技术规格

为了进一步提升传输效率,USB 3.2还采用了新的128b/132b编码技术,仅占用3%的传输带宽,USB 3.2 Gen 2x2接口的有效数据传输带宽可以达到约2425MB/s,而USB 3.2 Gen2的有效数据传输带宽为1212MB/s。USB 3.2之前的USB技术规范采用的编码技术一般要占用20%的传输带宽,即便是带宽同样达到10Gbps的USB 3.1 Gen 2,其有效数据传输带宽也只有1000MB/s。

在相关产品研发方面,目前AMD和英特尔都没有在主板芯片组上提供对USB 3.2 Gen 2x2的原生支持,因此要实现USB 3.2的高速传输规格,还需要依赖第三方主控芯片或者PCIe扩展卡。从2019年下半年开始,部分定位顶级的X299、TRX40、Z490主板通过加装ASMedia祥硕的ASM3242 XHCI主控芯片,获得了对USB 3.2 Gen 2x2设备的支持能力,这颗芯片通过PCIe 3.0 x4总线与处理器相连,足以满足USB 3.2 Gen 2x2设备的带宽需求。

存储厂商方面,他们主要依靠ASMedia祥硕推出的ASM2364 USB 3.2 Gen 2x2转PCIe/NVMe桥接芯片来制造高速移动设备。传统的PCIe 3.0 x4 NVMe SSD在桥接芯片的帮助下,可以通过USB 3.2 Gen 2x2接口来传输数据。当然NVMe SSD在PCIe 3.0 x4上的传输带宽在4GB/s左右,因此USB 3.2 Gen 2x2接口还是不能完全发挥出SSD的性能。

USB 3.2 Gen 2x2产品展示

ROG RAMPAGE Ⅵ EXTREME ENCORE主板

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本次我们主要使用以下两款产品对来测试USB 3.2 Gen 2x2技术,首先是支持第十代酷睿X系列处理器的顶级主板:ROG RAMPAGE Ⅵ EXTREME ENCORE。该主板采用X299芯片组,拥有16相供电设计,配备主动散热风扇。功能上,这款主板拥有来自Aquantia的AQtion AQC107万兆有线网卡,带宽为2.4Gbps的英特尔Wi-Fi 6 (802.11ax)AX200无线网卡。更值得一提的是其扩展能力非常强大,它不仅可以支持组建x16+x16+x8的三卡SLI显卡并联系统,还能连接四块M.2 SSD。当然,对于本次测试来说,这款主板最为亮眼的就是它集成了祥硕USB 3.2 Gen 2x2主控芯片,使得其中一个Type-C接口的传输带宽达到20Gbps。

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▲USB 3.2 Gen 2x2接口,目前只出现在RAMPAGE Ⅵ EXTREME ENCORE这类高端主板上。

WD_BLACK P50 Game Drive移动SSD

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存储设备方面,在这次测试中我们采用了来自西部数据的WD_BLACK P50 Game Drive移动SSD。这是一款专门为游戏玩家打造的产品,其由铝合金打造的黑色外壳、等距凸起的大边条,配上白色的WD_BLACK Logo、型号标识,从外观上看起来这款SSD就像专为游戏玩家打造的一具“弹药箱”,充满战斗气息。

当然更重要的是,西部数据通过各种用心的设计,帮助玩家能获得更好的体验。首先坚固的金属外壳设计使得SSD具有抗震耐用的特性。而仅118mm(长)×62mm(宽)×14mm(厚)的“三围”使得它的体形只略长与普通2.5英寸SATA SSD,但在宽度上却要窄不少,远小于传统移动硬盘,非常便于携带。同时考虑到NVMe SSD的发热量比较大,硬盘的底部还设计了五组散热风口,可以快速将SSD高速运行时产生的废热排出,避免出现温度升高,SSD主控降速保护的现象。而底部四个垫脚的设计一方面可以起到减震防水的作用,另一方面也能防滑,减少SSD从高处掉落的可能性。

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▲SSD底部设计有五组散热风口、四个垫脚。

在盘体内部,P50移动SSD除了板载ASM2364 USB 3.2 Gen 2x2转PCIe/NVMe桥接芯片外,其SSD采用的是型号为SN750E的一款WD_BLACK SSD。资料显示其所用主控、闪存与内置电脑使用的SN750 SSD差不多,均采用西部数据自己研发的SanDisk主控。这款主控是一颗三核心28nm ARM CPU,支持PCIe 3.0 x4通道、NVMe 1.2/1.3标准,内部采用8通道读写设计。从西部数据的资料来看,其内部通过两大技术来维持高性能—高速突发写入任务将直接写入到SLC Cache缓存中,大数据则写入到改善了连续写入性能的TLC闪存颗粒中;SLC缓存将保持积极的数据迁移机制。简单来说,数据从SLC缓存中写入到TLC闪存后,SLC缓存就会清除这些数据,使得SLC缓存可以不断缓存新的数据,保持高效的写入性能。

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▲WD_BLACK P50 Game Drive内部采用型号为SN750E的NVMe SSD

闪存方面,这款SSD采用的同样是来自闪迪的3D NAND TLC颗粒,向用户提供500GB、1TB、2TB三种可选容量。有趣的是,对于这款SSD,西部数据并未像普通SSD那样标示需要根据WD_BLACK P50的颗粒TBW可写寿命进行质保,只是在规格表上列出提供5年质保,显示西部数据对这款产品的品质是比较有信心的,保证用户在5年内随意使用。接口方面,这款SSD在顶部原生设计了一个Type-C接口,并附送一根Type-C数据线以及一根Type-C转Type-A的数据线,方便SSD连接各类平台。

我们如何测试

测试平台

主板:ROG RAMPAGE Ⅵ EXTREME ENCORE主板

处理器:酷睿i9-10980XE

内存:芝奇Trident Z Royal(皇家戟)DDR4 4000 8GB×4

硬盘:WD_BLACK P50 Game Drive移动SSD 1TB(USB 3.2 Gen 2x2)

USB 3.2 Gen 2 SSD 1TB

显卡:GeForce RTX 2080 Ti

电源:ROG THOR 1200W

接下来我们特别搭建基于RAMPAGE Ⅵ EXTREME ENCORE主板的高端平台对WD_BLACK P50 Game Drive移动SSD进行了测试。测试中我们不仅使用AS SSD BENCHMARK、CrystalDiskMark、Anvil's Storage Utilities 进行了基准性能测试,还通过实际的影音文件、游戏文件传输测试,考察USB 3.2 Gen 2x2 SSD真实的文件传输能力。同时我们还通过PCMark 8存储性能测试、游戏启动时间计时考察了SSD在运行各类程序、游戏时的表现。当然我们也进行了大家非常关心的全盘读写测试,看看SSD在进行大容量读写测试时是否会出现掉速。

值得一提的是,为了让读者更直观地了解USB 3.2 Gen 2x2 SSD的性能,我们还找来一款同样采用SN750E,但接口带宽只有10Gbps的USB 3.2 Gen2移动SSD与它进行了对比测试,接下来就让我们看看USB 3.2 Gen 2x2 SSD能带来怎样的改变。

优势明显

USB 3.2 Gen 2x2 SSD性能测试

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▲USB 3.2 Gen 2x2 SSD测试成绩

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▲USB 3.2 Gen 2 SSD测试成绩

测试点评:首先从基准测试来看,在将传输接口从USB 3.2 Gen 2升级为USB 3.2 Gen 2x2后,两款SSD的差距还是非常明显的,尤其是在连续读写速度上。USB 3.2 Gen 2 SSD的最高传输速度难以突破1100MB/s,而WD_BLACK P50 Game Drive移动SSD在CrystalDiskMark中的连续读写速度则能达到2000MB/s以上。当然在低队列深度的随机性能测试中,由于NVMe SSD自身性能有限,难以填满带宽,再加上两款移动SSD内部所用的NVMe SSD型号相同,因此在这部分测试中,两款产品的差别不大。

写入性能优势大

USB 3.2 Gen 2x2 SSD文件传输性能测试

测试点评:在24GB影音文件读取上,USB 3.2 Gen 2x2 SSD的连续读取速度达到1445MB/s,比USB 3.2 Gen 2 SSD的连续读取速度高了400MB/s。而在写入性能上,USB 3.2 Gen 2x2 SSD的写入速度更领先了近600MB/s,其写入耗时比USB 3.2 Gen 2 SSD少用了多达11s。而在由小文件组成的《英雄联盟》游戏文件读写测试中,两款SSD的读写速度都有大幅下降,但USB 3.2 Gen 2x2 SSD仍拥有明显的性能优势—在读取速度上快了约31MB/s,在写入速度上快了更多达近40MB/s。

程序、游戏应用仍有小幅优势

测试点评:在模拟实际应用的PCMark 8存储性能测试中, 借助USB 3.2 Gen 2x2接口, P50移动SSD在PCMark 8存储性能测试中也拥有小幅优势,如在传输数据量较大,总共读写6108MB的Adobe Photoshop重载测试中, P50移动SSD的耗时只需350.9s,而USB 3.2 Gen 2 SSD的耗时则需要354s。同时在其他测试中,P50移动SSD的耗时也要略少一点,因此最终P50移动SSD在PCMark 8中存储性能测试中的得分要高一些。

在实际的游戏启动体验中,两款SSD都能较快地启动各款游戏大作,比如《奇点灰烬:扩展版》在机械硬盘上启动需用时约一分钟,两款SSD在启动这款游戏时的耗时则都仅需25s左右。而在《坦克世界》的启动中,采用USB 3.2 Gen 2x2的P50移动SSD还体现出了一定的优势,游戏启动耗时比USB 3.2 Gen 2 SSD少了约3.6s,在《僵尸世界大战:部落模式》的启动中,耗时少了约0.2s。

全程不掉速、发热量较大

USB 3.2 Gen 2x2 SSD全盘读写测试

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▲WD_BLACK P50 Game Drive移动SSD全盘写入性能

测试点评:接下来我们还进行了用户非常关心的全盘读写测试。首先从读取性能测试来看,P50移动SSD的表现非常稳定,全盘连续读取速度都稳定在1700MB/s左右, USB 3.2 Gen 2x2的接口带宽优势得以体现。而在全盘写入上,除了在刚开始写入时有一定波动外,在之后的大容量写入中,P50移动SSD都没有出现掉速,全盘连续写入速度都维持在1400MB/s左右,显然这得益于其SLC缓存拥有积极的数据迁移机制。不过需要注意的是,P50移动SSD的发热量还是很大。在完成1TB全盘写入时,SSD底部散热出风口的最高温度已经达到68℃,用户需要等待一段时间,待它降温后才能随身携带。

USB 3.2 GEN 2x2具有实用价值

普及尚需时间

显然基于USB 3.2 GEN 2x2接口的移动SSD具有很大的实用性,即便与目前还算先进的USB 3.2 Gen 2 SSD相比,它在性能上也实现了全方位领先。其实原因也比较简单,目前中高端移动SSD内部所用的大都是PCIe 3.0 x4 NVMe SSD,SSD原生设计的所需带宽就有4GB/s,所以对于准备连接它们的USB接口来说,自然是接口带宽大的才能更好地发挥出这类SSD的性能。

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