存储技术大革新 SATA 3.0+USB 3.0体验

        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)。

        与前两代标准相比，SATA 3.0的基本原理和系统架构没有发生根本性变动，都是采用高频率、连续串行的方式传送数据，数据传输是双向、点对点进行的，编码方式为8b/10b模式(即每10bit数据中有2bit的校验位)。SATA 3.0最大的进步是将传输速度提升到了6Gb/s，即600MB/s。同时SATA 3.0技术标准还保持了良好的向下兼容性，现有的SATA 1.x/2.x设备都能够工作在SATA 3.0平台上面。

不同硬盘接口速度对比

        此外SATA 3.0标准针对NCQ原生命令序列功能也进行了修改，NCQ指令的数目与功能得以增加，有效提升了温彻斯特结构硬盘的执行效率。当然NCQ技术改进所针对的依然是传统硬盘，SSD等基于NAND闪存的高速存储设备由于先天结构不同无法从中受益。此外，SATA 3.0在降低传输功耗方面也颇有建树，它采用全新的INCITS ATA8-ACS标准，可以显著改良传输信号的质量，传输功耗也因此显著降低，这将有助于增加笔记本电脑和手持式移动设备的电池续航能力。

        USB 3.0采用双总线架构设计，其中的SuperSpeed通信线路是用于USB 3.0设备的，而另外一条Non-SuperSpeed通信线路适用于USB 2.0以及以下设备，能够非常出色地兼容旧有USB标准，独立设计USB 3.0总线可以降低数据传输中的干扰。USB 3.0的最重要特点就是极高的传输速度，USB 2.0的速度最高可以达到480Mbps，而USB 3.0将速度提升10倍以上，最高可以达到5Gbps，即625MB/s。这个速度已经远超绝大多数温彻斯特硬盘的传输速度，也高于大部分SSD硬盘。毫不夸张地说，USB 3.0的速度设计至少可以应付未来三年存储技术发展对带宽的需求。

不同移动设备接口速度对比

        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。

        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。

        在华硕P7P55D-E Premium主板上两个白色的SATA 3.0接口紧靠IDE硬盘接口，而两个USB 3.0接口则被独立出来安置，位于I/O背板的最左侧。

        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。

酷鱼XT硬盘的数据与电源接口与普通SATA 2.0硬盘相同，
可以连接在SATA 2.0接口上，当然连接后速度会降低。

        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。

SATA 6Gb数据连接线具备明显的“SATA 6Gb/s”标识

USB 3.0连接线的B型母头与USB 2.0移动硬盘连接线的B型母头存在明显差别，不能通用

        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SATA 6Gbps数据线暂无销售，主要随主板附送。

普通的USB 2.0移动硬盘连接线

        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 3.0 3.5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USB 3.0 2.5英寸移动硬盘盒是使用USB接口取电。

        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。

Marvell SATA 3.0控制芯片由于早期存在瑕疵，几经周折才最终上市

        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。

通过PLX8613桥接芯片的巧妙转换，华硕主板以500MB/s的带宽连接Marvell 88SE9123

        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-E x1 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PI3PCIE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SATA 3.0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USB 3.0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 x8 2.0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。

技嘉P55A-UD6主板在使用前，用户需决定让哪个设备使用“Turbo”模式，
即享受PCI-E x1 2.0的带宽，如都不使用，则显卡可以获得PCI-E x16 2.0的带宽

        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SATA 3.0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Cheetah15K.7 SAS企业级硬盘，而USB 3.0闪盘则只有Super Talent推出了一款产品。不过USB 3.0移动硬盘盒倒有几款产品亮相，如Vantec与元谷的USB 3.0产品。

        这款主板通过集成PLX PEX8613桥接芯片、Marvell 88SE9123 SATA 3.0控制芯片与NEC D720200F1 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USB 2.0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。

        P55A-UD6通过PI3PCIE带宽切换芯片、NEC D720200F1 USB 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，USB 2.0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。

        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HY5DU121622DTP-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。

        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 USB 3.0 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。

        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，SATA 3.0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。

        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 Tach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于RAID 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。

        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，USB 3.0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 3.0 to 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eSATA硬盘相同。

        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。

        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Marvell SATA 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。

        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+SATA 3.0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A280 USB 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。

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