Объёмы передаваемых данных непрерывно увеличиваются. В профессиональных приложениях это связано с развитием алгоритмов Big Data. Дома диагональ наших экранов растёт, а вместе с ней и качество фильмов. С недельного отпуска можно легко привезти четверть терабайта фотографий и видео. Всё нужно разместить, да ещё и периодически перекинуть бэкап. Здесь уже важно не только количество места, но и скорость работы с ним.
Речь пойдёт об интерфейсах передачи различных файлов между устройствами, которые можно встретить на работе и дома:
- десктопы/рабочие станции;
- ноутбуки;
- планшеты;
- смартфоны;
- СХД (NAS);
- телевизоры с ОС и другие.
Данные с одного устройства на другое можно передать двумя способами: по сети (проводной или беспроводной) и посредством переноса на носителях информации.
Старый добрый Ethernet
За последнюю декаду большинство домашних роутеров получило поддержку Gigabit Ethernet (GigE). Моделей со скоростью 100 Мбит/с (100BASE-T) уже не хватит для подключения к быстрому тарифу интернет-провайдера. Тем более, разница с гигабитной сетью заметна при работе с сетевым хранилищем. Жёсткие диски со скоростью вращения шпинделя 7200 об/мин. демонстрируют средние скорости чтения/записи 140/130 МБ/с. Производительность сетевого интерфейса здесь будет узким местом и лучше, если оно будет на уровне теоретического максимума GigEу125 МБ/с.
В перспективе распространение технологии 10GigE в массовых домашних маршрутизаторах, которая пока встречается редко.
Нет проводов — есть Wi-Fi
В повседневных задачах, когда некритичны задержки из-за помех, беспроводная сеть успешно заменяет проводную. Стандарты активно развиваются: появившийся Wi-Fi 5 (802.11 ac) значительно поднял планку пропускной способности радиоканала, но нужно обязательно учитывать, что на практике скорость беспроводного соединения существенно ниже теоретической. Результаты измерений, предоставляемые производителями сетевого оборудования, также сложно повторить, поскольку получены они были в условиях, приближенных к идеальным. Усредненная по нескольким экспериментам производительность Wi-Fi 5 — 1,3 Гбит/с. Дальнейший этап развития — Wi-Fi 6, увеличивающая это значение до 4,8 Гбит/с.
Что может SATA?
Интерфейс SATA в первую очередь ассоциируется со стационарными жёсткими дисками в компьютерах: магнитными (HDD) и твердотельными накопителями (SSD). Актуальные ревизии SATA II и SATA III имеют теоретические максимумы в 3 и 6 Гбит/с соответственно. Для HDD необходимости в такой полосе нет, поскольку лучшие представители с 7200 rpm способны выдать чуть более 210 МБ/с, а диски с 5400 rpm — 160 МБ/с.
В свою очередь технологии SSD бурно развивались и в итоге скорости упёрлись в потолок SATA. Так, для имеющего множество опубликованных тестов Samsung 860 Evo, заявлены скорости чтения/записи 550/520 МБ/с.
1000 ГБ SSD-накопитель Samsung 860 EVO [MZ-76E1T0BW]
Разработчики интерфейса не стали развивать его в первоначальном виде. Вместо этого был взят курс на стандартизацию подключения SSD-дисков к шине PCI-Express (PCIe).
Эволюция USB
Ещё в 2000-х, с развитием технологий flash-памяти, стандарт USB стал основным не только для периферийных устройств, но и для носителей информации. Несколько лет скорость передачи 480 Мбит/с, определяемая как предельная в спецификации USB 2.0, была достаточной для работы с самыми быстрыми флэш-накопителями. Но благодаря росту потребности в SSD-дисках и характерных им скоростей, USB перешёл в следующую итерацию — USB 3.0. Эта спецификация декларировала более чем десятикратный рост пропускной способности — 5 Гбит/с.
Далее спецификация USB 3.0 была переименована в USB 3.1 Gen1 и появилась вторая — USB 3.1 Gen2, поднявшая планку до 10 Гбит/с и включившая в себя кодировку с меньшими ресурсозатратами. Соответствующие им порты на устройствах, например, ноутбуках, маркируются как SuperSpeed (SS) и SuperSpeed+ (SS+).
Во второй половине 2010-х вышла последняя на данный момент спецификация USB 3.2 в трёх вариантах:
- USB 3.2 Gen 1, она же SuperSpeed USB (SS);
- USB 3.2 Gen 2, она же SuperSpeed USB 10 Gbit/s (SS+);
- USB 3.2 Gen 2x2, она же SuperSpeed USB 20 Gbit/s (SS++).
Здесь часто возникает путаница, поддерживаемая «вольным подходом» производителей к обозначению продукции. По сути обозначение USB 3.0 не актуально с момента выхода USB 3.1. Теперь же, согласно рекомендациям организации USB-IF, правильно указывать только спецификацию USB 3.2 и её идентификатор поколения Gen. Но повсеместно используются маркировки “USB 3.0” и “USB 3.1”, при этом имеется в виду одно и то же. Поэтому иногда проще ориентироваться на обозначение SuperSpeed. Вектор развития стандарта на ближайшее будущее определён в спецификации USB4, опубликованной в прошлом году. В частности, будет единый порт Type-C, скорость до 40 Гбит/с и обратная совместимость вплоть до USB 2.0.
USB позволяет сделать портативным любой SATA-накопитель. Для этого применяются переходники и боксы.
Переходник Espada PA023U3 USB 3.0
Обычно у них на выходе SS USB, но при выборе обязательно посмотрите бенчмарки этих устройств, чтобы они не порезали скорость диска. Подобные переходники есть внутри любого внешнего диска, чаще всего распаяны на плате. Например, один из лидеров рынка — Samsung SSD T5 перекачивает данные между интерфейсами посредством моста mSATA — SS+ USB. Он обеспечивает скорость до 540 МБ/с, что равносильно прямому подключению быстрейших SATA SSD.
2048 ГБ Внешний SSD Samsung T5 [MU-PA2T0B/WW]
Новое применение PCI-Express
Когда технологии твердотельных накопителей шагнули вперёд настолько, что перестали умещаться в полосу пропускания интерфейса SATA III, пришло время обратиться к более скоростной компьютерной шине. Долго искать не пришлось — по соседству с SATA на материнских платах давно были порты PCIe. В основном они использовались для подключения видеокарт и различных плат расширения, и разработчики адаптировали SSD для работы по каналу PCIe. А один канал PCIe 3.0 обладает пропускной способностью 6.4 Гбит/с, четыре канала — 25.6 Гбит/с. В четвёртой версии протокола эти показатели удвоены.
Для SSD, работающих с PCIe, была разработана спецификация NVM Express (NVMe). NVMe SSD выпускаются в нескольких специальных форм-факторах (M2, U2), а также в виде плат расширения PCIe.
Они используют две или четыре линии интерфейса. За счёт этого скорость дисков NVMe Gen 3.0 ограничена сверху на уровне 3.5/3.3 ГБ/с, а NVMe Gen 4.0 — 5.0/4.4 ГБ/с. Посмотрите примеры тестов и сравнение накопителей разного типа, например, здесь. Показатели впечатляют даже по сравнению с лучшими SATA SSD. А HDD вообще покинули здание.
При выборе нужно учитывать форм-фактор диска, разъём для установки и количество доступных линий PCIe для данного разъёма.
Прорывной Thunderbolt
Интерфейс, согласно данным разработчика Intel, объединяет в один последовательный сигнал PCI Express и DisplayPort. Он предоставляет широкие полосы пропускания: 10, 20 и 40 Гбит/с. Thunderbolt стал главной новинкой в своём классе в минувшем десятилетии и имеет перспективы стать обязательным для поддержки на всех новых устройствах. На макбуках и других топовых ноутбуках такая поддержка есть уже несколько лет.
Новой вехой в развитии передачи данных стало и решение использовать Thunderbolt 3 в качестве порта USB Type-C. Этот разъём обладает рядом важных преимуществ, в том числе симметричность и поддержка нескольких скоростных протоколов. Развитие поддержки этих протоколов различными устройствами подразумевает снижение количества используемых кабелей и адаптеров.
Thunderbolt 3 позволяет использовать более быстрые диски PCIe с подключением к устройству через USB Type-C. Например, для Samsung X5 Portable заявлена скорость до 2800 МБ/с. Такие характеристики достижимы благодаря тому, что задействуются четыре канала PCIe 3.0 и интегрированный мост, коммутирующий их с Thunderbolt 3.
Важный момент при использовании Thunderbolt 3 — количество поддерживаемых каналов PCIe в устройстве. В некоторых ноутбуках она ограничивается двумя, что автоматически нивелирует скорость передачи данных по интерфейсу до уровня Thunderbolt 2 (20 Гбит/с).
Thunderbolt позволяет сделать внешними накопители NVMe SSD по аналогии с подключением по USB SATA-дисков. В такой конфигурации также будет критичным производительность моста Thunderbolt — NVMe.
Первый на финише
В абсолютном исчислении среди рассматриваемых интерфейсов самый быстрый — PCI Express, что не удивительно, ведь он изначально создан для работы с гораздо более скоростными устройствами. Для задач, требующих минимальное время на файловые операции — NVMe SSD обязателен к применению, а на вашем декстопе или ноутбуке должен быть подходящий разъём.
С точки зрения мобильности, самый перспективный интерфейс — Thunderbolt 3. Базирующийся на PCIe и наследующий его скоростные данные, Thunderbolt имеет все шансы стать массовым универсальным стандартом. Поэтому выбирая новое устройство, обратите внимание на наличие порта USB-C со значком молнии.
