USB 3.2 Gen 2×2 應用產品越來越多見,也來體驗 20Gbps 傳輸速率的威力吧!

USB 3.2 Gen 2×2 介面在 2019 年底進入商品化階段,近期相關應用產品數量又再增加了些,挺進 20Gbps 世代的氛圍逐漸濃厚。本篇除了介紹 Seagate 和 Western Digital 兩家的外接固態硬碟產品,體驗 20Gbps 傳輸速率所帶來威力,也將提及你所該留意的兩個要點。

話說 USB 3.2 Gen 2×2 傳輸速率達 20Gbps,較 USB 3.2 Gen 2 那 10Gbps 速率多一倍,是充分運用 USB Type-C 所擁有 2 組高速資料傳輸通道,來實現 20Gbps 傳輸速率。想構成應用環境,需要相對應規格的控制器與橋接器,目前可見解決方案都來自 ASMedia,至於線材基本上是可沿用 USB 3.2 Gen 2 規格製品(得留意市售品良莠不齊、長度建議不超過 1M)。

介面USB 3.2 Gen 2x2USB 3.2 Gen 2USB 3.2 Gen 1Thunderbolt 3
行銷名稱SuperSpeed USB 20GbpsSuperSpeed USB 10GbpsSuperSpeed USB 5Gbps-
傳輸速率20Gbps10Gbps5Gbps40Gbps*
理論頻寬2461MB/s1230MB/s500MB/s4923MB/s*
連接器USB Type-CUSB Type-C / Type-AUSB Type-C、Type-AUSB Type-C

* Thunderbolt 3 資料通道傳輸速率僅 22Gbps,理論頻寬約等於 2707MB/s。

ASMedia 於 Computex 2019 展出 USB 3.2 Gen 2×2 相關產品,隨後推出控制器有 ASM3242 與 ASM3241 兩款,差異在於系統匯流排介面為 PCIe 3.0 x4 和 PCIe 3.0 x2 之分。而同步推出的首款裝置用橋接器 ASM2364,為 USB 3.2 Gen 2×2 轉 PCIe 3.0 x4 NVMe 介面規格,主要是針對外接儲存應用所開發。

ASMedia ASM3242 控制器。
ASMedia ASM2364 橋接器。

如同以往,關鍵的控制器獲得主機板廠商採用,最能勾引起使用者的興趣。ASUS 去年底推出 ROG Rampage VI Extreme Encore(Intel X299 晶片組)等 HEDT 主機板,首開先例導入 ASMedia 解決方案,到了近期的 Intel 第 10 代 Core 系列主流性能桌上型平台,ASUS 連同 MSI 等幾家更擴大導入,另外如 GIGABYTE 則選擇推出擴充介面卡。

左 ASUS ROG Maximus XII Extreme、右 MSI MEG Z490 Ace 同樣採用 Intel Z490 晶片組。
USB 3.2 Gen 2×2 介面一律採用 USB Type-C 連接器。

東風起自然還需要最佳配角,所能購買到的周邊裝置最佳代表組,莫過於 Seagate 和 Western Digital 所推出外接固態硬碟,皆已經相繼開賣不等時間。藉這水到渠成機會,我們借來 Seagate FireCuda Gaming SSD 和 Western Digital WD Black P50 Game Drive 兩款產品 1TB 容量版本,運上手上支援這新式介面的主機板,進行性能測試體驗與相關兩三事探討。以下先行產品簡介~

 

Seagate FireCuda Gaming SSD

FireCuda Gaming SSD 標示尺寸 104.4 x 52.5 x 10mm,個頭明顯比 WD Black P50 Game Drive 小一些,除了外觀線條也更簡單、俐落,金屬外殼還使用皮革漆提升觸感。風格相對細緻之餘,Seagate 另外藉由加入可自訂的 RGB 燈光功能,使得電競、遊戲感更加濃厚,確實很能吸引到目光。

由於 USB 3.2 Gen 2×2 橋接器支援 PCIe 3.0 x4 NVMe 介面,自然而然是搭載自家 FireCuda 系列固態硬碟,猜想應為 FireCuda 510 SSD 這款產品,頂多只是更改了名稱。可選容量有 500GB、1TB、2TB 等 3 種,出廠預設採用 NTFS 檔案系統格式化,並且預載 Start Here 前導程式軟體。

Start Here 作用是引導進行產品註冊,而後能自由決定,是否安裝 Toolkit 等工具軟體。Toolkit 可用來設定燈效,允許調節亮度、開 / 關、選擇色彩,惟預設只有閃爍、呼吸、頻譜等 3 種發光模式(另可自訂)。而 Sync Plus 資料備份 / 同步功能,是針對特定或自訂檔案目錄來進行,並不支援系統映像備份。

Seagate FireCuda Gaming SSD - Software (3)
Seagate FireCuda Gaming SSD - Software (4)
Seagate FireCuda Gaming SSD - Software (1)
Seagate FireCuda Gaming SSD - Software (2)
Seagate FireCuda Gaming SSD - Software (3) Seagate FireCuda Gaming SSD - Software (4) Seagate FireCuda Gaming SSD - Software (1) Seagate FireCuda Gaming SSD - Software (2)

市場參考價格:
500GB $5,990
1TB $8,490
2TB $15,490

 

Western Digital WD Black P50 Game Drive

WD Black 家族產品都是針對遊戲玩家最佳化設計,所以採用全金屬材質構成外殼的 WD Black P50 Game Drive,外觀線條看來較為粗曠、帶有工業風,體整上堅固性與輔助散熱也兼具。規格標示尺寸 118 x 62 x 14mm,它的塊頭稍微偏向中、大,能承受衝擊又耐用看來是 Western Digital 首要考量。

WD Black P50 Game Drive 會是裝配哪款固態硬碟,工具軟體判讀顯示為 WD Black SN750E,應該是由 WD Black SN750 換個名稱而來。產品提供 500GB、1TB、2TB 容量選擇,出廠預設採用 exFAT 檔案系統格式化,跨平台相容 Windows、Mac OS、PlayStation、Xbox One 環境,惟並未預載也沒有任何附加軟體提供下載。

市場參考價格:
500GB $5,590
1TB $8,790
2TB $15,490

 

基準性能測試 & PCIe 頻寬須知

寫在測試之前,USB 20Gbps 傳輸速率固然看似美好,還得留意應用在主機板上產生的差異。這類控制器得透過 PCIe 匯流排連接至主機板的晶片組,ASM3242 雖說是 PCIe 3.0 x4(即 32Gbps)規格,然而配置在 Comet Lake-S 這類主流性能平台,實務上可能只會分配到 2 條 PCIe 3.0 通道(即 16Gbps)。

ASM3242 應用於主流性能平台主機板實例:僅分配得 2 條 PCIe 3.0 通道,也就是只有設計規格的一半。

在此條件下,ASM3242 聯外頻寬和 PCIe 3.0 x2 規格的 ASM3241 無異,即便 USB 端毫無疑問仍以 20Gbps 速率連結、傳輸資料,資料吞吐終究會受限於 20Gbps vs. 16Gbps 這樣的落差。由於速度折損率大約 20%,經廠商確認實際最高傳輸速度只能達到 1,600MB/s 上下,可別以為是儲存裝置廠商誇大宣稱 2,000MB/s。

ASM3242 獨立介面卡:依照設計規格取用 4 條 PCIe 3.0 通道。

其一範例為 ASUS ROG Maximus XII Extreme,線路配置只給予 2 條 PCIe 通道,因此實際速度表現和選用 ASM3241 的 MSI MEG Z490 Ace / MPG Z490 Gaming Carbon WIFI 相當。不過既然我們題目的出發點,是選擇以 Comet Lake-S 來組建測試平台,因此仍以使用 ROG Maximus XII Extreme 測得數據當主要代表組。

ASUS ROG Maximus XII Extreme。
GIGABYTE GC-USB 3.2 GEN2X2。

測試平台

  • 處理器:Intel Core i9-10900K
  • 主機板:ASUS ROG Maximus XII Extreme
  • 記憶體:Klevv Cras X RGB DDR4-3466(8GB x 2 Kit)
  • 系統碟:Plextor M8PeG 512GB
  • 資料碟:Western Digital WD Black SN750 1TB
  • 作業系統:Microsoft Windows 10 Pro 64bit

我們另外也找來採用 ASM3242 控制器的獨立介面卡,所得數據供大家參考比較,可藉此驗證前述的介面頻寬論述。回歸到主題部分,Seagate 與 Western Digital 這兩款產品雖說橋接器一樣,速度發揮除了受到 USB 20Gbps 這道屏障限制,也由於所裝配的固態硬碟模組不同,所以整體看來互有勝出之處。

USB 3.2 Gen 2x2 Portable SSD - Benchmark (7)
USB 3.2 Gen 2x2 Portable SSD - Benchmark (8)
USB 3.2 Gen 2x2 Portable SSD - Benchmark (5)
USB 3.2 Gen 2x2 Portable SSD - Benchmark (6)
USB 3.2 Gen 2x2 Portable SSD - Benchmark (7) USB 3.2 Gen 2x2 Portable SSD - Benchmark (8) USB 3.2 Gen 2x2 Portable SSD - Benchmark (5) USB 3.2 Gen 2x2 Portable SSD - Benchmark (6)
USB 3.2 Gen 2x2 Portable SSD - Benchmark (11)
USB 3.2 Gen 2x2 Portable SSD - Benchmark (12)
USB 3.2 Gen 2x2 Portable SSD - Benchmark (9)
USB 3.2 Gen 2x2 Portable SSD - Benchmark (10)
USB 3.2 Gen 2x2 Portable SSD - Benchmark (11) USB 3.2 Gen 2x2 Portable SSD - Benchmark (12) USB 3.2 Gen 2x2 Portable SSD - Benchmark (9) USB 3.2 Gen 2x2 Portable SSD - Benchmark (10)
USB 3.2 Gen 2x2 Portable SSD - Benchmark (3)
USB 3.2 Gen 2x2 Portable SSD - Benchmark (4)
USB 3.2 Gen 2x2 Portable SSD - Benchmark (1)
USB 3.2 Gen 2x2 Portable SSD - Benchmark (29)
USB 3.2 Gen 2x2 Portable SSD - Benchmark (3) USB 3.2 Gen 2x2 Portable SSD - Benchmark (4) USB 3.2 Gen 2x2 Portable SSD - Benchmark (1) USB 3.2 Gen 2x2 Portable SSD - Benchmark (29)

另外也可看出 PCIe 頻寬對主控制器的影響,在 ROG Maximus XII Extreme 主機板上最佳速度只到 1,7xxMB 左右,但連接至頻寬充足的獨立介面卡可達 2,0xxMB/s 之譜。比較特別的地方在 PCMark 10 儲存測試,FireCuda Gaming SSD 設定、調校明顯較佳,因此得以樂勝 WD Black P50 Game Drive。

 

檔案傳輸測試 & 潛在問題

那麼真實檔案傳輸表現是又如何呢?以約等 9.9GB 容量的單一影片檔案為例,在基礎平台 ROG Maximus XII Extreme 寫入速度約可達 1,4xxMB/s,換用獨立介面卡可提高到 1,7xxMB/s。相較於 USB 3.2 Gen 2 介面產品,一般約 8xx~9xxMB/s 不等速度而言,Seagate 與 Western Digital 這兩款產品的效益相當明確。

單一大檔容易呈現出最佳速度,不過試想這類型產品的潛在消費族群,除了廠商所設定熱血遊戲玩家這標的,專業工作者應該同樣會感到興趣。所以我們也試驗了相機 RAW 檔案傳輸,至於像是錄影片段之類應用,前面單一檔案應該足以作為參考範例,而最後當然也少不了遊戲目錄、零散檔案傳輸試驗。

在遊戲等傳輸試驗過程中,我們遭遇到一些不明問題,容易發生錯誤、裝置動輒異常離線等現象。經過反覆試驗、更換主機板 / 裝置、向主機板廠回報,最後在主機板廠與 ASMedia 協助之下,總算釐清了問題點。ASMedia 表示,早在前幾個月就有接獲類似案例通報,經內部加緊進行測試、除錯之後,陸續做出一連串改善計畫。

傳輸檔案可能遭遇錯誤、裝置斷線示意。

 

ASMedia 指出,內部測試超過 10 萬筆資料,只有 3 筆左右發生類似問題,因此認為這機率算是很低。經過研究分析,該問題是資料封包、控制訊號識別錯誤所導致,而且只會發生在 20Gbps 連線速率下。由於 ASM3242、ASM3241、ASM2364 的積體電路設計基礎相同,因此普遍有這個潛在問題,而發生機率是和使用行為有所關聯。

以 Windows 檔案總管為例,當出現傳輸速度掉至 0,通常代表晶片是有潛在問題的版本。
以 FastCopy 為例,可以看到 I/O 裝置錯誤這樣的訊息。

ASMedia 衡量各種解決方式之後,選擇釋出修正版韌體、生產修正版產品,先前已經提供給客戶進行測試、驗證。其修正版韌體部分,是針對早先生產的控制器與橋接器產品發布,屬於應急的解決方案。因為實務上仍然會出現問題,ASMedia 做法是當裝置斷線後重新連線時,將連線速率降至 10Gbps 來因應。

因此像是使用 Windows 檔案總管來傳輸檔案,一旦遇到像上面圖例的錯誤狀況,只要按下重試(R)應該還是可以順利完成傳輸作業。不過還得留意,當電腦重新開機之後會回復預設值,仍然以 20Gbps 速率來連線。另外像使用 FastCopy 這類工具軟體,實際情況可能會稍有差異,由於變數略多所以這部分姑且不細說。

發生錯誤後重新連線,修正版韌體自動降速至 10Gbps 速率,傳輸速度將受到限制。
相同檔案、複製模式,以 20Gbps 傳輸速率運作的表現。

向廠商確認得知,如 ASUS ROG Maximus XII Extreme、ROG Strix B460-I 主機板,以及 GIGABYTE GC-USB 3.2 GEN2X2 介面卡等產品,市售版本都正好趕上換用新版控制器來生產。至於 MSI 情況雖然大致上相同,但牽扯到生產批次這個變數,只能照本宣科說,後來出廠的貨也都換用新料件進行生產。

而橋接器部分 ASMedia 指出,更換進度得視各家廠商的產品去庫存速度、生產計劃而定,市場上流通的貨品可能都是舊版橋接器。Seagate 方面針對這個潛在問題,在官網發布訊息、提供應變方案,並為 Seagate Toolkit 加入相容性模式(Compatibility Mode)選項,其作用是將連線速率強制降至 10Gbps,以減少使用者的困擾。

Seagate 官方參考資訊:Seagate FireCuda Gaming SSD 忽然連線中斷或出現 I/O 錯誤

晶片搭配關係式新版橋接器舊版橋接器
新版控制器
舊版控制器

△ 已更新修正版韌體仍有潛在問題,發生機率難以量化。

由於當下處於新、舊版本晶片交替時間點,得留意混搭依然會遭遇問題,這是控制器所獲得 PCIe 頻寬影響性之外,你也應該關注的一點。雖然說 ASMedia 即時做出補救,更不計成本的投產新版晶片,也難掩發生機率其實不算低這點。畢竟我們所使用檔案範本,是通俗的遊戲目錄(如 Steam、Uplay 平台),以及裝置驅動程式等。

總之在 ASMedia 與 ASUS 協助之下,我們的檔案傳輸試驗並未就此打住,以下就換用雙方所提供新的樣品來進行,也可藉此驗證前述問題是否依然可能發生。以下列舉 4 款遊戲、零散檔案的傳輸表現讓大家參考,For Honor 遊戲目錄內多為大型檔案,很合理達到 1,360MB/s 或以上速度,零散檔案情況相反因而傳輸速度合理的較慢。

Ashes of the Singularity Escalation:9,295 個檔案、總和約 22.6GB。 F1 2019:17,769 個檔案、總和約 39.9GB。 For Honor:355 個檔案、總和約 57GB。 Tom Clancy’s The Division 2:2,496 個檔案、總和約 67.3GB。零散檔案:11,751 個檔案、總和約 10.3GB。

(編按:ROG Maximus XII Extreme 媒體樣品是採用舊板控制器生產,所以 ASUS 更換成市售版以利於進行測試。而 ASMedia 所提供新版橋接器樣品,不諱言是以 WD Black P50 Game Drive 改裝而來 )

 

與 Thunderbolt 3 相比經濟又實惠

這篇文章的主角 FireCuda Gaming SSD 與 WD Black P50 Game Drive,在一般運用看來會是 WD Black P50 Game Drive 稍占上風,如果想玩 Windows To Go 之類應用,那麼 FireCuda Gaming SSD 應該會更理想。前面並未提及運作溫度,WD Black P50 Game Drive 概略觀察到 61°C  左右,和 FireCuda Gaming SSD 的差異可能大約只有 5°C 。

個人先前在網路爬文看到有人提起,搶鮮入手產品卻在傳輸檔案時出現問題,直覺上認為是裝置過熱而導致斷線。我們以為這機率應該不大,畢竟固態硬碟本身有過熱保護機制,應當能承受 70°C 或以上的運作溫度。當超過臨界點一般是會降速保護,而非放任它運作異常、斷線,所以推測關鍵很可能是 ASMedia 解決方案那潛在問題。

總和來說,USB 3.2 Gen 2×2 是具有相當吸引力,它能讓外接固態硬碟的存取速度未遜色於 Thunderbolt 3 多少,購置擁有花費卻相對低廉了許多。此外 Thunderbolt 4 與 USB4 這兩個新規範,也都將 USB 3.2 Gen 2×2 納入支援行列之中,所以它並不會只是曇花一現,心動嗎?

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