На максимальных скоростях: обзор проводных интерфейсов передачи данных

За последнее десятилетие объемы используемой информации, а равно и накопителей, ее хранящих, выросли в десятки раз. Сейчас уже, например, никого не удивишь жестким диском объемом в 3 ТБ, как и тем, что он может быть под завязку забит разнообразными, а главное, нужными пользователю данными. Вместе с ростом количества информации перед пользователями и разработчиками встала серьезная проблема: объемы растут, а скорость передачи остается прежней, следовательно, увеличивается время чтения/записи. Для решения этой проблемы была разработана новая версия USB-протокола (3.0) и фактически с нуля разработан интерфейс Thunderbolt. Есть и другие протоколы, обеспечивающие высокую скорость передачи данных, например IEEE 1394, более известный как FireWire, но, на наш взгляд, самыми перспективными для дальнейшей разработки и в то же время самыми удобными в использовании являются именно USB и Thunderbolt, не в последнюю очередь благодаря активному участию в их становлении и продвижении таких ИТ-гигантов, как Apple и Intel. Тем не менее, мы решили ознакомить вас не только с этими двумя лидерами, их основными возможностями и характеристиками, но и с несколькими другими интерфейсами, пользующимися заслуженной популярностью. 

USB 3.0: достойный правопреемник

Интерфейс USB был разработан в 1994–95 годах, однако массовую популярность приобрел в начале 2000-х годов с появлением интерфейса 2.0. Именно с этого времени производители стали активно оснащать свои устройства поддержкой этого интерфейса, а разработчики компьютерных корпусов стали выводить эти порты на передние и боковые панели (до этого USB-порты присутствовали только на задних панелях, вместе с остальными портами материнской платы) для быстрого доступа к ним. Пропускной способности USB 2.0 вполне хватает для работы периферийных устройств (мыши, клавиатуры, принтеры, сканеры, игровые манипуляторы и т. д.). А вот для накопителей, в связи с все возрастающими объемами данных, которые хранятся на ПК и серверах, и объемами самих накопителей, скорости 2.0 уже не хватает. Запись 1 ТБ информации по 2.0 занимает около 8–10 часов, а на рынке уже присутствуют накопители объемом до 3 ТБ — на заполнение такого накопителя по USB 2.0 займет примерно сутки или даже больше.

Поэтому ведущие ИТ-компании (Intel, Microsoft, Hewlett-Packard, Texas Instruments, NEC и NXP Semiconductors) занялись разработкой новой — 3.0 — спецификацией интерфейса, которая появилась в 2008 году. В этой спецификации разъемы и кабели физически и функционально совместимы с USB 2.0. Кабель USB 2.0 содержит в себе четыре линии — пару для приема/передачи данных, плюс и ноль питания. В дополнение к ним USB 3.0 имеет еще четыре линии связи (две витых пары), в результате чего кабель стал гораздо толще, а скорость передачи данных в нем возросла в 10 раз. В этом контексте важно отметить, что при подключении по USB 3.0 ограничивающим фактором в большей мере является уже скорость самого носителя. Именно по этой причине во внешних USB-накопителях стало актуальным использование не только жестких дисков, но еще более скоростных SSD-дисков (тест накопителей с поддержкой USB 3.0 читайте в hi-Tech PRO 1-2/2012). А у производителей флешек появился смысл оснащать свои продукты высокоскоростной флеш-памятью.

Версия 3.0 отличается не только более высокой скоростью передачи информации, но и увеличенной силой тока с 500 мА до 900 мА. Отныне пользователь сможет подпитывать от одного хаба большее количество устройств, а сами устройства во многих случаях смогут избавиться от отдельных блоков питания.

Что же касается будущего данного интерфейса, то можно смело предположить, что ближайшие несколько лет он будет мирно сосуществовать со своим 2.0-предшественником.

Порты и шнуры спецификации USB 3.0 обозначаются голубым цветом (на фото — слева коннектор USB 2.0, справа — USB 3.0)

Разработчик: Intel, Microsoft, Hewlett-Packard, Texas Instruments, NEC, NXP Semiconductors

Сайт: http://www.usb.org/home

Внедрен: повсеместно — ПК, ноутбуки, жесткие диски

+ высокая скорость

+ совместимость с более ранними версиями

+ наличие питания

— проигрывает в скорости конкурентам

Thunderbolt: технологический блицкриг

Еще один перспективный интерфейс передачи данных называется Thunderbolt (удар молнии), разработанный корпорацией Intel на базе технологии DisplayPort и представленный на рынке компанией Apple. Позиционируется как замена существующих проводных интерфейсов, таких как USB, SCSI, eSATA, FireWire и DVI. Интерфейс этот довольно молод — он был представлен корпорацией Intel на IDF 2009 и носил название Light Peak, а уже в мае 2010 года корпорация Intel впервые продемонстрировала компьютер, использующий технологию Light Peak. В феврале 2011 года интерфейс был официально представлен компанией Apple и на данный момент используется в ее ноутбуках, десктопах, мониторах, а также внешних накопителях и устройствах видеозахвата.

Пропускная способность интерфейса Thunderbolt составляет 10 Гб/с, что более чем в два раза выше, чем USB 3.0. Такая высокая скорость передачи данных достигается благодаря использованию в интерфейсе двух технологий — PCI Express и DisplayPort. Благодаря PCI Express с помощью одного кабеля Thunderbolt можно связать сразу несколько устройств. На практике это позволяет подключить несколько высокопроизводительных внешних дисков, устройство захвата видео и даже монитор к одной цепочке Thunderbolt. При этом сохраняется максимальная пропускная способность канала, а также двунаправленная передача данных (интерфейс DisplayPort может подавать однонаправленный видеосигнал на дисплеи разрешением более 1080p и поддерживает одновременную передачу до восьми звуковых каналов). При помощи кабеля Thunderbolt можно передавать и питание на устройства — мощность составляет 10 Вт. Такая мощность, конечно, не сравнится с USB 3.0, но в Intel работают над увеличением мощности.

К недостаткам интерфейса можно отнести (пока) дороговизну использования: так, первый оптический кабель Thunderbolt (до этого использовались медные с существенным ограничением по длине до 3 м; оптика же позволяет увеличить длину кабеля до 20 м без потери в скорости передачи данных) от Sumitomo Electric стоит 50 евро, а также относительную закрытость — как уже упоминалось выше, пока с Thunderbolt могут работать только десктопы и ноутбуки производства Apple.

Что же касается других устройств, то на рынке уже присутствуют жесткие диски с поддержкой этой технологии (на CES 2012 был представлен SSD-диск от Elgato, скорость передачи данных в котором составляет до 6 Гб/с), а также адаптеры для винчестеров, например Seagate GoFlex Thunderbolt Adapter для жестких дисков той же линейки.

В целом же, в обозримом будущем Thunderbolt составит серьезную конкуренцию USB 3.0 в сегменте накопителей, построении RAID-массивов, видеомонтаже и других подобных сферах. Однако полностью вытеснить этот формат у него вряд ли получится. Согласитесь, клавиатура, подключенная по протоколу со скоростью передачи данных 10 Гб/с, будет выглядеть так же глупо, как двигатель гоночного болида, установленный на велосипед.

Схема передачи данных при помощи PCI Express и DisplayPort в интерфейсе Thunderbolt

*** илл GoFlex Desk Thunderbolt Rear Left_Hi-Res.jpg

Для работы жестких дисков Seagate серии  GoFlex по интерфейсу Thunderbolt необходимо использовать специальный адаптер

Разработчик: Intel

Сайт: http://www.intel.com/content/www/us/en/io/thunderbolt/thunderbolt-technology-developer.html

Внедрен: продукция Apple (монитроры, ноутбуки, десктопы), некоторые жесткие диски

+ наивысшая скорость передачи данных

+ возможность создания цепочек устройств

— низкая распространенность

— дороговизна

— слабое питание

eSATA: друг внешнего накопителя

В свое время самым популярным и распространенным интерфейсом для подключения жестких дисков и оптических приводов к материнской плате ПК являлся АТА, пока не был вытеснен более скоростным и удобным SATA-интерфейсом, скорость которого на момент появления составляла до 1,5 Гб/с, а на сегодняшний день (SATA Revision 3.1) — до 6 Гб/с.

Главным неудобством при работе с ним является то, что порты располагаются непосредственно на материнской плате (длина шнура составляет максимум 1 м), а сам интерфейс не поддерживает режим горячей замены устройств (то есть для подключения нового устройства необходима перезагрузка компьютера) из-за чего подключение новых устройств сопряжено с некоторыми трудностями.

Для преодоления этих неудобств был разработан интерфейс eSATA. Его разъем сконструирован иначе, чем обычный SATA, вследствие чего интерфейсы физически не совместимы. Тем не менее, такая особенность имеет и ряд преимуществ. Например, разъемы eSATA менее хрупкие и конструктивно рассчитаны на большее число подключений, чем SATA. Интерфейс не предназначен для передачи питания, а значит, придется подключать дополнительный шнур. Это может быть в том числе и USB — так как скорость eSATA выше, чем даже USB 3.0 (как уже упоминалось выше, до 6 Гб/с), такая модель работы имеет смысл, особенно если внешний накопитель, подключаемый через eSATA, имеет внушительный объем. К слову, проблема питания была решена компанией MicroStar, которая создала новый вид eSATA-разъема, совместив eSATA (для данных) с USB (для питания). Новый вид разъема получил название Power eSATA, или eSATAp. Правда, в отличие от обычного eSATA, распространенного повсеместно, этот интерфейс пока встречается намного реже. Одна из причин такого положения вещей — отсутствие стандартизации; под разными именами он может быть на ноутбуках практически всех производителей, на материнских платах ASUS, GIGABYTE, MSI и некоторых других, на передних панелях некоторых корпусов. Также существенная проблема заключается в том, что существует несколько версий eSATAp с разной мощностью питания. Так, разъемы eSATAp 5v не смогут питать 12v HDD. Если же интерфейс будет стандартизирован и внедрен массово, мы получим еще одного серьезного конкурента для USB.

Обычно eSATA-порт выносится на корпус ПК или ноутбука и располагается рядом с USB

Разработчик: SATA-IO

Сайт: http://www.sata-io.org/technology/esata.asp

Внедрен: повсеместно — ПК, ноутбуки, жесткие диски

+ высокая скорость передачи данных

— не передает питание

— физически не совместим с SATA

 

FireWire: с прицелом на видео

Интерфейс IEEE 1394 (более известный как FireWire, а также i.LINK, mLAN, Lynx, SB1394; разные компании называют его по разному, но мы для удобства будем пользоваться самым популярным названием FireWire) — довольно медленный (по сравнению с другими высокоскоростными интерфейсами, в популярной спецификации FireWire 1600 — 1,6 Гб/с), но, тем не менее, популярный протокол передачи данных, не только позволяющий строить гигантские локальные сети (в спецификации EEE 1394.1 — до 64 449), но и активно использующийся при работе с видео. Причина такой популярности проста: разъемами FireWire оборудовано большинство современных цифровых видеокамер, как любительских, так и профессиональных, что делает этот стандарт неким эталоном при использовании этих устройств.

Кроме того, важнейшим элементом стандарта FireWire является поддержка изохронных устройств. В изохронном режиме данные передаются от устройства к узлу в режиме реального времени с гарантированной шириной полосы пропускания и без коррекции ошибок. На практике это означает, что такое устройство, как цифровая камера, может потребовать от компьютера обеспечения для себя достаточной полосы пропускания, чтобы передавать на этот компьютер несжатый видеосигнал в реальном времени. После того, как соединение FireWire между камерой и компьютером перешло в изохронный режим, камера может отправлять видео на компьютер стабильным потоком, и ничто не будет мешать данному процессу. Это позволяет передавать сигнал быстро, а также избежать каких-либо ошибок при передаче. При этом допускается редактирование видео непосредственно на устройстве памяти видеокамеры — благодаря работе в изохронном режиме данные на камере будут редактироваться и перезаписываться без потери качества. Кроме того, длина кабеля FireWire может достигать 100 м, что находит применение в профессиональных студиях при работе с крупногабаритным оборудованием.

Обычному же пользователю такие возможности, скорее всего не понадобятся, поэтому порт FireWire на обычных десктопах и ноутбуках встречается относительно нечасто.

Разработчик: Apple, Sony, Yamaha, TI, Creative

Внедрен: средне — иногда встречается на ПК, ноутбуках, повсеместно — на видеокамерах

+ один из лучших вариантов для передачи видео

+ возможность использования в одном узле гигантское количество устройств

+ длина кабеля

— самая низкая скорость передачи данных среди всех обозреваемых интерфейсов

— редко встречается на ПК и ноутбуках

— полные возможности раскрываются целиком только в профессиональном сегменте

Владислав Миронович