裸族のお立ち台USB3.0が2台とも不調、UASP関連か?

毎日使っていた裸族のお立ち台USB3.0ですが、最近、、、と言っても一ヶ月くらい前の事ですが、突然2台とも不調になりました。

筆者は普段Windows7を使っていますが、不調に成り始めたのはWindows8.1 の評価版をインストールして試していた頃です。

以下は2年半前に筆者が試した時の対応表ですが、この様に、裸族のお立ち台USB3.0はUASPに非対応かつSATA2と初期のものなので、8.1評価版との相性が悪くて突然不調に成り始めたのかも?という気がしています。お立ち台は使いやすかったので日常的に毎日使っていましたが、ほんとに突然2台とも不調になったのです。しかも、不調なのはUSB3.0で接続した時だけでUSB2.0で接続すると問題無いので、そこがまた原因究明したくなる理由でもあります。
WIN8USPFRMETC.png

原因は未だ調べていませんが、2台が殆ど同時に動作不良を起こし始めたので、ハード的な故障ではなくWindowsUpdateに起因するものか、Windows8.1に起因するものではないか?という気がするのです。

代わりに2台購入した[クラシック スタイル]Inateck USB3.0は約一ヶ月毎日使ってみて好調ですが、少しアクセスしないとHDDが勝手に休止状態に成るので復帰に時間がかかりもたつくのが難点です。けどアクセス中はお立ち台より早いので、まぁいいかな・・・

とは言えやはり、お立ち台が2台とも突然不調に成り始めたのは原因究明したいですね。そして出来れば復活させたいです。
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玄人志向 USB3.0RX4-P4-PCIE レビュー #2

玄人志向 USB3.0RX4-P4-PCIE 2回目のレビューです。
1回目のレビューはこちらを御覧下さい。

今回は実際に組み込んで動作検証をしてみます。
検証しながら記事を随時更新してゆきます。
筆者の様に2CPU(又はそれ以上)の環境で利用される場合は、予めこちらの知識が必要です。

最初に15号機のSpeedDragon EU306C(Renesas μPD720201)と交換してみたところ難なく認識し、RocketUの時に起きたDMAコントローラのドライバが見付からない現象は起きませんでした(ブリッジが異なりDMAは非搭載ですから当然の事ですが)。
μPD720201とμPD720202はドライバが共通なのでWin7環境で自動的にドライバのインストールが完了してくれました。

Firmwareのバージョンは2.0.1.8ですから最新と思われる2.0.2.0より若干古いですが、より古いものと比べればかなりマシなバージョンだと思います。
U3RX4P4_DefFirmware.jpg
このFirmwareのまま更新せずにScanSnap iX500を接続してみましたがこの時の様な事態は起きず難なく正常認識してくれました。
StationDriver等で配布されている最新の2.0.2.0は、そのまま適用しようとしても適用出来ません。
Firmware更新手順は
1)Updateツール(W201FW20.exe)を入手
2)Firmware 2.0.2.0の更新プログラムを実行し3)の後に終了
3)実行途中に出来る解凍ファイルからUPDATE.memを取り出す
4)UPDATE.memをK2020130.memにリネーム
5)W201FW20 を1回実行するとデバイスのリストが表示される。
  例:
   C:\TEMP>W201FW20
   Bus:0x83 Device:0x00 Function:0x00
   This Device is uPD720202(Revision 2).
   Bus:0x84 Device:0x00 Function:0x00
   This Device is uPD720202(Revision 2).
   Bus:0x85 Device:0x00 Function:0x00
   This Device is uPD720202(Revision 2).
   Bus:0x86 Device:0x00 Function:0x00
   This Device is uPD720202(Revision 2).
  このリストを参照して下記の様に/address指定でBus番号-Device番号-Function番号を書く
  C:\TEMP>W201FW20 /srom 0 /address 83-00-00 /write K2020130.MEM
  これをデバイスの数だけ実行する。
  最後に再起動。
これでFirmwareの更新が出来ます。(自己責任で願います)

ところで、テスト中にBSOD発生ですorz 15号機でのBSODはこの時以来です。
もしかしたらInterrupt Affinity Policy Toolを使ってデバイスの設定を変更しつつ個別にデバイスの再起動をしていた為こうなったのかも?左記ツールを使っている時にOSのリブートを促す警告が出ていたので素直にPCを再起動していればBSODが発生しなかったかもしれません。再起動後は今のところ安定しています。もしくは1回目のハードレビューに書いた改造を施す前に起きましたので、そのままあれが原因かもしれません。
U3RX4P4_BSOD.jpg

USB3.0カードを交換した結果@Win7
SpeedDragonAndU3RX4P4_1SSD_CDM.jpg
この様に高速に成りました。
恐らくブリッジチップによるPCIe x4化が影響してPCIe Gen1.1のマザーボードでありながらGen2.0 x1と同程度の速度が出せたのではないかと思われます。USB3.0コントローラは一般的にPCIe Gen2.0 x1ですが、これをPCIe Gen1.1のマザーで利用すると帯域が半減する為マザーとUSB3.0コントローラ間の速度が低下してしまうのですが、x4ブリッジによりUSB3.0コントローラ本来の性能が出せたという事です。1台つないだだけではx4の効果はそれ以上にはならないと思います。

下のスクリーンショットは、15号機に2台接続したSSDに対してWin7環境でCrystalDiskMarkを同時実行した結果です。

15号機に付けていたコントローラSpeedDragon EU306C(Renesas μPD720201)に2台SSDを接続して同時計測した結果
SpeedDragon_2SSD_CDM.jpg

上記を玄人志向 USB3.0RX4-P4-PCIE(Renesas μPD720202 ×4)に変更して計測
U3RX4P4_2SSD_CDM.jpg
この様にシーケンシャルでは概ね2.5倍ほど高速に成りました。
※注意:この結果はPCIe Gen1.1世代のマザーボードかつWin7環境で出た結果です。Gen2世代以降のマザーでしたらもっと早いかもしれませんし、Win8にすればUASPの効果でもっと早いと思います。後ほどGen2世代以降のマザーでも試してみます。

一般的には複数同時に計測すると速度が半減します(実際にSpeedDragon EU306Cでは半減しています)が、玄人志向 USB3.0RX4-P4-PCIE では1台の時と全く速度に変化がありません。

ドライバワーカスレッドもデバイスと同数立ち上がり負荷分散出来ています。
U3RX4P4_2SSD_CDM_CPU.jpg
CPUコア0とCPUコア3がドライバワーカスレッド、コア4と5がCrystalDiskMark本体スレッドです。

3台同時計測
U3RX4P4_3SSD_CDM.jpg
3台同時ですとPCIe x4 Gen1.1がボトルネックに成り帯域が飽和しはじめたと思われ、個々のスコアが低下しはじめました。

4台同時計測
U3RX4P4_4SSD_CDM.jpg
4台同時ですと更に速度低下していますが、SpeedDragon EU306C(Renesas μPD720201)で測定した時と比べ帯域的には概ね4倍速の結果で順当というか、こちらがGen1.1なりの速度と言えそうです。逆に言うと3台同時や2台同時の時はブリッジが適切にトラフィックを制御した結果、PCIe Gen1.1環境でも速度向上してGen2の速度に近づいていると言えそうです。


以下、テスト計画ですが、計画通りにテストするかどうか未だ判りません。

動作環境1:15号機(Win XP-32Bit / 7-64Bit / 8Pro)
 この環境ではPCIe Gen1.1世代のマザーで4レーン(論理的な帯域1GB/s)を使った場合に、どれだけの性能を出せるか?検証してみます。期待値としてはデバイス2個ではUSB3.0の帯域上限(500MB/s)×2=1GB/sが達成出来ると嬉しいですね。

動作環境2:17号機(Win 7-64Bit / 8Pro)
 この環境ではSandyBridge-EPを使いPCIe Gen3.0世代のマザー&CPUを組み合わせてCPUと直結した場合に、互換性や、どれだけの性能を出せるか?を検証してみます。低クロックのCPUを使ってコア性能がボトルネックに成らないか?に焦点をあててみます。

動作環境3:13号機(Win 7-64Bit / 8Pro)
 この環境ではNehalemアーキテクチャのWestmare-EPを使ってPCIe Gen2.0最終世代の環境で、どれだけの性能を出せるか?を検証してみます。この世代のハイエンドCPUを使った限界性能を見てみようと思います。

検証内容:
 1)4ポート全てにSSDを接続、4つのCrystalDiskMarkを同時実行
 2)SSD間の大量コピーを行い速度を比較(コピーツール検討中)
 3)ScanSnap iX500 を USB3.0 で接続し互換性やスキャン速度を比較
 4)検証中の安定具合(認識不良、DPCLatency測定など)
 5)高負荷試験中は、常にHD動画を再生し支障が無いか検証
 ※HD動画を再生する理由は決して暇つぶしなどではありません!(と言う事にします)

検証に使うデバイス:
 1)CENTURY 1分BOX USB3.0 GREEN LINE + Intel SSD 330 60GB 4台
 2)PFU ScanSnap iX500 (USB3.0の相性が出易い)

玄人志向 USB3.0RX4-P4-PCIE レビュー #1

筆者の妄想が現実化したかの様な玄人志向 USB3.0RX4-P4-PCIE を入手しましたので、2回に別けてレビューしてみます。

1回目、外見から判る機能など
2回目、動作検証

今回は、1回目として、外観から判る機能をレビューしてみます。

USB3.0ポートの形状は、通常品を90度回転した様な構造です。
ブラケット側
この変わった形状にした理由は、LowProfileで4ポートを狙った為と思われます。
似たような形状の物として同じく玄人志向からUSB3.0F-P7-PCIeという製品が既に発売されています。この製品同様にPCケースと微妙に接触してしまいUSBケーブルを挿すのが難しいケースも有ると思います。その場合は、ヤスリ等で加工するか筆者の様な変態的な対応が必要に成るかと思われます。

表:
U3RX4P4表1

裏:
U3RX4P4裏1

電源部拡大:
U3RX4P4表2電源部
USB3.0ポートとは反対側に電源部があり、電源は2Way構造に成っていまして補助電源を挿さなくても動作する様に作られています※但し補助電源無しの状態でバスパワーを使ったSSDを3台以上接続すると不安定に成りました。不安定に成った理由と思われるものを後述していますが、補助電源を接続していればバスパワーのSSDを4台接続しても安定しています。
ジャンパ等による設定は不要で、ダイオードにより自動的に5Vバスパワーの供給元が切り替わる仕組みに成っています。
補助電源を接続しなかった場合は、PCI-Expressスロット側の12Vを5Vに降圧する回路が2系統組まれていて、各系統は最大2Aを流せるLA8500JGというLinearArtwork社製のステップダウンコンバータが搭載されています。各系統はそれぞれ2ポートのUSB3.0コネクタの5Vバスパワーに接続されていますので900mA×2ポート=1.8Aを流せる様に成っています。但し2系統のステップダウンコンバータの出力が並列に直接接続されていますので、出力バランスを崩して不安定に成る可能性が有りそうです。下の写真で0Ω抵抗の位置にダイオードを設置し、逆にダイオードの位置に0Ω抵抗を付ければ良いのではないか?と思います。後ほどダイオードを入手して改造してみます。
U3RX4P4表2電源部2
U3RX4P4表2電源部3
PCIe x4以上のスロット側12V電源は規格上の最大が2.1Aですから25Wです。これを効率80%で5Vに降圧しますと4Aに成りますので計算上は問題無いはずです。ちなみに搭載されているステップダウンコンバータのデータシートによりますと12Vを5Vに降圧した場合の変換効率は87~90%程度でした。つまりここでも余裕が有りますので補助電源無しでもバスパワーのSSDを3台や4台接続しても安定動作可能なはずですから、先述の並列に直結している事が原因で不安定に成るという推測があたっているのでは?ないかと思います。いづれにしろ改造後に再検証してみます。->ショットキーバリヤSS2040FLを購入し改造してみましたが快調です。補助電源無しでバスパワー接続のSSD4台が問題無く動きました。というか補助電源を付けていない訳ですから0Ω抵抗を外しただけでも良かった訳ですが、一応、補助電源も挿せる仕様のままにしたかったということで・・・

バスパワー用のバックアップコンデンサは、上の写真に写っている4個の電解コンデンサです。それぞれが各USBポートに接続されています。
スペースの問題からか?USBポートから一番遠い電源部に16V100μFのバックアップコンデンサが有りますので、位置的には最適と言い辛いですが、それを補うようにUSBポート直近の裏面に大容量チップコンデンサが搭載可能なパターンが作られています。但し実装は省略されています。
U3RX4P4裏4ホストコントローラ2
この空きパターンにはこの時購入した16V47μFのセキセラを取り付けてみました。

電源部裏面拡大:
U3RX4P4裏2電源部
電源部の裏側には5Vバスパワーの過電流保護回路が各ポート専用に設置されています。ポリマーPTCなのが少々残念ですが、無いよりはマシです。

続いてブリッジ部を見ていきます。
U3RX4P4表3ブリッジ
PLX TECHNOLOGY製のPEX8608という8ポートブリッジです。
このブリッジチップは8ポートを任意に割り当て可能なブリッジで、この製品ではスロット側に4ポート、コントローラ側に4ポートを振り分けてブリッジしています。
Rev2.0世代のブリッジですですが、Rev1.1世代の速度にも対応出来る物です。

ブリッジ裏
U3RX4P4裏3ブリッジ
ブリッジ裏側にはPERICOM製のクロックバッファが搭載されていて、表面の8ポートブリッジと連携して動作する様に成っています。
競合会社同士の製品を組み合わせて使っているのが面白いですね。
このクロックバッファは、Gen1.1世代とGen2世代の橋渡し(つまり、クロックを2倍或いは1/2に変換)の役割と、4個あるホストコントローラとブリッジチップの信号クロックをスロット側のクロックと同期する役割とを担っている様です。

最後に主役のホストコントローラです。
U3RX4P4表4ホストコントローラ
Renesas製μPD720202を贅沢に4個搭載し、各チップが各ポート専用に動作する仕組みに成っています。
U3RX4P4裏4ホストコントローラ
また、チップ裏面には型番不明(消えてしまっている?)ですが、ROMチップらしきものが4個付いています。恐らくファームウエア用のROMではないか?と思われます。

また冒頭にも書きましたが、ポート直近に5Vバスパワー用のバックアップコンデンサの空きパターンが有ります。もし動作が不安定に成った場合でFirmwareを最新にしても改善しない場合などには、ここに適切なコンデンサを追加すると安定するかもしれません。

と、ここまで見てきましたが、総合的に見てHighPoint社のRocketUシリーズが直接の対抗馬と成りそうです。
構造的にはホストコントローラがASMedia製とRenesas製という違いが有るだけで、他に顕著な差は有りません。
強いて言えば、USBポートの配置やカードの形状が異なる事と、ブリッジチップの型番末尾が8と9で若干異なる事、補助電源使える点でしょうか?両製品とも補助電源無しで利用出来るように降圧回路が組んでありますがRocketUにはあえて補助電源は付けない設計で、その代わりに(その位置に)内部ポートが有ります。
商業的にはHighPointブランドの丁寧な梱包で1万2千円の価格設定のRocketUと、玄人志向で若干粗雑(とはいえ玄人志向ブランドとしては丁寧な梱包=スポンジで挟んで輸送中の故障を防止している)で8千円前後の価格の本製品です。

ブリッジチップの比較
U3RX4P4表3ブリッジ比較2
HighPoint RocketUのブリッジにはDMAが搭載されていますが、このDMA用にはWindows向けドライバが用意されてない為Windowsでは機能しません。元々Mac用の製品ですから、Mac用にはDMAドライバが用意されているのかもしれません。
玄人志向 USB3.0RX4-P4-PCIE のブリッジにはDMAが有りませんが、機能しないDMAなど無い方が良いですし、アクセスレイテンシが若干短い為、こちらの型番の方がWindowsでは有利ではないかと思われます。

しかし、筆者的にはRocketU 1142Aと同じく内部ポートを設置してもらいたかったです。内部ポートが有れば、恐らく大量購入していたと思います。とは言え、ちょっと不格好に成ってしまいますがAINEX USB-112を使えば内部ポートに変更出来るので、これを使って15号機で継続利用しようかと思っています。

次回はRocketU 1142Aを含め他のUSB3.0ホストコントローラカードとのガチンコ対決をしてみようと思います。

USB3.0RX4-P4-PCIE

以前、筆者が妄想していたまんまの製品が登場しましたね・・・

この記事を書いてる現時点では未だ予約さえ出来ませんが、近日中には発売されるでしょう。
追記:
発売されましたので早速入手してレビュー記事を書きました。



※画像は玄人さんから拝借してます

当時の妄想をコピペして引用しますと
 ①USB3.0機器間の転送(コピーなど)で圧倒的な倍速コピー。
 ②話題のUASP(USB Attached SCSI)が標準ドライバで利用出来て更に最速。
 ③Gen1世代のPCIeスロットに挿してもGen2と同速の圧倒的な倍速コピー。
 ④競合製品(HighPoint RocketU)より安価かつ最高速
 ⑤Windows8ではインストール不要の全自動認識。
 ⑥LowProfile対応(交換式ブラケット付属)

全て実現しているのではないかと思われます。スゲー

但し、気に成る点が2つあります。
1:当時の妄想記事の冒頭でも簡単にふれていますが、検証した結果、ドライバに起因すると思われるボトルネックにより期待された性能が出ない可能性があります。
2:内部ポートが無い事orz

内部ポートが無い事は筆者的には致命的なんですが、一般的にはどうなんでしょうね・・・
とは言え少なくとも検証用に1個は買ってしまうと思いますw

以前検証した際のドライバに起因すると思われるボトルネックですが、HighPoint RocketUに使われているASMedia ASM1042のドライバは、4個ある物理チップ毎に個別のワーカスレッドが立ち上がり、それぞれ別のCPUコアに適宜処理が分散されていましたが、Renesasチップ搭載カードを複数挿して検証した時は、ドライバのワーカスレッドが一つしか起動せず、つまりハード的には帯域が分散されていてもドライバ側でソフト的な処理が分散出来ず、それがボトルネックに成り、CPUコア単体の処理能力がボトルネックに成っていました。

購入しましたら、このあたりを中心に検証してみようと思います。

CrystalDiskMark の結果と異なる実態 @ Win8 USB3.0

※この記事に掲載されておりますランダムアクセス(特に4K-QD32)の速度やCPU負荷は最大で40%程度の誤差が有ります。詳しくは双発電脳とUSB3.0プロトコルオーバーヘッドの記事を参照下さい。(シーケンシャルアクセスは2~5%程度の誤差です)


Win8でUSB3.0接続した2台のSSD間でファイルコピーの速度を計測してみましたところ、CrystalDiskMarkの結果とは異なる結果になりました。

特に筆者的に注目したいのがAREA OverFender2(VLI VL800)が予想に反して健闘した事と、AREA SportQuattro(Etron EJ198)が最下位だった事です。

AREA SportQuattro(Etron EJ198)は一般的なPCIe x1品より高速をうたうPCIe x4形状の製品ですから、この結果は想定外でした。この製品はUASP対応していないので、それが一つの要因に成っているかもしれません。

SSD_USB3_Copy4.png

当初の結果があまりに想定外だった為、ベンチマークの手順を統一して何度かやり直してみました。

1:Intel SSD Toolbox を使って Secure Erase を実行(SSD 2台とも)
2:MBR形式で全域に単一のプライマリパーティション作成
3:元に成るデータを1台のSSDへコピー
4:下記のバッチを実行
 time < nul
 xcopy F:\C G:\C /S /I /Q /B /J
 time < nul
 xcopy F:\M G:\M /S /I /Q /B /J
 time < nul
 xcopy F:\C G:\C2 /S /I /Q /B /J >&2 | xcopy G:\C F:\C2 /S /I /Q /B /J
 time < nul
 xcopy F:\M G:\M2 /S /I /Q /B /J >&2 | xcopy G:\M F:\M2 /S /I /Q /B /J
 time < nul

この様に手順を統一して17号機で実行しましたところ、動画コピーではどの製品にも差が無く一様に高速に成りましたが細かいファイルを多数コピーし始めると大きな差が出ました。


以下は比較のためにCrystalDiskMarkの結果です。

CDM1D1_UASP2.png

CDM4Q3.png
プロフィール

DualSocketTheWorld

Author:DualSocketTheWorld
自作を始めて20台目くらいになりますが、最初からデュアルソケット限定(始めた当時はデュアルスロット)で自作しており、近年になってAMD K6を試したくなりSocket7でK6-2+のシングル構成で組んだのがシングル初です。

シングルマザー(含:シングルソケットマルチコア)や4ソケット以上の自作は基本的にしませんし、メーカー製PCの改造も基本的にはしません(ノートPCのSSD化くらいはしますが・・・)

基本路線はワークステーションと呼ばれる分野での自作で、OSもWindows系であればProfesionalが主な対象に成ります。

ゲーマーの様なOverClockは行わず、WS路線としてハイエンドCPUとハイエンドGPUの組み合わせで定格或いはDownClockで発熱を抑えつつ、その時のアーキテクチャに置いて爆速かつ静音を目指し、30年以上の長期に渡り稼動状態をキープする事を目指します。

※基本的にリンクフリーです。どこでも自由にどうぞ。

※画像は時々変ります。

※お決まりの文章ですが、改造は個人の責任で行ってください。ここに記載された情報は間違いを含んでいる可能性が有り、それを元に製作や改造などをして失敗しても筆者は一切責任持てませんので悪しからず。

筆者略歴:
小学生時代にゴミ捨て場で拾ったジャンクテレビ数台を分解して部品を取り出し真空管アンプを自作、中学生時代にPC8801mkⅡsrでZ80アセンブラを始める。社会人になって初のプログラムは弾道計算、後に医療系・金融系プログラマ~SEを経て100~200人規模プロジェクトのジェネラルマネジャを数年経験、独立して起業。現在は不動産所得で半引退生活。
(人物特定を避ける目的で一部経歴を変更しています)

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