Flaschenhals für SATA 6G und USB 3.0

USB 3.0 mit 5 GBit/s und SATA mit 6 GBit/s halten bald Einzug im Mainstream-Segment – doch kann auch das Systemdesign die zusätzliche Bandbreite bieten? Wir haben drei Implementierungen verglichen und geben Empfehlungen.

2010 steht ganz im Zeichen der Erhöhung der Bandbreite für Speicherprodukte und Peripheriegeräte. SATA mit einer Übertragungsrate von 6 Gbit/s verspricht eine schnellere Anbindung für neue Solid-State-Laufwerke (SSDs) und Festplatten. Zudem werden wir auch außerhalb des PCs immer mehr USB 3.0-Lösungen zu sehen bekommen, mit denen Daten bei maximaler Gesschwidigkeit der Speichergeräte hin- und herbewegt werden können. Derzeit noch bestehende Flaschenhälse werden von der Bildfläche verschwinden – allerdings nur theoretisch, da einige Designs dem ganzen schlichtweg nicht gewachsen sind.

USB 3.0 und SATA 6G – Hardware

Endgeräte und Controller-Hardware für USB 3.0 und SATA 6G sind bereits seit einigen Monaten erhältlich und dürften in den nächsten Tagen und Wochen auch verstärkt auch für die breite Masse verfügbar sein. NEC hat als erster Hersteller einen USB 3.0-Controller (µPD720200) auf den Markt gebracht. Die Abwärtskompatibilität zu USB 2.0 wird von Anwendern als selbstverständlich erachtet und uns ist auch noch kein USB 3.0-Gerät untergekommen, das nicht zu  USB 2.0 abwärtskompatibel gewesen wäre. GDA hat Design-Pläne in der Schublade und VIA bietet ebenfalls USB 3.0 Hub-Controller an, wobei weitere Designs sicherlich bald folgen. Was SATA 6G angeht, ist die Situation ähnlich. Der 88SE9123 von Marvell ist hier der dominierende Chip und die gesamte Speicherindustrie konzentriert sich dieses Jahr auf die Umstellung von 3 auf 6 Gbit/s. Allerdings können nicht alle Systeme die notwendige Bandbreite liefern.

PCI Express – Bandbreiten-Probleme

Das Problem ist nicht die Verfügbarkeit der Produkte, sondern es sind die Anschlüsse und die Bandbreite. Solange USB 3.0 und SATA 6G nicht in Mainstream-Chipsätze integriert werden, wird es sich dabei weiterhin lediglich um Add-On-Geräte handeln, für die ein entsprechendes Interface erforderlich ist. Das Interface ist hierbei für gewöhnlich PCI Express, das in zwei verschiedenen Geschwindigkeiten verfügbar ist: PCI Express 2.0 bietet einen Durchsatz von 500 MB/s pro Lane und PCI Express 1.x noch 250 MB/s. Hier wird deutlich, dass eine einzelne Lane die maximale Bandbreite von 600 MB/s bei SATA 6G oder USB 3.0 nicht liefern kann. Die 500 MB/s-Bandbreite von PCIe 2.0 gilt als angemessen.

Die PCI Express 2.0 Anschlüsse in bestehenden Chipsätzen wurden hauptsächlich für PCI Express-Links mit 16 Lanes eingesetzt, um so eine ausreichende Bandbreite für Grafikkarten zu bieten. Fast alle Mainstream-Chipsätze bieten für die Grafik 16 PCI Express 2.0-Lanes; Chipsätze der Enthusiasten-Kategorie bieten das Doppelte. Alle anderen PCI Express-Lanes bieten leider nur die halbe Geschwindigkeit – allerdings gibt es einen interessanten Unterschied zwischen AMD und Intel, der durchaus erwähnenswert ist.

AMD versus Intel

Aus irgend einem Grund steuern derzeit erhältliche Intel-Chipsätze, wie die Chipsätze der Serie 4 und 5 mit ICH10 und höher, lediglich die primären PCIe-Steckplätze, die für den Betrieb von Grafikkarten verwendet werden, per PCI Express 2.0 an. Die gesamten sekundären PCI Express-Steckplätze für Add-On-Komponenten sind auf PCI Express 1.1 beschränkt, wie es bei den Intel PCI Express-Chipsätzen angefangen mit der 900-Serie der Fall ist. AMD hingegen hat sich dazu entschieden, die Link-Geschwindigkeit aller PCI Express-Lanes auf seinen Chipsätzen der 700- und 800-Serie aufzurüsten. Dies bedeutet, dass aktuelle AMD-Chipsätze aus dem Mainstream- und Enthusiasten-Segment für ultraschnelle Add-On-Geräte keinen Flaschenhals mehr  darstellen.

Wir haben drei P55-Motherboards von Gigabyte und MSI getestet, die unterschiedliche Ansätze zur Anbindung von USB 3.0- und SATA 6G verfolgen. Wir haben die SATA 6G-Performance sowohl mit dem neuen RealSSD C300 von Crucial als auch mit einer Seagate Barracuda XT getestet und dabei herausgefunden, dass nicht alle Lösungen eine ausreichende Bandbreite liefern.

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12 Kommentare
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  • Anonymous
    Vielen Dank für diesen Post, jetzt weiß ich das ich noch bissl warte bis ich mein System auswechsele
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  • Serialkiller
    Ansich kein schlechter Artikel, der genau das wiedergibt, was ich seit Monaten bei sämtlichen Kaufberatungen predige.

    Allerdings ist das Fazit teilweise nicht ganz korrekt. Nicht alle aktuellen Intel-Chipsätze bieten zu wenige PCIe-Lanes für die Anbindung von Sata 6 und USB 3.0. Solange ihr euch einzig auf den P55 und alle darauf aufbauenden Chipsätze konzentriert, welche auf dem Sockel 1156 basieren, ist euer Fazit in Ordnung. Allerdings zählt auch der X58 noch zu dem aktuellen Portfolio von Intel, auch wenn dieser mittlerweile schon einige Monate mehr auf dem Buckel hat. Dieser stellt jedoch bis zu 40 PCIe 2.0 Lanes zur Verfügung, was selbst in einer hoch leistungsfähigen SLI- oder Crossfire-Umgebung noch Luft für die Anbindung der neuen Verbindungsstandards lässt.

    Dementsprechend korrigiert bitte euer Fazit, dass es sich explizit um 1156er-Boards handelt und die Empfehlung darauf abzielt, oder erweitert es um die 1366er-Boards mit entsprechend überarbeitetem Fazit, denn so wie es momentan gesagt ist, ist es leider nicht korrekt.
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  • bensen
    Ne sorry, der Meinung bin ich ganz und gar nicht.
    Der Artikel ist nicht sonderlich gut. Mir scheint der Autor hat kein bisschen verstanden was dieser PCIe-Switch von PLX überhaupt macht.
    Da wird nichts dynamisch geregelt. Die USB- und SATA-Controller nutzen NIE die PCIe2.0-Lanes der CPU. Diese werden nur zwischen den Grafikkartenslots aufgeteilt. Deswegen ist es auch vollkommen egal ob bei den Boards mit dem PLX-Chip 1, 2 oder 4 Grafikkarten verwendet werden.
    Der PCIe-Switch ist nur am P55 angebunden. Vereinfacht gehen 4 Lanes mit je 250MB/s des P55 in den Switch rein und es gehen 2 Lanes mit je 500MB/s raus. An diesen sind eben die beiden Controller angeschlossen.

    Beim UD6 kann man eben wählen ob der SATA- und USB 3.0 Controller an der CPU oder am P55 angebunden wird.
    Werden 2 Grafikkarten genutzt werden die Controller automatisch an den P55 angebunden, da die Lanes der CPU ja alle schon benötigt werden.

    Dann zum NF200. Es ist genauso ein PCIe-Switch. Der fügt nicht bei Bedarf Lanes hinzu. In den NF200 gehen 16 Lanes rein und es gehen 32 Lanes (2x 16)raus.

    Dann wird wie oben angesprochen alle Intelchipsätze über einen Kamm geschoren.

    Dann wird gesagt über USB 3.0 wären 160MB/s möglich wenn der Controller über PCIe 1.1 angebunden wäre. Woher nehmt ihr die Weisheit? Ihr habt es nicht getestet. Nur weil über SATA 160MB/s bleiben, muss das bei USB nicht so sein. Der Overhead scheint nämlich dort viel größer zu sein. Andere Reviews zeigen das dort dann nicht viel mehr als 100MB/s möglich sind.


    Noch nen kleiner Kommentar am Rande:
    Nicht alle AMD Chipsets der 700er Serie bieten PCIe 2.0. Der 740G ist nen umgelabelter 690G und bietet somit nur PCIe 1.1.
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  • kaipw
    wenn sich endlich mal SaaS durchsetzen würde, bräuchte sich "Otto-Normalverbraucher" sowie "Otto-Normaladmin" keine Gedanken mehr über sowas machen :-D
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  • bifi85
    Habe ich das jetzt richtig verstanden, mit den AMD-Chipsätze ab der 700er Serie kann ich das maximale aus SATA 6G und USB 3.0 holen? Auch wenn ich Crossfire nutze?
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  • bensen
    Ja genau. Was du benötigst ist PCIe 2.0.

    AMD Chipsätze haben alle ab dem 760G nur PCIe 2.0. Somit sind die x1 Slots alle PCIe 2.0 oder wenn das Board schon die Controller drauf hat, sind die schon vernünftig angebunden.

    Bei Intel bieten nur die Northbridge(mittlererweile auch schon in die CPU gewandert) ab X48/P45 PCIe 2.0. Die Southbridge bieten alle nur PCIe mit 250 MB/s, auch der P55. Deswegen das Problem.
    X58 Boards haben das Problem nicht, der bietet 36 PCIe 2.0 Lanes. Da sind ausreichend Lanes für nen USB 3.0-Controller vorhanden, auch wenn 2 Grafikkarten schon 32 Lanes beanspruchen.
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  • ka0t
    Um Sata II mit 3 Gbit/s auszunutzen, braucht man Hardware jenseits von Gut und böse.
    Meine SSD hat einen Durchsatz von max. 220 MB/s
    (220x8)/1024 = 1,718 Gbit/s
    Also mir reicht das noch ^^
    Wäre ich so reich und wahnsinnig mir ein raid0 aufzubauen, müsste ich auf Trim verzichten- das ergibt also auch nicht wirklich Sinn :>

    Das ganze Zeug ist doch noch so grün wie frische Bananen- der Nec- Controller macht auch noch Zicken, wenn ich mich recht entsinne.
    Ein Peripheriegerät mit einem solch hohen durchsatz (stick oder ähnliches) zu einem halbwegs korrekten Preis, der wirklich mehr als
    480 mbit/s / 60 mbyte/s braucht oder zumindest an der 50er-Marke kratzt, ist mir noch nicht untergekommen. Sogar die normalen Desktopplatten mit USB 2.0 packen es nicht immer einen gescheiten Durchsatz zu schaffen- woran auch immer das liegen mag... Klar wird es irgendwann toll sein, über eine Platte die Daten mit theoretisch mehr als einem gigabit einzulesen- aber bis das jeder auch in seinem Sys hat werden Jahre vergehen. Mittlerweile gibt es recht günstige 3,5" HDD- Gehäuse, die sowohl usb2.0 als auch gigabit-lan haben. glücklicherweise ist gigabit fast überall onboard vorhanden und einige Boards sogar mit dual gigabit ausgestattet.
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  • bensen
    ka0tEin Peripheriegerät mit einem solch hohen durchsatz (stick oder ähnliches) zu einem halbwegs korrekten Preis, der wirklich mehr als 480 mbit/s / 60 mbyte/s braucht oder zumindest an der 50er-Marke kratzt, ist mir noch nicht untergekommen. Sogar die normalen Desktopplatten mit USB 2.0 packen es nicht immer einen gescheiten Durchsatz zu schaffen- woran auch immer das liegen mag...

    Das ist ja ne Milchmädchenrechnung. Die 480MBit/s sind das theoret. Maximum von USB 2.0. In der Praxis bleiben 30-35MB/s über.
    Und das knacken selbst 1,8" HDDs. 3,5" HDDs sind bei über 100MB/s. Und USB-Sticks werden auch durch USB 2.0 ausgebremst. eSATA-Sticks zeigen ja was möglich ist.
    USB 3.0 ist längst überfällig. Selbst an PCIe 1.1 ist USB 3.0 ne Bereicherung. Besser ~100MB/s als 35MB/s.


    ka0t
    Mittlerweile gibt es recht günstige 3,5" HDD- Gehäuse, die sowohl usb2.0 als auch gigabit-lan haben. glücklicherweise ist gigabit fast überall onboard vorhanden und einige Boards sogar mit dual gigabit ausgestattet.
    Was soll das bringen? Ethernet ist kein Ersatz für USB oder eSATA. Ethernet macht nur Sinn, wenn man eben die HDD von mehreren Geräten aus nutzen will. Als NAS eben.
    Die ganzen billig 3,5"-Gehäuse mit GBit-LAN sind doch Müll. Klar, die Schnittstelle ist schnell genug, aber die CPU im Gehäuse nicht. Um mit 35MB/s auf die HDDD schreiben zu können (was das Maximum von USB 2.0 wäre) ist ne verdammt dicke CPU nötig. Die meisten billigen Gehäuse kommen über Ethernet auf vll. 6MB/s.
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  • ka0t
    Ich kenne die Gigabit-Karten nicht. Das für die Header etc. noch was draufgeht habe ich vergessen miteinzukalkulieren. Aber 200 mbit von einem Datenstrom von 280 mbit erscheinen mir schon reichlich hoch- das muss dann imho an miesem Kabel/ einem grottigen Controller liegen. Datenraten höher als die von dir als max. angegebenen 25 mb/s bin ich mir sehr sicher regelmäßig beim Befüllen meiner Sicherungsplatte zu haben.
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  • bensen
    Was für GBit-Karten?

    Ich schrieb 30-35MB/s max. für USB 2.0. Und da kommt kein USB-Gerät rüber. Sei es ext. HDD, USB-Stick oder sonstwas.
    Ist einfach so. Das hat nichts mit nem Kabel oder minderwertigem Controller zu tun.
    Da kann man unzählige Reviews anschauen.
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  • ka0t
    whatever- hail usb3.0
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  • bensen
    Ich finde es schön das der Autor die zahlreichen Fehler des Artikels behoben hat. Wäre ja auch blöd wenn zahlreiche Leser das ernst nehmen und für wahr halten.

    /Ironie off
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