USB提速10倍？西数My Book 3.0外置硬盘评测

最近一段时间，高速的USB 3.0接口标准成为业界关注的焦点之一。日前我们收到了西部数据公司采用USB 3.0接口的外置硬盘My Book 3.0，在本文中将对它进行详细的介绍和评测。

西部数据My Book 3.0外置硬盘

上图就是拆开包装之前的My Book 3.0，我们收到的这款容量为1TB，也就是它外壳里面3.5英寸SATA硬盘的容量。My Book 3.0还有一款2TB容量的型号。在包装盒正面下方贴着的红色标签表示它附带了一块USB 3.0接口的PCIe扩展卡，这是考虑到目前绝大多数的主机还没有提供USB 3.0接口。在产品测试之前，我们先来了解一下USB 3.0规范。

提速和兼容性的基础——USB 3.0双总线架构

在多年以前USB 2.0接口开始普及的时候，人们对它相对于USB 1.1 40倍的理论速度提升（480Mbps vs. 12Mbps）感到非常满足。包括移动硬盘、外置刻录机、打印机/扫描仪、摄像头等设备因为传输带宽的提高而大为受益。曾经流行一时的IEEE 1394（Firewire）接口也早已风光不再，尽管传输率为400Mbps的1394A实际效率优于USB 2.0，但还是竞争不过USB控制器集成到主板芯片组这样的“免费午餐”。虽然目前的很多笔记本电脑仍然提供Firewire接口，但外设除了个别高端移动硬盘和DV（通常也支持USB）等视频设备之外就很少见了，至于1394B（800Mbps）及后来更高速的标准也是难以推广。

如今的PC外设接口仍然可以说是USB 2.0一统天下，但是30～40MB/s的实际传输速度面对一些应用已经开始捉襟见肘。外置硬盘就是一个很好的例子：目前主流3.5英寸SATA硬盘的持续传输率已经超过100MB/s，2.5英寸硬盘虽然低于这个数字可是USB 2.0也成为了瓶颈。另外随着高清（蓝光）视频内容的普及，每部影片动辄十几二十GB的容量通过USB 2.0传输的时间也逐渐令人难以忍受。eSATA作为SATA接口向外的一种扩展，其速度不成问题（1.5/3Gbps），然而一方面它几乎只能用于硬盘，另一方面不支持向设备供电使eSATA的应用范围大大受限。在这种情况下，USB 3.0（SuperSpeed USB）标准的发布，使通用串行总线的速率一举提升到5.0Gbps。

USB 3.0的双总线架构

由于USB 3.0的速度达到了5.0Gbps，串行接口的时钟频率已经相当高。目前只有6Gbps的SATA和SAS硬盘接口以及PCI-E 2.0/3.0总线的频率能够与之匹敌，而这些都是主要用于机箱内部的互连（SAS也可以用在外部，PCI-E则很少），USB 3.0却是连接在主机和外设之间。为了保证信号的完整性，对控制器和线缆提出了更加严格的要求。由于USB 3.0和2.0的速度相差10倍以上，再加上还有键盘/鼠标这样的USB 1.x低速外设的拖累，为了保持向下的兼容性USB 3.0采用了双总线架构（如上图）。即在主机、Hub（集线器）、设备和线缆方面全部保留Non-SuperSpeed（USB 2.0）部分模块，在此基础上增加SuperSpeed（USB 3.0）功能模块。这样做可以说是一种折中的办法，虽然增加了一部分成本，但是却很好的解决了兼容性的问题。

USB 3.0线缆结构示意图

以上图中的USB 3.0复合线缆为例，其中Vbus和GND两条连接仍然是+5V电源和低线，中间的部分分为两组，D+和D-用于传输USB 2.0信号，而新增的SSRX+/SSRX-和SSTX+/SSTX-则是2对分别用于收发数据（双向分离）的USB 3.0信号线。

USB 3.0/2.0规格对比表

从上表我们看到，USB 3.0除了在数据速度上提升到5Gbps之外，其传输界面也由USB 2.0的半双工（同一时间只能向一个方向传输数据）改为使用双重单工设计，这一点从上面的线缆图就已经能看出来。“双重单工”（Dual-simplex）与我们常说的全双工（Full-Duplex）技术相类似，二者区别在于双重单工的每对线缆都拥有它自己的接地，而全双工则使用一条公共的地线，双重单工连接可以达到更高的速度和更好的信号质量。这样看来PCI Express总线严格的说应该也属于双重单工连接。

USB接口支持在一个控制器上最多连接127个设备，不过USB 2.0及之前的规范中通信数据包都是以广播形式发送的，这样就影响到了它的效率。USB 3.0对这一点进行了改进，所有传输的数据包都会明确的路由到目标设备上。此外，USB 3.0能够支持更多的电源管理状态级别，以达到更高的能效比。供电方面，USB 2.0标准规定的+5V输出电流是500mA（0.5A），而部分主板厂商在设计时将USB端口实际供电能力提高到800mA。USB 3.0在规范中直接将这个数字确定为900mA，而且还有一种Powered-B增强供电接口+5V输出能够达到1A。USB 2.0在端口硬件侦测到连接事件后，需要通过系统软件使用端口命令去转变端口进入启用状态。而USB 3.0硬件直接能够进入可操作状态，这样就降低了对主机和操作系统的依赖，使设备到设备之间的应用更加简便。

关于USB 3.0的实际效率，相信是大家最关注的一个问题。这里我们要特别说明一下：由于USB 3.0采用的是8b/10b的编码方式（与USB 2.0相同），5Gbps的信号速度就意味着500MBps的最大吞吐量（原始数据），而不是之前有些人宣传的625MB/s。考虑到还有连接级流控制、封包构架和协议开销，实际应用中能够达到400MB/s或者更高的性能。

USB 3.0 Standard-A连接器，左侧为接受端，右侧是插头部分

USB Standard-A主要用于主机端和部分设备端，USB 3.0 Standard-A外观上最明显的变化就是塑料部分变成了蓝色，这样我们就能很容易的区分出主板、适配卡和线缆上的USB接口是3.0还是2.0（白色或黑色）。新的连接器能够很好的向下兼容USB 2.0规范，当然金手指引脚上的变化肯定是有的，在本文第4页中我们将通过实物图片详细给大家解释。

USB 3.0 Standard-B连接器：接受端（左），插头（右）

USB Standard-B大多出现在打印机、扫描仪等外设的接口上，笔者使用的HP Pocket Media Drive移动硬盘也使用了这种接口。USB 3.0 Standard-B在外形上同样类似于USB 2.0，前者当然也能够兼容后者。

USB 3.0 Powered-B连接器（接受端）

USB 3.0 Powered-B就是我们前面提到的增强供电型接口，它主要用于设备和设备之间，在物理尺寸上兼容Standard-B。下表是USB 3.0 Powered-B连接器的引脚定义，其中的1～4pin是兼容USB 2.0的Non-SuperSpeed部分；5～9pin是USB 3.0 Standard-B新增的数据引脚，其中包括一条信号回归地线，而VBUS供电和电源地线仍与USB 2.0共用；10、11pin则是Powered-B专有的部分，通过增加一对供电连线来将+5V输出提高到1A（相当于分摊了电流，减小阻抗）。

USB 3.0 Powered-B连接器引脚定义

USB 3.0 Micro-B（左）/ AB（右）连接器（接受端）

USB Micro（微型）是针对小型设备而设计的标准。USB 3.0 Micro连接器家族中分别包括2种类型的接受端（Micro-B、Micro-AB）和插头（Micro-B、Micro-A）样式，Micro-AB接受端可以兼容2种插头，而Micro-B接受端不能支持Micro-A标准的插头，这是因为它们之间有一个不同的Key设计（见上图）。其中Micro-AB只允许用在支持OTG的产品上，同样USB 2.0 Micro-A插头也是专门为OTG应用而定义的。由于增加引脚数量使连接器的外形比USB 2.0更大，USB 3.0 Micro接受端可以向下兼容USB 2.0 Micro插头，反之则不行。

小知识：USB OTG是USB On-The-Go的缩写，中文含义是“即插即用”，是USB2.0规范的一种补充协议。 OTG通过修改USB接口的针脚定义和接口外形，根据厂商的需要，定义USB设备为主控、从属和双重角色的不同身份，以满足各种不同的设备或移动设备间的联接和数据交换的需要。USB OTG技术就是实现在没有Host的情况下，实现从设备间的数据传送。例如数码相机直接连接到打印机上，通过OTG技术，连接两台设备间的USB接口，将拍摄的相片立即打印出来；也可以将数码照相机中的数据，通过OTG协议发送到USB接口的移动硬盘上，野外操作就没有必要携带价格昂贵的存储卡，或者背一个便携电脑。两个支持OTG的MP3播放器，可以互相连接在一起，实现音乐文件的共享。

USB 3.0 Micro-AB/-A连接器引脚定义

上表是USB Micro连接器的引脚定义，与前面几种类型不同的是，在Non-SuperSpeed部分多出了一个ID信号（即PIN 4，这一点与USB 2.0相同）。它的作用就是OTG识别功能，当OTG设备作为host（主机）端使用时，Tx（发送）和Rx（接受）信号引脚的定义将会交换。

西部数据My Book 3.0外置硬盘介绍

下面就是本文的主角登场了，首先看看它的外观。

西部数据My Book 3.0外置硬盘的外壳使用了带有磨砂视觉效果的材质，前下方可以看到WD的Logo，在顶部和后面设计有均匀分布的栅状散热孔。

当My Book 3.0通电时白色的状态指示灯会亮起，硬盘读写操作时它会闪烁，待机状态下（比如连接的主机待机时）则以较慢的频率闪烁。

在My Book 3.0外置硬盘的背面，设计有电源开关、USB 3.0数据线接口、+12V直流电源接口（附带适配器），此外还有一个防盗锁孔。这里特别说一下它的开关，与ATX电源开关相仿，当我们连接好电源和数据线并接到主机的USB接口时，My Book 3.0能够自动启动，而断开USB连接时又会自动关闭。在工作时如果按下开关4秒可以强制关闭，之后再按开关就会重新启动。此外它还能够随着主机的开/关而自动开关，这种设计比普通的物理电源开关更加方便。

连接上电源适配器和USB 3.0数据线缆的My Book 3.0。

在上图中，我们可以看到My Book 3.0使用的USB 3.0 Micro-B样式的数据线插座，“SS”标志即SuperSpeed的缩写。下方的贴纸上印有这个硬盘的产品和序列号条形码，产地是泰国。

USB 3.0扩展卡及线缆图赏

这就是My Book 3.0附带的USB 3.0扩展卡，如果您使用的台式机已经带有USB 3.0接口，可以选择不带扩展卡出货的版本；笔记本用户则需要另配Express Card接口的USB 3.0适配器才能享受到高速接口带来的好处。这款卡使用的是NEC D720200F1芯片，也是目前绝大多数USB 3.0控制器使用的方案，Intel和AMD应该要到2011年才会在主板芯片组中提供USB 3.0的支持。NEC D720200F1提供了2个USB 3.0接口，通过PCI Experss 2.0 x1总线与主板连接，这里的速度正好也是5GT/s（带宽500MB/s），不会形成瓶颈。在My Book 3.0的附件当中，还有一个适用于该卡的半高金属挡片，可以在一些小型机箱中使用。

扩展卡上的USB 3.0接口使用的是Standard-A连接器（接受端），接口内侧的4个金属簧片是兼容USB 2.0的部分，而靠近外面的5个触点是USB 3.0新增的。在每个接口旁边都有一个LED指示灯，主机加电后会亮起。

My Book 3.0外置硬盘配备的USB 3.0 Standard-A to USB 3.0 Micro-B连接线缆，这也是实现高速传输不可缺少的一环。

USB 3.0线缆两端的连接器。主机端的Standard-A插头引脚分布正好和前面扩展卡上的接受端相对应，靠近外侧的4个触点与USB 2.0的定义相同，而里面的5个金属簧片则是USB 3.0的信号线。在连接My Book 3.0的USB 3.0 Micro-B一端，我们看到左侧SuperSpeed部分的信号地线（中间）以及右侧Non-SuperSpeed部分的电源和地线（两端）比其它信号线更长一点，这是为了在连接和拔掉时先于数据线接触/断开，以实现热插拔的功能。

上图为使用USB 2.0线缆连接到My Book 3.0，USB 3.0 Micro-B能够向下兼容USB 2.0 Micro-B的连接器，不过这种情况下无法实现SuperSpeed高速传输。

两种不同的小型USB接口标准，其中右侧的USB 2.0 Mini-B接口广泛用于移动硬盘和数码相机等外设，但它占用的空间明显比左侧的USB 2.0 Micro-B更大（厚）。因此现在很多设备（如部分型号的手机）都改用小巧的USB Micro接口，USB 3.0规范也没有再考虑兼容Mini-B连接器。

测试平台和软件

本次My Book 3.0外置硬盘的测试最初在强氧科技为存储时代（www.Stor-Age.com）定制的服务器平台上进行。这个服务器平台的核心是基于Intel 5000P芯片组的Supermicro X7DB8主板，目前安装了一颗3.0GHz双核Intel Xeon 5050处理器，以及2GB DDR2-667 ECC FB-DIMM内存。操作系统采用微软最新的Windows Server 2008 R2 64位简体中文企业版，安装在Ultra320 SCSI接口的Maxtor Atlas 10K Ⅳ硬盘上。

强氧科技定制服务器平台配置（PCIe 1.0）

作为一个偏向消费类产品的外置硬盘，我们在服务器的平台和操作系统下测试的效果实际上和PC是一样的。使用主板自带的USB 2.0接口作为对比；唯一的问题是，这款主板提供的PCI Experss插槽是1.0规范而不是2.0。我们担心它的250MB/s带宽 可能会给USB 3.0扩展卡造成瓶颈，后来又更换了一台当前主流的服务器平台进行测试，也是由强氧科技提供的。

强氧科技定制服务器平台配置（PCIe 2.0）

软件配置

在测试开始之后，我们看到当时西部数据网站上提供了My Book 3.0的固件更新版本1006（原有版本为1002），因此PCIe 1.0平台上的部分测试项目在2个固件版本下都运行过，后文中会列出对比结果。值得注意的是，这里的固件应该不是针对其中包含的SATA硬盘，而是SATA to USB 3.0接口转换电路使用的。

本次使用的测试软件有HDTach RW v3.0.4.0、H2Benchw v3.13和CrystalDiskMark v2.2三种。HDTach RW可以概略地得到硬盘驱动器的突发速率、持续传输曲线和平均访问时间（ 传输曲线包括读/写，其余均为读取）；H2Benchw能够跑出完整的硬盘读写曲线，其结果作为HDTach的一个补充和比较；CrystalDiskMark是近期国内外媒体和DIYer经常使用的一个小巧测试工具，除了顺序读写之外，它还包含了简单的随机测试项目。三种测试软件中，HDTach RW和CrystalDiskMark都在PCIe 1.0/2.0平台上分别进行；而H2Benchw由于测试时间较长，我们只在PCIe 1.0环境下运行过。

目前的操作系统还不能直接支持USB 3.0控制器（Windows 7 SP1将会提供支持），因此我们安装了My Book 3.0自带光盘中的驱动。该驱动在一个安装程序中包含了对32/64位的Windows XP、Vista和Windows 7操作系统的支持，我们使用的Server 2008 R2同样能够正常安装，估计Server 2003也没问题。其实这款驱动是NEC提供的，只是在安装界面中加上了WD的信息和Logo。

安装驱动后运行附带的工具，可以显示出USB 3.0主机控制器的驱动和固件版本，这个版本就是NEC芯片USB 3.0扩展卡上的。

这时在设备管理器中已经识别到My Book 3.0外置硬盘了，此外“通用串行总线控制器”中也增加了NEC USB 3.0控制器和Hub两项设备。

新版本固件改善性能和兼容性

My Book 3.0 @ USB 3.0/PCIe 1.0

首先，我们在升级My Book 3.0固件之前（1002版本）运行了HDTach测试。持续读曲线最高超过110MB/s，平均也达到105.3MB/s，比较符合目前主流7200rpm SATA硬盘的水平，只是曲线前半段似乎被什么（PCIe？）限制住了一样；而写曲线在开始时却只有60MB/s，平均甚至低到50.2MB/s，大大低于持续读的成绩。My Book 3.0的突发速度测得118.1MB/s，比通常的SATA 3Gbps硬盘表现要差，这些我们还要和后面PCI Experss 2.0平台的测试结果对比。除此之外，15.1ms的随机访问时间与内置硬盘的表现相仿。

My Book 3.0 @ USB 3.0/PCIe 1.0

接下来是H2Benchw测试，其中上面3个顺序读的成绩和HDTach的结果比较接近；而顺序写却高出先前不少，最大和平均值分别达到了87.7、82.8MB/s。我们应该相信哪个测试软件呢？

My Book 3.0 @ USB 3.0/PCIe 1.0

带着上面的疑问，我们将My Book 3.0的固件版本升级至1006。再次运行HDTach测试，写曲线的情况居然有明显改善，平均值由原来的50MB/s左右上升到76.1MB/s。回想WD在固件更新说明中提到了这个版本增强了性能和可用性，看来升级还是有作用的。那么在固件版本为1002时为什么H2Benchw测试就不受影响呢？我们只能解释为2个软件测试时的操作方式不同，因此多方面考察还是有必要的。

USB 3.0不再是瓶颈，PCIe 1.0和2.0平台上表现不同

My Book 3.0 @ USB 3.0/PCIe 2.0

换用PCIe 2.0平台之后，My Book 3.0的性能再次飙升，持续读/写曲线最高分别达到140和120MB/s，平均值也都超过了百兆，这基本上是西部数据目前最快黑盘（Black，高性能系列）的水平。另外152.3MB/s的突发速度与内置SATA硬盘也不再有明显差别。看来只有PCI Experss 2.0接口才能让USB 3.0扩展卡充分发挥，可是前面的PCIe 1.0最多120MB/s其效率还没有达到50%。我们认为PCIe总线规范可以达到的性能（平均效率）不只于此，出现这样的情况还与具体的主机端和设备端连接的设计有关。也就是说这款NEC USB 3.0扩展卡在PCIe 1.0插槽上的表现，如果使用不同的芯片组以及连接到南桥或者北桥芯片都可能会有一定的性能变化。

My Book 3.0 @ USB 2.0

当我们把My Book 3.0连接到USB 2.0接口时，读写速度分别下降至35MB/s和25MB/s左右，相比之下USB 3.0带来的提升还是非常大的。

My Book 3.0 @ USB 3.0/PCIe 1.0

My Book 3.0 @ USB 3.0/PCIe 2.0

CrystalDiskMark测试与HDTach的情况差不多。当USB 3.0扩展卡安装在PCIe 1.0和2.0平台（插槽）上时，顺序读写速度分别达到119.2、92.93MB/s和143.6、133.5MB/s，还是PCIe 2.0的效果更好；相比之下在USB 2.0接口上（下图）却只有35.45和27.13MB/s。512KB随机访问测试的差距也比较大（包括PCIe 1.0/2.0的写入速度）；而4KB随机读写由于总的数据量不大，主要靠的是硬盘平均访问时间，因此不同接口的影响不明显。

My Book 3.0 @ USB 2.0

总结

西部数据My Book 3.0外置硬盘受益于USB 3.0接口而性能大幅提高，特别是顺序读写速度最多达到USB 2.0的四倍之多。不过由于机械硬盘内部传输率的限制，USB 3.0理论最高的500MB/s带宽还只发挥了不到一半，我们认为新规范在几年之内的应用中应该还绰绰有余。除了性能，My Book 3.0在外观设计、附件以及电源开关等细节部分的表现都达到了大厂应有的水准。

另外我们还有2个给用户的建议：第一，固件版本较低的My Book 3.0可以升级到1006或者更高，以避免出现性能和兼容性下降的问题；第二，USB 3.0扩展卡在PCIe 1.0主板插槽中对My Book 3.0的性能（特别是写）有一定的影响，建议有条件的情况下安装到PCIe 2.0扩展槽使用。需要注意的是，一块主板通常拥有不同规格的PCI Experss插槽，理论上x1～x16都可以使用，不过有的芯片组南桥提供的PCIe 2.0插槽实际上只有1.0的带宽。

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