USB 3.0 : Clubic fait le point

10 décembre 2009 à 16h11
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C'est dans les années 1990 qu'une nouvelle interface apparaît sous le nom d'USB ou Universal Serial Bus. Visant à remplacer les vieillissant ports parallèle et ports série, l'USB se développe assez lentement. Il faudra attendre l'une des ultimes révisions de Windows 95 pour profiter de la prise en charge de l'USB... avant que Windows 98 ne le gère nativement. Dans sa première implémentation, l'USB affiche un taux de transfert médiocre : 12 Mbps.

Même pour l'époque, c'est très faible et cela ne permet pas d'échanger de gros volume de données. Bilan, l'USB se cantonne à ses débuts aux périphériques lents ou n'ayant pas un gros besoin de bande passante. Les souris sont les premières à bénéficier de la connectique USB : il faudra attendre pour que petit à petit l'USB se développe et soit utilisé par les claviers, les manettes de jeu et les webcams notamment, sans oublier les modems.

Malgré une évidente limitation en terme de débit, l'USB séduit dès le départ par... sa simplicité ! Alors qu'à l'époque des ports série et ports parallèle il fallait configurer manuellement les ports en fonction du dispositif relié, ici il n'en est plus question. Mieux... avec l'USB il devient possible, via un système de hubs, de chaîner les périphériques : on peut en utiliser jusqu'à 127 !

C'est au tout début du millénaire qu'apparaît la seconde version de la norme USB, l'USB 2.0. Le succès est immédiat et l'USB est dorénavant une norme incontournable utilisée partout et par tous. À tel point qu'Apple en abandonnera le FireWire pour ses iPod ! Avec l'USB 2.0, le débit autorisé passe de 12 Mbps à 480 Mbps. Assez pour que les disques durs, caméras, baladeurs numériques, scanners, imprimantes, et autres dispositifs basculent tous vers cette nouvelle norme qui a le bon goût de rester entièrement compatible avec les périphériques USB de première génération.

Aujourd'hui, l'USB s'apprête à vivre une nouvelle ère avec l'arrivée de la norme USB 3.0. Toujours portée par l'USB-IF (le forum des promoteurs de l'USB), la version 3.0 de la norme propose pour principale nouveauté des débits supérieurs. Alors que les 480 Mbps de l'USB 2.0 commençaient à se montrer justes, notamment pour les derniers disques durs ou clés USB, le passage à l'USB 3.0 devrait donner un coup de fouet non négligeable aux taux de transfert ! Tour d'horizon de cette nouvelle mouture de l'USB : ses avantages, sa mise en œuvre, son intégration dans les systèmes existants et ses performances.

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USB 3.0 : un débit annoncé dix fois supérieur !

En développement depuis de longues années, l'USB 3.0 offre pour caractéristique majeure face à l'USB 2.0, un débit largement supérieur. La bande passante maximale autorisée passe en effet de 480 Mbps, soit environ 60 Mo/s, à 4,8 Gbps ! Résultat, le débit autorisé avec un périphérique USB 3.0 peut donc atteindre les 600 Mo/s. Il s'agit ici du mode de transfert le plus rapide dit « SuperSpeed ». Précisons que la bande passante maximale théorique de 4,8 Gbps s'entend par host : elle est donc partagée entre certains périphériques.

Comme c'était le cas avec l'USB 2.0, les contrôleurs USB 3.0 se doivent d'être compatibles avec les périphériques USB 2.0, et donc de prendre en charge le mode « High Speed » de l'USB 2.0 correspondant à un débit de 480 Mbps.

Sommaire :

L'infrastructure USB : des changements

L'une des forces de l'USB a toujours été l'universalité de la norme : Mac ou PC, Windows ou Linux, USB 1.x ou USB 2.0, les périphériques répondant à la norme USB ont toujours excellé en terme de compatibilité et d'interopérabilité. Il fallait donc à tout prix préserver ce modèle pour l'USB 3.0 et les spécifications de la norme exigent une compatibilité descendante non seulement avec l'USB 2.0 mais également avec l'USB 1.1, ce que nous avons pu vérifier avec succès en pratique lors de nos tests.

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De fait, les contrôleurs USB 3.0 proposeront un mode « High Speed », correspondant donc au débit obtenu avec l'USB 2.0, alors que l'infrastructure existante est... préservée. Enfin, presque car niveau câble... il y a tout de même du changement ! Ainsi, si la fameuse prise plate de type A ne change pas physiquement, le connecteur de type B évolue et s'allonge. Électriquement, le câblage est plus important et un câble USB 3.0 utilise un total de neuf contacteurs contre quatre précédemment.

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Gros plan sur les câbles USB 3.0


Résultat : impossible d'utiliser un câble USB 2.0 pour relier un périphérique USB 3.0, la prise de type B n'étant plus la même. Il faudra donc changer les câbles, mais aussi remplacer les éventuels hubs ou multiplicateurs de ports. En effet, les hubs USB 2.0 fonctionneront en étant connectés à un contrôleur USB 3.0 mais... exclusivement au débit prévu par l'USB 2.0.

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Connecteur USB 3.0


Quel matériel pour gérer l'USB 3.0 ?

À l'heure où nous écrivons ces lignes, aucun concepteur de chipset à destination des cartes mères, qu'il s'agisse d'AMD, d'Intel ou de NVIDIA ne propose de prise en charge native de l'USB 3.0. Il faut donc nécessairement recourir à une puce complémentaire, qu'elle soit soudée sur la carte mère ou proposée sous la forme d'une carte fille additionnelle. Alors qu'il est le principal promoteur de la technologie USB, Intel semble rechigner à intégrer l'USB 3.0 à ses chipsets. Beaucoup s'attendaient en effet à voir le P55 gérer l'USB 3.0... mais ce n'est hélas pas le cas. Pour des raisons de coût, Intel a souhaité reporter cette implémentation à plus tard (pas avant 2011 d'après certaines roadmaps !). Quant à AMD, les chipsets de la firme de Sunnyvale ne gèrent pas non plus l'USB 3.0 et si la firme a manifesté son intérêt pour la technologie, il faudra encore être patient...

De fait, nous avons retenu pour ce test l'une des cartes additionnelles au format PCI-Express. Il s'agit ici de l'U3S6 d'Asus, une carte fille interfacée en PCI-Express 4x de seconde génération offrant gestion de l'USB 3.0 et la prise en charge du Serial-ATA de troisième génération. Puisque la carte dispose de deux contrôleurs, le bridge PLX en charge de l'arbitrage octroie au contrôleur USB 3.0 une bande passante maximale de 500 Mo/s ce qui correspond à une voie PCI-Express. Bien que fabriquée par Asus, la carte fonctionne sans encombre sur des systèmes non Asus, ce que nous avons pu vérifier sur une carte mère Gigabyte.

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Carte fille additionnelle Asus U3S6


C'est l'aspect USB 3.0 qui nous intéresse aujourd'hui. L'installation de la carte se déroule sans anicroche, et celle-ci fonctionne sur tout type de carte mère, Asus ou non. Une fois la carte insérée, le système d'exploitation reconnaîtra automatiquement la partie Serial-ATA, mais pas ce qui concerne l'USB 3.0. Il faudra donc installer les pilotes via le CD livré par Asus (des pilotes pour Windows 7, Windows Vista et Windows XP). En quelques minutes, la carte est opérationnelle.

Notez qu'Asus utilise ici un composant NEC pour assurer la gestion de l'USB 3.0 alors que la carte offre seulement deux connecteurs USB 3.0. Ces derniers sont compatibles avec les périphériques USB 3.0 bien sûr, mais également avec les périphériques USB 2.0 et USB 1.1. Nous n'avons rencontré aucun souci en branchant clavier, souris ou même clé USB sur l'U3S6. Petit souci en revanche pour le disque dur externe USB 3.0 fourni pas Asus qui parfois est reconnu comme « Périphérique inconnu » par Windows : il faut alors le débrancher du secteur et le réinitialiser pour qu'il soit proprement reconnu. Difficile de dire si ce souci vient du contrôleur USB 3.0 du disque dur, un circuit ASMedia, d'un bug des pilotes NEC ou d'une autre incompatibilité.

L'USB 3.0 et le support logiciel

Actuellement, la plupart des systèmes d'exploitation modernes ne prennent pas en charge l'USB 3.0 de manière native. Ainsi, il faudra installer un pilote dédié sous Windows 7, ou Windows Vista, pour que le contrôleur USB 3.0 soit reconnu et opérationnel. À l'avenir, Microsoft devrait publier une mise à jour pour Windows 7 ajoutant la prise en charge de l'USB 3.0.

Une prise en charge qui selon toute vraisemblance sera proposée pour Windows Vista également. Le sort de Windows XP est en revanche beaucoup plus incertain : il semble peu probable que Microsoft développe un support de l'USB pour un système d'exploitation dont le lancement commercial remonte tout de même à 2001.

Quant à Mac OS X, le système d'exploitation d'Apple, il ne gère pas encore nativement l'USB 3.0. Du côté de Linux, il existe divers Kernels personnalisés avec gestion de l'USB 3.0 alors que depuis la version 2.6.31 du noyau, cette prise en charge est native.

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Contrôleur USB 3.0 vu par Windows 7, une fois les pilotes NEC installés


Nous avons contacté à plusieurs reprises Microsoft France pour obtenir des éclaircissements quant à la stratégie du géant des logiciels vis-à-vis de l'USB 3.0. Hélas, nos questions sont restées lettres mortes.
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Pour tester les performances de l'USB 3.0, nous avons utilisé la plateforme suivante :
  • Carte mère Asus P6T Deluxe
  • 6 Go mémoire DDR3-1333 Transcend @1333
  • 2 x disques durs Western Digital Raptor 150
  • Carte graphique AMD Radeon HD 4670
  • Carte Asus U3S6
Notre système était doté de Windows 7 Edition Intégrale en version définitive 64 bits et des derniers pilotes et BIOS disponibles à la date du test. Pour l'ensemble de nos tests, le protocole utilisé est le suivant : nous utilisons le même disque dur externe qui renferme un disque 7200.12 de marque Seagate d'une capacité de 500 Go. Nous le connectons en USB 2.0 directement à la carte mère puis en USB 3.0 à la carte Asus U3S6. Enfin, nous démontons le disque dur de son boîtier, pour le raccorder en Serial-ATA directement à la carte mère.

À noter, que le disque dur Seagate ne peut mécaniquement pas dépasser les 130 Mo par seconde de débit.

PCMark 05

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Nous commençons notre série de tests par une évaluation synthétique des performances. Ici PCMark 05 donne l'avantage au Serial-ATA. Surprise, l'interface USB 3.0 affiche des résultats très proches de ceux obtenus en Serial-ATA. Et face aux performances de l'USB 2.0, PCMark donne un score deux fois supérieur à notre disque connecté en USB 3.0.

Crystal Disk Mark

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Crystal Disk Mark donne une estimation du débit mesuré en lecture et en écriture. En tête nous retrouvons le Serial-ATA. Le disque connecté en USB 3.0 offre des débits plus de trois fois supérieurs à ceux obtenus via l'interface USB 2.0, et ce qu'il s'agisse du test de lecture ou d'écriture. Alors que le débit en écriture plafonne à 30 Mo/s avec l'USB 2.0, le même disque connecté en USB 3.0 voit son débit monter à 130 Mo/s.

HD Tach

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On reste dans les tests synthétiques avec HD Tach. Ici les résultats sont presque similaires à Crystal Disk Mark à l'exception notable du résultat obtenu en écriture de notre disque dur connecté en Serial-ATA. Malgré plusieurs vérifications les chiffres ont été confirmés. Quoi qu'il en soit, les performances de l'USB 3.0 se confirment : en changeant d'interface, notre disque dur externe voit ses débits multipliés par un facteur de trois ou même quatre !

Les tests en pratique

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Les tests synthétiques n'étant pas forcément les plus représentatifs nous avons mesuré le débit de nos diverses interfaces en transférant d'un disque SSD un ensemble de fichiers assez large de plus de 4 Go vers notre disque externe. On le voit, les résultats obtenus plus haut se confirment : le débit de l'USB 3.0 est plus de trois fois supérieur à celui de l'USB 2.0. En pratique cela veut dire que pour transférer notre échantillon de fichiers, on passe d'un temps requis de 2 minutes et 21 secondes en USB 2.0 à 37 secondes en USB 3.0 ! C'est pratiquement aussi rapide qu'en Serial-ATA.

Quid des performances d'un SSD en USB 3.0 ?

Nous l'avons vu, les performances de l'USB 3.0 sont clairement limitées par le disque dur Seagate dont les capacités mécaniques ne permettent pas de dépasser les 120 Mo/s de débit. Que se passerait-il donc si nous remplacions le disque dur retenu par Vantec, le fabricant du disque externe, par un disque SSD ? C'est précisément ce que nous voulu savoir avec HD Tach.

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Résultat, l'interface USB 3.0 semble ici montrer de sérieuses limites. Alors qu'elle est en théorie capable d'atteindre les 600 Mo/s, elle plafonne au mieux à 181 Mo/s quand, notre même disque SSD, connecté en Serial-ATA 3 Gb/s, débite à 236 Mo/s.

Conclusion

Arrivé au terme de cet article, il paraît évident que l'implémentation actuelle de la technologie USB 3.0 n'est pas à la hauteur de ses promesses. Car si les débits obtenus sont en moyenne trois fois supérieurs à ceux obtenus en USB 2.0, ils sont loin d'atteindre le maximum théorique. Notre dernier test, mesurant le débit de l'interface USB 3.0 avec un SSD est révélateur : nous ne dépassons pas les 180 Mo/s quand le même disque en Serial-ATA flirte avec les 240 Mo/s. Reste à savoir la cause de cette sous-exploitation du potentiel de l'USB 3.0... S'agit-il des pilotes, du contrôleur employé sur notre boîtier externe ou bien de la carte fille Asus et de sa puce NEC ? Difficile à dire pour l'instant. On retiendra tout de même que face à l'USB 2.0, l'USB 3.0 délivre des performances bien supérieures. On apprécie également la compatibilité de la norme USB 3.0 avec les périphériques USB 2.0 et USB 1.1.

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Convaincant donc face à l'USB 2.0, l'USB 3.0 devrait nous faire gagner un temps précieux au quotidien lorsqu'il s'agit de transférer des fichiers volumineux sur un disque dur externe ou une clé USB externe. Reste qu'il faut maintenant que les industriels l'adoptent massivement et ici les choses semblent moins évidentes. Comme toute nouvelle technologie, l'USB 3.0 coûte plus cher à intégrer que l'USB 2.0. Résultat : on le retrouvera d'abord sur des périphériques externes haut de gamme avant qu'il ne se généralise à l'ensemble du marché. Côté cartes mères, les choses vont évoluer encore plus lentement puisqu'Intel ne semble pas décidé à intégrer l'USB 3.0 à ses chipsets avant un bon moment (sauf renversement de tendance inattendu). En attendant donc, il faudra retenir des cartes mères avec contrôleur USB 3.0 additionnel ou acquérir une carte fille dédiée, si l'on tient vraiment à l'USB 3.0. Quant aux ordinateurs portables, l'arrivée de l'USB 3.0 risque d'être tout aussi longue si ce n'est plus encore !
Modifié le 01/06/2018 à 15h36
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