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 USB 3.0, USB 2.0보다 성능 향상되었나?
현재 시장에 적용된 USB 3.0 인터페이스는 인텔 최신 칩셋인 P55 칩셋을 비롯하여 AMD 790 시리즈의 메인스트림 이상의 제품군에 적용되고 있으며, AMD나 인텔의 칩셋 자체 지원이 아닌 별도의 컨트롤러를 적용하고 있다. 이 방법은 차세대 인터페이스인 SATA3 (6Gbps) 역시 다르지 않다.
그렇다면 현재 별도의 컨트롤러를 장착하여 지원하고 있는 USB 3.0이 과연 기존 USB 2.0과 비교하여 실제로 성능 향상이 있는지 함께 살펴보았다.
테스트 시스템
| 구분 |
제품명 |
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CPU
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인텔 코어 i5 750(2.66GHz) |
| 메모리 |
EKMemory PC3-10600 2GB x 2 (4GB) |
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HDD
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시게이트 바라쿠다 7200.12 500GB (SATA2) 슬림형 |
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VGA
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AMD ATI Radeon HD4850 |
| 메인보드 |
GIGABYTE GA-P55A-UD6 (P55 Express) |
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파워서플라이
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iKonik Vulcan 1200W (1200W) |
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운영체제
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윈도우 7 Ultimate K 32bit |
| 드라이버 |
AMD : 카탈리스트 9.11 정식 버전
인텔 칩셋 드라이버 : inf 9.1.1.1020PV |
[USB 3.0 테스트는 USB 3.0 확장카드와 외장 HDD 케이스 사용]
테스트는 앞서 살펴본 시게이트 바라쿠다 7200.12 500GB (SATA2) 슬림형 HDD를 이용했으며, USB 3.0 브릿지 (ASMedia ASM1051)가 장착된 외장 HDD 케이스에 500GB HDD와 USB 3.0 지원 확장 카드인 ASUS U3S6 (PCI-Express x4 Lane 동작)을 이용하였고 USB 2.0 비교에는 USB 2.0과 SATA2를 모두 지원하는 JMicron JM20336 컨트롤러가 사용된 USB 2.0 지원 외장 HDD 케이스를 P55 칩셋의 백패널 USB 2.0 포트를 이용했다. 추가로 SATA2에 직접 연결하였을 때의 성능도 함께 비교했다.
ASUS U3S6 확장카드는 P55의 PCIe X4 Lane으로 동작되는 방식이 기본적으로 P7P55D-E Premium 메인보드와 같으며, 같은 브릿지 칩셋 장착으로 USB 3.0과 SATA3 장치들은 단방향 1000MB/s의 대역폭을 확보할 수 있어 USB 3.0과 SATA3이 절반씩 나누어 쓴다고 가정해도 각각 필요한 625/ 750MB/s에 근접한 대역폭을 구현할 수 있다.
[GIGABYTE, PCI-Express x4 슬롯은 강제로 x1 설정가능]
또, 테스트를 진행한 GIGABYTE P55 메인보드는 eSATA 컨트롤러와 PCI-Express x16 (실제 X4 Lane 동작, P55 칩셋의 Lane을 끌어쓰는 마지막 세 번째 슬롯)이 4개의 PCIe x1 Lane을 공유하므로 Auto는 PCIe x1으로 동작하여 eSATA와 동시에 사용할 수 있고 x4는 이 슬롯에만 x4 Lane을 할당하여 eSATA 컨트롤러는 동작하지 못한다. 이는 다른 고급형 메인보드들 역시 P55의 PCIe x1 Lane을 공유할 수밖에 없기 때문에 GIGABYTE P55와 크게 달라지지는 않는다. 따라서, 이를 확인 위해 ASUS U3S6 카드의 배속에 따른 성능도 포함했다.
HD Tune 3.50 : USB 3.0 vs USB 2.0 성능
HD Tune으로 살펴본 성능은 P55 메인보드의 USB 2.0 포트를 이용하는 경우 USB 3.0 지원 확장카드의 x4/ x1 Lane 구성과 비교하여 읽기와 쓰기, Burst rate 모두 3배정도 차이를 보였다. 다만, Burst Rate 성능만 차이를 보이는데 이는 인터페이스에 따라 낼 수 있는 최대 속도에 차이를 보여준다. 참고로 P55 칩셋이 제공하는 USB 2.0은 최대 120MB/s의 대역폭을 제공하고 이론상 60MB/s (480Mbps)지만, 실제는 30MB/s 수준을 기기들이 지원하고 있어 최대 4개의 USB 2.0 장치를 사용할 때 칩셋의 대역폭을 모두 사용할 수 있게 된다.
현재 테스트된 구성은 USB 3.0 지원 확장카드를 추가하여 테스트가 진행된 만큼 대역폭의 손실이 발생될 것이지만, 실질적인 성능에서는 일반 HDD을 SATA2에 직접 연결한 것과 비교하여 성능 차이가 크게 줄었다.
보통 USB 2.0 장치들이 30MB/s 수준에 읽기 및 쓰기 성능이 제한되었던 것과 비교하면 USB 3.0은 SATA2 인터페이스를 가진 HDD의 성능을 이끌어내는데 큰 무리없는 수준의 대역폭을 제공하고 있다.
확장카드의 x4/ x1 Lane에 따른 성능 차이도 나타나고 있는데 이는 메인보드가 지원하는 Lane 수에 따라 성능이 제한될 수도 있다는 것을 보여준다.
PCMark Vantage : USB 3.0 vs USB 2.0 성능
PCMark Vantage의 성능도 HD Tune으로 살펴본 성능처럼 USB 2.0보다 USB 3.0의 성능이 더 우수하게 나타났다. SATA2와 직접 연결한 경우의 성능 역시 USB 3.0이 상당부분 접근하는 높은 성능을 내주고 있다.
CrystalDiskMark 2.2 : USB 3.0 vs USB 2.0 성능
 
[P55 SATA2 (좌)/ ASUS U3S6 : PCIE x4 Lane USB 3.0 (우)]
 
[ASUS U3S6 PCIE x1 Lane USB 3.0 (좌)/ USB 2.0 (우)]
또다른 벤치마크 프로그램인 CrystalDiskMark 2.2를 이용한 결과에서도 SATA2를 직접연결한 부분과 비교하여 USB 3.0은 차이가 나타나지만, USB 2.0과 비교하면 그 차이를 상당부분 줄여주고 있다. 결과적으로 USB 3.0을 지원하는 환경에서 외장 HDD는 SATA와 비교해도 크게 떨어지지 않아 외장 HDD 성능에 불만이었던 사용자들에게 어필할 수 있을 것으로 보여진다.
SSD를 USB 3.0으로 테스트 (Transcend Tachyon 120GB MLC)
 
[SSD P55 SATA2 (좌)/ ASUS U3S6 PCIE 2.0 x4 (우)]
 
[ASUS U3S6 PCIE x4 (좌)/ PCIE x1 (우)]
이번에는 CrystalDiskMark 2.2의 SSD 테스트 결과를 이용한 결과 SATA2를 직접연결한 경우와 비교한 USB 3.0은 순차읽기/ 512K/ 4K 모두에서 설치된 슬롯여부에 관계없이 일정수준의 성능 차이를 나타냈다. HDD와 달리 SSD는 더 높은 대역폭을 필요로 하는 만큼 USB 3.0에 장착되었을 때도 일정 수준의 성능을 내줬지만, 성능 감소는 불가피했다. 하지만, 여전히 HDD를 장착한 결과보다는 더 유리한 것으로 나타났다. 일반적으로 PC에서 USB 인터페이스는 일반 HDD를 저장장치 활용 빈도가 높으므로 SSD 장치를 위한 인터페이스로는 초기 컨트롤러라는 부분을 고려하더라도 성능 저하가 있다는 점을 고려해야 한다.
USB 3.0, 구현 방식에 따라 성능차이가 있을까?
ASUS와 GIGABYTE가 구현한 USB 3.0/ SATA3의 차이
ASUS와 GIGABYTE는 서로 다른 방법을 통해 USB 3.0과 SATA3의 대역폭을 구현하고 있다.
[ASUS는 PLX PEX8613 브릿지 칩셋으로 대역폭 확보]
ASUS가 구현한 방법은 USB 3.0/ SATA3 확장카드로 소개한 ASUS U3S6가 온보드 된 것과 큰 차이가 없는 브릿지로 대역폭 (PCIe x4 Lane, 단방향 1000MB/s)구조로 설명될 수 있으며, 이로 인해 USB 3.0/ SATA3 동시 사용이나 그래픽카드 성능에 제약이 적다. 하지만, USB 3.0/ SATA3 컨트롤러 외에 이를 조율하는 외부 브릿지 칩셋 추가와 이를 구현하기 위한 비용이 늘어나는 약점이 있다.
[GIGABYTE, PCIe Gen1과 2 선택, USB 3.0 또는 SATA3 중 하나만 사용]
반면, GIGABYTE는 USB 3.0과 SATA3 대역폭 확보를 위해 그래픽카드 성능 제약이 (Turbo USB 3.0 또는 Turbo SATA3 중 하나 선택시 그래픽카드는 PCIe 2.0 x8 Lane 동작) 따르며, 이 때 USB 3.0과 SATA3 컨트롤러 모두를 동시에 활용하지 못하는 큰 약점을 갖게 된다. 대신, 외부 브릿지가 사용되지 않으므로 ASUS의 구현 방법보다 비용적인 면에서는 조금 더 유리할 수 있다.
이론상으로는 ASUS가 구현한 방법이 GIGABYTE보다 효율적인 방식으로 볼 수도 있겠지만, 궁극적으로는 USB 3.0/ SATA3 지원 사우스브릿지가 등장하는 것이 가장 좋은 해결책이될 수 있다. 지금의 P55 칩셋은 CPU와 2GB DMI로 데이터를 교환하는데 USB 2.0과 SATA2 제공 포트를 모두 사용했을 경우 대역폭 문제가 제기될 수 있어 차세대 USB 3.0/ SATA3를 위한 충분한 대역폭까지 확보하기는 쉽지 않다.
ASUS와 GIGABYTE는 차세대 인터페이스인 USB 3.0과 SATA3의 성능을 위한 대역폭 확보를 위해 서로 다른 방법을 적용했는데 그렇다면 각사가 사용한 방법이 성능에는 어떤 영향을 미치지고 과연 USB 3.0 성능에는 차이가 없는지가 궁금해지는데 그 결과를 직접 확인해보았다.
이번 테스트는 ASUS U3S6 확장카드를 통해 GIGABYTE 메인보드가 구현한 USB 3.0 방식의 성능을 함께 비교했다. P7P55D-E Premuim 메인보드가 구현한 방식과 ASUS U3S6 확장카드가 구현한 방식은 온보드되었느냐 확장카드가 되었느냐의 차이로 볼 수 있고 같은 컨트롤러와 브릿지가 사용되었으므로 구성환경은 큰 차이가 없다.
테스트 결과중 ASUS U3S6 PCIe x4 슬롯을 제공하는 확장카드로 PCIE x4/ x1의 결과는 P55 칩셋으로 연결되는 것이고 PCIE 2.0 x4는 CPU의 PCIE 2.0 x8 Lane 중 x4 Lane만 활용하는 결과다. GIGABYTE GA-P55A-UD6는 PCIE 2.0은 CPU의 PCIE 2.0 x8 Lane 중 얼마만큼의 대역폭을 적용하는지에 대한 내용은 언급되지 않고 있어 편의상 PCIE 2.0으로 표기했다.
HD Tune 3.50 : USB 3.0 (ASUS U3S6 vs GIGABYTE P55)
ASUS와 GIGABYTE는 서로 다른 구현 방법으로 USB 3.0의 대역폭을 확보하는데 테스트 결과 각 구현 방식에 따른 HDD와 SSD 간의 성능 차이는 크게 나타나지 않았다. GIGABYTE P55 메인보드의 Turbo USB 3.0/ SATA3 옵션 중 Turbo USB 3.0/ SATA3 활성화에 따른 PCIe 2.0 Lane의 대역폭을 직접적으로 공개하지 않아 확인이 어려웠지만, 테스트 결과를 보면 확장카드 PCIE x4 Lane 수준의 대역폭인 (1000MB/s)를 확보할 수 있는 것으로 확인된다.
CrystalMark 2.2 : USB 3.0 (ASUS U3S6 vs GIGABYTE P55)
CrystalDiskMark 2.2 버전을 이용한 테스트 결과는 ASUS U3S6와 P55 조합인 PCIE x4/ x1에서와 PCIE 2.0 x4 (2번 슬롯 PCIe x8 Lane 중 x4 Lane만 사용) 구성시의 성능은 PCIE x4보다 PCIE 2.0 x4가 대역폭을 추가로 확보할 수 있지만, 실제 처리 성능의 결과는 큰 폭의 차이를 나타내지 못했다. SSD 역시 비슷한 결과를 보였으나 512K와 4K의 결과는 읽기에서 앞섰고 쓰기에서는 순차읽기와 512K의 결과에 거의 차이가 없는 속도를 보여 HDD보다 유리한 모습을 보였다.
CrystalDiskMark 2.2 버전을 이용한 테스트 역시 앞서 살펴본 HD Tune 3.50 테스트의 결과와 같이 구현방식은 달랐지만, 실질적이 성능에서는 큰 차이를 나타내지는 못해 구현 방식은 다르지만 실제 사용에서의 성능에는 차이가 없다는 것을 확인할 수 있다.
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