PCI Express ×1 スロットにUSB3.0拡張カード

PCI Express×1スロットにUSB3.0拡張カードを搭載した事例をレポートします。パソコンは拡張カードによって色々と機能を追加できるのが醍醐味ですね。パソコン初心者の方はご参考にどうぞ。USB3.0とUSB2.0とeSATAでの転送速度をチェックします。

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USB3.0拡張カード搭載レポート

ンターフェースカードによってパソコンにUSB3.0端子
拡張カードを搭載することで、もともとなかった端子を追加できます。今回はPCI Express×1スロットにUSB3.0拡張カード搭載してみます。USB 3.0は理論値ではUSB 2.0の10倍近く速いとされます。USB3.0端子はUSB2.0と互換性があるので、そのままUSB2.0機器との接続も可能です。ただし、その場合の速度はUSB2.0と同じになります。

インターフェース 理論値の最大速度
IEEE1394(IEEE1394a) 400Mbps(50MB/秒)
USB2.0 480Mbps(60MB/秒)
USB3.0 5Gbps(625MB/s)

2011年時点ではチップセットにUSB3.0コントローラーはないので、拡張カードでの対応となります。USB3.0拡張カードは2010年あたりから市場に登場しています。
理論値で見ると、USB2.0よりダントツの速度アップです。

USBケーブルもUSB3.0仕様
USB2.0のケーブルも使えますが、USB3.0の速度を出すにはUSB3.0仕様のケーブルが必要です。業界では、コネクタの絶縁体部には青色を使用することが推奨されています。

USB2.0のケーブルと比較
USB3.0では速度を気にしないのであれば、USB2.0と互換性があります。USB2.0のケーブルと比較すると、Aコネクタ(写真左)では形状が同じです。ただし内部のピンの数はUSB3.0のほうが多くなっています。
Bコネクタ(写真右)では形状が異なります。USB3.0対応機器にUSB2.0ケーブルを挿せますが、USB2.0対応機器にUSB3.0ケーブルは挿せません。実用性では互換性を持っていますが、USB3.0の速度を出すには「パソコン側の端子、ケーブル、周辺機器」の3点がUSB3.0対応でなければなりません。

USB 3.0では1.8倍の900mAまで
USB 3.0拡張カードにはSATA電源ポートがあります。USB 2.0では500mA (5V)までの電源供給が可能でしたが、USB 3.0では1.8倍の900mAまで増えました。

SATA電源ポート
SATA電源ポート。内蔵SATAの光学ドライブやHDDの電源用と同じです。

PCI Express ×1 スロットに搭載する

拡張スロットは、PCI Express ×16が1つ、PCI Express ×1が2つ、PCI が1つ。
搭載するパソコン(Studio XPS 8000)の拡張スロットは、上からPCI Express ×16が1つ、PCI Express ×1が2つ、PCI が1つ。

拡張カードの固定具
拡張カードの固定具を外します。

ブランケット(金属の仕切り板)
3段目にあたるPCI Express ×1のブラケット(金属の仕切り板)を取り除きます。

SATA電源コネクタ
後々面倒なので先にSATA電源コネクタを接続。

USB3.0インターフェースカードを搭載
USB3.0拡張カードをPCI Express ×1に搭載。
3段目の拡張スロットにUSB3.0端子
背面を見ると、3段目の拡張スロットにUSB3.0端子×2つが実装されました。

USB3.0端子をアップ
USB3.0では、コネクタの絶縁体部には青色が採用されており、USB2.0との見分けの目安になります。

PCI Express X1(ver 1.1)のボトルネックについて

拡張スロットは、PCI Express ×16が1つ、PCI Express ×1が2つ、PCI が1つ。
さらに今回のパソコンはPCI Express 1.1のため、X1の転送速度は250MB/s。USB3.0理論値の半分近くです。これが俗にいうPCI Express 1.1のボトルネック。Sandy Bridge仕様からはPCI Express 2.0対応で転送速度は500MB/sとなっています。

リンクスピードチェック
リンクスピードチェックを行うと、2.5GT/sとでました。つまり半分の2.5Gbps(250MB/秒)が最大となります。今回の環境は5Gbpsではないのでご理解ください。

半減したからといっても、480MbpsのUSB2.0より速いのは明らかです。所詮、理論値なんてあってないようなものです。

USB3.0の実測値

外付けHDDUSB3.0仕様です。
接続する外付けHDDは、もちろんUSB3.0仕様です。内蔵されているHDDはウエスタンデジタル製WD20EARS (2TB SATA300/ 64MBキャッシュ)。
USB3.0が理論値速度 5Gbps(625MB/s)といってもHDDは3Gbps(300MB/s)。さらにPCI Express 1.1のボトルネックで250MB/sまでです。そもそも、理論値は名ばかりで実測値はもっと落ち込みます。

OS Windows 7 Professional 正規版 64bit
CPU インテル Core i7-860
(2.8GHz , 8MB L3キャッシュ) ※クロック数最大3.46GHz
メモリ 4GB (2GBx2) DDR3-SDRAMメモリ
グラフィック GeForce GTX 260 1792MB
HDD ウエスタンデジタル製WD20EARS (2TB SATA300/ 64MBキャッシュ)を、対応インターフェースの外付けHDDケースに格納

▲実測値テストしたパソコンの構成

バックアップ容量:4.15GB
USB2.0 時間:3分09秒/平均速度:21.9MB/s
USB3.0
※スロットの都合で理論値は250MB/s
時間:1分30秒/平均速度:46.1MB/s
eSATA 時間:1分11秒/平均速度:58.4MB/s

4.15GBのデータをバックアップし、ストップウォッチで時間を測りました。結果、USB3.0はUSB2.0の2倍の速さでした。体感速度としても明らかです。別のHDDケースを使ってeSATA端子接続したところ、USB3.0よりも速い結果となりました。

USB2.0とUSB3.0書込み比較(CrystalDiskMark 3.0にて)

USB2.0とUSB3.0
CrystalDiskMark 3.0にて測定した結果、シーケンシャルアクセスではUSB3.0はUSB2.0よりも約3.2倍の速さ。ランダムアクセス(512KB単位)では約1.9倍の速さです。

eSATAとUSB3.0書込み比較

eSATAとUSB3.0
eSATAとUSB3.0を比較した場合、eSATAのほうが速く、シーケンシャルアクセスではeSATAがUSB3.0の約1.2倍速く、ランダムアクセス(512KB単位)では約1.15倍速いです。

今回はPCI Express x1の250MB/s帯域のボトルネックがあるので、フルスペックのUSB3.0でないことを考慮しておきます。いずれにしてもHDDはSATA規格であるため、eSATAのほうがストレートで速いのかもしれません。

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