Thunderboltの帯域幅：USB 3.0、FireWire、eSATAに匹敵するサイズ
Thunderboltは様々な利用モデルを念頭に設計されており、その一つがオーディオ・ビデオのプロフェッショナル向けの高帯域幅・低レイテンシのデータ転送です。この用途にはシーケンシャル転送が不可欠です。そのため、Iometerを起動し、インターフェースに128KBのブロックを可能な限り詰め込むことで、Thunderboltの潜在的なパフォーマンスを測ることができます。
外部ストレージ インターフェイスの限界をテストするために、私たちはいくつかの外部 RAID エンクロージャを集めました (その後キャッシュを無効にしました)。
FireWire 400/800、USB 2.0、eSATA対応のLaCie 4big Quadraを入手しました。USB 3.0対応のソリューションを見つけるのは少し大変でしたが、Buffalo TechnologyのDriveStation Quad USB 3.0をなんとか手に入れました。PromiseからはThunderbolt対応のPegasus R6が届きました。すべての筐体にはHitachi DeskStar 7K3000ドライブを搭載しました。
パフォーマンス比較では、Thunderboltが圧倒的に勝っており、ハードドライブベースのPegasus R6は、キュー深度が高い状態で最大約925MB/秒を記録しました。ケーブルの2番目のThunderboltチャネルはディスプレイデータ用に使用されるため、この約925MB/秒という数値は、インターフェースの理論上の片方向最大速度1GB/秒に非常に近い値です。この上限に達したにもかかわらず、Thunderboltは他の5つのインターフェースを圧倒しています。
上のグラフには、ハードドライブとSSDの線があることに注目してください。Crucialは、ハードドライブが接続を飽和させてしまう可能性に備えて、6台のm4 SSDを貸与してくれました。しかし、DriveStation Quadと4big Quadraは、ディスクをSSDに交換しても速度が向上しませんでした。ただし、Pegasus R6のスループットは965MB/秒まで向上しました。
このわずかなパフォーマンス差は、RAID 0構成のハードドライブ6台でThunderboltインターフェースが飽和状態にあることを示しています。ディスク4台（Pegasus R4）では、Thunderbolt使用時のパフォーマンスは最大600 MB/秒に達します。また、SSD搭載のPegasus R6は、ハードドライブ搭載バージョンよりも低いキュー深度で優れたパフォーマンスを発揮することがわかります。
上のグラフは、Thunderboltポートに接続された単一のデバイスをテストした際の、シーケンシャルテストの結果から得られたピークスループットを表しています。Promiseによると、デバイスを追加すると、複数のデバイスを管理するために必要なプロトコルオーバーヘッドにより、全体的なパフォーマンスは徐々に低下し始めます。したがって、インターフェース帯域幅を圧迫したい場合は、複数の低速な周辺機器を使用するよりも、高速デバイスを1台使用する方が効果的です。当然のことながら、USB 2.0ハブやFireWireデイジーチェーンにデバイスを追加すると、それらのデバイスの全体的なパフォーマンスも低下します。
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シーケンシャルI/Oのパフォーマンスは素晴らしいものの、ThunderboltのランダムI/Oパフォーマンスは大幅に低下しています。これは、外部インターフェースを使用している場合によく見られます。内蔵SATAドライブを何らかのブリッジチップを搭載したエンクロージャに挿入すると、ディスク本来の性能が損なわれます。これはインターフェース自体に起因する可能性があります。例えば、USBやFireWireはコマンドキューイングを完全に破棄するため、ベンチマークでは常にキュー深度が1であるように見えます。下のグラフはそれを示しています。
ランダム読み取りを含むテストでハードドライブのスループットが低いのは当然のことです。しかし、SSDならもっと良い結果が出ると予想していました。もちろん、この予想はネイティブSATA接続のドライブ（240GBのVertex 3なら約325MB/秒）を高キュー深度で実行した場合のパフォーマンスに基づいています。1つの未処理コマンドを実行すると、Vertex 3は約70MB/秒にまで落ち込みます。しかし、USBおよびFireWireベースのソリューションでは、その数値にも届きません。一体何が起こっているのでしょうか？
外付けRAIDエンクロージャのランダムI/Oパフォーマンスを調べてみましょう。これらの接続技術ではコマンドをキューイングできない場合、複数のドライブを使用することでそれを補うことができるでしょうか？これらのRAIDデバイスはI/O要求を管理するための独自のコントローラーを備えているため、ハードウェアベースのRAIDがサポートされているのです。
複数のSSDをRAID構成にしても、ランダムI/Oは依然としてかなり悪いようです。これは単純に悪いのです。SSDをRAID構成にしても、ネイティブSATA接続で可能なパフォーマンスには及びません。Crucial m4 SSDを6台搭載したPegasus R6でも、80MB/秒を超えることはできませんでした。外部インターフェースによるランダムI/Oの処理は概ね劣悪ですが、例外的にそうではないケースが2つあります。
まず、RAID非対応のeSATAドライブは、他のインターフェースをサポートしていない限り、ネイティブSATA 3Gb/sのパフォーマンスを実現できるはずです。RAIDやその他のインターフェース技術のサポートを追加するには、コントローラハードウェアが必要となるため、RAID非対応でeSATAのみに対応している必要があります。例えば、Lacieの4big Quadraは、Oxford SemiconductorのOXUFS936QSE（eSATA、FireWire 800、FireWire 400、USB 2.0をサポート）というユニバーサルインターフェースのクアッドSATAストレージコントローラを搭載しているため、eSATA経由ではネイティブSATAのパフォーマンスを実現できません。Oxford Semiconductorチップ内のRAIDコントローラはeSATAスイッチの後段に実装されているため、ランダムI/Oパフォーマンスに影響を与えます。残念ながら、eSATAをサポートし、しかもeSATAのみをサポートする外付けエンクロージャはごくわずかです。
RAID非搭載のThunderboltデバイスも例外です。これらのデバイスには、PCIe-SATAコントローラが搭載されている可能性が高いです。これは、マザーボードベンダーがSATA 6Gb/sサポートをチップセットに統合する前にプラットフォームに追加するために使用していたトポロジーと非常によく似ており、サードパーティ製のMarvellおよびASMediaコントローラを1つのPCIeリンクを介してコアロジックに接続していました。
ただし、この場合、サードパーティ製SATAコントローラを搭載した非RAID Thunderboltドライブは、ネイティブSATA接続よりもパフォーマンスが低下します。例えば、SeagateのGoFlex ThunderboltアダプタはASMediaのASM1061 SATAコントローラを搭載しており、これは偶然にもMSI Z77A-GD80にも搭載されています。理論上、ランダムアクセスのパフォーマンスは両デバイスでほぼ同じになるはずです。しかし、GoFlex Thunderboltアダプタの速度は120MB/秒にとどまるのに対し、マザーボードのASM1061に直接接続した場合は160MB/秒を達成できます。
ASMediaによると、ASM1061のパフォーマンスはベンダー固有のBIOS最適化に依存しているとのこと。GoFlexのように幅広いアプリケーションに対応する製品を開発することで、特定のマザーボードモデル向けに調整されたハードウェアのようなチューニングの必要性は軽減されます。
シーケンシャルパフォーマンスはこれらの最適化の影響をそれほど受けません。これはSSDレビューでも確認されている点です。BIOS、ドライバ、SSDファームウェアを常に最新の状態に保っていますが、シーケンシャルデータはほとんど変化しません。そのため、SeagateのGoFlex ThunderboltアダプタとMSIのZ77A-GD80でVertex 3のパフォーマンスが同等であることは当然のことです。どちらもシーケンシャルリードで最大400MB/秒を実現しています。
