IEEE 1394 против USB 2.0: холодная война с огоньком

Андрей Сокольников, 

Обзор двух конкурирующих стандартов высокоскоростных последовательных шин — USB 2.0 (Hi-Speed USB) и IEEE 1394 (FireWire или i.LINK). Что лучше?

Там где есть две стороны и соперничество, конкуренция, конфликт между ними, обычно одна одерживает верх. Ситуации же паритета — или, правильнее сказать, холодной войны — сравнительно редки и нестабильны. Именно в таком состоянии находились до середины минувшего года два стандарта высокоскоростных последовательных шин — USB 2.0 (Hi-Speed USB) и IEEE 1394 (FireWire или i.LINK). Война потеплела после интеграции контроллеров USB 2.0 в чипсеты для PC, но победитель все равно не ясен. Не ясно даже, определится ли он в будущем.

Ретроспектива

В первую очередь, как к ветерану, обратимся к стандарту 1394 — ведь у него уже солидная 15-летняя история. Идея быстрой последовательной шины зародилась в 1986 г. в недрах корпорации Apple Computer. Интерфейс Ultra SCSI-1 (шина задумывалась, как альтернатива ему) мог обеспечить пиковую пропускную способность в 20 Мбайт/с, а разработка Apple позволяла улучшить этот показатель в два с половиной раза — до 400 Мбит/с (кроме того, были предусмотрены режимы 100 и 200 Мбит/с). Тогда же Apple зарегистрировала торговую марку «FireWire», под которой в настоящее время шина и известна больше всего. Уже через год была выпущена первая спецификация. Apple начала продвигать интерфейс на рынок в качестве мощного и простого в употреблении средства для подключения (главным образом, к компьютерам собственного производства) видеокамер, высокоскоростных принтеров, внешних жестких дисков и прочих устройств, требовательных к пропускной способности соединения. Шли годы, поддержка FireWire со стороны производители чипов и бытовой цифровой электроники медленно, но верно возрастала. В 1994 г. Apple и множество сочувствующих компаний объединились в консорциум, чуть доработали спецификацию, и она была официально принята IEEE в 1995 г. Так родился оригинальный стандарт 1394 (IEEE 1394-1995).

Первый блин, как и следовало ожидать, вышел комом: всплыли проблемы совместимости, особенно в разнородном стане PC. Что ж, такова судьба многих стандартов на первых порах: многое дается на откуп интерпретаторским талантам реализаторов, а реализаторы, не имея нот перед глазами, неизбежно поют вразнобой, не смотря на чуткое следование палочке дирижера. Поэтому, следующим шагом стала разработка новой редакции стандарта — IEEE 1394a (официально принята в 2000 г.). Она прояснила темные места, сделала обязательными некоторые опционные части и добавила детали, улучшившие производительность. Кроме того, появилась спецификация 1394 OHCI (Open Host Controller Interface), благодаря которой остались в прошлом несовместимые друг с другом проприетарные FireWire-карты. Это (и тот факт, что 1394 стал абсолютным стандартом для DV-камер) поспособствовало росту популярности шины в лагере PC (в мультимедиа-ориентированных настольных системах и ноутбуках).

Если бы всё шло своим чередом, сейчас, не исключено, во всех новых PC интерфейс FireWire стал бы столь же обычным, как USB. К сожалению, Apple, по своему обыкновению, в начале 1999 года подумала иначе и вознамерилась снять пенки с набиравшей популярность шины — обязав платить производителей устройств (вместо обычных фиксированных лицензионных отчислений) подать в размере $1 за каждый порт. Это вызвало волнение в электронной индустрии и сильно охладило пыл приверженцев FireWire. В частности (к пущей скорби Apple), и фирмы Intel, которая сконцентрировалась на разработке USB 2.0. Чтобы успокоить и вернуть отпугнутых друзей FireWire, Apple в срочном порядке совместно с Compaq, Matsushita, Philips, Sony, Toshiba и другими компаниями, входящими в 1394 Trade Association, организовала объединенный патентный пул. Его участниками стали практически все держатели патентов, затрагивающих FireWire, а лицензии стали продаваться по вполне умеренной цене — 25 центов за устройство (вне зависимости от количества портов). Основные средства пошли на разработку усовершенствованного стандарта 1394b, которой занималась неформально отпочковавшаяся в 1996 году от Apple частная компания Zayante. Сравнительно недавно — 2 апреля прошлого года — стандарт был принят IEEE, а через два дня после этого Apple купила Zayante. FireWire 800 (под таким названием Apple теперь продвигает 1394b) увеличивает скорость шины до 800 Мбит/с, а в недалеком будущем — до 1,6 Гбит/с, и, кроме того, имеет (туманную пока) «архитектурную поддержку» 3,2 Гбит/с.

История USB короче и проще. В 1995 году консорциум из семи компаний (главную роль в нем играет Intel) принялся за создание универсального порта для подключения к компьютеру не очень требовательных к пропускной способности шины (1,5 и 12 Мбит/с) периферийных устройств — мышей, клавиатур, джойстиков, модемов, etc. Полноценную жизнь лелеемый Intel стандарт обрел в 1998 году — к его началу практически все новые компьютеры были оснащены парочкой соответствующих разъемов. Но количество USB-устройств было невелико до тех пор, пока не вышла приснопамятная Win98, которая, в отличие от Win95, этот стандарт, да простится мне сие громкое слово, поддерживала . Мало-помалу USB занимала свою нишу, не посягая на владения FireWire, но прибирая к рукам все низкоскоростные устройства. Идиллическое мирное «параллельное» сосуществование длилось два года — до момента, когда увидела свет спецификация USB 2.0 , которая подняла максимальную пропускную способность шины до 480 Мбит/с (что в 40 раз больше, чем у USB 1.X). Обратная совместимость с коннекторами (страдающими гигантизмом), кабелями (использовать старые USB-кабели для подключения на 480 Мбит/с нельзя) и устройствами USB 1.X при этом была сохранена.

Компания Intel никогда негативно не отзывалась о FireWire и даже, было такое время, активно поддерживала разработки, инвестируя Zayante. По слухам, внутри компании долгое время шли серьезные баталии по поводу того, начинать ли с FireWire войну, продвигая по всем фронтам Hi-Speed USB, или, наоборот, сдаться на милость победителя. В конце концов, компания решила поддерживать обе технологии (но предпочтение все равно отдается USB). Можно предположить, что в неуверенности Intel (или в нежелании преждевременно бить по другой перспективной шине) кроется причина странной задержки с интегрированием контроллеров USB 2.0 в чипсеты. Изначально это предполагалось сделать еще в i815, но первым чипсетом с USB 2.0 стал вышедший в середине прошлого года i845G. Сейчас практически все производители чипсетов для PC встраивают в южные мосты контролеры USB 2.0. и только один — SiS — еще и контроллеры 1394a.

Что лучше?

Несмотря на то, что интерфейсы изначально проектировались для разных целей (USB для подключения периферии к ПК, а FireWire для передачи массивных потоков аудио/видеоданных между устройствами), их распространенные сегодня инкарнации имеют более-менее похожие характеристики. Перед конечным пользователем (а, следовательно, и перед производителем оборудования) встает дилемма: какой интерфейс выбрать? Дать однозначный ответ для всех случаев невозможно даже сейчас, когда Hi-Speed USB получил массовое распространение. В какой-то мере отсутствие тотальной гегемонии одного стандарта даже хорошо — есть возможность использовать уникальные свойства каждого из них (чтобы не томить читателя, сразу заметим, два главных плюса USB 2.0 — это совместимость с USB 1.Х и низкая цена).

Adaptec-DuoConnect.jpg

Комбинированный контроллер Adaptec DuoConnect USB 2.0 + IEEE 1394.

Теоретически, максимальная пропускная способность Hi-Speed USB — 480 Мбит/с — на 20% выше, чем у распространенного сегодня 1394a. С продвижением Hi-Speed USB на рынке стали появляться устройства (например, внешние жесткие диски) со сдвоенным интерфейсом или одни и те же модели с разными интерфейсами. Казалось бы, работать по USB они должны быстрее, но на практике не всё так просто: при прочих равных условиях, подключая устройство через FireWire, вы получаете лучшую производительность (и гораздо меньше проблем с горячей заменой), чем при подключении через USB 2.0. Причины этого, думается, в сырости технологии и драйверов: тут, как с первым поколением USB, нужно дождаться версии X.1 — она будет работать стабильней, полноценней и, не сглазить бы, наконец-то сравняется по производительности с шиной 1394a (которая к тому времени уже несколько устареет).

FireWire позволяет соединять устройства в произвольных ветвлениях, оборудование можно подключать (не требуется устанавливать никаких драйверов) или отключать в любое время (даже когда идет интенсивный обмен данными), при этом шина тут же автоматически перестраивается. Ей не нужно управление (работает по схеме peer-to-peer): узлы равноправны и обращаются друг к другу напрямую. Поэтому можно, например, подключить DV-камеру к приводу DVD-RAM без компьютера вообще. А если он и подсоединен к шине, информация с камеры все равно будет идти непосредственно на DVD-RAM без посредничества PC (но он может контролировать траффик, если это необходимо). Через FireWire можно соединить «как попало» (для удобства прикупив два-три хаба) несколько компьютеров, камер, принтеров, внешних CD-R и любое другое оборудование. Всё это без проблем станет функционировать с момента подключения, есть только три ограничения:
  • не больше 63 устройств на одной шине (но с использованием мостов можно соединять до 1023 шин);
  • между двумя устройствами не должно быть больше 16 сегментов;
  • в результате соединения не должны образовываться петли (это ограничение снято в 1394b).

Любое устройство, подключенное к шине, способно передавать данные любому другому или нескольким (по изохронному каналу) — например, с компьютерного DVD-ROM или DVD-плейера данные могут одновременно переписываются на два (или двадцать) DVD-рекордеров.

HighSpeedUSBconnector

Планка коннекторов USB, сертифицированная
на соответствие спецификации 2.0
(из комплекта системной платы Gigabyte GA-SINX1394).

С USB ситуация совершенно иная — тут устройства по каждому из портов подключаются последовательно, по принципу гирлянды (до 127), а USB-контроллер компьютера стоит в «истоке» шины и руководит каждым устройством на ней. Например, при копировании с USB CD-ROM’а на USB HDD данные обязательно проходят через компьютер (даже если оба устройства подключены к одной гирлянде), что не очень-то эффективно. Такая архитектура позволяет удешевить периферию (и это критично для джойстиков, мышек с клавиатурами, etc.), но по гибкости просто несопоставима с peer-to-peer. Особенно, при подключении видео или аудио оборудования. Кроме того, по шине USB без использования специального моста (т.н. адаптера USB-to-USB) нельзя соединить два компьютера и уж тем более зашарить между ними какое-нибудь устройство. Впрочем, используя адаптеры, можно создать сеть (до 17 компьютеров), но вряд ли будет работать сколько-нибудь стабильно и эффективно. Так что лучше не надо — бессмысленная трата денег на адаптеры.

Существует дополнение к спецификации USB 2.0 — USB OTG (On-The-Go), которое позволяет создавать мобильные USB-устройства (сотовые телефоны, КПК, цифровые камеры) с ограниченными функциями ведущего узла. Это позволяет, например, распечатывать фотографию с камеры на USB-принтере без участия компьютера (а при подключении к компьютеру такая камера ведет себя, как и любая другая периферия). Для мобильных устройств появился новый тип кабеля — mini-A-to-mini-B и новый разъем mini-AB (для USB OTG), который принимает как mini-A, так и mini-B штепселя. Это позволяет использовать один и тот же разъем на OTG-устройстве как для прямых соединений с периферией, так и для подключения к компьютеру.

Если вы взглянете на таблицу, то заметите, что одним из отличий FireWire является гораздо более мощное питание (до 40 Вт), передаваемое по шине. Оно не только обеспечивает  работу шины, если какая-то ветка проходит через выключенный узел, но и позволяет запитывать от шины прожорливые устройства вроде внешних HDD. Жаль, что некоторые производители ноутбуков в целях консервации энергии и экономии места (?) оборудуют их 4-pin разъемами  — тем самым ломая весь кайф противникам всяких там лишних блоков питания. Что касается USB — запитать жесткий диск или CD-RW от смешных 5 В и 0,5 А просто нереально.

Сравнительные характеристики шин USB и FireWire

USB 1.X

USB 2.0
(Hi-Speed USB)

IEEE 1394/a
(FireWire или i.LINK)

IEEE 1394b
(FireWire 800)

Поддерживаемые скорости передачи данных

1,5 Мбит/с,
12 Мбит/с

1,5 Мбит/с,
12 Мбит/с,
480 Мбит/с

100 Мбит/с,
200 Мбит/с,
400 Мбит/с

100 Мбит/с,
200 Мбит/с,
400 Мбит/с,
800 Мбит/с
(в будущем 1,6 Гбит/с и 3,2 Гбит/с)

Топология сети

Ведущий/ведомые (host/client)

Равноправные узлы (peer-to-peer)

Устройств в одной сети

До 127 в гирляндной цепи

До 63 в произвольных ветвлениях (не больше 16 сетевых сегментов)

Замкнутые петли

Невозможны

Запрещены

Разрешены

Коннектор

4-pin (A, B)

6-pin (4-pin без питания)

9-pin

Питание от шины

5 В, 500 мА (2,5 Вт)

До 30 В, 1,5 А (45 Вт)

Максимальная длина кабеля

5 м

4,5 м

4,5* м

Обратная совместимость

USB 1.X

IEEE 1394/a через переходник

*  Спецификация позволяет использовать и другие типы кабелей со своими ограничениями по длине и максимальной скорости: до 50 м через SIPOF — 200 Мбит/с, до 100 м через стандартный Ethernet-кабельCAT-5 — 100 Мбит/с, до 100 м через HPCPOF — 200 Мбит/с, до 100 м через GOF — 3,6 Гбит/с.

Шина USB 2.0 эффективна для компьютерной периферии — низкоскоростной и со средними требованиями к пропускной способности, — она дешева и достаточно производительна для большинства задач. FireWire гораздо более гибка в использовании и прекрасно подходит для работы с мультиметиа (DV-камеры, DVD, аудио, игровые приставки, цифровые телевизоры — всё это легко при наличии портов FireWire соединить между собой, причем, не обязательно вокруг компьютера). Еще одно применение FireWire — создание совершенно полноценных (домашних или студийный) компьютерных сетей с возможностью передачи видео в реальном времени и совместного использования оборудования. Подающая большие надежды спецификация 1384b сколько-нибудь широкого распространения получить пока не успела, но можно не сомневаться, что Apple будет всеми правдами и неправдами продвигать её до тех пор, пока она не станет общепринятым стандартом (по крайней мере, для передачи аудио/видеоданных). Ведь в случае захвата USB 2.0 традиционной ниши FireWire Mac’и окажутся изолированными от всего и вся «вещами в себе» со скудным набором совместимых устройств, а так просто отказаться от FireWire 800 в пользу слабого Hi-Speed USB Apple, по понятным причинам, не может себе позволить.

Технологически шина FireWire всегда была впереди и по праву заняла свою нишу. Теперь весь вопрос в том, удастся ли (вариант: захочет ли) Intel агрессивным маркетингом выбить её из этой самой ниши и водрузить на её место худшую для такого применения, но нужную компании USB 2.0. При благоприятном сценарии оба стандарта будут присутствовать на рынке, серьезно конкурируя (цена против возможностей) только в сфере скоростной и мобильной компьютерной периферии.


Автор
Андрей Сокольников

Комментарии