Le guide du stockage, partie 2 : interfaces et vitesses de transfert (1/9)

L'USB 2.0 a beau être l'interface disque la plus répandue, il s'agit aussi – et de loin – de la plus mauvaise. Voici un petit guide pour mieux comprendre, à l'aide d'exemples concrets, les fiches techniques des fabricants ainsi que les performances des disques durs externes.

Comment est calculée la vitesse d'une interface ?

Commençons par un peu de théorie.

L'interface est le lien entre l'ordinateur et le système de stockage. On exprime sa vitesse en quantité de données transférées par seconde. La quantité en question, elle, s'exprime généralement en bits. Par exemple, 480 mégabits par seconde (480 Mbps) pour une connexion USB 2.0, ou encore 4 gigabits par seconde (Gbps) pour l'USB 3.0 (et non 5 Gbps comme on le lit un peu partout - voir plus bas).

Pour obtenir une valeur, plus parlante, en octets, on divise la valeur en bits par huit. Rappelons, en effet, que 1 octet égale 8 bits. Ce qui nous donne 60 Mo/s pour l'USB 2.0 et 500 Mo/s pour l'USB 3.0, donc.

On prendra garde de ne pas confondre les deux, surtout sur les fiches techniques - fréquentes en informatique - rédigées en anglais. La valeur en bits s'y abrège en "bits per second" (Kbps, Mbps, Gbps...) et celle en octets en "Bytes per second" (KBps, MBps, GBps...). Question clarté, on a fait mieux ! Attention donc à la casse du "b" : minuscule pour les bits, majuscule pour les octets.

Les transferts par seconde : une troisième mesure

Il existe une troisième mesure : les « transferts par seconde », que l’on abrège MT/s pour « méga-transferts par seconde », par exemple.

Quelle différence ? Les mesures précédentes désignent le débit « utile » de l'interface. C'est-à-dire la bande passante totalement dédiée - à peu de choses près – aux données de l’utilisateur.

Les transferts désignent le volume total d'informations déplacées : les données de l'utilisateur, mais aussi les données complémentaires qui servent à s'assurer que l'échange se déroule correctement.

Par analogie, imaginez un magasin de vente en ligne de vaisselle. Son camion de livraison peut transporter jusqu’à 1000 assiettes. Mais si on se contente d’empiler ces 1000 assiettes à l’arrière du véhicule, il n’y a aucune chance que celles-ci parviennent sans casse à destination, à moins de rouler très, très lentement. Alors on les protège avec des emballages. Emballages qui, eux-mêmes, occupent de l’espace et réduisent la capacité de transport à, par exemple, 800 assiettes, tout en permettant de rouler plus vite.

En informatique, beaucoup d’interfaces utilisent le codage 8b/10b, qui consiste à transformer chaque séquence de 8 bits en mot de 10 bits. En clair, pour déplacer 100 Mo, il faut en fait transférer 125 Mo.

Dans le cas de l'encodage 8b/10b, on calcule donc le débit « utile » de l’interface en retirant 20% au débit en transferts. Par exemple, l’USB 3.0 affiche 5 GT/s, soit 4 Gbps (500 Mo/s), tandis que le Serial Ata 3 GT/s offre un débit pratique de 2,4 Gbps (300 Mo/s).

La plupart du temps, les fiches techniques « oublient » de préciser que le débit annoncé est une valeur en GT/s : l’écrasante majorité présentera ainsi l’USB 3.0 comme une interface de 5 Gbps. D'un point de vue strictement technique, ce n’est pas faux. Mais d'un point de vue pratique, cela induit l'utilisateur en erreur...

Interfaces directes : la théorie

Voici un tableau récapitulatif des interfaces les plus couramment utilisées par les disques durs externes.

	Débit en transferts/s	Débit en bits/s	Débit en octets/s
USB 1.1	-	12 Mbps	1,5 Mo/s
Firewire	-	400 Mbps	50 Mo/s
USB 2.0	-	480 Mbps	60 Mo/s
Firewire 800	-	800 Mbps	100 Mo/s
Serial Ata 300 / eSata	3 GT/s	2,4 Gbps	300 Mo/s
USB 3.0	5 GT/s	4 Gbps	500 Mo/s
Serial Ata 600 / eSata	6 GT/s	4,8 Gbps	600 Mo/s

L'USB 1.0 n'est plus utilisé et n'est là que pour référence : il est intéressant de remarquer qu'entre l'USB 1.1 et l'USB 3.0, les débits ont été multipliés par 400 !

Le Serial Ata et l'USB 3.0 utilisent tous deux un encodage 8b/10b. Les débits réels sont donc inférieurs de 20% aux débits annoncés en transferts/s. Le Firewire utilise également cette technologie, mais Apple annonce directement le débit réel donc inutile de s'embêter avec la valeur en transferts.

Le Serial Ata est l'interface native des disques durs : c'est celle qui est utilisée lorsqu'ils sont installés à l'intérieur du PC. L'eSata (external Sata) est tout simplement sa déclinaison externe.

Bon, et dans la pratique, à quoi correspondent ces valeurs ?

Voici un tableau indiquant le temps mis par chaque interface pour transférer tel ou tel volume de données. Attention, ces calculs ne se basent que sur le débit théorique de l'interface, et admettent que ni la lecture, ni l'écriture des données, ni l'interface elle-même, ne puissent limiter les performances (ce qui en pratique est toujours le cas).

	Débit théorique	1 CD (700 Mo)	1 DVD (4,3 Go)	1 Blu-Ray (25 Go)
USB 1.1	1,5 Mo/s	7 min 46	49 min 48	4 h 40
Firewire	50 Mo/s	14 s	1 min 30	7 min 57
USB 2.0	60 Mo/s	12 s	1 min 15	6 min 37
Firewire 800	100 Mo/s	7 s	45 s	3 min 58
Serial Ata 300 / eSata	300 Mo/s	2,3 s	15 s	1 min 20
USB 3.0	500 Mo/s	1,4 s	9 s	48 s
Serial Ata 600 / eSata	600 Mo/s	1,2 s	8 s	40 s

Quand la théorie rejoint la pratique

Voilà pour les débits théoriques qui, en pratique, ne sont souvent jamais atteint. Et pourquoi donc ? Les raisons sont multiples.

Déjà, on ne peut pas aller plus vite que le disque dur lui même. Dans le cas d'un disque dur à plateau, la limite s'établi aux alentours des 140 Mo/s en lecture/écriture pour un modèle classique. Avec un SSD tel que le RealSSD C300 de Crucial, on parvient à frôler la limite des 300 Mo/s en lecture de fichiers.

Donc on pourrait déjà se dire que, pour un disque dur à plateaux, l'intérêt d'une interface de plus de 150 Mo/s est nul. Ce n'est pas totalement faux, et on doit essentiellement l'arrivée du Serial Ata 600 (600 Mo/s) à celle des SSD. Mais cette vision est aussi incomplète : il existe des périphériques de stockage externe qui utilisent plusieurs disques durs gérés en Raid 0, par exemple. Grâce à ce système d'agrégation des performances des disques, on dépasse alors sans peine les 200 Mo/s, voire nettement plus. Dans ce cas, l'usage d'interfaces telles que l'eSata ou l'USB 3.0 est impératif afin de ne pas brider les transferts.

Ensuite, on prend en compte la nature des commandes envoyées au disque. Ce dernier ne comprend que les commandes Serial Ata. Pour toute autre interface, il y a donc une double conversion : Sata (ordinateur) => USB 2.0 => Sata (disque dur), par exemple. Le seul cas où il n'y a pas conversion, c'est l'eSata. Voilà pourquoi ce dernier, bien que théoriquement plus lent que l'USB 3.0, sera en pratique toujours plus rapide.

D'autres facteurs plus techniques rentrent également en ligne de compte. Les contrôleurs Firewire, notamment, déchargent le processeur d'une partie de la gestion du protocole. C'est pourquoi dans la pratique, les transferts Firewire sont souvent plus rapides que les transferts USB 2.0, même si les débits théoriques indiquent le contraire.

Enfin, lors du transfert, les données sont également découpées en paquets, ce qui implique d'ajouter quelques informations au passage : marqueurs de début et de fin de paquet, codes de correction d'erreur, etc. Informations qui, elles-mêmes, occupent de la place et réduisent d'autant la vitesse perçue des transferts.

Au final, on arrive à des différences véritablement significatives entre débit théorique et pratique. La documentation officielle de l'USB 3.0, par exemple, estime raisonnable de s'attendre à un débit pratique de 3,2 Gbps, soit 400 Mo/s. Voilà qui fait une sacrée marge avec le débit réel (500 Mo/s) et celui mesuré en transferts/s (600 Mo/s) ! Afin d'y voir plus clair, nous avons donc réalisé un petit test en conditions réelles permettant de situer les interfaces entre elles.

Matériel de test

Nous avons cherché un boîtier gérant le maximum d'interfaces pour réaliser nos tests. Nous l'avons trouvé en la personne du SilverDrive Quattro, qui nous a été prêté par la boutique Axtorage. Celui-ci gère les interfaces USB 2.0, Firewire, Firewire 800 et eSata. Nous y avons glissé un disque dur 500 Go Samsung à 7200 tpm.

Pour l'USB 3.0, c'est la station d'accueil Icy Box récemment testée qui nous a servi de cobaye.

Côté PC, voici les contrôleurs utilisés pour chaque interface :

• eSata : Intel P55 (carte mère)
• USB 2.0 : Intel P55 (carte mère)
• USB 3.0 : Nec D720200F1 (carte mère, lien PCI Express 1X 2.0)
• Firewire 400 : ALI M5271 (carte PCI)
• Firewire 800 : Nec D720101GJ (carte PCI Express 1X 1.0)

Voici quelques vues du SilverDrive Quattro. De très bonne facture, il est livré avec un boîtier d'alimentation et un câble pour chaque interface gérée. Drapé d'une élégante et robuste robe en aluminium, le boîtier est équipé d'un circuit OXUF934DSB-LQAG de PLX Technology. Il est commercialisé à 59 € ttc.

Concernant la carte Firewire 800, nous avons demandé un modèle F5U602 de Belkin. Au format PCI-Express 1X, elle est équipée de deux prises USB 2.0 externes, et de trois ports Firewire 800 (deux externes, un interne).

Résultat des tests

Pour le test, nous avons simplement chronométré des copies de fichiers. Nous nous sommes limités à la copie de gros fichiers (deux films en haute définition pour 6 Go au total) car ce test permet de mesurer le débit maximal des interfaces.

Bien que théoriquement moins rapide – 50 Mo/s contre 60 Mo/s – le Firewire s'avère 25% plus véloce que l'USB 2.0. Il atteint ainsi 83% de la capacité maximale de l'interface, ce qui est très bon. Le Firewire 800 ne démérite pas, avec près de 85% de sa vitesse maximale théorique, soit plus du double de son prédécesseur.

L'USB 2.0, pour sa part, atteint à peine plus de la moitié de son débit maximal : 56% avec 33,6 Mo/s.

Le Sata et l'eSata mènent logiquement la danse, suivis de très très près par l'USB 3.0. Mais ici, la limite se situe clairement du côté du disque dur et non de l'interface en elle-même. Avec un SSD, les écarts seraient plus significatifs.

La contre-performance du Firewire résulte plus de sa piteuse gestion par Windows Seven que d'une faiblesse de l'interface elle-même. A vrai dire, nous avons peiné pour obtenir des résultats cohérents en lecture (plus de 80 Mo/s), essayant diverses options de configuration, et n'avons pas réussi lors du test en écriture. Normalement, le Firewire 800 est capable de soutenir quasiment autant en écriture.

Pour le reste, on remarque que l'eSata est au niveau de l'USB 3.0, très légèrement en deçà du Sata.

Nous pouvons donc refondre le tableau précédent à la lumière de ces tests :

	Débit mesuré	1 CD (700 Mo)	1 DVD (4,3 Go)	1 Blu-Ray (25 Go)
USB 2.0	33,6 Mo/s	21 s	2 min 13	11 min 50
Firewire	41,7 Mo/s	17 s	1 min 48	9 min 32
Firewire 800	84,9 Mo/s	8 s	53 s	4 min 41
USB 3.0	139,9 Mo/s	5 s	32 s	2 min 51
Serial Ata 300 / eSata	142 Mo/s	5 s	32 s	2 min 48

L'USB 2.0 fini donc bon dernier. Si on louera son universalité – difficile de trouver un ordinateur non équipé d'une prise USB – on lui préfèrera n'importe quelle alternative si possible.

Les interfaces en image

Voici à quoi ressemblent les interfaces que nous avons testé.

Interfaces indirectes

Les "interfaces directes" que nous venons de détailler ne sont pas les seuls moyens d'accéder à un espace de stockage. On pourrait ainsi regrouper, sous la dénomination interfaces "indirectes", les connexions internet, réseau Ethernet, et réseau sans fil Wifi.

Les premières servent à accéder aux très à la mode espaces de stockage hébergé (Cloud Storage) : il s'agit de services de stockage et de synchronisation en ligne tels que le très populaire Dropbox, par exemple. Les autres servent à accéder aux disques durs réseaux, ou Nas, également de plus en plus populaires.

Il est très difficile d'indiquer pour chacune des vitesses de transferts réelles car celles-ci dépendent de multiples paramètres : qualité de connexion, capacités des composants intégrés aux Nas, équipement réseau, etc. On peut néanmoins se baser sur leurs vitesses maximales théoriques : on ne sait pas exactement combien on obtiendra en pratique, mais on sait que l'on n'aura pas mieux quoi qu'il arrive.

	Débit en transferts/s	Débit en bits/s	Débit en octets/s
ADSL 8 mégas	-	8 Mbps	1 Mo/s
Wifi 802.11b	-	11 Mbps	1,37 Mo/s
USB 1.1	-	12 Mbps	1,5 Mo/s
ADSL 24 mégas	-	24 Mbps	3 Mo/s
Wifi 802.11g	-	54 Mbps	6,75 Mo/s
Ethernet 100 (box ADSL)	-	100 Mbps	12,5 Mo/s
Firewire	-	400 Mbps	50 Mo/s
USB 2.0	-	480 Mbps	60 Mo/s
Wifi 802.11n	-	600 Mbps max	75 Mo/s max
Firewire 800	-	800 Mbps	100 Mo/s
Ethernet 1 Gbps	-	1 Gbps	125 Mo/s
Serial Ata 300 / eSata	3 GT/s	2,4 Gbps	300 Mo/s
USB 3.0	5 GT/s	4 Gbps	500 Mo/s
Serial Ata 600 / eSata	6 GT/s	4,8 Gbps	600 Mo/s
Ethernet 10 Gbps	-	10 Gbps	1,25 Go/s

Globalement, les vitesses théoriques sont nettement moindres que celles des interfaces directes. Et dans la pratique, c'est encore pire : les Nas sont avant tout limités par la vitesse de leur processeur intégré. Du coup, ils ont longtemps offerts des performances inférieures à celles d'un disque USB 2.0, quand bien même leur vitesse maximale théorique soit plus de deux fois supérieure !

En fait, concernant les Nas, c'est le grand écart : certains dépassent les 100 Mo/s et taquinent les limites de l'interface Gigabit. La plupart, néanmoins, tourne autour des 40 Mo/s. Et la génération précédente s'effondre à moins de 30 Mo/s.

Et bien sûr, cela ne vaut que si vous utilisez un routeur Ethernet 1 Gbps. Si votre réseau n'est basé que sur la box de votre fournisseur d'accès (cas le plus fréquent), alors vous êtes systématiquement limités au réseau 10/100 Mbps, soit 12,5 Mo/s. Pour obtenir des débits corrects - 12,5 Mo/s, c'est EXTREMEMENT lent quand on transfère des gros fichiers - il faut relier le Nas et l'ordinateur à un switch/routeur Gigabit. Switch que l'on pourra évidemment tout à fait relier à la box pour continuer à profiter de la connexion Internet sur le réseau...

L'Ethernet 10 Gbps est cité pour référence, mais il n'est pas encore vraiment utilisé, sauf par les opérateurs Télécoms.

Concernant le Wifi, les débits indiqués sont très théoriques, car la vitesse des transferts dépend beaucoup de la qualité de connexion. Les 600 Mbps correspondent en outre à la capacité maximale de la norme 802.11n, et pas forcément à la vitesse maximale proposée par les équipements de ce type. Aujourd'hui, ceux-ci affichent plutôt un débit maximal théorique de 300 Mbps pour les modèles haut de gamme.

Enfin, on ne manquera pas de remarquer qu'une connexion ADSL 24 Mbps (et là encore, il s'agit d'un maximum théorique), n'est que deux fois plus rapide qu'un lien USB 1.1.

Conclusion

Les interfaces USB 2.0 et Firewire sont clairement d'ancienne génération et offrent des débits aujourd'hui médiocres. A l'inverse, l'USB 3.0 et le Serial ATA sont eux sous-exploités avec les disques durs à plateau. Entre les deux, le Firewire 800 offre un bon compromis. Il est néanmoins peu répandu en dehors du Macintosh et s'avère très mal pris en charge par Windows Seven.

De cela, il découle les deux observations suivantes :

• Les systèmes de stockage externe utilisant plusieurs disques durs en Raid 0 ne pourront uniquement s'exprimer pleinement qu'en eSata, voire en USB 3.0 quand de tels modèles existeront. S'ils proposent souvent une interface Firewire 800, oubliez celle-ci sur PC si vous avez la possibilité de passer en eSata. Ce qui ne pose généralement aucun problème : il suffit de relier une prise Sata interne à un connecteur externe, fréquemment fourni avec la carte mère.
• Concernant les SSD externes, là encore, point de salut en dehors de l'USB 3.0 ou de l'eSata. Surtout s'il s'agit d'un modèle récent capable de dépasser les 200 Mo/s. On ne fera probablement pas aussi bien en USB 3.0 mais, au moins, on limitera la casse un maximum !