USBデバイスを使用する際は「転送モード」の違いに注意

コンピューターやスマートフォンなどのデバイスで幅広く使われているシリアルバス規格のひとつが「USB」です。1996年に仕様が発行されたUSB 1.0の最大転送速度は12Mbpsでしたが、USB4では最大転送速度が40Gbpsに到達するといった大きな性能向上を遂げており、OSの起動ディスクにUSBデバイスを使用する例も増えています。そんなUSBを使って外付けSSDをRaspberry Pi 4の起動ディスクとしたところ、「転送モード」が性能に大きく影響することとなったと、エンジニアのJeff Geerling氏が自身のブログ上で語っています。

UASP makes Raspberry Pi 4 disk IO 50% faster | Jeff Geerling
https://www.jeffgeerling.com/blog/2020/uasp-makes-raspberry-pi-4-disk-io-50-faster

Geerling氏がUSBの転送モードについて検証するきっかけとなったのは、自身のYouTubeチャンネルで公開した「Raspberry Pi 4の起動ディスクに外付けSSDを利用する」ムービーのコメント欄であったとのこと。ムービー内では、microSDからOSを起動した場合と、外付けSSDから起動した場合の転送速度などの性能比較を行っています。

Booting the Raspberry Pi 4 with an External SSD - YouTube

青色のデータが示すmicroSDを起動ディスクに利用した場合の転送速度に対し、緑色のデータで示される外付けSSDを利用した転送速度が大きく上回っていることがわかります。

この検証ムービーに対し「UASP非対応の外付けSSDケースを概要欄に掲載しているのは、何か特別な理由があるのですか？」とコメントがあったとGeerling氏。Geerling氏がレビューで使用したInateckの外付けSSDケースには、UASP対応版と非対応版があり、Geerling氏が実際に検証で使用したのはUASP非対応のものでした。

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UASPとは、USBデバイスでSCSIプロトコルを利用できる拡張仕様のこと。UASPを使用しない場合、USB 1.1で策定されたBOTプロトコルによるデータ転送が行われますが、USB 3.0ではUSB 1.1と比較して物理的な転送速度が12Mbpsから5Gbpsへと大幅に向上しているので、従来のBOTプロトコルがボトルネックになってしまうとGeerling氏は指摘。USBデバイスをUASPモードで使用することで高速なデータ転送が可能になるので、USB 3.0デバイスはほとんどUASPに対応しているとのこと。Geerling氏はUASP対応版のケースを追加で購入し、UASP非対応版との違いを検証しています。

左がUASP非対応版、右が対応版のケースです。正面からはモデルを見分けることはできません。

裏面に印字されたモデル番号を見てみると、UASP対応版には「E」が追加されています。

ケースに搭載された基板のパターンはまったく異なります。左上のUASP非対応版にはチップが1つしかありませんが、右下のUASP対応版にはチップが2つ実装されています。

lsusbコマンドでUSB機器の情報を確認すると、「Driver=uas」という文字が見えます。ドライバーが「uas」であればUASPを利用した転送を行い、「usb-storage」であればBOTプロトコルによる転送を行うとのこと。

Geerling氏がUASP対応版のケースと非対応版のケースでデータ転送性能を比較した結果、紺色のUASP非対応版ケースよりも、青色のUASP対応版ケースの方が転送速度が大幅に速いことが判明。

消費電力のピーク値においても、UASP対応版の方が優れていることがわかりました。

Raspberry Pi 4よりも前のモデルのRasberry Piについては、UASPを使用することができなかったとGeerling氏。しかし、Raspberry Pi 4ではUASPに対応したため、USB 3.0デバイスを使用する場合はUASPの使用が推奨されています。なお、Geerling氏が行った検証はYouTubeにムービーとしても公開されています。

Does UASP make the Raspberry Pi faster? - YouTube