ROCK64はNIC・USB3.0同時使用で速度低下

2021.4.10 総括に追記しました。

先日購入した ROCK64 ですが、NAS 化に伴いパフォーマンス測定をしました。

ROCK64をNASにする – あららぼ

USB3.0 + Gigabit NIC 搭載機として期待していたのですが、思ったほど性能が伸びなかったのでベンチマーク結果を掲載します。

総括

初めに感じたこと・調べた結果をまとめます。

  • 性能 UP は限定的
    ROCK64 の Gigabit NIC はネイティブではなく、USB 3.0 ブリッジのようです。

    ※当ブログでも度々登場している Banana Pi M1 Classic は SATA コネクタ搭載ですが、こちらも USB 2.0 ブリッジです。

  • 細かいファイルの I/O が速い
    実際の測定結果はページ下部を見ていただくとして、ベンチマークだとシーケンシャルな速度を見てしまいがちです。
    かく言う、私もダウンロードした ISO とかを一時的に格納しておくのに、シーケンシャル速度は大事だと思っています。

    今回運用してみて一番恩恵を感じたのは、ファイル数の多いディレクトリの表示速度です。
    2,000 ほどのファイルがあるディレクトリのファイル一覧を取得するのに(100BASE-TX 搭載の NanoPi NEO では) 40秒ほど掛かっていましたが、Gigabit NIC 搭載の ROCK64 では 10秒掛からない程度までに縮みました。

    これ、地味に便利です。

結論

USB にバイパスすることで多機能を実現する手法は(面積的にもコスト的にも制限のある)シングルボードコンピュータでは、一般的な模様。
部品共有で多彩な機能をもたせることが歓迎されるシーンも多々あると思いますが、性能重視で選定する際は、スペックシートだけでなく下調べが必須です。

パフォーマンス測定

性能は頭打ちですが「NIC 標準搭載 + ストレージ USB 3.0」として使うのが一番パフォーマンスが高いです。

測定結果については、下記をご参照ください。

ファイル共有

まず、ファイルサーバ(NAS)利用ということで、ネットワーク経由でのパフォーマンスを測定しました。

ネットワーク越しのパフォーマンス測定では、視覚的に分かりやすい CrystalDiskMark を大変重宝しています。

環境

  • クライアント
    FMV LIFEBOOK AH77/D Core i7-2630QM @ 2GHz
    Windows 10 Pro. x64

  • サーバ
    ROCK64 1GB
    Armbian Focal(Ubuntu)

  • HDD

    • NIC 標準搭載 Gigabit NIC + ストレージ 標準搭載 USB 3.0
      Gigabit Ethernet 環境で、ROCK64 搭載の USB 3.0 コネクタにディスクを接続した状態で測定しています。
    • NIC 標準搭載 Gigabit NIC + ストレージ 標準搭載 USB 2.0
      Gigabit Ethernet 環境で、ROCK64 搭載の USB 2.0 コネクタにディスクを接続した状態で測定しています。
    • NIC USB-NIC(USB 3.0) + ストレージ 標準搭載 USB 2.0
      標準搭載 NIC と USB 3.0 の同時利用を避ける意味合いで、USB-NIC を使ってみました。
      結果は意味ないようです...
    • NIC USB-NIC(USB 2.0) + ストレージ 標準搭載 USB 3.0
      USB 2.0 でネットワークを代替させると著しくパフォーマンスが低下します。

はっきり言って、USB 3.0・USB 2.0 で誤差の範囲です。

これには正直がっかりしました。
先日、同条件でラズパイ4(Raspberry Pi 4 Model B)を測定した際の結果を大きく下回ったからです。

base on USBデバイスはコントローラで性能が大きく変わる – あららぼ
Read で 70MB/s 弱・Write で 40MB/s

Write では検討していますが、Read は半分程度しかありません。

特に Samba 周りの設定というわけでもなさそうだったので、ROCK64 自体の性能を確認することにしました。

ローカル性能

ネットワーク越しではなく、ローカル環境(ROCK64 自体が USB デバイスにどの程度のパフォーマンスを発揮できるのか)を確認していきます。

以下には、実際のパフォーマンス測定の方法と結果を掲載しています。

まとめ

詳細は下記をご覧いただくとして、最初に結果(10回測定の平均値)を掲載します。

環境 Read Write
USB 3.0 31.15 MB/s 57.05 MB/s
USB 2.0 10.5 MB/s 39.66 MB/s
USB 3.0 + USB 2.0(Gigabit Ethernet) 31.56 MB/s 48.12 MB/s

結果を見ると当たり前ですが(誤差があるにせよ)、標準的な使い方(USB 3.0 + Gigabit NIC)での運用がベターのようです。

USB 3.0

  • 測定条件
    • LAN
      本機搭載の Gigabit NIC からギガビット HUB へ接続。
    • ストレージ
      本機搭載の USB 3.0 からUSB-HDD(USB 3.0)へ接続。
  • 結果
    • Read
      (10回平均値)31.15 MB/s
    • Write
      (10回平均値)57.05 MB/s
  • 測定方法・結果詳細
# for i in [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10];do sleep 5;echo $'\n\n' $i;hdparm -t /dev/sda1;done

 [1]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads:  76 MB in  3.08 seconds =  24.64 MB/sec

 [2]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads: 126 MB in  3.96 seconds =  31.81 MB/sec

 [3]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads: 126 MB in  3.96 seconds =  31.84 MB/sec

 [4]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads: 126 MB in  3.95 seconds =  31.90 MB/sec

 [5]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads: 126 MB in  3.96 seconds =  31.82 MB/sec

 [6]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads: 126 MB in  3.93 seconds =  32.06 MB/sec

 [7]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads: 126 MB in  3.96 seconds =  31.82 MB/sec

 [8]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads: 126 MB in  3.94 seconds =  31.95 MB/sec

 [9]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads: 126 MB in  3.96 seconds =  31.81 MB/sec

 [10]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads: 126 MB in  3.95 seconds =  31.89 MB/sec
# for i in [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10];do sleep 10;echo $'\n\n' $i;date;time dd if=/dev/zero of=/media/usb250gb/hdparm_write$i.tmp ibs=1M obs=1M count=1024;date;done

 [1]
Sun 21 Mar 2021 09:42:53 AM JST
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 [2]
Sun 21 Mar 2021 09:43:23 AM JST
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 [3]
Sun 21 Mar 2021 09:43:52 AM JST
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 [4]
Sun 21 Mar 2021 09:44:21 AM JST
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 [5]
Sun 21 Mar 2021 09:44:49 AM JST
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 [7]
Sun 21 Mar 2021 09:45:47 AM JST
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 [8]
Sun 21 Mar 2021 09:46:16 AM JST
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 [9]
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Sun 21 Mar 2021 09:47:03 AM JST

 [10]
Sun 21 Mar 2021 09:47:13 AM JST
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Sun 21 Mar 2021 09:47:32 AM JST

USB 2.0

  • 測定条件
    • LAN
      本機搭載の Gigabit NIC からギガビット HUB へ接続。
    • ストレージ
      本機搭載の USB 2.0 からUSB-HDD(物自体は USB 3.0 テストと同じもの)へ接続。
  • 結果
    • Read
      (10回平均値)10.5 MB/s
    • Write
      (10回平均値)39.66 MB/s
  • 測定方法・結果詳細
# for i in [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10];do sleep 5;echo $'\n\n' $i;hdparm -t /dev/sda1;done

 [1]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads:  46 MB in  4.07 seconds =  11.30 MB/sec

 [2]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads:  32 MB in  3.08 seconds =  10.38 MB/sec

 [3]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads:  32 MB in  3.08 seconds =  10.39 MB/sec

 [4]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads:  32 MB in  3.05 seconds =  10.49 MB/sec

 [5]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads:  32 MB in  3.08 seconds =  10.41 MB/sec

 [6]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads:  32 MB in  3.05 seconds =  10.48 MB/sec

 [7]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads:  32 MB in  3.05 seconds =  10.50 MB/sec

 [8]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads:  32 MB in  3.07 seconds =  10.41 MB/sec

 [9]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads:  32 MB in  3.06 seconds =  10.45 MB/sec

 [10]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads:  32 MB in  3.07 seconds =  10.42 MB/sec
# for i in [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10];do sleep 10;echo $'\n\n' $i;date;time dd if=/dev/zero of=/media/usb250gb/hdparm_write$i.tmp ibs=1M obs=1M count=1024;date;done

 [1]
Sun 21 Mar 2021 09:31:03 AM JST
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 [2]
Sun 21 Mar 2021 09:31:41 AM JST
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 [3]
Sun 21 Mar 2021 09:32:18 AM JST
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 [4]
Sun 21 Mar 2021 09:32:55 AM JST
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 [5]
Sun 21 Mar 2021 09:33:32 AM JST
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Sun 21 Mar 2021 09:33:59 AM JST

 [6]
Sun 21 Mar 2021 09:34:09 AM JST
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Sun 21 Mar 2021 09:34:36 AM JST

 [7]
Sun 21 Mar 2021 09:34:46 AM JST
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 [8]
Sun 21 Mar 2021 09:35:23 AM JST
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Sun 21 Mar 2021 09:35:50 AM JST

 [9]
Sun 21 Mar 2021 09:36:00 AM JST
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Sun 21 Mar 2021 09:36:27 AM JST

 [10]
Sun 21 Mar 2021 09:36:37 AM JST
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Sun 21 Mar 2021 09:37:05 AM JST

USB 3.0 + USB 2.0(Gigabit Ethernet)

  • 測定条件
    • LAN
      USB-LAN1000R(USB をギガビットLAN化するアダプタ)を使用して、ギガビット HUB へ接続。
      ※本機搭載の Gigabit NIC 不使用。
    • ストレージ
      本機搭載の USB 3.0 からUSB-HDD(USB 3.0)へ接続。
  • 結果
    • Read
      (10回平均値)31.56 MB/s
    • Write
      (10回平均値)48.12 MB/s
  • 測定方法・結果詳細
# for i in [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10];do sleep 5;echo $'\n\n' $i;hdparm -t /dev/sda1;done

 [1]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads:  94 MB in  3.35 seconds =  28.03 MB/sec

 [2]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads: 126 MB in  3.95 seconds =  31.87 MB/sec

 [3]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads: 126 MB in  3.94 seconds =  32.00 MB/sec

 [4]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads: 126 MB in  3.93 seconds =  32.07 MB/sec

 [5]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads: 126 MB in  3.95 seconds =  31.92 MB/sec

 [6]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads: 126 MB in  3.93 seconds =  32.10 MB/sec

 [7]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads: 126 MB in  3.94 seconds =  31.97 MB/sec

 [8]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads: 126 MB in  3.94 seconds =  31.94 MB/sec

 [9]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads: 126 MB in  3.94 seconds =  32.01 MB/sec

 [10]

/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads: 126 MB in  3.98 seconds =  31.70 MB/sec
# for i in [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10];do sleep 10;echo $'\n\n' $i;date;time dd if=/dev/zero of=/media/usb250gb/hdparm_write$i.tmp ibs=1M obs=1M count=1024;date;done

 [1]
Sun 21 Mar 2021 09:16:27 PM JST
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 [2]
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 [3]
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 [4]
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 [5]
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