Framework 10G Ethernetモジュールが浮き彫りにしたUSB-Cの複雑さ
(jeffgeerling.com)- WisdPiの10G Ethernet Expansion CardはFrameworkの拡張スロットに挿す10GbEモジュールだが、実際の性能はUSB-Cポートの細かな仕様とドライバーに大きく左右される
- Realtek RTL8159コントローラーが10Gbpsに近い速度を出すにはUSB 3.2 Gen 2x2、つまり20Gbps接続が必要で、USB4の一部構成やUSB 3.2 Gen 2x1ではボトルネックが発生する
- Framework 13 AMD Ryzen AI 5 340ではWindows 11でも期待した速度に届かず、Linuxではさらに低く、Framework 12でも標準ドライバーでは
iperf3が約7Gbpsにとどまった - WindowsでRealtekドライバーをインストールするとFramework 12は9.4Gbps以上を記録したが、双方向転送と発熱には依然として制約が残る
- ほとんどのユーザーにとっては約40ドルの2.5Gbps Ethernet Expansion Cardのほうが現実的で、外付けUSB-Cドングルなしでもっと高速な有線ネットワークが必要な場合にだけ99ドルのWisdPi 10G Cardを検討する価値がある
10GbE性能を左右するUSB-Cポートとドライバー
- WisdPiの10G Ethernet Expansion Cardは、Frameworkコンピューターの利用可能なExpansion slotに装着でき、Framework Desktopでも使用可能
- Framework Expansion CardはメインボードとUSB-Cで接続され、この構造が10GbE性能の主要な制約になる
- 搭載されたRealtek RTL8159 Ethernetコントローラーは、公称10Gbpsに近い速度を出すにはUSB 3.2 Gen 2x2、つまり20Gbps接続が必要
- USB4の多くの構成と、すべてのUSB 3.2 Gen 2x1接続ではボトルネックが発生する
- この場合、帯域幅は8Gbps未満に制限される
- Framework 13 AMD Ryzen AI 5 340では、Windows 11での平均帯域幅が10Gbpsの実効最大値である9.4Gbpsに届かなかった
- Linuxでは同じノートPCで性能がやや低かった
- Frameworkのポート文書では、このノートPCのポート1と3がUSB 3.2 Gen 2x2をサポートすると案内している
- Framework 12では、文書どおりUSB 3.2 Gen 2x2速度をサポートしていることが確認されたが、Linuxでは期待した速度が出なかった
lsusbではポートが20000Mbps、つまり20Gbpsと表示されたiperf3は約7Gbpsしか記録しなかった- RealtekドライバーをUbuntu 26.04でダウンロードしてコンパイルしようとしたがエラーになり、ディストリビューションのLinuxカーネル7.xが新しすぎるためと推定された
- Windows 11でも標準ドライバーだけを使う場合は、Framework 12の
iperf3性能はLinuxと似た水準だった- USB Tree ViewerでポートがGen 2x2と表示されることを確認した
- WindowsではRealtekドライバーのインストールが正常に完了し、その後9.4Gbps以上を記録した
高速有線ネットワークの代償: 発熱と携帯性
- RealtekドライバーをインストールしたWindows環境では、望んでいた10GbE級の性能に近づいたが、長時間テスト中にモジュールが非常に熱くなった
- 双方向テストでは約9Gbpsのアップロードと4〜5Gbpsのダウンロードを記録した
- サーモグラフィーカメラで確認したモジュール底面のプラスチック表面温度は70°C近くに達した
- すぐに接触火傷を起こす水準ではないが、長時間触れているとToasted Skin Syndromeを引き起こす可能性がある
- WisdPiは、プラスチック表面温度がIEC 62368-1の温度安全限界に準拠していると回答した
- 皮膚が表面に10秒以上触れなければ問題ないという立場
- ノートPCは膝の上で使うことも多いため、このモジュールは膝上ではない環境で使うほうが推奨される
- 多くの膝上利用の場面ではWiFiを使うことが多い
- モジュールはノートPCの外に数cm突き出すため、ノートPCスリーブやぴったりしたバッグを使う場合は取り外す必要がある
- ほとんどのユーザーには、約40ドルのEthernet Expansion Cardのほうが現実的な選択肢
- このカードは2.5Gbpsをサポートする
- より高速な速度が必要で、外付けUSB-Cドングルを使いたくない場合にだけ99ドルのWisdPi 10G Cardを検討する価値がある
- 執筆時点でWisdPi 10G Cardは在庫切れだった
- テストした製品は、WisdPiがテストとレビューのために提供したユニットだった
1件のコメント
Hacker Newsの意見
これはUSB-Cの複雑さというより、USB-IFが古い青色のUSB-Aコネクタのために生み出した混乱である USB 3.2 Gen 2x2 の話に近い
USB 3.2 Gen 2x2はUSB 3の20Gb/s版だが、対応は非常にまれで、今になって最大性能にこれを要求するデバイスを作るのは奇妙な判断だ。高速ポートなら通常USB4やThunderbolt 3以降のほうが広くサポートされているので、市場性の微妙なチップが安く出回っていたのが理由だったのだろう
これがUSB-Cの「このポートは何に対応しているのか」という混乱を改善するわけではないが、この特定の事例はUSB-C以前のもので、普通は遭遇することはほとんどない
USB-CポートとケーブルにはUSB 3の「SuperSpeed」レーンが2本ではなく4本あり、A-Cケーブルを使うとそのうち1対だけが接続される。「x2」モードは、本来遊んでいる2つ目のレーン対を使うのが目的
ただし常に遊んでいるわけではない。DisplayPort Alt Modeはその「遊んでいた」2本のレーンでDisplayPortを送り、USB 3データと半速のDisplayPortを併用できるようにするか、4本すべてのレーンを使ってフル速度のDisplayPortにし、USB 2だけを残すこともある。Thunderbolt 3と最新のUSB4/TBT4は4本すべてのレーンを使い、すべてをトンネリングする
20Gb/s USBポートの主な用途は、より高速なUSB4やThunderboltポートとSSDがない場合に外付けNVMe SSDを接続すること
USB接続の外付けNVMe SSDでは20Gb/s USBポートがスループットを2倍にしてくれるが、10Gb/sイーサネットインターフェースでは改善幅は事実上無視できる
20Gb/s USB Type-Cポートが「非常にまれにしかサポートされない」とは思わない。この10年で買ったすべてのミニPCやデスクトップ用マザーボードには、そうしたUSBポートが少なくとも1つはあった
そうしたポートが珍しく見えるのはノートPC側で、ほとんどのノートPCはUSBポートの数自体が少ないからだ
タイトルだけでは分かりにくいが、これはFramework製品ではなく、Wisdpi がFramework拡張カードのフォームファクタに合わせて作った製品
Frameworkのメインボードを後でホームサーバーとして再利用するとき、vProがあれば管理機能が得られるので、それが最後に惜しい点になりそうだ
ノートPCに 10G有線イーサネット とは笑ってしまった。ドッキングステーションなら納得できるが、それでも面白くはある
Frameworkの拡張ポートがUSB-Cベースなのは気に入っている。USBが本来作られた理由であるホットプラグスロットを実際に実現している。それでも以前Intelに、イーサネットを特定のパケットタイプと一緒に使えば、より安価で同じ速度を出せると言ったことがあるが、ATA over Ethernetがそれを証明した。もちろんそうするとUSBコンソーシアムが徴収する「認証税」は取れなくなるが :-)
皮肉はさておき、こうした設計上の問題を見ると、今後ノートPCではプラグイン式ポートの周囲にヒートスプレッダを置くのが合理的かもしれない。ただしそうすると厚くなり、人々は薄さに執着している
小さいが過度に高価なThunderbolt 10Gアダプタでテストでき、多くの場合、実際にフルスループットも出る
残念ながら試したUSB-Cドングル3つはすべて、ドック内蔵の1ギガビットイーサネットより性能がずっと悪く、不安定で知られる RTL8156チップセット を使っているようだった
今は4つ目のドングルを注文している。こういうものを十分たくさん買っていると、最初から適切なドックを買うより高くつきそうだ
私が見たPCIe 10G Ethernetカードはどれもヒートシンクが付いていて、時にはカード全体を覆っていたり、ヒートシンクに小さなファンまで付いていたりした
ノートPCで常時動作することを期待するのは、放熱予算をかなり無理に使うことになる
それに、話題のノートPCはAMD FP8チップセットなので、ポート構成がどうなっているかによっては、ポートがビデオに割り当てられている場合、USBは10Gしか得られないこともある
ワイヤレス充電が無駄に感じられるのと同じ理由で、そういうドングルを一日中机の上に置いておくべきなのか、考え直させられる
製品表記速度の**95%**しか出ないって？ それでも十分だ。依然としてとんでもない速度だ
「5Gb/s」USBは実際には4Gb/s USBなので、5Gb/s Ethernetインターフェースは5Gb/s USBで最大速度を出せないが、「10Gb/s」USBは実際には10Gb/sに十分近い
10Gb/s Ethernetも正確に10Gb/sではないが、差は無視できる程度だ
したがって、10Gb/s Ethernetインターフェースで最大速度を出すのに20Gb/s USBは不要で、10Gb/s USBポートで十分だ
USBのデータフレーミングのオーバーヘッドはEthernetより少し大きいため、USB 10Gb/s Ethernetインターフェースの最大スループットはPCIe Ethernet NICよりわずかに低いが、差は重要ではない程度だ。通常は、悪いデバイスドライバや非効率なプログラムなど、他の要因のほうがEthernetスループットにずっと大きな変動を生む
記事で得られた9.4Gb/sのスループットは、パケットオーバーヘッドを考慮すれば完全に妥当で、ユーザーデータ基準ではハードウェアに関係なく10Gb/sには到達できない。20Gb/s USBインターフェースでも有意な改善は得られない
Jeffがこの話を最初にする前に、AliExpressで新しいRealtekチップ入りの安価なEthernetアダプタを約55ユーロで買った
とてもよく動くが、USB 3.2 Gen 2x2のハードウェアがないので約4Gbpsしか出ない。それでも1Gの壁を越えられただけでかなり満足しているし、後でより良いハードウェアを用意すればアダプタもそのまま使い続けられる。2.5Gbpsや5Gbpsの段階を経る必要もない
Ethernetをドングルではなく拡張カードにする発想は、ある程度理解しがたい。特にこの場合のようにシャーシの横に突き出す形ならなおさらだ
持ち運ぶなら、バッグの中で壊れないようにシャーシから外す必要がある。なら、そのポートには普通のUSB-Cカードを挿しておき、拡張カードの代わりにドングルをバッグに入れるほうが簡単だ
持ち運ばないなら机の上にあるわけで、それでも拡張カードを頻繁に交換するより、ドングルを挿すほうが良いと思う
拡張カードを絶対に欲しくないという意味ではないが、かなりニッチな用途に感じる
いずれにせよ、消費者に可能性を示すためのものなのかもしれない。もしもっと低い高さのネットワーク規格が普及したらどうだろう？
使わないときにシャーシと面一になるような、折りたたみ式または伸縮式のEthernetポートがあったなら、ずっと筋が通っただろう
[0] どういう意味かは見せたほうが早い: https://www.reddit.com/r/TechnologyPorn/comments/hvlxep/orig...
10G銅線は消費電力が大きいことで悪名高い。だから私の10Gポートの90%以上はSFPだ
温度問題はほぼ完全に銅線の問題だと思う。CATxケーブルを使うあらゆるインターフェースでこうした問題が起き、いつもものすごく熱くなる
10Gbps以上ではSFPとより高速な光ファイバーが常に答えだ。熱問題がほとんどないからだ。「唯一の」問題は、住居空間に光ファイバー配線がされている場所が非常に少ないことだ