M1 MacのThunderboltポートは、USB 3.1 Gen 2を完全にサポートしていない

Appleは、M1シリーズチップを使用するすべての新モデルが、「USB 3.1 Gen 2（最大10Gb/s）」をサポートするThunderboltポートを搭載していると主張しています。しかし、多くのユーザーから、外付けディスクを直接接続しても10Gb/sに達しないというパフォーマンスが報告されています

これを受けてThe Eclectic Light Companyがユーザーが体験したパフォーマンスがAppleの主張を下回る理由を検証しています

USB 3.xの規格

残念ながら、USB3.xの規格や用語は混乱しています、この記事では、多くの詳細を無視して、関連する機能を以下のように要約します。

USB 3.0以降では、5Gb/sのSuperSpeed USBをサポートします
USB 3.1 Gen 2は、10Gb/sのSuperSpeed+をサポートします
USB 3.2は、10Gb/秒と20Gb/秒の2レーンSuperSpeed+を追加します

現在、AppleはM1モデルのどのポートもUSB 3.2をサポートしているとは言っておらず、より広く普及しているUSB 3.1 Gen 2規格にのみ対応しているとのことです

エンコーディングやその他のオーバーヘッドがあるため、この転送速度は実際には達成されません、通常のテストでは、5Gb/sで約500MB/s、10Gb/sで約1,200MB/s、20Gb/sで約2,400MB/sを実現するはずです

Thunderbolt 3/4対応ポートを含むUSB-C規格のポートには、USB-C（データ）ケーブル、またはThunderbolt 3/4ケーブルで外付けUSB-Cデバイスを接続するのが一般的な常識となっています

テスト方法

テストは、2つのM1モデルを使って行われました

Apple StudioDisplayに接続されたM1Max、32 GBメモリ、2TB内部SSDを搭載したAppleMac Studio
Apple MacBook Pro 16インチ、2021、M1 Pro、32 GBメモリ、2 TB内部SSD、内部ディスプレイを使用

いずれもmacOS 12.3.1をフルセキュリティモードで実行し、USBやThunderboltの転送速度に影響を与える可能性のある拡張機能は使用しませんでした。APFSを使用しました。その他、他のM1モデルでの結果も使用しました

CrucialおよびSamsungSATASSDを使用して、さまざまな外部SSDが使用されました

個人的なテストでは、USB 3.1 Gen2対応を謳うUGREENなどの基本ケースに装着し、それぞれIntel Mac（iMac Pro含む）と接続し、SuperSpeed+ 10Gb/sで接続できることを確認しました

ケーブルは、Thunderbolt 4認証モデル、ケースに付属のUSB-C（データ）ケーブルを使用、こちらもIntel MacとSuperSpeed+ 10Gb/sで接続することで検証しています

接続速度は、システム情報のUSBデータのSSDの項目から読み取られました

転送速度は、The Eclectic Light Companyの無料アプリStibium、バージョン1.0（55）を使用して、テスト対象のSSD上のフォルダに2MBから2GBのサイズの合計160個のファイルを書き込み、同じファイルを読み返して測定しました（Stibiumのヘルプリファレンスに詳述されているシリーズ書き込みとシリーズ読み出しテスト）

書き込みテストと読み込みテストの間に Mac を再起動することなく、「ゴールドスタンダード」テストとして詳述されている手順に従いました、どちらかといえば、それは読み取り速度の過大評価の結果になる可能性があります

結果は、Theil-Sen回帰のものです、比較的遅いSSDでは、ばらつきが小さく、再現性に優れています、markelpや他のユーザーも、広く利用されている他のベンチマークアプリを使用して、同様の結果を報告しています

結果

USB-CケーブルでIntel Macに接続した場合、接続速度は10Gb/s、標準的な読み取り速度は470MB/s、書き込み速度は480MB/sとされました

M1 MacのThunderboltポートにUSB-CケーブルまたはThunderbolt 4ケーブルで直接接続した場合、5回とも接続速度は5Gb/sでした、読み込み速度は386～406MB/s、書き込み速度は430～435MB/sでした

USB-Cポートへの接続は3つあり、2つはMac Studio Maxの前面にあるポートで、Appleは準拠する規格の詳細については説明せず、単に「USB-Cポート」と表現しています

3つ目はApple Studio Displayの背面にあるポートの1つで、こちらもAppleは「ダウンストリームUSB-Cポート（最大10Gb/s）」と表現しており、準拠する規格の詳細については一切触れていません

3つとも接続速度は10Gb/sとされ、2つでは読み込み速度が508MB/sと509MB/s、書き込み速度が492MB/sと487MB/sでした

3番目の接続は、Mac Studio Maxの前面にある2つのポートのうちの1つですが、Thunderbolt 4ケーブルを使用した場合、読み取り速度が20MB/s、書き込み速度が37MB/sとなりました

Markelpの好意により行われたテストでは、Inateck SATA RAID SSDとSanDisk Extreme Portableも5Gb/sで接続し、390MB/s未満、418MB/s未満の同等の読み取りおよび書き込み速度を返したことが示されました

しかし、Sabrent+SamsungのUSB3.2準拠のNVMeは10Gb/sで接続し、読み出し911MB/s、書き込み973MB/sを返すことが確認されました

要約

M1 MacのThunderboltポートに直接接続したUSB 3.1 Gen 2ストレージは、5Gb/sが限界で、読み込み速度は約400MB/s、書き込み速度は約430MB/sでした
Mac Studio Maxの前面にあるUSB-CポートにUSB-Cケーブルで接続したUSB 3.1 Gen 2ストレージ、またはStudio DisplayのUSB-Cポート経由で接続したUSB 3.1 Gen 2ストレージは、10Gb/sで動作し、読み込み速度は約500MB/s、書き込み速度は約490MB/sとなりました
M1 MacのThunderboltポートに直接接続したUSB 3.2ストレージは、10Gb/sで動作し、読み込み速度は約910MB/s、書き込み速度は約970MB/sでした
Mac Studio Maxの前面のUSB-CポートにThunderbolt 4ケーブルで接続したUSB 3.1 Gen 2ストレージは10Gb/sで動作しましたが、読み込み速度と書き込み速度は約20GB/sと40GB/sと、最も低い数値になりました

結論

2020年11月の発売以来の、どのM1モデルにもUSB 3.1 Gen 2の10Gb/s SuperSpeed+に完全対応しているThunderboltポートはないようです（少なくともSSDについては）
現在、M1 MacでUSB 3.1 Gen 2を完全にサポートしていると思われるポートは、Mac Studio Maxの前面にあるものだけです
USB 3.2デバイスの10Gb/秒 SuperSpeed+は、M1 MacのThunderboltポートでサポートされているようです
SATA/USB-Cストレージの場合、パフォーマンスへの影響は限定的で、転送速度は予想される500MB/秒から400MB/秒に低下します、Time Machineバックアップの保存に使用する外付けストレージの場合、バックアップI/Oはいずれにせよスロットルで調整されるため、大きな影響はないでしょう
最も影響が大きいのは、Thunderbolt 3ではなくUSB 3.1 Gen 2を搭載したRAIDアレイやNVMe SSDなど、10Gb/sに近い転送速度が可能な外部ストレージでしょう、これらの場合、900MB/sの転送速度が500MB/s以下に低下し、ファイルの読み取りや書き込みに要する時間が2倍になると予想されます
USB 3.1 Gen 2デバイスをお持ちの方は、Thunderbolt 3 DockまたはStudio DisplayのUSBポートに接続することで、より良いパフォーマンスが得られるはずです
この欠点は、約1年半前からすべてのM1 Macに存在しているようです。もしFabricコアのファームウェアのバグであれば、1年以上前に修正されているはずです。もし、M1シリーズのチップの不具合であるならば、Appleはユーザーに通知し、これらのポートの互換性の主張を正当化するべきだったのです
Mac Studio Maxの前面USB-CポートにUSB-Cデバイスを接続するためにThunderbolt 4ケーブルを使用すると、期待される転送速度の10％を下回る異常に低いパフォーマンスになる理由をAppleは調査する必要があります
USB 3.1 Gen 2の10Gb/s SuperSpeed+のサポートの欠如は、それ以外では非常に成功した移行における最も深刻な失敗であると言っても過言ではありません