PCH or CPU,M.2性能有差异?

来源 :微型计算机 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuxpeter
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  相比电脑其余配件可说是飞跃式的性能与速度进步,存储系统一直以来都是最大的硬伤。即使是SATA 6Gbps的SSD对不少发烧友来说,都还是意犹未尽。于是,他们就将目光转向了能带来更快速度的M.2接口SSD。不过对于现在的主板来说,M.2接口可谓是复杂得很,源自PCH的M.2、源自CPU的M.2、PCle 2.0的M.2、PCle 3.0的M.2…一这着实让人眼花缭乱,—不小心,还可能让你购买的M.2 SSD变成鸡肋。
  PCH or CPU?小小的M.2接口内藏着怎样的玄机?真相永远只有一个——实战!
  “我发现我的X99主板M.2接口是10G(bps)带宽,那我买的三星950pro是不是悲剧了,大神求助”;
  “才买了金士顿的HyperX M.2 SSD,我的297主板上的M.2接口能不能搞定哦?”;
  “今天刚买了2170主板,说是有两个M.2接口,一个南桥,一个GPU。求科普,南桥的M.2接口和GPU的M.2接口有啥不一样?”
  近段时间以来,在网络各大IT论坛上,经常都能看到类似的求助贴。究其原因,主要是因为部分发烧友为了更快的整体系统速度,将SSD从SATA升级到了M.2。但面对主板上M.2接口各种错综复杂的情况,自己也搞不清楚来自各个不同通道之间的接口有多大差异。的确,在297时代,我们或许还能清楚地了解来自PGH南桥的M.2接口性能相比GPU直连的M.2要差不少,但到了100系芯片组的Skyla ke平台时代,PCH已经实现了对PCle 3.O的原生支持,DMI总线也从Haswell时代的DMI 2.0升级到了DMI 3.0。在这种情况下,走GPU直连的M.2接口与走PGH南桥的M.2接口是否还存在巨大的性能差距呢?同样是PGH派生的M.2接口,在100系主板上与在9系主板上,性能表现又有多大差距?耐心看完我们的测试,相信你就不会再纠结应该为自己的M.2 SSD配置哪个接口了。
  细看:多姿多彩的M.2接口
  首先让我们来详细了解—下主板上的M.2接口。M.2接口其实源自很久以前Intel就一直在鼓吹力推的NGFF快速存储系统接口,其目的是用来部分代替目前如日中天的SATA 6Gbps接口。经过一段时间的发酵,从8系芯片组开始,M.2接口逐渐出现在了287、297等中高端主板上。到了Skylake的时代,由于Intel在PGH中直接实现了对PGle3.0通道的原生支持,M.2接口终于迎来了在主板上的全面爆发。而对于追求极限速度的玩家来说,将SSD从SATA升级到M.2,无疑是能取得立竿见影效果的方法。
  不过有不少玩家心中还是有疑惑——看《微型计算机》或其他媒体的评测报告,总是能看到说这个M.2接口来自PCH南桥,那个M.2接口来自GPU,这到底是什么意思?
  Haswell-PCH拖后腿,处理器捉襟见肘
  以297为例(H97的情况类似),297的PCH南桥中内建了8条PCle2.O x1数据通道,单条通道的有效带宽是500M B/s(lntel宣传资料上为5Gbps,这是加了交错校验位的算法得到的值,其实际有效带宽为4Gbps即500M B/s),而绝大多数297主板上的M.2接口带宽就是来自这8条PGle 2.O数据通道中的两条。不过,由于PCH的PGle 2.O通道大部分要定义分配给SATA、USB 3.0、USB 2.O以及LAN等接口用作数据交换,因此最大限度也只能有两条PGle 2.O x1通道可以交由M.2接口使用,也就是可以让M.2接口实现最高1000M B/s的理论速度,即PGle 2.O x2的带宽。
  就像PATA接口阻碍了硬盘性能的进步与发挥而被SATA取代一样,随着M.2 SSD性能的不断进步,超越1G B/s传输速度的M.2SSD如雨后春笋般纷纷出现,部分产品的读写速度甚至超过了2GB/s。面对这种情况,297主板上来自PGH南桥的M.2接口顿时显出了疲态,已经成了“阻碍生产力发展”的“毒瘤”。
  这时候,为了保证高性能M.2接口SSD速度的正常发挥,部分主板厂商就另辟蹊径,打起了处理器中PGle 3.O通道的主意。我们知道,Haswell处理器总共内建了16条PCle 3.O通道,按照Intel的规划,这全部都是分配给显卡使用的,即提供一个完整的PGle 3.O x16插槽或两个PGle 3.O x8插槽用于组建SLI或GrossFireX。也许是考虑到单显卡都不能完整利用16条PCle 3.0 x1的数据带宽,一些主板厂商就向Haswell处理器“借”了4条PCle 3.O x1通道来构建了M.2接口,也就是所谓的来自CPU的M.2接口。
  这好处是显而易见的,首先是这个来自CPU的M.2接口带宽可以达到PGle 3.O x4的程度,即4G B/s,足以满足当前所有M.2 SSD的需求还有足够的冗余。其次,由于这个M.2接口直接与处理器通信处理数据,避开了源自PGH的M.2接口无法绕过的DMI 2.O总线,DMI 2.O总线2G B/s的带宽也不再成为瓶颈。所以,当时有主板搭载这种M.2接口面世时,也曾受到了不少玩家的追捧。不过这样一来,处理器分配给显卡使用的PGle 3.0通道就只剩下12条,想要组建多卡互联的玩家不得不接受x8 x4的组合模式,的确有点捉襟见肘,对多卡系统的性能有一定的影响。
  向处理器“借”带宽构建M.2接口说到底只是一个治标不治本的办法,毕竟这会让显卡“感到不爽”,而且也增加了主板设计制造的难度。这时,随着Skylake平台的发布,100系芯片组PCH内建的PGle通道从2.O升级到了3.O,DMI总线也随之提升到了3.0,M.2接口似乎迎来了真正的曙光。
  Skylake——原生PCle3.0发威,M.2接口成熟   显然,Intel充分考虑到了存储系统的技术进步带来的需求更新。在100系芯片组上,Intel终于在PGH中内建了PCle 3.0通道,也就是所谓的原生PGle 3.O通道支持。以2170芯片组为例,PGH内建了多达20条的PGle 3.O x1通道,按照Intel的规划,其中有8条通道是可以单独定义为PGle 3.O x1使用,而不必跟SATA、USB、LAN等接口复合使用。这也意味着,2170芯片组将能够轻易地“制造”出两个具备PGle 3.O x4带宽的M.2接口,也就是速度可以达到与此前297等主板上来自GPU的M.2接口相当的带宽——32Gbps,即4GB/s。
  不过源自PGH的M.2还有一个问题,那就是无法绕过的DMI总线。在297的时代,DMI 2.O总线承担了PGH与GPU通信的任务,其带宽为2G B/s。如果在100芯片组时代,M.2接口统一规划到了4G B/s的带宽,那么DMI 2.O的2G B/s带宽必然会成为限制M.2 SSD进一步提速的最大瓶颈。所幸的是,Intel也及时将DMI 2.0总线升级到了DMI 3.0,其带宽也从2G B/s提升到了4G B/s(实际有效带宽值为3.94G B/s),基本与PCH的M.2接口带宽相当。而且按照当前M.2 SSD的极限速度来看,瓶颈似乎也并不存在。
  实战:PCH/M.2 Vs.CPU/M.2
  尽管从带宽上来看,现今100系主板的PGH/M.2接口已经足以满足M.2 SSD产品的需求,但对于PCH/M.2始终无法避免的DMI总线传输中转而言,它是否会影响到M.2 SSD的正常水准发挥?如果有影响,和CPU/M.2接口相比,它们之间又有多大的性能差距?让我们用实际的测试来解决这些疑问。
  我们选择用金士顿HyperX Predator PCle x4 2.0 480GB M.2SSD作为本次测试核心产品,这款M.2 SSD在纯PGle 3.O x4接口环境下理论上能达到1.5G B/s左右的连续读取及1.1G B/s左右的连续写入速度。我们用它来衡量各个不同的M.2接口之间的性能差异。
  同时,在测试平台的选取上,我们分别选择了华硕297 ro Gamer主板测试297 PCH/M.2性能,选择华硕Rampage V Extreme测试来自GPU的PGle 3.0 x4 M.2性能,选择华硕Maximus VII Formula测试2170 PGH/M.2性能。由于各个平台的处理器不一致,为了最大程度消除可能存在的测试误差,我们统一将处理器的频率限定在3.5GHz,并在Gore i7 5960X平台上也只开启4个处理器核心。
  实际的测试结果基本在我们的预料之中。2170 PGH派生的32G b/s的M.2接口与所谓原生的来自CPU的PGle 3.O x4 M.2接口在性能上基本没有太大差异。在ASSSD的测试中,连续数据读写二者的性能差异基本都在1%以内,考虑到测试误差以及CPU不同核心可能会有的微弱影响,我们认为二者的性能是在连续文件的读写性能上是一致的。不过对于297的PCH/M.2接口来说,PCle 2.O x2的带宽的确无法满足这款SSD的实际数据传输需求,测试结果显示它仅能在297的PGH/M.2接口上达到700M B/s左右的数据读写速度,明显是297的PGH/M.2接口拖了SSD的后腿。
  在AS SSD的测试中,按照之前的“经验”考虑,我们曾以为直连GPU的M.2接口在数据访问时间上应该会比PGH的M.2接口要更低。不过实际测试结果却表明,对100系芯片组来说,两种M.2接口的数据访问时间是基本一致的,100系芯片组的PCH/M.2接口在数据访问时间上也不会明显增加延迟。
  当然,如果你要追求那么零点零几毫秒之差的极致,那么我们还是建议你最好将SSD连接在来自CPU控制的M.2接口上,但对于绝大多数玩家来说,这点差异已经基本可以忽略不计。
  而在游戏载入时间测试上,三种类型的M.2接口都没体现出太大的差距。相比SSD与HDD的性能差距,这款SSD在三个测试的M.2接口都表现出了近乎一样的游戏性能。游戏玩家对此倒是没必要太过纠结。
  总结:放弃Z97,拥抱100系
  通过实际的测试可以明显地看出,100系主板原生的M.2接口在性能上已经基本等同于之前所谓原生PGle 3.0 x4标准的CPU/M.2接口,二者性能上几乎没有明显差距。而对于上一代的9系芯片组主板的PCH/M.2来说,受限于实际带宽,它已经成为了高性能M.2 SSD的瓶颈,基本不值得考虑。如果你之前还在纠结于100系主板的PCH/M.2是否给力,那么到现在你应该清楚了——M.2 SSD性能的瓶颈已经伴随100系芯片组PCH内建PCle 3.O通道而被打破,但凡100系主板上的M.2,无论是来自CPU还是来自PGH,都可放心使用.一定不会给你的SSD带来瓶颈效应,体验飞一般的感觉正当时!
  另外,从测试中还可以看出,在4K小文件的读写性能上,无论是297 PGH/M.2还是2170 PCH/M.2或者是源自CPU的M.2,其性能基本都相差无几。也就是说,不同通道及带宽的M.2接口,其核心性能差距还主要是连续读写性能,大文件的复制等方面。当然,这种差异还必须要在M.2 SSD对M.2 SSD或M.2 SSD对PCle SSD之间进行大容量文件的拷贝、粘贴过程中才能清晰地感受到。如果是M.2 SSD对SATA SSD之间的文件复制粘贴,那么很显然瓶颈会出现在SATA接口上,大部分消费者也许体会不到其中的差距。因此,要真的与M.2接口较真的,也只有那些一心追求极致性能的骨灰级发烧友了。
  当然,有一点是必须要说明的。尽管Intel为2170芯片组PCH提供了内建的20条PGle 3.O x1通道,但其中的大部分都是具有复合定义的,要给SATA、USB等接口留出必要的通道。所以,尽管理论上厂商可以在100系主板上搭载多于2个的PGH/M.2接口,但这些接口一旦全部使用的话,有可能会导致部分SATA端口无法工作,还有一定可能会影响USB等端口,发烧友们遇到这样的主板时一定要注意。
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