音响人烧电脑 篇三:花费500元,就能让NVMe固态硬盘的速度过万MB?
创作立场声明:关于音响的先放一边,最近一直折腾电脑。为了写这篇文章自费购买了转接卡和4个三星NVMe硬盘。只为了验证到底4盘RAID 0有多快。
前言:
大家好,文章很快来到了第三篇。第二篇解决了存储空间“大”的问题,那么第三篇我们就来聊聊“快”这件事 - 解锁NVMe 固态硬盘带宽的正确姿势。
为了应对视频编辑的活儿,不少用户需要要升级现有存储系统,目的为了提高系统的短时间数据吞吐能力。最简单的方法就是买一个目前最常见也是最热门的支持NVMe标准的固态硬盘,容量越大越好,速度越快越好。
最近几年固态硬盘飞速发展,无论是容量还是速度都有飞速提升。但是不知大家有没有思考一个问题,为什么常见的NVMe硬盘产品,最高读取速度惊人的一致?(图片数据来自超能网)
真相只有一个,NVMe的固态硬盘再一次遇到了主板上的通道瓶颈。历史总是那么的相似,似乎一直在轮回。让我们来看看用户们到底遇到了什么。
NVMe固态硬盘的瓶颈在哪里?
接口的速度
言归正传,SSD固态硬盘的问世,第一次让存储设备的发展跟上了摩尔定律。从问世开始,速度就在不断提高。现在基本买个256G的NVMe的SSD硬盘,就能有上3000MB/S的读取能力。
为什么一定是要NVMe呢,我的主板上还只有SATA接口,能不能达到这么快的速度呢?答案是不可以。
看各个接口的速度一张图(来自超能网)
多年以来,机械硬盘一般无法跑满接口的速度,所以SATA III的6Gb带宽一直绰绰有余。但是SSD问世后SATA III的带宽限制就逐渐显现。大家有没有想过为什么一般看到的SATA接口固态硬盘的测试数据一般550MB/S左右就到顶了。对了!读取速度已经达到了SATA III接口的最大速率,瓶颈出现了!
所以目前来说,提高数据吞吐能力的事情当然要交给M.2 (NVMe协议)和PCI-E的SSD固态硬盘了。由于U.2经常用于服务器,所以并不常见。
平台的限制:
长久以来,大多数用户在选择平台的时候都是按照CPU,显卡,内存这些显而易见的参数来判断一台电脑是否属于高性能。
但是对于主板平台的拓扑结构,大多数用户其实并不是很了解。了解平台的基本参数和结构,能更好的帮助你选购到适合自己的平台。
什么是平台:简单来说,CPU+主板这两样就是平台。一旦这两样东西选定,那么你的系统基本上已经定型。剩余的那些显卡,内存,硬盘等配件,仅仅是图形处理能力和容量的区别。制约这些配件性能发挥的,就是平台。
举例来说,目前的主流家用平台,比较高端的可以选Z390,入门一些的可选B360平台。相应的,英特尔会提供每个芯片组的系统块图,从里面可以基本了解这个平台的性能。
怎么看呢?其实大多数芯片组功能都大同小异,主要看这几个点:
PCI-E的配置(通道数,版本 - 目前大多数都使用3.0)
内存的配置(支持的内存类型,通道数,最大内存数)
PCI-E的重要性:
当今的主板芯片组,PCI-Express承担着重要的作用,可以把它看作是高速公路或者是体内的动脉。几乎所有的数据传输都是通过PCIE进行的。它的带宽决定了数据传输的速度,进而影响最终的用户体验。
怎么看平台的PCI-E配置:
第一点:通道数。这里不得不提Intel DMI总线。关于DMI的作用请看下面的引用(来自于网络)
主板上一般有两个重要的芯片组,一个称谓北桥,一个称南桥。
FSB总线:英文Front Side Bus,是将CPU连接到北桥芯片的总线。
由于FSB不够用,设计上先天不足(这个时候的内存控制器在北桥芯片组内,CPU和内存交换数据总要通过北桥,相当于两个人说话,总要通过第三方,很不方便),因此intel想了个办法,把内存控制器做到了CPU内部,让CPU通过PQI总线直接和内存通讯,不再通过北桥芯片组,这很明显加快了速度。
FSB、QPI、DMI总线的区别
后来intel发现,CPU通过北桥与显卡相连也很麻烦,不如直接通信方便,这样数据交换更加方便,于是干脆把PCI-E控制器也整合了进了CPU内部,这样一来,相当于北桥芯片组整个都集成到了CPU内部,主板上不再需要这个芯片组了,只剩下了南桥,这时CPU直接与“南桥”相连,他们之间的总线叫做DMI。
经过FSB—QPI—DMI总线的发展,CPU内部集成了内存控制器和PCI-E控制器,实现了直接和内存及显卡进行数据传输,而由于南桥则整合了几乎所有的I/O功能,因此CPU具备的DMI总线有多高频率意义已经不大了,因为磁盘类设备的速率无法跟上,再高的DMI总线也没有用。
以上的就是DMI总线的概念,但是最后一句话早已不在适用现在NVMe硬盘的应用场景。
Intel的DMI总线又被称为“牙签总线”,为什么这么说?要知道显卡的PCIE都是X16 或者 X8独享带宽。但是这条负责了南桥与CPU的通信DMI总线(南桥又是所有I/O(输入/输出)的集结地),这么多设备一起使用的却只有PCIE X4的带宽。在NVMe固态硬盘出来之前也许足够,但是一旦连接到南桥的M.2硬盘是读取速度达到3000MB/s以上的性能怪兽的话,就会成为压垮这根“牙签总线”的最后一根稻草。
AMD的平台也是使用了PCIE X 4的通道作为连接CPU和南桥。但是AMD却很良心的提供过了一条直通CPU的PCIE X 4通道作为NVMe硬盘的专用通道,而不用和显卡的PCIE x 16抢带宽。所以说AMD YES?
再次普及以及强调一下PCIE带宽的知识。PCIE 3.0 X 4的带宽是3.94GB/s 大约相当于4000MB/s。这不是就相当于一个*级NVMe固态硬盘的读取速度吗?如果在一条PCIE 3.0 x 4的通道中,同时上两个*级NVMe硬盘的话,那就遇到了带宽瓶颈。 在目前所有连接到南桥芯片组的M.2接口的解决方案里,即使你的主板有3个M.2接口,也只能提高硬盘的容量,而不是提高速度!
提升PCIE通道数的解决方案:
在Z390平台主板上,可以看到有一条直通CPU的PCIE X 16通道。通常我们使用这条通道作为显卡专用的数据通道。那么是不是可以分一点带宽出来给NVMe硬盘呢。答案是可以。
在Z390的官方拓扑图上,这条通道可以拆分为8+8,8+4+4(在入门级别的B360上就不支持这种拆分)。
拆分的通道就可以用来组多显卡,或者把多余的通道作为固态硬盘的连接使用。这个时候,只需要主板上有足够的PCIE插槽,以及以下的NVMe转PCIE卡,就可以将小巧的NVMe M.2硬盘插到PCIE槽上。
至于每个品牌每一块主板,它上面的PCIE槽到底是直连CPU还是通过南桥连接,那只有看说明书了。比如以下的技嘉Z370的主板拓扑图。
再提一句,由于芯片组的接口有限,因此即使一块主板上有多个硬盘接口,在安装NVMe硬盘之前也一定要看清厂商说明。否则很可能出现接了M.2接口之后有些PCIE槽或者SATA口不能用的情况。
那么问题又来了
如果我要连4块读写超过3000MB/s的固态硬盘,显然这个时候需要至少PCIE X16的带宽。难道一定要放弃独立显卡,将所有直通CPU的PCIE通道都给NVMe硬盘才可以吗?
下面让我们请出X299芯片组:
与场常见的民用芯片组不同,X299是脱胎于服务器平台的高端发烧平台。它继承了服务器平台的两大特点:
PCIE通道数多
内存通道数多
忽略那条DMI 3.0“牙签总线",可以看到CPU最大PCIE通道数达到了44条(Z390是16条),是不是一下子有质的飞跃?
就拿华擎的这块比较入门的X299主板举例,说明书中这样写:
是不是再也不用担心PCIE通道数不够了?
PCI-E to M.2转接卡的选择
有了合适的平台,继续来看一下PCIE 转 M.2(NVMe)的转接卡怎么选。这里面也有不小的学问。
普通的一转一卡,随便买一块就行,很简单的线路,其实都差不多。
双接口的也有
注意两个接口并不一定都是支持NVMe的,有可能一个是NVMe,另一个只是挂羊头卖狗肉占个地方的SATA口。这两个M.2接口仔细看也能看出区别,一个是M Key的一个是B Key的。
支持双/四 NVMe的转接卡怎么选:
这一类产品比较稀少,主要原因是
1. 价格贵,带PLX桥接芯片的都要大几千。不带PLX芯片可能也要好几百。
2. 支持的主板比较少。这转接卡动辄占用PCIE x16的插槽和带宽,普通主板很少能这么奢侈的将显卡的带宽让给硬盘。而且不带PLX桥接芯片的对于主板的选择面就更窄。要求主板的PCIE插槽支持分拆(Bifurcation)。
关于主板的PCIE分拆:
服务器主板经常用到的功能,它并不是将X16的一条插槽分为多条插槽的X8 X4。而是把单条X16插槽按照需要分拆为X8 X8, X4X4X4X4等多种形式,从而可以在一条插槽上同时连接多个设备。上一篇文章中提到的在一条PCIE插槽中使用两个设备的分拆卡,就是用了这个原理。
X4X4X4X4 这种形式,不正是完美支持4个PCIE X 4的NVMe硬盘吗?
民用主板的话,目前在售许多型号的X299,X399主板也会提供这个PCIE分拆(Bifurcation)功能,具体请咨询或者自行查找说明书。
花费500元就能达到10000MB/s的读取速度?
下面请出今天测试的主角ASUS HYPER M.2 X16扩展卡。原价430,加上70运费,两天就到了,没有被税。不过现在涨价了,也可以考虑亚马逊海外购,但是时间估计会长。
飘洋过海从宝岛台湾省过来。 看一下做工
主板是超微的双路E5 X9,刷最新的BIOS后支持NVMe硬盘(启动)。
这次的主角是三星这个跑分王。当然了,作为我们张大妈的消费者来说,选对的,不选贵的才是最重要的。因此,抛弃了三星官方零售版970 EVO(现在最新的Plus版本也出现了)
而选用了PM981这个三星用于OEM的型号,淘宝链接就不放了,大家自行搜索就行。现在价格已经降到280左右(256G)。
由于本次的目的是为了组RAID 0来达到最大的读取写入速度,为了节约成本,选取了2块256G(后来一不做二不休增加到了4块)。
由于是测试4块硬盘RAID 0,所以系统安装在了另一块SATA的SSD上,一条全速的PCIE 3.0 x 16插槽给这次测试的4块SSD。
在设备管理器中发现了2块三星的硬盘(这时仅安装了2块)
测速环节(注:本次仅追求最大的连续读写速度,组RAID 0并不能增加任何随机4K读写性能)
连续读取成绩并没有如同想象的那样突破10000MB,可能遇到了什么瓶颈,但是写入成绩的确是X4倍的增长。
打完收工。
小结:
1. PCI-E3.0 X 4已经成为高端NVME产品的瓶颈,期待PCI-E 4.0的出现。
2. 对于追求极端速度的用户。特别是使用最新的高端平台的用户,可以是考虑使用PCIE X 16接口的转接卡获得更高的持续读写速度。
3. 玩多显卡,多NVMe硬盘,首选X299,X399和服务器平台,老的X99, X79平台也可以考虑,注意支持和兼容性。
4. 大多数朋友买了高速SSD回去一测试,往往和标称速度差很远。这个时候就要检查问题到底是不是出在带宽瓶颈上。NVMe M.2直连CPU最快(在CPU能提供足够多的PCIE通道的情况下)。
最后附上PCI-E X 16接口的四M.2口转接卡选购指南:
类型一:不带PLX芯片(只能在支持PCIEX16插槽分拆-Bifurcation的主板上使用)
1. 华擎Ultra Quad M.2 Card(价格约600元-日亚,不含运费)
似乎国外亚马逊时常打不开,附上Kakaku的链接
优点,支持22110的企业级M.2,斜向布置的硬盘比较有特色。
2. 上面使用的华硕ASUS HYPER M.2 X16
优点:支持22110标准,价格相对较便宜,做工扎实
3. 淘宝的戴尔工包货(搜索关键字TX9JH)
优点:现货
缺点:只支持最大2280规格的M.2硬盘。价格已经没有什么竞争力了(最低的时候200出头)
类型二:带PLX桥接芯片(只要带PCIE X 16插槽的都可用)
1. Amfeltec PCI Express Gen 3 Carrier Board for 4 M.2 PCIe SSD modules(约700美元)
优点:双面设计(一面插2片)的半高卡,可以适合服务器小机箱。拆掉风扇之后成为HHHL(半高半长),十分紧凑。桥接芯片的性能几乎可以跑满PCIE接口的全速。
缺点:贵!
2. Highpoint SSD7101A-1(约400美元)
优点:中规中矩的设计。自带的PLX芯片似乎还自带RAID功能。
缺点:只能支持2280和22110两种尺寸的M2。
注意!本文介绍的4盘NVMe固态硬盘RAID 0并不适合所有的系统或者主板,如需尝试,请务必先行确认。
小编注:本文作者@z008 是什么值得买生活家,他的个人自媒体信息为:
微信公众号:一烧体验馆,微信搜索“fashao1”。
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楼主是不是对主板有什么误解了,瓶颈是在固态本身,主板pcie速度有pcie3.0x4x8x16,连顶级显卡都还不能把pcie跑满,你个小小固态就算了。等吧,过几年说不定真有把pcie3.0x16跑满的固态出来。
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