Pci gen 3 x4 что это
Еще года 3 назад абсолютно все видеокарты создавались в расчете на использование в слотах PCI Express x16, и никому в голову не приходило урезать их интерфейс, уменьшив количество линий. Однако недавно мы стали свидетелями выпуска видеокарт GeForce RTX 3050 и Radeon RX 6600 с интерфейсом PCIe x8, а Radeon RX 6500 XT вообще получил PCIe x4. Со времен анонса PCI Express все помнят, что пропускная способность у этого интерфейса огромная («ничего не будет: ни ISA, ни PCI, ни AGP — одно сплошное телевидение PCI Express»), да еще регулярно выходили все более быстрые версии PCIe. Но теперь, когда мы наблюдаем частичный регресс в этой области, встает вопрос: оправданы ли действия производителей видеокарт? Не повлияют ли подобные «обрезания» на скорость карточек? Этому вопросу мы и решили посвятить небольшое практическое исследование.
SSD NVMe: всё о современных высокопроизводительных SSD-накопителях PCI-E
PCI Express: существующие стандарты и их пропускная способность
Начнем с того, что́ представляет собой PCIe и с какой скоростью этот интерфейс работает. Часто его называют «шиной», что несколько неверно идеологически: как таковой шины, с которой соединены все устройства, нет. На деле имеется набор соединений «точка—точка» (похожий на многие другие последовательные интерфейсы) с контроллером в середине и присоединенными к нему устройствами (каждое из которых само по себе может быть и концентратором следующего уровня).
Первая версия PCI Express появилась почти 15 лет назад. Ориентация на использование внутри компьютера (нередко — и в пределах одной платы) позволила сделать стандарт скоростным: 2,5 гигатранзакции в секунду. Поскольку интерфейс последовательный и дуплексный, одна линия PCIe (x1; фактически атомарная единица) обеспечивает передачу данных на скоростях до 5 Гбит/с. Однако в каждом направлении — лишь половина от этого, т. е. 2,5 Гбит/с, причем это полная скорость интерфейса, а не «полезная»: для повышения надежности каждый байт кодируется 10 битами, так что теоретическая пропускная способность одной линии PCIe 1.x составляет примерно 250 МБ/с в каждую сторону. На практике нужно еще передавать служебную информацию, и в итоге правильнее говорить о ≈200 МБ/с передачи пользовательских данных. Что, впрочем, на тот момент времени не только покрывало потребности большинства устройств, но и обеспечивало солидный запас: достаточно вспомнить, что предшественница PCIe в сегменте массовых системных интерфейсов, а именно шина PCI, обеспечивала пропускную способность в 133 МБ/с. И даже если рассматривать не только массовую реализацию, но и все варианты PCI, то максимумом были 533 МБ/с, причем на всю шину, т. е. такая ПС делилась на все подключенные к ней устройства. Здесь же 250 МБ/с (поскольку и для PCI приводится обычно полная, а не полезная пропускная способность) на одну линию — в монопольном использовании. А для устройств, которым нужно больше, изначально была предусмотрена возможность агрегирования нескольких линий в единый интерфейс, по степеням двойки — от 2 до 32, т. е. предусмотренный стандартом вариант х32 в каждую сторону мог передавать уже до 8 ГБ/с. В персональных компьютерах х32 не использовался из-за сложности создания и разведения соответствующих контроллеров и устройств, так что максимумом стал вариант с 16 линиями. Использовался он (да и сейчас используется) в основном видеокартами, поскольку большинству устройств столько не требуется. Вообще, немалому их количеству и одной линии вполне достаточно, но некоторые применяют с успехом и х4, и х8: как раз по накопительной теме — RAID-контроллеры или SSD.
Время на месте не стояло, и около 10 лет назад появилась вторая версия PCIe. Улучшения касались не только скоростей, но и в этом отношении был сделан шаг вперед — интерфейс начал обеспечивать 5 гигатранзакций в секунду с сохранением той же схемы кодирования, т. е. пропускная способность удвоилась. И еще раз она удвоилась в 2010 году: PCIe 3.0 обеспечивает 8 (а не 10) гигатранзакций в секунду, но избыточность уменьшилась — теперь для кодирования 128 бит используется 130, а не 160, как ранее. В принципе, и версия PCIe 4.0 с очередным удвоением скоростей уже готова появиться на бумаге, но в ближайшее время в железе мы ее массово вряд ли увидим. На самом деле и PCIe 3.0 до сих пор в массе платформ используется совместно с PCIe 2.0, потому что и производительность последней для многих сфер применения просто. не нужна. А где нужна — работает старый добрый метод агрегации линий. Только каждая из них стала за прошедшие годы вчетверо быстрее, т. е. PCIe 3.0 х4 — это PCIe 1.0 x16, самый быстрый слот в компьютерах середины нулевых. Именно этот вариант поддерживают топовые контроллеры SSD, и именно его рекомендуется использовать. Понятно, что если такая возможность есть — много не мало. А если ее нет? Будут ли возникать какие-то проблемы, и если да, то какие? Вот с этим-то вопросом нам и предстоит разобраться.
Итого
Для облегчения восприятия картины по больнице в целом мы воспользовались выдаваемым программой баллом (суммарным — по чтению и записи), проведя его нормирование по «чипсетному» режиму PCIe 2.0 x4: на данный момент именно он является наиболее массово доступным, поскольку встречается даже на LGA1155 или платформах AMD без необходимости «обижать» видеокарту. Кроме того, он эквивалентен PCIe 3.0 x2, который готовятся освоить бюджетные контроллеры. Да и на новой платформе AMD АМ4, опять же, именно этот режим как раз можно получить без влияния на дискретную видеокарту.
Итак, что мы видим? Применение PCIe 3.0 x4 при наличии возможности является, безусловно, предпочтительным, но не необходимым: NVMe-накопителям среднего класса (в своем изначально топовом сегменте) он приносит буквально 10% дополнительной производительности. Да и то — за счет операций в общем-то не столь уж часто встречающихся на практике. Для чего же в данном случае реализован именно этот вариант? Во-первых, была такая возможность, а запас карман не тянет. Во-вторых, есть накопители и побыстрее, чем наш тестовый Patriot Hellfire. В-третьих, есть такие области деятельности, где «атипичные» для настольной системы нагрузки — как раз вполне типичные. Причем именно там наиболее критично быстродействие системы хранения данных или, по крайней мере, возможность сделать ее часть очень быстрой. Но к обычным персональным компьютерам это все не относится.
В них, как видим, и использование PCIe 2.0 x2 (или, соответственно, PCIe 3.0 х1) не приводит к драматическому снижению производительности — лишь на 15-20%. И это несмотря на то, что потенциальные возможности контроллера в этом случае мы ограничили в четыре раза! Для многих операций и такой пропускной способности достаточно. Вот одной линии PCIe 2.0 уже недостаточно, поэтому контроллерам имеет смысл поддерживать именно PCIe 3.0 — и в условиях жесткой нехватки линий в современной системе это будет работать неплохо. Кроме того, полезна ширина х4 — даже при отсутствии поддержки современных версий PCIe в системе она все равно позволит работать с нормальной скоростью (пусть и медленнее, чем могло бы потенциально), если найдется более-менее широкий слот.
В принципе, большое количество сценариев, в которых узким местом оказывается собственно флэш-память (да, это возможно и присуще не только механике), приводит к тому, что четыре линии третьей версии PCIe на этом накопителе обгоняют одну первой примерно в 3,5 раза — теоретическая же пропускная способность этих двух случаев различается в 16 раз. Из чего, разумеется, не следует, что нужно спешно бежать осваивать совсем медленные интерфейсы — их время ушло безвозвратно. Просто многие возможности быстрых интерфейсов могут быть реализованы лишь в будущем. Или в условиях, с которыми обычный пользователь обычного компьютера никогда в жизни непосредственно не столкнется (за исключением любителей меряться известно чем). Собственно, и всё.
Привет, друзья. Кто из постоянных читателей интересуется компьютерным железом наверняка просматривал цикл публикаций сайта о комплектации игровых сборок ПК на базе актуальных комплектующих 2019 и 2020 года с разным бюджетом. В этих статьях одним из важных критериев выбора комплектующих компьютера мы определили наличие на его борту SSD-накопителя нового стандарта NVMe – накопителя, работающего через интерфейс PCI-E и поддерживающего технологию передачи данных NVMe. Последняя обеспечивает обработку большего, по сравнению со старым протоколом передачи данных AHCI, количества запросов за единицу времени (IOPS). И, соответственно, мы имеем значительно большую скорость работы SSD-накопителя. Насколько эта скорость значительна? И какие нюансы нам необходимо знать, если мы захотим добавить на борт своего ПК накопитель SSD NVMe? Давайте во всём разбираться.
Результаты тестов
God of War
PCIe 4.0 | PCIe 3.0 | |
RTX 3050 (8 ГБ), низкие | 101 | 98 |
---|---|---|
RTX 3050 (8 ГБ), средние | 84 | 82 |
RTX 3050 (8 ГБ), ультра | 41 | 41 |
RX 6500 XT (4 ГБ), низкие | 79 | 75 |
RX 6500 XT (4 ГБ), средние | 64 | 62 |
RX 6500 XT (4 ГБ), ультра | 26 | 19 |
Падение производительности при переходе с PCIe 4.0 на PCIе 3.0 | Низкое качество | Среднее качество | Ультра-качество |
---|---|---|---|
Nvidia GeForce RTX 3050 (8 ГБ) | 3% | 2% | 0% |
AMD Radeon RX 6500 XT (4 ГБ) | 5% | 3% | 27% |
Assassin’s Creed Valhalla
PCIe 4.0 | PCIe 3.0 | |
RTX 3050 (8 ГБ), низкие | 87 | 85 |
---|---|---|
RTX 3050 (8 ГБ), средние | 73 | 73 |
RTX 3050 (8 ГБ), ультра | 52 | 52 |
RX 6500 XT (4 ГБ), низкие | 131 | 120 |
RX 6500 XT (4 ГБ), средние | 113 | 96 |
RX 6500 XT (4 ГБ), ультра | 52 | 50 |
Падение производительности при переходе с PCIe 4.0 на PCIе 3.0 | Низкое качество | Среднее качество | Ультра-качество |
---|---|---|---|
Nvidia GeForce RTX 3050 (8 ГБ) | 2% | 0% | 0% |
AMD Radeon RX 6500 XT (4 ГБ) | 8% | 15% | 2% |
Marvel’s Guardians of the Galaxy
PCIe 4.0 | PCIe 3.0 | |
RTX 3050 (8 ГБ), низкие | 102 | 100 |
---|---|---|
RTX 3050 (8 ГБ), средние | 100 | 99 |
RTX 3050 (8 ГБ), ультра | 94 | 92 |
RX 6500 XT (4 ГБ), низкие | 62 | 60 |
RX 6500 XT (4 ГБ), средние | 48 | 41 |
RX 6500 XT (4 ГБ), ультра | 38 | 34 |
Падение производительности при переходе с PCIe 4.0 на PCIе 3.0 | Низкое качество | Среднее качество | Ультра-качество |
---|---|---|---|
Nvidia GeForce RTX 3050 (8 ГБ) | 2% | 1% | 2% |
AMD Radeon RX 6500 XT (4 ГБ) | 2% | 14% | 10% |
The Medium
PCIe 4.0 | PCIe 3.0 | |
RTX 3050 (8 ГБ), низкие | 109 | 108 |
---|---|---|
RTX 3050 (8 ГБ), средние | 66 | 65 |
RTX 3050 (8 ГБ), ультра | 58 | 55 |
RX 6500 XT (4 ГБ), низкие | 83 | 82 |
RX 6500 XT (4 ГБ), средние | 50 | 49 |
RX 6500 XT (4 ГБ), ультра | 47 | 43 |
Падение производительности при переходе с PCIe 4.0 на PCIе 3.0 | Низкое качество | Среднее качество | Ультра-качество |
---|---|---|---|
Nvidia GeForce RTX 3050 (8 ГБ) | 1% | 1% | 4% |
AMD Radeon RX 6500 XT (4 ГБ) | 2% | 2% | 3% |
Far Cry 6
PCIe 4.0 | PCIe 3.0 | |
RTX 3050 (8 ГБ), низкие | 108 | 104 |
---|---|---|
RTX 3050 (8 ГБ), средние | 93 | 91 |
RTX 3050 (8 ГБ), ультра | 71 | 69 |
RX 6500 XT (4 ГБ), низкие | 72 | 51 |
RX 6500 XT (4 ГБ), средние | 70 | 42 |
RX 6500 XT (4 ГБ), ультра | 7 | 7 |
Падение производительности при переходе с PCIe 4.0 на PCIе 3.0 | Низкое качество | Среднее качество | Ультра-качество |
---|---|---|---|
Nvidia GeForce RTX 3050 (8 ГБ) | 4% | 2% | 3% |
AMD Radeon RX 6500 XT (4 ГБ) | 29% | 40% | 0% |
Battlefield 2042
PCIe 4.0 | PCIe 3.0 | |
RTX 3050 (8 ГБ), низкие | 121 | 119 |
---|---|---|
RTX 3050 (8 ГБ), средние | 108 | 106 |
RTX 3050 (8 ГБ), ультра | 89 | 85 |
RX 6500 XT (4 ГБ), низкие | 118 | 114 |
RX 6500 XT (4 ГБ), средние | 101 | 81 |
RX 6500 XT (4 ГБ), ультра | 27 | 18 |
Падение производительности при переходе с PCIe 4.0 на PCIе 3.0 | Низкое качество | Среднее качество | Ультра-качество |
---|---|---|---|
Nvidia GeForce RTX 3050 (8 ГБ) | 2% | 2% | 5% |
AMD Radeon RX 6500 XT (4 ГБ) | 3% | 20% | 33% |
Cyberpunk 2077
PCIe 4.0 | PCIe 3.0 | |
RTX 3050 (8 ГБ), низкие | 68 | 64 |
---|---|---|
RTX 3050 (8 ГБ), средние | 61 | 59 |
RTX 3050 (8 ГБ), ультра | 52 | 51 |
RX 6500 XT (4 ГБ), низкие | 62 | 59 |
RX 6500 XT (4 ГБ), средние | 48 | 43 |
RX 6500 XT (4 ГБ), ультра | 39 | 35 |
Падение производительности при переходе с PCIe 4.0 на PCIе 3.0 | Низкое качество | Среднее качество | Ультра-качество |
---|---|---|---|
Nvidia GeForce RTX 3050 (8 ГБ) | 6% | 3% | 1% |
AMD Radeon RX 6500 XT (4 ГБ) | 5% | 10% | 10% |
Результаты тестов
Тестируя Hellfire, мы обратили внимание на то, что максимальную скорость на последовательных операциях из него можно «выжать» лишь многопоточной нагрузкой, так что это тоже надо принимать во внимание на будущее: теоретическая пропускная способность на то и теоретическая, что «реальные» данные, полученные в разных программах по разным сценариям, будут больше зависеть не от нее, а от этих самых программ и сценариев — в том случае, конечно, когда не помешают обстоятельства непреодолимой силы :) Как раз такие обстоятельства мы сейчас и наблюдаем: выше уже было сказано, что PCIe 1.x x1 — это ≈200 МБ/с, и именно это мы и видим. Две линии PCIe 1.x или одна PCIe 2.0 — вдвое быстрее, и именно это мы и видим. Четыре линии PCIe 1.x, две PCIe 2.0 или одна PCIe 3.0 — еще вдвое быстрее, что подтвердилось для первых двух вариантов, так что и третий вряд ли будет отличаться. То есть в принципе масштабируемость, как и предполагалось, идеальная: операции линейные, флэш с ними справляется хорошо, так что интерфейс имеет значение. Флэш перестает справляться хорошо на PCIe 2.0 x4 для записи (значит, подойдет и PCIe 3.0 x2). Чтение «может» больше, но последний шаг дает уже полутора-, а не двукратный (каким он потенциально должен быть) прирост. Также отметим, что заметной разницы между чипсетным и процессорным контроллером нет, да и между платформами тоже. Впрочем, LGA2011-3 немного впереди, но на самую малость.
Все ровно и красиво. Но шаблоны не рвет: максимум в этих тестах составляет лишь немногим больше 500 МБ/с, а это вполне по силам даже SATA600 или (в приложении к сегодняшнему тестированию) PCIe 1.0 х4 / PCIe 2.0 х2 / PCIe 3.0 х1. Именно так: не стоит пугаться выпуску бюджетных контроллеров под PCIe х2 или наличию лишь такого количества линий (причем версии стандарта 2.0) в слотах М.2 на некоторых платах, когда больше-то и не нужно. Иногда и столько не нужно: максимальные результаты достигнуты при очереди в 16 команд, что для массового ПО не типично. Чаще встречается очередь с 1-4 командами, а для этого обойтись можно и одной линией самого первого PCIe и даже самым первым SATA. Впрочем, накладные расходы и прочее имеют место быть, так что быстрый интерфейс полезен. Однако излишне быстрый — разве что не вреден.
А еще в этом тесте по-разному ведут себя платформы, причем с единичной очередью команд — принципиально по-разному. «Беда» вовсе не в том, что много ядер — плохо. Они тут все равно не используются, разве что одно, и не настолько, чтоб вовсю развернулся буст-режим. Вот и имеем разницу где-то в 20% по частоте ядер и полтора раза по кэш-памяти — она в Haswell-E работает на более низкой частоте, а не синхронно с ядрами. В общем, топовая платформа может пригодиться разве что для вышибания максимума «йопсов» посредством максимально многопоточного режима с большой глубиной очереди команд. Жаль только, что с точки зрения практической работы это совсем уж сферическая синтетика в вакууме :)
На записи положение дел принципиально не изменилось — во всех смыслах. Но, что забавно, на обеих системах самым быстрым оказался режим PCIe 2.0 х4 в «процессорном» слоте. На обеих! И при многократных проверках/перепроверках. Тут уж поневоле задумаешься, нужны ли эти ваши новые стандарты или лучше вообще никуда не торопиться.
При работе с блоками разного размера теоретическая идиллия разбивается о то, что повышение скорости интерфейса все же имеет смысл. Результирующие цифры такие, что хватило бы пары линий PCIe 2.0, но реально в таком случае производительность ниже, чем у PCIe 3.0 х4, пусть и не в разы. И вообще тут бюджетная платформа топовую «забивает» в куда большей степени. А ведь как раз такого рода операции в основном в прикладном ПО и встречаются, т. е. эта диаграмма — наиболее приближенная к реальности. В итоге нет ничего удивительного, что никакого «вау-эффекта» толстые интерфейсы и модные протоколы не дают. Точнее, переходящему с механики — дадут, но ровно такой же, какой ему обеспечит любой твердотельный накопитель с любым интерфейсом.
Интерфейс
Интерфейс подключения SSD NVMe – PCI-E через аппаратный разъём М.2.
Как и SATA SSD, накопители SSD NVMe универсальные, могут быть подключены к разным типам компьютерных устройств – ПК, ноутбукам, ультрабукам.
У интерфейса подключения SSD NVMe PCI-E есть разновидности – поколения (версии) и число линий PCI-E: PCI-E 3.0 2х, PCI-E 3.0 4x, PCI-E 4.0 4x.
Интерфейс PCI-E 3.0 2x – это третье поколение и две линии передачи данных, реализован в бюджетных накопителях. Одна линия способна пропускать данные на максимальной скорости почти 1 Гб/с (985 Мб/с), следовательно, две линии будут работать с суммарной скоростью немногим менее 2 Гб/с.
Интерфейс PCI-E 3.0 4x – это то же третье поколение и 4 линии передачи данных. Если каждая из линий передаёт данные на максимальной скорости чуть менее 1 Гб/с, то все линии дадут максимальную скорость чуть меньше 4 Гб/с. Это самая актуальная на сегодняшний день разновидность интерфейса PCI-E SSD-накопителей, она позволяет раскрыть потенциал самых быстрых из них.
Интерфейс PCI-E 4.0 4x – это уже четвёртое поколение PCI-E и 4 линии передачи данных. И это интерфейс будущего. Одна линия этого поколения передаёт данные с максимальной скоростью немногим менее 2 Гб/с. Следовательно 4 линии смогут обеспечить передачу данных с максимальной скоростью немногим менее 8 Гб/с (точнее 7,88 Гб/с).
Потенциал интерфейсов SSD может ограничиваться интерфейсами, реализованными на материнских платах. Поэтому если не на перспективу замены материнской платы, то брать SSD NVMe с более быстрым PCI-E, тогда как на материнке реализован более медленный, нет смысла. Накопители с большим числом линий и более нового поколения совместимы с интерфейсами на материнских платах раннего поколения и с меньшим числом линий.
Это всё, что касается непосредственно интерфейса накопителей SSD NVMe. Что же касается М.2, то это аппаратный разъём подключения и форм-фактор накопителей NVMe.
Что такое SSD NVMe
Итак, друзья, SSD NVMe – это твердотельные накопители нового стандарта. Как упоминалось, они работают через интерфейс PCI-E, тогда как обычные накопители подключаются через интерфейс SATA. Как и обычные SATA SSD, накопители SSD NVMe – это устройства флеш-памяти с типами памяти MLC, TLC, QLC. Так, SATA SSD, подключённые через интерфейс SATA III, работают в рамках пропускной способности этого интерфейса и обладают линейной скоростью считывания данных, если брать по максимуму, немногим свыше 500 Мб/с, а скоростью записи данных – свыше 400 Мб/с. Накопители же SSD NVMe могут выдавать в разы большие линейные скорости обработки данных. На интерфейсе PCI-E 3.0 у них максимальная линейная скорость чтения может быть до 3500 Мб/с, а максимальная линейная скорость записи – до 3300 Мб/с. Примером накопителя, выдающим на PCI-E 3.0 такие скорости обработки данных, является популярный Samsung 970 EVO Plus. На интерфейсе же PCI-E 4.0 максимальные линейные скорости чтения могут достигать 7000 Мб/с, записи - 5000 Мб/с.
Если мы захотим купить себе SSD NVMe, при выборе накопителя этого типа достаточно на торговой интернет-площадке установить фильтр «NVMe». И мы получим перечень моделей SSD-накопителей с поддержкой технологии NVMe. Но в характеристиках мы столкнёмся ещё с некоторыми идентифицирующими параметрами, в которых будет фигурировать M2. Иногда указываемый как интерфейс и форм-фактор.
Иногда сам тип накопителей SSD может в фильтрах значится как М.2 NVMe. И так же именуется его интерфейс.
А иногда в качестве интерфейса будут указываться расширенные параметры – поколения и линии PCI-E, они же будут представлены в качестве отдельных фильтров.
Немного о PCI Express (PCIe)
Интерфейс PCI Express (PCIe) используют для подключения видеокарт, твердотельных накопителей (SSD), звуковых и сетевых карт, а также других периферийных контроллеров, чипов и чипсетов. Этот интерфейс появился в 2003 году и с тех пор широко распространился, полностью вытеснив из современных компьютеров шину PCI. Принципиальным отличием PCI Express было то, что с помощью этого интерфейса устройства соединяются напрямую друг с другом (линиями, lane), тогда как в случае PCI все компоненты подключались к общей шине (и делили ее пропускную способность между собой). Последовательный способ передачи данных позволял сравнительно легко наращивать частоту передачи, что находило свое отражения в новых версиях стандарта: PCI Express 1.0 (2003 год), PCI Express 2.0 (2007 год) и PCI Express 3.0 (2010 год). С 2010-го по 2017-й новых версий не появлялось, и версия 3.0 долгое время оставалась последней и самой актуальной. При использовании 16 линий скорость передачи данных по интерфейсу PCI Express версии 3.0 достигала 15,8 ГБ/с.
Интерфейс PCI Express версии 4.0 появился в 2017 году и при использовании 16 линий обеспечивал скорость 31,5 ГБ/с, а версия 5.0 со скоростью 63 ГБ/с была представлена уже через два года в 2019-м, однако впервые была реализована лишь в конце 2021 года в 12-м поколении процессоров Intel Core. На данный момент основной и самой распространенной версией можно считать 4.0, именно с поддержкой этой версии интерфейса до сих пор выпускается большинство новых видеокарт и твердотельных накопителей (SSD-дисков).
Разъемы для слотов PCI Express с шириной в 1, 4, 8 и 16 линий
Видеокарты под вопросом
Radeon RX 6500 XT
Видеоускоритель Radeon RX 6500 XT основан на графическом процессоре Navi 24, производимом по 6-нанометровому технологическому процессу. Число сигнальных линий PCIe у него — 4. Если ваша материнская плата старше трех лет, то ее слоты поддерживают только PCIe версии 3.0, и в таком случае всего 4 линии (с суммарной пропускной способностью 4 ГБ/с) могут теоретически стать реальным ограничением, замедляя скорость обмена данными между видеокартой и оперативной памятью. Объем локальной памяти у Radeon RX 6500 XT составляет 4 ГБ, моделей с бо́льшим объемом не существует, хотя подобная модификация была даже у карточки прошлого поколения Radeon RX 5500 XT.
Логика в таком ограничении есть: это видеоускоритель начального уровня, на нем все равно не получится играть с максимальным качеством графики (что в интересующем нас аспекте означает — с огромными текстурами). Однако все игры разные в плане требовательности к объему памяти, требования к производительности у пользователей тоже разные, и нередко можно оказаться в ситуации, когда 4 ГБ локальной видеопамяти будет катастрофически мало, нужно минимум 6, а лучше 8 — и это мы говорим про младшие и средние видеокарты, а не топовые. А как только локальной памяти не хватает, становится актуальна скорость передачи данных, определяемая тем самым (урезанным в данном случае) интерфейсом PCIe. Безусловно, AMD, создавая эту модель ускорителя, ориентировалась на PCIe версии 4.0: карта ее поддерживает, современные платформы — тоже. Но ведь кто-то может захотеть проапгрейдить новой видеокартой старый компьютер — а там уже только PCIe 3.0 (и хорошо если не PCIe 2.0). Идея такого апгрейда в любом случае выглядит сомнительно, но ведь в наше сложное время игрокам часто приходится смотреть именно на недорогие решения, подобные Radeon RX 6500 XT, потому что есть надежда, что уж хоть их-то майнеры не раскупят (эффективность в майнинге у них низкая). Не будет ли старый графический интерфейс дополнительно ограничивать и без того не слишком высокую производительность Radeon RX 6500 XT? Давайте посмотрим.
GeForce RTX 3050
GeForce RTX 3050 основан на урезанной версии GPU GA106. Скоро могут появиться аналогичные карты с GPU GA107, но оба содержат одинаковое количество CUDA-ядер (2560). Видеопамяти же в этом новом решении — 8 ГБ, хотя карта лишь едва дороже, чем Radeon RX 6500 XT. Кроме того, интерфейс у GeForce RTX 3050 тоже урезан, но лишь до PCIe x8. Сочетание этих факторов может стать важным преимуществом решения Nvidia.
Технология NVMe
NVMe (Non-Volatile Memory Express) – это программное решение на уровне базовой прошивки компьютера (BIOS), технология, обеспечивающая взаимодействие накопителя с остальными компонентами компьютерной системы. NVMe – это ещё одна составляющая в довесок к разъёму подключения М.2 и интерфейсу PCI-E, обеспечивающая высокую производительность SSD. NVMe - это самая передовая на сегодняшний день технология передачи данных, она делает возможным работу SSD на указанных выше линейных скоростях обработки данных:
NVMe поддерживает многопоточность, формируя множественные очереди команд для обработки данных многоканальным контроллером накопителя в параллельном режиме. NVMe соединяет процессор и накопитель напрямую, без посредников. Тогда как у SATA-устройств, работающих со старым протоколом передачи данных AHCI, есть промежуточные звенья - SATA-контроллер и транслятор SATA-команд, преобразующий принятые в AHCI обращения к ячейкам памяти в запросы данных из страниц флеш-памяти. Технология NVMe изначально разработана для SSD с учётом их особенностей, с акцентом на параллельный доступ и минимизацией задержек.
Друзья, SSD M.2 и SSD NVMe – это не всегда одно и то же. SSD NVMe является SSD М.2, поскольку существует в форм-факторе М.2 и имеет разъём подключения М.2. А вот SSD М.2 может не быть SSD NVMe и поставляться без поддержки технологии NVMe, а с поддержкой устаревшего протокола AHCI. Обычно это накопители с интерфейсом PCI-E 2.0, созданные на заре эпохи накопителей типа М.2, такие устройства выдают меньшую скорость обработки данных. Такие накопители ещё называют M.2 NGFF, их мало в продаже, их практически вытеснили с рынка SSD NVMe.
Технология NVMe может быть реализована только для SSD PCI-E, для SSD SATA она недоступна. Накопители с интерфейсом PCI-E 3.0 и 4.0 практически все с технологией NVMe.
Разъём подключения М.2
Как аппаратный разъём М.2 являет собой слот в материнской плате ПК или в ноутбуке для крепления и подключения накопителей с форм-форм-фактором М.2.Соответственно, для возможности использования SSD NVMe материнская плата должна предусматривать аппаратный разъём М.2 с интерфейсом PCI-E.
Аппаратный разъём М.2 обеспечивает возможность повышенной производительности SSD-накопителей при пониженном потреблении системных ресурсов, что важно для портативных устройств. Также М.2 имеет потенциал – он предусматривает технологическое усовершенствование твердотельных накопителей в будущем. У него утапливаемое крепление в разъёмах материнских плат, что избавляет нас от необходимости использования шлейфа передачи данных и кабеля питания. И, соответственно, убирает из числа возможных проблем с носителями таковые из-за шлейфа передачи данных или кабеля питания.
Примечание: друзья, о подключении SSD M.2 PCI-E к компьютеру настройке работы накопителя в BIOS смотрите в статье сайта «Как подключить SSD M.2 к компьютеру».
Выводы
Результаты тестирования показали, что 4 линии интерфейса PCIе у видеокарты AMD Radeon RX 6500 XT действительно могут являться узким местом в системах с PCIe 3.0. Ограничение производительности зависит от того, как много видеопамяти использует игра: если потребление превысит 4 ГБ локальной видеопамяти и видеокарте потребуется «залезать» в оперативную память, то из-за PCIe 3.0 x4 падение FPS может доходить до 40%, хотя может составлять и единицы процентов.
А вот у другой бюджетной видеокарты ситуация гораздо лучше: и памяти у GeForce RTX 3050 вдвое больше, и интерфейс вдвое более широкий, так что падение производительности в выбранных играх составляло единицы процентов.
Понятно, что видеокарты с урезанным интерфейсом лучше использовать на современных материнских платах, которые обеспечивают поддержку PCIe 4.0. Однако если такой возможности нет и новую бюджетную видеокарту хочется купить именно в старый компьютер, то однозначно стоит смотреть в сторону ускорителей на базе GeForce RTX 3050.
Благодарим компанию TeamGroup
и лично Ethnie Lin
за предоставленную оперативную память для тестового стенда
Для тестового стенда:
процессор AMD Ryzen 9 5950X предоставлен компанией AMD,
материнская плата ROG Crosshair Dark Hero предоставлена компанией Asus,
блок питания Seasonic Prime 1300 W Platinum предоставлен компанией Seasonic
Технология NVMe обеспечивает превосходное хранение данных, превосходную скорость и превосходную совместимость. Поскольку в технологии NVMe используются разъемы PCIe, она обеспечивает передачу в 25 раз большего объема данных по сравнению с аналогичными устройствами SATA. Наряду с большим объемом данных команды NVMe выполняются в 2 раза быстрее, чем в накопителях AHCI. Кроме того, количество операций ввода-вывода в секунду (IOPS) в устройствах NVMe превышает 1 миллион, и операции выполняются до 900% быстрее по сравнению с накопителями AHCI. NVMe также напрямую связывается с ЦП системы, обеспечивая невероятную скорость благодаря своей совместимости. Накопители NVMe работают со всеми основными операционными системами независимо от форм-фактора.
NVMe (Non-Volatile Memory Express) — это интерфейс связи и драйвер, который использует преимущества увеличенной полосы пропускания, обеспечиваемой PCIe. Он разработан для повышения производительности и эффективности, обеспечивая при этом совместимость с широким спектром корпоративных и клиентских систем. Технология NVMe была разработан для твердотельных накопителей и обменивается данными между интерфейсом хранилища и процессором системы, используя высокоскоростные разъемы PCIe без ограничений форм-фактора.
Протокол NVMe использует параллельные пути передачи данных с малой задержкой к базовому носителю, подобно архитектурам высокопроизводительных процессоров. Это обеспечивает значительно более высокую производительность и меньшие задержки по сравнению с протоколами SAS и SATA. NVMe может поддерживать множество очередей ввода-вывода — до 64 тыс. очередей глубиной 64 тыс. записей каждая. В результате задачи ввода/вывода могут передавать больший объем данных быстрее, чем старые модели хранения данных с использованием устаревших драйверов, таких как AHCI (Advanced Host Controller Interface). Поскольку протокол NVMe разработан специально для твердотельных накопителей, он неизбежно станет новым отраслевым стандартом.
Материнская плата с поддержкой SSD NVMe
SSD NVMe с каждым днём становятся доступнее массам. Цены на накопители с интерфейсом PCI-E 4.0, конечно, кусаются, но накопители с интерфейсом PCI-E 3.0 стоят на уровне хороших SSD SATA. Проблема SSD NVMe заключается больше в поддержке слота М.2 PCI-E и технологии NVMe материнскими платами ПК и ноутбуками. Это только новые устройства, выпущенные не ранее 2015 года. Только материнские платы ПК и ноутбуки, выпущенные не ранее 2015 года нативно предусматривают подключение SSD NVMe. Нативная поддержка SSD NVMe материнской платой включает:
Реализацию для М.2 интерфейса PCI-E 3.0 4x или PCI-E 4.0 4x, актуальных на сегодняшний день, а, соответственно, поддержку ключа M;
Все эти нюансы, друзья, нужно смотреть в спецификациях материнской платы ПК или ноутбука. Вот, например, спецификации поддержки SSD-накопителей одной из современных материнок Asus.
Всё это очень тонкие нюансы, детально о них можете узнать в статье сайта «Как узнать, есть ли M.2 на компьютере». Здесь же лишь, друзья, в завершение статьи отмечу, что если у материнской платы нет разъёма М.2, то SSD PCI-E с этим форм-фактором можно подключить к обычному разъёму PCI-E с использованием специального адаптера-переходника.
С помощью адаптера-переходника мы сможем подключить к системе и SSD AHCI, и SSD NVMe. Но вот установить Windows и загружаться в дальнейшем с накопителя SSD NVMe сможем не в каждом случае. Для этой возможности в BIOS UEFI материнской платы должна быть активна технология NVMe. Если её нет, BIOS UEFI можно попытаться обновить. Возможно, в обновлении базовой прошивки производитель материнской платы реализовал поддержку драйверов NVMe. Но, увы, не всегда помогает обновление с использованием ПО на официальном сайте производителя материнки, иногда BIOS нужно перепрошивать с использованием модифицированной версии. ПО для модифицированной перепрошивки необходимо искать на сторонних ресурсах, ну и, соответственно, друзья, это всегда будет определённый риск.
Поддержку NVMe лучше реализовать путём комплексного апгрейда – если у вас базовая начинка ПК в хорошем состоянии, вы можете продать связку «материнка + процессор + кулер + оперативная память» на вторичном рынке и приобрести такую же связку нового поколения. Ну и, соответственно, в этой связке материнская плата должна быть с поддержкой SSD NVMe и интерфейса как минимум PCI-E 3.0 4x. Как вообще выбрать материнскую плату для современного ПК, смотрите в статье сайта «Как выбрать материнскую плату ПК в 2022 году».
Друзья, больше информации о SSD NVMe - информации в контексте сравнения этих накопителей с обычными SSD SATA - смотрите в статье «SSD NVMe или SSD SATA: какой выбрать накопитель». Также рекомендую к прочтению статью «Типы интерфейса SSD», в ней детально описывается отличия разъёма М.2 для интерфейсов PCI-E и SATA. Также можете глянуть все публикации сайта о твердотельных накопителях SSD.
Методика тестирования
Провести тесты с разными версиями стандарта PCIe несложно: практически все контроллеры позволяют использовать не только поддерживаемый ими, но и все более ранние. Вот с количеством линий — сложнее: нам хотелось непосредственно протестировать и варианты с одной-двумя линиями PCIe. Используемая нами обычно плата Asus H97-Pro Gamer на чипсете Intel H97 полного набора не поддерживает, но кроме «процессорного» слота х16 (который обычно и используется) на ней есть еще один, работающий в режимах PCIe 2.0 х2 или х4. Вот этой тройкой мы и воспользовались, добавив к ней еще и режим PCIe 2.0 «процессорного» слота, дабы оценить, есть ли разница. Все-таки в этом случае между процессором и SSD посторонних «посредников» нет, а вот при работе с «чипсетным» слотом — есть: собственно чипсет, фактически соединяющийся с процессором тем же PCIe 2.0 x4. Можно было добавить еще несколько режимов работы, но основную часть исследования мы все равно собирались провести на другой системе.
Дело в том, что мы решили воспользоваться случаем и заодно проверить одну «городскую легенду», а именно поверие о полезности использования топовых процессоров для тестирования накопителей. Вот и взяли восьмиядерный Core i7-5960X — родственника обычно применяемого в тестах Core i3-4170 (это Haswell и Haswell-E), но у которого ядер в четыре раза больше. Кроме того, обнаруженная в закромах плата Asus Sabertooth X99 нам сегодня полезна наличием слота PCIe x4, на деле способного работать как х1 или х2. В этой системе мы протестировали три варианта х4 (PCIe 1.0/2.0/3.0) от процессора и чипсетные PCIe 1.0 х1, PCIe 1.0 х2, PCIe 2.0 х1 и PCIe 2.0 х2 (во всех случаях чипсетные конфигурации отмечены на диаграммах значком (c)). Есть ли смысл сейчас обращаться к первой версии PCIe, с учетом того, что вряд ли найдется хоть одна плата с поддержкой только этой версии стандарта, способная загрузиться с NVMe-устройства? С практической точки зрения — нет, а вот для проверки априори предполагаемого соотношения PCIe 1.1 х4 = PCIe 2.0 х2 и подобных оно нам пригодится. Если проверка покажет, что масштабируемость шины соответствует теории, значит, и неважно, что нам не удалось пока получить практически значимые способы подключения PCIe 3.0 x1/х2: первый будет идентичен как раз PCIe 1.1 х4 или PCIe 2.0 х2, а второй — PCIe 2.0 х4. А они у нас есть.
В плане ПО мы ограничились только Anvil’s Storage Utilities 1.1.0: разнообразные низкоуровневые характеристики накопителей она измеряет неплохо, а ничего другого нам и не нужно. Даже наоборот: любое влияние других компонентов системы является крайне нежелательным, так что низкоуровневая синтетика для наших целей безальтернативна.
В качестве «рабочего тела» мы использовали Patriot Hellfire емкостью 240 ГБ. Как было установлено при его тестировании, это не рекордсмен по производительности, но его скоростные характеристики вполне соответствуют результатам лучших SSD того же класса и той же емкости. Да и более медленные устройства на рынке уже есть, причем их будет становиться все больше. В принципе, можно будет повторить тесты и с чем-нибудь более быстрым, однако, как нам кажется, необходимости в этом нет — результаты предсказуемы. Но не станем забегать вперед, а посмотрим, что же у нас получилось.
Твердотельные накопители: тогда и сейчас
Шины данных передают данные внутри системы, и когда впервые появились твердотельные накопители на базе технологии NAND, для отрасли стало очевидно, что необходимы новая шина и новый протокол.
- Первые твердотельные накопители были относительно медленными, и было удобно использовать имеющуюся инфраструктуру хранилища SATA. Несмотря на то, что скорость шины SATA выросла до 16 Гбит/с, почти все коммерческие реализации шины SATA остаются на уровне 6 Гбит/с.
- Общая пропускная способность PCIe 3.0 составляет 16 Гбит/с, а технология PCIe 4.0 удвоила этот показатель. Она обеспечивает до 16 линий и может передавать данные со скоростью до 32 000 МБ/с, в то время как SATA III поддерживает скорость только до 600 МБ/с.
Решение использовать имеющуюся технологию шины с более высокой пропускной способностью привело к замене протоколов SATA на технологию PCIe. Технология PCIe появилась за несколько лет до NVMe, но поскольку предыдущие решения были ограничены старыми протоколами передачи данных, такими как SATA и AHCI, они не могли быть использованы в полной мере до последнего времени. Технология NVMe устранила узкие места и сняла ограничения, обеспечивая выполнение команд с малой задержкой и очереди глубиной 64 тыс. записей. Большое количество очередей обеспечивает более быструю передачу данных, поскольку данные записываются на твердотельные накопители рассредоточенно с использованием ячеек и блоков, а не на вращающихся дисках, таких как жесткие диски.
Есть ли разница в играх между PCIe Gen3 и Gen4? А если взять топовую RTX 3080? Разбираемся в вопросе на базе новейших платформ компаний Intel и AMD, соответственно.
Пионером в выпуске PCIe версии 4.0 на рынок стала компания AMD. Однако, сравнить производительность видеокарт в данном режиме полностью не представлялось возможным, так как единственной линейкой с поддержкой нового формата была Radeon 5xxxXT. Конечно, сравнения есть, но что до них, когда зеленые выпустили на рынок зверя в лице RTX 3080. Итак, что же дает пользователю новый формат PCIe вкупе с новыми видеокартами.
реклама
В цифрах разница между 4.0 и 3.0 такая: 15,8 Гб/с для PCIe x16 3.0 и 31,5 Гб/с для 4.0, соответственно. То есть, скорость передачи данных становится в два раза больше. Будет ли разница в игровых тестах столь заметна? GamersNexus представил информацию по этому вопросу:
Тестовые конфигурации:
Intel Core i7 10700K vs AMD Ryzen 3900XT (с отключенным SMT)
32 Гб оперативной памяти на частоте 3200 MHz
Средняя разница примерно 5-7 кадров.
В 4К на тех же настройках разница и того меньше.
Следующее сравнение на AMD (Intel указан для референсного сравнения):
RDR2 в 4К на ручных настройках показывает примерно одинаковый график среднего FPS, однако 1% и 0.1% намного лучше проявляют себя в Gen4.
В 1440р аналогично.
В играх, где FPS и так хорош, разница еще менее заметна. Так, в Rainbow Six Siege в разрешении 1440р разница минимальна даже в сравнении с кадрами на Intel.
Shadow of The Tomb Raider вообще все равно, на какой версии PCIe вы собираетесь играть. Причем как в 4К, так и в 1440р.
GTA V в 1440р на максимальных настройках вообще удивляет. Если средний график одинаков, то Gen3 даст игроку больше кадров 0.1% и 1%.
Если спросить, какой интерфейс следует использовать для твердотельного накопителя с поддержкой протокола NVMe, то любой человек (вообще знающий, что такое NVMe) ответит: конечно PCIe 3.0 x4! Правда, с обоснованием у него, скорее всего, возникнут сложности. В лучшем случае получим ответ, что такие накопители поддерживают PCIe 3.0 x4, а пропускная способность интерфейса имеет значение. Иметь-то имеет, однако все разговоры об этом начались только тогда, когда некоторым накопителям на некоторых операциях стало тесно в рамках «обычного» SATA. Но ведь между его 600 МБ/с и (столь же теоретическими) 4 ГБ/с интерфейса PCIe 3.0 x4 — просто пропасть, причем заполненная массой вариантов! А вдруг и одной линии PCIe 3.0 хватит, поскольку это уже в полтора раза больше SATA600? Масла в огонь подливают производители контроллеров, грозящиеся в бюджетной продукции перейти на PCIe 3.0 x2, а также тот факт, что у многих пользователей и такого-то нет. Точнее, теоретически есть, но высвободить их можно, лишь переконфигурировав систему или даже что-то в ней поменяв, чего делать не хочется. А вот купить топовый твердотельный накопитель — хочется, но есть опасения, что пользы от этого не будет совсем никакой (даже морального удовлетворения от результатов тестовых утилит).
Но так это или нет? Иными словами, нужно ли действительно ориентироваться исключительно на поддерживаемый режим работы — или все-таки на практике можно поступиться принципами? Именно это мы сегодня и решили проверить. Пусть проверка будет быстрой и не претендующей на исчерпывающую полноту, однако полученной информации должно оказаться достаточно (как нам кажется) хотя бы для того, чтобы задуматься. А пока вкратце ознакомимся с теорией.
Немного о PCI Express (PCIe)
Интерфейс PCI Express (PCIe) используют для подключения видеокарт, твердотельных накопителей (SSD), звуковых и сетевых карт, а также других периферийных контроллеров, чипов и чипсетов. Этот интерфейс появился в 2003 году и с тех пор широко распространился, полностью вытеснив из современных компьютеров шину PCI. Принципиальным отличием PCI Express было то, что с помощью этого интерфейса устройства соединяются напрямую друг с другом (линиями, lane), тогда как в случае PCI все компоненты подключались к общей шине (и делили ее пропускную способность между собой). Последовательный способ передачи данных позволял сравнительно легко наращивать частоту передачи, что находило свое отражения в новых версиях стандарта: PCI Express 1.0 (2003 год), PCI Express 2.0 (2007 год) и PCI Express 3.0 (2010 год). С 2010-го по 2017-й новых версий не появлялось, и версия 3.0 долгое время оставалась последней и самой актуальной. При использовании 16 линий скорость передачи данных по интерфейсу PCI Express версии 3.0 достигала 15,8 ГБ/с.
Интерфейс PCI Express версии 4.0 появился в 2017 году и при использовании 16 линий обеспечивал скорость 31,5 ГБ/с, а версия 5.0 со скоростью 63 ГБ/с была представлена уже через два года в 2019-м, однако впервые была реализована лишь в конце 2021 года в 12-м поколении процессоров Intel Core. На данный момент основной и самой распространенной версией можно считать 4.0, именно с поддержкой этой версии интерфейса до сих пор выпускается большинство новых видеокарт и твердотельных накопителей (SSD-дисков).
Разъемы для слотов PCI Express с шириной в 1, 4, 8 и 16 линий
Размеры SSD М.2
Как форм-фактор М.2 являет собой физическую форму накопителя. И у этой формы есть свои размеры. На втором скриншоте, друзья, мы видим, что на одной из торговых площадок в характеристиках накопителя форм-фактор указан как М.2 2280. Цифра 2280 указывает на ширину и длину SSD, это необходимо для определения совместимости со слотом М.2 на материнской плате. Ширина и длина накопителя определяет тип слота М.2 на материнке. В первых двух цифрах закодирована ширина накопителя, в двух последних – длина. На сегодняшний день накопители SSD М.2 идут с одинаковой шириной 22 мм, но длина у них разная. Вот какие размеры форм-фактора М.2 можно встретить у накопителей и современных материнских плат с наличием слота М.2:
Разная длина накопителей М.2 обусловлена разной их вместимостью. Чем длиннее форма SSD, тем больше микросхем Nand в него поместится. Т.е., чем больше длина накопителя, тем он больше в объёме.
Конфигурация стенда и список игр для тестирования
Конфигурация тестового стенда
- Компьютер на базе процессора AMD Ryzen 9 5950X (Socket AM4):
- Платформа:
- процессор AMD Ryzen 9 5950X (разгон до 4,6 ГГц по всем ядрам);
- ЖСО Cougar Helor 240;
- системная плата Asus ROG Crosshair Dark Hero на чипсете AMD X570 (переключение PCIe 3.0/4.0 через BIOS setup);
- оперативная память TeamGroup T-Force Xtreem ARGB (TF10D48G4000HC18JBK) 32 ГБ (4×8) DDR4 (4000 МГц);
- SSD Intel 760p NVMe 1 ТБ PCI-E;
- жесткий диск Seagate Barracuda 7200.14 3 ТБ SATA3;
- блок питания Seasonic Prime 1300 W Platinum (1300 Вт);
- корпус Thermaltake Level20 XT;
- Видеокарта Gigabyte Radeon RX 6500 XT Gaming ;
- Видеокарта Palit Geforce RTX 3050 Dual ;
Протестированные игры
- Cyberpunk 2077 (Софтклаб/CD Projekt RED)
- God of War (Sony IE/Sony IE)
- Assassin’s Creed Valhalla (Ubisoft/Ubisoft)
- Marvel’s Guardians of the Galaxy (Eldos/Square Enix)
- The Medium (Bloober/Bloober)
- Far Cry 6 (Ubisoft/Ubisoft)
- Battlefield 2042 (DICE/EA)
Читайте также:
- Платформа: