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【讨论】SSD插在不同槽位,性能会有损失吗?

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吧友们下午好啊~
最近有朋友问我,你在测评SSD时候,为什么总是强调“SSD测试时插在直通CPU的M.2槽位”?这里的“直通CPU”是什么意思?
事实上,现在的主板上基本都有多个M.2 SSD插槽,虽然长得看似一样,但是实际插在不同槽位上,能发挥出的性能是不一样的,只有在直通CPU的时,SSD才能发挥完全的性能。
要解释这个问题,首先我们要搞清楚电脑中的“总线”这一概念。
在计算机中,不同设备之间想要交互数据,必需通过计算机中用于通讯的“路”,也就是计算机中所称的“总线”。可以想象为不同城市之间运送货物的必需通过公路一样。我们常见的PCIe就是运行在CPU外部的总线的一种。
同时,就像公路有双车道、4车道、8车道之分一样,PCIe4.0、3.0、2.0等不同标准也是对于通道允许通过的数据速率的划分,单就速率上限而言,1XPCIe4.0=2XPCIe3.0=4XPCIe2.0。
在计算机中,需要与CPU通讯的设备有很多,比如内存、显卡、硬盘、键鼠外设、网卡声卡等。如果这些设备全都直接与CPU连通,那么对CPU的设计难度就太高了,同时对于设备的模块化要求也要成倍的提高,主板上的布线难度也会有指数级提升。

为了规避这个问题,就要减少直通CPU的设备数量,厂商给出的方案是通过主板上的南桥芯片组进行转接,就像是外部设备的交互中转站一样。
像显卡、内存等对延迟和带宽要求较高的设备肯定要保证和CPU直接通讯;
而像网卡声卡、键鼠外设等对性能要求不高的设备,则是由南桥芯片组进行管理,交互数据时都要通过南桥芯片组转接一手。CPU与南桥芯片组之间,则通过DMI通道进行连接。

这是一张Intel Z790主板的功能线框图。可以发现,只有一个M.2槽位直通CPU,另外三个M.2槽位是由南桥芯片组转接而来。而为了便于主板布线,直通CPU的这个M.2槽位一般会放在最靠近CPU的位置。
我们用朴素的经验可以想象到,这就跟工程转包一样,第一手直通甲方的M.2槽位,其效率肯定要比转包商跟甲方沟通顺畅的多。
所以SSD插在南桥芯片组转接出的插槽上,其性能会受一些影响,就很好理解了。


IP属地:山东1楼2023-08-19 16:25回复
    SSD直通CPU与否,性能到底有何区别?
    为了解决这个问题,我们来实际测试一下吧。
    除了M.2插槽有直通CPU的区别之外,主板上的PCIe插槽也有这个问题,在Intel消费级主板中一般只有靠近CPU的那一条插槽才能直通CPU,部分AMD的消费级主板可能允许拆分成两条直通CPU的PCIe插槽。

    所以在这里我随手找到一条采用M.2接口的爱国者P7000D 2T,

    以及使用PCIe接口的傲腾900P 480G分别进行测试。
    测试平台:
    CPU:intel i5-13600K
    主板:华硕ROG STRIX Z790-A GAMING WIFI吹雪 DDR5
    内存:雷克沙 DDR5-6400 16GB X2
    SSD:Intel 傲腾900P 480G、爱国者P7000D 2T
    显卡:Intel UHD730
    系统:Windows 11 Professional Edition


    IP属地:山东2楼2023-08-19 16:25
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      M.2插槽测试结果
      首先将爱国者P7000D插在直通CPU的M.2插槽上,使用CrystalDiskMark测试的结果如下:

      然后将其换到南桥芯片组转接处的M.2插槽上,使用CrystalDiskMark测试的结果如下:

      可以看到顺序读写性能几乎没啥变化,基本可以看做是测试误差允许的范围内。但是4K随机读写性能则出现了明显差距,同时随机读写延迟也略微增加了一些。
      将该项测试结果做成图表来对比,可以看得更加明显:

      可以看到经过南桥芯片组转接后,爱国者P7000D的SLC缓内4K随机读写速度相差了10%左右。
      由于CrystalDiskMark、AS SSD Benchmark或者TxBench等软件进行测试时,会先在SSD中生成一个测试用的文件,然后在该文件中进行读写测试,在读取测试过程中,这个刚刚生成的文件由于还处于SLC缓存中,4K随机读取性能会受到SLC缓存机制的加强,测试结果也是基于SLC缓存内的数据。
      而我们打开软件或者游戏,用到的是SLC缓存空间之外、TLC区域内的4K随机读取性能:

      所以我们继续分别测试爱国者P7000D在两个插槽下的SLC缓外4K随机读取性能,整理出图表如下:

      可以看到,由于缓外4K随机读取性能本身不高,所以虽然性能有些差异,但是差异并不大,只有区区不到2MB/s而已。


      IP属地:山东3楼2023-08-19 16:25
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        PCIe插槽测试结果
        首先将傲腾900P插在直通CPU的M.2插槽上,使用CrystalDiskMark测试的结果如下:

        然后将其换到南桥芯片组转接处的M.2插槽上,使用CrystalDiskMark测试的结果如下:

        顺序读写速度没啥区别,不过明显可以看出Q1T1单队列单线程下,直通CPU状态比通过南桥组芯片转接,4K随机读写速度都高了10%左右,并且延迟也各增加了1us多点。
        同样整理出图表,可以看得更直观一些:

        由于傲腾900P使用3D Xpoint原理,与普通NAND FLASH固态硬盘原理不同,所以不存在缓外缓内的性能差异,这里就不再做其他测试了。


        IP属地:山东4楼2023-08-19 16:26
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          总结
          经过实际测试我们终于能得出结论了:
          SSD直通CPU的情况下,其4K随机读写性能要比通过南桥芯片组转接强了10%左右,不过顺序读写速度并无差异。
          所以建议大家尽量将SSD(尤其是系统盘)优先插在最靠近CPU的插槽上,这样才能完全发挥SSD的最强性能。
          甭管能不能用得出区别,起码有性能咱不用,就是亏了~


          IP属地:山东5楼2023-08-19 16:26
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            以上我自己测试后的结果了,吧友们有啥意见欢迎一起讨论下~


            IP属地:山东6楼2023-08-19 16:26
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              m.2插槽在正面和背面的那种有区别吗


              IP属地:广东来自Android客户端7楼2023-08-19 17:08
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                一般情况上面一槽都是直连cpu的,比如cpu一共x20的pcie,可以给显卡吃一槽x16,剩下x4给nvme用,下面一槽一般都是南桥劈出来的3.0x4


                IP属地:上海来自Android客户端8楼2023-08-19 17:18
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                  系统盘直连位三星 PM9A1 512G,第二盘位 P44 Pro 2TB 工作盘,第三第四位空闲,外加 PCIE 转接的 SN640 7.68T 资料盘。


                  IP属地:山东来自Android客户端9楼2023-08-19 17:29
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                    无所谓,amd有28条pcie


                    IP属地:安徽来自Android客户端10楼2023-08-19 17:36
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                      所以我也是直连CPU的m2装的p1600x当系统盘129k不超频的情况下就有400+的4k读,等之后14代看看能不能更高


                      IP属地:澳大利亚来自Android客户端11楼2023-08-19 22:05
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                        有的板是不是插了直连cpu的槽会占用显卡带宽?怎么分辨这种板呢?


                        IP属地:江苏来自Android客户端12楼2023-08-19 23:02
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                          反正我x299随便插,主板不够就上转换卡.至于显卡嘛,它还是用x16


                          IP属地:广东来自iPhone客户端13楼2023-08-20 02:35
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                            z490,没有直连cpu的m2,应该区别不大了


                            IP属地:北京来自Android客户端14楼2023-08-20 03:08
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                              结论就是用不出差别吧


                              IP属地:北京来自Android客户端15楼2023-08-20 07:53
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