原來(lái)不只是高帶寬，PCIe4.0應(yīng)用場(chǎng)景測(cè)試與分析

平臺(tái)對(duì)比凸顯PCIe4.0高帶寬優(yōu)勢(shì)

我們目前使用最廣泛的PCIe3.0標(biāo)準(zhǔn)其實(shí)已經(jīng)是10年前（2010年）制定的標(biāo)準(zhǔn)，而部分設(shè)備還在用到的PCIe2.0標(biāo)準(zhǔn)，則是在更早的2006年制定的。PCIe 2.0采用8b/10b的編碼方式，擁有2.5GT/s的信號(hào)速率，PCIe3.0的編碼方式修改為128b/130b，信號(hào)速率增長(zhǎng)到8GT/s，而PCIe4.0則再次翻倍，達(dá)到了16GT/s。所以在帶寬方面，×16帶寬時(shí)，PCIe3.0為32GB/s，而PCIe4.0則翻倍為64GB/s。

消費(fèi)級(jí)桌面處理器的CPU直連PCIe通道非常有限，以目前主流的處理器來(lái)看，Intel第十代酷睿旗艦i9 10900K只有16條直出PCIe通道，AMD第三代銳龍旗艦如銳龍9 3900X則有20條直出PCIe通道。直出通道的數(shù)量決定了與處理器高速互聯(lián)的設(shè)備數(shù)。

在Intel平臺(tái)，當(dāng)這個(gè)直連處理器的PCIe×16插槽只插一塊顯卡時(shí)，可以達(dá)到PCIe3.0×16全速，但如果使用雙顯卡SLI或CFX時(shí)，就只能使用8+8通道，而三個(gè)PCIe設(shè)備連接時(shí)則只能分配為8+4+4，在有限的PCIe通道數(shù)下，多設(shè)備連接速度會(huì)有所降低，多個(gè)高性能PCIe設(shè)備連接時(shí)無(wú)法發(fā)揮全部的性能。

在Intel目前的消費(fèi)級(jí)平臺(tái)上（如Z390、Z490），絕大多數(shù)情況下，直連處理器的就是主板上的第一根PCIe3.0×16插槽，而NVMe等存儲(chǔ)設(shè)備，使用的都是主板芯片組提供的PCIe通道，不是直連處理器的PCIe通道，在Intel平臺(tái)中，主板芯片組和CPU通信采用的是DMI總線（基于PCIe總線打造），帶寬和PCIe3.0×4一樣為8GB/s。也就是說(shuō)雖然主板最高能提供24條PCIe通道，但由于和處理器的通信帶寬只有PCIe3.0×4，所以各種高速傳輸?shù)脑O(shè)備同時(shí)運(yùn)行時(shí)，受帶寬限制并不能真正達(dá)到全速。

AMD第三代銳龍平臺(tái)不但提供了PCIe4.0，同時(shí)還多提供4條用于NVMe的通道

在AMD第三代銳龍平臺(tái)中，首先處理器就提供了20條PCIe4.0通道，對(duì)應(yīng)在B550和X570主板上，則可以直接劃分為用于顯卡的PCIe4.0×16直連和用于NVMe的PCIe4.0×4直連，在單條NVMe的情況下，存儲(chǔ)不必為了跑滿速而去搶占顯卡的通道。同時(shí)，AMD第三代銳龍?zhí)幚砥骱椭靼澹˙550/X570）芯片組的通信帶寬同樣也升級(jí)到了PCIe4.0×4，可以提供16GB/s的帶寬，能更好地滿足多個(gè)高速設(shè)備同時(shí)工作的帶寬需求。

實(shí)測(cè)分析PCIe4.0高帶寬具體表現(xiàn)

使用Intel酷睿i9 10900K平臺(tái)，RTX 3080在3DMark的PCIe帶寬測(cè)試中成績(jī)?yōu)?2.93 GB/s

使用AMD銳龍9 3900X平臺(tái)，RTX 3080在3DMark的PCIe帶寬測(cè)試中成績(jī)?yōu)?6.17 GB/s

技嘉B550 AORUS MASTER，我們使用NVIDIA RTX 3080進(jìn)行了PCIe 4.0的測(cè)試，并使用第三代銳龍?zhí)幚砥?X570主板和第十代酷睿+Z490主板進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試。從3DMark的PCIe帶寬測(cè)試來(lái)看，RTX 3080在支持PCIe 4.0的第三代銳龍?zhí)幚砥?X570主板上的帶寬測(cè)試達(dá)到26.17GB/s，而在僅支持PCIe3.0的第十代酷睿+Z490主板上則只有12.93GB/s的帶寬，可以很明顯地看到PCIe4.0兩倍于PCIe 3.0的帶寬。

在這一代旗艦顯卡上，PCIe4.0的高帶寬雖然在測(cè)試中很明顯，但在日常應(yīng)用中，因?yàn)槎喾矫娴脑?，還無(wú)法吃滿PCIe4.0的全部帶寬性能，所以就目前來(lái)看，其對(duì)顯卡的性能影響還很小，但這并不意味著PCIe4.0的高帶寬無(wú)用，因?yàn)槲磥?lái)顯卡的性能和帶寬需求肯定是越來(lái)越高，帶寬對(duì)旗艦顯卡的性能影響也會(huì)逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。

而對(duì)玩家們影響最大，也是目前有著最直觀的感受的，那就是存儲(chǔ)方面帶來(lái)的性能上的直接提升。所以我們也進(jìn)行了存儲(chǔ)方面的PCIe4.0測(cè)試。

測(cè)試平臺(tái)：

處理器：AMD銳龍9 3900X

內(nèi)存：技嘉AORUS DDR4 3200 8GB×2

主板：技嘉B550 AORUS MASTER

硬盤：技嘉PCIe Gen4 1TB NVMe SSD

技嘉B550 AORUS MASTER主板對(duì)PCIe4.0 M.2插槽進(jìn)行了重新規(guī)劃設(shè)計(jì)

技嘉B550 AORUS MASTER按照旗艦級(jí)的X570主板規(guī)格來(lái)打造，配備了16相直出式數(shù)字供電，每一相供電電流高達(dá)70A，這個(gè)規(guī)格已經(jīng)超過(guò)了市面上大多數(shù)X570主板。存儲(chǔ)部分的設(shè)計(jì)是技嘉B550 AORUS MASTER一大賣點(diǎn)。B550原本可以提供由第三代銳龍直出的一個(gè)PCIe 4.0 ×4 M.2插槽，而技嘉B550 AORUS MASTER提供了3個(gè)PCIe 4.0 ×4 M.2插槽，都來(lái)自第三代銳龍?zhí)幚砥?，其中兩個(gè)則是分自顯卡的PCIe 4.0 ×16通道。如此一來(lái)，技嘉B550 AORUS MASTER就可以支持3個(gè)PCIe 4.0固態(tài)硬盤組建RAID0系統(tǒng)。此外，技嘉B550 AORUS MASTER還配備了6層PCIe 4.0專用2盎司銅PCB，能夠充分保證信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

從測(cè)試來(lái)看，單塊PCIe 4.0固態(tài)硬盤在技嘉B550 AORUS MASTER上的連續(xù)讀取速度已經(jīng)達(dá)到了5GB/s左右，連續(xù)寫入速度也超過(guò)了4GB/s，這個(gè)成績(jī)已經(jīng)遠(yuǎn)超PCIe 3.0頂級(jí)固態(tài)硬盤了。

由于這塊主板可以將處理器的PCIe4.0通道劃分至NVMe，從而在B550主板上實(shí)現(xiàn)3個(gè)PCIe4.0的M.2接口，所以我們也利用這個(gè)特性進(jìn)行了PCIe4.0的RAID0測(cè)試。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，主板上3個(gè)PCIe 4.0 ×4 M.2插槽組建RAID0系統(tǒng)，連續(xù)讀寫均可突破12000MB/s，這個(gè)性能表現(xiàn)可以說(shuō)是非?？植懒?。

那么這樣的性能表現(xiàn)具體能在哪些方面為我們帶來(lái)直觀的感受呢？第三代銳龍?zhí)幚砥髟诙嗑€程性能方面的表現(xiàn)非常強(qiáng)勁，已經(jīng)成為目前專業(yè)創(chuàng)意工作者的首選平臺(tái)，高性能的處理器搭配讀寫更快的PCIe4.0 NVMe SSD，可以極大地加快工程素材的拷貝和載入速度，明顯改善使用體驗(yàn)和工作效率。

為什么這么說(shuō)呢？以視頻拍攝剪輯為例，隨著佳能EOS R5的發(fā)布，8K RAW格式視頻已經(jīng)正式宣布進(jìn)入消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)，8K RAW格式下，幾秒鐘的視頻素材就已經(jīng)達(dá)到按GB計(jì)算的容量，這給素材的拷貝和載入都提出了更高的要求。雖然8K視頻并不是目前的主流，但是以松下S1H和索尼A7S3為代表的視頻機(jī)所拍攝的6K和4K視頻工程需求已經(jīng)越來(lái)越突出，大型工程中，這樣的素材量級(jí)依舊給拷貝和剪輯載入提出了更高的要求，在這種時(shí)候，使用PCIe4.0 NVMe能夠極大地減少素材的相互拷貝和載入時(shí)間，更方便、更好地完成以前要用多塊機(jī)械硬盤陣列才能完成的事情，極大地簡(jiǎn)化工作流程，提高工作效率。

隨著目前主流顯卡已經(jīng)全面切換到PCIe4.0，PCIe4.0只需要PCIe3.0一半的通道數(shù)即可實(shí)現(xiàn)相同的帶寬，所以在未來(lái)，主流設(shè)備都切換到PCIe4.0之后，通道的分配就更加方便，例如入門和中端顯卡，可以不需要再用×16的通道，因?yàn)樗鼈儗?duì)帶寬的需求相對(duì)較低，而使用×8的通道即可實(shí)現(xiàn)以往PCIe3.0×16的帶寬，也不會(huì)對(duì)性能有所影響，從而留出更多的通道數(shù)給其他設(shè)備使用。對(duì)于存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，PCIe4.0×2即可實(shí)現(xiàn)以往PCIe3.0×4的帶寬，對(duì)于不追求性能的入門級(jí)NVMe來(lái)說(shuō)，只需要用到更少的通道數(shù)即可滿足產(chǎn)品定位的需求，從而實(shí)現(xiàn)更大容量的配備，也不失為一種靈活的解決方案。

高帶寬更靈活，AMD銳龍平臺(tái)搭配PCIe4.0更高效

AMD第三代銳龍?zhí)幚砥鲗CIe4.0帶入了消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)，隨著一年時(shí)間的市場(chǎng)培養(yǎng)，PCIe4.0的NVMe SSD剛上市時(shí)處于性能高/價(jià)格高的狀態(tài)，如今價(jià)格方面也已經(jīng)達(dá)到了和旗艦PCIe3.0 NVMe SSD接近的程度，眾多存儲(chǔ)品牌也發(fā)布了更多的PCIe4.0 NVMe SSD產(chǎn)品。借助PCIe4.0的高帶寬，采用PCIe4.0的SSD也在速度上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了突破，三星剛發(fā)布的旗艦NVMe SSD 980Pro甚至能夠達(dá)到7000MB/s，非?？植?，也讓我們看到了更多高速存儲(chǔ)的應(yīng)用環(huán)境。隨著NVIDIA RTX 30系列顯卡的推出，目前市面上的主流顯卡已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)了對(duì)PCIe4.0的支持，這將進(jìn)一步推動(dòng)PCIe4.0的發(fā)展，更好地發(fā)揮其高帶寬的優(yōu)勢(shì)?？梢哉f(shuō)支持PCIe4.0已經(jīng)是目前的主流趨勢(shì)，在這種情況下，能夠支持PCIe4.0的AMD B550/570平臺(tái)就成為了更能戰(zhàn)未來(lái)且合理的選擇。