誠意or幌子?Intel Z170竟輸給2塊SSD

2020-12-14 中關村在線

1闊氣的Z170為什麼不支持三顯卡

    在《PCH接顯卡尚否？測PCI-E x1/x4/x8/x16》一文中我們解析了Intel DMI 3.0總線帶來的帶寬提升是否可以擴展第三塊顯卡，結果並不竟如人意，一方面是實際可用於顯卡的PCI-E通道並不多，但另外一個原因下面將會為你揭曉。


    8月5日Intel發布的新一代Skylake平臺，配套的桌面晶片組共包括Z170、H170、H110、B150、Q170、Q150六款產品，其中B150、Q170、Q150三款產品主要定位於商用市場，不過B150系列由於不錯的性價比，也被引入消費級市場。從Intel給出的100系列晶片組I/O SKU參數中可以看出，Z170、H170、H110、B150 PCI-E通道數依次為20、16、6（2.0版）、8，對比上一代的9系列晶片組Z97、H97都只有8條PCI-E 3.0通道，提升幅度蔚為可觀。

Intel 100系列晶片組規格表

    在Intel 9系列晶片組上不少主板開始提供原生M.2接口的支持，不過都是PCI-E 2.0 x2模式，而且最多只能1條，由於是PCI-E 2.0模式，所以最大傳輸速率只有10Gbps。當然有少數的主板為了保證M.2接口以PCI-E 3.0 x4全速運行，直接將通道連接到CPU上，這樣設計的後果是連接到M.2接口的SSD無法享用Intel RST存儲技術的支持，也就不能支持諸如快速恢復技術、智能響應技術、RAID技術等。


    到Intel 100系列晶片組，特別是Z170晶片組很多主板都提供了1-2個原生M.2接口，部分主板甚至還提供了3個M.2個接口，並且也實現了全速PCI-E 3.0 x4模式運行，帶寬提升至32Gbps，完全可以滿足諸如三星950 PRO等高性能SSD的需求。

    那麼這個時候問題來了，既然Z170晶片組提供了20條PCI-Express 3.0通道，為什麼不提供一條PCI-Express 3.0 x8插槽來滿足第三塊顯卡的接駁需求，還死守著PCI-Express x4，一方面我們認為Intel為了X99差異化競爭阻止主板廠商提供高於x4通道的PCI-Express接口，但真的是這樣嗎？

2Z170的20條PCI-E通道都幹了啥

    帶著這樣的問題，我們找來了Intel Z170晶片組HSIO Lane的布置圖，從圖上可以看出Z170包含26條HSIO Lane，其中Lane 1-10可以認為是USB使用，也就是說可以提供10個USB 3.0接口，而其中Lane 2-3可以轉換為SuperSpeed USB Inter-Chip，支持OTG。


Intel Z170 HSIO 1-14通道分配圖

    而Lane 7-10，都可以轉換為PCI-E通道，或者說可以同時實現，但是速度是公用、帶寬共享。Lane 10-11位GBE LAN通道，只有Lane 12-14這3條通道是獨立的PCI-Express通道。


Intel Z170 HSIO 15-26通道分配圖

    接下來的Lane 15-26這12條通道全部支持Intel RST存儲技術，也就是說支持RAID、快速恢復技術、智能響應技術等。而這12條通道中也只有Lane 17、Lane 25、Lane 26這3條通道是獨立PCI-Express通道。

    值得注意的是從Lane 15-26這12條通道由於支持Intel RST存儲技術，可以被最多設計成3個PCI-Express x4插槽，或者說M.2/U.2接口，這樣這三個M.2/U.2存儲設備就可以組建RAID或者享受其它RST技術。當然當這三個M.2/U.2接口被完全佔用後，意味著主板上的PCH原生SATA接口將都不能使用，意味著只能用M.2/U.2存儲設備做系統盤。


Intel Z170 HSIO 1-26通道分配圖

    綜合Lan 1-26 Z170晶片組一共有6條獨立PCI-Express通道，這是不是意味著無法設計出PCI-Express x8插槽呢？實際並不是，對於一些PCI-Express和其它共享的通道實際上也可以和這些獨立通道組合，實際上即使設計一個PCI-Express x16全速插槽也不是問題。

    好吧介紹到這裡，我們還是會認為Intel在玩差異化競爭，那麼下面探險就要開始了。既然有主板能從PCH晶片接出3個M.2接口，並可以還可以組RAID，那麼我們就找來了一塊設計相當的主板--提供了2個M.2接口和1個PCI-Express 3.0 x4插槽，這些PCI-Express 3.0通道都是來自於Z170 PCH晶片。


測試用主板技嘉Z170X-Gamig 3提供了2個M.2接口

    我們假設Intel DMI 3.0通道無法滿足PCI-Express 3.0 x8的帶寬需求，畢竟在Intel此前的6系列晶片組就因為DMI帶寬不足，而被迫將6個SATA 6Gbps接口降級為2個SATA 6Gbps接口，知道後續的8系列晶片組主板才回歸了6個SATA 6Gbps接口。


Intel SSD 750 400GB

    為了最大限度的挖掘DMI的數據帶寬，我們找來了兩塊Intel SSD 750 400GB，接口版本為PCI-Express x4，由於測試用的主板從PCH僅提供了1個PCI-Express x4插槽，於是我們又找來了兩個M.2轉PCI-Express x4適配卡，直接將兩塊Intel SSD 750 400GB連接到M.2插槽上。


M.2轉PCI-Express x4適配卡

    實際文件拷貝測試過程中為了避免性能瓶頸，我們使用雙通道DDR4 2133MHz內存組建了一個28GB的虛擬磁碟用於和測試磁碟之間傳輸數據。Ramdisk磁碟的最大讀寫性能使用ATTO Disk Benchmark測試分別為8956MB/s和13336MB/s，確認不會對文件拷貝造成性能瓶頸。


DDR4內存搭建的Ramdisk虛擬磁碟的最大讀寫速率

項目一：單塊Intel SSD 750 400GB接PCH晶片組

    首先測試的為單塊Intel SSD 750 400GB的性能，這些成績大家也不會陌生，畢竟Intel SSD 750剛發布是各大媒體都有評測報告。測試環節我們選取了CrystalDiskMark、ATTO Disk Benchmark和FastCopy，分別測試SSD的持續讀寫性能、最大讀寫性能和實際文件拷貝速率（25.4GB單個視頻文件）。


單塊Intel SSD 750 CrystalDiskMark持續讀寫速率


單塊Intel SSD 750 ATTO Disk Benchmark最大讀寫速率

 

單塊Intel SSD 750 實際文件拷貝讀、寫平均速率

    CrystalDiskMark的持續讀寫速率分別為2367MB/s和997.6MB/s，而ATTO Disk Benchmark的最大讀寫速率分別為2313.4MB/s和980.7MB/s。25.4GB文件拷貝讀寫平均速率分別為2233MB/s和938.2MB/s。

項目二：兩塊Intel SSD 750 400GB接PCH晶片組RAID 0


兩塊Intel SSD 750 RAID 0 CrystalDiskMark持續讀寫速率


兩塊Intel SSD 750 RAID 0 ATTO Disk Benchmark最大讀寫速率

 

兩塊Intel SSD 750 RAID 0實際文件拷貝讀、寫平均速率

    接下來就是雙Intel SSD 750 400GB的RAID 0性能測試，CrystalDiskMark的持續讀寫速率分別為3583MB/s和1984MB/s，而ATTO Disk Benchmark的最大讀寫速率分別為3471MB/s和1958.2MB/s。25.4GB文件拷貝讀寫平均速率分別為3391MB/s和1568MB/s。

    從上面的數據可以看出，RAID 0後存儲性能並沒有得到Double，主要是讀取性能最高還不到3600MB/s，如果按照性能Double，最大讀取性能數據應該在4600MB/s左右。難道傳說中的DMI 3.0帶寬瓶頸已經凸顯了。

項目三：兩塊Intel SSD 750 400GB+三星SSD 950 256GB接PCH晶片組RAID 0

    接下來我們利用手頭上的三星SSD 950 256GB轉接成PCI-Express x4接到由PCH引出的PCI-Express x4插槽上，確認是否已經真的性能牆了。

    值得注意的是三塊不同容量的SSD組建RAID 0後新的磁碟卷總容量是最低容量的3倍，而不是所以磁碟容量的和。從理論上來說這對兩塊Intel SSD 750 400GB性能發揮有一定限制，畢竟這兩塊SSD只有實際約237GB被利用到。


兩塊Intel SSD 750+三星950 PRO RAID 0 CrystalDiskMark持續讀寫速率


兩塊Intel SSD 750+三星950 PRO RAID 0 ATTO Disk Benchmark最大讀寫速率

 

兩塊Intel SSD 750+三星950 PRO RAID 0 實際文件拷貝讀、寫平均速率

    最後的分數是這樣的：CrystalDiskMark的持續讀寫速率分別為3461MB/s和2913MB/s，而ATTO Disk Benchmark的最大讀寫速率分別為3268.8MB/s和2863.2MB/s。25.4GB文件拷貝讀寫平均速率分別為3171MB/s和2578MB/s。

項目四：兩塊Intel SSD 750 400GB接CPU RAID 0


兩塊Intel SSD 750 RAID 0 CrystalDiskMark持續讀寫速率


兩塊Intel SSD 750 RAID 0 ATTO Disk Benchmark最大讀寫速率

 

兩塊Intel SSD 750 RAID 0實際文件拷貝讀、寫平均速率

    看來是真的出現了性能牆，為了更加有說服力的論證這一事實，我們最終將兩塊Intel SSD 750 400GB直接接在由CPU引出的PCI-Express x16和PCI-Express x8插槽上並組建RAID 0，分數完全在我們預期之中，兩塊SSD的性能被完全發揮，性能Double：CrystalDiskMark的持續讀寫速率分別為4680MB/s和1992MB/s，而ATTO Disk Benchmark的最大讀寫速率分別為4607MB/s和1958.2MB/s。25.4GB文件拷貝讀寫平均速率分別為4508MB/s和1807MB/s。

    最後的結語

    這樣的測試結果其實並不是我們所願意看到的，無論是Intel的處理器性能還是SSD性能，一直都是業界的標杆，自從6系列晶片組PCH帶寬不足導致SATA 6Gbps接口縮減後，我們對於Inel新的晶片組與CPU之間的帶寬一直希冀能夠被改變，直到我們看到了DMI 3.0和PCI-Express 3.0，本以為曙光已經來臨。


Intel Z170 DMI 3.0帶寬挖掘測試數據匯總

    但或許這就是Intel用以迷惑我們的煙花，其傳輸帶寬甚至無法滿足自己SSD組RAID的數據需求，最終止步於3.5GB/s左右。不知道這是不是Intel SSD 750為什麼推出了PCI-Express x4接口和U.2接口兩個版本，卻唯獨沒有推出M.2版本的原因，畢竟兩塊Intel SSD 750就可以將閃耀的DMI 3.0擊潰。


   回歸到帶寬問題上，整個Intel 100系列晶片組CPU與PCH之間的帶寬都是一致的，所以當一些跑分黨看到一些Z170主板配備了2個甚至3個M.2接口，就打起了如意算盤敗回2塊或3塊三星950 PRO SSD準備Show的時候，DMI 3.0卻如鯁在喉，所以呢？行不通！

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