雙卡性能提升2倍?第三代PCI-E全面揭秘

1PCI-E技術規範介紹與PCI-E3.0解析回頂部

　　【PConline評測】11月中旬，Intel發布了新一代品牌旗艦平臺X79，CPU性能和內存性能都達到了前所未有的新高度，而且它還帶來了新一代的顯卡標準，PCI-E 3.0，理論上，PCI-E 3.0的帶寬是PCI-E 2.0的兩倍，但是由於當時還缺乏PCI-E 3.0標準的設備，因此我們無法進行測試。

　　今年1月，AMD發布了新一代的單芯卡王HD7970，號稱世界上第一款支持PCI-E 3.0標準的顯卡。終於我們等到了PCI-E 3.0標準的顯卡，因此我們第一時間的想法就是，弄個X79+HD7970平臺，對比主流旗艦Z68+HD7970，看看PCI-E 3.0相對PCI-E2.0性能提升到底有多少，於是我們就有了今天的評測。

雙卡性能提升4倍？第三代PCI-E性能揭秘

科普時間：PCI-E技術規範介紹

PCI Express商標

　　PCI-E/PCIe全稱Peripheral Component Interconnect Express，可以翻譯為「快速外圍組件互連」，是PCI-SIG組織設計來取代PCI、AGP和伺服器的PCI-X接口的擴展卡接口標準。

PCIe與PCI工作模式對比

　　PCIe採用了目前業內流行的點對點、串行連接，比起PCI等早期的計算機總線的共享、並行架構，優勢在於每個設備都有自己的專用連接，不需要向整個總線請求帶寬，而且可以把數據傳輸率提高到一個很高的頻率，達到PCI所不能提供的高帶寬。

四種常見PCIe規格

　　理論上，PCIe接口可以靈活使用1~32條通道，一條通道簡寫為x1，四條通道簡寫為x4，以此類推。按PCIe標準，PCIe插槽一共有5種：x1，x4，x8，x16和x32，通道越多的插槽，物理尺寸越大。而在實際主板設計應用上，最常見的是理論速度為x1、x8和x16的三種插槽，搭配採用物理外觀是x1或x16的兩種插槽。

　　低速的PCIe x1設備可以插到高速的PCIe x4/x8/x16插槽上直接使用，速度為x1.而高速的PCIe x16設備理論上也可以插到低速的x4/x8插槽上，前提是設備物理上可以插入（比如理論x8速的插槽實際採用了物理x16速的模具），不過需要注意的是，即使插入了，設備的速度也會受到限制，從x16速降速為x4/x8速。

X79架構圖：PCI-E的應用

　　從實際的主板設計應用出發，PCI-E主要可以分成兩大類，用於連接顯卡等高速設備的PCI-E通道，以及用於連接獨立音效卡等低速外圍的PCI-E通道。前者由主板的北橋晶片或者CPU整合的PCI-E控制器提供，數量一般大於16條，高端平臺更可能達40條，而後者由主板的南橋或者單晶片（HUB晶片）提供，數量一般都不超過8條，而且支持標準往往落後於北橋/CPU的PCI-E通道。

PCI-E等接口與常見外圍設備理論帶寬一覽
接口/設備名稱	帶寬(MB/s)
PCI 33MHz | 66MHz	133 | 264
PCI-X 133MHz | 533MHz	1060 | 4260
AGP 3.0(AGP 8x)	2133
PCI-E 1.x x1 (每向)	250
PCI-E 2.0 x1|x16(每向)	500 | 8000
PCI-E 3.0 x1|x16(每向)	1000 | 16000
IDE ATA100 | ATA133	100 | 133
SATA 2.0 | 3.0	375 | 750
Firewire 400 | 800(1394a | 1394b)	50 | 100
USB 2.0 | 3.0	60 | 600
千兆網絡	125

　　上面是我們總結的PCI-E接口與常見外圍設備理論帶寬一覽。對比可見，目前主流的PCI-E 2.0相對於以往的PCI和AGP來說都有明顯的改進，在16條通道的x16模式下，其帶寬可以完美超越以往的PCI/PCI-X和AGP接口。

　　然而PCI-E 2.0對於目前的應用來說還不夠快，桌面PC一般用南橋PCI-E連接外圍設備，數量一般就8條，很多外圍設備如USB3.0晶片、SATA3.0晶片都是通過1條PCI-E 2.0通道連接的，也就是說每向帶寬是500MB/s，比SATA3.0理論帶寬750MB/s和USB3.0理論帶寬600MB/s要低，因此可能會形成瓶頸。

PCI-E 3.0

　　現在最新的PCI-E 3.0理論帶寬相對於PCI-E 2.0提升了一倍，每通道單向帶寬達1000MB/s，因此其16通道雙向帶寬可達1000x2x16 = 32000MB/s，非常驚人。因此今年很多主板廠商都開始拿PCI-E 3.0打廣告，想向消費者展示自己的產品在技術標準規格方面一直走在時代前沿。

HD7970：第一款DX11.1顯卡、第一款PCI-E 3.0接口顯卡

　　然而PCI-E 3.0實際上卻還沒發生什麼作用，主要是硬體支持方面才剛剛開始起步，目前只有LGA 2011接口的高端專用i7或E5系列處理器能夠提供PCI-E 3.0接口，而能用上PCI-E 3.0的主要就是AMD近期推出的高端產品HD7970顯卡。Intel會在下一代平臺的IvyBridge處理器普及PCI-E 3.0標準，但是主板方面還會停留在PCI-E 2.0標準。

　　PCI-E 3.0理論速度達到了PCI-E 2.0的兩倍，看起來很美好，但是實際上，目前的顯卡是否能100%用上這帶寬的優勢呢？從HD7970的首測中，我們了解到了HD7970單卡用PCI-E 2.0和PCI-E 3.0應該不會有什麼區別，但是這個測試可能太依賴於BIOS設定，它是否準確？此外，如果我們組建雙卡交火，PCI-E 3.0又是否會相對於PCI-E 2.0有提升呢？為了回到上面的問題，我們今天採用了X79和Z68兩個高端平臺進行對比測試。

2評測平臺與評測說明：X79+雙HD7970回頂部

評測平臺與評測說明：

硬體平臺
CPU	Intel i7 3960X(3.3GHz,TB 3.6G/3.9G) Intel i7 2600K(3.4GHz,TB 3.8G)
主板	華碩 X79 Deluxe 技嘉 GA-Z68X-UD7-B3
內存	DDR3-1600 4GB×2 8-8-8-24
硬碟	西數 1TB黑盤
顯卡	AMD 公版HD7970 x 2
軟體平臺
系統軟體	Win7 64位旗艦版 SP1 HD7970專用催化劑 11.12
評測軟體	3DMark Vantage 1.10，P檔 3DMark 11 1.02，P檔 孤島危機2：DX11，1920x1080，Ultra畫質 戰地3：DX11，1920x1080，Ultra畫質 孤島危機 彈頭：DX10，1920x1080，Enthusiast畫質 使命召喚8：DX9，1920x1080，Native畫質

 　　本次測試我們主要關注HD7970單卡和雙卡在PCI-E 2.0和PCI-E 3.0下的性能是否有明顯區別，以此判斷PCI-E 3.0對於當前的硬體來說意義有多大，那些標稱支持PCI-E 3.0的高價產品又是否值得購買。

測試使用了兩塊公版的HD7970顯卡

　　關心我們的硬體評測玩家可能會指出，早在HD7970的首測中，我們就已經知道了HD7970單卡在PCI-E 2.0和PCI-E 3.0下不會有什麼區別。但是那個測試是通過調節主板的BIOS切換PCI-E 3.0和PCI-E 2.0兩種標準實現的，而我們並不能確保該BIOS調節是真確有效的。因此本次測試，我們會採用主流6系列主板中的頂級產品Z68+i7 2600K作為對比參考。

雙卡3DMark成績截圖

　　測試方面，我們會使用3DMark Vantage和3DMark 11兩款軟體作為理論性能測試基準，而實際遊戲測試方面，我們選擇是孤島危機2等四款遊戲，完整覆蓋從DX9到DX11多種主流遊戲繪圖標準。內存、硬碟等方面我們都儘量讓X79和Z68兩個平臺統一起來，但是並不是全部，畢竟X79採用的LGA 2011處理器明顯與Z68採用的LGA 1155處理器硬體規格差距太大，因此我們在對比3DMark系列測試時取的是GPU成績一項，而不是總成績。

HD7970單卡、雙卡理論性能對比測試：

1.3DMark 11測試

　　3DMark 11是一款基於DirectX 11的3D性能基準測試軟體，款內置了三大測試項目：圖形性能測試、物理性能測試和綜合測試，分別測試顯卡性能、CPU性能和CPU/顯卡的綜合性能。3DMark 11的物理性能測試（CPU性能測試）改用了免費的Bullet物理引擎。我們採用最新的1.02版，改進部分CPU的效能。

3DMark 11成績對比

2.3DMark Vantage測試

　　3DMark Vantage主要包括了Graphics Test和CPU Test兩個測試部分，它們各自帶有兩個測試場景，其中Graphic Test包括Jane Nash、New Calico，主要針對顯卡的3D圖形渲染性能。而CPU Test就包括AI和Physics兩個部分，分別測試處理器的AI運算和物理加速性能，在現在的遊戲發展中，除了圖形3D性能以外AI和物理運算都是遊戲中極其重要的部分，在新的3DMark中對這四項目都進行了測試，無疑更能反映整個平臺的遊戲性能。

3DMark Vantage成績對比

　　測試小結：從3DMark 11和3DMark Vantage的單卡成績來看，HD7970在採用兩代顯卡標準時的成績差距不到1%，應該屬於測試誤差範圍，因此我們可以基本判斷PCI-E 3.0單卡成績相對PCI-E 2.0不會有提升。而雙卡成績方面，兩項測試分別顯示除了4%和7%的差距，PCI-E 3.0帶來的提升也不是很明顯。

HD7970單卡、雙卡遊戲性能對比測試：

1.《孤島危機2》測試

　　《孤島危機2》是第一代孤島危機的正統續作，遊戲採用與一代不同的全新引擎CryENGINE 3所製作，並且第二代將打破一代的PC獨佔，還將登陸主機平臺。那自然就好考慮如何實現PC版畫面不僅不縮水，而且要比前作更好，而且還要兼顧主機平臺的可實施性，這就要拜CryENGINE 3的強大功能所賜了，Crytek承諾他們能做到這點。測試場景為「Out of Ashes」，解析度為1920x1080，Ultra畫質，打開DX11特效。

孤島危機2成績總結

2.戰地3

　　2011年10月25日，世代DX11年度巨作《戰地3》終於正式發布，作為當前PC軍事題材射擊遊戲的兩大支柱之一，《戰地3》對DX11提供了完美支持，遊戲中細膩的光照/粒子效果、亂真的場景渲染、大面積的物理破壞效果、暢快的射擊感受、精良的槍械手感，讓這款遊戲終於為我們展現了DX11次世代大作的震撼威力。測試採用的是1920x1080的全高清解析度，品質為Ultra。

戰地3成績總結

　　測試小結：這兩款遊戲都是DX11遊戲，都強調顯卡性能發揮，兩代顯卡標準在兩個遊戲的單卡成績方面都幾乎沒有區別，而雙卡成績方面，孤島危機2的PCI-E 3.0雙卡成績比PCI-E 2.0領先約20%，戰地3這隻有2%左右，這可能是因為CPU性能方面造成了影響。

5單/雙卡遊戲性能測試：使命召喚8，孤島危機回頂部

3.使命召喚8：現代戰爭3測試

　　《使命召喚8：現代戰爭3》由Infinity Ward製作開發，劇情緊接《使命召喚6：現代戰爭2》以及《使命召喚4：現代戰爭》，是《使命召喚》系列遊戲的又一款重磅強作，是當今玩家口碑最好的王牌FPS遊戲大作。《現代戰爭3》延續了《使命召喚》系列遊戲的優秀傳統，遊戲更注重操作手感、玩家體驗，而並不苛求硬體性能。測試採用DX9模式，解析度是1920x1080，0AA，品質為Ultra。

使命召喚8成績總結
（註：此測試受CPU性能影響）

4.孤島危機：彈頭測試

　　孤島危機：彈頭基於CryengineII引擎製作，是「孤島危機」的資料片，至今仍是公認硬體要求最變態的3D遊戲之一，被玩家們戲稱為「顯卡危機」，可見其對顯卡性能要求之高。我們採用FrameBuffer Benchmark工具進行測試，測試採用DX10，解析度是1920x1080，0AA，模式為Enthusiast。

孤島危機：彈頭成績總結

　　測試小結：兩個平臺在孤島危機：彈頭測試中的測試很相近，PCI-E 3.0雙卡比PCI-E 2.0雙卡領先約5%，而使命召喚8則有點誇張，領先幅度最高竟達40%，不過這應該主要不是GPU的功能，因為使命召喚8考驗CPU多過考驗GPU。為了求證我們還特意把PCI-E 3.0平臺調成PCI-E 2.0模式測試了一下雙卡成績，結果是210fps，說明PCI-E 3.0帶來的實際提升大約4%左右。

6評測室總結：PCI-E 3.0還不到發力時候回頂部

PConline評測室總結：

HD 7970的PCI-E 3.0是個坑？

　　從3DMark理論性能測試和多款遊戲的實際成績來講，HD7970的PCI-E 3.0單卡成績相對PCI-E 2.0單卡沒有提升，大概已經稱為了定論，除非AMD又放出一個神奇的補丁把PCI-E 3.0下的HD7970性能表現提上去。雙卡方面，PCI-E 3.0號稱編碼效率提升20%、帶寬提升100%，實際雙卡性能相對PCI-E 2.0提升大概也就4%~5%，相當微不足道，因此也可以說沒什麼用。總的來說，HD7970顯卡的PCI-E 3.0是個坑。

我可沒說PCI-E 3.0是個坑

　　當然，筆者的意思並不是否定PCI-E 3.0或具體某款產品，畢竟現在Intel X79平臺和HD7970的PCI-E 3.0都是首創，技術方面可能還有不成熟之處，性能發揮沒有達到預想的水平也是可以原諒的。不過話說回來，我們在PCI-E 1.x升級到PCI-E 2.0時也是帶寬翻番，怎麼也不見單卡或多卡性能跟著翻番呢？也許，顯卡並不是真正最需要這麼高帶寬的產品。

　　前面我們提到過，目前最新的桌面級硬碟接口SATA3.0的理論帶寬是750MB/s，略高於一條PCI-E 2.0通道單相帶寬，但是遠不及一條PCI-E 3.0通道單向帶寬，也就是說，PCI-E 3.0可能會成為高速SSD硬碟之類設備的首選接口，而不是SATA3.0.

SATA3.0/USB3.0用單條PCI-E 2.0通道會有瓶頸

　　另一方面看，第三方SATA3.0晶片和USB3.0晶片目前已經成為主流標配，但實際上他們的理論帶寬（750MB/s和600MB/s）都要比PCI-E x1通道單向帶寬高，也就是說用PCI-E x1通道連接它們實際上是存在瓶頸的。如果以後主板晶片也普及了PCI-E 3.0標準，那麼問題就輕鬆迎刃而解了，因此，其實筆者覺得，南橋/主板晶片的PCI-E 3.0通道實際上更值得期待。