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相比电脑其余配件可说是飞跃式的性能与速度进步，存储系统一直以来都是最大的硬伤。即使是SATA 6Gbps的SSD对不少发烧友来说，都还是意犹未尽。于是，他们就将目光转向了能带来更快速度的M.2接口SSD。不过对于现在的主板来说，M.2接口很复杂，源自PCH的M.2、源自CPU的M.2、PCIe 2.0的M.2、PCIe 3.0的M.2……这着实让人眼花缭乱，一不小心，还可能让你购买的M.2 SSD变成鸡肋。 PCH or CPU？小小的M.2接口内藏着怎样的玄机？真相永远只有一个——实战！ “我发现我的X99主板M.2接口是10G(bps)带宽，那我买的三星950pro是不是悲剧了，大神求助”；“ 才买了金士顿的Hyper XM.2 SSD，我的Z97主板上的M.2接口能不能搞定哦？”； “今天刚买了Z170主板，说是有两个M. 2 接口，一个南桥，一个CPU。求科普，南桥的M.2接口和CPU的M.2接口有啥不一样？” …… 近段时间以来，在网络各大IT论坛上，经常都能看到类似的求助贴。究其原因，主要是因为部分发烧友为了更快的整体系统速度，将SSD从SATA升级到了M.2。但面对主板上M.2接口各种错综复杂的情况，自己也搞不清楚来自各个不同通道之间的接口有多大差异。 的确，在Z97时代，我们或许还能清楚地了解来自PCH南桥的M.2接口性能相比CPU直连的M.2要差不少，但到了100系芯片组的Skylake平台时代，PCH已经实现了对PCIe 3.0的原生支持，DMI总线也从Haswell时代的DMI 2.0升级到了DMI 3.0。 在这种情况下，走CPU直连的M.2接口与走PCH南桥的M.2接口是否还存在巨大的性能差距呢？同样是PCH派生的M.2接口，在100系主板上与在9系主板上，性能表现又有多大差距？看完我们的测试，相信你就不会再纠结应该为自己的M.2SSD配置哪个接口了。 ▲丰富的M.2接口 M.2接口其实源自很久以前Intel就一直在鼓吹力推的NGFF快速存储系统接口，其目的是用来部分代替目前如日中天的SATA 6Gbps接口。经过一段时间的发酵，从8系芯片组开始，M.2接口逐渐出现在了Z87、Z97等中高端主板上。到了Skylake的时代，由于Intel在PCH中直接实现了对PCIe 3.0通道的原生支持，M.2接口终于迎来了在主板上的全面爆发。对于追求极限速度的玩家来说，将SSD从SATA升级到M.2，无疑是能取得立竿见影效果的方法。 不过有不少玩家心中还是有疑惑，总是能看到说这个M.2接口来自PCH南桥，那个M.2接口来自CPU，这到底是什么意思？ ▲两种不同类型的M.2接口的工作原理示意图。 以Z97为例，Z97的PCH南桥中内建了8条PCIe2.0x1数据通道，单条通道的有效带宽是500MB/s，而绝大多数Z97主板上的M.2接口带宽就是来自这8条PCIe2.0数据通道中的两条。不过，由于PCH的PCIe 2.0通道大部分要定义分配给SATA、USB 3.0、USB 2.0以及LAN等接口用作数据交换，因此最大限度也只能有两条PCIe 2.0 x1通道可以交由M.2接口使用，也就是可以让M.2接口实现最高1000MB/s的理论速度，即PCIe 2.0 x2的带宽。 随着M.2 SSD性能的不断进步，超越1GB/s传输速度的M.2 SSD如雨后春笋般出现，部分产品的读写速度甚至超过了2GB/s。面对这种情况，Z97主板上来自PCH南桥的M.2接口顿时显出了疲态，已经成了“阻碍生产力发展”的“毒瘤”。 ▲从Intel 9系芯片组架构来看，即使在高端的X99平台上，其PCH都是内建的PCIe 2.0通道，而处理器内建PCIe 3.0通道用来支持显卡。 这时候，为了保证高性能M.2接口SSD速度的正常发挥，部分主板厂商就打起了处理器中PCIe 3.0通道的主意。也许是考虑到单显卡都不能完整利用16条PCIe 3.0 x1的数据带宽，一些主板厂商就向Haswell处理器“借”了4条PCIe 3.0 x1通道来构建了M.2接口，也就是所谓的来自CPU的M.2接口。 这好处是显而易见的，首先是这个来自CPU的M.2接口带宽可以达到PCIe 3.0 x4的程度，即4GB/s，足以满足当前所有M.2 SSD的需求还有足够的冗余。其次，由于这个M.2接口直接与处理器通信处理数据，避开了源自PCH的M.2接口无法绕过的DMI2.0总线，DMI 2.0总线2GB/s的带宽也不再成为瓶颈。所以，当时有主板搭载这种M.2接口面世时，也曾受到了不少玩家的追捧。不过这样一来，处理器分配给显卡使用的PCIe3.0通道就只剩下12条，想要组建多卡互联的玩家不得不接受x8+x4的组合模式，对多卡系统的性能有一定的影响。 向处理器“借”带宽构建M.2接口说到底只是一个治标不治本的办法。这时，随着Skylake平台的发布，100系芯片组PCH内建的PCIe通道从2.0升级到了3.0，DMI总线也随之提升到了3.0，M.2接口似乎迎来了真正的曙光。 显然，Intel充分考虑到了存储系统的技术进步带来的需求更新。在100系芯片组上，Intel终于在PCH中内建了PCIe 3.0通道，也就是所谓的原生PCIe 3.0通道支持。以Z170芯片组为例，PCH内建了多达20条的PCIe 3.0 x1通道，按照Intel的规划，其中有8条通道可以单独定义为PCIe 3.0 x1使用，而不必跟SATA、USB、LAN等接口复合使用。这也意味着，Z170芯片组将能够轻易地“制造”出两个具备PCIe 3.0 x4带宽的M.2接口，也就是速度可以达到与此前Z97等主板上来自CPU的M.2接口相当的带宽——32Gbps，即4GB/s。 ▲100系芯片组架构图 不过源自PCH的M.2还有一个问题，那就是无法绕过的DMI总线。所幸的是，Intel也及时将DMI2.0总线升级到了DMI 3.0，其带宽也从2GB/s提升到了4GB/s，基本与PCH的M.2接口带宽相当。 尽管从带宽上来看，现今100系主板的PCH/M.2接口已经足以满足M.2 SSD产品的需求，但对于PCH/M.2始终无法避免的DMI总线传输中转而言，它是否会影响到M.2 SSD的正常水准发挥？如果有影响，和CPU/M.2接口相比，它们之间又有多大的性能差距？接下来用实际的测试来解决这些疑问。 我们选择用金士顿HyperX Predator PCIe x4 2.0 480GB M.2 SSD作为本次测试核心产品，这款M.2 SSD在纯PCIe 3.0 x4接口环境下理论上能达到1.5GB/s左右的连续读取及1.1GB/s左右的连续写入速度。我们用它来衡量各个不同的M.2接口之间的性能差异。 同时，在测试平台的选取上，我们分别选择了华硕Z97-Pro Gamer主板测试Z97 PCH/M.2性能，选择华硕Rampage Ⅴ Extreme测试来自CPU的PCIe3.0 x4 M.2性能，选择华硕Maximus ⅧFormula测试Z170 PCH/M.2性能。为了最大程度消除可能存在的测试误差，我们统一将处理器的频率限定在3.5GHz，并在Core i7 5960X平台上也只开启4个处理器核心。 实际的测试结果基本在我们的预料之中。Z170 PCH派生的32Gb/s的M.2接口与所谓原生的来自CPU的PCIe3.0 x4 M.2接口在性能上基本没有太大差异。在AS SSD的测试中，连续数据读写二者的性能差异基本都在1%以内，考虑到测试误差以及CPU不同核心可能会有的微弱影响，我们认为二者的性能是在连续文件的读写性能上是一致的。不过对于Z97的PCH/M.2接口来说，PCIe2.0 x2的带宽的确无法满足这款SSD的实际数据传输需求，测试结果显示它仅能在Z97的PCH/M.2接口上达到700MB/s左右的数据读写速度，明显是Z97的PCH/M.2接口拖了SSD的后腿。 ▲CrystalDiskMark测试，从左到右依次为Z97PCH/M.2、X99 CPU/M.2、Z170PCH/M.2。 在AS SSD的测试中，按照之前的“经验”考虑，我们曾以为直连CPU的M.2接口在数据访问时间上会比PCH的M.2接口要更低。不过实际测试结果却表明，对100系芯片组来说，两种M.2接口的数据访问时间是基本一致的，100系芯片组的PCH/M.2接口在数据访问时间上也不会明显增加延迟。 ▲AS SSD测试，从左到右依次为Z97 PCH/M.2、X99 CPU/M.2、Z170 PCH/M.2。 当然，如果你要追求那么零点零几毫秒之差的极致，那么还是建议最好将SSD连接在来自CPU控制的M.2接口上，但对于绝大多数玩家来说，这点差异已经基本可以忽略不计。 在游戏载入时间测试上，三种类型的M.2接口都没体现出太大的差距。相比SSD与HDD的性能差距，这款SSD在三个测试的M.2接口都表现出了近乎一样的游戏性能。 通过实际的测试可以看出，100系主板原生的M.2接口在性能上已经基本等同于之前所谓原生PCIe 3.0 x4标准的CPU/M.2接口，二者性能上几乎没有明显差距。而对于上一代的9系芯片组主板的PCH/M.2来说，受限于实际带宽，它已经成为了高性能M.2 SSD的瓶颈，基本不值得考虑。M.2 SSD性能的瓶颈已经伴随100系芯片组PCH内建PCIe 3.0通道而被打破，但凡100系主板上的M.2，无论是来自CPU还是来自PCH，都可放心使用！ 另外，从测试中还可以看出，在4K小文件的读写性能上，无论是Z97PCH/M.2还是Z170 PCH/M.2或者是源自CPU的M.2，其性能基本都相差无几。也就是说，不同通道及带宽的M.2接口，其核心性能差距还主要是连续读写性能，大文件的复制等方面。当然，这种差异还必须要在M.2 SSD对M.2 SSD或M.2SSD对PCIe SSD之间进行大容量文件的拷贝、粘贴过程中才能清晰地感受到。因此，要真的与M.2接口较真的，也只有那些一心追求极致性能的骨灰级发烧友了。 当然，有一点是必须要说明的。尽管Intel为Z170芯片组PCH提供了内建的20条PCIe 3.0x1通道，但其中的大部分都是具有复合定义的，要给SATA、USB等接口留出必要的通道。所以，尽管理论上厂商可以在100系主板上搭载多于2个的PCH/M.2接口，但这些接口一旦全部使用的话，有可能会导致部分SATA端口无法工作，还有一定可能会影响US B等端口，发烧友们遇到这样的主板时一定要注意。 |
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