צווארי בקבוק של NVMe: כיצד להימנע מהם בעת בניית המחשב האישי שלך

אינפורמטק דיגיטל » Recursos » צווארי בקבוק של NVMe: כיצד להימנע מהם בעת בניית המחשב האישי שלך

כשאנחנו מתחילים לבנות או לשדרג מחשב מודרני, קל להתקבע על המעבד והכרטיס הגרפי ולהתעלם מרכיבים קריטיים אחרים. עם זאת, ה... צווארי בקבוק הקשורים לכונני SSD של NVMe, PCIe וחיבורים חיצוניים צווארי בקבוק אלה משפיעים יותר ויותר על ביצועים בעולם האמיתי, בין אם במשחקים, עריכת וידאו או משימות מקצועיות. והדבר המוזר הוא שרבים מצווארי הבקבוק הללו אינם מתרחשים במקום שבו אנשים מצפים.

במאמר זה נפרט ברוגע כיצד הם מיוצרים צווארי בקבוק ב-NVMe, PCIe, USB ו-Thunderboltמה קורה כשממלאים לוח אם במספר כונני M.2, מדוע מהירויות אקראיות חשובות יותר ממה שאתם עשויים לחשוב, ואיך להימנע מבזבוז כסף על קניית חומרה שלעולם לא תפעל בצורה הטובה ביותר בגלל הממשק או שאר המערכת.

מהו צוואר בקבוק אמיתי (ומה לא)

הרעיון של "צוואר בקבוק" במחשב הוא משמש כל כך הרבה וכל כך גרוע שהוא איבד את משמעותו. צוואר בקבוק נוצר כאשר רכיב אחד מגביל בבירור רכיב אחר: יש לך כוח זמין בחלק אחד של המערכת, אבל אחר לא יכול לעמוד בקצב, כמו מכונית ספורט עם מנוע האצ'בק. תמיד יש חוסר איזון מסוים, אבל הבעיה האמיתית מתעוררת כאשר ההפרש הזה עולה על בערך אחד. תשואה של 20-25% וזה ניכר בשימוש יומיומי.

בגיימינג, כמעט כולם חושבים על בן/בת הזוג שלהם. מעבד + כרטיס מסך כנקודת הבקבוק העיקריתובצדק: אם תשלבו כרטיס מסך מתקדם עם מעבד צנוע מאוד, ה-GPU יחכה שהמעבד יסיים את עבודתו; אם תעשו את ההפך, יהיה לכם מעבד חזק מדי עבור כרטיס מסך חלש. אבל מעבר לשילוב הזה, ישנם גורמים נוספים כמו... מהירות חריץ PCIe, זיכרון RAM, אחסון וספק כוח שיכול גם להפוך ל"קיצור דרך" שדרכו אובדים ביצועים.

פרט חשוב שאנשים רבים מתעלמים ממנו הוא ש- צוואר בקבוק אינו מספר קבוע או אחוז קסם. שמחשבון מקוון יכול לתת לך במדויק (אותם 13,4% מפורסמים שמפחידים יותר מאדם אחד). זה משתנה בהתאם למשחק, לרזולוציה, להגדרות הגרפיקה ואפילו לעומס הרקע של המערכת. זו הסיבה שמחשבונים אלה הם במקרה הטוב מדריך, אך לא מקור אמין.

מעבד, כרטיס מסך ורזולוציה: מקור רוב צווארי הבקבוק

רוב בעיות האיזון החמורות מתרחשות כאשר משלבים מרכיבים בצורה שגויה. מעבד וכרטיס מסךאם ה-GPU חזק מאוד והמעבד לא יכול להתמודד עם יותר, תראו שה-FPS לא עולה גם אם תורידו את הגדרות הגרפיקה; אם יקרה ההפך, יהיה לכם מעבד חזק אבל כרטיס מסך שיתקלקל הרבה יותר מהר.

יתר על כן, "משקל" צוואר הבקבוק זה תלוי ברזולוציה ובסוג המשחקברזולוציית 1080p, העומס נופל יותר על המעבד, כך שמעבד צנוע יכול להעמיס אפילו על כרטיס מסך טוב. ברזולוציית 1440p ובמיוחד ב-4K, ה-GPU הוא בדרך כלל הגורם המגביל, ומעבדים צנועים יחסית מפסיקים להיות בעיה כה רצינית. משחק במשחק תחרותי פשוט כמו Counter-Strike אינו זהה למשחק עולם פתוח תובעני כמו Cyberpunk, שבו עומס הגרפיקה והזיכרון הוא ברוטלי.

כדי להנחות אותך בעת שילוב טווחים, קריטריון סביר הוא זוג מעבדים ומעבדים גרפיים בטווח דומה:

• מחיר נמוך (למי שרוצה להוציא רק את מה שצריך): i3 או Ryzen 3 יחד עם כרטיסי מסך קטנים, שלא יעלו על RTX 3050 או מקבילים מוקדמים יותר.
• טווח ביניים ("הנקודה המתוקה"): i5 / Ultra 5 או Ryzen 5 עם כרטיסי מסך כמו RTX 4060 Ti, RTX 5070 או דומים של AMD.
• יוקרתי (לחובבים): מעבדים רבי עוצמה כמו Ryzen X3D או Intel Ultra 7/9 עם כרטיסי מסך כמו RTX 5080, 5090 ומקבילים.

הטעות הגדולה ביותר נעשית כשמערבבים מעבד ברמת כניסה עם GPU ברמת חובבים או מעבד יקר במיוחד עם כרטיס מסך חלש מאוד. בשני המקרים, אתם משלמים על כוח שלעולם לא תראו על המסך מכיוון שרכיב אחד מגביל בבירור את השני.

צווארי בקבוק הקשורים ל-PCIe וחריצי M.2 פנימיים

כשאנחנו מדברים על כונני SSD מסוג NVMe, מושג צוואר הבקבוק מתחיל להיות תלוי במידה רבה ב- גרסת אפיק PCIe וכיצד לוח האם מחלק את ה"נתיבים"כל חריץ M.2 PCIe x4 זקוק לארבעה נתיבים כדי לפעול בביצועים מלאים, ונתיבים אלה מגיעים מהמעבד ומשבבת השבבים, אשר בתורם מתחברים זה לזה דרך קישור DMI (בפלטפורמות אינטל) או קישור דומה ב-AMD.

דוגמה אופיינית היא לוחות אם המציעים שני חריצי M.2, כגון MSI X470 Gaming Plus Max או דומה: חריץ M2_1 תלוי מהמעבד ותומך ב-PCIe 3.0 x4, בעוד ש- חריץ M2_2 תלוי במערכת השבבים הוא מוגבל ל-PCIe 2.0 x4 או אפילו חולק רוחב פס עם יציאות SATA או חריצים אחרים. אם תתקינו שני כונני NVMe PCIe 3.0 x4, לזה שבחריץ M.2_2 יהיה פחות מרווח ביצועים סדרתיים מרביים פשוט בגלל שהממשק איטי יותר.

בתרחישים אלה, משתמשים רבים תוהים האם כונן SSD מסוג NVMe PCIe 3.0 x4 "מתקלקל" כאשר הוא מחובר ל... חריץ PCIe 2.0 x4 או ערכת שבבים עם רוחב פס נמוך יותרהתשובה היא שבקריאה וכתיבה סדרתית טהורה, יש הבדל תיאורטי במהירות המרבית, אך בפועל, עבור משימות כמו משחקים או שימוש כללי, ברוב הפעמים לא תבחינו בשינוי דרמטי, למעט בפעולות העתקה רציפות של קבצים גדולים מאוד.

כאשר שוקלים להתקין מספר כונני NVMe בו זמנית, לדוגמה שלושה כונני M.2 Gen3 x4 על לוח אם Z490, מספר גורמים נכנסים לתמונה: הנתיבים של כל חריץ PCIe, נתיבי ערכת השבבים וקיבולת DMI 3.0 אשר מחבר את המעבד לערכת השבבים. למרות שכל כונן NVMe יכול להשתמש בעד 4 נתיבים, ה-DMI בדרך כלל מציע גם 4 נתיבים בסך הכל, כך שכל הכוננים המחוברים לערכת השבבים חולקים את אותו קישור למעבד.

משמעות הדבר היא שאם תשימו שני כונני M.2 בחריצי ערכת שבבים וכונן NVMe נוסף במתאם PCIe x4 המחובר לחריץ תלוי ערכת שבבים, תיאורטית תוכלו להרוות את קישור ה-DMI אם כל שלושת כונני ה-SSD פועלים במהירות סדרתית מרבית בו זמניתאבל הנה הנקודה המרכזית: בשימוש בעולם האמיתי, נדיר מאוד שיש שלושה כונני NVMe שדוחסים בו זמנית את רוחב הפס עם העברות מתמשכות; בדרך כלל, צוואר הבקבוק הרבה פחות מורגש ממה שהמספרים התאורטיים מרמזים.

לכן, אפילו בלוחות אם שבהם ה-DMI עשוי להיראות כמו "משפך", שימוש בכונני NVMe מרובים עדיין מועיל, במיוחד בזרימות עבודה כמו עריכת וידאו עם דיסקים נפרדים למערכת, מדיה, פרויקטים ומטמוןכל יחידה חולקת את עומס הקריאה והכתיבה ומפחיתה את התחרות על IOPS, למרות שכולן חולקות את אותו קישור סופי למעבד.

מהירויות סדרתיות לעומת מהירויות אקראיות ב-NVMe: מדוע ה-SSD שלך לא מתפקד כמו שהופיע ישירות מהקופסה

אנשים רבים מסתכלים רק על המספרים הגדולים על קופסת ה-SSD: 3.500 מגה-בייט/שנייה, 7.000 מגה-בייט/שנייה וכו'. אלו הם ה- מהירויות עוקבות מקסימליותאלה נמדדים בדרך כלל בתנאים אידיאליים, עם תורים ארוכים וקבצים ענקיים. מדדי ביצועים סינתטיים כמו CrystalDiskMark משמשים להשוואה, אשר נוטים להדגיש היבט זה של הביצועים, לעיתים באופן לא מציאותי בהשוואה לשימוש יומיומי.

עם זאת, תחושת הנזילות במערכת, ובמקרים רבים הביצועים בפועל במשחקים או בטעינת פרויקטים, תלויים הרבה יותר ב- פעולות קריאה וכתיבה אקראיות (IOPS) שאותן נתונים עוקבים. כאן נכנסים לתמונה בקר ה-SSD, סוג ואיכות זיכרון ה-NAND, מספר השכבות, ארכיטקטורת הערוצים והנוכחות או היעדר זיכרון DRAM ייעודי.

כונן NVMe עם ממשק PCIe 3.0 x4 טוב יכול להגיע למהירות האפיק המרבית במצב סדרתיעם זאת, מהירויות קריאה וכתיבה אקראיות מוגבלות על ידי הארכיטקטורה הפנימית שלו. גם אם תכניסו אותו לחריץ PCIe 4.0, מהירויות קריאה וכתיבה אקראיות לא ישתפרו באופן קסום; האלקטרוניקה של ה-SSD ואיכות זיכרון הפלאש NAND הן שקובעות את המהירות, ולא רוחב הפס התיאורטי של החיבור.

לדוגמה, כונן NVMe בעל טווח נמוך עד בינוני עשוי לפרסם סביב 1.000 אלף IOPS בקריאה אקראיתזה מתורגם למהירויות כתיבה אפקטיביות של כ-65-66 מגה-בייט/שנייה עבור בלוקים קטנים. בכתיבה אקראית, 900K IOPS שווה ערך לכ-58 מגה-בייט/שנייה. ערכים אלה אולי נראים נמוכים בהשוואה לאלפי מגה-בייט/שנייה הרציפים, אך הם נורמליים לחלוטין עבור סדרות מוצרים מסוימות ולמעשה מספקים ביצועים מספקים לשימוש ביתי ולמשחקים.

אחד הגורמים החשובים ביותר כאן הוא האם ה-SSD הוא ללא דרמה (ללא זיכרון DRAM ייעודי) או שלא. בכוננים רבים ללא DRAM, ביצועים אקראיים ומתמשכים תחת עומס יורדים מהר יותר, במיוחד כאשר מטמון ה-SLC הפנימי מתרוקן. לירידה הזו אין שום קשר לחיבור ל-PCIe 3.0 או 4.0: זוהי פשוט מגבלת עיצוב שנועדה להפחית עלויות, והיא מסבירה מקרים רבים של... SSD איטי ב-Windows 11.

לכן, בעת מדידה והשוואה, אמין יותר להשתמש בכלים בהם משתמשים יצרני כונני SSD מתקדמים כנקודת ייחוס, כגון מדד מדדי ATTOבמקום להשתמש יתר על המידה בבדיקות הכרוכות בפעולות כתיבה כבדות מאוד ויכולות לקצר את תוחלת החיים של הכונן, קחו בחשבון זאת: כל ריצה של מבחני ביצועים מסוימים יכולה לגרום לעשרות ג'יגה-בייט שנכתבו לתאים, דבר שעדיף להימנע ממנו על ידי אי חזרה עליהם כל הזמן מתוך הרגל.

ממשקי NVMe פנימיים לעומת חיבורים חיצוניים: USB, Thunderbolt ומגבלות אמיתיות

מקור נוסף לספק הוא צווארי הבקבוק כאשר אנו משתמשים כונני SSD ככוננים חיצונייםזה נכון בין אם אנחנו קונים SSD חיצוני או מחברים SSD פנימי (SATA או NVMe) דרך מתאם USB או Thunderbolt. השילוב של ממשק ה-SSD וממשק המתאם קובע אם אנחנו מבזבזים ביצועים.

בצד של כונני SSD, יש לנו בעיקרון שתי משפחות: כונני SATA III, עם מגבלה תיאורטית של כ-600 מגה-בייט/שנייה, ו- כונני NVMe מעל PCIeבעוד שכונני דור 3x4 משיגים מהירות קריאה מרבית של כ-3.500 מגה-בייט/שנייה וכונני דור 4x4 יכולים להגיע ל-7.000-7.800 מגה-בייט/שנייה בתנאים אידיאליים. במילים אחרות, כונני NVMe מציעים ביצועים גבוהים פי כמה מכונן SATA.

אבל כשמוציאים אותם מהקופסה, הם נכנסים לתמונה כסטנדרט USB 3.0, 3.1, 3.2, USB4 או Thunderbolt 3 ו-4עם מהירויות הנעות בין 5 ג'יגה-ביט לשנייה (כ-600 מגה-בייט לשנייה) ל-40 ג'יגה-ביט לשנייה (כ-5 ג'יגה-בייט לשנייה אפקטיבית). אם תחברו כונן SSD מסוג SATA III למתאם USB 3.0 של 5 ג'יגה-ביט לשנייה, ההתקנה מאוזנת היטב: SATA עצמו יגביל אתכם לפני USB, כך שמתאם 5 ג'יגה-ביט לשנייה הזול מספיק כדי למצות כמעט את מלוא הפוטנציאל של הכונן.

עם זאת, אם תתקינו כונן SSD NVMe PCIe 3.0 או 4.0 מהיר מאוד במתאם שמציע רק, לדוגמה, USB 3.1 10 ג'יגה-ביט לשנייה (1,25 ג'יגה-ביט לשנייה)תגבילו משמעותית את התפוקה הרציפה המרבית שלו, מכיוון שהאפיק החיצוני רחוק ממה ש-NVMe יכול לספק. עם USB 3.2 במהירות של 20 ג'יגה-ביט לשנייה (2,5 ג'יגה-בייט לשנייה) הדברים משתפרים, אך עדיין תהיו רחוקים מהנתונים של כונן Gen4x4 מהשורה הראשונה.

אותו הדבר חל על Thunderbolt 3 ו-4, הפועלים ב- 40 ג'יגה-ביט לשנייה (מהירות בפועל של כ-5 ג'יגה-ביט לשנייה)אמנם זה מקרב אתכם למהירויות NVMe Gen4, אך אתם עדיין מעט מתחת למקסימום התיאורטי של הדגמים המהירים ביותר. לכן, קניית כונן SSD NVMe PCIe 4.0 יקר לשימוש בלעדי ככונן חיצוני עשויה להיות מוטלת בספק בימים אלה: לא תוכלו לנצל את מלוא יכולותיו כל עוד ממשקים חיצוניים מוגבלים ל-40 ג'יגה-ביט לשנייה.

הנוף ישתנה עם סטנדרטים כגון Thunderbolt 5, שמטרתו להגיע למהירות של 80 ג'יגה-ביט לשנייהאבל בימים אלה, הדבר הכי הגיוני לעשות הוא לזווג "כל כבשה עם בן זוגה": כונני SSD מסוג SATA עם USB 3.0 אם אתם רוצים משהו חסכוני, NVMe Gen3 עם USB 3.1/3.2 או Thunderbolt אם אתם מחפשים משהו מהיר יותר, ולשמור את כונני NVMe Gen4 החזקים ביותר לשימוש פנימי, שם ניתן לפרוס אותם ללא כל כך הרבה הגבלות.

כונני NVMe M.2 שונים לעריכת וידאו: האם הם נמצאים בשימוש או מוגבלים?

תרחיש נפוץ מאוד בקרב אנשי מקצוע ויוצרי תוכן הוא הרצון מספר כונני SSD של NVMe המוקדשים למשימות שונותאחד עבור מערכת ההפעלה והתוכניות, אחר עבור קבצי וידאו גולמיים, אחר עבור פרויקטים וספריות, ורביעי עבור מטמון, שיאי שמע או קבצים זמניים אחרים. ארגון זה הגיוני מאוד בתוכנות עריכה מכיוון שהוא מפריד בין זרימות קריאה וכתיבה ומפחית את מתח הקבצים באותו דיסק.

השאלה הטיפוסית היא האם התקנת 3 או 4 כונני NVMe על לוח אם עלולה להוות צוואר בקבוק לכרטיס המסך או לכוננים עצמם. בפלטפורמה כמו Z490 עם 10700K, לדוגמה, ניתן להשתמש בשני חריצי M.2 מובנים ואחד... מתאם PCIe x4 להוספת SSD M.2 נוסףפיזור הנתיבים הוא בערך כדלקמן: חריץ PCIe x16 מלא אחד עבור ה-GPU, חריץ PCIe x16 פיזי נוסף הפועל במהירות x4 עבור מתאם ה-M.2, ושני חריצי M.2 התלויים בטכנולוגיית השבבים.

על הנייר, ערכת השבבים וקישור ה-DMI כוללים מקסימום של 4 נתיבי PCIe 3.0, מה שמגביל את התעבורה המשולבת בין כל ההתקנים המחוברים: M.2, יציאות SATA, USB וכו'. אם כל כונני ה-NVMe והתקני ערכת השבבים היו מבצעים העברות עוקבות בקיבולת מלאה בו זמנית, אכן ניתן היה להגיע לנקודה שבה שלושה כונני NVMe שעובדים יחד לא יהיו מהירים יותר מדיסק NVMe יחיד שעובד בקיבולת מלאה.כי היית פוגע בתקרת ה-DMI.

אבל בפועל, בעריכת וידאו ובעבודה יצירתית, הגישה לדיסק מגוונת יותר: יש קריאה וכתיבה של קבצים רבים, קפיצות, קבצים קטנים ואקראיים, רינדורים חלקיים... זה לא כל כך קשור לשלושה כוננים במהירות קבועה של 3.000 מגה-בייט לשנייה, אלא... פיזור תורי הקלט/פלט על פני דיסקים מרוביםמשמעות הדבר היא שלמרות שהם חולקים את אותו קישור סופי, המערכת מרגישה חלקה יותר, יש פחות זמני המתנה, והתוכנה יכולה לבצע משימות במקביל בצורה יעילה יותר.

בפלטפורמות מודרניות יותר כמו Z690 ואילך, הקצאת נתיבים וממשק המעבד-שבב משופרים, מה שמקשה עוד יותר על העמסת המערכת עם כונני NVMe מרובים. אבל גם אם לוח האם שלך אינו מהדגם העדכני ביותר, שלושה כונני NVMe נפרדים הם בדרך כלל יתרון בהשוואה לכונן גדול אחד. עבור זרימות עבודה מורכבות. חשוב להניח שהמגבלה הכוללת קיימת וכי נתוני שיווק תיאורטיים לעיתים רחוקות משקפים את השימוש בפועל.

צווארי בקבוק נוספים המשפיעים על ביצועי המחשב הכוללים

למרות שאנו מתמקדים ב-NVMe ובאחסון, אסור לנו לשכוח אלמנטים אחרים שיכולים גם הם להפוך לצווארי בקבוק משמעותיים. לדוגמה, ה- חריץ PCI Express שבו אתה מחבר את ה-GPU יש לזה השפעה: כרטיס מודרני שתוכנן עבור PCIe 4.0 המותקן על לוח אם שמציע רק PCIe 3.0 עלול לאבד כמה נקודות ביצועים, ואם לאחר מכן מחברים אותו ב-x8 או x4 במקום x16, ההשפעה יכולה להיות גדולה יותר בהתאם לדגם.

La RAM עוד קלאסיקה: כיום, 8 ג'יגה-בייט הם בבירור מיושן למשחקים ולעבודה חלקה. 16 ג'יגה-בייט עדיין מספיקים למשתמשים רבים, אך הם הופכים להיות פחות ופחות מספקים למשחקים מרובי משימות כבדים ומשחקים תובעניים. הנקודה המתוקה הנוכחית היא... GB זיכרון RAM 32 למי שרוצה מערכת ללא השהייה, במיוחד אם גם המהירות והשהייה טובים (משהו מפתח בפלטפורמות כמו Ryzen).

La אספקת חשמל זה יכול גם להיות צוואר בקבוק של ממש, אם כי לפעמים מתעלמים מזה. אם כרטיס מסך דורש הספק שיא של 300W וספק הכוח אינו יכול לספק אותו ביציבות, הכרטיס עלול להפחית את התדירות שלו, לגמגם, או אפילו לגרום לכיבויים והפעלות מחדש. במובן מסוים, זהו "צוואר בקבוק חשמלי": החומרה יכולה לתפקד טוב יותר, אבל ספק הכוח לא יכול לעמוד בקצב.

לגבי אחסון, המשך להשתמש כוננים קשיחים מכניים למשחקים או פרויקטים כבדים זהו מקור מתמיד לזמני טעינה וגמגומים בלתי פוסקים, במיוחד כאשר המשחק או התוכנה צריכים לטעון טקסטורות או קטעי וידאו תוך כדי תנועה. מעבר לכונן SSD מסוג SATA לפחות הוא כבר קפיצה ענקית, והמעבר ל-NVMe מבטל כמעט כל מגבלת זמן טעינה עבור רוב השימושים הביתיים.

לבסוף, עצם לוח האם ואיכות הבנייה שלו גורמים שיכולים להשפיע לרעה על הביצועים כוללים רכיבי VRM בינוניים, BIOS לא ממומש, פריסת נתיבי PCIe לא מספקת ותאימות מוגבלת עם תדרי RAM מסוימים. כל אלה יכולים לתרום לירידה הכוללת בביצועים, גם אם שאר הרכיבים טובים. אמנם לא מרשים מבחינה ויזואלית כמו ה-GPU, אך בחירת לוח האם הנכון יכולה למנוע כאבי ראש רבים בהמשך הדרך.

בסך הכל, הבנת האופן שבו נתיבי PCIe מוקצים, המגבלות של קישורים כמו DMI, כיצד ממשקים חיצוניים שונים (USB, Thunderbolt) מתנהגים, והחשיבות האמיתית של IOPS ומהירויות אקראיות מאפשרת קבלת החלטות רכישה מושכלות הרבה יותר. לא מדובר באובססיה למספרים מושלמים, אלא בהימנעות מתשלום עבור ביצועים שבשל עיצוב המערכת, לעולם לא תוכלו לנצל. בסופו של דבר, הטריק הוא לבנות מערכת מאוזנת: מעבד וכרטיס מסך מטווחים דומים, זיכרון RAM מספיק, ספק כוח טוב, כונני SSD מסוג NVMe היכן שהם באמת עושים את ההבדל, וחיבורים שלא מהווים צוואר בקבוק לפוטנציאל של החומרה.