- NVMe sastrēgumi ir atkarīgi no PCIe, USB vai Thunderbolt saskarnes, kā arī no paša SSD diska un tā kontrollera.
- Nejaušam ātrumam un NAND kvalitātei ir lielāka ietekme uz faktisko vienmērīgumu nekā ierīces secīgajiem MB/s.
- Vairāki labi izvietoti NVMe diski uzlabo darbplūsmas pat tad, ja tie koplieto saites, piemēram, mikroshēmojuma DMI.
- Sabalansētam datoram ir nepieciešams saskaņot centrālo procesoru, grafisko procesoru, operatīvo atmiņu, barošanas bloku un krātuvi, lai neviena komponente neierobežotu pārējo darbību.
Veidojot vai uzlabojot mūsdienīgu datoru, ir viegli koncentrēties uz centrālo procesoru un grafisko procesoru un aizmirst par citām svarīgām komponentēm. Tomēr ar NVMe SSD diskiem, PCIe un ārējiem savienojumiem saistītie sastrēgumi arvien vairāk ietekmē reālo veiktspēju gan spēļu, gan video rediģēšanas, gan profesionālu uzdevumu veikšanas laikā. Un interesanti ir tas, ka daudzi no šiem sastrēgumiem nerodas tur, kur cilvēki tos sagaida.
Šajā rakstā mēs mierīgi aplūkosim, kā rodas sastrēgumi NVMe, PCIe, USB un Thunderbolt savienojumos , kas notiek, ja mātesplatē ir vairāki M.2 diskdziņi, kāpēc nejaušiem ātrumiem ir lielāka nozīme, nekā šķiet, un kā izvairīties no naudas izšķērdēšanas, iegādājoties aparatūru, kas saskarnes vai pārējās sistēmas dēļ nekad nedarbosies vislabāk.
Kas ir īsts sašaurinājums (un kas tāds nav)
Datora "sašaurinājuma" jēdziens tiek tik pārmērīgi un nepareizi izmantots, ka tas ir zaudējis savu nozīmi. Sašaurinājums rodas, ja viens komponents nepārprotami ierobežo citu: vienā sistēmas daļā ir pieejama jauda, bet cita nevar tai sekot līdzi, piemēram, sporta automašīna ar mazu dzinēju. Vienmēr pastāv zināms nelīdzsvarotība, bet īstā problēma rodas, kad šī atšķirība pārsniedz aptuveni 20–25% veiktspējā un kļūst pamanāma ikdienas lietošanā.
Spēlēs gandrīz visi uzskata centrālā procesora un grafikas procesora kombināciju par galveno vājo vietu , un tas ir pamatoti: ja augstākās klases grafikas karti savienojat ar ļoti pieticīgu procesoru, grafikas procesors gaidīs, kamēr centrālais procesors pabeigs savu darbu; ja darīsiet pretējo, jums būs pārāk jaudīgs procesors ar vāju grafikas karti. Taču papildus šim savienojumam ir arī citi faktori, piemēram, PCIe slota ātrums, RAM, krātuve un barošanas avots, kas var kļūt par "īsceļu", kura dēļ tiek zaudēta veiktspēja.
Svarīga detaļa, ko daudzi cilvēki nepamana, ir tā, ka sašaurinājums nav fiksēts skaitlis vai maģisks procents , ko tiešsaistes kalkulators var precīzi parādīt (tie bēdīgi slavenie 13,4%, kas tik daudzus biedē). Tas mainās atkarībā no spēles, izšķirtspējas, grafikas iestatījumiem un pat sistēmas fona apstrādes. Tāpēc šie kalkulatori labākajā gadījumā ir vadlīnijas, bet ne uzticams atsauces avots.
CPU, GPU un izšķirtspēja: vairuma sastrēgumu avots
Visnopietnākās nelīdzsvarotības problēmas rodas, ja tiek apvienots slikts procesors un grafikas karte . Ja grafikas procesors ir ļoti jaudīgs un centrālais procesors to nevar apstrādāt, redzēsiet, ka kadru ātrums (FPS) nepalielinās pat tad, ja samazināsiet grafikas iestatījumus; ja ir otrādi, jums būs jaudīgs procesors, bet grafikas karte, kas daudz ātrāk zaudēs veiktspēju.
Turklāt sašaurinājuma nopietnība ir atkarīga no izšķirtspējas un spēles veida . Pie 1080p izšķirtspējas slodze vairāk gulstas uz centrālo procesoru, tāpēc pieticīgs procesors var pārslogot pat labu grafikas karti. Pie 1440p un jo īpaši 4K izšķirtspējas grafiskais procesors parasti ir ierobežojošais faktors, un relatīvi pieticīgi procesori vairs nerada tik nopietnas problēmas. Spēlēt vienkāršu sacensību spēli, piemēram, Counter-Strike, nav tas pats, kas spēlēt prasīgu atvērtās pasaules spēli, piemēram, Cyberpunk, kur grafikas un atmiņas slodze ir milzīga.
Lai palīdzētu jums izvēlēties pareizās komponentes, saprātīga pieeja ir apvienot līdzīga diapazona centrālos procesorus un grafiskos procesorus :
- Zemākā cena (tiem, kas vēlas tērēt tikai nepieciešamo): i3 vai Ryzen 3 kopā ar pieticīgām grafikas kartēm, kuru jauda nepārsniedz RTX 3050 vai vecāku ekvivalentu.
- Vidēja diapazona (“zelta zona”): i5 / Ultra 5 vai Ryzen 5 ar grafikas kartēm, piemēram, RTX 4060 Ti, RTX 5070 vai līdzīgām AMD.
- Augstas klases (entuziasts): jaudīgi procesori, piemēram, Ryzen X3D vai Intel Ultra 7/9, ar tādām grafiskajām kartēm kā RTX 5080, 5090 un līdzvērtīgām.
Lielākā kļūda ir sākuma līmeņa procesora un entuziastu līmeņa grafiskās kartes vai ārkārtīgi dārga centrālā procesora un ļoti vājas grafikas kartes sajaukšana. Abos gadījumos jūs maksājat par jaudu, ko nekad neredzēsiet ekrānā, jo viena komponente nepārprotami ierobežo otru.
Ar PCIe saistītas sastrēgumi un iekšējie M.2 sloti
Runājot par NVMe SSD diskiem, sašaurinājuma jēdziens kļūst ļoti atkarīgs no PCIe kopnes versijas un tā, kā mātesplate piešķir joslas . Katram M.2 PCIe x4 slotam ir nepieciešamas četras joslas, lai darbotos ar pilnu veiktspēju, un šīs joslas rodas no procesora un mikroshēmojuma komplekta, kas savukārt savienojas viens ar otru, izmantojot DMI saiti (Intel platformās) vai līdzīgu saiti AMD platformās.
Tipisks piemērs ir mātesplates, kas piedāvā divus M.2 slotus, piemēram, MSI X470 Gaming Plus Max vai līdzīgus modeļus: M2_1 slots ir savienots ar procesoru un atbalsta PCIe 3.0 x4, savukārt M2_2 slots ir atkarīgs no mikroshēmojuma un ir ierobežots ar PCIe 2.0 x4 vai var pat koplietot joslas platumu ar SATA portiem vai citiem slotiem. Ja instalējat divus NVMe PCIe 3.0 x4 diskus, tam, kas atrodas M2_2 slotā, būs mazāka maksimālā secīgās veiktspējas rezerve vienkārši tāpēc, ka saskarne ir lēnāka.
Šādos gadījumos daudzi lietotāji prāto, vai NVMe PCIe 3.0 x4 SSD disks "iesaldējas", ja tas ir pievienots PCIe 2.0 x4 slotam vai mikroshēmojumam ar mazāku joslas platumu . Atbilde ir tāda, ka tīrās secīgās lasīšanas un rakstīšanas operācijās pastāv teorētiska atšķirība maksimālajā ātrumā, taču praksē, tādos uzdevumos kā spēlēšana vai vispārēja lietošana, lielākoties jūs nepamanīsiet dramatiskas izmaiņas, izņemot ļoti lielu failu nepārtrauktu kopēšanu.
Apsverot vairāku NVMe disku vienlaicīgu instalēšanu, piemēram, trīs M.2 Gen3 x4 diskus Z490 mātesplatē, tiek ņemti vērā vairāki faktori: katra PCIe slota joslas, mikroshēmojumu kopas joslas un DMI 3.0 saskarnes, kas savieno centrālo procesoru un mikroshēmojumu kopu, ietilpība. Lai gan katrs NVMe disks var izmantot līdz četrām joslām, DMI parasti piedāvā arī četras joslas kopumā, tāpēc visi mikroshēmojumu kopai pievienotie diski koplieto vienu un to pašu savienojumu ar centrālo procesoru.
Tas nozīmē, ka, ja mikroshēmojumu komplekta slotos instalējat divus M.2 diskus un vēl vienu NVMe disku PCIe x4 adapterī, kas pievienots mikroshēmojumu komplekta atkarīgam slotam, teorētiski DMI saite varētu tikt pārslogota, ja visi trīs SSD diski vienlaikus darbojas ar maksimālo secīgo ātrumu . Tomēr galvenais ir šāds: reālās lietošanas apstākļos ļoti reti ir trīs NVMe diski vienlaikus, kas ilgstošas pārsūtīšanas laikā sasniedz joslas platuma robežu; parasti sašaurinājums ir daudz mazāk pamanāms, nekā liecina teorētiskie skaitļi.
Tāpēc pat mātesplatēs, kur DMI varētu šķist sašaurinājums, vairāku NVMe disku izmantošana joprojām ir izdevīga, īpaši tādās darbplūsmās kā video rediģēšana ar atsevišķiem diskiem sistēmai, multividei, projektiem un kešatmiņai . Katrs disks koplieto lasīšanas un rakstīšanas slodzi un samazina konkurenci par IOPS, pat ja tiem visiem ir viens un tas pats pēdējais savienojums ar centrālo procesoru.
Secīgi un nejauši ātrumi NVMe diskdzinī: kāpēc jūsu SSD disks nedarbojas tā, kā sākotnēji
Daudzi cilvēki koncentrējas tikai uz lielajiem skaitļiem uz SSD diska: 3.500 MB/s, 7.000 MB/s utt. Tie ir maksimālie secīgie ātrumi , kas parasti tiek mērīti ideālos apstākļos, ar garām rindām un ļoti lieliem failiem. Lai tos salīdzinātu, tiek izmantoti sintētiski etaloni, piemēram, CrystalDiskMark, taču tie parasti uzsver šo veiktspējas aspektu, dažkārt nereāli, salīdzinot ar ikdienas lietošanu.
Tomēr sistēmas uztvertā vienmērība un daudzos gadījumos faktiskā veiktspēja spēlēs vai projektu ielādes laikā daudz vairāk ir atkarīga no nejaušām lasīšanas un rakstīšanas operācijām (IOPS), nevis no secīgiem skaitļiem. Šeit nozīme ir SSD kontrolierim, NAND zibatmiņas veidam un kvalitātei, slāņu skaitam, kanālu arhitektūrai un speciālas DRAM esamībai vai neesamībai.
NVMe disks ar labu PCIe 3.0 x4 saskarni var sasniegt maksimālo kopnes ātrumu secīgiem lasījumiem , taču nejaušas lasīšanas ātrumu ierobežo tā iekšējā arhitektūra. Pat ja to ievietojat PCIe 4.0 slotā, nejaušas lasīšanas un rakstīšanas ātrums maģiski neuzlabosies; veiktspēju nosaka SSD elektronika un NAND zibatmiņas kvalitāte, nevis savienojuma teorētiskais joslas platums.
Piemēram, zemas vai vidējas klases NVMe disks varētu reklamēt aptuveni 1.000 000 IOPS nejaušai lasīšanai , kas maziem blokiem atbilst aptuveni 65–66 MB/s efektīvajam MB/s. Nejaušai rakstīšanai 900 000 IOPS atbilst aptuveni 58 MB/s. Šīs vērtības var šķist zemas, salīdzinot ar tūkstošiem MB/s secīgas lasīšanas, taču tās ir pilnīgi normālas noteiktām cenu kategorijām un faktiski nodrošina vairāk nekā pietiekamu veiktspēju mājas lietošanai un spēlēm.
Viens no svarīgākajiem faktoriem šeit ir tas, vai SSD disks ir bez DRAM (bez speciālas DRAM) vai nē. Daudzos diskos bez DRAM nejauša un ilgstoša veiktspēja slodzes laikā samazinās ātrāk, īpaši, ja iekšējā SLC kešatmiņa ir izsmelta. Šim kritumam nav nekāda sakara ar to, vai to pievienojat PCIe 3.0 vai 4.0; tas ir vienkārši dizaina ierobežojums, kas paredzēts izmaksu samazināšanai, un tas izskaidro daudzus lēnu SSD disku gadījumus operētājsistēmā Windows 11.
Tāpēc, veicot mērījumus un salīdzinājumus, ir uzticamāk izmantot rīkus, ko augstas klases SSD disku ražotāji paši izmanto kā atsauci, piemēram, ATTO Disk Benchmark , nevis pārmērīgi izmantot testus, kas ietver ļoti apjomīgas rakstīšanas operācijas un var saīsināt diska kalpošanas laiku. Katra noteiktu etalonu palaišana var izraisīt desmitiem gigabaitu ierakstīšanu šūnās, ko nevajadzētu pastāvīgi atkārtot tikai lasīšanas pēc.
Iekšējās NVMe saskarnes salīdzinājumā ar ārējiem savienojumiem: USB, Thunderbolt un reāli ierobežojumi
Vēl viena problēma ir sastrēgumi, kas var rasties, izmantojot SSD diskus kā ārējos diskus , neatkarīgi no tā, vai mēs iegādājamies jau esošu ārējo modeli vai arī tāpēc, ka mēs pievienojam iekšējo (SATA vai NVMe) caur USB vai Thunderbolt adapteri. Šajā gadījumā SSD diska saskarnes un adaptera saskarnes kombinācija nosaka, vai mēs tērējam veiktspēju.
SSD disku pusē mums būtībā ir divas saimes: SATA III diski ar teorētisko ierobežojumu aptuveni 600 MB/s un NVMe diski, kas savienoti ar PCIe , kur 3x4 paaudzes diski sasniedz maksimālo lasīšanas ātrumu aptuveni 3.500 MB/s, bet 4x4 paaudzes diski ideālos apstākļos var sasniegt aptuveni 7.000–7.800 MB/s. Citiem vārdiem sakot, NVMe diski piedāvā vairākas reizes lielāku veiktspēju nekā SATA diskdziņi.
Taču, kad tos izņemat no kastes, spēlē lomu tādi standarti kā USB 3.0, 3.1, 3.2, USB 4 vai Thunderbolt 3 un 4 , ar ātrumu no 5 Gbps (aptuveni 600 MB/s) līdz 40 Gbps (aptuveni 5 GB/s efektīvi). Ja pievienojat SATA III SSD 5 Gbps USB 3.0 adapterim, iestatījums ir labi līdzsvarots: SATA pati par sevi ierobežos ātrumu pirms USB, tāpēc lētais 5 Gbps adapteris ir pietiekams, lai iegūtu gandrīz pilnu diska potenciālu.
No otras puses, ja adapterī, kas piedāvā tikai, piemēram, 10 Gbps (1,25 GB/s) USB 3.1 , instalējat ļoti ātru NVMe PCIe 3.0 vai 4.0 SSD disku, jūs ievērojami ierobežosiet tā maksimālo secīgo caurlaidspēju, jo ārējā kopne ir krietni mazāka par to, ko varētu nodrošināt NVMe disks. Ar 20 Gbps (2,5 GB/s) USB 3.2 viss uzlabojas, taču jūs joprojām būsiet tālu no augstākās klases Gen4x4 diska veiktspējas.
Tas pats attiecas uz Thunderbolt 3 un 4, kas darbojas ar ātrumu 40 Gb/s (reālos lietošanas apstākļos aptuveni 5 Gb/s) . Lai gan tas tuvina ātrumu NVMe Gen4, tas joprojām nedaudz atpaliek no ātrāko modeļu teorētiskā maksimuma. Tāpēc dārga NVMe PCIe 4.0 SSD iegāde, lai to izmantotu tikai kā ārējo disku, mūsdienās var būt apšaubāma: jūs nevarēsiet pilnībā izmantot tā iespējas, kamēr ārējās saskarnes ir ierobežotas līdz 40 Gb/s.
Ainava mainīsies ar tādiem standartiem kā Thunderbolt 5, kas tiecas uz 80 Gbps , taču šodien vissaprātīgākais ir savienot pārī "katru aitu ar savu partneri": SATA SSD diskus ar USB 3.0, ja vēlaties kaut ko ekonomisku, NVMe Gen3 ar USB 3.1/3.2 vai Thunderbolt, ja meklējat kaut ko ātrāku, un rezervēt jaudīgākos NVMe Gen4 diskus iekšējai lietošanai, kur tos var izvietot bez tik daudziem ierobežojumiem.
Dažādi NVMe M.2 diski video rediģēšanai: vai tie tiek izmantoti vai ierobežoti?
Ļoti izplatīta situācija profesionāļiem un satura veidotājiem ir vēlme izmantot vairākus NVMe SSD diskus, kas paredzēti dažādiem uzdevumiem : vienu operētājsistēmai un programmām, otru neapstrādātiem video failiem, vēl vienu projektiem un bibliotēkām un ceturto kešatmiņai, audio maksimumiem vai citiem pagaidu failiem. Šāda organizācija ir ļoti noderīga rediģēšanas programmatūrā, jo tā atdala lasīšanas un rakstīšanas plūsmas un samazina datu pārslodzi vienā diskā.
Tipisks jautājums ir, vai trīs vai četru NVMe disku uzstādīšana mātesplatē varētu radīt problēmas grafikas procesoram vai pašiem diskdziņiem. Piemēram, tādā platformā kā Z490 ar 10700K varētu izmantot divus integrētus M.2 slotus un PCIe x4 adapteri, lai pievienotu vēl vienu M.2 SSD . Joslu sadalījums izskatītos apmēram šādi: viens pilns PCIe x16 slots grafikas procesoram, vēl viens fizisks PCIe x16 slots, kas darbojas ar x4 jaudu, M.2 adapterim un divi M.2 sloti, kas savienoti ar mikroshēmojumu.
Uz papīra mikroshēmojumam un DMI savienojumam ir ne vairāk kā četras PCIe 3.0 joslas, kas ierobežo kopējo datplūsmu starp visām pievienotajām ierīcēm: M.2, SATA portiem, USB utt. Ja visi NVMe diski un mikroshēmojuma ierīces vienlaikus veiktu secīgus pārsūtījumus pilnā ātrumā, varētu nonākt pie punkta, kurā trīs NVMe diski kopā nebūtu ātrāki par vienu NVMe disku, kas darbojas ar pilnu jaudu , jo tiktu sasniegts DMI joslas platuma ierobežojums.
Taču praksē video rediģēšanā un radošajā darbā piekļuve diskiem ir daudzveidīgāka: ir daudz failu lasīšanas un rakstīšanas, lēcieni, nelielas nejaušas piekļuves, daļējas renderēšanas… Runa nav tik daudz par trim diskiem ar nemainīgu 3.000 MB/s ātrumu, bet gan par I/O rindu sadalījumu vairākos diskos . Tas nozīmē, ka, lai gan tiem ir viena un tā pati gala saite, sistēma šķiet vienmērīgāka, ir mazāk gaidīšanas laika un programmatūra var efektīvāk paralēlot uzdevumus.
Jaunākās platformās, piemēram, Z690 un vēlākās versijās, joslu piešķiršana un centrālā procesora un mikroshēmojuma saskarne ir uzlabota, padarot vēl grūtāku sistēmas pārslodzi ar vairākiem NVMe diskdziņiem. Taču pat ja jūsu mātesplate nav jaunākā modeļa, trīs atsevišķi NVMe diski sarežģītu darbplūsmu gadījumā parasti ir izdevīgāki nekā viens liels disks . Svarīgi ir pieņemt, ka kopējais ierobežojums pastāv un ka teorētiskie mārketinga skaitļi reti atspoguļo reālo lietojumu.
Citi šķēršļi, kas ietekmē datora kopējo veiktspēju
Koncentrējoties uz NVMe un krātuvi, nevar aizmirst arī citus elementus, kas var kļūt par ievērojamiem šķēršļiem. Piemēram, svarīga ir PCI Express ligzda, kurā tiek pievienota GPU : moderna karte, kas paredzēta PCIe 4.0 un uzstādīta uz mātesplates, kas piedāvā tikai PCIe 3.0, var zaudēt dažus veiktspējas punktus, un, ja to pievienojat pie x8 vai x4, nevis x16, ietekme var būt vēl lielāka atkarībā no modeļa.
RAM ir vēl viens klasisks faktors: mūsdienās 8 GB ir acīmredzami novecojis netraucētai spēlēšanai un darbam. 16 GB joprojām ir pietiekami daudziem lietotājiem, taču tie arvien vairāk kļūst nepietiekami intensīvai daudzuzdevumu veikšanai un prasīgām spēlēm. Pašreizējā ideālā vieta ir 32 GB RAM tiem , kas vēlas sistēmu bez aiztures, īpaši, ja ātrums un latentums ir labs (kas ir ļoti svarīgi tādām platformām kā Ryzen).
Arī barošanas bloks var būt īsts sašaurinājums, lai gan dažreiz tas tiek ignorēts. Ja grafikas procesoram nepieciešama maksimālā jauda 300 W un barošanas bloks to nevar stabili nodrošināt, karte var samazināties, raustīties vai pat avarēt un restartēties. Savā ziņā tas ir "elektrisks sašaurinājums": aparatūra varētu darboties labāk, bet barošanas bloks nevar tikt līdzi.
Runājot par krātuvi, mehānisko cieto disku (HDD) izmantošana spēlēm vai prasīgiem projektiem ir pastāvīgs nebeidzamu ielādes laiku un raustīšanos avots, īpaši, ja spēlei vai programmatūrai ir jāielādē tekstūras vai videoklipi acumirklī. Migrācija uz vismaz SATA SSD disku jau ir milzīgs solis, un pāreja uz NVMe novērš gandrīz visus ielādes laika ierobežojumus lielākajai daļai mājas lietošanas gadījumu.
Visbeidzot, lomu spēlē arī pati mātesplate un tās uzbūves kvalitāte : viduvēji VRM, slikti ieviesta BIOS, nepietiekams PCIe joslu izkārtojums vai ierobežota saderība ar noteiktām RAM frekvencēm var negatīvi ietekmēt kopējo veiktspēju, pat ja pārējās komponentes ir labas. Vizuāli tā nav tik iespaidīga kā GPU, taču pareizās mātesplates izvēle var novērst daudzas galvassāpes nākotnē.
Kopumā izpratne par PCIe joslu piešķiršanu, tādu savienojumu kā DMI ierobežojumiem, dažādu ārējo saskarņu (USB, Thunderbolt) darbību un IOPS un nejaušo ātrumu patieso nozīmi ļauj pieņemt daudz pamatotākus pirkšanas lēmumus. Svarīgi nav apsēstība ar perfektiem skaitļiem, bet gan izvairīties no maksāšanas par veiktspēju, ko sistēmas dizaina dēļ nekad nevarēsiet izmantot. Galu galā galvenais ir izveidot līdzsvarotu sistēmu: centrālais procesors un grafiskais procesors no līdzīga diapazona, pietiekama RAM atmiņa, labs barošanas avots, NVMe SSD diski, kuros tie patiešām rada atšķirību, un savienojumi, kas neierobežo aparatūras potenciālu.
