Узкие места NVMe: как их избежать при сборке ПК

Информатек Диджитал » Ресурсы » Узкие места NVMe: как их избежать при сборке ПК

Когда мы начинаем собирать или модернизировать современный ПК, легко зациклиться на процессоре и видеокарте и упустить из виду другие важные компоненты. Однако, Узкие места, связанные с твердотельными накопителями NVMe, интерфейсом PCIe и внешними соединениями. Эти «узкие места» всё чаще влияют на производительность в реальных условиях, будь то игры, видеомонтаж или профессиональные задачи. И что любопытно, многие из этих «узких мест» возникают не там, где ожидают пользователи.

В этой статье мы спокойно разберем процесс их производства. Узкие места в NVMe, PCIe, USB и ThunderboltЧто происходит, когда вы устанавливаете на материнскую плату несколько M.2-накопителей, почему скорость случайного доступа имеет большее значение, чем вы думаете, и как избежать пустой траты денег на приобретение оборудования, которое никогда не будет работать на полную мощность из-за интерфейса или остальной части системы.

Что является реальным узким местом (а что им не является)?

Концепция «Узкое место» в ПК Этот термин используется настолько часто и настолько неправильно, что утратил свой смысл. Узкое место возникает, когда один компонент явно ограничивает другой: в одной части системы имеется достаточно мощности, но другая не может с ней справиться, как спортивный автомобиль с двигателем от хэтчбека. Некоторый дисбаланс всегда присутствует, но настоящая проблема возникает, когда эта разница превышает примерно единицу. 20-25% выход И это заметно при ежедневном использовании.

В играх почти каждый думает о своем партнере. CPU + GPU являются основным узким местом.И это правильно: если вы используете топовую видеокарту в паре с очень скромным процессором, графический процессор будет ждать, пока центральный процессор завершит свою работу; если же наоборот, вы получите слишком мощный процессор для слабой видеокарты. Но помимо этого сочетания, есть и другие факторы, такие как... Скорость слота PCIe, оперативная память, хранилище и блок питания. что также может стать "кратчайшим путем", из-за которого теряется эффективность.

Важная деталь, которую многие упускают из виду, заключается в том, что «Узкое место» — это не фиксированное число или волшебный процент. Это значение может точно определить онлайн-калькулятор (те самые знаменитые 13,4%, которые пугают не одного человека). Оно меняется в зависимости от игры, разрешения, настроек графики и даже фоновой нагрузки системы. Поэтому такие калькуляторы — в лучшем случае лишь ориентир, а не надежный справочник.

Процессор, видеокарта и разрешение: источник большинства узких мест.

Наиболее серьезные проблемы, связанные с дисбалансом, возникают при неправильном сочетании ингредиентов. процессор и видеокартаЕсли видеокарта очень мощная, а центральный процессор больше не справляется, вы увидите, что частота кадров не увеличивается даже при снижении графических настроек; если же происходит обратное, у вас будет мощный процессор, но видеокарта начнет давать сбои гораздо раньше.

Кроме того, «вес» узкого места Это зависит от разрешения и типа игры.При разрешении 1080p нагрузка приходится в большей степени на процессор, поэтому даже скромный процессор может перегрузить хорошую видеокарту. При разрешении 1440p и особенно 4K ограничивающим фактором обычно становится видеокарта, и относительно скромные процессоры перестают быть такой серьезной проблемой. Игра в простую соревновательную игру, такую ​​как Counter-Strike, — это не то же самое, что игра в требовательную игру с открытым миром, например, Cyberpunk, где графика и нагрузка на память просто запредельные.

Чтобы помочь вам при объединении диапазонов, разумным критерием является парное сопоставление. Процессоры и видеокарты аналогичного диапазона:

• Бюджетный вариант (для тех, кто хочет потратить только необходимое): Процессор i3 или Ryzen 3 в сочетании со скромными видеокартами, не превышающими RTX 3050 или более ранние аналоги.
• Средний ценовой диапазон («оптимальная зона»): Процессор i5 / Ultra 5 или Ryzen 5 с видеокартами типа RTX 4060 Ti, RTX 5070 или аналогичными от AMD.
• Высококлассный (для энтузиастов): Мощные процессоры, такие как Ryzen X3D или Intel Ultra 7/9, с графическими процессорами, такими как RTX 5080, 5090 и аналогичными.

Самую большую ошибку допускают при смешивании процессор начального уровня с графическим процессором для энтузиастов Или же чрезвычайно дорогой процессор с очень слабой видеокартой. В обоих случаях вы платите за мощность, которую никогда не увидите на экране, потому что один компонент явно ограничивает возможности другого.

Проблемы, связанные с интерфейсом PCIe, и внутренние слоты M.2.

Когда мы говорим о твердотельных накопителях NVMe, концепция «узкого места» начинает сильно зависеть от Версия шины PCIe и как Материнская плата распределяет «полосы».Для работы на полной мощности каждому слоту M.2 PCIe x4 требуется четыре линии, которые поступают от процессора и чипсета, а те, в свою очередь, соединяются друг с другом через канал DMI (на платформах Intel) или аналогичный канал на платформах AMD.

Типичным примером являются материнские платы с двумя слотами M.2, такие как MSI X470 Gaming Plus Max или аналогичные: Слот M2_1 подвешен к процессору. и поддерживает PCIe 3.0 x4, в то время как Слот M2_2 зависит от чипсета. Он ограничен интерфейсом PCIe 2.0 x4 или даже использует ту же пропускную способность, что и порты SATA или другие слоты. Если вы установите два накопителя NVMe PCIe 3.0 x4, то у накопителя в слоте M.2_2 будет меньше запаса максимальной последовательной производительности просто потому, что интерфейс медленнее.

В подобных ситуациях многие пользователи задаются вопросом, не «заклинивает» ли NVMe PCIe 3.0 x4 SSD при подключении к источнику питания. Слот PCIe 2.0 x4 или чипсет с меньшей пропускной способностью.Ответ заключается в том, что при чисто последовательном чтении и записи теоретически существует разница в максимальной скорости, но на практике, для таких задач, как игры или повседневное использование, в большинстве случаев вы не заметите существенной разницы, за исключением операций непрерывного копирования очень больших файлов.

При одновременной установке нескольких NVMe-накопителей, например, трех M.2 Gen3 x4 на материнскую плату Z490, необходимо учитывать несколько факторов: количество линий каждого слота PCIe, количество линий чипсета и пропускная способность DMI 3.0. который соединяет процессор и чипсет. Хотя каждый NVMe-накопитель может использовать до 4 линий, DMI обычно также предлагает в общей сложности 4 линии, поэтому все накопители, подключенные к чипсету, используют одно и то же соединение с процессором.

Это означает, что если вы установите два M.2-накопителя в слоты чипсета и еще один NVMe-накопитель в адаптер PCIe x4, подключенный к слоту, зависящему от чипсета, теоретически вы можете перегрузить канал DMI, если Все три SSD-накопителя работают одновременно на максимальной скорости последовательного доступа.Но вот ключевой момент: в реальных условиях крайне редко бывает, чтобы три NVMe-накопителя одновременно ограничивали пропускную способность при длительной передаче данных; обычно узкое место гораздо менее заметно, чем предполагают теоретические цифры.

Поэтому даже на материнских платах, где DMI может казаться «воронкой», использование нескольких NVMe-накопителей по-прежнему выгодно, особенно в таких рабочих процессах, как... Видеомонтаж с использованием отдельных дисков для системы, мультимедиа, проектов и кэша.Каждый блок распределяет нагрузку по чтению и записи, уменьшая конкуренцию за операции ввода-вывода в секунду, даже несмотря на то, что все они используют один и тот же конечный канал связи с центральным процессором.

Последовательная и случайная скорость на NVMe: почему ваш SSD работает не так, как раньше.

Многие люди смотрят только на большие цифры на корпусе SSD: 3.500 МБ/с, 7.000 МБ/с и т.д. Это их показатели. максимальные последовательные скоростиКак правило, измерения проводятся в идеальных условиях, с длинными очередями и огромными файлами. Для сравнения используются синтетические тесты, такие как CrystalDiskMark, которые, как правило, акцентируют внимание на этом аспекте производительности, иногда нереалистично по сравнению с повседневным использованием.

Однако ощущение плавности работы системы, а во многих случаях и фактическая производительность в играх или при загрузке проектов, в гораздо большей степени зависят от произвольные операции чтения и записи (IOPS) — это показатели последовательной производительности. Именно здесь вступают в игру контроллер SSD, тип и качество памяти NAND, количество слоев, архитектура каналов, а также наличие или отсутствие выделенной памяти DRAM.

NVMe-накопитель с хорошим интерфейсом PCIe 3.0 x4 может достичь максимальной скорости шины в последовательном режимеОднако скорость случайного чтения и записи ограничена внутренней архитектурой устройства. Даже если установить его в слот PCIe 4.0, скорость случайного чтения и записи волшебным образом не улучшится; скорость определяется электроникой SSD и качеством флэш-памяти NAND, а не теоретической пропускной способностью соединения.

Например, NVMe-накопитель низкого или среднего ценового сегмента может рекламироваться в диапазоне примерно от... 1.000 тыс. операций ввода-вывода в секунду при случайном чтенииЭто соответствует примерно 65-66 МБ/с эффективной скорости записи для небольших блоков. При случайной записи 900 тыс. IOPS эквивалентно примерно 58 МБ/с. Эти значения могут показаться низкими по сравнению с тысячами последовательных МБ/с, но они совершенно нормальны для определенных диапазонов продуктов и, по сути, обеспечивают более чем достаточную производительность для домашнего использования и игр.

Одним из важнейших факторов здесь является то, является ли SSD-накопитель... Без Dramaless (без выделенной памяти DRAM) Или нет. Во многих накопителях без DRAM случайная и стабильная производительность под нагрузкой падает быстрее, особенно когда исчерпан внутренний SLC-кэш. Это падение никак не связано с подключением к PCIe 3.0 или 4.0: это просто конструктивное ограничение, призванное снизить затраты, и оно объясняет многие случаи Медленная работа SSD на Windows 11.

Поэтому при измерениях и сравнении более надежными являются инструменты, которые сами производители высокопроизводительных SSD-накопителей используют в качестве эталона, например, ATTO Disk BenchmarkВместо того чтобы злоупотреблять тестами, включающими очень ресурсоемкие операции записи и способными сократить срок службы накопителя, учтите следующее: каждый запуск определенных бенчмарков может привести к записи десятков гигабайт данных в ячейки, чего лучше избегать, не повторяя их постоянно по привычке.

Внутренние интерфейсы NVMe против внешних подключений: USB, Thunderbolt и реальные ограничения.

Ещё одним источником сомнений являются «узкие места» при использовании SSD-накопители в качестве внешних накопителейЭто относится как к покупке внешнего SSD, так и к подключению внутреннего (SATA или NVMe) через USB или Thunderbolt адаптер. Сочетание интерфейса SSD и интерфейса адаптера определяет, происходит ли потеря производительности.

Что касается SSD-накопителей, то у нас, по сути, есть два семейства: Накопители SATA IIIс теоретическим пределом около 600 МБ/с, и NVMe-накопители по PCIeВ то время как накопители Gen 3x4 достигают максимальной скорости чтения около 3.500 МБ/с, накопители Gen 4x4 могут достигать 7.000-7.800 МБ/с в идеальных условиях. Другими словами, накопители NVMe обеспечивают в несколько раз большую производительность, чем накопители SATA.

Но когда вы достаете их из коробки, они вступают в стандартную игру в качестве USB 3.0, 3.1, 3.2, USB4 или Thunderbolt 3 и 4Скорость передачи данных варьируется от 5 Гбит/с (около 600 МБ/с) до 40 Гбит/с (около 5 ГБ/с эффективной скорости). Если подключить SSD-накопитель SATA III к адаптеру USB 3.0 со скоростью 5 Гбит/с, конфигурация будет хорошо сбалансирована: SATA сам по себе будет ограничивать возможности до USB, поэтому недорогого адаптера 5 Гбит/с достаточно, чтобы раскрыть почти весь потенциал накопителя.

Однако, если вы установите очень быстрый NVMe PCIe SSD 3.0 или 4.0 в адаптер, который предлагает, например, только... USB 3.1 10 Гбит/с (1,25 ГБ/с)Вы существенно ограничите его максимальную пропускную способность при последовательном вводе данных, поскольку внешняя шина значительно уступает возможностям NVMe. С USB 3.2 на скорости 20 Гбит/с (2,5 ГБ/с) ситуация улучшается, но вы все равно будете далеки от показателей топовых накопителей Gen4x4.

То же самое относится к Thunderbolt 3 и 4, которые работают на 40 Гбит/с (фактическая скорость около 5 ГБ/с)Хотя это приближает вас к скоростям NVMe Gen4, вы все еще несколько отстаете от теоретического максимума самых быстрых моделей. Поэтому покупка дорогого NVMe PCIe 4.0 SSD для использования исключительно в качестве внешнего накопителя сегодня может быть сомнительной: вы не сможете в полной мере использовать его возможности, пока внешние интерфейсы ограничены скоростью 40 Гбит/с.

Ландшафт изменится с появлением таких стандартов, как... Thunderbolt 5, который стремится к скорости 80 Гбит/с.Но в наши дни наиболее разумным решением является подбор оптимального варианта: твердотельные накопители SATA с USB 3.0, если вам нужно что-то экономичное, NVMe Gen3 с USB 3.1/3.2 или Thunderbolt, если вам требуется более высокая скорость, а самые мощные накопители NVMe Gen4 следует оставить для внутреннего использования, где их можно разместить без особых ограничений.

Различные NVMe M.2 накопители для видеомонтажа: используются ли они активно или их производительность снижается?

Очень распространенная ситуация для профессионалов и создателей контента — это желание несколько твердотельных накопителей NVMe, предназначенных для выполнения различных задачОдин раздел предназначен для операционной системы и программ, другой — для исходных видеофайлов, третий — для проектов и библиотек, а четвертый — для кэша, пиков звука или других временных файлов. Такая организация очень удобна в программах для редактирования видео, поскольку она разделяет потоки чтения и записи и уменьшает конкуренцию за место на одном диске.

Типичный вопрос заключается в том, может ли установка 3 или 4 NVMe-накопителей на материнскую плату стать узким местом для видеокарты или самих накопителей. Например, на платформе Z490 с процессором 10700K можно использовать два встроенных слота M.2 и один Адаптер PCIe x4 для подключения еще одного твердотельного накопителя M.2Распределение линий примерно следующее: один полноценный слот PCIe x16 для видеокарты, еще один физический слот PCIe x16, работающий в режиме x4, для адаптера M.2 и два слота M.2, подключенных к чипсету.

Теоретически, чипсет и канал DMI имеют максимум 4 линии PCIe 3.0, что ограничивает суммарный трафик между всеми подключенными устройствами: M.2, портами SATA, USB и т. д. Если бы все NVMe-накопители и устройства на чипсете одновременно выполняли последовательную передачу данных на полной мощности, действительно можно было бы достичь точки, когда Три NVMe-накопителя, работающих одновременно, не будут быстрее, чем один NVMe-накопитель, работающий на полную мощность.потому что вы упретесь в потолок DMI.

Однако на практике, в видеомонтаже и творческой работе, доступ к дискам гораздо разнообразнее: чтение и запись множества файлов, скачки, небольшие случайные операции, частичный рендеринг… Речь идёт не столько о трёх дисках, работающих с постоянной скоростью 3.000 МБ/с, сколько о... Распределите очереди ввода-вывода по нескольким дискам.Это означает, что, несмотря на то, что у них общий конечный звено, система работает плавнее, время ожидания сокращается, а программное обеспечение может более эффективно распараллеливать задачи.

На более современных платформах, таких как Z690 и более поздние модели, улучшено распределение линий и интерфейс взаимодействия процессора и чипсета, что еще больше затрудняет перегрузку системы несколькими NVMe-накопителями. Но даже если ваша материнская плата не является последней моделью, Наличие трех отдельных NVMe-накопителей обычно выгоднее, чем одного большого. для сложных рабочих процессов. Важно исходить из того, что общий лимит существует, и что теоретические маркетинговые показатели редко отражают фактическое использование.

Другие узкие места, влияющие на общую производительность ПК.

Хотя мы сосредоточены на NVMe и системах хранения данных, нельзя забывать и о других элементах, которые также могут стать существенными узкими местами. Например, Слот PCI Express, куда подключается видеокарта. Это действительно имеет значение: современная карта, разработанная для PCIe 4.0 и установленная на материнской плате, поддерживающей только PCIe 3.0, может потерять некоторые показатели производительности, а если подключить её в режиме x8 или x4 вместо x16, то влияние может быть ещё больше в зависимости от модели.

La Оперативная память Это ещё одна классика: сегодня 8 ГБ явно устарели для игр и плавной работы. 16 ГБ всё ещё достаточно для многих пользователей, но их становится всё меньше для интенсивной многозадачности и требовательных игр. Оптимальный вариант на данный момент — это… 32 Гб оперативной памяти Для тех, кто хочет систему без задержек, особенно если скорость и задержка также важны (что является ключевым фактором для платформ типа Ryzen).

La блок питания Это также может стать настоящим узким местом, хотя это иногда упускается из виду. Если видеокарта потребляет пиковую мощность в 300 Вт, а блок питания не может обеспечить её стабильно, карта может снизить частоту, начать тормозить или даже вызывать выключения и перезагрузки. В некотором смысле это «электрическое узкое место»: оборудование могло бы работать лучше, но блок питания не справляется.

Что касается хранения, продолжайте использовать. механические жесткие диски для игр или ресурсоемких проектов Это постоянный источник бесконечных загрузок и зависаний, особенно когда игре или программному обеспечению необходимо загружать текстуры или видеоклипы на лету. Переход хотя бы на SATA SSD — это уже огромный шаг вперед, а переход на NVMe практически полностью устраняет любые ограничения по времени загрузки для большинства домашних пользователей.

Наконец, самое материнская плата и качество её сборки К факторам, которые могут негативно повлиять на производительность, относятся посредственные VRM, плохо реализованный BIOS, неадекватная компоновка линий PCIe и ограниченная совместимость с определенными частотами оперативной памяти. Все это может способствовать общему снижению производительности, даже если другие компоненты хороши. Хотя выбор материнской платы не так эффектен с визуальной точки зрения, как выбор видеокарты, он может предотвратить множество проблем в будущем.

В целом, понимание того, как распределяются линии PCIe, ограничений таких каналов, как DMI, поведения различных внешних интерфейсов (USB, Thunderbolt), а также истинной важности IOPS и скорости случайного доступа, позволяет принимать гораздо более обоснованные решения о покупке. Речь идёт не о зацикливании на идеальных цифрах, а скорее о том, чтобы избежать переплаты за производительность, которую из-за особенностей конструкции системы вы никогда не сможете использовать. В конечном итоге, секрет заключается в создании сбалансированной системы: процессор и видеокарта из схожих ценовых диапазонов, достаточное количество оперативной памяти, хороший блок питания, NVMe SSD там, где они действительно имеют значение, и соединения, которые не ограничивают потенциал оборудования.

Теме статьи:

Как работает SSD-накопитель и почему он так сильно ускоряет работу вашего ПК.