NVMe瓶颈：如何避免在组装电脑时遇到这些问题

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当我们开始组装或升级一台现代电脑时，很容易只关注CPU和GPU，而忽略其他关键组件。然而， 与 NVMe SSD、PCIe 和外部连接相关的瓶颈 这些瓶颈正日益影响实际应用场景的性能，无论是在游戏、视频剪辑还是专业任务中。而令人费解的是，许多瓶颈并非出现在人们预想的地方。

本文将冷静地分析它们的生产过程。 NVMe、PCIe、USB 和 Thunderbolt 的瓶颈在主板上安装多个 M.2 固态硬盘会发生什么？为什么随机读写速度比你想象的更重要？以及如何避免因为接口或其他系统问题而浪费金钱购买永远无法发挥最佳性能的硬件。

什么是真正的瓶颈（以及什么不是）

的概念 个人电脑中的“瓶颈” 它被滥用得如此之多，以至于失去了原本的意义。瓶颈是指一个组件明显限制了另一个组件：系统的一部分拥有足够的功率，但另一部分却无法跟上，就像跑车装了掀背车的发动机一样。总会存在一些不平衡，但真正的问题在于当这种差异超过大约一个数量级时。 产率20-25% 这一点在日常使用中就能体现出来。

在游戏中，几乎每个人都会想到自己的搭档。 CPU + GPU 是瓶颈的主要焦点确实如此：如果将顶级显卡与性能一般的处理器搭配使用，GPU 将不得不等待 CPU 完成工作；反之，则会出现处理器性能过剩而显卡性能不足的情况。但除了显卡搭配之外，还有其他因素需要考虑，例如…… PCIe插槽速度、内存、存储和电源 这也可能成为导致绩效下降的“捷径”。

许多人忽略的一个重要细节是： 瓶颈并非一个固定的数字或一个神奇的百分比。 在线计算器无法准确计算出具体的成功率（那个著名的13,4%，足以吓到不少人）。实际成功率会根据游戏、分辨率、画面设置，甚至系统后台负载而变化。因此，这些计算器充其量只能作为参考，而不能作为可靠的参考依据。

CPU、GPU 和分辨率：大多数瓶颈的根源

大多数严重的失衡问题都是由于食材混合不当造成的。 处理器和显卡如果 GPU 性能非常强大，而 CPU 无法处理更多任务，即使降低图形设置，帧率也不会提高；反之，虽然处理器性能强大，但显卡很快就会无法满足需求。

此外，瓶颈的“重量” 这取决于分辨率和游戏类型。在 1080p 分辨率下，CPU 负载较高，因此即使是性能不错的显卡，配置一般的处理器也可能不堪重负。而在 1440p 分辨率下，尤其是在 4K 分辨率下，GPU 通常是瓶颈，此时配置相对较低的处理器不再构成严重问题。玩像《反恐精英》这样简单的竞技游戏，与玩像《赛博朋克 2077》这样对图形和内存要求极高的开放世界游戏截然不同。

为了指导您合并范围，一个合理的准则是：配对 类似范围的CPU和GPU:

• 低端产品（适合只想花必要钱的人）： i3 或 Ryzen 3 处理器，搭配性能一般的显卡，不超过 RTX 3050 或更早的同等配置。
• 中档（“最佳价位”）： i5 / Ultra 5 或 Ryzen 5，搭配 AMD 的 RTX 4060 Ti、RTX 5070 或类似显卡。
• 高端（爱好者）： 强大的处理器，例如 Ryzen X3D 或 Intel Ultra 7/9，以及 GPU，例如 RTX 5080、5090 和同等产品。

最大的错误是在混合时犯的 入门级处理器搭配发烧级显卡 或者，你买了一颗价格极其昂贵的CPU，却搭配了一块性能很弱的显卡。这两种情况下，你都在为那些你永远无法在屏幕上看到的强大性能买单，因为其中一个组件明显限制了另一个组件的性能。

PCIe 相关瓶颈和内部 M.2 插槽

当我们讨论NVMe SSD时，瓶颈的概念很大程度上取决于…… PCIe总线版本及其使用方法 主板分配“通道”。每个 M.2 PCIe x4 插槽需要四条通道才能以全性能运行，这些通道来自处理器和芯片组，而处理器和芯片组又通过 DMI 链路（在 Intel 平台上）或 AMD 上的类似链路相互连接。

一个典型的例子是提供两个 M.2 插槽的主板，例如 MSI X470 Gaming Plus Max 或类似产品： M2_1 插槽悬挂在处理器上 并支持 PCIe 3.0 x4，而 M2_2 插槽取决于芯片组 它仅限于 PCIe 2.0 x4，甚至还会与 SATA 接口或其他插槽共享带宽。如果您安装两块 NVMe PCIe 3.0 x4 固态硬盘，那么位于 M.2_2 插槽中的那块硬盘的最大顺序读写性能会更低，原因很简单，因为它的接口速度较慢。

在这些情况下，许多用户想知道 NVMe PCIe 3.0 x4 SSD 连接到……时是否会出现“性能瓶颈”。 PCIe 2.0 x4 插槽或带宽较低的芯片组答案是，在纯粹的顺序读写操作中，理论上最大速度存在差异，但在实践中，对于游戏或一般用途等任务，大多数时候你不会注意到明显的差异，除非是在连续复制非常大的文件时。

例如，当您考虑同时安装多个 NVMe 驱动器时，例如在 Z490 主板上安装三个 M.2 Gen3 x4 驱动器，则需要考虑以下几个因素： 每个 PCIe 插槽的通道数、芯片组通道数以及 DMI 3.0 容量 它连接CPU和芯片组。虽然每个NVMe硬盘最多可以使用4条通道，但DMI通常也提供总共4条通道，因此连接到芯片组的所有硬盘都共享与CPU的同一条链路。

这意味着，如果您将两块 M.2 固态硬盘插入芯片组插槽，并将另一块 NVMe 固态硬盘插入连接到芯片组插槽的 PCIe x4 适配器，理论上可能会导致 DMI 链路饱和。 三块固态硬盘同时以最大顺序速度运行。但关键在于：在实际使用中，很少会出现三个 NVMe 驱动器同时进行持续传输而占用带宽的情况；通常情况下，瓶颈远没有理论数字所显示的那么明显。

因此，即使在DMI接口看似“汇聚点”的主板上，使用多个NVMe硬盘仍然是有益的，尤其是在以下工作流程中： 视频编辑系统使用单独的光盘，分别用于存储系统、媒体、项目和缓存信息。每个单元分担读写负载，减少对 IOPS 的竞争，即使它们都共享到 CPU 的同一最终链路。

NVMe固态硬盘的顺序读写速度与随机读写速度：为什么你的固态硬盘性能不如出厂时那么好？

很多人只关注固态硬盘包装盒上的大数字：3.500 MB/s、7.000 MB/s 等等。这些只是…… 最大顺序速度这些性能测试通常是在理想条件下进行的，例如处理长队列和大文件。像 CrystalDiskMark 这样的综合基准测试软件常用于对比，这些软件往往会过分强调性能的这一方面，有时与日常使用情况的比较并不现实。

然而，系统的流畅度，以及在很多情况下游戏或项目加载的实际性能，更多地取决于…… 随机读写操作 （IOPS）是这些顺序数字。SSD 控制器、NAND 闪存的类型和质量、层数、通道架构以及是否存在专用 DRAM 内存都会影响到这些数字。

一款具有良好 PCIe 3.0 x4 接口的 NVMe 固态硬盘可以 以顺序模式达到最大总线速度然而，随机读写速度受限于其内部架构。即使将其插入 PCIe 4.0 插槽，随机读写速度也不会神奇地提升；决定速度的是固态硬盘的电子元件和 NAND 闪存的质量，而非连接的理论带宽。

例如，一款中低端 NVMe 固态硬盘的广告宣传容量可能在……左右。 随机读取 1.000K IOPS这意味着小块写入的有效速度约为 65-66 MB/s。随机写入方面，900 万 IOPS 相当于约 58 MB/s。与数千 MB/s 的顺序写入速度相比，这些数值可能看起来很低，但对于某些产品系列来说完全正常，实际上，它们足以满足家庭使用和游戏的需求。

这里最重要的因素之一是固态硬盘是否…… 无戏剧性（无专用DRAM内存） 也可能并非如此。在许多没有DRAM的硬盘中，随机读写和持续读写性能在高负载下会更快下降，尤其是在内部SLC缓存耗尽时。这种性能下降与你连接的是PCIe 3.0还是4.0无关：这仅仅是一种旨在降低成本的设计限制，也解释了许多情况。 Windows 11 系统下速度较慢的固态硬盘.

因此，在进行测量和比较时，使用高端固态硬盘制造商自身用作参考的工具会更加可靠，例如： ATTO磁盘基准与其过度使用涉及大量写入操作并可能缩短驱动器寿命的测试，不如考虑以下情况：每次运行某些基准测试都可能导致数十 GB 的数据写入存储单元，最好不要因为习惯而不断重复这些测试，以免造成这种情况。

内置 NVMe 接口与外部连接：USB、Thunderbolt 以及实际局限性

另一个疑虑来源是我们在使用过程中遇到的瓶颈。 SSD 作为外置硬盘无论我们是购买外置固态硬盘，还是通过 USB 或 Thunderbolt 适配器连接内置固态硬盘（SATA 或 NVMe），情况都是如此。固态硬盘的接口和适配器的接口组合决定了我们是否会浪费性能。

在固态硬盘方面，我们基本上分为两大类： SATA III 硬盘理论极限约为 600 MB/s， 通过 PCIe 接口驱动 NVMe 驱动器第三代 x 4 代 NVMe 固态硬盘的最大读取速度约为 3.500 MB/s，而第四代 x 4 代 NVMe 固态硬盘在理想条件下可达 7.000-7.800 MB/s。换句话说，NVMe 固态硬盘的性能是 SATA 固态硬盘的数倍。

但当你把它们从盒子里拿出来时，它们就进入了标准游戏模式。 USB 3.0、3.1、3.2、USB 4 或 Thunderbolt 3 和 4速度范围从 5 Gbps（约 600 MB/s）到 40 Gbps（约 5 GB/s 实际速度）。如果将 SATA III SSD 连接到 5 Gbps 的 USB 3.0 适配器，则连接方式非常均衡：SATA 本身的速度限制会先于 USB，因此这款价格低廉的 5 Gbps 适配器足以充分发挥硬盘的潜力。

但是，如果您将一块速度非常快的 NVMe PCIe 3.0 或 4.0 SSD 安装到例如仅提供以下功能的适配器中， USB 3.1 10Gbps (1,25GB/s)你会严重限制其最大顺序吞吐量，因为外部总线的速度远低于 NVMe 的性能极限。使用 20 Gbps (2,5 GB/s) 的 USB 3.2 接口会有所改善，但仍然远不及顶级 Gen4x4 固态硬盘的性能。

这同样适用于 Thunderbolt 3 和 4，它们的运行频率为 40 Gbps（实际速度约为 5 GB/s）虽然这能让你更接近 NVMe Gen4 的速度，但仍然略低于最快型号的理论最大值。因此，如今购买昂贵的 NVMe PCIe 4.0 SSD 仅用作外置硬盘可能并不明智：由于外置接口的传输速度限制在 40 Gbps，你将无法充分发挥其性能。

随着诸如此类标准的出现，格局将会改变。 Thunderbolt 5 的目标是达到 80 Gbps 的传输速度。但如今，最明智的做法是“让每只羊都有它的伴侣”：如果想要经济实惠，就选择 SATA SSD 搭配 USB 3.0；如果想要速度更快，就选择 NVMe Gen3 搭配 USB 3.1/3.2 或 Thunderbolt；而将功能最强大的 NVMe Gen4 硬盘用于内部使用，这样它们就可以不受太多限制地部署。

用于视频编辑的各种 NVMe M.2 固态硬盘：它们是否得到了充分利用或受到了限制？

对于专业人士和内容创作者来说，一个非常常见的情况是想要…… 多个专用于不同任务的 NVMe SSD一个磁盘用于操作系统和程序，一个用于原始视频文件，一个用于项目和库文件，第四个用于缓存、音频峰值或其他临时文件。这种组织方式在编辑软件中非常合理，因为它分离了读写流程，减少了同一磁盘上的争用。

常见的问题是，在主板上安装 3 个或 4 个 NVMe 固态硬盘是否会成为 GPU 或硬盘本身的瓶颈。例如，在像 Z490 这样的平台上，搭配 10700K 处理器，你可以使用两个板载 M.2 插槽和一个独立扩展的 M.2 插槽。 使用 PCIe x4 适配器添加另一个 M.2 SSD通道分配大致如下：一个完整​​的 PCIe x16 插槽用于 GPU，另一个物理 PCIe x16 插槽以 x4 运行用于 M.2 适配器，以及两个悬挂在芯片组上的 M.2 插槽。

从理论上讲，芯片组和DMI链路最多只有4条PCIe 3.0通道，这限制了所有连接设备（M.2、SATA端口、USB等）之间的总流量。如果所有NVMe驱动器和芯片组设备同时以全速执行顺序传输，确实可能会达到这样的情况： 三块 NVMe 硬盘协同工作的速度不会比一块 NVMe 硬盘满负荷运转的速度快。因为你会达到DMI的上限。

但实际上，在视频剪辑和创意工作中，磁盘访问更加多样化：需要读写大量文件、跳转、小的随机操作、部分渲染……关键不在于三个硬盘以恒定的 3.000 MB/s 速度运行，而在于…… 将 I/O 队列分布到多个磁盘上这意味着，即使它们共享同一个最终链接，系统运行起来也更流畅，等待时间更少，软件也能更有效地并行处理任务。

在 Z690 及更新的平台上，通道分配和 CPU 芯片组接口都得到了改进，使得系统更难因多个 NVMe 硬盘而过载。但即使你的主板不是最新型号， 与使用单个大容量 NVMe 硬盘相比，使用三个独立的 NVMe 硬盘通常更有优势。 对于复杂的工作流程，重要的是要假设总量限制是存在的，并且理论上的市场数据很少能反映实际使用情况。

其他影响电脑整体性能的瓶颈

虽然我们主要关注 NVMe 和存储，但也不能忽视其他可能成为重大瓶颈的因素。例如， 连接显卡的PCI Express插槽 这确实会产生影响：一张专为 PCIe 4.0 设计的现代显卡如果安装在仅提供 PCIe 3.0 的主板上，可能会损失一些性能；如果再以 x8 或 x4 而不是 x16 连接，则根据型号的不同，影响可能会更大。

La RAM 又一个老生常谈的问题：如今，8GB内存显然已经无法满足游戏和流畅办公的需求。16GB内存对很多用户来说仍然足够，但对于繁重的多任务处理和大型游戏来说，它正变得越来越捉襟见肘。目前最理想的内存配置是…… GB的RAM 32 对于那些想要一个没有延迟的系统的人来说，尤其是当速度和延迟也很好时（这在 Ryzen 等平台上至关重要）。

La 电源供应 电源也可能成为真正的瓶颈，尽管这一点有时会被忽略。如果显卡需要 300W 的峰值功率，而电源无法稳定提供，显卡可能会降低频率、出现卡顿，甚至导致关机重启。从某种意义上说，这是一种“电力瓶颈”：硬件性能可以更好，但电源却跟不上。

关于存储方面，请继续使用 用于游戏或大型项目的机械硬盘 它经常导致加载时间过长和卡顿，尤其是在游戏或软件需要即时加载纹理或视频片段时。升级到至少SATA固态硬盘已经是一个巨大的进步，而切换到NVMe固态硬盘几乎可以消除大多数家庭用户的所有加载时间限制。

最后，非常 主板及其制造质量 影响性能的因素包括性能平庸的VRM（电压调节模块）、糟糕的BIOS设计、不合理的PCIe通道布局以及与某些内存频率的兼容性问题。即使其他组件性能良好，这些因素也会导致整体性能下降。虽然主板不如显卡那样引人注目，但选择合适的主板可以避免日后许多麻烦。

总而言之，了解 PCIe 通道的分配方式、DMI 等链路的局限性、不同外部接口（USB、Thunderbolt）的运行机制，以及 IOPS 和随机读写速度的真正重要性，能够帮助你做出更明智的购买决策。关键不在于追求完美的数值，而在于避免为那些由于系统设计缺陷而无法充分发挥性能的硬件买单。归根结底，诀窍在于构建一个均衡的系统：选择性能相近的 CPU 和 GPU、足够的内存、优质的电源、在真正需要 NVMe SSD 的地方使用 NVMe SSD，以及不会限制硬件性能的接口。