原來不只是高帶寬，PCIe4.0應用場景測試與分析

平臺對比凸顯PCIe4.0高帶寬優勢

我們目前使用最廣泛的PCIe3.0標準其實已經是10年前（2010年）制定的標準，而部分設備還在用到的PCIe2.0標準，則是在更早的2006年制定的。PCIe 2.0采用8b/10b的編碼方式，擁有2.5GT/s的信號速率，PCIe3.0的編碼方式修改為128b/130b，信號速率增長到8GT/s，而PCIe4.0則再次翻倍，達到了16GT/s。所以在帶寬方面，×16帶寬時，PCIe3.0為32GB/s，而PCIe4.0則翻倍為64GB/s。

消費級桌面處理器的CPU直連PCIe通道非常有限，以目前主流的處理器來看，Intel第十代酷睿旗艦i9 10900K只有16條直出PCIe通道，AMD第三代銳龍旗艦如銳龍9 3900X則有20條直出PCIe通道。直出通道的數量決定了與處理器高速互聯的設備數。

在Intel平臺，當這個直連處理器的PCIe×16插槽只插一塊顯卡時，可以達到PCIe3.0×16全速，但如果使用雙顯卡SLI或CFX時，就只能使用8+8通道，而三個PCIe設備連接時則只能分配為8+4+4，在有限的PCIe通道數下，多設備連接速度會有所降低，多個高性能PCIe設備連接時無法發揮全部的性能。

在Intel目前的消費級平臺上（如Z390、Z490），絕大多數情況下，直連處理器的就是主板上的第一根PCIe3.0×16插槽，而NVMe等存儲設備，使用的都是主板芯片組提供的PCIe通道，不是直連處理器的PCIe通道，在Intel平臺中，主板芯片組和CPU通信采用的是DMI總線（基于PCIe總線打造），帶寬和PCIe3.0×4一樣為8GB/s。也就是說雖然主板最高能提供24條PCIe通道，但由于和處理器的通信帶寬只有PCIe3.0×4，所以各種高速傳輸的設備同時運行時，受帶寬限制并不能真正達到全速。

AMD第三代銳龍平臺不但提供了PCIe4.0，同時還多提供4條用于NVMe的通道

在AMD第三代銳龍平臺中，首先處理器就提供了20條PCIe4.0通道，對應在B550和X570主板上，則可以直接劃分為用于顯卡的PCIe4.0×16直連和用于NVMe的PCIe4.0×4直連，在單條NVMe的情況下，存儲不必為了跑滿速而去搶占顯卡的通道。同時，AMD第三代銳龍處理器和主板（B550/X570）芯片組的通信帶寬同樣也升級到了PCIe4.0×4，可以提供16GB/s的帶寬，能更好地滿足多個高速設備同時工作的帶寬需求。

實測分析PCIe4.0高帶寬具體表現

使用Intel酷睿i9 10900K平臺，RTX 3080在3DMark的PCIe帶寬測試中成績為12.93 GB/s

使用AMD銳龍9 3900X平臺，RTX 3080在3DMark的PCIe帶寬測試中成績為26.17 GB/s

技嘉B550 AORUS MASTER，我們使用NVIDIA RTX 3080進行了PCIe 4.0的測試，并使用第三代銳龍處理器+X570主板和第十代酷睿+Z490主板進行了對比測試。從3DMark的PCIe帶寬測試來看，RTX 3080在支持PCIe 4.0的第三代銳龍處理器+X570主板上的帶寬測試達到26.17GB/s，而在僅支持PCIe3.0的第十代酷睿+Z490主板上則只有12.93GB/s的帶寬，可以很明顯地看到PCIe4.0兩倍于PCIe 3.0的帶寬。

在這一代旗艦顯卡上，PCIe4.0的高帶寬雖然在測試中很明顯，但在日常應用中，因為多方面的原因，還無法吃滿PCIe4.0的全部帶寬性能，所以就目前來看，其對顯卡的性能影響還很小，但這并不意味著PCIe4.0的高帶寬無用，因為未來顯卡的性能和帶寬需求肯定是越來越高，帶寬對旗艦顯卡的性能影響也會逐漸顯現出來。

而對玩家們影響最大，也是目前有著最直觀的感受的，那就是存儲方面帶來的性能上的直接提升。所以我們也進行了存儲方面的PCIe4.0測試。

測試平臺：

處理器：AMD銳龍9 3900X

內存：技嘉AORUS DDR4 3200 8GB×2

主板：技嘉B550 AORUS MASTER

硬盤：技嘉PCIe Gen4 1TB NVMe SSD

技嘉B550 AORUS MASTER主板對PCIe4.0 M.2插槽進行了重新規劃設計

技嘉B550 AORUS MASTER按照旗艦級的X570主板規格來打造，配備了16相直出式數字供電，每一相供電電流高達70A，這個規格已經超過了市面上大多數X570主板。存儲部分的設計是技嘉B550 AORUS MASTER一大賣點。B550原本可以提供由第三代銳龍直出的一個PCIe 4.0 ×4 M.2插槽，而技嘉B550 AORUS MASTER提供了3個PCIe 4.0 ×4 M.2插槽，都來自第三代銳龍處理器，其中兩個則是分自顯卡的PCIe 4.0 ×16通道。如此一來，技嘉B550 AORUS MASTER就可以支持3個PCIe 4.0固態硬盤組建RAID0系統。此外，技嘉B550 AORUS MASTER還配備了6層PCIe 4.0專用2盎司銅PCB，能夠充分保證信號傳輸的穩定性。

從測試來看，單塊PCIe 4.0固態硬盤在技嘉B550 AORUS MASTER上的連續讀取速度已經達到了5GB/s左右，連續寫入速度也超過了4GB/s，這個成績已經遠超PCIe 3.0頂級固態硬盤了。

由于這塊主板可以將處理器的PCIe4.0通道劃分至NVMe，從而在B550主板上實現3個PCIe4.0的M.2接口，所以我們也利用這個特性進行了PCIe4.0的RAID0測試。從測試結果來看，主板上3個PCIe 4.0 ×4 M.2插槽組建RAID0系統，連續讀寫均可突破12000MB/s，這個性能表現可以說是非常恐怖了。

那么這樣的性能表現具體能在哪些方面為我們帶來直觀的感受呢？第三代銳龍處理器在多線程性能方面的表現非常強勁，已經成為目前專業創意工作者的首選平臺，高性能的處理器搭配讀寫更快的PCIe4.0 NVMe SSD，可以極大地加快工程素材的拷貝和載入速度，明顯改善使用體驗和工作效率。

為什么這么說呢？以視頻拍攝剪輯為例，隨著佳能EOS R5的發布，8K RAW格式視頻已經正式宣布進入消費級市場，8K RAW格式下，幾秒鐘的視頻素材就已經達到按GB計算的容量，這給素材的拷貝和載入都提出了更高的要求。雖然8K視頻并不是目前的主流，但是以松下S1H和索尼A7S3為代表的視頻機所拍攝的6K和4K視頻工程需求已經越來越突出，大型工程中，這樣的素材量級依舊給拷貝和剪輯載入提出了更高的要求，在這種時候，使用PCIe4.0 NVMe能夠極大地減少素材的相互拷貝和載入時間，更方便、更好地完成以前要用多塊機械硬盤陣列才能完成的事情，極大地簡化工作流程，提高工作效率。

隨著目前主流顯卡已經全面切換到PCIe4.0，PCIe4.0只需要PCIe3.0一半的通道數即可實現相同的帶寬，所以在未來，主流設備都切換到PCIe4.0之后，通道的分配就更加方便，例如入門和中端顯卡，可以不需要再用×16的通道，因為它們對帶寬的需求相對較低，而使用×8的通道即可實現以往PCIe3.0×16的帶寬，也不會對性能有所影響，從而留出更多的通道數給其他設備使用。對于存儲系統來說，PCIe4.0×2即可實現以往PCIe3.0×4的帶寬，對于不追求性能的入門級NVMe來說，只需要用到更少的通道數即可滿足產品定位的需求，從而實現更大容量的配備，也不失為一種靈活的解決方案。

高帶寬更靈活，AMD銳龍平臺搭配PCIe4.0更高效

AMD第三代銳龍處理器將PCIe4.0帶入了消費級市場，隨著一年時間的市場培養，PCIe4.0的NVMe SSD剛上市時處于性能高/價格高的狀態，如今價格方面也已經達到了和旗艦PCIe3.0 NVMe SSD接近的程度，眾多存儲品牌也發布了更多的PCIe4.0 NVMe SSD產品。借助PCIe4.0的高帶寬，采用PCIe4.0的SSD也在速度上進一步實現了突破，三星剛發布的旗艦NVMe SSD 980Pro甚至能夠達到7000MB/s，非常恐怖，也讓我們看到了更多高速存儲的應用環境。隨著NVIDIA RTX 30系列顯卡的推出，目前市面上的主流顯卡已經全部實現了對PCIe4.0的支持，這將進一步推動PCIe4.0的發展，更好地發揮其高帶寬的優勢?？梢哉f支持PCIe4.0已經是目前的主流趨勢，在這種情況下，能夠支持PCIe4.0的AMD B550/570平臺就成為了更能戰未來且合理的選擇。