【評測】 AMD X570 晶片組 I/O 性能篇 – PCIe 4.0 解開架構頻寬限制


Ryzen 3000 處理器搭 X570 晶片組,可並不是只有性價比真香而已。

AMD 當前最新桌上型主流性能平台,Ryzen 3000 系列處理器與 X570 晶片組這搭檔,雙雙率先導入 PCIe 4.0 匯流排介面,現階段可提供相當於 HEDT 旗艦平台般的使用體驗。此話怎麼說呢?關鍵在於 AMD 先前、Intel 當前平台架構,處理器和晶片組之間的溝通連結管道,普遍相等於 PCIe 3.0 x4 匯流排介面,理論傳輸頻寬是 3.94GB/s。

晶片組包辦了多組 SATA 6Gb/s、USB 3.2 等 I/O 介面,同時附加不等數量的 PCIe 通道,這又可以分配給 PCIe NVMe 固態硬碟使用。晶片組所彙集這些資料流量,還得向處理器端往返傳輸,因此兩者之間的頻寬為之關鍵。這概念如同 USB Hub(集線器),即便能提供數量再多的連接埠,與系統聯結頻寬卻是僧多粥少、得共享之。

可試想 PCIe 3.0 x4 NVMe 系統開機碟、SATA 6Gb/s RAID 0(2 個固態硬碟)、USB 3.2 Gen 2 外接儲存裝置各一,這樣算不上是高階、豪華的組合,推估高負載總和流量可達 4GB/s 或以上,足以頂到關鍵樞紐的頻寬上限。姑且不論何種應用會創造出此般資料量,以目前固態硬碟普及度與價位來說,這確實不難達到亦並非極少數特例。

也因此,AMD 和 Intel 雙方的 HEDT 平台架構,都在處理器端額外加入不少數量 PCIe 通道,藉以分散、舒緩關鍵樞紐負擔壓力。有鑑於高速頻寬需求大增,AMD 在設計 Ryzen 處理器的時候,更乾脆整併提供部分 I/O 將之 SoC 化。處理器端也有幾組 USB 3.2 與 SATA 6Gb/s,若捨棄後者可以換得 PCI x4 通道,給予 PCIe NVMe 固態硬碟使用。

率先導入 PCIe 4.0 的 Ryzen 3000 與 X570 ,處理器和晶片組連結管道隨之升級成 PCIe 4.0 x4,理論頻寬相較於 PCIe 3.0 倍增到 7.88GB/s,大大舒緩了兩端頻寬瓶頸。X570 端就算安裝個 PCIe 3.0 x4 NVMe 固態硬碟、4 個 SATA 固態硬碟組建 RAID 0,更有 2 個左右的 USB 3.2 高速裝置同時運作,關鍵樞紐理論上是能承受這般瞬間最大資料量。


基於這樣的因素,才會說 Ryzen 3000 處理器暨平台,可以提供近乎 HEDT 的使用體驗。只要妥善運用處理器內建 I/O,便可以暫時無視關鍵樞紐頻寬限制,這是其當前架構佔優勢的一點。當然了,以上只是就規格來論述,哪些應用情境會產生巨量資料流,又受到頻寬限制影響的族群佔比如何,這些也都是好個問題。

接下來先進行 AMD X570 和 Intel Z390 晶片組,PCIe NVMe、SATA 6Gb/s、USB 3.2 Gen 2 介面的基準性能測試,儲存裝置皆採用固態硬碟。我們將眾多數據簡化,只列出 ATTO Disk Benchmark 與 CrystalDiskMark 兩款,4KB 單位和最高存取速度值,作為簡單快速比較兩造表現的基礎。

附帶一提,以下測試早在 7 月就已經著手進行,所使用驅動程式、主機板韌體皆為當時最新版本,因其他技術性問題、事情羈絆拖延到近日才完工。特別是對 X570 代表組而言,AMD 後續各式更新或許有改善、提升 I/O 性能,個人有點無力全部砍掉重練,只能無奈地說僅供大家參考。


測試平台

  • 處理器:AMD Ryzen 7 3700X、Intel Core i9-9900K
  • 主機板:ASUS ROG Crosshair VIII Hero(Wi-Fi)(BIOS:0702)、ASUS ROG Maximus XI Gene(BIOS:1105
  • 記憶體:GEIL EVO X DDR4-3200 8GB x 2(GEX416GB3200C16DC)
  • 系統碟:Plextor M9PeG 512GB
  • 測試碟:Kingston KC2000 1TB(PCIe 3.0 x4 NVMe)、Plextor S3C 512GB(SATA 6Gb/s)、Kingston A1000 960GB(PCIe 3.0 x2 NVMe,安裝於 Jeyi 型號  i9 Plus 外接盒)
  • 作業系統:Microsoft Windows 10 Pro 1903 64bit
  • 磁碟控制器驅動程式:AMD RAID Installer (SATA, NVMe RAID) v9.2.0.120、Inte Rapid Storage Technology Driver v17.5.0.1017

 

PCIe NVMe(含 RAID 0)

PCIe NVMe 雖然沒用上 PCIe 4.0 x4 固態硬碟,2 個 PCIe 3.0 x4  NVMe 產品組建成 RAID 0,仍然可以試探出瓶頸限制。單碟測試就細部數據來說,代表組兩相比較互有擅長,雖然變數眾多一時間難以釐清,大抵來說雙方都算理想。至於組建成 RAID 0 時,X570 最佳速度出現在 CrystalDiskMark,Seq Q32T1 項目讀取達 6458.8MB/s。反觀顯然受制於關鍵樞紐頻寬的 Z390,整體讀取相較於單碟提升有限,最大代表值 CrystalDiskMark 只測得 3255.4MB/s,其效益是在於寫入增進了 500MB/s 左右。

PCIe NVMe:ATTO Disk Benchmark – QD8、64MBReadWriteX570Z390X570 – RAID 0Z390 – RAID 001,0002,0003,0004,0005,000單位:MB/s(數值越高越好)
City Read Write
X570 2,310 2,000
Z390 2,820 2,090
X570 – RAID 0 4,160 3,660
Z390 – RAID 0 2,903 2,680

 

PCIe NVMe:ATTO Disk Benchmark – QD8、4KBReadWriteX570Z390X570 – RAID 0Z390 – RAID 00200400600800單位:MB/s(數值越高越好)
City Read Write
X570 409.39 392.79
Z390 613.11 564.73
X570 – RAID 0 389.86 374.69
Z390 – RAID 0 705.95 626.78

 

PCIe NVMe:CrystalDiskMark – Seq Q32T1ReadWriteX570Z390X570 – RAID 0Z390 – RAID 002,0004,0006,0008,000單位:MB/s(數值越高越好)
City Read Write
X570 3,232.3 2,335
Z390 3,245.7 2,284.2
X570 – RAID 0 6,458.8 4,226.6
Z390 – RAID 0 3,255.4 2,737.7

 

PCIe NVMe:CrystalDiskMark – 4KiB Q32T1ReadWriteX570Z390X570 – RAID 0Z390 – RAID 00100200300400500600單位:MB/s(數值越高越好)
City Read Write
X570 548.7 485.8
Z390 458.7 401.2
X570 – RAID 0 506.8 407.2
Z390 – RAID 0 534.4 471.9

 

SATA 6Gb/s(含 RAID 0)

SATA 6Gb/s 是相當成熟的傳輸介面了,坦白說 AMD 過去委外的 X370、X470 等晶片組,表現是不如 Intel 同時期產品那樣理想。雖然 X570 換自己來操刀,但 IP 會不會又來自相同合作夥伴,這也是有趣的一個問題。無論如何,這年頭 SATA 6Gb/s 磁碟控制器的性能可能不大有人在意了,那我們也簡單給個總評,Z390 表現是優於 X570 一些。


SATA 6Gb/s:ATTO Disk Benchmark – QD8、64MBReadWriteX570Z390X570 – RAID 0Z390 – RAID 002004006008001,0001,200單位:MB/s(數值越高越好)
City Read Write
X570 503.94 302.7
Z390 534.35 418.89
X570 – RAID 0 1,010.53 877.09
Z390 – RAID 0 1,002 984.62

 

SATA 6Gb/s:ATTO Disk Benchmark – QD8、4KBReadWriteX570Z390X570 – RAID 0Z390 – RAID 00200400600800單位:MB/s(數值越高越好)
City Read Write
X570 236.92 169.15
Z390 299.2 270.65
X570 – RAID 0 478.27 455.81
Z390 – RAID 0 631.66 304.83

 

SATA 6Gbs:CrystalDiskMark – Seq Q32T1ReadWriteX570Z390X570 – RAID 0Z390 – RAID 002004006008001,0001,200單位:MB/s(數值越高越好)
City Read Write
X570 506.3 437.3
Z390 562.9 511
X570 – RAID 0 1,047.8 884.4
Z390 – RAID 0 1,115.7 1,040.9

 

SATA 6Gbs:CrystalDiskMark – 4KiB Q32T1ReadWriteX570Z390X570 – RAID 0Z390 – RAID 0050100150200250300單位:MB/s(數值越高越好)
City Read Write
X570 158.9 126.1
Z390 288.1 269
X570 – RAID 0 167.4 155.9
Z390 – RAID 0 297.8 274.5

 

USB 3.1 Gen 2 外接盒

接下來的 USB 3.2 Gen 2,測試結果看來也是無須多說,Z390 同樣略勝一籌,該歸功於 Intel 或主機板調校差異使然,就姑且先不管了。總而言之,Z390 測得最高速度出現在 ATTO Disk Benchmark,達到讀取 1019.47MB/s、寫入 916.33MB/s,X570 則是在 CrystalDiskMark Seq Q32T1 跑出讀取 936.3MB/s、寫入 875.5MB/s 速度。

USB 3.2 Gen 2:ATTO Disk BenchmarkReadWriteX570 – 4KZ390 – 4KX570 – 64MBZ390 – 64MB02004006008001,0001,200單位:MB/s(數值越高越好)
City Read Write
X570 – 4K 155.93 217.82
Z390 – 4K 162.75 243.15
X570 – 64MB 935.91 862.32
Z390 – 64MB 1,019.47 916.33

 

USB 3.2 Gen 2:CrystalDiskMarkReadWriteX570 – 4KiB Q1T1Z390 – 4KiB Q1T1X570 – Seq Q32T1Z390 – Seq Q32T102004006008001,000單位:MB/s(數值越高越好)
City Read Write
X570 – 4KiB Q1T1 32.28 50.05
Z390 – 4KiB Q1T1 23.06 50.6
X570 – Seq Q32T1 936.3 875.5
Z390 – Seq Q32T1 986.1 943.8

 

PCIe NVMe RAID 0、SATA RAID 0、USB 3.2 Gen 2 同步測試

接下來,我們讓這些裝置進行幾種同步測試組合,藉以進一步觀察關鍵樞紐的限制。這邊只以 CrystalDiskMark 進行,並取 Seq Q32T1 作為代表,畢竟重點是在於衝高資料流量。這些 PCIe NVMe RAID 0、SATA RAID 0、USB 3.2 Gen 2 同時測試時,理論流量總和超過 8GB/s(取 X570 單獨測試結果來推算),得留意這也超過了 PCIe 4.0 x4 理論頻寬。

X570 合理的也出現頻寬共享、拉扯效應,尤以 PCIe NVMe RAID 0 速度驟降近乎腰斬為最多,但 SATA RAID 0 與 USB 3.2 Gen 2 只降了些許,其總和值達到 4.6GB/s 以上。反觀 Z390 部分,是 PCIe NVMe RAID 0 與 SATA RAID 0 速度明顯降了,總和值約為 3.5GB/s 以上,挺接近其 PCIe 3.0 x4 關鍵樞紐的極限。

PCIe NVMe + SATA + USB 3.2 Gen2:CrystalDiskMark – Seq Q32T1ReadWriteX570 -PCIe NVMeRAID 0Z390 -PCIe NVMeRAID 0X570 -SATA RAID0Z390 -SATA RAID0X570 – USB3.2 Gen 2Z390 – USB3.2 Gen 201,0002,0003,0004,000單位:MB/s(數值越高越好)
City Read Write
X570 – PCIe NVMe RAID 0 2,804.8 3,186.8
Z390 – PCIe NVMe RAID 0 1,987 2,215.3
X570 – SATA RAID 0 1,002.9 821.1
Z390 – SATA RAID 0 687.7 1,001.6
X570 – USB 3.2 Gen 2 892.7 816
Z390 – USB 3.2 Gen 2 878.5 630.9

 

再來是當 PCIe NVMe RAID 0 和 SATA RAID 0 一起跑,X570 的 PCIe NVMe RAID 0 很明顯還是受到拉扯,SATA RAID 0 則和單獨測試相差不多,總和值達到 4.5GB/s 以上。Z390 則是皆有受到影響,其總和值是在 3.2GB/s 之上,倒也離關鍵樞紐極限不多。

PCIe NVMe + SATA:CrystalDiskMark – Seq Q32T1ReadWriteX570 – PCIe NVMeRAID 0Z390 – PCIeNVMe RAID 0X570 – SATA RAID0Z390 – SATA RAID001,0002,0003,0004,000單位:MB/s(數值越高越好)
City Read Write
X570 – PCIe NVMe RAID 0 3,580.9 3,688.6
Z390 – PCIe NVMe RAID 0 2,622.7 2,441.7
X570 – SATA RAID 0 1,013.3 912.7
Z390 – SATA RAID 0 777.7 571.7

 

接著讓 PCIe NVMe RAID 0 與 USB 3.2 Gen 2 同時跑,變化稍微有趣些了,X570 的 PCIe NVMe RAID 0 讀取速度只降到 5590MB/s 左右,USB 3.2 Gen 2 近乎可以正常誤差來解釋為沒什麼變動,因此總和值有 6.5GB/s 以上。而 Z390 是 PCIe NVMe RAID 0 降速較多,總和值約 3.2GB/s 以上,這結果和前一個回合相彷。

PCIe NVMe + USB 3.2 Gen 2:CrystalDiskMark – Seq Q32T1ReadWriteX570 – PCIe NVMeRAID 0Z390 – PCIeNVMe RAID 0X570 – USB 3.2Gen 2Z390 – USB 3.2Gen 201,0002,0003,0004,0005,0006,000單位:MB/s(數值越高越好)
City Read Write
X570 – PCIe NVMe RAID 0 5,590.7 3,663
Z390 – PCIe NVMe RAID 0 2,367.9 2,239.5
X570 – USB 3.2 Gen 2 931.6 871.3
Z390 – USB 3.2 Gen 2 850.5 634.4

 

最後是 SATA RAID 0 與 USB 3.2 Gen 2 同時測試,此時不再有關鍵樞紐極限問題,所以跑出來跟單獨測試相當接近。這部分得以認定為正常測試誤差,所以就無需多家贅述了,所有測試也到此告一個段落。

SATA + USB 3.2 Gen 2:CrystalDiskMark – Seq Q32T1ReadWriteX570 – SATA RAID0Z390 – SATA RAID0X570 – USB 3.2Gen 2Z390 – USB 3.2Gen 202004006008001,0001,200單位:MB/s(數值越高越好)
City Read Write
X570 – SATA RAID 0 1,057.4 865.9
Z390 – SATA RAID 0 1,114.7 1,040.5
X570 – USB 3.2 Gen 2 944.8 882.6
Z390 – USB 3.2 Gen 2 988.4 948.5

 

這簡單甚至可能被視為瞎搞的測試,多少還是能看出處理器與晶片組之間,溝通連結管道頻寬的重要性。至於就普羅大眾應用而言,遭遇瓶頸的機率會是如何,缺乏大數據佐證所以不好胡謅些什麼。總之,Ryzen 3000 處理器搭 X570 晶片組,也許還有些許進步、改善空間,但可以快樂使用個幾年,這點很明確是無庸置疑。

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