原来不只是高带宽，PCIe4.0应用场景测试分析

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PCIe规范即PCI-Express规范，一般可以翻译为外围设备的高速连接标准。它由PCI-SIG组织制定，目前其成员中有许多IT行业的顶尖公司。 PCIe规范是2003年提出的PC连接标准。PCIe通道包含两个数据通道，可以更好地保证数据接收和传输的效率。每个设备独立分配带宽，不占用总带宽。 PCIe规范一直是PC上的主流传输连接标准。

我们目前使用最广泛的PCIe 3.0 标准实际上是在10 年前（2010 年）制定的，而一些设备仍在使用的PCIe 2.0 标准则是在2006 年早些时候制定的。 PCIe 2.0 采用8b/10b 编码方式，信号速率为2.5GT/秒。 PCIe3.0的编码方式修改为128b/130b，信号速率提升至8GT/s。 PCIe4.0再次翻倍，达到16GT/s。所以在带宽方面，在16带宽下，PCIe3.0为32GB/s，而PCIe4.0则翻倍达到64GB/s。

带宽越大，吞吐量越大，意味着同一时间内可以通过的数据量也越大。就像道路越宽，同时通过的车辆就越多。体现在PCIe带宽上，即8带宽的PCIe4.0可以达到16带宽的PCIe3.0的带宽。高带宽为设备之间的传输和通信提供了更大的帮助。那么这种改进体现在哪里呢？

平台对比凸显PCIe4.0高带宽优势

我们都知道，消费类桌面处理器的CPU直接PCIe通道非常有限。从目前主流处理器来看，Intel的十代酷睿旗舰i9 10900K目前只有16条直接PCIe通道，而AMD的第三代Ryzen旗舰例如Ryzen 9 3900X则有20条直接PCIe通道。直接传出通道的数量决定了高速连接到处理器的设备数量。

在Intel平台上，当直连处理器的PCIe16插槽中仅插入一张显卡时，即可达到PCIe3.016的全速。但如果使用双显卡SLI或CFX，则只能使用8+8通道。当连接三个PCIe设备时，只能分配为8+4+4。由于PCIe通道数量有限，多个设备的连接速度会降低，连接多个高性能PCIe设备时无法发挥全部性能。

在Intel目前的消费级平台（如Z390和Z490）上，大多数情况下，处理器直接连接到主板上的第一个PCIe3.016插槽，而NVMe等存储设备使用的是提供的PCIe通道通过主板芯片组，而不是直接连接到处理器的PCIe 通道。在Intel平台中，主板芯片组和CPU使用DMI总线（基于PCIe总线）进行通信，带宽与PCIe3.04相同。 8GB/秒。也就是说，虽然主板最多可以提供24个PCIe通道，但由于与处理器的通信带宽仅为PCIe3.04，当各种高速传输设备同时运行时，无法真正达到全速。由于带宽限制而实现。

AMD第三代Ryzen平台不仅提供PCIe4.0，还为NVMe多提供4条通道

在AMD第三代Ryzen平台中，首先处理器提供了20条PCIe4.0通道。对应B550、X570主板，可以直接分为显卡的PCIe4.016直连和显卡的PCIe4.0。 NVMe的PCIe4.04直连，在单NVMe的情况下，存储不必抢占显卡通道即可全速运行。同时，AMD第三代Ryzen处理器和主板（B550/X570）芯片组的通信带宽也升级至PCIe4.04，可提供16GB/s带宽，能更好地满足多种高性能的需求。 – 同时加速设备。运行期间的带宽要求。

PCIe4.0高带宽具体性能实测分析

继去年AMD推出第三代Ryzen处理器时宣布支持PCIe4.0之后，AMD自家的RX 5700/5700XT率先在消费级平台上实现了对PCIe4.0的显卡支持。随着NVIDIA RTX 30系列显卡的推出，目前市面上所有主流显卡都实现了对PCIe4.0的支持。目前PCIe4.0的应用主要集中在显卡和NVMe SSD上。

使用Intel Core i9 10900K平台，RTX 3080在3DMark PCIe带宽测试中得分为12.93 GB/s。

使用AMD Ryzen 9 3900X平台，RTX 3080在3DMark PCIe带宽测试中得分为26.17 GB/s

我们使用NVIDIA RTX 3080进行PCIe 4.0测试，并使用第三代锐龙处理器+X570主板和十代酷睿+Z490主板进行对比测试。从3DMark的PCIe带宽测试来看，RTX 3080在第三代Ryzen处理器+上的带宽测试+上面的带宽仅为12.93GB/s。可以明显看出，PCIe4.0的带宽是PCIe 3.0的两倍。

在这一代旗舰显卡上，虽然测试中PCIe4.0的高带宽表现很明显，但在日常应用中，由于种种原因，还无法完全发挥出PCIe4.0的全部带宽性能，所以就目前而言，它对显卡性能的影响还是很小的，但这并不意味着PCIe4.0的高带宽没有用处，因为未来显卡的性能和带宽要求肯定会越来越高，而且带宽对旗舰显卡性能的影响将逐渐显现。出来。

对玩家影响最大，也是目前最直观感受的，就是存储带来的性能的直接提升。所以我们也在存储上进行了PCIe4.0测试。

测试平台：

处理器：AMD 锐龙7 3900X

内存：技嘉AORUS DDR4 3200 8GB2

主板：技嘉B550 AORUS MASTER

硬盘：技嘉PCIe Gen4 1TB NVMe SSD

本次测试我们选择了技嘉B550 AORUS MASTER和技嘉PCIe Gen4 1TB NVMe SSD的PCIe4.0测试组合。

技嘉B550 AORUS MASTER按照旗舰X570主板规格打造。配备16相直接数字电源，每相供电电流高达70A。这个规格已经超过了市面上大部分X570主板，即使搭配AMD Ryzen 9也能轻松使用3950X这样105W TDP的旗舰处理器，而且以后升级Zen3也没有压力。存储部分的设计是技嘉B550 AORUS MASTER的一大卖点。根据官方规格，B550原本可以直接提供1个PCIe 4.0 4 M.2插槽，直接来自第三代Ryzen，而技嘉B550 AORUS MASTER提供3个PCIe 4.0 4 M.2插槽，均来自第三代Ryzen处理器，其中两个是与显卡分离的PCIe 4.016通道。这样，技嘉B550 AORUS MASTER就可以支持三个PCIe 4.0固态硬盘组成RAID0系统，提供超过12,000MB/s的读写速度（约是单个高端PCIe 3.0速度的4倍） 4固态硬盘），满足极高的材质导入速度，对于专业设计应用具有很大的实用价值。此外，技嘉B550 AORUS MASTER还配备了6层PCIe 4.0专用2盎司铜PCB，可以充分保证信号传输的稳定性。

从测试来看，技嘉B550 AORUS MASTER上单块PCIe 4.0固态硬盘的连续读取速度达到了5GB/s左右，连续写入速度也超过了4GB/s。这个成绩已经远远超过了PCIe 3.0顶级固态硬盘。有很多硬盘。

由于这款主板可以将处理器的PCIe4.0通道划分为NVMe，从而在B550主板上实现三个PCIe4.0 M.2接口，因此我们也利用这一特性进行了PCIe4.0 RAID0测试。从测试结果来看，采用主板上的3条PCIe 4.04 M.2插槽组成RAID0系统，连续读写可超过12000MB/s。这样的表现可以说是非常恐怖了。

为什么这么说？以视频拍摄和编辑为例。随着佳能EOS R5的发布，8K RAW格式视频正式宣布进入消费市场。在8K RAW格式下，几秒钟的视频素材就达到了以GB计算的容量。这就给素材的复制和加载提出了更高的要求。虽然目前8K视频还不是主流，但以松下S1H、索尼A7S3为代表的摄像机拍摄的6K、4K视频项目的需求却越来越突出。在大型项目中，此类材料仍然难以复制和编辑。装载提出了更高的要求。这时，使用PCIe4.0 NVMe可以大大减少素材的相互复制和加载时间，使其更方便、更好地完成。过去可以使用多个机械硬盘阵列来完成任务。事，大大简化工作流程，提高工作效率。

那么在显卡方面，除了刚才提到的未来旗舰显卡更高的带宽要求之外，还有什么更实际的意义呢？这取决于很多方面。刚才我们提到消费级处理器的PCIe通道数量比较有限，因此在通道数量有限的情况下，单通道更高的带宽可以更好地节省通道数量。由于目前主流显卡已经全面转向PCIe4.0，这就更加实用了。

我们都知道PCIe4.0只需要PCIe3.0一半的通道数就能达到相同的带宽，所以未来主流设备转用PCIe4.0后，通道分配会更加方便，比如入门级和中档显卡。没有必要再使用16通道了，因为它们的带宽要求比较低，而使用8通道就可以达到之前PCIe3.016的带宽而不影响性能，为其他设备留出更多通道可用。对于存储系统来说，PCIe4.02可以达到之前PCIe3.04的带宽。对于不追求性能的入门级NVMe来说，只需要更少的渠道就可以满足产品定位的需求。这样可以实现更大容量的配置，这也是一种灵活的解决方案。