PCI-Schnittstelle in einem Computer: Typen und Zweck. Ein Foto

Derzeit gibt es auf dem Gebiet der komplexen Elektronik eine aktive und schnelle Einführung neuer Technologien, wodurch einige Komponenten des Systems möglicherweise veraltet sind und nicht aktualisiert werden können usw.

Diesbezüglich ist es notwendig, verschiedene Add-Ons an sie anzuschließen und für die häufig bestimmte Adapter erforderlich sind.

In diesem Artikel werden wir uns den PCI-E-PCI-Adapter ansehen, wie er funktioniert und welche Funktionen er hat.

Definition

Was ist dieses Gerät und wozu dient es? Genau genommen ist dies ein Ein- und Ausgangsbus, der mit einem Personal Computer verbunden ist.

An diesen Bus selbst, also an den Adapter, können Sie eine bestimmte (je nach Konfiguration unterschiedliche) Anzahl externer Peripheriegeräte anschließen.

Eine serielle Verbindung verbindet diese Peripheriegeräte mit einem Computer.

Das Hauptmerkmal eines solchen Geräts ist sein Durchsatz.

Sie ist es, die (im allgemeinen Fall) die Qualität der Arbeit, ihre Geschwindigkeit und die Geschwindigkeit des Computers und der damit verbundenen Elemente charakterisiert.

Die Durchsatzkennlinie wird in der Anzahl der Verbindungsleitungen (von 1 bis 32) ausgedrückt.

Abhängig von dieser Grundeigenschaft kann auch der Preis dieses Gerätes stark variieren. Das heißt, je besser diese Eigenschaft ist (der Indikator ist höher), desto höher sind die Kosten für ein solches Gerät. Darüber hinaus hängt viel vom Status des Herstellers, der Zuverlässigkeit der Ausrüstung und ihrer Haltbarkeit ab. Im Durchschnitt beginnt der Preis bei 250-500 Rubel (für asiatische Produkte mit geringer Bandbreite) bis zu 2000 Rubel (für europäische und japanische Geräte mit hoher Bandbreite).

Technische Eigenschaften

Aus technischer Sicht ein solches Gerät hat drei Komponenten:

Oben wurde über die außergewöhnliche Bedeutung der Bandbreite des Geräts für seine normale Funktion geschrieben.

Was ist Durchsatz? Um diese Frage zu beantworten, müssen Sie das Funktionsprinzip eines solchen Adapters verstehen.

Es ist zu einer gleichzeitigen bidirektionalen (Karte-zu-Peripherie und Peripherie-zu-Karte) Geräteverbindung fähig.

Die Datenübertragung kann dabei sowohl über eine als auch über mehrere Leitungen erfolgen.

Je mehr solcher Leitungen, desto stabiler arbeitet das Gerät, desto höher ist seine Bandbreite und desto schneller wird die Peripherie.

Wichtig! Je nach Anzahl der Leitungen kann das Gerät unterschiedliche Konfigurationen haben: x1, x2, x4, x8, x12, x16, x32. Die Zahl zeigt direkt die Anzahl der Bahnen für die gleichzeitige Übertragung von Informationen in beide Richtungen. Jeder dieser Streifen besteht aus zwei Adernpaaren (zur Übertragung in zwei Richtungen).

Wie aus der Beschreibung ersichtlich ist, wirkt sich diese Konfiguration erheblich auf die Kosten der Vorrichtung aus.

Aber welche praktische Bedeutung hat es, macht es wirklich Sinn, beim Kauf eines Geräts mehr auszugeben?

Es hängt direkt davon ab, wie viele Sie an das Motherboard anschließen möchten – je mehr es gibt, desto mehr Bandbreite benötigt das Gerät, um den Computer stabil zu halten.

Verschlüsselung

Bei einem solchen System der Informationsübertragung wird ein spezielles System verwendet, um es vor Verzerrung und Verlust zu schützen.

Diese Schutzmethode wird mit 8V/10V bezeichnet.

Der Punkt ist, dass, um die 8 Bits der notwendigen Informationen zu übertragen, zusätzlich 2 Dienstbits verwendet werden müssen, um Sicherheit und Schutz vor Verzerrungen zu implementieren.

Bei Verwendung eines solchen Adapters werden ständig 20 % der Serviceinformationen an den Rechner übertragen, der keine Last trägt und vom Benutzer nicht benötigt wird. Aber sie ist es, die, obwohl sie (allerdings sehr leicht) lädt, die Stabilität des Busses und der Peripheriegeräte gewährleistet.

Geschichte

In den frühen 2000er Jahren wurde der AGP-Erweiterungssteckplatz aktiv genutzt, mit dessen Hilfe .

Irgendwann war jedoch die maximal technisch mögliche Leistung erreicht und es wurde notwendig, einen neuen Adaptertyp zu entwickeln.

Und bald erschien PCI-E - es war 2002.

Sofort bestand Bedarf an einem Adapter, mit dem man neue Grafiklösungen in einen veralteten Erweiterungsslot einbauen kann oder umgekehrt.

Daher haben viele Entwickler und Hersteller im Jahr 2002 begonnen, einen solchen Adapter ernsthaft zu entwickeln.

Zu dieser Zeit hatte das Gerät eine wichtige Eigenschaft – die Möglichkeit, einen PC mit minimalen Ausgaben aufzurüsten, denn anstatt das Motherboard zu ersetzen, reichte ein relativ günstiger Adapter.

Die Entwicklung war jedoch nicht erfolgreich, da sie damals fast genauso viel kosteten wie die ersten Adapter und es daher notwendig wurde, eine einfachere Adapterkonfiguration zu entwickeln.

Interessanterweise haben die Hersteller auch den Durchsatz solcher Geräte konsequent erhöht. Wenn es für die ersten Konfigurationen nicht mehr als 8 Gbit / s waren, dann waren es für die zweite bereits 16 Gbit / s und für die dritte - 64 Gbit / s. Damit wurde den steigenden Belastungen durch die Modernisierung von Peripheriegeräten Rechnung getragen.

Gleichzeitig sind Slots mit unterschiedlichen Übertragungsraten mit allen Geräten einer niedrigeren "Geschwindigkeits" -Stufe kompatibel.

Das heißt, wenn Sie eine Grafikplattform der zweiten oder ersten Generation an den Steckplatz der dritten Generation anschließen, wechselt der Steckplatz automatisch in einen anderen Geschwindigkeitsmodus, der dem angeschlossenen Gerät entspricht.

Unterschiede zwischen PCI und PCI-E

Was sind die spezifischen Unterschiede zwischen diesen beiden Konfigurationen?

Hinsichtlich seiner technischen und betrieblichen Eigenschaften ähnelt PCI AGP, während PCI-E eine grundlegende Neuentwicklung darstellt.

Während PCI eine parallele Informationsübertragung bietet, ist PCI-E seriell, wodurch auch bei Verwendung eines Adapters eine deutlich höhere Informationsübertragungsrate und -leistung erreicht wird.

Warum wird es benötigt?

Warum braucht man so einen Adapter und wofür kann man ihn verwenden, geht man auch ohne?

Es muss verstanden werden, dass die meisten Benutzer auf diese Ausrüstung verzichten, da sie selbst bei alten, stark beanspruchten Computern nicht erforderlich ist.

Dies ist eine zusätzliche Ausrüstung, die in einigen Fällen die Funktionalität Ihres PCs verbessert, auf die ein normaler Benutzer jedoch verzichten kann.

Tatsächlich bietet die Verwendung eines solchen Adapters nur einen Hauptvorteil - die Möglichkeit, eine bestimmte Anzahl von Peripheriegeräten an die Speicherkarte anzuschließen, während es unmöglich ist, so viele davon direkt anzuschließen. Auf diese Weise können Sie beispielsweise ein diskretes Video oder zusätzlich zum Hauptvideo anschließen.

Ein ziemlich praktisches Feature kann auch das gleichzeitige schnelle Herunterfahren aller Peripheriegeräte sein, falls dies erforderlich ist.

Zum Beispiel in dem Fall, wenn die Computerleistung nachlässt oder aus anderen Gründen. In diesem Fall muss der Benutzer Komponenten nicht lange programmgesteuert deaktivieren.

Nachteile und mögliche Probleme

Es gibt eine Reihe von erheblichen Nachteilen dieser Vorrichtungen und Probleme, die sie während des Betriebs verursachen können.

Am häufigsten treten folgende Schwierigkeiten auf:

• Das Gerät ist ziemlich groß, weil es nicht immer in Miniaturgeräte passt;
• Der zweite Punkt folgt automatisch aus dem ersten Punkt - der Adapter ist nicht für die Arbeit mit Laptops ausgelegt;
• Ein stabiler Betrieb vieler Geräte ist nur in Kombination mit Low-Profile-Karten möglich;
• Es besteht immer die Möglichkeit eines Fehlers, einer Software- oder technischen (geringfügigen) Inkompatibilität des Geräts mit dem Motherboard Ihres PCs (alles wird durch die Tatsache erschwert, dass die meisten dieser Geräte als universell deklariert werden, obwohl sie tatsächlich mit vielen weniger stabil arbeiten als mit anderen);
• Einige Mengen an PC-RAM sind aufgrund von ständig belegt.

Wenn es notwendig ist, eine Verbindung zum Motherboard herzustellen zusätzliche Geräte, dann ist es sinnvoll, diese Methode auszuprobieren. Sie müssen jedoch bedenken, dass ein normaler stabiler Betrieb nur mit einem hochwertigen und produktiven Motherboard und Peripheriegerät möglich ist.

In der Vergangenheit interessierte sich der Mainstream-Verbraucher hauptsächlich für zwei Arten von SSDs: entweder High-Speed-Premium-Modelle wie die Samsung 850 PRO oder preiswerte Angebote wie die Crucial BX100 oder SanDisk Ultra II. Das heißt, die Segmentierung des SSD-Marktes war extrem schwach, und obwohl sich der Wettbewerb zwischen den Herstellern in den Bereichen Leistung und Preis entfaltete, blieb die Lücke zwischen Top-End- und Low-End-Lösungen ziemlich gering. Dieser Sachverhalt lag unter anderem daran, dass die SSD-Technologie selbst das Benutzererlebnis mit einem Computer deutlich verbessert und daher Implementierungsprobleme für viele in den Hintergrund treten. Aus dem gleichen Grund wurden Consumer-SSDs in die alte Infrastruktur integriert, die sich zunächst auf mechanische Festplatten konzentrierte. Dies erleichterte ihre Implementierung erheblich, schloss die SSD jedoch in einem recht engen Rahmen, was in vielerlei Hinsicht sowohl das Wachstum des Durchsatzes als auch die Verringerung der Latenz des Disk-Subsystems behindert.

Aber bis zu einer gewissen Zeit passte dieser Zustand allen. Die SSD-Technologie war neu, und Benutzer, die auf SSDs umstiegen, waren mit ihrem Kauf zufrieden, obwohl sie im Wesentlichen Produkte erhielten, die nicht wirklich ihre beste Leistung erbrachten, und ihre Leistung durch künstliche Barrieren behindert wurde. Bis heute kann SSD jedoch vielleicht schon als echter Mainstream angesehen werden. Jeder anständige Besitzer eines Personal Computers, wenn er nicht mindestens eine SSD in seinem System hat, ist sehr ernsthaft damit beschäftigt, sie in naher Zukunft zu erwerben. Und unter diesen Bedingungen sind die Hersteller gezwungen, darüber nachzudenken, endlich einen vollwertigen Wettbewerb einzusetzen: alle Barrieren zu beseitigen und breitere Produktlinien zu produzieren, die sich in ihren vorgeschlagenen Eigenschaften grundlegend unterscheiden. Glücklicherweise wurde dafür der gesamte notwendige Boden bereitet, und zunächst einmal haben die meisten SSD-Entwickler den Wunsch und die Möglichkeit, mit der Veröffentlichung von Produkten zu beginnen, die nicht über eine veraltete SATA-Schnittstelle, sondern über einen viel effizienteren PCI-Express-Bus funktionieren.

Da die SATA-Bandbreite auf 6 Gb/s begrenzt ist, übersteigt die maximale Geschwindigkeit der Flaggschiff-SATA-SSDs 500 MB/s nicht. Allerdings können die Flash-basierten Laufwerke von heute noch viel mehr: Schließlich haben sie, wenn man genau darüber nachdenkt, mehr mit Systemspeicher gemeinsam als mit mechanischen Festplatten. Der PCI-Express-Bus wird jetzt aktiv als Transportschicht beim Anschluss von Grafikkarten und anderen zusätzlichen Controllern verwendet, die einen Hobenötigen, wie z. B. Thunderbolt. Eine PCI-Express-Gen-2-Lane liefert bis zu 500 MB/s Bandbreite, während eine PCI-Express-3.0-Lane Geschwindigkeiten von bis zu 985 MB/s erreichen kann. Somit kann eine in einem PCIe x4-Steckplatz (mit vier Lanes) installierte Schnittstellenkarte Daten mit Geschwindigkeiten von bis zu 2 GB / s bei PCI Express 2.0 und bis zu fast 4 GB / s bei Verwendung von PCI Express der dritten Generation austauschen. Dies sind hervorragende Indikatoren, die für moderne Solid-State-Laufwerke durchaus geeignet sind.

Aus dem Gesagten folgt natürlich, dass neben SATA-SSDs auch Highspeed-Laufwerke mit PCI-Express-Bus nach und nach Verbreitung am Markt finden sollten. Und es passiert wirklich. Im Handel finden Sie verschiedene Modelle von Verbraucher-SSDs führender Hersteller in Form von Erweiterungskarten oder M.2-Karten, die verschiedene Varianten des PCI Express-Busses verwenden. Wir haben uns entschieden, sie zusammenzustellen und sie in Bezug auf Leistung und andere Parameter zu vergleichen.

Testteilnehmer

Intel-SSD 750 400 GB

Im SSD-Markt verfolgt Intel eine eher unkonventionelle Strategie und schenkt der Entwicklung von SSDs für das Consumer-Segment keine allzu große Aufmerksamkeit, sondern konzentriert sich auf Server-Produkte. Uninteressant werden seine Vorschläge aber nicht, gerade wenn es um ein Solid-State-Drive für den PCI-Express-Bus geht. In diesem Fall entschied sich Intel, seine fortschrittlichste Serverplattform für den Einsatz in einer Hochleistungs-Client-SSD anzupassen. So entstand die Intel SSD 750 400 GB, die nicht nur beeindruckende Leistungsmerkmale und eine Reihe von Server-Level-Technologien erhielt, die für die Zuverlässigkeit verantwortlich sind, sondern auch Unterstützung für die neumodische NVMe-Schnittstelle, zu der ein paar Worte gesagt werden sollten separat.

Wenn wir über konkrete Verbesserungen von NVMe sprechen, dann verdient vor allem die Senkung der Overhead-Kosten Erwähnung. Beispielsweise erfordert die Übertragung der typischsten 4-Kilobyte-Blöcke im neuen Protokoll nur einen Befehl statt zwei. Und der gesamte Satz an Steuerbefehlen wurde so stark vereinfacht, dass deren Abarbeitung auf Treiberebene die Prozessorlast und die daraus resultierenden Verzögerungen um mindestens die Hälfte reduziert. Die zweite wichtige Neuerung ist die Unterstützung von Deep Pipelining und Multitasking, die in der Möglichkeit besteht, mehrere Request-Queues parallel zu erstellen, anstatt der bisher bestehenden Single-Queue für 32 Befehle. Das NVMe-Schnittstellenprotokoll kann bis zu 65536 Warteschlangen bedienen, von denen jede bis zu 65536 Befehle enthalten kann. Tatsächlich werden alle Einschränkungen beseitigt, und dies ist sehr wichtig für Serverumgebungen, in denen dem Festplattensubsystem eine große Menge gleichzeitiger E / A-Operationen zugewiesen werden kann.

Aber trotz der Arbeit über die NVMe-Schnittstelle ist die Intel SSD 750 immer noch kein Server, sondern ein Consumer-Laufwerk. Ja, fast dieselbe Hardwareplattform wie in diesem Laufwerk wird in den SSDs der Serverklasse Intel DC P3500, P3600 und P3700 verwendet, aber die Intel SSD 750 verwendet ein billigeres gewöhnliches MLC-NAND, und außerdem ist die Firmware modifiziert. Der Hersteller glaubt, dass das resultierende Produkt dank dieser Änderungen Enthusiasten ansprechen wird, da es hohe Leistung, eine grundlegend neue NVMe-Schnittstelle und nicht allzu einschüchternde Kosten kombiniert.

Die Intel SSD 750 ist eine halbhohe PCIe x4-Karte, die vier 3.0-Lanes verwenden und sequentielle Übertragungsraten von bis zu 2,4 GB/s und zufällige Operationen von bis zu 440.000 IOPS erreichen kann. Zwar ist die umfangreichste Modifikation mit 1,2 TB die produktivste, während die 400-GB-Version, die wir zum Testen erhalten haben, etwas langsamer ist.

Die Antriebsplatine ist vollständig mit Panzerung bedeckt. Auf der Vorderseite ist dies ein Aluminiumheizkörper und auf der Rückseite befindet sich eine dekorative Metallplatte, die tatsächlich nicht mit den Mikroschaltkreisen in Kontakt kommt. Zu beachten ist, dass hier der Einsatz eines Radiators zwingend erforderlich ist. Der Hauptcontroller der Intel SSD erzeugt viel Wärme, und bei hoher Last kann sich selbst ein mit einer solchen Kühlung ausgestattetes Laufwerk auf Temperaturen in der Größenordnung von 50-55 Grad erwärmen. Doch dank der vorinstallierten Kühlung ist von Throttling nichts zu spüren – die Leistung bleibt auch bei kontinuierlicher und intensiver Nutzung konstant.

Die Intel SSD 750 basiert auf dem Server-Level-Controller Intel CH29AE41AB0, der mit einer Frequenz von 400 MHz arbeitet und über achtzehn (!) Kanäle zum Anschluss von Flash-Speicher verfügt. Bedenkt man, dass die meisten Consumer-SSD-Controller entweder über acht oder vier Kanäle verfügen, wird deutlich, dass die Intel SSD 750 tatsächlich deutlich mehr Daten über den Bus pumpen kann als herkömmliche SSD-Modelle.

Was den verwendeten Flash-Speicher betrifft, so ist die Intel SSD 750 in diesem Bereich nicht innovativ. Es basiert auf dem üblichen von Intel hergestellten MLC-NAND, das gemäß der 20-nm-Prozesstechnologie veröffentlicht wurde und über Kerne mit 64 und 128 Gb verfügt. Es sollte beachtet werden, dass die meisten anderen SSD-Hersteller solche Speicher schon vor langer Zeit aufgegeben haben und auf Chips umgestiegen sind, die nach dünneren Standards hergestellt wurden. Und Intel selbst hat damit begonnen, nicht nur seine Consumer-, sondern auch Server-Laufwerke auf 16-nm-Speicher umzustellen. Trotz alledem nutzt die Intel SSD 750 älteren Speicher, der vermeintlich über mehr Ressourcen verfügt.

Die Server-Herkunft der Intel SSD 750 lässt sich auch daran ablesen, dass die gesamte Flash-Speicherkapazität dieser SSD 480 GiB beträgt, wovon nur etwa 78 Prozent dem Nutzer zur Verfügung stehen. Der Rest wird dem Ersatzfonds, der Garbage Collection und den Datenschutztechnologien zugewiesen. Die Intel SSD 750 implementiert das traditionelle Flaggschiff-RAID-5-ähnliche Schema auf der Ebene von MLC-NAND-Chips, mit dem Sie Daten erfolgreich wiederherstellen können, selbst wenn einer der Chips vollständig ausfällt. Darüber hinaus bietet die Intel SSD vollständigen Datenschutz vor Stromausfällen. Die Intel SSD 750 verfügt über zwei Elkos, deren Kapazität für ein regelmäßiges Herunterfahren des Laufwerks im Offline-Modus ausreicht.

Kingston HyperX Predator 480 GB

Kingston HyperX Predator ist im Vergleich zur Intel SSD 750 eine viel traditionellere Lösung. Erstens funktioniert es über das AHCI-Protokoll, nicht über NVMe, und zweitens benötigt diese SSD den gebräuchlicheren PCI Express 2.0-Bus, um sich mit dem System zu verbinden. All dies macht die Kingston-Version etwas langsamer - Spitzengeschwindigkeiten für sequentielle Operationen überschreiten nicht 1400 MB / s und zufällig - 160.000 IOPS. HyperX Predator stellt jedoch keine besonderen Anforderungen an das System - es ist mit allen kompatibel, auch mit alten Plattformen.

Dazu kommt, dass der Antrieb nicht ganz einfach aus zwei Komponenten aufgebaut ist. Die SSD selbst ist eine Platine im M.2-Formfaktor, die durch einen PCI-Express-Adapter ergänzt wird, mit dem Sie M.2-Laufwerke über normale PCIe-Steckplätze in voller Größe anschließen können. Der Adapter ist in Form einer halbhohen PCIe x4-Karte ausgeführt, die alle vier PCI-Express-Lanes verwendet. Dank dieser Bauweise verkauft Kingston seinen HyperX Predator in zwei Versionen: als PCIe-SSD für Desktops und als M.2-Laufwerk für mobile Systeme (in diesem Fall ist ein Adapter nicht im Lieferumfang enthalten).

Kingston HyperX Predator basiert auf dem Marvell Altaplus Controller (88SS9293), der einerseits vier PCI-Express-2.0-Lanes unterstützt und andererseits über acht Kanäle zum Anschluss von Flash-Speicher verfügt. Dies ist Marvells bisher schnellster PCI-Express-SSD-Controller in Massenproduktion. Allerdings wird Marvell bald schnellere Nachfolger mit Unterstützung für NVMe und PCI Express 3.0 haben, die der Altaplus-Chip nicht hat.

Da Kingston selbst weder Controller noch Speicher herstellt und seine SSDs aus der von anderen Herstellern zugekauften Elementbasis zusammensetzt, ist es nicht verwunderlich, dass die HyperX Predator PCIe-SSD nicht nur auf einem Drittanbieter-Controller basiert, sondern auch auf 128 -Gigabit-19-nm-MLC-NAND-Chips von Toshiba. Ein solcher Speicher hat einen niedrigen Anschaffungspreis und wird mittlerweile in vielen Produkten von Kingston (und anderen Firmen) und vor allem in Consumer-Modellen verbaut.

Die Verwendung eines solchen Speichers hat jedoch ein Paradoxon geschaffen: Trotz der Tatsache, dass die Kingston HyperX Predator PCIe SSD gemäß ihrer formalen Positionierung ein Premiumprodukt ist, hat sie nur eine dreijährige Garantie und die angegebene Mean Time Between Failures ist viel weniger als die der Flaggschiff-SATA-SSDs anderer Hersteller.

Auch in Kingston HyperX Predator sind keine speziellen Datenschutztechnologien vorgesehen. Aber das Laufwerk hat einen relativ großen Bereich, der vor den Augen des Benutzers verborgen ist, dessen Größe 13 Prozent der Gesamtkapazität des Laufwerks ausmacht. Der darin enthaltene Ersatz-Flash-Speicher dient der Garbage-Collection und dem Wear-Leveling, wird aber hauptsächlich zum Ersetzen ausgefallener Speicherzellen verwendet.

Es bleibt nur hinzuzufügen, dass das HyperX Predator-Design keine speziellen Mittel zum Abführen von Wärme aus dem Controller bietet. Im Gegensatz zu den meisten anderen Hochleistungslösungen hat dieses Laufwerk keinen Kühlkörper. Allerdings ist diese SSD überhaupt nicht anfällig für Überhitzung – ihre maximale Wärmeabgabe beträgt nur etwas mehr als 8 Watt.

OCZ Revodrive 350 480GB

Die OCZ Revodrive 350 ist zu Recht eine der ältesten Consumer-PCI-Express-SSDs. Damals, als kein anderer Hersteller auch nur daran dachte, eine Client-PCIe-SSD herauszubringen, hatte OCZ das RevoDrive 3 (X2) in seiner Produktpalette, den Prototypen des modernen Revodrive 350. Die anhaltenden Wurzeln des OCZ-PCIe-Laufwerks machen es jedoch etwas seltsam Vorschlag vor dem Hintergrund aktueller Wettbewerber. Während die meisten Hersteller von Hochleistungs-PC-Laufwerken moderne Controller mit nativer Unterstützung für den PCI-Express-Bus verwenden, hat das Revodrive 350 eine sehr komplizierte und eindeutig suboptimale Architektur. Es basiert auf zwei oder vier (je nach Volume) SandForce SF-2200 Controllern, die in einem Zero-Level-RAID-Verbund zusammengebaut sind.

Wenn wir über das 480-GB-Modell OCZ Revodrive 350 sprechen, das an diesem Test teilgenommen hat, dann basiert es tatsächlich auf vier SATA-SSDs mit einer Kapazität von jeweils 120 GB, von denen jede auf einem eigenen SF-2282-Chip (einem analogen des weit verbreiteten SF-2281). Dann werden diese Elemente zu einem einzigen Vier-Komponenten-RAID-0-Array kombiniert. Allerdings kommt hierfür ein nicht ganz bekannter RAID-Controller zum Einsatz, sondern ein proprietärer Virtualisierungsprozessor (VCA 2.0) OCZ ICT-0262. Es ist jedoch sehr wahrscheinlich, dass sich hinter diesem Namen ein gedrehter Marvell 88SE9548-Chip verbirgt, bei dem es sich um einen SAS / SATA 6 Gb / s-RAID-Controller mit vier Ports und einer PCI Express 2.0 x8-Schnittstelle handelt. Trotzdem haben die OCZ-Ingenieure ihre eigene Firmware und Treiber für diesen Controller geschrieben.

Die Einzigartigkeit der Softwarekomponente von RevoDrive 350 liegt darin, dass sie kein ganz klassisches RAID 0 implementiert, sondern eine Art davon mit interaktivem Load-Balancing. Anstatt den Datenstrom in Blöcke fester Größe aufzuteilen und sequentiell an verschiedene SF-2282-Controller zu übertragen, beinhaltet die VCA 2.0-Technologie die Analyse und flexible Umverteilung von I/O-Operationen in Abhängigkeit von der aktuellen Belegung der Flash-Speicher-Controller. Daher sieht das RevoDrive 350 für den Benutzer wie ein Solid State Drive aus. Sie können das BIOS nicht aufrufen und es ist unmöglich herauszufinden, dass ein RAID-Array in den Eingeweiden dieser SSD versteckt ist, ohne sich ausführlich mit der Hardware-Füllung vertraut zu machen. Darüber hinaus unterstützt RevoDrive 350 im Gegensatz zu herkömmlichen RAID-Arrays alle typischen SSD-Funktionen: SMART-Überwachung, TRIM und Secure Erase.

RevoDrive 350 ist als Board mit PCI Express 2.0 x8-Schnittstelle erhältlich. Obwohl tatsächlich alle acht Leitungen der Schnittstelle genutzt werden, liegen die deklarierten Leistungsindikatoren deutlich unter ihrem theoretischen Gesamtdurchsatz. Die maximale Geschwindigkeit sequentieller Operationen ist auf 1800 MB / s begrenzt, und die Leistung beliebiger Operationen überschreitet 140.000 IOPS nicht.

Es ist erwähnenswert, dass das OCZ RevoDrive 350 ein PCI Express x8-Board voller Bauhöhe ist, was bedeutet, dass es physisch größer ist als alle anderen von uns getesteten SSDs und daher nicht in Low-Profile-Systemen installiert werden kann. Die Vorderseite des RevoDrive 350-Boards ist mit einem dekorativen Metallgehäuse bedeckt, das auch als Kühlkörper für den Basis-RAID-Controller-Chip dient. Die SF-2282-Controller befinden sich auf der Rückseite der Platine und sind frei von jeglicher Kühlung.

Um das Flash-Speicherarray zu bilden, verwendete OCZ Chips seiner Muttergesellschaft Toshiba. Die verwendeten Chips werden in einer 19-nm-Prozesstechnologie hergestellt und haben eine Kapazität von 64 Gbps. Die Gesamtgröße des Flash-Speichers im RevoDrive 350 480 GB beträgt 512 GB, aber 13 % sind für interne Zwecke reserviert – Wear Leveling und Garbage Collection.

Es ist erwähnenswert, dass die Architektur des RevoDrive 350 nicht einzigartig ist. Es gibt mehrere weitere Modelle ähnlicher SSDs auf dem Markt, die nach dem Prinzip eines „RAID-Arrays von SATA-SSDs basierend auf SandForce-Controllern“ arbeiten. Alle diese Lösungen, wie das hier in Betracht gezogene OCZ-PCIe-Laufwerk, haben jedoch einen unangenehmen Nachteil – ihre Schreibleistung lässt mit der Zeit nach. Dies liegt an den Besonderheiten der internen Algorithmen von SandForce-Controllern, deren TRIM-Operation die Schreibgeschwindigkeit nicht auf das ursprüngliche Niveau zurückführt.

Die unbestreitbare Tatsache, dass das RevoDrive 350 eine Stufe unter den PCI Express-Laufwerken der nächsten Generation liegt, wird auch durch die Tatsache unterstrichen, dass dieses Laufwerk nur eine dreijährige Garantie erhält und seine garantierte Schreibressource nur 54 TB beträgt - ein Vielfaches weniger als seine Konkurrenten. Obwohl das RevoDrive 350 auf dem gleichen Design wie der Server Z-Drive 4500 basiert, ist es zudem nicht gegen Überspannungen geschützt. All dies hindert OCZ jedoch nicht daran, das RevoDrive 350 mit dem ihm innewohnenden Wagemut als Premium-Lösung auf dem Niveau der Intel SSD 750 zu positionieren.

Plextor M6e Black Edition 256 GB

Es sei gleich darauf hingewiesen, dass das Laufwerk Plextor M6e Black Edition ein direkter Nachfolger des bekannten M6e-Modells ist. Die Ähnlichkeit der Neuheit mit ihrem Vorgänger lässt sich in fast allem nachvollziehen, wenn wir von der technischen, nicht von der ästhetischen Komponente sprechen. Die neue SSD hat auch ein zweiteiliges Design, einschließlich des eigentlichen Laufwerks im M.2 2280-Format und eines Adapters, mit dem Sie es in jedem normalen PCIe x4-Steckplatz (oder schneller) installieren können. Es basiert ebenfalls auf dem Acht-Kanal-Controller Marvell 88SS9183, der über zwei PCI-Express-2.0-Leitungen mit der Außenwelt kommuniziert. Genau wie in der vorherigen Modifikation verwendet das M6e Black Edition den MLC-Flash-Speicher von Toshiba.

Und das bedeutet, dass trotz der Tatsache, dass die M6e Black Edition zusammengebaut wie eine halbhohe PCI-Express-x4-Karte aussieht, diese SSD tatsächlich nur zwei PCI-Express-2.0-Lanes verwendet. Daher die nicht so beeindruckenden Geschwindigkeiten, die nur geringfügig höher sind als bei herkömmlichen SATA-SSDs. Die Passport-Leistung bei sequentiellen Vorgängen ist auf 770 MB / s und bei beliebigen - 105.000 IOPS begrenzt. Es ist erwähnenswert, dass die Plextor M6e Black Edition nach dem erblichen AHCI-Protokoll arbeitet, was eine breite Kompatibilität mit verschiedenen Systemen gewährleistet.

Auch wenn es sich bei der Plextor M6e Black Edition wie der Kingston HyperX Predator um eine Kombination aus einem PCI-Express-Adapter und einem „Kern“ im M.2-Format handelt, lässt sich dies von vorne nicht feststellen. Das gesamte Laufwerk verbirgt sich unter einem gemusterten schwarzen Aluminiumgehäuse, in dessen Mitte ein roter Kühlkörper eingelassen ist, der die Wärme von Controller und Speicherchips abführen soll. Das Kalkül der Designer ist klar: Ein ähnliches Farbschema ist in diverser Gaming-Hardware weit verbreitet, sodass die Plextor M6e Black Edition neben vielen Gaming-Mainboards und Grafikkarten der meisten führenden Hersteller harmonisch aussehen wird.

Das Flash-Speicher-Array im Plextor M6e Black Edition wird von Toshibas 19-nm-MLC-NAND-Chips der zweiten Generation mit einer Kapazität von 64 Gbit/s angetrieben. Die Reserve, die für den Ersatzfonds und den Betrieb interner Wear-Leveling- und Garbage-Collection-Algorithmen verwendet wird, wird mit 7 Prozent der Gesamtsumme zugewiesen. Alles andere steht dem Benutzer zur Verfügung.

Aufgrund der Verwendung eines eher schwachen Marvell 88SS9183-Controllers mit einem externen PCI-Express-2.0-x2-Bus ist das Laufwerk Plextor M6e Black Edition als eher langsame PCIe-SSD einzustufen. Dies hindert den Hersteller jedoch nicht daran, dieses Produkt der oberen Preisklasse zuzuordnen. Einerseits ist sie immer noch schneller als eine SATA-SSD, andererseits hat sie gute Zuverlässigkeitseigenschaften: Sie hat eine lange Ausfallzeit und eine fünfjährige Garantie. Es sind jedoch keine speziellen Technologien implementiert, die das M6e Black Edition vor Stromstößen schützen oder seine Ressourcen erhöhen können.

Samsung SM951 256 GB

Samsung SM951 ist das schwer fassbare Laufwerk in den heutigen Tests. Tatsache ist, dass dies zunächst ein Produkt für Computermonteure ist, daher ist es im Einzelhandel eher verblasst. Trotzdem ist es auf Wunsch immer noch möglich, es zu kaufen, sodass wir uns nicht weigerten, das SM951 in Betracht zu ziehen. Darüber hinaus handelt es sich nach den Eigenschaften um ein sehr schnelles Modell. Es ist für den PCI-Express-3.0-x4-Bus ausgelegt, nutzt das AHCI-Protokoll und verspricht beeindruckende Geschwindigkeiten: bis zu 2150 MB/s bei sequentiellen Operationen und bis zu 90.000 IOPS bei zufälligen Operationen. Aber am wichtigsten ist, dass die Samsung SM951 trotz alledem billiger ist als viele andere PCIe-SSDs, sodass die Suche nach ihr im Angebot möglicherweise einen sehr spezifischen Geschäftsfall hat.

Ein weiteres Merkmal des Samsung SM951 ist, dass es in M.2-Form geliefert wird. Anfangs konzentriert sich diese Lösung auf mobile Systeme, daher sind keine Adapter für PCIe-Steckplätze in voller Größe im Lieferumfang des Laufwerks enthalten. Als gravierendes Manko kann man das allerdings kaum bezeichnen – die meisten Flaggschiff-Mainboards haben auch M.2-Schnittstellenslots an Bord. Darüber hinaus sind die notwendigen Adapterplatinen auf dem Markt weit verbreitet. Das Samsung SM951 selbst ist ein M.2-2280-Formfaktor-Board, dessen Anschluss einen M-Typ-Schlüssel hat, was auf die Notwendigkeit einer SSD in vier PCI-Express-Lanes hinweist.

Die Samsung SM951 basiert auf dem außergewöhnlich leistungsstarken Samsung UBX-Controller, der vom Hersteller speziell für PCI-Express-SSDs entwickelt wurde. Es basiert auf drei Kernen mit ARM-Architektur und kann theoretisch sowohl mit AHCI- als auch mit NVMe-Befehlen arbeiten. Bei der betreffenden SSD ist im Controller nur der AHCI-Modus aktiviert. Aber eine NVMe-Version dieses Controllers wird bald in einer neuen Consumer-SSD zu sehen sein, die Samsung diesen Herbst auf den Markt bringen soll.

Aufgrund der OEM-Fokussierung wird für das betreffende Laufwerk keine Garantiezeit oder prognostizierte Lebensdauer angegeben. Diese Parameter müssen von den Monteuren der Systeme, in denen das SM951 installiert wird, oder von den Verkäufern angegeben werden. Allerdings ist zu beachten, dass 3D V-NAND, das von Samsung bei Consumer-SSDs mittlerweile aktiv als schneller und zuverlässigerer Flash-Speichertyp beworben wird, im SM951 nicht zum Einsatz kommt. Stattdessen verwendet es den üblichen planaren Toggle Mode 2.0 MLC NAND, der vermutlich in 16-nm-Technologie hergestellt wird (einige Quellen schlagen eine 19-nm-Prozesstechnologie vor). Das bedeutet, dass das SM951 nicht die gleiche hohe Ausdauer wie das Flaggschiff 850 PRO SATA-Laufwerk erwarten sollte. In diesem Parameter liegt die SM951 näher an den üblichen Mittelklasse-Modellen, außerdem werden bei dieser SSD nur 7 Prozent des Flash-Speicher-Arrays für Redundanz reserviert. Das Samsung SM951 verfügt über keine speziellen Technologien auf Serverebene, um Daten vor Stromausfällen zu schützen. Mit anderen Worten, der Schwerpunkt liegt bei diesem Modell ausschließlich auf der Geschwindigkeit der Arbeit, und alles andere wird abgeschnitten, um die Kosten zu senken.

Es ist erwähnenswert, noch etwas. Unter hoher Last zeigt das Samsung SM951 eine recht starke Erwärmung, die am Ende sogar zu Throttling führen kann. Daher ist es in Hochleistungssystemen für SM951 wünschenswert, zumindest den Luftstrom zu organisieren oder besser mit einem Kühler zu schließen.

Vergleichseigenschaften getesteter SSDs

Kompatibilitätsprobleme

Wie jede neue Technologie funktionieren PCI-Express-SSDs noch nicht zu 100 % problemlos mit allen Plattformen, insbesondere mit älteren. Daher müssen Sie die richtige SSD nicht nur nach Verbrauchereigenschaften, sondern auch mit Blick auf die Kompatibilität auswählen. Hier ist es wichtig, zwei Punkte zu beachten.

Erstens können verschiedene SSDs eine unterschiedliche Anzahl von PCI-Express-Lanes und unterschiedliche Generationen dieses Busses verwenden - 2.0 oder 3.0. Daher müssen Sie vor dem Kauf eines PCIe-Laufwerks sicherstellen, dass das System, auf dem Sie es installieren möchten, über einen freien Steckplatz mit der erforderlichen Bandbreite verfügt. Natürlich sind schnellere PCIe-SSDs mit langsameren Steckplätzen abwärtskompatibel, aber in diesem Fall macht der Kauf einer Highspeed-SSD wenig Sinn – sie kann ihr Potenzial einfach nicht ausschöpfen.

Die Plextor M6e Black Edition hat in diesem Sinne die größte Kompatibilität – sie benötigt nur zwei PCI-Express-2.0-Lanes, und ein solcher freier Steckplatz ist mit Sicherheit auf fast jedem Motherboard zu finden. Kingston HyperX Predator benötigt bereits vier PCI-Express-2.0-Lanes: Viele Motherboards haben auch solche PCIe-Slots, aber einige billige Plattformen verfügen möglicherweise nicht über zusätzliche Steckplätze mit vier oder mehr PCI-Express-Lanes. Dies gilt insbesondere für Motherboards, die auf Low-Level-Chipsätzen aufgebaut sind, bei denen die Gesamtzahl der Zeilen auf sechs reduziert werden kann. Prüfen Sie daher vor dem Kauf eines Kingston HyperX Predator unbedingt, ob das System über einen freien Steckplatz mit vier oder mehr PCI-Express-Lanes verfügt.

Das OCZ Revodrive 350 geht noch einen Schritt weiter - es benötigt bereits acht PCI-Express-Lanes. Solche Steckplätze werden normalerweise nicht vom Chipsatz, sondern vom Prozessor implementiert. Daher ist der beste Ort, um ein solches Laufwerk zu verwenden, LGA 2011/2011-3-Plattformen, bei denen der PCI-Express-Prozessor-Controller eine übermäßige Anzahl von Spuren hat, was die Wartung von mehr als einer Grafikkarte ermöglicht. In Systemen mit LGA 1155/1150/1151 Prozessoren ist OCZ Revodrive 350 nur geeignet, wenn die in der CPU integrierte Grafik verwendet wird. Andernfalls müssen Sie zugunsten eines Solid State Drives die Hälfte der Zeilen von der GPU wegnehmen, indem Sie sie in den PCI Express x8-Modus schalten.

Die Intel SSD 750 und Samsung SM951 ähneln in gewisser Weise dem OCZ Revodrive 350: Sie werden auch bevorzugt in CPU-betriebenen PCI-Express-Steckplätzen verwendet. Der Grund liegt hier aber nicht in der Anzahl der Lanes – sie benötigen nur vier PCI-Express-Lanes, sondern in der Generation dieser Schnittstelle: Beide Laufwerke sind in der Lage, die erhöhte Bandbreite von PCI Express 3.0 zu nutzen. Es gibt jedoch eine Ausnahme: Die neuesten Intel-Chipsätze der 100. Serie, die für Skylake-Prozessoren entwickelt wurden, erhielten Unterstützung für PCI Express 3.0, sodass sie in den neuesten LGA 1151-Boards ohne Gewissensbisse in Chipsatz-PCIe-Steckplätzen installiert werden können an mindestens vier Leitungen angeschlossen sind.

Das Kompatibilitätsproblem hat einen zweiten Teil. Neben all den Einschränkungen, die mit der Bandbreite verschiedener Varianten von PCI-Express-Steckplätzen verbunden sind, gibt es auch Einschränkungen, die mit den verwendeten Protokollen verbunden sind. Am problemlosesten in diesem Sinne sind SSDs, die über AHCI arbeiten. Aufgrund der Tatsache, dass sie das Verhalten eines herkömmlichen SATA-Controllers emulieren, können sie mit allen, auch alten, Plattformen arbeiten: Sie sind im BIOS aller Motherboards zu sehen, sie können es sein Boot-Disketten, und für den Betrieb im Betriebssystem sind keine zusätzlichen Treiber erforderlich. Mit anderen Worten, Kingston HyperX Predator und Plextor M6e Black Edition sind zwei der problemlosesten PCIe-SSDs.

Was ist mit dem anderen Paar AHCI-Laufwerke? Bei ihnen ist die Situation etwas komplizierter. OCZ Revodrive 350 arbeitet im Betriebssystem über einen eigenen Treiber, aber trotzdem gibt es keine Probleme, dieses Laufwerk bootfähig zu machen. Die Situation ist schlimmer mit Samsung SM951. Obwohl diese SSD mit dem System über das alte AHCI-Protokoll kommuniziert, hat sie kein eigenes BIOS und muss daher vom BIOS des Motherboards initialisiert werden. Leider ist die Unterstützung für diese SSD nicht in allen Motherboards verfügbar, insbesondere in älteren. Daher können wir mit vollem Vertrauen nur über die Kompatibilität mit Boards sprechen, die auf den neuesten Intel-Chipsätzen der neunzigsten und hundertsten Serie basieren. In anderen Fällen kann es sein, dass es vom Motherboard einfach nicht gesehen wird. Dies hindert natürlich nicht daran, das Samsung SM951 in einem Betriebssystem zu verwenden, in dem es einfach vom AHCI-Treiber initialisiert wird, aber in diesem Fall müssen Sie die Möglichkeit vergessen, von einer Hochgeschwindigkeits-SSD zu booten.

Die größte Unannehmlichkeit kann jedoch die Intel SSD 750 verursachen, die über die neue NVMe-Schnittstelle funktioniert. Treiber, die zur Unterstützung von SSDs mit diesem Protokoll erforderlich sind, sind nur in den neuesten Betriebssystemen vorhanden. Unter Linux erschien die NVMe-Unterstützung in der Kernel-Version 3.1; Der „native“ NVMe-Treiber ist in Microsoft-Systemen ab Windows 8.1 und Windows Server 2012 R2 verfügbar; und in OS X wurde die Kompatibilität mit NVMe-Laufwerken in Version 10.10.3 hinzugefügt. Außerdem wird NVMe SSD nicht von allen Mainboards unterstützt. Damit solche Laufwerke als bootfähige Laufwerke verwendet werden können, muss das Motherboard-BIOS auch über den entsprechenden Treiber verfügen. Die Hersteller haben die erforderliche Funktionalität jedoch nur in die neuesten Firmware-Versionen eingebaut, die für die neuesten Motherboard-Modelle veröffentlicht wurden. Daher ist die Unterstützung für das Booten des Betriebssystems von NVMe-Laufwerken nur auf den modernsten Motherboards für Enthusiasten verfügbar, die auf den Chipsätzen Intel Z97, Z170 und X99 basieren. Auf älteren und billigeren Plattformen können Benutzer NVMe-SSDs nur in einer begrenzten Anzahl von Betriebssystemen als zweite Laufwerke verwenden.

Trotz der Tatsache, dass wir versucht haben, alle möglichen Kombinationen von Plattformen und PCI-Express-Laufwerken zu beschreiben, lautet die wichtigste Schlussfolgerung aus dem Gesagten, dass die Kompatibilität von PCIe-SSDs mit Motherboards bei weitem nicht so offensichtlich ist wie im Fall von SATA-SSDs. Überprüfen Sie daher vor dem Kauf eines Hochgeschwindigkeits-Solid-State-Laufwerks, das über PCI Express funktioniert, unbedingt die Kompatibilität mit einem bestimmten Motherboard auf der Website des Herstellers.

Testkonfiguration, Tools und Testmethodik

Die Tests werden im Betriebssystem Microsoft Windows 8.1 Professional x64 mit Update durchgeführt, das moderne Solid-State-Laufwerke korrekt erkennt und verwaltet. Das bedeutet, dass beim Bestehen der Tests, wie im normalen SSD-Alltag, der TRIM-Befehl unterstützt und aktiv eingebunden wird. Die Leistungsmessung wird mit Laufwerken in einem "gebrauchten" Zustand durchgeführt, was durch ein Vorbefüllen mit Daten erreicht wird. Vor jedem Test werden die Laufwerke mit dem TRIM-Befehl gereinigt und gewartet. Zwischen den einzelnen Tests wird eine 15-minütige Pause eingehalten, die für die korrekte Entwicklung der Garbage-Collection-Technologie vorgesehen ist. Alle Tests verwenden, sofern nicht anders angegeben, randomisierte, nicht komprimierbare Daten.

Verwendete Anwendungen und Tests:

Iometer 1.1.0

Messen der Geschwindigkeit des sequentiellen Lesens und Schreibens von Daten in Blöcken von 256 KB (die typischste Blockgröße für sequenzielle Vorgänge in Desktop-Aufgaben). Geschwindigkeitsschätzungen werden innerhalb einer Minute durchgeführt, danach wird ein Durchschnitt berechnet.
Messung der zufälligen Lese- und Schreibgeschwindigkeit in 4-KB-Blöcken (diese Blockgröße wird in der überwiegenden Mehrheit der realen Operationen verwendet). Der Test wird zweimal ausgeführt – ohne Request-Queue und mit einer Request-Queue mit einer Tiefe von 4 Befehlen (typisch für Desktop-Anwendungen, die aktiv mit einem Fork-Dateisystem arbeiten). Die Datenblöcke werden mit den Flash-Speicherseiten der Laufwerke ausgerichtet. Die Geschwindigkeiten werden drei Minuten lang ausgewertet, danach wird ein Durchschnitt berechnet.
Ermittlung der Abhängigkeit der zufälligen Lese- und Schreibgeschwindigkeiten, wenn das Laufwerk mit 4-Kilobyte-Blöcken arbeitet, von der Tiefe der Anforderungswarteschlange (im Bereich von einem bis 32 Befehlen). Die Datenblöcke werden mit den Flash-Speicherseiten der Laufwerke ausgerichtet. Die Geschwindigkeiten werden drei Minuten lang ausgewertet, danach wird ein Durchschnitt berechnet.
Ermittlung der Abhängigkeit von zufälligen Lese- und Schreibgeschwindigkeiten, wenn das Laufwerk mit Blöcken unterschiedlicher Größe arbeitet. Es werden Blöcke von 512 Bytes bis 256 KB verwendet. Die Tiefe der Anforderungswarteschlange während des Tests beträgt 4 Befehle. Die Datenblöcke werden mit den Flash-Speicherseiten der Laufwerke ausgerichtet. Die Geschwindigkeiten werden drei Minuten lang ausgewertet, danach wird ein Durchschnitt berechnet.
Messen der Leistung unter gemischter Multithread-Last und Feststellen ihrer Abhängigkeit vom Verhältnis zwischen Lese- und Schreibvorgängen. Der Test wird zweimal durchgeführt: für sequentielles Lesen und Schreiben in 128-KB-Blöcken, die in zwei unabhängigen Threads ausgeführt werden, und für zufällige Operationen mit 4-KB-Blöcken, die in vier Threads ausgeführt werden. In beiden Fällen variiert das Verhältnis zwischen Lese- und Schreibvorgängen in 20-Prozent-Schritten. Die Geschwindigkeiten werden drei Minuten lang ausgewertet, danach wird ein Durchschnitt berechnet.
Untersuchung der SSD-Leistungsverschlechterung bei der Verarbeitung eines kontinuierlichen Stroms von zufälligen Schreibvorgängen. Es werden Blöcke von 4 KB und eine Warteschlangentiefe von 32 Befehlen verwendet. Die Datenblöcke werden mit den Flash-Speicherseiten der Laufwerke ausgerichtet. Die Dauer des Tests beträgt zwei Stunden, Mwerden jede Sekunde durchgeführt. Am Ende des Tests wird aufgrund des Betriebs der Garbage-Collection-Technologie und nach Abarbeitung des TRIM-Befehls zusätzlich die Fähigkeit des Laufwerks überprüft, seine Leistung wieder auf die ursprünglichen Werte zu bringen.

CrystalDisk Mark 5.0.2
Synthetischer Benchmark, der die typische SSD-Leistung zurückgibt, gemessen auf einem 1-GB-Festplattenbereich „über“ dem Dateisystem. Aus dem gesamten Satz von Parametern, die mit diesem Dienstprogramm ausgewertet werden können, achten wir auf die Geschwindigkeit des sequentiellen Lesens und Schreibens sowie auf die Leistung von zufälligen Lese- und Schreibvorgängen in 4-Kilobyte-Blöcken ohne Anforderungswarteschlange und mit einer Warteschlange von 32 Anweisungen tief.
PCMark 8 2.0
Ein Test, der auf der Emulation der realen Festplattenlast basiert, was typisch für verschiedene gängige Anwendungen ist. Auf dem getesteten Laufwerk wird eine einzelne Partition im NTFS-Dateisystem für das gesamte verfügbare Volume erstellt und der Secondary-Storage-Test in PCMark 8 durchgeführt. Als Testergebnisse werden sowohl die endgültige Leistung als auch die Ausführungsgeschwindigkeit einzelner Testprotokolle berücksichtigt, die von verschiedenen Anwendungen generiert werden.
Dateikopietests
Dieser Test misst die Geschwindigkeit des Kopierens von Verzeichnissen mit Dateien verschiedener Typen sowie die Geschwindigkeit des Archivierens und Entpackens von Dateien innerhalb des Laufwerks. Wird zum Kopieren verwendet Standardmittel Windows - Robocopy-Dienstprogramm beim Archivieren und Entpacken - 7-Zip-Archivierer Version 9.22 Beta. An den Tests sind drei Sätze von Dateien beteiligt: ​​ISO - ein Satz, der mehrere Disk-Images mit Softwareverteilungen enthält; Programm - ein Satz, der ein vorinstalliertes Softwarepaket ist; Arbeit ist eine Reihe von Arbeitsdateien, die Office-Dokumente, Fotos und Illustrationen, PDF-Dateien und Multimedia-Inhalte enthalten. Jedes der Sets hat eine Gesamtdateigröße von 8 GB.

Als Testplattform dient ein Rechner mit einem ASUS Z97-Pro Mainboard, einem Core i5-4690K Prozessor mit integriertem Intel HD Graphics 4600 Grafikkern und 16 GB DDR3-2133 SDRAM. Laufwerke mit einer SATA-Schnittstelle werden an den im Motherboard-Chipsatz integrierten SATA 6 Gb / s-Controller angeschlossen und arbeiten im AHCI-Modus. PCI-Express-Laufwerke werden im ersten Full-Speed-PCI-Express-3.0-x16-Steckplatz installiert. Die verwendeten Treiber sind Intel Rapid Storage Technology (RST) 13.5.2.1000 und Intel Windows NVMe-Treiber 1.2.0.1002.

Das Volumen und die Geschwindigkeit der Datenübertragung in Benchmarks werden in binären Einheiten (1 KB = 1024 Byte) angegeben.

Neben den fünf Hauptdarstellern dieses Tests – Client-SSDs mit PCI-Express-Schnittstelle – haben wir die schnellste SATA-SSD in das Unternehmen aufgenommen – Samsung 850 PRO.

Als Ergebnis nahm die Liste der getesteten Modelle die folgende Form an:

Intel SSD 750 400 GB (SSDPEDMW400G4, Firmware 8EV10135);
Kingston HyperX Predator PCIe 480GB (SHPM2280P2H/480G, Firmware OC34L5TA);
OCZ RevoDrive 350 480 GB (RVD350-FHPX28-480G, Firmware 2.50);
Plextor M6e Black Edition 256 GB (PX-256M6e-BK, Firmware 1.05);
Samsung 850 Pro 256 GB (MZ-7KE256, Firmware EXM01B6Q);
Samsung SM951 256 GB (MZHPV256HDGL-00000, Firmware BXW2500Q).

Leistung

Sequentielle Lese- und Schreibvorgänge

Die neue Generation von Solid-State-Drives, transferiert auf den PCI-Express-Bus, soll sich vor allem durch hohe sequentielle Lese- und Schreibgeschwindigkeiten auszeichnen. Und genau das sehen wir in der Grafik. Alle PCIe-SSDs übertreffen die beste SATA-SSD, die Samsung 850 PRO. Aber selbst eine so einfache Last wie sequentielles Lesen und Schreiben zeigt große Unterschiede zwischen SSDs. verschiedene Hersteller. Außerdem ist die Variante des verwendeten PCI-Express-Busses nicht von entscheidender Bedeutung. Die beste Leistung kann hier das Samsung SM951 PCI Express 3.0 x4 Laufwerk liefern, an zweiter Stelle steht das Kingston HyperX Predator, das per PCI Express 2.0 x4 arbeitet. Das fortschrittliche NVMe-Laufwerk Intel SSD 750 landete nur auf dem dritten Platz.

Zufälliges Lesen

Wenn wir über zufälliges Lesen sprechen, wie Sie den Diagrammen entnehmen können, unterscheiden sich PCIe-SSDs in der Geschwindigkeit nicht besonders von herkömmlichen SATA-SSDs. Darüber hinaus gilt dies nicht nur für AHCI-Laufwerke, sondern auch für das Produkt, das mit dem NVMe-Kanal arbeitet. Tatsächlich können nur drei Teilnehmer in diesem Test eine bessere Leistung als die Samsung 850 PRO bei zufälligen Lesevorgängen bei kleinen Anforderungswarteschlangen vorweisen: Samsung SM951, Intel SSD 750 und Kingston HyperX Predator.

Obwohl Operationen mit einer tiefen Anforderungswarteschlange für PCs nicht typisch sind, werden wir noch sehen, wie die Leistung der betreffenden SSD beim Lesen von 4-Kilobyte-Blöcken von der Tiefe der Anforderungswarteschlange abhängt.

Die Grafik zeigt deutlich, wie Lösungen, die über PCI Express 3.0 x4 funktionieren, alle anderen SSDs übertreffen können. Die Kurven, die Samsung SM951 und Intel SSD 750 entsprechen, sind deutlich höher als die Kurven anderer Laufwerke. Eine weitere Schlussfolgerung lässt sich aus dem obigen Diagramm ziehen: OCZ RevoDrive 350 ist ein beschämend langsames Solid State Drive. Bei zufälligen Lesevorgängen liegt sie etwa halb hinter der SATA-SSD, was an ihrer RAID-Architektur und der Verwendung veralteter SandForce-Controller der zweiten Generation liegt.

Darüber hinaus empfehlen wir, zu untersuchen, wie die Geschwindigkeit des zufälligen Lesens von der Größe des Datenblocks abhängt:

Hier ist das Bild etwas anders. Wenn die Blockgröße zunimmt, beginnen die Operationen wie sequentielle auszusehen, sodass nicht nur die Architektur und Leistung des SSD-Controllers, sondern auch die Bandbreite des verwendeten Busses eine Rolle zu spielen beginnt. Bei größeren Blockgrößen bieten Samsung SM951, Intel SSD 750 und Kingston HyperX Predator die beste Leistung.

Zufällige Schreibvorgänge

Irgendwo sollten sich die Vorteile der NVMe-Schnittstelle, die für niedrige Latenzen sorgt, und des Intel SSD 750-Controllers mit hoher Parallelität manifestiert haben. Darüber hinaus können Sie mit dem großen DRAM-Puffer, der in dieser SSD verfügbar ist, ein sehr effizientes Daten-Caching organisieren. Und als Ergebnis liefert die Intel SSD 750 eine unübertroffene zufällige Schreibleistung, selbst wenn die Anforderungswarteschlange eine minimale Tiefe hat.

Um deutlicher zu sehen, was mit der zufälligen Schreibleistung passiert, wenn die Tiefe der Anforderungswarteschlange zunimmt, sehen Sie sich das folgende Diagramm an, das die zufällige 4K-Schreibleistung im Vergleich zur Tiefe der Anforderungswarteschlange zeigt:

Die Leistung der Intel SSD 750 wird skaliert, bis die Warteschlangentiefe 8 Anweisungen erreicht. Dies ist ein typisches Verhalten für Verbraucher-SSDs. Was Intel jedoch auszeichnet, ist, dass seine zufälligen Schreibgeschwindigkeiten deutlich schneller sind als bei jeder anderen SSD, einschließlich der schnellsten PCIe-Modelle wie der Samsung SM951 oder der Kingston HyperX Predator. Mit anderen Worten, die Intel SSD 750 bietet unter zufälliger Schreiblast eine grundlegend bessere Leistung als jede andere SSD. Mit anderen Worten, der Übergang zur Verwendung der NVMe-Schnittstelle ermöglicht es Ihnen, die Geschwindigkeit der zufälligen Aufzeichnung zu erhöhen. Und das ist sicherlich ein wichtiges Merkmal, aber vor allem für Serverlaufwerke. Tatsächlich ist die Intel SSD 750 nur ein enger Verwandter von Modellen wie Intel DC P3500, P3600 und P3700.

Das folgende Diagramm zeigt die zufällige Schreibleistung im Vergleich zur Datenblockgröße.

Mit zunehmender Blockgröße verliert die Intel SSD 750 ihren unbestreitbaren Vorteil. Das Samsung SM951 und das Kingston HyperX Predator beginnen, ungefähr die gleiche Leistung zu erbringen.


Da die kostengünstigen Solid-State-Laufwerke nicht mehr ausschließlich als Systemlaufwerke verwendet werden und zu gewöhnlichen Arbeitslaufwerken werden. In solchen Situationen erhält die SSD nicht nur eine verfeinerte Last in Form von Schreib- oder Lesevorgängen, sondern auch gemischte Anfragen, wenn Lese- und Schreibvorgänge von verschiedenen Anwendungen initiiert und gleichzeitig verarbeitet werden müssen. Der Vollduplex-Betrieb für moderne SSD-Controller bleibt jedoch ein erhebliches Problem. Beim Mischen von Lese- und Schreibvorgängen in derselben Warteschlange sackt die Geschwindigkeit der meisten Consumer-SSDs merklich ab. Dies war der Anlass für eine separate Studie, in der wir prüfen, wie sich SSDs verhalten, wenn es notwendig ist, sequenzielle Operationen eingestreut zu verarbeiten. Das nächste Diagrammpaar zeigt den typischsten Fall für Desktops, wenn das Verhältnis der Anzahl der Lese- und Schreibvorgänge 4 zu 1 beträgt.

Unter sequentiellen Mischlasten mit überwiegenden Lesevorgängen, wie sie für gewöhnliche Personal Computer typisch sind, liefern Samsung SM951 und Kingston HyperX Predator die beste Performance. Zufällige Mischlast erweist sich für SSDs als schwieriger und lässt Samsung SM951 in Führung, Intel SSD 750 rückt jedoch auf Platz 2. Gleichzeitig erweisen sich Plextor M6e Black Edition, Kingston HyperX Predator und OCZ RevoDrive 350 im Allgemeinen als knapp merklich schlechter als eine normale SATA-SSD.

Die nächsten Diagramme geben ein detaillierteres Bild der gemischten Lastleistung und zeigen die Geschwindigkeit einer SSD im Vergleich zum Verhältnis von Lese- und Schreibvorgängen.

All dies wird in den obigen Diagrammen gut bestätigt. In einem gemischten Workload mit sequentiellen Operationen zeigt der Samsung SM951 die beste Performance, die sich bei jeder Arbeit mit seriellen Daten wie ein Fisch im Wasser anfühlt. Bei beliebigen Mischbetrieben ist die Situation etwas anders. Beide Samsung-Laufwerke, sowohl PCI Express 3.0 x4 SM951 als auch reguläres SATA 850 PRO, schneiden in diesem Test sehr gut ab und übertreffen fast alle anderen SSDs. Dem kann teilweise nur die Intel SSD 750 standhalten, die dank NVMe-Befehlssystem perfekt auf das Arbeiten mit Random Writes optimiert ist. Und wenn der gemischte Workflow 80 Prozent oder mehr Datensätze erreicht, springt er nach vorne.

Ergebnisse in CrystalDiskMark

CrystalDiskMark ist eine beliebte und einfache Testanwendung, die "auf" dem Dateisystem läuft, wodurch Sie Ergebnisse erhalten, die von normalen Benutzern leicht repliziert werden können. Die darin erhaltenen Leistungszahlen sollten die detaillierten Diagramme ergänzen, die wir basierend auf Tests in IOMeter erstellt haben.

Diese vier Diagramme sind nur theoretische Werte und zeigen eine Spitzenleistung, die bei typischen Client-Aufgaben nicht erreichbar ist. Eine Anforderungswarteschlangentiefe von 32 Befehlen tritt auf Personal Computern nie auf, aber in speziellen Tests ermöglicht es Ihnen, maximale Leistung zu erzielen. Und in diesem Fall wird die mit Abstand führende Leistung von der Intel SSD 750 geliefert, die eine von Serverlaufwerken geerbte Architektur hat, bei der eine große Tiefe der Anforderungswarteschlange durchaus an der Tagesordnung ist.

Aber schon diese vier Diagramme sind von praktischem Interesse - sie zeigen die Leistung unter Last, was typisch für Personal Computer ist. Und hier liefert die Samsung SM951 die beste Leistung ab, die nur bei zufälligen 4-Kilobyte-Schreibvorgängen hinter der Intel SSD 750 zurückbleibt.

PCMark 8 2.0 Echte Anwendungsfälle

Das Testpaket Futuremark PCMark 8 2.0 ist insofern interessant, als es nicht synthetischer Natur ist, sondern im Gegenteil darauf basiert, wie reale Anwendungen funktionieren. Während seines Durchgangs werden reale Szenarien – Spuren der Verwendung einer Festplatte bei üblichen Desktop-Aufgaben – reproduziert und die Geschwindigkeit ihrer Ausführung gemessen. Die aktuelle Version dieses Tests simuliert eine Arbeitslast, die aus tatsächlichen Battlefield 3- und World of Warcraft-Gaming-Anwendungen und Softwarepaketen von Abobe und Microsoft stammt: After Effects, Illustrator, InDesign, Photoshop, Excel, PowerPoint und Word. Das Endergebnis errechnet sich aus der Durchschnittsgeschwindigkeit, die die Antriebe beim Passieren der Teststrecken aufweisen.

Der PCMark 8 2.0-Test, der die Leistung von Speichersystemen in realen Anwendungen bewertet, sagt uns deutlich, dass es nur zwei PCIe-Laufwerke gibt, die grundlegend schneller sind als herkömmliche SATA-Modelle. Das sind Samsung SM951 und Intel SSD 750, die auch in vielen anderen Tests gewinnen. Andere PCIe-SSDs wie Plextor M6e Black Edition und Kingston HyperX Predator liegen mehr als eineinhalb Mal hinter den Spitzenreitern. Nun, der OCZ ReveDrive 350 zeigt ehrlich gesagt eine schlechte Leistung. Sie ist mehr als doppelt so langsam wie die besten PCIe-SSDs und in der Geschwindigkeit sogar der Samsung 850 PRO unterlegen, die über eine SATA-Schnittstelle arbeitet.

Das Gesamtergebnis des PCMark 8 soll durch Leistungsindikatoren ergänzt werden, die Flash-Laufwerke beim Durchlaufen einzelner Teststrecken ausgeben, die verschiedene reale Lastszenarien simulieren. Tatsache ist, dass sich Flash-Laufwerke unter unterschiedlichen Belastungen oft etwas anders verhalten.

Über welche Anwendung wir auch immer sprechen, eine der SSDs mit PCI Express 3.0 x4-Schnittstelle bringt in jedem Fall die höchste Leistung: entweder Samsung SM951 oder Intel SSD 750. Interessanterweise liefern andere PCIe-SSDs teilweise nur Geschwindigkeiten auf dem Niveau von SATA-SSDs . Tatsächlich ist der Vorteil des gleichen Kingston HyperX Predator und Plextor M6e Black Edition gegenüber dem Samsung 850 PRO nur in erkennbar Adobe Photoshop, Battlefield 3 und Microsoft Word.

Kopieren von Dateien

In Anbetracht dessen, dass Solid-State-Laufwerke immer häufiger in PCs eingeführt werden, haben wir uns entschieden, unsere Methodik um die Leistungsmessung während normaler Dateioperationen - beim Kopieren und Arbeiten mit Archivern - zu erweitern, die "innerhalb" des Laufwerks durchgeführt werden. Dies ist eine typische Festplattenaktivität, die auftritt, wenn die SSD die Rolle von Not spielt Systemlaufwerk, sondern eine normale Festplatte.

Bei den Kopiertests sind die Spitzenreiter immer noch die gleichen Samsung SM951 und Intel SSD 750. Wenn wir jedoch über große sequentielle Dateien sprechen, dann kann Kingston HyperX Predator mit ihnen konkurrieren. Ich muss sagen, dass beim einfachen Kopieren fast alle PCIe-SSDs schneller sind als die Samsung 850 PRO. Es gibt nur eine Ausnahme – Plextor M6e Black Edition. Und das OCZ RevoDrive 350, das sich in den restlichen Tests immer wieder in der Position eines hoffnungslosen Underdogs wiederfand, umgeht unerwartet nicht nur die SATA-SSD, sondern auch die langsamste PCIe-SSD.

Die zweite Testgruppe wurde beim Archivieren und Entpacken des Verzeichnisses mit Arbeitsdateien durchgeführt. Der grundlegende Unterschied in diesem Fall besteht darin, dass die Hälfte der Operationen mit verstreuten Dateien und die andere Hälfte mit einer großen Archivdatei durchgeführt werden.

Ähnlich verhält es sich bei der Arbeit mit Archiven. Der einzige Unterschied besteht darin, dass sich Samsung SM951 hier souverän von allen Konkurrenten absetzen kann.

Wie TRIM und Garbage Collection im Hintergrund funktionieren

Beim Test verschiedener SSDs prüfen wir immer, wie sie den TRIM-Befehl verarbeiten und ob sie in der Lage sind, ohne Unterstützung des Betriebssystems, also in einer Situation, in der der TRIM-Befehl nicht übertragen wird, Müll zu sammeln und ihre Leistung wiederherzustellen. Auch dieses Mal wurden solche Tests durchgeführt. Das Schema dieses Tests ist Standard: Nachdem wir eine lange kontinuierliche Belastung beim Schreiben von Daten erzeugt haben, was zu einer Verschlechterung der Schreibgeschwindigkeit führt, deaktivieren wir die TRIM-Unterstützung und warten 15 Minuten, in denen die SSD versuchen kann, sich aufgrund ihrer selbst zu erholen eigenen Garbage-Collection-Algorithmus, aber ohne fremde Hilfe des Betriebssystems, und die Geschwindigkeit messen. Dann wird zwangsweise der TRIM-Befehl an den Antrieb gesendet – und nach einer kurzen Pause wird die Drehzahl erneut gemessen.

Die Ergebnisse solcher Tests sind in der folgenden Tabelle aufgeführt, die für jedes getestete Modell angibt, ob es auf TRIM reagiert, indem es einen unbenutzten Teil des Flash-Speichers löscht, und ob es saubere Flash-Speicherseiten für zukünftige Operationen vorbereiten kann, wenn der TRIM-Befehl dies nicht tut dazu gegeben. Für Laufwerke, die sich als in der Lage erwiesen haben, Garbage Collection ohne den TRIM-Befehl durchzuführen, haben wir auch die Menge an Flash-Speicher angegeben, die vom SSD-Controller selbstständig für zukünftige Operationen freigegeben wurde. Für den Fall, dass das Laufwerk in einer Umgebung ohne TRIM-Unterstützung betrieben wird, ist dies nur die Datenmenge, die nach Leerlaufzeit mit hoher Anfangsgeschwindigkeit auf dem Laufwerk gespeichert werden kann.

Trotz der Tatsache, dass eine qualitativ hochwertige Unterstützung des TRIM-Befehls zum Industriestandard geworden ist, halten es einige Hersteller für akzeptabel, Laufwerke zu verkaufen, in denen dieser Befehl nicht vollständig verarbeitet wird. Ein solches negatives Beispiel zeigt OCZ Revodrive 350. Formal versteht es TRIM und versucht sogar, etwas zu tun, wenn es diesen Befehl erhält, aber von einer vollständigen Rückkehr der Schreibgeschwindigkeit zu seinen ursprünglichen Werten muss nicht gesprochen werden. Und daran ist nichts Ungewöhnliches: Das Revodrive 350 basiert auf SandForce-Controllern, die sich durch einen irreversiblen Leistungsabfall auszeichnen. Dementsprechend ist es auch im Revodrive 350 vorhanden.

Alle anderen PCIe-SSDs arbeiten mit TRIM genau wie ihre SATA-Pendants. Das heißt im Idealfall: Bei Betriebssystemen, die diesen Befehl an Laufwerke erteilen, bleibt die Performance auf konstant hohem Niveau.

Wir wollen jedoch mehr - ein hochwertiges Laufwerk sollte in der Lage sein, Garbage Collection durchzuführen, ohne einen TRIM-Befehl abzugeben. Und hier sticht die Plextor M6e Black Edition hervor – ein Laufwerk, das in der Lage ist, selbstständig viel mehr Flash-Speicher für anstehende Operationen freizugeben als seine Konkurrenten. Wobei die Offline-Garbage-Collection natürlich auf allen von uns getesteten SSDs bis auf die Samsung SM951 einigermaßen funktioniert. Mit anderen Worten, bei normaler Verwendung in heutigen Umgebungen wird die Leistung der Samsung SM951 nicht beeinträchtigt, aber in Fällen, in denen TRIM nicht unterstützt wird, wird diese SSD nicht empfohlen.

Schlussfolgerungen

Als Fazit sollten wir wohl damit beginnen, dass Consumer-SSDs mit PCI-Express-Schnittstelle keine Exoten mehr und keine experimentellen Produkte mehr sind, sondern ein ganzes Marktsegment, in dem die schnellsten Solid State Drives für Enthusiasten spielen. Das bedeutet natürlich auch, dass es mit PCIe-SSDs schon lange keine Probleme mehr gibt: Sie unterstützen alle Funktionen, die SATA-SSDs haben, sind aber gleichzeitig produktiver und haben teilweise neue interessante Technologien.

Gleichzeitig ist der Client-PCIe-SSD-Markt nicht so überfüllt, und bisher konnten nur Unternehmen mit hohem Engineering-Potenzial in die Kohorte der Hersteller solcher Solid-State-Laufwerke einsteigen. Dies liegt daran, dass unabhängige Entwickler von seriengefertigten SSD-Controllern noch keine Designerlösungen haben, die es ihnen ermöglichen, mit minimalem Engineering-Aufwand in die Produktion von PCIe-Laufwerken einzusteigen. Daher ist jede der derzeit in den Verkaufsregalen erhältlichen PCIe-SSDs auf ihre Weise unverwechselbar und einzigartig.

In diesem Test konnten wir fünf der beliebtesten und gängigsten PCIe-SSDs zusammenbringen, die für den Einsatz in PCs vorgesehen sind. Und nach den Ergebnissen der Bekanntschaft mit ihnen wird deutlich, dass Käufer, die auf Solid-State-Laufwerke mit progressiver Schnittstelle umsteigen möchten, noch keine ernsthafte Qual der Wahl haben werden. In den meisten Fällen wird die Auswahl eindeutig sein, so sehr unterscheiden sich die getesteten Modelle in ihren Verbraucherqualitäten.

Im Allgemeinen stellte sich heraus, dass das attraktivste PCIe-SSD-Modell war Samsung SM951. Dies ist eine brillante PCI Express 3.0 x4-Lösung von einem der Marktführer, die nicht nur bewiesen hat, dass sie bei typischen allgemeinen Arbeitslasten die höchste Leistung erbringen kann, sondern auch deutlich günstiger ist als alle anderen PCIe-Laufwerke.

Allerdings ist das Samsung SM951 immer noch nicht perfekt. Erstens enthält es keine speziellen Technologien zur Verbesserung der Zuverlässigkeit, aber wir würden sie trotzdem gerne in Produkten auf Premium-Niveau haben. Zweitens ist diese SSD in Russland ziemlich schwer zu finden - sie wird nicht über offizielle Kanäle in unser Land geliefert. Glücklicherweise können wir anbieten, auf eine gute Alternative zu achten - Intel-SSD 750. Auch diese SSD läuft über PCI Express 3.0 x4 und liegt nur knapp hinter der Samsung SM951. Aber es ist ein direkter Verwandter von Servermodellen und hat daher eine hohe Zuverlässigkeit und arbeitet mit dem NVMe-Protokoll, wodurch es eine unübertroffene Geschwindigkeit bei zufälligen Schreibvorgängen demonstrieren kann.

Grundsätzlich wirken andere PCIe-SSDs vor dem Hintergrund von Samsung SM951 und Intel SSD 750 eher schwach. Es gibt jedoch immer noch Situationen, in denen sie ein anderes PCIe-SSD-Modell bevorzugen müssen. Tatsache ist, dass fortschrittliche Samsung- und Intel-Laufwerke nur mit modernen Motherboards kompatibel sind, die auf Intels Chipsätzen der 90. oder 100. Serie basieren. In älteren Systemen können sie nur als „zweite Festplatte“ fungieren, und das Laden des Betriebssystems von ihnen wird unmöglich sein. Daher eignen sich weder Samsung SM951 noch Intel SSD 750 für das Upgrade von Plattformen früherer Generationen, und die Wahl muss auf dem Laufwerk getroffen werden Kingston HyperX Predator, die einerseits eine gute Performance liefern kann, andererseits garantiert keine Kompatibilitätsprobleme mit älteren Plattformen hat.

In diesem Artikel erläutern wir die Gründe für den Erfolg des PCI-Busses und beschreiben die Hochleistungstechnologie, die ihn ablösen wird – den PCI-Express-Bus. Wir werden auch die Entwicklungsgeschichte, die Hardware- und Software-Ebenen des PCI-Express-Busses, die Merkmale seiner Implementierung betrachten und seine Vorteile auflisten.

Als in den frühen 1990er Jahren Es stellte sich heraus, dass er in seinen technischen Eigenschaften alle bis dahin existierenden Reifen wie ISA, EISA, MCA und VL-Bus deutlich übertraf. Zu dieser Zeit war der PCI-Bus (Peripheral Component Interconnect - Zusammenwirken von Peripheriekomponenten) mit einer Frequenz von 33 MHz für die meisten Peripheriegeräte gut geeignet. Aber heute hat sich die Situation in vielerlei Hinsicht geändert. Zunächst einmal haben sich die Taktraten von Prozessor und Speicher deutlich erhöht. Beispielsweise hat sich die Taktfrequenz von Prozessoren von 33 MHz auf mehrere GHz erhöht, während die Betriebsfrequenz von PCI auf nur 66 MHz gestiegen ist. Das Aufkommen von Technologien wie Gigabit Ethernet und IEEE 1394B drohte, dass die gesamte Bandbreite des PCI-Busses für ein einzelnes Gerät verwendet werden könnte, das auf diesen Technologien basiert.

Gleichzeitig hat die PCI-Architektur eine Reihe von Vorteilen gegenüber ihren Vorgängern, sodass es nicht sinnvoll war, sie komplett zu überarbeiten. Zunächst einmal ist es unabhängig vom Prozessortyp, es unterstützt Pufferisolation, Bus-Mastering-Technologie (Bus Capture) und PnP-Technologie in vollem Umfang. Pufferisolation bedeutet, dass der PCI-Bus unabhängig vom internen Prozessorbus arbeitet, wodurch der Prozessorbus unabhängig von der Geschwindigkeit und Last des Systembusses funktionieren kann. Dank der Bus-Capture-Technologie können Peripheriegeräte den Prozess der Datenübertragung auf dem Bus direkt steuern, anstatt auf die Hilfe des Zentralprozessors zu warten, was die Systemleistung beeinträchtigen würde. Schließlich ermöglicht die Plug-and-Play-Unterstützung die automatische Konfiguration und Konfiguration von Geräten, die sie verwenden, und vermeidet den Ärger mit Jumpern und Schaltern, die das Leben der Besitzer von ISA-Geräten ziemlich ruiniert haben.

Trotz des unbestrittenen Erfolgs von PCI steht es derzeit vor ernsthaften Problemen. Dazu gehören begrenzte Bandbreite, fehlende Echtzeit-Datenübertragungsfunktionen und fehlende Unterstützung für Netzwerktechnologien der nächsten Generation.

Vergleichende Eigenschaften verschiedener PCI-Standards

Es ist zu beachten, dass der tatsächliche Durchsatz aufgrund des Protokollprinzips und der Besonderheiten der Bustopologie unter dem theoretischen liegen kann. Außerdem wird die Gesamtbandbreite auf alle daran angeschlossenen Geräte verteilt, je mehr Geräte also am Bus sitzen, desto weniger Bandbreite geht an jedes von ihnen.

Solche Standardverbesserungen wie PCI-X und AGP wurden entwickelt, um den Hauptnachteil zu beseitigen - niedrige Taktgeschwindigkeit. Die Erhöhung der Taktfrequenz bei diesen Implementierungen führte jedoch zu einer Verringerung der effektiven Länge des Busses und der Anzahl der Anschlüsse.

Die neue Generation des Busses, PCI Express (oder kurz PCI-E), wurde erstmals 2004 eingeführt und sollte alle Probleme lösen, mit denen sein Vorgänger konfrontiert war. Heutzutage sind die meisten neuen Computer mit einem PCI-Express-Bus ausgestattet. Obwohl sie auch über Standard-PCI-Steckplätze verfügen, ist die Zeit nicht mehr weit, in der der Bus Geschichte sein wird.

PCI-Express-Architektur

Die Busarchitektur hat eine Schichtstruktur, wie in der Abbildung gezeigt.

Der Bus unterstützt das PCI-Adressierungsmodell, wodurch alle derzeit existierenden Treiber und Anwendungen damit arbeiten können. Darüber hinaus verwendet der PCI-Express-Bus den Standard-PnP-Mechanismus, der vom vorherigen Standard bereitgestellt wird.

Betrachten Sie den Zweck der verschiedenen PCI-E-Organisationsebenen. Auf der Softwareebene des Busses werden Lese-/Schreibanforderungen generiert, die auf der Transportebene unter Verwendung eines speziellen Paketprotokolls übertragen werden. Die Datenschicht ist für die fehlerkorrigierende Codierung zuständig und stellt die Datenintegrität sicher. Die grundlegende Hardwareschicht besteht aus einem doppelten Simplexkanal, der aus einem Sende- und Empfangspaar besteht, das zusammen als Link bezeichnet wird. Die Gesamtbusgeschwindigkeit von 2,5 Gb/s bedeutet, dass der Durchsatz für jede PCI-Express-Spur 250 Mb/s in jede Richtung beträgt. Berücksichtigt man die Overhead-Verluste des Protokolls, stehen pro Gerät etwa 200 MBit/s zur Verfügung. Diese Bandbreite ist 2- bis 4-mal höher als die für PCI-Geräte verfügbare Bandbreite. Und wenn die Bandbreite im Gegensatz zu PCI auf alle Geräte verteilt wird, geht sie an jedes Gerät vollständig.

Bis heute gibt es mehrere Versionen des PCI-Express-Standards, die sich in ihrer Bandbreite unterscheiden.

PCI Express x16-Busbandbreite für verschiedene PCI-E-Versionen, Gb/s:

• 32/64
• 64/128
• 128/256

PCI-E-Busformate

Derzeit sind verschiedene Optionen für PCI-Express-Formate verfügbar, je nach Zweck der Plattform – Desktop-Computer, Laptop oder Server. Server, die mehr Bandbreite benötigen, haben mehr PCI-E-Steckplätze, und diese Steckplätze haben mehr Trunks. Im Gegensatz dazu haben Laptops möglicherweise nur eine Leitung für mittelschnelle Geräte.

Grafikkarte mit PCI Express x16-Schnittstelle.

PCI-Express-Erweiterungskarten sind PCI-Karten sehr ähnlich, aber die PCI-E-Anschlüsse sind griffiger, um sicherzustellen, dass die Karte nicht aufgrund von Vibrationen oder während des Transports aus dem Steckplatz rutscht. Es gibt verschiedene Formfaktoren von PCI-Express-Steckplätzen, deren Größe von der Anzahl der verwendeten Lanes abhängt. Beispielsweise wird ein Bus mit 16 Lanes als PCI Express x16 bezeichnet. Obwohl die Gesamtzahl der Lanes bis zu 32 betragen kann, sind heutzutage die meisten Motherboards in der Praxis mit einem PCI-Express-x16-Bus ausgestattet.

Karten mit kleinerem Formfaktor können ohne Leistungseinbußen in Steckplätze mit größerem Formfaktor eingesteckt werden. Beispielsweise kann eine PCI-Express-x1-Karte in einen PCI-Express-x16-Steckplatz gesteckt werden. Wie beim PCI-Bus können Sie bei Bedarf einen PCI-Express-Extender verwenden, um Geräte anzuschließen.

Das Aussehen von Anschlüssen verschiedener Typen auf der Hauptplatine. Von oben nach unten: PCI-X-Steckplatz, PCI Express x8-Steckplatz, PCI-Steckplatz, PCI Express x16-Steckplatz.

Express karte

Der Express Card-Standard bietet eine sehr einfache Möglichkeit, einem System Hardware hinzuzufügen. Der Zielmarkt für Express Card-Module sind Laptops und kleine PCs. Im Gegensatz zu herkömmlichen Desktop-Erweiterungskarten kann die Express-Karte jederzeit mit dem System verbunden werden, während der Computer läuft.

Eine der beliebtesten Arten von Express Cards ist die PCI Express Mini Card, die als Ersatz für Mini-PCI-Formfaktorkarten entwickelt wurde. Eine in diesem Format erstellte Karte unterstützt sowohl PCI Express als auch USB 2.0. Die Abmessungen der PCI-Express-Minikarte betragen 30 x 56 mm. PCI Express Mini Card kann mit PCI Express x1 verbunden werden.

Vorteile von PCI-E

Die PCI-Express-Technologie hat in den folgenden fünf Bereichen Vorteile gegenüber PCI erlangt:

1. Bessere Leistung. Mit nur einer Spur ist der Durchsatz von PCI Express doppelt so hoch wie der von PCI. In diesem Fall steigt die Bandbreite proportional zur Anzahl der Leitungen im Bus, die maximale Anzahl kann 32 erreichen. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass Informationen gleichzeitig in beide Richtungen auf dem Bus übertragen werden können.
2. Vereinfachung der Eingabe-Ausgabe. PCI Express nutzt Busse wie AGP und PCI-X mit einer weniger komplexen Architektur und einer relativ einfachen Implementierung.
3. Geschichtete Architektur. PCI Express bietet eine Architektur, die sich an neue Technologien anpassen kann, ohne dass erhebliche Software-Upgrades erforderlich sind.
4. E/A-Technologien der neuen Generation. PCI Express bietet Ihnen neue Möglichkeiten zum Empfangen von Daten mithilfe der simultanen Datenübertragungstechnologie, die sicherstellt, dass Informationen zeitnah empfangen werden.
5. Benutzerfreundlichkeit. PCI-E vereinfacht System-Upgrades und -Erweiterungen durch den Benutzer erheblich. Zusätzliche Express-Kartenformate wie die ExpressCard verbessern die Möglichkeit, Server und Laptops mit Hochgeschwindigkeits-Peripheriegeräten auszustatten.

Fazit

PCI Express ist eine Bustechnologie zum Anschließen von Peripheriegeräten und ersetzt Technologien wie ISA, AGP und PCI. Seine Verwendung erhöht die Leistung des Computers sowie die Fähigkeit des Benutzers, das System zu erweitern und zu aktualisieren, erheblich.

Mir wurde diese Frage mehr als einmal gestellt, deshalb werde ich jetzt versuchen, sie so klar und kurz wie möglich zu beantworten, dazu werde ich zum besseren Verständnis Bilder der PCI-Express- und PCI-Erweiterungssteckplätze auf dem Motherboard geben und natürlich , werde ich die Hauptunterschiede in den Eigenschaften angeben, d .e. Was diese Schnittstellen sind und wie sie aussehen, erfahren Sie in Kürze.

Beantworten wir also zunächst kurz diese Frage, was ist PCI Express und PCI im Allgemeinen.

Was ist PCI-Express und PCI?

PCI ist ein Computer-Parallel-E/A-Bus zum Anschließen von Peripheriegeräten an eine Computer-Hauptplatine. PCI wird verwendet, um Folgendes zu verbinden: Grafikkarten, Soundkarten, Netzwerkkarten, TV-Tuner und andere Geräte. Die PCI-Schnittstelle ist veraltet, sodass Sie beispielsweise wahrscheinlich keine moderne Grafikkarte finden werden, die eine Verbindung über PCI herstellt.

PCI-Express(PCIe oder PCI-E) ist ein serieller Computer-E/A-Bus zum Anschließen von Peripheriegeräten an ein Computer-Motherboard. Diese. dabei wird bereits eine bidirektionale serielle Verbindung verwendet, die mehrere Leitungen haben kann (x1, x2, x4, x8, x12, x16 und x32) je mehr solcher Leitungen, desto höher der Durchsatz des PCI-E-Busses. Die PCI-Express-Schnittstelle dient zum Anschluss von Geräten wie Grafikkarten, Soundkarten, Netzwerkkarten, SSD-Laufwerke und andere.

Es gibt mehrere Versionen der PCI-E-Schnittstelle: 1.0, 2.0 und 3.0 (Version 4.0 wird in Kürze veröffentlicht). Diese Schnittstelle wird üblicherweise beispielsweise so bezeichnet PCI-E 3.0 x16, was für PCI Express 3.0-Version mit 16 Lanes steht.

Wenn wir darüber sprechen, ob zum Beispiel eine Grafikkarte, die eine PCI-E 3.0-Schnittstelle auf einem Motherboard hat, das nur PCI-E 2.0 oder 1.0 unterstützt, funktioniert, so sagen die Entwickler, dass alles funktionieren wird, aber natürlich im Hinterkopf behalten dass die Bandbreite durch die Fähigkeiten des Motherboards begrenzt wird. Bezahlen Sie daher in diesem Fall für eine Grafikkarte mit mehr neue Version PCI Express lohnt sich meiner Meinung nach nicht ( wenn auch nur für die Zukunft, d.h. Sie planen den Kauf eines neuen Motherboards mit PCI-E 3.0). Nehmen wir auch umgekehrt an, Ihr Motherboard unterstützt die Version PCI Express 3.0 und die Grafikkarte unterstützt Version 1.0, dann sollte diese Konfiguration auch funktionieren, aber nur mit PCI-E 1.0-Funktionen, d.h. Hier gibt es keine Einschränkung, da die Grafikkarte in diesem Fall an der Grenze ihrer Fähigkeiten arbeitet.

Unterschiede zwischen PCI Express und PCI

Der Hauptunterschied in den Eigenschaften ist natürlich die Bandbreite, für PCI Express ist sie viel höher, zum Beispiel für PCI bei 66 MHz beträgt die Bandbreite 266 Mb / s und für PCI-E 3.0 (x16) 32 GB/s.

Äußerlich unterscheiden sich auch die Schnittstellen, sodass Sie beispielsweise keine PCI-Express-Grafikkarte an einen PCI-Erweiterungssteckplatz anschließen können. Auch PCI-Express-Schnittstellen mit unterschiedlicher Anzahl an Lanes unterscheiden sich, das alles zeige ich nun in den Bildern.

PCI Express- und PCI-Erweiterungssteckplätze auf Motherboards

PCI- und AGP-Steckplätze

PCI-E x1, PCI-E x16 und PCI-Steckplätze

1. Hallo! Bitte erläutern Sie den Bandbreitenunterschied zwischen PCI Express 3.0 x16 und PCI Express 2.0 x16. Es gibt noch Motherboards mit PCI Express 2.0 x16-Schnittstelle im Angebot. ich bin mit Ich verliere Videoleistung, wenn ich eine neue Interface-Videokarte installierePCI Express 3.0 an einen Computer mit einem Motherboard, wo es nur einen Anschluss gibtPCIe 2.0? Ich denke, dass ich verlieren werde, weil die SummeBaudrate PCI Express 2.0 hat - 16 GB/s, und das insgesamtDie Datenübertragungsrate von PCI Express 3.0 ist doppelt so schnell - 32GB/Sek.
2. Hallo! Ich habe einen Computer mit einem leistungsstarken, aber nicht neuen Intel Core i7 2700K-Prozessor und einem Motherboard, das über einen PCI Express 2.0-Steckplatz verfügt. Sagen Sie mir, wenn ich eine neue Grafikkarte mit PCI Express 3.0-Schnittstelle kaufe, arbeitet diese Grafikkarte doppelt so langsam, als hätte ich ein Motherboard mit einem Anschluss PCI-Express 3.0? Bedeutet das, dass ich meinen Computer wechseln muss?
3. Bitte beantworten Sie diese Frage. Mein Motherboard hat zwei Anschlüsse: PCI Express 3.0 und PCI Express 2.0, aber im Anschluss PCI Express 3.0 neue Grafikkarte PCI-Express 3.0 nicht klettert, stört der Southbridgestrahler. Wenn ich eine Grafikkarte installierePCI-E 3.0 pro Steckplatz PCI-E 2.0, wird meine Grafikkarte eine schlechtere Leistung erbringen, als wenn sie in einem PCI Express 3.0-Steckplatz installiert wäre?
4. Hallo, ich möchte ein gebrauchtes Motherboard von einem Freund für zweitausend Rubel kaufen. Vor drei Jahren kaufte er es für 7.000 Rubel, aber ich bin verwirrt darüber, dass es einen Steckplatz für eine Schnittstellenvideokarte hat PCI-E 2.0, und ich habe eine GrafikkartePCI-E 3.0. Läuft meine Grafikkarte auf diesem Mainboard mit voller Leistung oder nicht?

Bandbreitenunterschied zwischen PCI Express 3.0 x16- und PCI Express 2.0 x16-Schnittstelle

Hallo Freunde! Bis heute finden Sie im Handel Motherboards mit einem Steckplatz für die Installation von PCI Express 2.0 x16-Grafikkarten und PCI-Express 3,0x16. Dasselbe gilt für Grafikkarten, es gibt Grafikkarten mit Schnittstelle PCI-E 3.0 sowie PCI-E 2.0. Schaut man sich die offiziellen Spezifikationen der Schnittstellen PCI Express 3.0 x16 und PCI Express 2.0 x16 an, findet man das heraus die Gesamtdatentransferrate von PCI Express 2.0 beträgt- 16 GB/s und PCI Express 3.0 ist doppelt so groß -32GB/Sek. Ich werde nicht in die Wildnis der Besonderheiten dieser Schnittstellen eintauchen und Ihnen nur sagen, dass es einen so großen Unterschied gibtDatenübertragungsrate ist nur in der Theorie sichtbar, aber in der Praxis ist es sehr gering.Wenn Sie Artikel zu diesem Thema im Internet lesen, dannSie werden zu dem Schluss kommen, dass moderne Grafikkarten mit PCI Express 3.0-Schnittstelle in PCI Express 3.0 x16- und PCI Express 2.0 x16-Steckplätzen mit der gleichen Geschwindigkeit arbeiten, und Unterschied im Durchsatzzwischen PCI-E 3.0 x16 und PCI-E 2.0 x16 beträgt der Leistungsverlust der Grafikkarte nur 1-2 %. Das heißt, es spielt keine Rolle, in welchem ​​Steckplatz Sie die Grafikkarte installieren, bei PCI-E 3.0 oder PCI-E 2.0 funktioniert alles auf die gleiche Weise.

Aber leider wurden all diese Artikel in den Jahren 2013 und 2014 geschrieben und damals gab es keine Spiele wie Far Cry Primal, Battlefield 1 und andere neue Produkte, die 2016 erschienen. Ebenfalls 2016 erschienen Familie von NVIDIA-GPUs der 10er-Serie wie GeForce GTX 1050- und GeForce GTX 1050 Ti-Grafikkarten und sogar GTX 1060. Meine Experimente mit neuen Spielen und neuen Grafikkarten zeigten, dass der Vorteil der PCI-E 3.0 Schnittstelle vorbei istPCI-E 2.0 ist nicht mehr 1-2%, aber im Durchschnitt 6-7%. Was interessant ist, wenn die Grafikkarte niedriger ist als Klasse Geforce GTX 1050 , dann ist der Prozentsatz geringer (2-3%) , und wenn umgekehrt, dann mehr - 9-13%.

In meinem Experiment habe ich also eine Grafikkarte verwendet GeForce GTX 1050 PCI-E 3.0-Schnittstelle und Sockel-Motherboard PCI Express 3.0 x16 und PCI Express 2.0 x16.

H Grafikeinstellungen in Spielen sind immer maximal.

1. Spiel FAR CRY PRIMAL. Schnittstelle PCI-E 3.0 zeigte einen Vorteil gegenüber PCI-E 2.0 als immer um 4-5 Frames höher, was ungefähr ist 4 % %.
2. Battlefield 1-Spiel. Die Lücke zwischen PCI-E 3.0 und PCI-E 2.0 war 8-10 Bilder , was prozentual etwa 9% entspricht.
3. Aufstieg des Tomb Raiders. Vorteil PCI-E 3.0 Durchschnitt 9- 10 fps oder 9 %.
4. Hexer. Der Vorteil von PCI-E 3.0 betrug 3 %.
5. Grand Theft Auto V. Der Vorteil von PCI-E 3.0 beträgt 5 fps oder 5 %.

Das heißt, es gibt immer noch einen Unterschied in der Bandbreite zwischen den Schnittstellen PCI-E 3.0 x16 und PCI-E 2.0 x16 und ist nicht dafür PCI-E 2.0. Daher würde ich derzeit kein Mainboard mit einem PCI-E 2.0 Slot kaufen.

Ein Freund von mir hat ein gebrauchtes Motherboard für dreitausend Rubel gekauft. Ja, einmal war es aufgehäuft und kostete etwa zehntausend Rubel, es hat viele Anschlüsse SATA III und USB 3.0, auch 8 Steckplätze für RAM, es unterstützt RAID-Technologie usw., aber es ist auf einem veralteten Chipsatz und einem PCI Express 2.0-Grafikkartensteckplatz aufgebaut! Meiner Meinung nach kaufe ich es lieber. Wieso den?

Es kann durchaus vorkommen, dass in ein oder zwei Jahren die neuesten Grafikkarten nur noch im Anschluss funktionieren PCI-Express 3.0 x16 , und auf Ihrem Motherboard wird es einen moralisch veralteten und von Herstellern nicht mehr verwendeten Anschluss geben PCI-Express 2.0 x16 . Sie kaufen eine neue Videokarte und sie weigert sich, im alten Steckplatz zu funktionieren. Mir persönlich ist schon oft begegnet, dass die Grafikkarte PCI-E 3.0 lief nicht auf der Matte. Anschlussplatine PCI-E 2.0 und Auch ein Update des BIOS des Mainboards hat nichts gebracht.Ich befasste mich auch mit GrafikkartenPCI-E 2.0 x16, das sich weigerte, auf älteren Motherboards mit einer Schnittstelle zu funktionieren PCI-E 1.0 x16, obwohl sie überall über Abwärtskompatibilität schreiben.Fälle, in denen eine PCI Express 3.0 x16-Grafikkarte auf Motherboards nicht mit gestartet wurdePCI Express 1.0 x16, sogar noch mehr.

Nun, vergessen Sie nicht das Aussehen der Benutzeroberfläche in diesem Jahr PCI-Express 4.0. In diesem Fall ist PCI Express 3.0 obsolet.