別對 Intel Kaby Lake-X 處理器有所奢求,X299 晶片組罩門實測給你看
Intel 最新的 Basin Falls 旗艦平台,亮點之一莫過於 X299 晶片組,匯流排介面升級為 PCIe 3.0。雖然規格看起來對了,Kaby Lake-X 處理器卻有只內建區區 16 條通道,並未因應旗艦平台定位而增加數量。如此搭配組合,遇上 Kaby Lake-S 實在顯得尷尬,哥們倆都受制於 DMI 3.0 頻寬枷鎖。<h2>旗艦平台處理器架構分歧,實質用意耐人尋味</h2> <p>代號&nbsp;Basin Falls 的旗艦平台,支援代號 Skylake-X 與 Kaby Lake-X 兩種處理器,晶片組部分同樣使用 X299。如先前概略提到,這兩個家族處理器的規格相差甚遠,Skylake-X 屬於前代 Broadwell-E 正宗接班人。而 Kaby Lake-X 說穿了是&nbsp;Kaby Lake-S 孿生產品,兩者核心配置最高規格為 4 核心、8 執行緒,參考下列圖表可以看出差異極小,其存在價值實在令人困惑。</p> <p>Kaby Lake-X 本質上如同 Kaby Lake-S 的變裝產品,變更了外觀和極小部分內在,因此近乎完全承襲了&nbsp;Kaby Lake-S 的優缺點。站在旗艦平台應用角度而言,規格最大缺憾在於內建的 PCIe 3.0 通道數量,和&nbsp;Kaby Lake-S 一樣只有 16 條。由於基本設定是提供給顯示卡使用,因此其他任一有 PCIe 通道需求的裝置,全得連結至 X299 晶片組所內建 PCIe 3.0 控制器。</p> <p style="text-align: center;"><img src="https://cdn0-techbang.pixfs.net/system/images/402012/original/656985063682672c2fde8584031c188c.png?1499055824" alt="" width="706" height="704" /><br /><span>▲ Skylake-X、Kaby Lake-X、Kaby Lake-S 處理器簡要比較表:<span>Kaby Lake-X 結構本質和&nbsp;<span>Kaby Lake-S 相同,說不上有更好,但裝機代價卻會高一些。</span></span></span></p> <p>X299 晶片基於&nbsp;HSIO(High Speed Input / Output)框架,1~6 通道是固定用於 USB 3.1 Gen 1,其餘可彈性配置部分則是有 24 條,因此總和數量為 30 條。24 條算是相當充裕的數量,可以妥善分配給 SATA 6Gb/s、乙太網路,並堆砌第三方 USB 3.1 Gen 2 控制器。剩下的部分,可以配置成 PCIe 3.0 x4 規格 M.2 與 PCIe 3.0 x4 插槽,用於安裝 PCIe NVMe 固態硬碟。</p> <p>話說到這,一切看來還頗為美好,Kaby Lake-X 所內建 PCIe 3.0 通道數量彷彿不是問題,只有使用多路顯示卡時才會受限。盲點在於就電腦系統架構而言,日常使用的這些周邊可不是各自為政,控制乃至於資料存取仍然由處理器端掌握。處理器與晶片組之間的連結途徑,Intel 最新 200 系列晶片組,都是使用名為 DMI 3.0 這等同 PCIe 3.0 x4 的匯流排,單向理論傳輸頻寬為 3938MB/s。</p> <p style="text-align: center;"><img src="https://cdn1-techbang.pixfs.net/system/images/401977/original/4246fe32b97c2ab70f93cf89d9e2be50.png?1499054020" alt="" width="700" height="582" /><br /><span>▲ X299 晶片組架構示意圖。</span></p> <p style="text-align: center;"><img src="https://cdn2-techbang.pixfs.net/system/images/401978/original/c293b9ee61881a610a11f2dca691c8d2.png?1499054028" alt="" width="700" height="506" /><br /><span><span>▲ Z270 晶片組架構示意圖。</span></span></p> <p>實際以 Intel 近來打出的 IRST for PCIe Storage 應用為例,這設計目的是可以讓 PCIe 3.0 x4 NVMe 固態硬碟,透過晶片組建構成 RAID 使用。有趣的地方在此,像是 Intel 自家 SSD 750 固態硬碟,最高循序讀取速度可達 2200MB/s 或以上。若使用 2 張組建成 RAID 0,那麼理論最高速度會有 4000MB/s 左右,光是它單獨運作就能塞爆 DMI 3.0 有限的頻寬。</p> <p>雖然談論的是旗艦個人平台,不過依據 Intel 當下行銷方針來說,<span>3D 繪圖、超高畫質影音剪輯等商業應用範疇,也納入了&nbsp;Basin Falls&nbsp;</span>平台的守備範圍內。諸如此類<span>&nbsp;Mega-Tasking&nbsp;</span><span>執行超級多工作業,往往同時需要容量大且高速的儲存裝置,</span>基於資料吞吐量與儲存容量等要求、考量,運用數個裝置組建成 RAID 0 來當工作碟,其實這並不是什麼稀奇古怪的事。</p> <p>在此類應用情境下,別忘了連結到晶片組 PCIe 3.0 控制器的其他裝置,也會有資料需要經過 DMI 3.0 往返處理器與系統記憶體之間。一旦 DMI 3.0 頻寬趨於飽和,自然會進入資源搶奪狀態,下場不外乎是傳輸速度低。反觀 Skylake-X 由於內建 28 或 44 條 PCIe 3.0 通道,因而能讓高、低速裝置分流,對於所欠缺的磁碟陣列組建功能部分,Intel 是新推出 VROC 對應之。</p> <p style="text-align: center;"><img src="https://cdn1-techbang.pixfs.net/system/images/401876/original/6191609c43b09f2d848494bb93e8e3e8.jpg?1498811970" alt="" width="700" height="466" /><br /><span>▲ PCIe NVMe 3.0 固態硬碟的單價已經降了不少,在特定應用以 2 或更多個組建成 RAID 0,並不會是太稀奇古怪的行為,但此舉將會對平台架構造成資料流量壓力。</span></p> <h2>DMI 頻寬枷鎖,亦為旗艦與主流平台區隔屏障</h2> <p>接下來實際透過性能簡測,驗證 DMI 3.0 頻寬潛在的影響性,一律使用先前曾經評測過的磁碟裝置,因為對於基本性能特性已經有一定程度瞭解。我們所使用儲存裝置配置如下列,為了確保能擠出足夠的資料流量,固態硬碟部分組建成等量磁碟、RAID 0 模式,並搭配外接盒來做輔助驗證之用。在真實資料傳輸試驗階段,主要組合由 M8Pe 複製檔案到 RAMDisk,SK-2520 外接盒複製到 M5 Pro,這是基於資料寫入速度的考量。</p> <p><strong>主要組合:</strong><br /><strong>Plextor M8Pe 512GB x 2 @ Windows 10 等量磁碟 &lt; 複製 &gt; Asus RAMDisk</strong><br /><strong>輔助組合:</strong><br /><strong>AKiTiO SK-2520 外接盒 Seagate 600 SSD 240GB x 2 @ RAID 0&nbsp;&lt; 複製 &gt; Plextor M5 Pro 256GB x 2 @ IRST RAID 0</strong></p> <p style="text-align: center;"><img src="https://cdn2-techbang.pixfs.net/system/images/401700/original/5ce08fc85dbc4a6e61f172d3144a0d71.png?1498793212" alt="" width="340" height="310" />&nbsp;<img src="https://cdn2-techbang.pixfs.net/system/images/401699/original/27d9d6c0423b32a5ace544d5133464be.png?1498793211" alt="" width="340" height="310" /><br /><span>▲ <span>M8Pe:左圖</span></span>取用處理器通道、右<span>圖</span>取用&nbsp;X299 晶片組通道。</p> <p style="text-align: center;"><span><img src="https://cdn0-techbang.pixfs.net/system/images/401698/original/1a77c566bc835c84014934dca71e10fa.png?1498793210" alt="" width="340" height="310" />&nbsp;<img src="https://cdn2-techbang.pixfs.net/system/images/401705/original/025139dbb87980cb4a5fe4489c252a45.png?1498793216" alt="" width="340" height="310" /><br /><span>▲ 左<span>圖</span> M5 Pro、右<span>圖</span> SK-2520 外接盒。</span></span></p> <p style="text-align: left;">看過上面的單一磁碟跑分結果,再次驗證 PCIe 通道來源的不同,儘管在理論上會讓性能有些差異,但其實不見得讓人很有感。而當組建成等量磁碟、RAID 0 模式時,雖然循序存取速度會有相當程度提升,然而當系統碟為之關鍵的 4K 存取,基本上並不會有大躍進演出。至於重點部分,由於是為了衝高資料流量探討 DMI 3.0 瓶頸,因此細項成績姑且不去細節,以下只取最大數值當代表。</p> <p style="text-align: left;">M8Pe 組建成等量磁碟模式,當 PCIe 通道來自處理器時,最大值可以達到 4716MB/s。反觀連接在 X299 端只有 3244MB/s,兩種連接方式速度差異達 45% 之多,DMI 3.0 其&nbsp;3938MB/s 理論頻寬的影響性再明顯不過。而輔助組合 M5 Pro 組建成 RAID 0,其最大值為 1021MB/s,與 M8Pe 最佳總和值可以達到 5700MB/s 之譜,這足以預估到真實檔案傳輸的結果將會如何。</p> <p style="text-align: center;"><img src="https://cdn0-techbang.pixfs.net/system/images/401702/original/3f0e3dc2418ec8f5a59349ddf49b9649.png?1498793213" alt="" width="340" height="310" />&nbsp;<img src="https://cdn2-techbang.pixfs.net/system/images/401701/original/4d34a74c3745a13dcf05ebc879d6c194.png?1498793213" alt="" width="340" height="310" /><br /><span><span>▲&nbsp;M8Pe 組建等量磁碟:左<span>圖</span></span><span>取用</span><span>處理器通道、右<span>圖</span></span><span>取用&nbsp;</span><span>X299 晶片組通道。</span></span></p> <p style="text-align: center;"><span><img src="https://cdn1-techbang.pixfs.net/system/images/401704/original/da03b06e14b4b7b4e9736247d796412c.png?1498793215" alt="" width="340" height="310" />&nbsp;<img src="https://cdn0-techbang.pixfs.net/system/images/401703/original/ebcb642165e086cf84d3aae35a14cfb4.png?1498793214" alt="" width="340" height="310" /><br /><span>▲ 左<span>圖</span> M5 Pro 組建 RAID 0、右<span>圖</span> Asus RAMDisk。</span></span></p> <p style="text-align: left;">真實傳輸試驗部分,我們取大約 34GB 容量 ISO 檔進行,因為這比零散檔案更能穩定衝高資料流量。主要組合 &nbsp;M8Pe 複製到 RAMDisk,當 M8Pe 安裝於處理器供應通道的 PCIe 插槽時,單獨運作平均傳輸速度可達 3978MB/s,若安裝在 X299 供應通道的通道則是只有 3091MB/s,雙方差異達 28% 之多。至於 SK-2520 外接盒讀取到組建 M5 Pro,所得平均速度為 791MB/s,主要、輔助組合單獨運作都有不俗的速度。</p> <p style="text-align: center;"><img src="https://cdn2-techbang.pixfs.net/system/images/401712/original/63afea53878b29230ff9c16edcca1528.png?1498793220" alt="" width="340" height="416" />&nbsp;<img src="https://cdn2-techbang.pixfs.net/system/images/401709/original/637aac7571f3a33ad94a270153e96571.png?1498793218" alt="" width="340" height="416" /><br /><span><span>▲&nbsp;M8Pe 組建等量磁碟:左<span>圖</span></span><span>取用</span><span>處理器通道、右<span>圖</span></span><span>取用&nbsp;</span><span>X299 晶片組通道。</span></span></p> <p style="text-align: center;"><img src="https://cdn1-techbang.pixfs.net/system/images/401713/original/3857bb76ed498efcb6c8b98575e785f7.png?1498793221" alt="" width="340" height="416" /><br /><span>▲ SK-2520 外接盒複製到組建 RAID 0 的 M5 Pro。</span></p> <p style="text-align: left;">前面基本的單獨傳輸試驗,已經能看出 DMI 3.0 頻寬限制,接著我們來做壓力測試,讓主要、輔助組合同時間複製檔案。主要組合 M8Pe 安裝於處理器通道時,檔案傳輸過程速度變化有限,平均速度總是能維持在 3700MB/s 以上。至於 SK-2520 外接盒讀取檔案到 M5 Pro,初始速度約 670MB/s 是有稍微受到影響,而在主要組合複製結束後,其平均速度提升至 772.9MB/s。</p> <p style="text-align: left;">當 M8Pe 安裝在 X299 晶片組端時,複製過程出現頻寬爭搶現象,主要組合 M8Pe 速度在 1800MB/s 以上,和複製結束後的平均速度相近。而輔助組合在同步複製過程中,其速度反而高達 844.3MB/s,但是當主要組合複製結束後,其平均值滑落到 814.8MB/s。就同步傳輸過程中的速度總和而言,M8Pe 安裝於處理器通道大約有 4400MB/s,安裝在 X299 則是只有 2700MB/s,相差 1700MB/s、62% 左右。</p> <p style="text-align: center;"><span><img src="https://cdn1-techbang.pixfs.net/system/images/401710/original/1ec2b57f8a8b2e491b00272995b0fb67.png?1498793218" alt="" width="340" height="416" />&nbsp;<img src="https://cdn2-techbang.pixfs.net/system/images/401711/original/52cc5fd00da448d94268e008f59f4bef.png?1498793219" alt="" width="340" height="416" /><br /><span><span>▲ 同步傳輸檔案:</span><span>左圖 M8Pe <span>取用</span><span>處理器通道</span>、右圖 M5 Pro。</span></span></span></p> <p style="text-align: center;"><span><span><img src="https://cdn2-techbang.pixfs.net/system/images/401706/original/43b573673e6efa7ea68d9b8912f11154.png?1498793216" alt="" width="340" height="416" />&nbsp;<img src="https://cdn1-techbang.pixfs.net/system/images/401707/original/edf38f0d217a70b53c948a1f3e6337ad.png?1498793217" alt="" width="340" height="416" /><br /><span><span>▲&nbsp;<span>同步傳輸檔案:</span></span><span>左圖 M8Pe <span>取用 X299 晶片組</span><span>通道</span>、右圖 M5 Pro。</span></span><br /></span></span></p> <p style="text-align: left;"><span>以上簡單試驗,已經足以看出 DMI 3.0 有限頻寬的影響性,其有效頻寬未必只能到 3000MB/s 左右,但是就算再高也不會破 4000MB/s。因此當</span>各式 I/O 全連結到 X299 晶片組端,在大量資料傳輸應用情境下,確實會面臨頻寬瓶頸。反觀像是 PCIe 3.0 x4 NVMe 固態硬碟,這類高速裝置連接在處理器供應的通道,的確能夠和 X299 晶片組端其他 I/O,達成不爭搶 DMI 3.0 頻寬的分流效果。</p> <p style="text-align: left;"><span>由此來看 Kaby Lake-X,它骨子裡和 Kaby Lake-S 沒什麼差別,記憶體只支援雙通道而且容量上限 64GB,也不像 Skylake-X 內建 AVX-512 延伸指令集,處理器端 PCIe 通道數量更是有限的 16 條。然而 Kaby Lake-X 的&nbsp;<span>TDP(Thermal Design Power,散熱設計功耗)為 112W,足足比 Kaby Lake-S 高出 21W,使用體驗未必比 Kaby Lake-S 好到哪,只有溫度和耗電量可能略高是真的。</span></span></p> <p style="text-align: left;"><span><span>Kaby Lake-X 感覺像是 Intel 的價格策略牌,透過它降低旗艦平台處理器價位門檻,由大約 14,000 元拉低到 8,000 元左右。不過得留意,Kaby Lake-X 適用的&nbsp;</span></span>X299 主機板約 10,000 元起跳,Kaby Lake-S 所適用 Z270 不用 4,000 元就有。由於 Kaby Lake-X 的存在看似多餘,我們認為選則 Kaby Lake-S,或者稍後將推出來接替其市場的 Coffee Lake,都比挑 Kaby Lake-X 來得經濟實惠。</p> <h3>測試平台</h3> <ul> <li>主機板:Asus Prime X299 Deluxe</li> <li>記憶體:Crucial <span>Ballistix Tactical 32GB Kit(4 x 8GB)DDR4-2666 UDIMM</span></li> <li>系統碟:Kingston SSDNow V300 120GB</li> <li>資料碟:Plextor M8Pe 512GB、Seagate 600 SSD 240GB、Plextor M5 Pro 256GB、AKiTiO SK-2520 外接盒</li> <li>顯示卡:<span>Asus DUAL-GTX1050TI-4G</span></li> <li>電源供應器:FSP PT-550M</li> <li>作業系統:Microsoft Windows 10 Pro 64bit 中文版</li> </ul> <h3>延伸閱讀</h3> <blockquote> <p><a href="http://www.techbang.com/posts/51964-single-core-performance-is-no-longer-cover-doors-intel-core-i9-7900x-core-i7-7820x-measured" target="_blank">單核運算性能罩門有所改善,Intel Core i9-7900X、Core i7-7820X 實測</a></p> <p><a href="http://www.techbang.com/posts/51924" target="_blank">Intel Basin Falls 旗艦平台即將登場,Core X 家族處理器兵分三路</a></p> </blockquote><a href="http://www.facebook.com/TKbang">加入T客邦Facebook粉絲團</a><img src="http://feeds.feedburner.com/~r/techbang/~4/TsMsEjSaT-4" height="1" width="1" alt=""/>