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AMD Ryzen vs. Intel Kaby Lake，晶片組 I/O 傳輸效率比試
睽違 4 年之久，AMD 推出代號 Ryzen 全新處理器暨平台，首登場的 Ryzen 7 系列處理器，性能表現加計價格因素普遍獲得好評。由於 Ryzen 是 AMD 近年來唯一全新產品，關於處理器與晶片組的種種難免引人好奇，讓我們實際動手來試驗晶片組 I/O 表現。處理器亦內建 USB 3.1、SATA，增加配置彈性https://cdn1-techbang.pixcdn.tw/system/images/386561/original/95591d0c46dc785c56e2604f420ab508.png?1489487512▲ Asus ROG Crosshair VI Hero 功能配置方塊圖，可作為 Ryzen 架構參考。首先來溫習 Ryzen 平台基礎概念，Ryzen 所適用最高階晶片組 X370，內建 USB 3.1 Gen 1 與 SATA 6Gb/s，最大化配置數量皆為 6 組。值得留意的還有 2 組 SATA Express，其架構每組亦等於有 2 組 SATA 6Gb/s，因此也能夠單純配置成 4 組 SATA 6Gb/s 來運用。換言之，SATA 6Gb/s 光算到這裡，X370 最大化配置數量即有 8 組，故得到下圖出現 3 個磁碟控制器的結果。
再加上 Ryzen 處理器本身，也內建 USB 3.1 Gen 1 共 4 組、SATA 6Gb/s 共 2 組（可配置為 SATA x 2 搭配 PCIe NVMe x2 或僅 PCIe NVMe x4），因此理論總和數量皆可達到 10 組之多。當然了，以上是單就規格而言，實際配置還得視主機板廠商設計而定。而 X370 晶片組還內建 USB 3.1 Gen 2（2 組連接埠），礙於手邊主機板需要特定轉接線，因此趕不及在這次試驗一併把玩、比較。https://cdn0-techbang.pixcdn.tw/system/images/386312/original/f42bd410751bff57d98c413608a72f1d.png?1489402573▲ 測試平台 Asus ROG Crosshair VI Hero（X370 晶片組）於裝置管理員內，所顯示 SATA 磁碟控制器、USB 3.1 Gen 2 / 1 控制器資訊。為縮減性能變數影響，我們所採用主機板同為 Asus 製品，Ryzen 代表組為 ROG Crosshair VI Hero（X370 晶片組），Intel 則是 Kaby Lake 世代的 Z270-A（Z270 晶片組）。主機板 BIOS 與驅動程式，皆採用測試當下最新版本，其中 BIOS 亦維持出廠預設值。至於用以搭配的處理器，分別是 Ryzen 7 1700 與 Core i7-7700K，這同時也符合 AMD 所預設競爭標的。以下簡短試驗，磁碟介面針對原生內建 SATA 6Gb/s，以及 PCIe NVMe 固態硬碟支援與傳輸表現部分，搭配測試碟為 Seagate 600 SSD 240GB（SATA 6Gb/s）與 Plextor M8PeG 512GB（PCIe 3.0 x4 NVMe）。至於 USB 3.1 Gen 1 部分，所使用外接盒的橋接器同為 ASMedia 型號 ASM1351（USB 3.1 Gen 2），裝載前述 Seagate 600 SSD 使用。SATA 可用數量眾多，控制器性能差異小https://cdn1-techbang.pixcdn.tw/system/images/386390/original/a83ad5f6c1ad34a7b50dbf46a9f35322.jpg?1489460865▲ ROG Crosshair VI Hero 計有 8 組 SATA 連接埠，紅框 4 組為純 SATA 6Gb/s，藍框部分 AMD 原定為 SATA Express，Asus 設計捨 SATA Express 就 SATA。（順序為由左到右、從上而下，SATA 1 / 2 / ... ...）正式來看磁碟裝置介面表現差異，SATA 6Gb/s 由於有前述 2 種變數，所以我們做了較為繁複的試驗。先以各控制器的單顆測試結果作為基準，再交叉試驗不同連接埠，同時執行測試會產生什麼變化。由於所得結果眾多且相近，因此我們只列出局部數據當代表，其餘經由文字彙總說明之。Ryzen 讀取速度和 Kaby Lake 相近，Seq 寫入更是有過而無不及，惟 4K Q32T1 讀寫與 4K 寫入有較為顯著落差。SATA 6Gb/s 基準測試
https://cdn2-techbang.pixcdn.tw/system/images/386319/original/714a2fa2409e35aff8aa0672922badab.png?1489404120 https://cdn2-techbang.pixcdn.tw/system/images/386321/original/36aa3625f525c293c15a612fac64bb47.png?1489404457
▲ Ryzen：接於連接埠 1。https://cdn2-techbang.pixcdn.tw/system/images/386322/original/c8f063ede1fa5f9d271511d8d203bd37.png?1489404475 https://cdn2-techbang.pixcdn.tw/system/images/386323/original/1f67f13db15d11691bc77640520d7c6b.png?1489404482
▲ Ryzen：接於連接埠 5。
https://cdn1-techbang.pixcdn.tw/system/images/386320/original/3e4a8e31e41f52867f105c53bdb0327c.png?1489404140https://cdn0-techbang.pixcdn.tw/system/images/386324/original/3f66b5eb98eb8773e42e16f1e9197347.png?1489404533
▲ Kaby Lake：接於連接埠 1。接著我們進行壓力測試，也就是同時執行 2 個磁碟測試，經由這樣的試驗或許能看出更多蛛絲馬跡。我們加以試驗了連接埠差異，例如緊鄰的 SATA 1 / 2、1 / 3，針對 Ryzen 架構特性亦試驗過 SATA 1 / 5、5 / 7、5 / 6 等多種接法。由於所得結果也是相當接近，因此我們只列出部分數據當代表，Ryzen 的性能傾向看來是和單顆磁碟進行測試相仿，4K 存取表現低於 Kaby Lake 平台。SATA 6Gb/s 壓力測試（ 2 個固態硬碟同步測試結果）
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▲ Ryzen：左圖連接埠 1、右圖連接埠 2。https://cdn2-techbang.pixcdn.tw/system/images/386523/original/113dfff99796325864cf2cb213cad7b7.png?1489482461 https://cdn1-techbang.pixcdn.tw/system/images/386524/original/c22687107d661ffdd6a579f74640cc1b.png?1489482470
▲ Ryzen：左圖連接埠 5、右圖連接埠 7，即跨越控制器。
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▲ Kaby Lake：左圖連接埠 1、右圖連接埠 2。M.2 直接與處理器相連，惟性能傾向相似https://cdn2-techbang.pixcdn.tw/system/images/386558/original/3b05ea570f10d15b877c7c461c7d6d66.jpg?1489485973
▲ Ryzen 平台主要 M.2 插槽，是由處理器供應所需 PCIe 通道、SATA 6Gb/s 資源，與 Kaby Lake 通常配置連結至晶片組相較，理論上是有利於發揮性能。PCIe NVMe 固態硬碟試驗部分，Seq 讀取與寫入速度，Ryzen 和 Kaby Lake 比較結果相近，惟 Ryzen 寫入慢了 20％。4K 有著較為顯著落差，Ryzen 讀取慢 11％ 左右，寫入則是達到 55％。至於 4K Q32T1 讀取落後更達到倍數，寫入亦有 87％ 之多，僅 Seq Q32T1 項目能和 Kaby Lake 相比。這部分性能變數少於 SATA，除了 AMD 架構設計因果關係式之外，也不排除有 Asus 調校因素影響。M.2 基本測試
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▲ Ryzen：安裝於 M.2_1 插槽。
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▲ Kaby Lake：安裝於 M.2_1 插槽。USB 3.1 Gen 1 略有特異，出現頻寬共享跡象https://cdn1-techbang.pixcdn.tw/system/images/386434/original/96c50eb016fafa2abd40c0024d070ec3.jpg?1489465842
▲ Asus 官方資料標示，藍框 4 組 USB 3.1 Gen 1 連接埠由 Ryzen 處理器供應（由上而下 USB 1 / 2 / 3 / 4），紅框 4 組 USB 3.1 Gen 1 則是來自 X370 晶片組（由上而下 USB 5 / 6 / 7 / 8）。USB 3.1 Gen x 試驗部分，我們使用 Windows 10 原生內建 xHCI 驅動程式，在開頭的裝置管理員截圖能查看、確認之。不難發現 Ryzen 表現有些特異，Asus 標示來自 Ryzen 處理器的部分，Seq 讀取與寫入速度不到 380MB/s，反觀 X370 晶片組的可達 429.3～435.2MB/s 之譜。Kaby Lake 平台 Seq 速度在 407.1～419.0MB/s 之間，但是可以看出來，4K 寫入與 4K Q32T1 都快上不等幅度。USB 3.1 Gen 1 基準測試（外接盒獨立測試結果）
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▲ Ryzen：Ryzen 處理器內建控制器，接於 USB 1。https://cdn2-techbang.pixcdn.tw/system/images/386437/original/221050d3e3867f620c326f0d6d6f970b.png?1489466117 https://cdn2-techbang.pixcdn.tw/system/images/386438/original/99d7bb75c1d9df89bb815c5d2361b928.png?1489466125
▲ Ryzen：X370 晶片組內建控制器，接於 USB 5。https://cdn2-techbang.pixcdn.tw/system/images/386452/original/057ac7cebb2c22cb4635e84044645c27.png?1489466187 https://cdn0-techbang.pixcdn.tw/system/images/386456/original/d4eb664d52ab915ee31fb6a598bbc487.png?1489466195
▲ Kaby Lake：Z270 晶片組內建控制器。
壓力測試使用 2 個外接盒同步進行，我們同樣試驗了多種接法，如 USB 1 / 2、USB 1 / 3（Ryzen 部分），所得結果差異大多有限，因此同樣只列出部分接法來當代表。Ryzen 處理器所內建控制器，4K Q32T1 存取速度滑落約 75％，Kaby Lake 降幅是較少的 20％ 上下。但 X370 晶片組 Seq 速度只剩下 226.1～237.8MB/s 不等，降幅大約在 85％ 之多，猶如有頻寬共享關係式。USB 3.1 Gen 1 壓力測試（ 2 個外接盒同步測試結果）
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▲ Ryzen：Ryzen 處理器內建控制器，接於 USB 1 / 2。https://cdn2-techbang.pixcdn.tw/system/images/386460/original/c489d308f4ee10a19d14639d4069fd0d.png?1489466810 https://cdn2-techbang.pixcdn.tw/system/images/386461/original/60838f78741d247d18e7081fa92375e3.png?1489466823
▲ Ryzen：X370 晶片組內建控制器，接於 USB 5 / 6。https://cdn2-techbang.pixcdn.tw/system/images/386462/original/7a6019b6cdf21aa31c88e02d96f8aa19.png?1489466833 https://cdn2-techbang.pixcdn.tw/system/images/386464/original/478c61c7674b46dd0d46077696ac07f4.png?1489466845
▲ Kaby Lake：Z270 晶片組內建控制器。針對前面 X370 晶片組內建控制器所得結果，我們在 Ryzen 平台反覆試驗，最後確認 USB 5 / 7、5 / 8、6 / 7、6 / 8 接法，所得結果如下列變得正常多了。即使 4K Q32T1 仍然不盡人意，而且其中 1 個外接盒 Seq 寫入速度低落，但至少不再有嚴重的頻寬共享之類現象。這是否顯示，X370 固然至多可提供了 6 組連接埠，但核心架構可能是每 2 個連接埠為 1 個群組共享資源，還有待進一步確認、釐清。USB 3.1 Gen 1 壓力測試 - 續（兩款外接盒同步測試結果）
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▲ Ryzen：X370 晶片組內建控制器，接於 USB 5 / 7。
綜觀以上試驗，不難看出 Ryzen 平台與 Kaby Lake 相較下，磁碟 I/O 傳輸表現罩門在 4K 部分。就算使用 Anvil’s Storage Utilities 之類軟體測試，亦會出現相同的性能傾向，我們推測這是 AMD 所採購 IP（Intellectual Property，智慧財產權）特性所導致。至於實際應用會有何等影響，這還得經過進一步測試驗證，此階段至少還能讓大家參考，各連接埠該如何配置運用會比較合宜。編按：Ryzen 平台測試所得結果不如 Kaby Lake，會不會是示範組個案問題呢？事實上我們在其他品牌主機板上做過一些白工，才輾轉完成這樣的簡短試驗，Asus 已經算是其中較好的之一。2017/03/28：USB 3.1 Gen 2 補充測試相隔近半個月，我們終於借到 USB 3.1 Gen 2 擴充埠轉接線材，得以試驗 X370 晶片組所內建 USB 3.1 Gen 2 控制器傳輸表現。參考文章開頭的 X370 晶片組架構示意圖，X370 本身是能提供 2 組 USB 3.1 Gen 2 連接埠，由於我們所借得線材只有 1 組 USB Type-C 連接埠，因此以下只進行單個裝置傳輸測試。https://cdn1-techbang.pixcdn.tw/system/images/387987/original/84857d2c541ccace74d41347a2faffc1.jpg?1490694835
▲ USB 3.1 Gen 2 控制器開始普遍導入，在中高階主機板上不難見到這樣的擴充埠，主要是用於機殼前置面板連接埠。參考比較組部分，ROG Crosshair VI Hero 主機板另外有布建第三方控制器，官方資料標示為 ASMedia 型號 ASM1143，在 I/O 背板提供 Type-C 與 Type-A 連接埠各 1 組。我們另外還使用 Asus ROG Maximus IX Formula（Z270 晶片組），測試其 USB 3.1 Gen 2 擴充埠所使用 ASMedia ASM2142 控制器，讓大家一併參考之。USB 3.1 Gen 2 基準測試（外接盒獨立測試結果）
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▲ Ryzen：X370 晶片組內建控制器。https://cdn2-techbang.pixcdn.tw/system/images/387985/original/dfa8a1a25f1caf2a7c76cf7b7d634070.png?1490694662 https://cdn1-techbang.pixcdn.tw/system/images/387986/original/9beb697abe9e30c114f82227fcd85074.png?1490694670
▲ Ryzen：主機板所整併第三方控制器。https://cdn2-techbang.pixcdn.tw/system/images/387983/original/d73859fe85ea3eb0e142b1b9b6dfba5a.png?1490694003 https://cdn1-techbang.pixcdn.tw/system/images/387984/original/369b11bb4f718027bda9c4864d6e8153.png?1490694015
▲ Kaby Lake：主機板所整併第三方控制器。測試結果猶如先前 USB 3.1 Gen 1 試驗的縮影，Ryzen 範例平台無論是晶片組內建或整併的第三方控制器，Seq 項目速度是有機會超越 Kaby Lake 範例組。然而罩門也依舊，4K 與 4K Q32T1 經常有落後的傾向，尤以後者差距最為顯著。就我們所知，Ryzen 的 SATA 與 USB 3.1 皆是向 ASMedia 採購 IP，出現如此的反差，顯示晶片組架構配置甚至是主機板廠商調校，與 Intel 平台產品之間是還有段差距。測試平台
[*]主機板：Asus ROG Crosshair VI Hero、Asus Z270-A、Asus ROG Maximus IX Formula
[*]記憶體：Kingston KVR24N17D8/16（DDR4-2400 16GB x 2 Kit）2 組
[*]系統碟：Plextor M6e 256GB
[*]資料碟：Plextor M8PeG 512GB、Seagate 600 SSD 240GB
[*]USB 外接盒：橋接器 ASMedia ASM1351（USB 3.1 Gen 2）
[*]顯示卡：NVIDIA GeForce GTX 1060 創始版
[*]電源供應器：FSP PT-550M
[*]作業系統：Microsoft Windows 10 Pro 64bit 中文版
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