Aktuelle Kaby Lakes (nur 16 PCIe Lanes), Grafikkarte und M.2 PCI SSD

burnersk

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Ich bin gerade verwirrt... und zwar war ich bislang der festen Meinung, dass die CPU die Anzahl der PCIe Lanes begrenzt.

Nehmen wir die aktuelle (Anfang 2017) Generation von Intel i7 Kaby Lake CPUs als Basis. All haben eine Unterstützung von nur maximal 16 PCIe Lanes. Eine gute Grafikkarte (z.B. NVidia GTX 1070) benötigt 16 PCIe Lanes. Nach meinem Kenntnisstand ist hier nun Schluss, weil 16 verfügbar abzüglich 16 verwendet gleich 0 verfügbar. Eine weitere PCIe Komponente (z.B. M.2 PCIe SSD, Soundkarte) kann also nicht mehr angesprochen werden.

Nun behaupten einige Leute und Hersteller steif und fest (zumindest verkaufen Hersteller Geräte in so einer Konfiguration), mit einer Intel i7 Kaby Lake 7700K CPU (16 PCIe Lanes) kann man eine x16 Grafikkarte und eine x4 M.2 PCIe SSD betreiben.

Ja, es gibt Kaby Lake Chipsets (nicht CPUs) mit bis zu 24 PCIe Lanes, aber die CPU muss es doch unterstützen!?

Also: Was soll das von wegen ein Verbrauch von 20 PCIe Lanes mit nur einer 16 PCIe Lanes CPU? Stimmt das (durch PCIe Lane "Switching") und gibt es nur Performanceeinbußen (Traffic Sharing) oder funktioniert das komplett nicht (so wie ich mir das denke).
 
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Ich bin gerade verwirrt... und zwar war ich bislang der festen Meinung, dass die CPU die Anzahl der PCIe Lanes begrenzt.
Das tut er auch. Die CPU hat selbst PCIe Lanes und ein DMI Interface mit dem der PCH angesteuert wird. Alles was am PCH hängt muss sich die Bandbreite von DMI teilen. Momentan ist das DMI3.0 so schnell wie ein PCIe 3.0 x4 Port.
 
Die CPU hat 20 PCIe3-Lanes. 16 davon stehen zur freien Verfügung, die restlichen vier stellen die Verbindung zum Chipsatz her (DMI). Alle Geräte, die am Chipsatz angeschlossen sind müssen sich dessen Bandbreite teilen. Früher war das kein Problem, weil die meisten PCIe-Karten nicht mal ansatzweise soviel Bandbreite brauchten. Mit den PCIe-SSDs hat sich das geändert und eine einzige davon reicht schon um die Chipsatz-Anbindung auszulasten.
 
Neben wir doch mal ein Beispielsystem an; bestehend aus:
  • Prozessor: Intel® Core™ i7-7700K, Prozessor FC-LGA4, "Kaby Lake"
  • Mainboard: GIGABYTE AORUS GA-Z270X-Gaming 7
  • Grafikkarte: GIGABYTE GeForce GTX 1070 G1 Gaming, PCIe 3.0 x16
  • SSD: Samsung 960 EVO 1 TB, Solid State Drive M.2, PCIe 3.0 x4
  • CD/DVD/BD: ASUS BW-16D1HT Silent, SATA/150

Prozessor: PCIe 3.0 16 Lanes, DMI3 (8 GT/s)
Mainboard: Intel Z270 Chipset, PCIe 3.0 24 Lanes, DMI3 (8 GT/s)

Wenn ich das gerade richtig verstehe, ist auch z.B. der SATA Controller über DMI (via PCH) angesteuert. Die folgenden Komponenten müssten sich also die 7,87 GBit/s (8 GT/s) teilen:
  • SATA-Controller: 1x Blu-ray Brenner, 1,2 GBit/s
  • USB-Controller: 1x USB 3.0 Speicherstick, 0,8 GBit/s
  • Sound (intern)
  • LAN (intern), 1 GBit/s
  • M.2 SSD: 3,2 GBit/s

Es besteht also eine Bandbreite von 6,2 GBit/s (zzgl. was auch immer Soundkarten brauchen) bei 7,87 GBit/s Anbindung. Ziemlich knapp aber es sollten doch keine nennenswerten Performanceeinbußen geben, oder?
 
Mit den PCIe-SSDs hat sich das geändert und eine einzige davon reicht schon um die Chipsatz-Anbindung auszulasten.
2mm4wLU
 
Mit den PCIe-SSDs hat sich das geändert und eine einzige davon reicht schon um die Chipsatz-Anbindung auszulasten.
2mm4wLU

Den Satz hatten wir schon. Aber bei guten 7 GBit/s Bandbreite auf dem Chipsatz sollten bei maximal 3,2 GBit/s Bandbreite bei der PCIe-SSD selbige den Chipsatz gerade mal knapp unter der Hälfte auslasten... Oder habe ich in der Zwischenzeit das Rechnen verloren ;)

Wenn ich das gerade richtig verstehe, ist auch z.B. der SATA Controller über DMI (via PCH) angesteuert. Die folgenden Komponenten müssten sich also die 7,87 GBit/s (8 GT/s) teilen:
  • SATA-Controller: 1x Blu-ray Brenner, 1,2 GBit/s
  • USB-Controller: 1x USB 3.0 Speicherstick, 0,8 GBit/s
  • Sound (intern)
  • LAN (intern), 1 GBit/s
  • M.2 SSD: 3,2 GBit/s

Es besteht also eine Bandbreite von 6,2 GBit/s (zzgl. was auch immer Soundkarten brauchen) bei 7,87 GBit/s Anbindung. Ziemlich knapp aber es sollten doch keine nennenswerten Performanceeinbußen geben, oder?
 
Hallo zusammen,

da immer wieder die Diskussionen über die Chipsätze aufleben, schaut euch bitte mal diese Seiten an. Dort ist gut erklärt wie die Lanes verteilt sind.
Es wurde gesagt man hat bei der CPU 16 Lanes und ist durch die Grafikkarte ausgelastet, das kann leider nicht sein da z. B. Ein Board mit B-Chipsatz nur 12 Lanes hat also müsste die Grafikkarte nur mit 12 Lanes angebunden sein, ist sie aber nicht.

Die Prozessoren mit 16 PCIe Lanes können entweder bei der Grafikkarte 1x16, 2x8 oder 1x8+2x4 Lanes bereitstellen. Aber der Chipsatz hat auch noch

Hier mal die Unterschiede zwischen den einzelnen Chipsätzen und teilweise der Prozessoren wie viel PCIe sie für die Grafikkarte zu Verfügung stellen.
Z270, H270, Q270, Q250, B250 - What is the Difference?

Z170 vs Z97: What is the Difference?

Z270 vs Z170: What is the Difference?

X79 vs X99: What is new in X99 and Haswell-E

Ein Vorschlag an die Moderatoren oder Admins, könnte man solche Tabellen nicht mal als einen Artikel im Forum fest pinnen, worauf bei entsprechenden Fragen drauf verwiesen wird.
 
@burnersk: Nur dass die PCIe-SSD nicht 3,2GBit/s, sondern 3,2 GByte/s schafft.

Der DMI hat aber nicht 8 GT/s, sonder 4x8 GT/s, da vier Lanes. Dass entspricht wegen 128B/130B-Codierung (statt 8B/10B wie bei allen anderen Komponenten) ganz knapp 4GB/s.

Man sollte das aber nicht so hoch hängen. Die einzigen Komponenten, die am PCH wirklich viel Bandbreite haben, sind SSDs, egal ob SATA (bei SATA 6Gb/s dank Overhead maximal so ~575MB/s) oder PCIe (maximal PCIe3.0 x4, wie der DMI).
Wenn man ein RAID0 aus zwei PCIe-SSD am Z170/Z270 macht (beim X99 und früheren geht das nicht) merkt man schon, dass die sequentiellen Tranferraten auch bei ~3.7-3.8GB/s enden, weshalb hier das RAID0 nichts bringt, aber die zufälligen Raten steigen immernoch.

Das wars dann aber auch. Man muss schon verdammt viele HDD in ein RAID0 packen, um eine Bandbreite von 1GB/s und mehr zu kriegen, das macht aber in einem Desktop-Board keiner. Bei 6 SATA-Ports sind dem auch Grenzen gesetzt, da man ja eher Redundanz, also RAID10 oder 5 haben will. Es will auch nicht alles gleichzeitig mit voller Bandbreite mit der CPU kommunizieren. Der DMI reicht also für alle realistischen Anwendungszenarien.

@Gamer: Die CPU hat immer 20 LAnes, 16 für Grafikkarten, 4 für den DMI, dann kommen nochmal welche vom Chipsatz dazu, die aber mit denen der CPU nichts zu tun haben.
Dass nur die Boards mit Z-Chipsätzen SLI/Crossfire mit 2x8 oder x8/x4/x4 können ist eine Limitierung seitens Intel. Der Chipsatz hat nichts damit zu tun, es ist reine Produktpolitik. Das war schon immer so. Es gab keinen Unterschied zwischen einem nForce4 Ultra oder SLI, zwischen einem Radeon Xpress200P oder Crossfire (RX480 und RD480) oder einem Intel i955X und i975X. Für die Aufteilung werden kleine Switchchips verbaut, die man bei solchen Boards auch gut deben den PCI-Slots sieht.

Der Effekt für den Käufer ist aber der gleiche: SLI geht nur mit Z-Chipsatz, Crossfire geht zwar mit jedem PCIe-Slot (auch mit einem x1, weshalb es auch einige Baords mit einem x1-Slot in x16-Länge gibt), aber ordentlich läuft es dann auch nicht.

Die 12 Lanes des B250 stehen den 24 des H270 und Z270 gegenüber. Mit 12 Lanes kann man auskommen, aber es schränkt schon ein. Man sollte sich aber, wie oben gesagt, nicht von den Boards blenden lassen, die mit Triple-NVMe-RAID0 werben (über mehrere M.2- und U.2-Ports bzw. Adapter sowie PCIe3.0 x4-Slots) - das ist komplett nutzloser Blödsinn.
 
Mal so ein zwei blöde Fragen:

Ich dachte immer, die schnellen M.2 SSDs seien oder sollen direkt an die CPU angebunden werden. Deshalb bin ich auch auf diesen Thread gestossen, weil ich danach gesucht habe, weil ich mir dieselbe Frage gestellt habe wie der OP. Oder ist das den "guten" CPUs vorbehalten mit mehr PCIe-Lanes? Oder den "alten" CPUs und Chipsets, weil der Chipsatz nicht schnell genug angebunden ist? Keinen Ahnung, wann der Wechsel von DMI 2.0 auf 3.0 war. und welche Chipsets wie viele PCIe 2 oder 3 Lanes zur Verfügung stellen. Würde das überhaupt einen Unterschied machen oder nur dann, wenn das DMI überlastet ist oder eben bei älteren Chipsets/CPUs?
Auf jeden Fall frisst meinem Verständnis nach auf der x99-Plattform anhand MB-Spezifikationen die M.2 SSD CPU-Lanes weg, was mich u. A. in der Mainboard-Auswahl auch sehr eingeschränkt hat. Je nachdem sind damit SATA-Ports oder PCIe-Slots deaktiviert und werden noch viel mehr Bandbreiten geteilt. Ist ein riesen Gebastel das Ganze! Zusatz-SATA-Controller sind auch meistens über PCIe 2 viel zu langsam angebunden, was die Verwendung mit einer auch schon alten SSD ausschliesst.

Wovon hängt es ab, ob ich von einer M.2 SSD booten kann und was soll man ansonsten damit?
Und wofür braucht man überhaupt solche Transferraten ausser zum Transferieren grosser Files, welche man kaum auf einer teuren M.2 SSD abspeichert? Die Ladezeiten bei Games etc. werden wohl viel eher von anderen Faktoren bestimmt als von einer "langsamen" SSD.

Zur Info: M.2 - does it take up CPU PCIe lanes or not? - [Solved] - Motherboards
 
Zuletzt bearbeitet:
In allen Test die ich bisher gesehen haben waren die PCIe SSDs an den PCIe Lanes der Chipsätze von Skylake und Kaby Lake CPUs schneller, vor allem auch im Sinne der Latenz, als solche an den PCIe Lanes der CPU bei X99 oder Z97 Systemen, bei denen ja die Chipsätze keine PCIe 3.0 Lanes haben. Der Wechsel von DMI2 auf DMI3 und damit die Einführung von PCIe 3.0 Lanes am Chipsatz war mit den 100er Chipsätzen für Skylake (außer beim H110). Einen Vergleich auf Skylake, Skylake-X, Kaby Lake oder Coffee Lake der Performance und vor allem Latenz zwischen den PCIe Lanes der CPU und denen der Chipsätze habe ich aber noch nicht gefunden.

Bei AMDs AM4 Plattform ist die Latenz vor höher als bei Intel und an den externen Chipsätzen trotz langsamerer PCIe 2.0 Lanes besser als an den PCIe 3.0 des in dem SoC integrierten internen Chipsatz. Woran dies liegt, kann ich nicht sagen, vielleicht spielen Energiespareinstellungen eine Rolle.

Beim X99 sind aber meines Wissens noch keine Resourcen zwischen SATA Ports und PCIe Lanes geteilt, dies begann auch mit den 100er Chipsätzen und hängt mit den internen Verbindungen (HSIOs) des Chipsatzes zusammen, welches sich u.a. die SATA Ports und PCIe Lanes des Chipsatzes teilen müssen. Hier sieht man wie die bei den 200er Chipsätzen ist:

attachment.php


Die Lanes bei denen unten Intel RST for PCIe Storage steht, sind die die üblicherweise für M.2 Slots genutzt werden und zwei von den drei Gruppen von jeweils 4 PCIe 3.0 Lanes teilen sich die HSIOs mit SATA Ports. Damit kann man auch sagen, welche PCIe Lanes an welchem M.2 Slot hängen. Wenn in der Beschreibung des Board z.B. steht:
"M2_1, SATA3_0 and SATA3_1 share lanes. If either one of them is in use, the others will be disabled."
Das müssen also die PCIe #0 bis #12 an diesem M.2 Slot liegen, wobei die beiden SATA Ports #0 und #1 an umkonfiguriert werden können und dann die HSIOs der PCIe Lanes #13 und #14 belegen. Diese Option wird nicht bei allen Board auch genutzt, vielleicht weil dort diese beiden Lanes anderweitig verwendet werden. Dann findet man auch oft:
* M2_2, SATA3_4 and SATA3_5 share lanes. If either one of them is in use, the others will be disabled"
Da werden als für den M.2 Slot die PCIe Lanes #17 bis #20 verwendet, wobei sich #17 die Anbindung mit dem SATA Port #4 und #18 die mit dem SATA Port #5 teilen. Bei manchen Boards gibt es auch die Option beides zu nutzen, dann hat der M.2 Slot aber nur noch 2 PCIe Lanes.

Einen M.2 oder PCIe Slot kann dann an den PCIe Lanes #21 bis #24 hängen und auf für SSDs die Fähigkeiten des RST unterstützen, ohne damit direkt mit einem SATA Port die Anbindung teilen müssen. Dann werden aber nur M.2 PCIe SSDs dort unterstützt und um auch M.2 SATA SSDs dort verwenden zu können, muss eben einer der SATA Port auch auf den M.2 Slot umgeschaltet werden können und geht deshalb verloren, wenn man dort eine M.2 SATA SSD betreibt, aber eben nicht wenn man eine M.2 PCIe SSDs dort einsetzt.

Dies sind nur die PCIe Lanes des Chipsatzes, die CPU des S.1151 (sowie Kaby Lake-X) selbst auch haben auch noch einmal 16 PCie 3.0 Lanes (ebenso die Vorgänger des S. 1150 und ggf. auch noch die Ivy Bridge, je nach Board), die mit einem passenden Chipsatz (Z, C oder ggf. dem großen Q) sogar in x8/x8 oder auch in x8/x4/x4, aufgeteilt werden können, vor allem letztere Option nutzen aber eher wenige Boards aus. Wenn dann erkennt man an Beischreibungen wie dieser:
"- 3 x PCI Express 3.0 x16 Slots (PCIE2/PCIE4/PCIE5: single at x16 (PCIE2); dual at x8 (PCIE2) / x8 (PCIE4); triple at x8 (PCIE2) / x4 (PCIE4) / x4 (PCIE5))"
Bei Boards wo triple hingegen dann x8/x8/x4 ist, kommen die Lanes des Slots der x4 hat dann auch vom Chipsatz, hat aber wie hier z.B. der PCIE4 bei triple nur noch 4 Lanes, dann werden alle drei also im Beispiel auch der PCIE5 mit Lanes der CPU versorgt. Von den drei Slots sollte nur der PCIE2 genutzt werden, damit die Graka dort auch wirklich alle 16 Lanes bekommt oder bei SLI nur PCIE2 und PCIE4, damit die Karten in beiden Slots je 8 Lanes haben, was die Voraussetzung für SLI ist.

Steckt man eine PCIe SSD (z.B. auch M.2 SSD in eine Slot Adapter) in einen der Slots die mit PCIe Lanes der CPU versorgt werden, so kostet es die Lanes der Graka, sonst nicht. Bei den Boards mit 90er Chipsätzen (also auch dem X99) oder früher sowie AMD Boards sind diese einfach daran zu erkennen, dass es immer PCIe 2.0 Lanes sind, PCIe 3.0 Lanes sind da also immer von der CPU (bzw. bei AMD von deren internem Chipsatz). Wie man es bei Z170 und Z270er Boards erkennt, hatte ich ja schon geschrieben, außerdem sollte man bedenken, dass die Lanes von der CPU nur als x4, x8 oder x16 vorkommen, die vom Chipsatz nur als x1, x2 oder x4, also eigentlich Slots mit elektronisch 4 Lanes zweifelhaft sein können.

Schwerer ist es bei X299er Boards, da muss man wirklich das Handbuch genau studieren, aber da diese ja auch Kaby Lake-X aufnehmen, sind dort die M.2 Slot wie bei S. 1151 Boards eigentlich immer an den Lanes des Chipsatzes angebunden, wenn im Handbuch der Hinweis steht das ein PCIe/M.2 Slot oder U.2 Port nur bei bestimmten CPUs verfügbar ist oder die Anzahl der Lanes von der CPU (und PCie Slots dann auch ggf. der Bestückung anderer PCIe Slots) abhängt, dann ist es vermutlich einer mit Lanes der CPU.

HSIO.JPG
 
Zuletzt bearbeitet:
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