AMD NVMe RAID 與 Win10 儲存空間的效能測試

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看到自己的電腦居然有兩個 M.2 插槽,可以安裝兩隻 PCIe Gen 4 或 PCIe Gen 3 NVMe SSD。所以出於好奇,就試著用 X570 主機板來玩一下 AMD NVMe RAID 。

而說到 RAID 的話,基本的認知不外乎就是為了兩個最終目的: 一個是【資料安全】,另一個就是【提升硬碟速度】。

那為什麼要玩 NVMe RAID 呢?因為 PCIe Gen 4 NVMe SSD 價格還是太貴了,也想知道兩隻 PCIe Gen 3 NVMe SSD 建立 RAID 的話,資料讀寫的速度會不會比一隻 PCIe Gen 4 NVMe SSD 來的快。

為什麼又要拿 Windows 10 Storage Space (儲存空間)來跟 AMD NVMe RAID 做比較呢?因為這兩套【非硬體 RAID】都是免費的,一個是【主機板 RAID 】,另一個是【軟體 RAID 】。當你買電腦,安裝微軟作業系統後,就等著讓你使用了。

提升硬碟速度的方法

首先,先來想一下【提升硬碟速度的方法有那些呢?】在之前的文章中提到,當初在買了 ASUS TUF GAMING X570 PLUS 主機板之後,發現有送AMD_StoreMI_2.0 軟體,上網查詢這個軟體的功能是什麼之後,才知道是專門用來提高 HDD 硬碟的讀寫速度。但是,AMD_StoreMI_2.0 的缺點只能加速讀取速度而已。

而且看完測試結果後,好像也比較適合有預算限制的電腦使用者,畢竟大部分的使用者,應該都還是以小容量 SATA SSD(例如: 美光MX500, SanDisk Ultra 3D) 或 NVMe SSD 為基本配備。而當你本身就已經使用大容量且效能佳的 NVMe SSD 的族群(例如: 三星970 Evo Plus, WD SN750),就真的不適合再安裝AMD_StoreMI_2.0,這樣子反而會影響原本 NVMe SSD 的寫入效能。

也因為上述的原因,所以把腦筋轉到【軟體、主機板 RAID】上面來。其實,Intel 平台也有提供主機板 RAID 的功能,但是無法建立 NVMe RAID,原因在這一篇有解釋: Intel VROC 好嗎?一次看完四種主機板RAID的比較

所以在這篇文章中只能看到 AMD NVMe RAID 與 Windows 10 Storage Space 的測試結果。當然這兩種 RAID 的方式,也的確是可以提升硬碟速度的免費方案。不過要注意一下,使用 Windows 10 Storage Space 的一些限制,在這篇文章中有說明: Storage Space in Windows 10: performance result

單支 NVMe SSD 的效能數據

在看測試數據之前,先來看一下單支 NVMe SSD 的效能數據,這樣子才能評估這種效能的提升幅度,是否值得花時間建立 RAID。

文章一開始就說了, X570 主機板提供兩個 M.2 插槽。一個是由 CPU 提供 PCIe 4.0 x 4 的連線通道;而另一個則是由 X570 晶片組提供的 PCIe 4.0 x 4 連線通道。所以,相同一支 NVMe SSD 都會輪流安裝在這兩個插槽上面,進行測試。

在前一篇文章(Gen4 NVMe SSD裝在CPU與晶片組的效能差異)知道,想要 PCIe 4.0 NVMe SSD 得到最佳效能的話,最好優先考慮將 NVMe SSD 接在 CPU 的 PCIe 4.0 x 4 的連線通道上面。那麼這個結論,是不是也可以適用在 PCIe 3.0 NVMe SSD 上面呢?其實,當我看到測試結果後,發現真的跟理論分析有很大的差異。

測試平台:

  • 處理器:AMD_Ryzen_3600
  • 主機板:Gigabyte X570 GAMING X
  • 記憶體:Micron DDR4-3200 8GB*2
  • 作業系統:Microsoft Windows 10 Pro
  • PCIe Gen3 測試碟:
    • WD SN750
    • Samsung 970 Evo Plus
  • IOmeter

NVMe SSD 插在 CPU 的 M.2 插槽,速度就是比較快

連續讀取(SR, Sequential Read):

在圖1~圖2當中,可以看到 WD SN750 與 Samsung 970 EVO Plus NVMe SSD 的連續讀取(SR, Sequential Read)速度,圖中用紅色實線框住的地方,就是插在 CPU M.2 插槽的數據。很明顯地發現,當 NVMe SSD 插在 CPU 的 M.2 插槽中,就是比插在晶片組的 M.2 插槽來的快!

因為 Samsung 970 EVO Plus NVMe SSD 有附贈專屬的驅動程式,所以在測試過程前,先安裝了驅動程式;而 WD SN750 則是使用 Windows 10 的內建驅動程式。

02 AMD X570 Ryzen WD SN750 sequential read performance
圖1、WD SN750 NVMe SSD Sequential Read performance: Ryzen CPU vs X570
03 AMD X570 Ryzen Samsung 970Evo Plus sequential read performance
圖2、Samsung 970 EVO Plus NVMe SSD Sequential Read performance: Ryzen CPU vs X570

連續寫入(SW, Sequential Write):

其實兩款 PCIe Gen 3 NVMe SSD 的測試數據的趨勢都一致,所以,以下的測試結果就只放上 Samsung 970 EVO Plus NVMe SSD 的測試結果給大家參考。

針對連續寫入的測試,大致上來說插在 CPU M.2 與 晶片組的 M.2,速度其實都差不多。但是,偶而還是會看到大檔案(QD32, Data Size >> 256KiB)的傳輸速度,在 CPU M.2 插槽會比晶片組的 M.2 插槽來的快。

04 AMD X570 Ryzen Samsung 970 Evo Plus sequential write performance
圖3、Samsung 970 EVO Plus NVMe SSD Sequential Write performance: Ryzen CPU vs X570

隨機讀取(RR, Random Read):

在圖4當中,趨勢更是明顯,針對小檔案的隨機讀取測試中,的確 CPU M.2 插槽的傳輸速度,就是比較快。

05 AMD X570 Ryzen Samsung 970 Evo Plus random read performance
圖4、Samsung 970 EVO Plus NVMe SSD Random Read performance: Ryzen CPU vs X570

隨機寫入(RW, Random Write):

在隨機測試當中,不論是寫入(圖5)或讀取(圖4),測試結果的確都是一致的。而且,速度差異都呈現出大幅度的落差。

06 AMD X570 Ryzen Samsung 970 Evo Plus random write performance
圖5、Samsung 970 EVO Plus NVMe SSD Random Write performance: Ryzen CPU vs X570

AMD NVMe RAID 與 Win10 儲存空間的效能比較

如同文章一開始提到的,這兩套【非硬體 RAID】都是免費的,差異只在一個是【主機板 RAID 】,另一個是【軟體 RAID 】。當你買電腦,安裝微軟作業系統後,就等著讓你選擇其中一個來使用了。

  • 主機板 RAID
    • AMD_RAIDXpert2
  • 軟體 RAID
    • Windows 10 Storage Space(儲存空間)

AMD NVMe RAID 是資料備份的技術嗎?

RAID 是把多顆硬碟聚合在一起的一種技術,用來【增加儲存容量】或【提升讀寫速度】,絕對不是用來做【資料備份】的技術。在實際應用上,像我這種一般電腦使用者而言,【非硬體 RAID】的吸引力就是在可以把多餘的小硬碟,透過 RAID 的技術,聚合成一個大儲存磁碟槽來使用。這麼做有什麼好處呢?

  • 不用花錢買單顆大硬碟
  • 電腦或筆電淘汰後,裡面的硬碟還可以拿來再使用

因為本身就有習慣性地將資料做備份,所以比較不擔心舊硬碟突然壞掉,造成資料沒了才後悔莫及。再者,家裡的電腦也是上網居多,並非工作用的電腦,所以取捨之後,已經習慣使用【非硬體 RAID】多年了。

如何建立 AMD NVMe RAID 呢?

其實每款主機板的說明書都附有建立 RAID 的章節,而我是搭配觀看這部影片才完成建立 AMD NVMe RAID。安裝的過程中,的確很折騰人,不像 Intel RAID 那麼簡單。在這篇文章中,就不多說明如何建立 NVMe RAID。基本上,參考自己購買的主機板說明書與上面提供的影片連結,大致上就可以完成了。以下是幾個設定需要在 BIOS 目錄中做修改:

  • 進入 BIOS 進階模式 > 進階 > SATA Configuration
  • NVMe RAID Mode > Enabled
  • 回到 進階 > “RAIDXpert2 Configuration Utility”
  • 在”RAIDXpert2 Configuration Utility”下,Create Array
  • 選擇RAID 0 或 RAID 1
  • Select Physical Disks
  • 兩個 NVMe SSD 選擇 ON,然後 Apply
  • 記得在 啟動 >  CSM > 選擇關閉

連續讀取大檔案的話,RAID 1 的確可以得到好處

在圖6中,可以看到5條曲線

  • 使用 1 顆 WD SN750
    • 黑色虛線: 單顆 NVMe SSD 的連續讀取速度
  • 使用 2 顆 WD SN750 建立 RAID
    • 橘色、綠色實線: 使用AMD RAIDXpert2建立的 NVMe RAID-0 與 RAID-1
    • 咖啡色、土黃色: Windows 10 Storage Space建立的 Simple(類似 RAID-0)與 Mirror(類似 RAID-1)

在低 QD 時(QD<=4),【主機板 RAID】的確比【軟體 RAID】;但是在高 QD 時(QD>=8),結果卻反過來了。

簡單說一個小結論好了,RAID-1 與 Mirror 的確適合大檔案讀取。可是對比單顆 NVMe SSD 的數據(黑色虛線),以 QD=32 為例子,速度增幅卻不是理論告訴我們的【X2】關係。

  • 【主機板 RAID】: Sequential Read 速度增幅約 48%
  • 【軟體 RAID】: Sequential Read 速度增幅約 67%

另一方面,也可以知道兩隻 PCIe Gen 3 NVMe SSD 建立 RAID 的話,大資料讀取的速度並不會比一隻 PCIe Gen 4 NVMe SSD 來的快。有興趣比較的話,可以參考: Gen4 NVMe SSD裝在CPU與晶片組的效能差異

11 AMD NVMe RAID 與 Win10 Storage Space 的效能測試_WD SN750 sequential read
圖6、WD SN750 NVMe SSD Sequential Read performance: NVMe RAID vs Storage Space

連續寫入大檔案的話,都會比單顆 NVMe SSD 的速度快

圖7中的曲線標示與圖6相同,詳細的說明可以參考圖6。在圖7中可以清楚看到 RAID-1 的寫入速度,感覺上真的與理論告訴我們的相同。黑色虛線(SN750 Sequential Write)幾乎跟綠色實線(RAID-1)疊在一起。而且,RAID-0 的速度(橘色實線),幾乎是黑色虛線的一倍。

不論是哪種 RAID 的技術,連續寫入大檔案的話,都不會比單顆 NVMe SSD 的速度慢!

12 AMD NVMe RAID 與 Win10 Storage Space 的效能測試_WD SN750 sequential write
圖7、WD SN750 NVMe SSD Sequential Write performance: NVMe RAID vs Storage Space

隨機讀取小檔案,幾乎不會比單顆 NVMe SSD 快

圖8中的曲線標示與圖6相同,詳細的說明可以參考圖6。在圖8可以看到,隨機讀取小檔案的話,不論是【主機板 RAID】或【軟體 RAID】,幾乎都不會比單顆 NVMe SSD 快。

13 AMD NVMe RAID 與 Win10 Storage Space 的效能測試_WD SN750 random read
圖8、WD SN750 NVMe SSD Random Read performance: NVMe RAID vs Storage Space

隨機寫入小檔案,效能最差的是 AMD NVMe RAID

圖9中的曲線標示與圖6相同,詳細的說明可以參考圖6。圖9可以看到,在隨機寫入小檔案的情況下,【軟體 RAID】的速度,不論是 Simple(類似RAID-0)或 Mirror(類似RAID-1),都是表現最好的。對比單顆 NVMe SSD(黑色虛線)的話,速度增幅以 QD=32 為例子:

  • 【軟體 RAID, Simple】: Random Read 速度約是單顆 NVMe SSD的 644%
  • 【軟體 RAID, Mirror】: RandomRead 速度約是單顆 NVMe SSD的 372%
14 AMD NVMe RAID 與 Win10 Storage Space 的效能測試_WD SN750 random write (1)
圖9、WD SN750 NVMe SSD Random Write performance: NVMe RAID vs Storage Space

結論: 追求速度真的要建 AMD NVMe RAID 嗎?

在前幾篇文章中,都分別看到了 Intel VROC 或 Windows 10 Storage Space 的測試結果。個人真的覺得,不論是【主機板 RAID】或【軟體 RAID】,速度增幅真的都不如理論告訴我們的那種幅度。只有在某些情況下,才會看到【理論】與【實作】有一致的結果。

對我而言,建立 RAID 來使用,速度並不是我最在意的因素,我只是想要把數顆小硬碟聚合起來成為一個有容錯機制的大磁碟空間來使用,省錢而以。至於備份資料,當然就靠 321 來實現了。

【軟體 RAID】適合非理工背景的使用者

為什麼這樣說呢?其實 Windows 10 Storage Space 的安裝與設定,真的比 NVMe RAID 來的簡單,完全不需要考慮驅動程式、開機 BIOS 設定….。而且設定成功後,開啟檔案總管就可以直接使用了。

另外一個優點就是: 不論 Intel 或AMD的電腦,只要安裝好 Windows 10 Storage Space 後,萬一有一天電腦壞掉了,只要把硬碟移到新電腦後,也可以抓到原本的資料,這一點是我無意間發現的便利性!

兩支 PCIe Gen 3 NVMe SSD 建 RAID,並不會比一支 Gen 4 NVMe SSD 快

從圖6-圖9中,可以明顯看到,兩支 PCIe Gen 3 NVMe SSD 建 RAID,並不會比一支 Gen 4 NVMe SSD 的傳輸速度快。而這一個觀察,也呼應了前一篇文章中(Gen4 NVMe SSD裝在CPU與晶片組的效能差異)的測試結果。與其要靠 RAID 來提升硬碟讀取速度,不如把預算提高,直接考慮高效能的 PCIe Gen4 NVMe SSD。所以,使用【主機板 RAID】的評價就是,

  • 硬碟讀寫速度不會翻倍,情況糟的話會降速
  • 雖然都是 Gen 3 NVMe SSD,但是安裝在 CPU的 M.2 插槽,還是會比安裝在晶片組 M.2 插槽來得快

常見問題

什麼是【資料備份321原則】呢?

1. 至少製作份備份
2. 將備份資料分別存放在種不同儲存媒體(例如: 外接硬碟、NAS、雲端…)
3. 至少份放在異地保存(例如: 家裡、公司…)
沒有一種備份方式是絕對安全,雞蛋千萬別放在一起!!!這種資料備份的原則,其背後的精神就是降低發生不預期風險,導致資料全毀的機率。

【主機板 RAID】與【軟體 RAID】哪一種比較適合一般使用者呢?

不論是哪種 RAID,都絕對不是資料備份的技術。RAID 只是把多顆硬碟聚合在一起的一種技術,用來【增加儲存容量】或【提升讀寫速度】。以下是我的看法:
安裝簡單: 就該選擇 【軟體 RAID】Windows 10 Storage Space
提升硬碟讀寫速度: 從上面的測試結果中,你們可以依本身的使用情境自行判斷哪種 RAID 比較適合自己。對我而言,做完測試後,我很慶幸過去就是使用【軟體 RAID】,因為硬碟讀寫速度也不會比較差。
轉移資料便利性: 該選擇 【軟體 RAID】Windows 10 Storage Space。把硬碟拔出後,放到任何Windows 作業系統上面,只要有開啟 Storage Space 的功能,資料都會被作業系統抓到。

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