Petit cas d'étude PCI express

Georges Charpenay — 2022-12-24T09:06:24Z

Vous avez une carte mère récente avec des emplacements NVME, des slots pci-express x16, x4, x1. Des emplacements pci-express libres et des ssd nvme de performances différentes à mettre en place.

Comment choisir les ssd nvme et les emplacements qu'ils occuperont sur la carte mère pour en retirer le maximum de performance ?

L'idée est de vous décrire la démarche que j'ai effectuée pour faire les choix d'emplacement. Le cas échéant, il vous revient, bien sûr, d'adapter vos choix en fonction de votre matériel.

La première étape est l'analyse du matériel ainsi que les performances délivrées, point à point.

Commençons par les SSD nvme à intégrer :

Crucial 500 Go

Le P2M2 de Crucial peut atteindre des débits de 2400 Mo/s en lecture et 1900 Mo/s en écriture - Norme PCI express version 3.0 x4 (PCIe 3x4)

Western Digital SN 850 1To (applicatifs)

Le SN850 de Western Digital peut atteindre des débits de 7000 Mo/s en lecture et 5300 Mo/s en écriture - Norme PCI express version 4.0 x4 (PCIe4x4)

Western Digital SN770 2to (applicatifs)

Le SN770 de Western Digital peut atteindre des débits de 5150 Mo/s en lecture et 4850 Mo/s en écriture - Norme PCI express version 4.0 x4 (PCIe4x4)

Poursuivons par la carte mère récipiendaire, en l'occurence, une gigabyte B550.

La première chose à faire est de trouver la documentation de la carte mère et de bien comprendre la structure de cette dernière.

La carte mère étant une Gigabyte AORUS ELITE AX V2 (équipant pour la circonstance le pc polyvalent décrit dans un article de cette même rubrique), repérons sur la documentation les emplacements pouvant accueillir un ssd nvme, soit en natif, soit en s'équipant de matériel supplémentaire.

Attention, je précise bien "pouvant accueillir un NVME", sans autre état d'esprit, on verra plus loin, emplacement par emplacement, si le choix est judicieux ou complètement hors de question pour cet usage.

Emplacements susceptibles d'accueillir des NVME

Transposons, cette vision sur l'image, pour bien s'imprégner du visu de la carte mère et des emplacements.

Emplacements susceptibles d'accueillir des NVME

Nous voyons d'ores et déjà que des emplacements 1 et 3 sont prééquipés à cet effet.
Nous constatons également que nous pouvons abandonner l'emplacement 2 car il devra recevoir la carte graphique.

Restent donc en course : 1, 3, 4, 5 et 6.

Reprenons cette fois la doc de la carte mère et regardons les débits qui sont affectés au emplacements 1, 3, 4, 5 et 6.

Sur l'examen de la documentation de la carte mère, nous voyons que nous avons deux emplacements M2.

– Le premier emplacement NVME est PCIe 4.0 x4x2 (celui qui est près du processeur, sur notre carte emplacement 1)
– Le deuxième emplacement NVME est en PCIe 3.0 x4x2 (celui, plus bas, sur notre carte emplacement 3)

Sur cette même documentation et sur les lignes PCIe :

– Le premier emplacement est en PCIe 4.0 x16 (sur notre carte, emplacement n°2)
– Le deuxième emplacement est en PCIe 3.0 x2 (sur notre carte, emplacement n°4)
– Le troisième emplacement est en PCIe 3.0 x1 (sur notre carte, emplacement n°5)
– Le quatrième emplacement est en PCIe 3.0 x1 (sur notre carte, emplacement n°6)

Retrouvons ces informations sur le tableau ci-dessous et trouvons les débits appropriées.

Version PCIe	Bande passante x1	Bande passante x2	Bande passante x4	Bande passante x8	Bande passante x16
1.0 / 1.1	250 Mo/s	500 Mo/s	1 Go/s	2 Go/s	4 Go/s
2.0	500 Mo/s	1 Go/s	2 Go/s	4 Go/s	8 Go/s
3.0	985 Mo/s	1,969 Go/s	3,938 Go/s	7,877 Go/s	15,754 Go/s
4.0	1,969 Go/s	3,938 Go/s	7,877 Go/s	15,754 Go/s	31,508 Go/s
5.0	3,938 Go/s	7,877 Go/s	15,754 Go/s	31,508 Go/s	63.015 GB/s
6.0	7,563 Go/s	15,125 Go/s	30,25 Go/s	60,5 Go/s	121 Go/s
7.0	15,125 Go/s	30,25 Go/s	60,5 Go/s	121 Go/s	242 Go/s

Nous pouvons donc en déduire que les emplacements :

– 1 a un débit maximal de 7,877 Go/s
– 2 a un débit maximal de 31,508 Go/s
– 3 a un débit maximal de 3,938 Go/s
– 4 a un débit maximal de 1,969 Go/s
– 5 a un débit maximal de 985 Mo/s
– 6 a un débit maximal de 985 Mo/s

A côté, nous avons des NVME avec un débit maximal de :

– P2M2 de Crucial pour un débit de 2400 Mo/s en lecture et 1900 Mo/s en écriture
– SN850 de Western Digital pour un débit de 7000 Mo/s en lecture et 5300 en écriture
– SN770 de Western Digital pour un débit de 5150 Mo/s en lecture et 4850 en écriture

Pour que les débits soient exploités au mieux, sans changer de carte mère, il faut donc, d'un point de vue théorique et sur le papier, que :

– l'emplacement n°1 reçoive le SN850 de Western Digital, qui fonctionnera à 100 % de ses capacités maximales
– l'emplacement n°2 reçoive la carte graphique
– l'emplacement n°3 reçoive le SN770 de Western Digital, qui fonctionnera alors à 76% de ses capacités maximales en lecture (env 3900 Mo/s bus pcie pour 5150 Mo/s nvme ) et 80% de ses capacités en écriture (env 3900 Mo/s bus PCIe pour 4850 Mo/s nvme)
– l'emplacement n°4 reçoive le P2M2 de Crucial, qui fonctionnera alors à 82 % de ses capacités maximales en lecture (env 1969 Mo/s bus PCIe pour 2400 Mo/s nvme) et et 100 % de ses capacités en écriture (env 1969 Mo/s bus PCIe pour 1900 Mo/s nvme)

Les autres emplacements 5 et 6 ont un débit similaire un peu inférieur à 1 Go/s. Ils sont insuffisants pour du NVME ou du support de stockage demandant du très fort débit. A contrario, ils sont complets pour supporter des cartes avec des fonctions autres (son, wifi, voire disque SATA ou SSD externe etc...)

Alors, doit-on crier au secours pour de petits problèmes de bridage de débit par la carte mère ? A mon sens non, car même si des NVME seront, par moment, un peu "ralentis" par la carte mère, l'ensemble actuel se situe à des performances de lecture/écriture exceptionnelles, bien au delà de système SATA ou de SSD traditionnels.

Il suffit de comparer ces performances à celles d'un disque dur sata traditionnel qui oscille à une valeur d'environ 100/120 Mo/s. Le constat sera qu'on se situe sur des débits généraux, même partiellement bridés , de l'ordre de :

– Pour le SN850 environ 75 fois plus rapide, et 12,5 fois plus rapide qu'un SSD
– Pour le SN770, environ 38 fois plus rapide
– Pour le P2M2, environ 19 fois plus rapide

On est globalement sur des performances stratosphériques par rapport au disque dur traditionnel et énorme sur un comparatif de SSD traditionnels.

Alors, pour ce cas de figure, le choix d'emplacement sera sans hésitation conforme au schéma suivant :

Implantation recommandée NVME

INSTALLATION PHYSIQUE

Pour le NVME SN850, il est déjà en place dans son emplacement M2, je ne change donc rien.

Pour les deux autres NVME, il a fallu que je sorte le NVME système de son emplacement M2 pour le déplacer vers l'emplacement PCIe (emplacement 4 - PCIe) et que je le remplace par le SN770 (emplacement 3 - M2) :

Il faut donc déposer la carte vidéo ...

Déposer la carte vidéo

Il ne vous a bien sûr, pas échappé, que les emplacements 1 et 3 sont étudiés pour accueillir des NVME et sont équipés de dissipateurs thermiques.

Ensuite, il faut dévisser délicatement la vis pour déposer le dissipateur thermique.

Enlever le SSD NVME système, puis reposer le SSD Western Digital en place.

Emboiter délicatement le ssd M2 sur son emplacement

Visser sans forcer, puis s'assurer de bien recouvrir les zones du SSD 1 et 2 qui chauffent d'un coussin thermique, avant de reposer le dissipateur thermique.

Reposer ensuite la carte vidéo.

Pour installer un NVME sur l'emplacement n°4, il a évidemment fallu que j'installe un équipement supplémentaire, à savoir un adaptateur avec dissipateur Thermique pour SSD M.2 NVMe vers PCIe X16/X8/X4 (EC-PCIE), pour le coup, de la marque SABRENT.

Adaptateur NVME / PCI express

Cette installation de NVME se résumera donc à enficher le tout sur l'emplacement numéro 4.

NVME système en place

Juste à l'issue de l'installation physique de ces NVME, il ne faudra pas , au démarrage du PC, manquer d'indiquer dans le BIOS le NVME contenant le système d'exploitation car le pc ne démarrera pas et avec une carte mère de cette génération, il n'y a pas de problème pour que le support sur lequel doit s'effectuer le démarrage du système d'exploitation soit situé sur une ligne PCIe.(emplacement 4 pour le cas échéant).

Sachez aussi que Western Digital dispose d'un logiciel de gestion de disques et de NVME : Dashboard, très utile pour superviser et gérer ce petit bazar, y compris les disques SATA... de marque Western Digital, naturellement.

DE LA THEORIE AU CONTRÔLES PHYSIQUES :

Après installation, il faut toujours vérifier que les objectifs sont atteints.

Malheureusement, je remarque une forte baisse de performance sur un des NVME situé sur un emplacement PCIe

En effet, ceci est confirmé par des tests crystal disk, puis en visitant le BIOS

- le premier emplacement est du PCIe 4.0 x 16 et est utilisé en PCIe 4.0 x 16, c'est l'emplacement de la carte vidéo, donc OK
– Aie : le deuxième périphérique est le NVME systeme Corsair qui devrait fonctionner en 3.0x4, mais qui fonctionne en 3.0x1, ce n'est pas bloquant sur le principe mais il faut que je trouve pourquoi pour l'optimiser sur X4 car je me retrouve avec un NVME qui fonctionne juste un peu plus rapidement que la vitesse moyenne d'un SSD (environ 820 Go/s pour 1,969 Go/s..., le support Sabrent ?, réglage bios à effectuer, firmware carte mère à mettre à jour, lignes PCIe partagées ? .... enquête à suivre..)
– le troisième emplacement affiche PCIe 2.0x1 car il contient un périphérique 2.0X1 , le cas échéant une carte disques SATA, donc OK.
- le quatrième emplacement ne comportant pas de périphérique n'affiche naturellement pas de valeur de port activé, donc OK.

Cependant et hormis ce problème ponctuel à résoudre pour un des ports PCIe dont je ne manquerais pas de vous donner la solution, on peut se poser la question suivante, d'un point de vue plus général :

FAUT-IL CHANGER LA CARTE MERE ?

Faut-il changer la carte mère pour éviter un bridage matériel dû au port PCIe, gagner quelques millisecondes ? Le jeu en vaut-il la chandelle ?

A mon sens, et dans le cas de cette carte mère et de ces NVME : NON, car d'une part tous les NVME ne sont pas bridés, et d'autre part qu'il sera très difficile de ressentir la différence de débit à l'usage quotidien, même sur de l'encodage massif de vidéo avec beaucoup d'accès disque. Le seuil de bridage se situe très haut, ce qui veut dire que vous ne vous en apercevrez même pas la plupart du temps. On n'est quand même sur de l'accès NVME, c'est très rapide. Pour peu que vous ayez pas mal de RAM (48 Go par exemple pour le cas de ce pc polyvalent), vous ne devriez même pas le ressentir car cette quantité de RAM jouera le rôle de tampon en cas de saturation du bus PCIe, au moins en écriture. Bref, théoriquement, on ne devrait pas voir de différence.

Alors bien sûr, pour les puristes, une autre carte mère à base de PCIe4 ou PCIe5 ou PCIe6 pour toutes les lignes PCIe exploiterait tout le potentiel de ces NVME pour grapiller encore quelques millisecondes, mais la différence ne serait quasiment pas visible car on n'est que sur de l'accès maximal, qui se verrait, à la limite, sur la copie ou la lecture de très gros volumes ou de très gros fichiers, pour ressortir dans ce cas extrême avec une différence au final d'une poignée de secondes supplémentaires à ce que s'ils étaient tous installés sur du PCIe4.0. Cette micro-différence, presque psychologique, vaut-elle un investissement supplémentaire de plus de 200 € pour une nouvelle carte mère ? Regardons plutôt le côté plein du verre.

A l'inverse, si votre carte mère est à majorité de PCIe 2.0 ou 3.0 (ou en dessous) avec des NVME majoritairement PCI-e4.0, il faudra peut-être se poser la question.

Notez que je conçois parfaitement qu'on ne puisse pas forcément être du même avis sur ce dernier point de vue, tout est affaire de sensibilité, de perception .. et de moyens financiers.

Toujours est-il que, dans le cadre d'un upgrade et pour installer le processeur RYZEN 9 5900X, il a fallu que je fasse une mise à jour du bios de la carte mère de la version 1 à la version 19.
Malgré le nombre de fils supérieur de ce processeur 24 fils au lieu de 16 et la mise à jour du BIOS, ce petit ralentissement sur ce bus pci-e est toujours présent.
Dès que j'aurais un peu de temps, j'irais voir s'il y a un réglage du bios pour ce pcie...

INFO les barques

Petit cas d'étude PCI express

INSTALLATION PHYSIQUE

DE LA THEORIE AU CONTRÔLES PHYSIQUES :

FAUT-IL CHANGER LA CARTE MERE ?