В этой статье мы закончим обзор новой микроархитектуры Intel Ivy Bridge. В прошлом материале (UP #21 (576)) мы рассказали об особенностях кристалла и сделали предположения о разгонном потенциале, сегодня подкрепим слова практикой.
На столе моем лежит два процессора производства одной компании – Intel. Это Intel Core i7-2700K и Intel Core i7-3770K. Встретились они для выяснения отношений, кто же все-таки на свете всех производительнее и быстрее. Казалось бы, ответ очевиден – это процессор с наибольшим индексом, но не все так просто. Начнем с общих моментов: тактовая частота – 3500 МГц, четыре ядра и восемь потоков с технологией Hyper-Threading, одинаковый объем кэш-памяти. Коренное отличие – это технологический процесс производства. Да и здесь, казалось бы, все однозначно – чем тоньше, тем лучше.
Уменьшение площади ядра: кому это выгодно?
Не все так просто в этом мире. Чем тоньше технический процесс производства, тем меньше площадь конечного изделия. Это благоприятно отражается на себестоимости производства, потому что кремниевая пластина не увеличивается в размерах, а возрастает плотность. Соответственно, на той же площади можно разместить большее количество элементов. Но что происходит со снижением площади микрочипа? С каждым новым витком технологического процесса падает величина штатного напряжения на ядрах процессора.
Это не всегда справедливо, но в данном случае этот механизм работает. Напряжение на транзисторах уменьшается, при этом сила тока может оставаться прежней или даже немного подрасти, что приведет, может, и не к увеличению, а просто к такому же количеству выдаваемой тепловой мощности. Известный факт: компания Intel какое-то время колебалась в выдаче индекса TDP новым процессорам Ivy Bridge.
Так что же такое TDP? Это показатель тепловой мощности, на которую должна быть рассчитана система охлаждения, чтобы обеспечить отвод соответствующего количества тепловой энергии. Что же произойдет, если при одном и том же TDP площадь кристалла уменьшится? С виду ничего не поменяется, но на самом деле с единицы площади будет выделяться большее количество тепла. Система охлаждения при этом должна отводить его более эффективно, а в нештатных режимах (разгон) это уже выходит за рамки возможностей воздушных кулеров. Они просто не смогут успеть вывести тепло от ядра.
Но и здесь есть небольшой подвох. Роль играет даже форма поверхности теплосъема. Вспомним, что в подавляющем большинстве случаев у кулеров подошва квадратная. Но мы не знаем, что прячет от нас теплораспределительная, она же защитная, крышка процессора. Под ней может оказаться кристалл в виде прямоугольника, треугольника или вовсе точки. Из-за еще одного перехода эффективность отвода тепловой энергии может снизиться, потому что она распределяется неравномерно.
Уничтожить прошлое и шагнуть в будущее
На момент написания статьи средние цены на процессоры разных поколений были такими: Ivy Bridge Intel Core i7-3770K – 11 670 руб., Sandy Bridge Intel Core i7-2700K – 11 090 руб., более доступны Intel Core i5-3570K за 7920 руб. и Intel Core i5-2500K за 7540 руб. Цена не окончательная, новые камни только появляются, со стоимостью старых тоже происходят флуктуации, в зависимости от спроса, она может даже вырасти. Из этих цифр можно сделать следующие выводы.Во-первых, стоимость Sandy Bridge не упала, а наоборот, стремится повыситься, несмотря на традиционный летний спад продаж. Во-вторых, Intel Core i7-2600K, общепризнанный фаворит в компьютеры геймеров и оверклокеров, актуален как никогда, и вышедшие после него камни погоду на рынке не делают или пока не делают. И, наконец, монстр Intel Core i7-3930K, Sandy Bridge-E, вообще непонятно, как продается, ибо стоит он 19 346 руб. в среднем.
Теперь немного прогнозов. Процессоры Intel Sandy Bridge конструктива LGA 1155 настолько популярны и сбалансированы по соотношению «цена-качество», что выдавить их с рынка получится только искусственно. То есть решительно сняв с производства. Если посмотреть внимательно, то почва для такого шага уже подготовлена, практически каждому процессору Sandy Bridge есть аналог в линейке Ivy Bridge со схожими тактовыми частотами и, что немаловажно, ценой.
Когда это может случиться? Наверное, сразу после того, как будут освоены на фабриках младшие и энергосберегающие модели, то есть начнутся продажи во всех секторах, от бюджетного до топового. Описанное может и не случиться, если запланирован переход на новый процессорный разъем, процесс перехода на который автоматически изживет и «старые» процы, невыгодные Intel.
С материнскими платами та же картина, только принудительное навязывание логики Intel Z77 и рекламные уловки помогут «сделать кассу». Многочисленные обзоры в сети говорят только об одном: ждите следующее поколение процессоров и матплат, существующие семейства пришли ненадолго.
Роль термоинтерфейса под крышкой процессора
Что такое термоинтерфейс между кристаллом и крышкой процессора? Это посредник в передаче тепла от одной поверхности к другой. Процессор нагревает термоинтерфейс, он, в свою очередь, теплораспределительную крышку, далее снова термопаста, потом уже радиатор кулера. Длинная цепочка получается. При этом на каждом этапе важна эффективность, иначе неизбежен перегрев и, как следствие, тротлинг (пропуск тактов) или выключение, перезагрузка, зависание (нужное подчеркнуть).
В идеальном случае термопаста должна обеспечивать более плотный контакт между объектами. Иными словами, она должна только заполнить все неровности двух поверхностей, которые участвуют в теплообмене. Но может случиться так, что ко всему прочему она образует слой определенной толщины и эффект получится противоположный. Вместо более эффективной передачи в результате будет задержка и его локальное поглощение, что может вызывать перегрев.
Этот вопрос никак не поднимался при использовании процессоров Sandy Bridge и всплыл только после появления новых решений. Дело в том, что раньше в качестве термопроводника применялся бесфлюсовый припой, который обеспечивал хороший контакт между крышкой теплораспределителя и процессорным ядром. В процессорах Ivy Bridge ситуация поменялась, и вместо предыдущего решения стали применять термопасту, причем сомнительного качества. А если учесть, что мощность на единицу площади значительно выросла, то впору уже сейчас начинать беспокоиться. Но пока давайте нажмем на паузу и рассмотрим другие аспекты новых процессоров Intel Ivy Bridge.
Погоняем по «трешке»
Да, есть такая технология PCIE 3.0 в новом процессоре. Нет, я не оговорился. Контроллер шины PCI Express действительно интегрирован в процессор. Причем здесь реализована именно третья ревизия. Это значит, что теоретическая пропускная способность шины возросла в два раза. Получается, что теперь дорогие материнские платы с двумя честными слотами PCIE x16 второго поколения, обеспечивающими формулу распределения линий по слотам x16 + x16, сравнялись по пропускной способности с более дешевыми, где только x8 + x8 линий, но третьего поколения?Да, теоретически так и есть. Однако не стоит воспринимать все эти цифры слишком серьезно. Например, считать, что при смене процессора и матплаты при той же видеокарте фреймрейт вырастет вдвое. Пока пропускной способности второго поколения шины еще вполне достаточно, и выигрыш от перехода на новую версию будет не более 5%.
Этот аспект был изучен еще при выходе процессоров в исполнении s2011, где впервые появился интерфейс PCIE третьего поколения. Так что, скорее, третья ревизия – это вешка на будущее, когда производительность видеокарт настолько возрастет, что пропускной способности PCIE 2.0 не хватит.
Память и видео
В настройках BIOS появились дополнительные делители для оперативной памяти. Если для процессоров на ядре Sandy Bridge максимальная допустимая частота модулей DDR3 составляла 2133 МГц, то теперь стали доступны 2200, 2400, 2667, 2800 МГц. Это никоим образом не свидетельствует, что та память, которая сейчас доступна в рознице, сразу заработает на вышеуказанных частотах, но это своего рода задел на будущее.
Да и просто было бы обидно, если бы у нового процессора не оказалось какого-нибудь козыря в рукаве по сравнению с предшественником. При тестировании памяти выяснилось, что скорости чтения, записи и копирования не сильно отличаются у Sandy Bridge и Ivy Bridge, однако у последнего меньше время доступа к ней (латентность), а также быстрее работает кэш-память третьего уровня, что дает прирост.
Еще одним плюсиком, а может и более значимым нововведением, стало доработанное видеоядро. Наконец-то добавилась поддержка DirectX 11. Немного увеличилось количество исполнительных блоков – с 12 до 16, а вот максимальная частота, напротив, упала с 1350 до 1150 МГц. Здесь уже становится не совсем понятно, стало ли интегрированное видеоядро в итоге производительнее.
Надежду вселяет только, возможно, лучший разгон и большая производительность в пересчете на такт. К тому же платы на базе системной логики Intel Z77 зачастую поддерживают технологию Lucid Virtu MVP, которая позволяет задействовать все достоинства интегрированного видеоядра совместно с мощью дискретного графического адаптера. С некоторыми оговорками.
Пыльная работа
Настал момент поближе познакомиться с новым процессором, которого все так долго ждали. Для этих целей был собран стенд, в котором собрались следующие комплектующие: CPU Core i7-2700K и Core i7-3770K; материнская плата MSI Z77A-GD55; SSD Corsair Performance Pro (256 Гбайт), две планки памяти по 4 Гбайт Samsung M378B5273DH0-CH9, блок питания OCZ OCZZX1000 и система охлаждения Noctua NH-D14, в качестве термоинтерфейса использовалась термопаста Arctic Cooling MX-2.
Штатное напряжение на тестируемом образце процессора Intel Core i7-3770K составляло 1,12 В, а в режиме бездействия оно и вовсе снижалось до 0,768 В. При этом тактовая частота CPU одновременно падала с 3500 до 1600 МГц. Поведение процессора Intel Core i7-2700K выглядит схожим образом, с той лишь разницей, что напряжения на нем чуть выше.
При этом, естественно, потребление энергии системы находится приблизительно на одинаковом уровне – это 42 и 44 Вт соответственно. Для работы нового процессора даже не понадобилось обновление BIOS, но пришлось поставить последние драйверы для интегрированного видеоадаптера, иначе система отказывалась загружаться.
Целью разгона было увеличение тактовой частоты процессора без использования экстремальных систем охлаждения. Для этого был выбран один из лучших воздушных кулеров Noctua NH-D14.
Разгон
Целью разгона было увеличение тактовой частоты процессора, но без использования каких-нибудь экстремальных систем охлаждения. Для этого был выбран один из лучших воздушных кулеров Noctua NH-D14. Без поднятия напряжения Intel Core i7 3770K с ходу покорил частоту в 4400 МГц, что показалось неплохим началом. Однако чем дальше продвигалось дело, тем больше таяла надежда на более-менее сравнимые c Sandy Bridge результаты.
И вот уже напряжение увеличено до 1,32 В, и в результате процессору покоряется частота в 4700 МГц. Это оказалось вершиной достижений воздушной системы охлаждения. Никакие дальнейшие действия не позволили подняться выше. При этом операционная система могла загрузиться на частоте 5000 МГц и напряжении всего 1,5 В, но, во-первых, любой тест проваливался в синюю бездну экрана с белой рябью букв и цифр, а во-вторых, это уже далеко не безопасный для жизни процессора вольтаж.
На отметке 4700 МГц проводились различные испытания, а температура в нагрузке под тестовым пакетом LinX доходила до 83° по встроенному в процессор измерительному термодиоду. Радиатор кулера при этом оставался едва теплым, а именно 43°. Это отчасти подтверждает теорию о том, что тепло отводится неэффективно. Причин, как водится, несколько. Во-первых, это возросшая мощность теплового потока на единицу площади, во-вторых, пресловутый термоинтерфейс, являющийся передаточным звеном в процессе теплообмена, и в-третьих, врожденная кривизна большинства крышек процессоров.
Далее настал черед проверить разгон интегрированного видеоядра. Я надеялся, что хоть здесь удастся взять реванш у Sandy Bridge. Однако на деле вышло не все так гладко. У интегрированного видеоядра есть базовая частота и турбочастота, которая активируется в трехмерных приложениях.
Увеличению поддается только последняя, при этом необходимо поднять напряжение на интегрированном видеопроцессоре для обеспечения стабильной работы в таком режиме. Отследить частоту в трехмерных приложениях можно, запустив тестовую утилиту GPU-Z и выбрав в ней вкладку Sensors. До недавнего времени и этот трюк не работал, поэтому об изменениях можно было судить только по результатам тестов. Увеличив напряжение до 1,3 В, турбочастоту видеоядра удалось поднять до 1600 МГц, что положительно отразилось на результатах тестов в трехмерных пакетах.
Что касается оперативной памяти, то, конечно, никакие 2800 МГц выжать не удалось, были достигнуты вполне заурядные 2133 МГц, да еще и с таймингами 10-10-10-27-1T даже при штатном напряжении 1,5 В. В результате предел этих модулей – 2333 МГц при 11-11-11-30-1T – не был достигнут, но здесь, может быть, дело не в контроллере процессора, а в материнской плате, потому что c камнем Intel Core i7-2700K на круг получились те же самые результаты.
Теперь пора вернуться к Sandy Bridge и попробовать повыжимать соки из него. Здесь уже в напряжениях можно сильно не стесняться, поскольку технологические нормы все-таки погрубее и напряжение 1,4 В считается вполне допустимым. Другое дело, что здесь пришлось немножко подкрутить ручки, до получения 1,42 В, чтобы на выходе увидеть 4900 МГц тактовой частоты.
В таком режиме уже можно было проводить тестирование. Это не самый лучший результат разгона ядра Sandy Bridge, скорее, какой-то злой рок, потому что другой процессор, Core i7-2600K, показал такие же результаты. Несмотря на больший вольтаж, температура в тестовом пакете LinX не превысила 81°, при этом радиатор кулера прогревался до гораздо более гуманных 62°, что свидетельствует о более благоприятной картине отвода тепла с ядра.
Значительно приятнее выглядит и картина с разгоном интегрированного видеоядра. При нехитрых манипуляциях его удалось разогнать до 1800 МГц. Частота вроде бы получается больше, но если вспомнить базовые турбо-режимы в 1150 и 1350 МГц для Intel HD Graphics 4000 и HD Graphics 3000 соответственно, то прирост получается одинаковый, а производительность новинки все-таки выше.
До сих пор большинству приложений не нужно большого количества ядер / потоков, а гораздо важнее уровень быстродействия и энергоэффективности одного вычислительного ядра.
Момент истины
Настало время провести тестирование, для этого мы обратимся к следующим тестовым пакетам: 3DMark 2001 SE, 3DMark 06, 3DMark Vantage, 3DMark 11, AIDA64 Cache & Memory Benchmark, Super Pi 1.5, WPrime 2.09, LinX AVX Edition, Prime95, Cinebench R10, Cinebench R11.5, MaxxMEM, MaxxMEM Multi, MaxxMIPS. Этот набор позволит оценить производительность не только в вычислительной области, но и при работе с трехмерными приложениями. Тестовый пакет 3DMark 11 не работает на встроенном видеоадаптере процессоров Sandy Bridge, поскольку встроенный GPU не поддерживает DirectX 11. Результаты тестов можно узнать из таблицы 1.
Производительность процессоров Intel Core i7-2700K и Core i7-3770K различается ненамного, причем это характерно и для нештатных режимов работы. При этом нивелируются разные значения тактовой частоты. Интегрированное графическое ядро нового процессора выглядит гораздо увереннее, да еще и поддерживает DX11. Однако это вовсе не означает, что на нем можно спокойно играть в современные компьютерные игры, но оно наконец-то сравнялось по скорости с бюджетными дискретными видеоадаптерами.
То, что мы видим после вскрытия. Отпечаток термокомпаунда далеко не идеален, да и нанесен он не сказать чтобы очень тонким слоем. В сложившихся обстоятельствах с тепловыделением это очень и очень печально…
Съем скальпа
Скальпель, зажим, тампон… Умер? Следующий. То же самое может произойти и с процессором. По правде говоря, мне очень хотелось снять крышку с Core i7-3770K, но в последний момент мне стало его жалко, и я решил поэкспериментировать с более доступной моделью – Core i5-3570K, поскольку это, по сути, одно и то же. Как нарочно, мне попался самый «счастливый» экземпляр, который еле-еле осилил барьер 4500 МГц при напряжении 1,3 В. Разница в температуре между ядрами в нагрузке доходила до 12°, что уже сложно списать на погрешность измерений. Хотелось осуществить два эксперимента. Для начала попробовать протестировать CPU вообще без крышки, а потом уже заменить существующий термоинтерфейс на что-то более эффективное априори, например «жидкий металл».
Из инструментов мне понадобится лезвие, лучше подойдет от старых бритв или для хозяйственных нужд типа «Нева». Почему не годится канцелярский или макетный нож? Он слишком толст, поэтому можно повредить подложку. У бритвенных же лезвий толщина – 0,1 мм, самое то. Действовать нужно крайне аккуратно и лучше сразу забыть про гарантию.
Чтобы все было красиво, следует заранее запастись герметиком черного цвета, но для достижения конечного результата подойдет любой. Можно использовать монтажный клей, но потом повторный демонтаж будет осуществить немного сложнее. Несмотря на то что все части не такие уж мелкие, гораздо комфортнее работать с увеличительным стеклом на штативе.
Не стоит слишком усердствовать, достаточно разрезать клей по периметру, и вот он – голый кристалл вытянутой прямоугольной формы. Излишки клея лучше всего убрать растворителем. (Мазур для снятия терможвачек и термокомпаундов настойчиво пропагандирует бензин «Галоша», и я, единожды последовав его рекомендации, не расстаюсь с бутылочкой никогда (смайл). – Прим. ред.) Для начала пробуем установить кулер без крышки. Для этого я решил использовать небольшой Zalman CNPS5X Performa.
Пусть это не самый производительный вариант, зато риск повредить кристалл из-за перекоса и слишком сильного прижима немного сокращается. Однако, как выяснилось, такой способ невозможен, потому что кристалл находится ниже прижимной металлической рамки.
Не считая слесарно-фрезерных работ с «опусканием» подошвы, остается только путь замены термоинтерфейса. Для начала меняем его на Arctic Cooling MX-2, но не приклеиваем обратно крышку, а просто придерживаем ее при помощи нескольких спичек, чтобы она ровно лежала, когда закрываем прижимную рамку сокета. Теперь можно смотреть на результаты. Частота при напряжении 1,3 В немного подросла и составила 4700 МГц. Но не слишком ли мы дорогую цену заплатили за прибавку в 200 МГц? Да, дорого, но и температуры немного снизились.
Теперь в тестовом пакете LinX самое горячее ядро показывает 80°, а разница между разными ядрами не превышает 7°. Но все равно это неубедительно, поэтому попробуем использовать термоинтерфейс Collaboratory Liquid Pro (тот самый «жидкий металл»). Он более эффективен, но очень сложно удаляется, так что это билет в один конец. Выдавливаем пару капель, разравниваем и прикладываем крышку, предварительно смазанную силиконом.
В идеале эту конструкцию надо просушить в течение суток перед использованием, но у меня такого времени не оказалось, поэтому я не стал ждать, а сразу принялся за тесты. В итоге удалось немного снизить напряжение, до 1,28 В при той же частоте в 4700 МГц, и температура упала в тестовом пакете LinX до 78°. Это на самом деле тоже не предел мечтаний, но, к сожалению, приходится признать, что в смене термоинтерфейса особого смысла нет. Интегрированное видеоядро в ходе этих манипуляций не продвинулось в плане разгона ни на 1 МГц, поэтому приходится признать еще одно фиаско.
В поисках глубинного смысла
Необходимо понять, зачем производителю обуздывать мощность нового процессора и сдерживать его разгонные возможности. Взглянем на ситуацию от обратного, а точнее, просто вспомним, как обстояли дела при выходе платформы Intel LGA 1155. Выскочка Core i7-2600K вместе с более доступным напарником Core i7-2500К просто ошеломили рынок уровнем производительности. Плюс к этому энтузиасты могли без труда подразогнать их со штатных 3,4 до 5 ГГц, даже не прибегая к экстремальному охлаждению. А двухканальный контроллер памяти получился настолько удачным, что и в номинальных режимах результаты вплотную приблизились к трехканальному флагману, интегрированному в процессоры Core i7 9xx серии в исполнении Socket 1366.
В результате сложилась внутренняя конкуренция. И действительно, зачем покупать более дорогой процессор, если он не показывает адекватного цене роста производительности? До сих пор большинству приложений не нужно большого количества ядер / потоков, а гораздо важнее уровень быстродействия и энергоэффективности одного вычислительного ядра. Здесь энтузиасты начинают задумываться: а так ли хороши мои шесть ядер в играх?
А владельцы серверов мечтают получить такое же соотношение производительности и энергоэффективности, чтобы оптимизировать свои двойные затраты на электроэнергию (больше производительность, следовательно, больше тепловой мощности, а для охлаждения помещения или стойки нужен более мощный кондиционер). На этом этапе появляется спорное техническое решение – платформа Sandy Bridge-E. Она ориентирована на интересы именно энтузиастов и геймеров, а также построение серверов и рабочих станций начального уровня. По сути покупателям предложили сдвоенное ядро Sandy Bridge за вычетом интегрированного видео (все-таки реально там 8 ядер и 16 потоков).
Казалось бы, и волки сыты, и овцы целы. Однако раз увеличилось количество транзисторов, значит, возросло потребление энергии, а следовательно, повысилась тепловая мощность. Процессоры получились очень сложными и горячими. При этом задействованы только 3/4 всех ядер, чтобы хоть как-то укладываться в максимальный TDP в 130 Вт. Получается, что при данном технологическом процессе (32 нм) восьмиядерный процессор с этой архитектурой – непозволительная роскошь.
Давайте на секунду вообразим, что Ivy Bridge превзошел Sandy Bridge по частотам и производительности. Это обострило бы внутреннюю конкуренцию продуктов, а выпуск процессоров Ivy Bridge-E стал бы не столь ожидаем. Поэтому, на мой взгляд, в компании рассудили так: Sandy Bridge – хорош, но мы сделаем его чуть лучше. Ключевое слово здесь – «чуть». Снизим энергопотребление, увеличим производительность видео, а с разгоном на воздухе мы поколдуем так, чтобы все поняли его малую целесообразность.
Для настоящих энтузиастов, которым ничто жидкоазотное не чуждо, никаких проблем не будет. Сколько таких? Ну, может, наберется 0,01% от общего числа покупателей. Да и сомнителен переход обратно с s2011 на s1155 вместе с перспективой регулярно подливать азот в стакан. В такой ситуации у процессора Ivy Bridge-E есть все шансы стать любимчиком энтузиастов, ведь у него не будет интегрированного видеоядра, а площадь кристалла с десятью ядрами будет, возможно, более равномерно распределена под теплообменной крышкой, да и бесфлюсовый припой может вернуться, а там уже и память типа DDR3-3000 подоспеет. Ждем-с. UP
Про Буридана и осликов
Попытаемся ответить на главный вопрос: какой же процессор предпочесть сейчас, если компьютер строится «с нуля». Смотря что строится. Под разгон хороши модели Intel Sandy Bridge с суффиксом K, в сторону Ivy Bridge пока смотреть очень рано. Тем более и кулер придется подыскать более мощный, а то и «лепить» жидкостную систему. Материнская плата, кстати, может быть и на системной логике Intel Z77, несмотря на небольшую разницу в функциях с «шестой» линейкой, во вновь отстраиваемом мощном компьютере она вполне найдет себе работу.
Порты USB 3.0 всегда придутся ко двору. Даже если камень Intel Sandy Bridge куплен «с рук». Если же ПК планируется использовать как «печатную машинку» или медиацентр, стоит посмотреть вообще в другую сторону, отойдя от темы статьи. Для воспроизведения видео, например, чем плох AMD Llano (рассматривался в «Испытаниях» прошлого номера #22 (577))? Если же хочется непременно камень от Intel здесь и сейчас, то подходящим вариантом станет двухъядерный Intel Core i3 предыдущего поколения, с оговоркой, что DirectX 11 его графическое ядро не поддерживает.
Бюджетный сегмент – тот самый случай, когда новый камень Ivy Bridge однозначно лучше старого Sandy Bridge, с серьезным аргументом в виде GPU, о возможностях которого можно судить по таблице 1. Одно только жаль, что пока Intel Core i3 с обновленным ядром придется ждать до третьего квартала 2012 года. А до тех пор отдуваться за весь бюджетный сектор придется Intel Core i5-3450 с рекомендованной розничной ценой в $174. Недешево, черт возьми.
