Время автономной работы
Haswell — это кодовое название четвертого поколения процессоров Intel Core. Т.е. процессоры будут иметь все те же наименования — Intel Core i7, i3, i5 и использовать все ту же архитектуру 22 нм, так же, как и их предшественник Ivy Bridge. Тем не менее, согласно заявлению Intel, процессоры Haswell привнесут самый значительный прирост в эффективности энергопотребления за всю историю процессоров x86.
Таким образом, время автономной работы ноутбуков и ультрабуков на базе Haswell должно составить 8-9 часов в режиме воспроизведения видео, а время жизни в спящем режиме — около недели. Также наткнулся на информацию, что если производитель ультрабука не сможет обеспечить 6 часов работы устройства в режиме воспроизведения видео, он не сможет получить наименование Ultrabook (этот знак принадлежит Intel).
Если говорить о сегодняшнем дне, ультрабуки на базе процессоров Ivy Bridge живут, в среднем, около 5 часов при обычном использовании. Таким образом, если процессоры Haswell оправдают ожидания, совсем скоро появятся очень портативные устройства, за которыми можно будет работать в течение всего рабочего дня без подзарядки.
Каким образом достигнут столь значительный прирост времени автономной работы? — основная заслуга в этом в более эффективном управлении питанием процессора, способном переключать подачу питания в течение наносекунд. К примеру, если бы я набирал этот текст на ноутбуке с Haswell, то энергопотребление в момент нажатия клавиши с нужной буквой и между этими нажатиями отличалось бы. Во всяком случае, так пишут. Вице-президент группы архитектуры Inel Нэвин Шеной (Navin Shemoy) говорит, что: «Это тип гранулированного управления питанием на уровне микросхем, которого у нас никогда раньше не было», что бы это ни значило.
⇡#Чего ждать и чего не ждать от DirectX 12
Но сначала убедимся в том, что сейчас еще не поздно провести такое тестирование, хотя мы стоим на пороге большого события, которое повлияет на связь между вычислительной мощностью CPU и игровой производительностью. Эффективность использования CPU в играх стала предметом широкой дискуссии, когда AMD представила API Mantle и обратила внимание на то, что у DirectX 11 не все гладко в этой области. Грядущий DirectX 12, который будет официально доступен вместе с Windows 10 уже этим летом, обещает исправить ситуацию
Но было бы ошибкой считать, что DirectX 12 устранит нужду в достаточно мощном CPU для игр, по качеству графики сопоставимых с теми, которые сегодня работают под DirectX 11.
Какое-то преимущество от DirectX 12 получат все игровые системы в силу того, что новый API позволяет распределять компонент нагрузки, относящийся к драйверу GPU, на несколько процессорных ядер.
Тем не менее в фокусе оптимизаций конвейера рендеринга в DirectX 12 находится более узкая задача – снизить нагрузку на CPU при отработке вызовов на отрисовку – draw calls (см. предварительный обзор DirectX 12). Чем больше отдельных объектов существует в трехмерной сцене, тем больше draw calls должен отработать процессор. При этом из-за особенностей DirectX 11 использование циклов CPU возрастает лавинообразно.
Бенчмарк Star Swarm позволил адресно исследовать эту проблему в первые месяцы после выхода Mantle. Сцены с огромным числом корабликов, которые показывает Star Swarm, при использовании DirectX 11 ставят на колени любой компьютер, в то время как под Mantle наблюдается многократный рост частоты смены кадров.
Игроки в массовые мультиплеерные игры легко вспомнят подобные сцены и прекрасно знают, как в них все тормозит. В то же время в однопользовательских играх мы редко наблюдаем обилие объектов, сравнимое со Star Swarm, т.к. разработчики знают о проблеме. Разработчики прекрасно знают, что большое количество draw calls тяжело дается runtime-библиотеке DirectX 11, и не нагружают игры таким образом. Из-за этого первые игровые тесты Mantle в Battlefield 4 и Thief произвели довольно бледное впечатление на фоне сильных (и вполне обоснованных в общем плане) заявлений AMD.
В частности, в Battlefield 4 уловить разницу с DirectX 11 можно только в редких сценах, богатых отдельными объектами. Да и то действительно крупный бонус к производительности возникает либо при совсем слабом двухъядерном CPU, либо при низком качестве графики, когда FPS и без того зашкаливает. С этими тестами можно ознакомиться в нашем отдельном обзоре Mantle.
Все это значит, что Mantle, как и DirectX 12, – еще не волшебная палочка. Благодаря массовому внедрению нового API (маловероятно, что после выхода DX12 найдется место для Mantle), устранившего бутылочное горлышко draw calls, появятся игры со столь богатой графикой, которая практически невозможна в эпоху DirectX 11. Но поскольку draw calls – не единственный источник нагрузки на CPU в играх, проблема «процессорозависимости» как таковая никуда не исчезнет.
Сравнение характеристик
Чтобы сравнить процессоры разных поколений рекомендуется обратить внимание на следующее:
- поколение — чем больше, тем лучше;
- техпроцесс — чем меньше, тем лучше;
- количество ядер;
- количество потоков;
- тактовая частота;
- объем кэш памяти;
- используемый сокет.
Сравним две модели разных серий и поколений.
Intel Core i5 4430 — изготовлен по архитектуре Haswell с 22-нм техпроцессом. Имеет 4 ядра и 4 потока. Базовая частота 3000 МГц. Кэш L3=6 МБ. Используемый сокет LGA1150.
Intel Core i3-9100F — изготовлен по архитектуре Coffee Lake R с 14-нм техпроцессом. Имеет 4 ядра и 4 потока. Базовая частота 3600 МГц. Кэш L3=6 МБ. Используемый сокет LGA 1151-v2.
Делаем вывод, что Core i3 9-поколения будет лучшим выбором.
⇡#Производительность в приложениях
Распределение результатов в бенчмарках, использующих реальные приложения, оказалось неоднозначным. Так как микроархитектурные улучшения, сделанные в Broadwell, носят косметический характер, единственное заметное преимущество Core i5-5675C перед конкурентами заключается в наличии кеш-памяти четвертого уровня. И это значит, что относительно высокая производительность может быть присуща этому CPU только в тех приложениях, где L4-кеш может компенсировать небольшое отставание в тактовой частоте и урезанный кеш третьего уровня. Поэтому в задачах, которые ведут работу с большими объёмами данных, Core i5-5675C будет быстрее, чем Core i5-4690K. Подобных приложений немало, и, как видно по приведённым диаграммам, к их числу относятся архиваторы, средства для нелинейного видеомонтажа, приложения для пакетной обработки изображений и даже системы для 3D-моделирования.
Однако существуют и обратные случаи. Например, в видеокодерах x264 и x265 или в Photoshop новый процессор Core i5-5675C уступает своему предшественнику из серии Devil’s Canyon. Кроме того, позитивную для новинки картину портит и оверклокерская производительность. Core i5-4690K можно заставить работать при заметно большей частоте, и это позволяет данному процессору в режиме разгона чаще занимать на диаграммах более высокие места.
⇡#Энергопотребление
Изменения в производительности, преподнесённые Haswell Refresh, совершенно не впечатляют. Никаких же других улучшений в новых модификациях процессоров, с учётом того, что они основываются на полупроводниковом кристалле старой версии, быть не должно. Тем не менее остаётся небольшая надежда на какие-то улучшения в тепловых и энергетических характеристиках, которые могли произойти за счёт совершенствования производственного технологического процесса. Проверим.
На следующих ниже графиках приводится полное потребление систем (без монитора), измеренное на выходе из розетки, в которую подключен блок питания тестовой системы, и представляющее собой сумму энергопотребления всех задействованных в системе компонентов. В суммарный показатель автоматически включается и КПД самого блока питания, однако с учётом того, что используемая нами модель БП, Corsair AX760i, имеет сертификат 80 Plus Platinum, его влияние должно быть минимальным. Для правильной оценки энергопотребления мы активировали турборежим и все имеющиеся энергосберегающие технологии.
В состоянии простоя никаких различий в потреблении Haswell и Haswell Refresh не заметно. Оно и понятно. Активизация процессорных энергосберегающих технологий снижает энергетические аппетиты CPU практически до нуля. Поэтому то, что видится на диаграмме, — это суммарное потребление материнской платы, видеокарты и SSD.
Перекодирование видео — задача, создающая достаточно серьёзную нагрузку на систему. Утилита Freemake Video Converter базируется на кодере x264, а следовательно, хорошо распараллеливает алгоритм на все доступные вычислительные ядра и задействует современные наборы инструкций.
Что же касается потребления, то во время вычислительной работы Haswell Refresh потребляют поболее своих предшественников. Это — явный признак того, что новинки по сути являются «узаконенным» разгоном старых моделей CPU. Причём разгон этот, очевидно, даётся не так уж и просто — 3-процентное увеличение частоты увеличивает энергопотребление на 5-7 процентов. Следовательно, дело не обходится и без некоторого повышения питающего процессорные ядра напряжения.
На следующей диаграмме приводится максимальное потребление при нагрузке, создаваемой 64-битной версией утилиты LinX 0.6.5 с поддержкой набора инструкций AVX2, базирующейся на пакете Linpack.
Про непомерные энергетические аппетиты Linpack мы рассказывать не будем. Отметим лишь, что рост нагрузки существенно увеличивает потребление платформы LGA1150 — до того, что она начинает обгонять более сложную платформу LGA2011. Объясняется это отсутствием поддержки в процессорах Ivy Bridge-E чрезвычайно энергоёмких AVX2-команд. Что же касается Haswell и Haswell Refresh, то разрыв в потреблении этих CPU становится ещё больше и доходит до 8-12 процентов не в пользу новинок.
С появлением Haswell Refresh не произошло никаких изменений и в температурном режиме процессоров. Проблема высокого нагрева так и осталась нерешённой. Это однозначно говорит о том, что смена теплопроводящего материала под крышкой, обещанная в Devil’s Canyon, обычные Haswell Refresh не затрагивает. На практике же это означает, что температура процессорных ядер при возникновении нагрузки у Core i7-4790 и Core i5-4690 возрастает практически моментально и держится на высоком уровне, даже если в системе установлен эффективный кулер. Например, в нашем случае, при использовании Noctua NH-U14S старший из Haswell Refresh, Core i7-4790, при работе утилиты LinX очень быстро нагревался до 86 градусов, а Core i5-4690 в аналогичных условиях имел температуру, достигающую 83 градусов.
⇡#Выводы
Тестирование принесло массу информативных, подчас довольно неожиданных результатов. Во-первых, девять использованных нами игр в совершенно различной степени зависят от производительности CPU. Есть чрезвычайно зависимые игры (Thief, Company of Heroes 2, Metro: Last Light), среди которых выделяется Company of Heroes 2. Даже самых мощных CPU недостаточно, чтобы в полной мере раскрылись различия между графическими адаптерами средней и высшей категории. Производительность в этой игре реагирует как на число ядер, так и на тактовую частоту процессора. Впрочем, это лишь еще одна проблема CoH2 в дополнение к отсутствию поддержки SLI/CrossFire и в целом невысокой производительности для графики такого уровня. Большинство игр класса AAA все же не имеют таких технических изъянов.
Другие игры мало чувствительны к изменению конфигурации CPU (Alien: Isolation) или вовсе игнорируют ее (Tomb Raider). Но полагаться на счастливый случай не стоит: в целом для игр полезен не только хороший GPU, но и достаточно мощный центральный процессор. Вопрос в соотношении этих двух компонентов.
Будем судить по четверке наиболее требовательных к CPU проектов. Если вы привыкли играть в диапазоне около 30 FPS, то о производительности CPU можно не задумываться: частота смены кадров упирается в видеокарту, а в качестве центрального процессора достаточно даже какого-нибудь Celeron. Требования к CPU возникают тогда, когда GPU уже способен обеспечить 50-60 кадров в секунду и выше при таких же настройках качества графики (игры тестировались на максимуме, при необходимости только полноэкранное сглаживание было принесено в жертву). Скорее всего, то же произойдет и при попытке подтянуть частоту смены кадров с 30 до 60 FPS за счет снижения качества графики – слишком слабый CPU просто не позволит видеокарте оторваться от земли.
Как показал более подробный анализ, три из указанных игр (Battlefield 4, Thief, Metro: Last Light) в первую очередь требуют наличия четырех ядер CPU, а к частоте, на которой те работают, фактически безразличны. С практической точки зрения это сводит выбор к абсолютно любой разновидности Core i5 (цена – от $187 за боксовую версию Core i5-4460). Ни оснащенные Hyper-threading Core i7 для LGA 1150, ни шести- и восьмиядерные CPU для платформы LGA2011 вам в играх (по крайней мере в этих) не пригодятся.
При двух ядрах x86 в паре с хорошей видеокартой ощущается сильная нехватка ресурсов CPU, отчего производительность растет практически линейно вслед за его тактовой частотой. Но здесь примечательно то, что приблизиться к точке, когда потребности высокопроизводительного GPU насыщаются двухъядерным процессором, вполне реально. Для чипов Celeron и Pentium это только теоретическая возможность, поскольку в штатном режиме такие частоты им просто недоступны. При мощном GPU не следует экономить на центральном процессоре настолько сильно. Впрочем, при совсем ограниченном бюджете можно сделать ставку на Pentium G3460 ($82) или разгон Pentium G3258 ($72, имеет разблокированный множитель).
А вот из двухъядерного Core i3 может получиться неплохой игровой процессор, если речь идет о топовой модели в линейке: Core i3-4370 по рекомендованной цене $147 в боксовой комплектации в тестах мало уступил своим четырехъядерным соперникам. Но в это достижение внесла вклад не только высокая частота (3,8 ГГц), но и технология Hyper-threading, которая, конечно, не в силах заменить четырьмя виртуальными ядрами четыре физических ядра Core i5 и Core i7, но существенно отличает Core i3 от процессоров Celeron и Pentium, которые ею не обладают.
⇡#Выводы
Интеловская стратегия «тик-так» никуда не делась. Но на одном из взмахов технологического маятника случилась заминка, связанная с проблемами внедрения 14-нм техпроцесса, и именно поэтому сегодня мы говорим не о Broadwell, а о Haswell Refresh. Но такая подмена вышла далеко не полноценной. Для Intel, не имеющей серьёзных конкурентов в области создания процессоров для ПК и поэтому работающей в чётком соответствии с принципами «планового хозяйства», срочный выпуск каких-то новых и ярких продуктов между намеченными улучшениями микроархитектуры был бы просто немыслим. Именно поэтому процессоры Haswell Refresh оказались такими блеклыми: в них физически не могло появиться никаких новых и интересных свойств. Иными словами, весь этот анонс не имеет под собой никакой технологической почвы, а опирается лишь на зыбкий фундамент, выстроенный маркетологами Intel по многочисленным просьбам партнёров.
Поэтому всё, что мы смогли увидеть при сравнении новых процессоров Core i7-4790 и Core i5-4690 с их предшественниками, в роли которых выступили Core i7-4770K и Core i5-4670K, — это небольшое, пропорциональное произошедшему незначительному приросту тактовой частоты, увеличение быстродействия. То есть Haswell Refresh производительнее старых Haswell не более чем на 2-3 процента и при этом не предлагают ровным счётом никаких других преимуществ.
Всё это означает, что представители семейства Haswell Refresh не представляют реального интереса для передовой части сообщества, которая уже наверняка обзавелась LGA1150-системами, базирующимися на процессорах Haswell. Менять старые CPU на почти такие же новые варианты нет никакого смысла. Haswell Refresh могут быть интересны потребителям лишь при сборке новых платформ, ведь Intel, нарастив на 100-200 МГц частоты актуальной линейки процессоров, не стала дополнительно накручивать цены, в результате чего чуть более быстрые Haswell Refresh доступны по той же самой стоимости, что и их предшественники.
Примерно то же самое можно сказать и о вышедших одновременно с Haswell Refresh наборах системной логики девятого поколения. Их отличия от семейства чипсетов восьмой серии минимальны, и переход на них имеет не слишком много практического смысла, особенно в свете того, что ситуация с поддержкой Broadwell выпущенными ранее LGA1150-платами пока до конца не прояснилась. Впрочем, производители материнских плат могут взять инициативу в свои руки и дополнить ординарные свойства новых чипсетов какими-то уникальными технологиями, что вполне может сделать материнки на базе Z97 или H97 привлекательным апгрейдом для некоторых пользователей.
С процессорами же такое невозможно. Более того, новые Haswell Refresh не относятся к числу оверклокерских предложений и не дают никаких возможностей для разгона. Поэтому в некоторых аспектах отдельные старые LGA1150-процессоры пока остаются даже лучше новинок. Но хочется напомнить, что такая ситуация продлится недолго: в скором времени на рынок придут и обновлённые оверклокерские Haswell Refresh, известные под кодовым именем Devil’s Canyon. И вот они-то имеют шанс стать действительно лакомым кусочком для изголодавшихся по прогрессу энтузиастов. По крайней мере пока у нас есть все основания на это надеяться.
⇡#Выводы
После первого тестирования десктопного процессора Broadwell у нас сложилось мнение, что эта новинка вообще не представляет интереса для приверженцев классических настольных систем. Однако сравнение, проведённое в весовой категории Core i5, позволяет скорректировать это первое впечатление. Дело в том, что разница между частотами Core i5-4690K и Core i5-5675C составляет всего 200-300 МГц, и такой разрыв в целом ряде случаев успешно компенсируется микроархитектурными улучшениями и наличием у Broadwell дополнительного, основанного на eDRAM кеша четвёртого уровня. Поэтому однозначно говорить о том, что старый Core i5-4690K быстрее, чем новый Core i5-5675C, нельзя. Всё зависит от характера стоящих перед CPU задач, и в тех ситуациях, когда процессору приходится работать с большими объёмами данных, дизайн Broadwell выигрывает. Но, к сожалению, всё это почти не распространяется на игры, запускаемые с максимальными настройками качества: как раз в них Core i5-4690K обеспечивает немножко лучшую частоту кадров, чем Core i5-5675C.
К числу же бесспорных минусов Core i5-5675C следует отнести ухудшившийся разгонный потенциал. Новый техпроцесс с нормами 14 нм не принёс в жизнь оверклокеров свежую струю. Как показали эксперименты, 22-нм процессоры Devil’s Canyon годичной давности с лёгкостью покоряют в разгоне на 200-400 МГц более высокие рубежи. А если к этому прибавить возросшую стоимость Core i5-5675C, то целесообразность приобретения такого процессора вместо старого доброго Haswell для использования в составе настольной системы можно поставить под большой знак вопроса.
Впрочем, Intel и не стремилась сделать из Core i5-5675C замену для Core i5-4690K, которая должна понравиться энтузиастам. Его плюсы находятся в совсем другой плоскости. Broadwell интересен прежде всего двумя вещами: своей относительной экономичностью, позволяющей устанавливать его в компактные системы, и мощным графическим ядром Iris Graphics 6200, способным заменить достаточно неплохую видеокарту уровня GeForce GT 740 и Radeon R7 250. И это открывает для Core i5-5675C путь в такие применения, о которых процессоры поколения Haswell не могли и мечтать. Например, на базе новинки можно легко собирать компактные игровые компьютеры (например, те же Steam Machines) или какие-то иные конфигурации, для которых одновременно важна тихая работа, небольшой размер и высокая производительность.
Иными словами, десктопные Broadwell представляют собой любопытную новинку, но из разряда «не для всех». Если же вы относите себя к числу адептов классических десктопов, то Core i7-5775C и Core i5-5675C вам лучше пропустить и дождаться выхода процессоров поколения Skylake, которые предложат еще более современную микроархитектуру и не будут зажаты рамками теплового пакета, что позволит им работать на существенно более высоких тактовых частотах. Благо ждать осталось совсем недолго.
⇡#Заключение
Очевидно, новая микроархитектура Haswell может вселять как надежды на светлое будущее, так и разочарование уровнем достигнутого прогресса. Всё зависит от того, на что вы рассчитываете. К сожалению, интеловская схема «тик-так» незримо подталкивает к завышению ожиданий, ведь Haswell относится к циклу разработки «так», то есть должен восприниматься как новое поколение микроархитектуры. Но принципиальных и революционных улучшений в нём сделано не так много. Речь идёт не о кардинальной переработке процессорного дизайна, а лишь о некотором наборе улучшений и усовершенствований. Конечно, улучшений этих немало, и можно даже говорить о переходе количества в качество. Но, как бы то ни было, Intel фактически форсировала имеющуюся микроархитектуру Ivy Bridge, а не предложила что-то принципиально новое. Причём основной упор при выполненной переработке делался не на поиски путей увеличения вычислительной производительности, а на улучшение энергоэффективности и развитие графических возможностей.
С точки же зрения традиционно процессорной парадигмы микроархитектура Haswell предлагает лишь поддержку нового набора инструкций AVX2, лучший параллелизм на уровне исполнения инструкций и возросшую пропускную способность кеш-памяти первого и второго уровней. Достаточно ли таких изменений для того, чтобы соответствовать ожиданиям приверженцев классических персональных компьютеров? Вряд ли. Поэтому большинство энтузиастов, увидев лишь незначительный прирост вычислительного быстродействия, лежащий предположительно в рамках 5-15 процентов, скорее всего, новыми процессорами будут недовольны. И это означает, что никакого всплеска интереса к привычным десктопам и ноутбукам не предвидится и с выходом нового семейства процессоров.
Но Intel, несмотря на всё это, может гордиться выполненной работой. Поставленную перед собой задачу компания решила. Дизайн Haswell получился настолько энергоэффективным и сбалансированным, что эти процессоры, вне всяких сомнений, смогут занять достойное место в лакомом для производителя подвиде мобильных устройств — производительных планшетах и ноутбуках-трансформерах. Намечающийся на этом рынке бум компания теперь точно не прозевает: в ответ на поползновения когорты приверженцев архитектуры ARM, а также на новые APU компании AMD у Intel теперь имеется хорошая домашняя заготовка. Ведь микроархитектура Haswell позволяет создавать модификации дизайна, которые обладают показателями энергопотребления, выражающимися в однозначных числах, и представляют при этом SoC-сборки, включающие не только процессор, но и набор системной логики.
На этом мы пока не ставим финальную точку. Данный материал лишь открывает цикл статей о процессорах с новой микроархитектурой. В самое ближайшее время мы сможем более подробно и с реальными процессорами в руках познакомиться как с десктопными, так и с мобильными воплощениями микроархитектуры Haswell. И тогда, быть может, наши выводы, сделанные лишь на основе знакомства с документацией, несколько изменятся. И в это действительно хочется верить…
