Обзор процессоров AMD Ryzen 9 3900XT и Ryzen 7 3800XT: гримасы оптимизации

Ровно год назад компания AMD выпустила на рынок процессоры Ryzen третьего поколения, построенные на микроархитектуре Zen 2. Это событие стало поворотным моментом для всего мира ПК: серия Ryzen 3000 не просто оказалась хорошей альтернативой имеющимся процессорам Intel, а в ряде случаев предложила даже более привлекательные характеристики, например большее число вычислительных ядер с хорошим показателем IPC. В результате за прошедший год AMD смогла довольно серьёзно потеснить конкурента на процессорном рынке, особенно если говорить о сегменте решений, предназначенных для энтузиастов и продвинутых пользователей, которые собирают компьютеры самостоятельно.

Но время не стоит на месте, и по прошествии года AMD задумалась о внесении изменений в предлагаемый модельный ряд CPU. Необходимость в них возникла в свете недавнего появления процессоров Comet Lake, которые, несмотря на очередное обращение Intel к многострадальной микроархитектуре Skylake, всё-таки смогли продемонстрировать определённый прогресс за счёт добавления дополнительных ядер/потоков и роста тактовых частот. Кроме того, ежегодные обновления ассортимента считаются на компьютерном рынке хорошим тоном: большинство производителей стараются придерживаться именно такой цикличности анонсов, и AMD тут не исключение.

Конечно, если бы AMD сейчас анонсировала следующее поколение своих десктопных процессоров, основанных на микроархитектуре Zen 3, это выглядело бы очень впечатляюще. Но, к сожалению, сделать так она пока не может. Хотя первые носители новой архитектуры и стоят в планах на этот год, очевидно, что в лучшем случае встретиться с Ryzen 4000 семейства Vermeer мы сможем лишь к его концу. Поэтому сегодня речь пойдёт не про Vermeer, а про Matisse Refresh – минорное обновление модельного ряда прошлогодних процессоров Ryzen 3000, в рамках которого AMD немного подтянула тактовые частоты и добавила к названиям моделей новый индекс XT.

Несмотря на явную маркетинговую и имиджевую подоплёку пополнения семейства процессоров Matisse, AMD уверяет, что выход новых моделей серии Ryzen 3000XT имеет под собой твёрдый технологический базис. Объяснение компании таково: за прошедший год её производственный партнёр, полупроводниковая кузница TSMC, планомерно улучшала параметры 7-нм техпроцесса, и сходящие сейчас с её конвейера кремниевые чипы продвинулись по своим свойствам относительно первоначальных вариантов. Поэтому теперь в семействе Ryzen 3000XT она попросту приводит паспортные характеристики поставляемых процессоров в соответствие с возможностями имеющихся полупроводниковых кристаллов.

Впрочем, как бы то ни было, для покупателей важнее другое. Процессоры Ryzen 3000XT встают в модельном ряду на верхние позиции, не вытесняя из него уже существующие предложения, а смещая их ниже с точки зрения ценового позиционирования. Подмножество Ryzen 3000XT включает в себя три модели: 12-ядерный Ryzen 9 3900XT, восьмиядерный Ryzen 7 3800XT и шестиядерный Ryzen 5 3600XT. Эти процессоры получили официальные цены $499, $399 и $249 соответственно. Год назад эти же самые цены были назначены для Ryzen 9 3900X, Ryzen 7 3800X и Ryzen 5 3600X, но теперь такие процессоры естественным образом подешевеют.

Таким образом, в честь годовщины Matisse компания AMD наносит по позициям Intel сразу двойной удар. С одной стороны, она предлагает более новые процессоры с формально лучшими характеристиками, а с другой – те процессоры, по которым Intel калибровала цены представителей нового семейства Comet Lake, делает дешевле. Получается, что AMD рассчитывает до появления Vermeer ни на секунду не упускать инициативу на рынке, продолжая предлагать покупателям и более производительные, и более доступные процессоры.

⇡#Оптимизированный 7-нм техпроцесс и обновлённый модельный ряд Ryzen 3000

Весь сюжет с выходом процессоров Ryzen 3000XT строится вокруг неких улучшений 7-нм техпроцесса, которыми хвалится AMD. В справочной документации, которую компания распространила в преддверии выхода Ryzen 3000XT, прямо говорится о том, что последний год «AMD занималась совершенствованием рецепта приготовления» процессоров Ryzen третьего поколения. Основной целью этого процесса было улучшение параметров 7-нм транзисторов, что должно было привести к снижению их рабочего напряжения и токов утечки и увеличению достижимых частот.

Энтузиасты хорошо знают, что по мере достижения зрелости техпроцессы действительно имеют свойство улучшаться, и формально такие же процессоры, но выпущенные позднее, обычно выделяются на фоне более ранних собратьев лучшим разгоном. Именно этим фактом и воспользовалась AMD для выпуска серии Ryzen 3000XT. В этих процессорах накопившееся за последний год улучшение частотного потенциала узаконено официально: AMD придала им немного более высокие частоты по сравнению с первоначальными представителями серии Ryzen 3000 и теперь прямо говорит о том, что Ryzen 3000XT построены на 7-нм транзисторах «с определённо лучшими свойствами» по сравнению с транзисторами обычных процессоров Ryzen 3000, которые выпускались ранее.

Впрочем, на какие-то радикальные прорывы в рабочих частотах надеяться не стоит. Речь идёт лишь о небольшой прибавке в максимальной частоте в турборежиме, которая достигает 100-200 МГц. При этом базовые частоты Ryzen 3000XT остаются такими же, как и у их предшественников.

Всего серия «улучшенных» процессоров включает в себя трёх представителей: 12-ядерный Ryzen 9 3900XT, восьмиядерный Ryzen 7 3800XT и шестиядерный Ryzen 5 3600XT, и в существующий модельный ряд они вписываются следующим образом.

Если исходить из паспортных характеристик, начинает казаться, что с выпуском Ryzen 3000XT компания AMD пытается продать своим приверженцам те же Matisse, которые присутствуют на рынке уже год, во второй раз. Однако сама AMD на это возражает, что не все преимущества Ryzen 3000XT прослеживаются в спецификациях, и от новых процессоров якобы можно ожидать гораздо большего:

• увеличения производительности при однопоточных и малопоточных нагрузках на 4-5 %;
• более лёгкого достижения максимальных частот при малопоточных нагрузках;
• более высоких рабочих частот при средних нагрузках в творческих приложениях, в которых рост производительности может доходить до 10 %;
• значительного улучшения производительности в некоторых играх, которые чувствительны к частоте процессора;
• но в то же время малозаметного улучшения производительности в тяжелых нагрузках, где частота процессора ограничивается потребляемым током и тепловыделением.

Иными словами, AMD явно говорит о том, что процессоры с суффиксом XT в названии заметно лучше оптимизированы для работы в приложениях, которые не отбирают все имеющиеся ресурсы и не нагружают все имеющиеся потоки и ядра. А это значит, что от новых процессоров не стоит ожидать каких-то заметных улучшений в плане энергоэффективности, но при этом, похоже, они могут сохранять стабильность на более высоких частотах в сравнении с предшественниками. Проверкой этого тезиса мы и займёмся дальше, сосредоточившись на тестировании двух старших представителей новой серии: 12-ядерного Ryzen 9 3900XT и восьмиядерного Ryzen 7 3800XT.

⇡#Ryzen 9 3900XT

Нет нужды подробно рассказывать о характеристиках Ryzen 9 3900XT. Это почти такой же процессор, как и 12-ядерный Ryzen 9 3900X, доступный на рынке уже год. Он базируется на трёх полупроводниковых кристаллах: двух 7-нм восьмиядерных CCD-чиплетах с вычислительными ядрами (в каждом из которых аппаратно заблокировано по два ядра) и одном 12-нм чиплете IOD, в котором находится контроллер памяти, логика Infinity Fabric, контроллеры PCI Express и прочая обвязка.

За счёт использования сразу двух CCD-чиплетов такой процессор обладает гигантской кеш-памятью третьего уровня объёмом 64 Мбайт и располагает 12 вычислительными ядрами, которые разделены по четырём комплексам CCX, в каждом из которых работает по три ядра и находится по 16-мегабайтному сегменту кеша. Все эти составляющие связываются в единое целое фирменной шиной Infinity Fabric.

Частота Ryzen 9 3900XT находится в диапазоне от 3,8 до 4,7 ГГц, и формально это означает, что по сравнению с Ryzen 9 3900X новый процессор может разгоняться на 100 МГц сильнее. При этом для Ryzen 9 3900XT сохраняется тепловой пакет 105 Вт и 142-Вт ограничение на энергопотребление.

Слегка более высокая частота, достижимая в турборежиме, – не единственное отличие Ryzen 9 3900XT от Ryzen 9 3900X. Ещё один существенный момент касается комплектации. В то время как Ryzen 9 3900X в коробочной версии поставляется вместе с кулером Wraith Prism, новый Ryzen 9 3900XT лишён какого-либо штатного охладителя. С ним AMD предлагает использовать приобретаемые отдельно мощные системы жидкостного охлаждения, которые она до этого рекомендовала для Ryzen 9 3950X.

Но самый интересный момент, касающийся Ryzen 9 3900XT, в паспортных характеристиках отражения не находит, и понять по ним, по какому закону частота этого процессора зависит от нагрузки, невозможно. Хотя именно здесь, если верить тому, что говорит AMD, должно проявляться главное преимущество Ryzen 9 3900XT над Ryzen 3900X. Эту недомолвку пришлось устранить практическим тестированием. В системе с Ryzen 9 3900XT мы прогнали тест рендеринга Cinebench R20 с установкой разных ограничений на число задействуемых потоков — и посмотрели, на какой средней частоте функционирует процессор в каждом отдельном случае. Полученный график зависимости частоты Ryzen 9 3900XT от нагрузки представлен ниже. Для наглядности на него нанесена аналогичная кривая, построенная для Ryzen 9 3900X.

И вот здесь-то выясняется: очень многое из того, что наобещала AMD про процессоры серии Ryzen 3000XT, мягко говоря, действительности не соответствует. Никакого «более лёгкого достижения максимальных частот при малопоточных нагрузках» в реальности не видно, да и вообще, ситуация с частотами Ryzen 9 3900XT скорее выглядит по принципу «одно лечим – другое калечим». Да, новый процессор стал немного быстрее при лёгких малопоточных нагрузках, и при задействовании числа потоков до шести включительно он работает на 50-100 МГц быстрее по сравнению с Ryzen 9 3900X. Но зато когда нагрузка возрастает и распространяется на большее число потоков, более высокую — на 50-100 МГц — тактовую частоту оказывается способен предложить уже Ryzen 9 3900X годичной давности. Частоты старого и нового 12-ядерников уравниваются лишь на предельной многопоточной нагрузке, когда работой загружены более 22 из 24 доступных потоков. Следовательно, Ryzen 9 3900XT будет производительнее своего предшественника далеко не всегда, а лишь в каких-то избранных приложениях, которые умеют использовать только сильно ограниченное число ядер. И это – довольно странный подход, поскольку на фоне Ryzen 9 3900X новый Ryzen 9 3900XT сразу выглядит как абсурдный многоядерный процессор, оптимизированный под малопоточные приложения.

Каким образом AMD умудрилась произвести на свет такой продукт, объяснить несложно. Для этого достаточно вспомнить, что 12-ядерные процессоры собираются из двух чиплетов, которые кардинально различаются по свойствам. Для наглядной иллюстрации этой разницы у нашего экземпляра Ryzen 9 3900XT мы составили набор диаграмм, на которых отобразили зависимость рабочих частот и энергопотребления для каждого отдельно взятого ядра при различной по интенсивности нагрузке. Все эти данные были получены при исполнении серии тестов рендеринга Cinebench R20.

Как видно, подход AMD к сборке Ryzen 9 3900XT не изменился. Первый CCD-чиплет в нём нацелен на покорение высоких частот: он выбирается из кристаллов с высокими токами утечки, которые лучше масштабируются по частоте, но при этом имеют заметно более высокие энергетические аппетиты. Второй чиплет – это энергоэффективный кремний, который должен иметь пониженное потребление при ограниченных частотах.

Полученные результаты подтверждают, что первый чиплет в Ryzen 9 3900XT – это отборный полупроводниковый кристалл, который действительно может достигать более высоких частот, нежели берёт Ryzen 9 3900X в турборежиме. Второй же чиплет нацеливается на энергоэффективность и на высокие частоты вообще не рассчитан — именно он и обуславливает жёсткое ограничение Ryzen 9 3900XT по рабочим частотам при многопоточных нагрузках.

Если посмотреть на зависимость потребления Ryzen 9 3900XT и Ryzen 9 3900X при задействовании различного числа потоков в Cinebench R20, то выяснится, что если речь не идёт о минимальных или максимальных нагрузках, то новый процессор более экономичен. Заметно возросшие аппетиты первого чиплета уравновешены в нём улучшенной экономичностью второго: в то время как ядра первого CCD-чиплета могут демонстрировать потребление вплоть до 15 Вт, максимальное потребление ядер второго чиплета ограничивается величиной 12 Вт.

Остаётся прояснить ситуацию с температурами: ведь, наверное, не зря для Ryzen 9 3900XT теперь рекомендуется высокоэффективное жидкостное охлаждение. И иллюстрация здесь очень простая: на следующий график нанесены температуры Ryzen 9 3900XT и Ryzen 9 3900X в тесте Cinebench R20 при нагрузке на разное число ядер. Для охлаждения процессора в этом тесте использовалась самосборная система жидкостного охлаждения, построенная на компонентах EKWB.

Результат предсказуем: из-за особенностей используемых полупроводниковых кристаллов Ryzen 9 3900XT при прочих равных работает при более высоких напряжениях и в итоге греется на несколько градусов сильнее своего предшественника. Поэтому высокопроизводительная система охлаждения здесь действительно не помешает.

Получается, что Ryzen 9 3900XT – это очень странная новинка. Она горячее и медленнее уже имеющегося на рынке прошлогоднего процессора Ryzen 9 3900X, за исключением одной ситуации – малопоточных нагрузок.

Однако не нужно забывать, что различные экземпляры процессоров могут иметь некоторый разброс по электрическим и тепловым характеристикам из-за того, что процедура отбора кристаллов даёт некоторую погрешность. Поэтому нельзя исключать вероятность того, что среди серийных процессоров Ryzen 9 3900XT смогут найтись и такие экземпляры, которые не будут уступать Ryzen 9 3900X на всём диапазоне нагрузок.

⇡#Ryzen 7 3800XT

Различия в паспортных характеристиках между новым восьмиядерником Ryzen 7 3800XT и прошлой моделью Ryzen 7 3800X заметнее, чем в случае 12-ядерников, но они вновь ограничиваются разницей в максимальной частоте в турборежиме. Для Ryzen 7 3800XT декларируется диапазон частот 3,9-4,7 ГГц, а значит, этот процессор может автоматически разгоняться при малопоточных нагрузках на 200 МГц сильнее предшественника.

В остальном же спецификации полностью повторяются: базовая частота 3,9 ГГц, 32 Мбайт кеш-памяти третьего уровня, 105-Вт тепловой пакет и максимальное энергопотребление 142 Вт. Вместе с тем производитель так же не стал комплектовать Ryzen 7 3800XT штатной системой охлаждения, рекомендуя пользователям самостоятельно приобретать системы жидкостного охлаждения, в то время как в коробки с Ryzen 7 3800X вкладывался воздушный кулер Wraith Prism. Всё это наводит на мысли о том, что Ryzen 7 3800XT, как и его 12-ядерный собрат, отличается более сильным нагревом по сравнению с предшественником, который и без того характеризовался околокритическими рабочими температурами и был даже назван нами чемпионом по нагреву.

В состав Ryzen 7 3800XT входит один восьмиядерный CCD-чиплет, поэтому с подбором для него высокочастотной полупроводниковой начинки проблем у AMD быть не должно. Если слова производителя про улучшения свойств 7-нм техпроцесса TSMC – правда, то от Ryzen 7 3800XT можно действительно ожидать превосходства над Ryzen 7 3800X годичной давности при любых вариантах нагрузки, а не только в случае активности одного-двух ядер.

И это подтверждают результаты натурного эксперимента. Сравнение частот Ryzen 7 3800XT и Ryzen 7 3800X при нагрузке на различное число потоков в тесте рендеринга Cinebench R20 показывает, что новый процессор действительно быстрее на 100 МГц при многопоточной нагрузке и почти на 200 МГц – при одно- или двухпоточной.

Иными словами, некое движение вперёд здесь действительно есть, а не так, как в случае с новым 12-ядерником. То есть право считаться дальнейшим развитием серии Matisse у Ryzen 7 3800XT есть. Тем более что увеличение частоты и, соответственно, производительности Ryzen 7 3800XT произошло почти без роста энергопотребления.

Однако подводные камни всё-таки есть. Температурный режим Ryzen 7 3800XT благоприятным никак не назовёшь. Ещё когда мы тестировали Ryzen 7 3800X, основной претензией к старшему восьмиядернику было то, что он очень серьёзно нагревался и достигал температур свыше 90 градусов даже при использовании мощных воздушных кулеров. А Ryzen 7 3800XT для своей работы требует более высоких напряжений питания (примерно на 0,025 В) и греется еще сильнее предшественника. На графике ниже приведены температуры восьмиядерной новинки в Cinebench R20, полученные с кастомной системой жидкостного охлаждения на компонентах EKWB c 360-мм радиатором.

Рабочие температуры Ryzen 7 3800XT на несколько градусов выше, чем у Ryzen 7 3800X, и совершенно ясно, что воздушного кулера тут будет недостаточно, а AMD рекомендует производительные СЖО для нового процессора не просто так. В доказательство можно привести следующий скриншот, показывающий, что Ryzen 7 3800XT даже с мощной самосборной СЖО может прогреться и почти до 90 градусов – такой нагрев получается в Prime95 29.8, то есть там, где в дело идут AVX2-инструкции.

Таким образом, становится очевидно, что при выборе в качестве основы компьютера процессора Ryzen 7 3800XT к его 400-долларовой цене придётся прибавить существенную сумму на высокопроизводительную систему охлаждения. Иначе частотный потенциал нового кремния может и не раскрыться, поскольку используемая в Ryzen технология динамической подстройки частоты будет сбрасывать частоты из-за выхода температуры за допустимые пределы.

⇡#Разгон

Как бы то ни было, в процессорах серии Ryzen 3000XT действительно используются 7-нм кристаллы, способные покорять более высокие пиковые частоты, чем раньше. Достигнутый прогресс нельзя назвать кардинальным, но он есть: в турборежиме новые процессоры способны брать на 100-200 МГц более высокие частоты. Вероятно, это должно положительно сказаться и на разгонном потенциале.

В среде энтузиастов бытует мнение, что по прошествии года после анонса даже обычные процессоры Ryzen 3000 стали в среднем разгоняться лучше, чем те CPU, которые поступали на прилавки магазинов летом прошлого года. А значит, серия Ryzen 3000XT должна стать ещё более оверклокерской, ведь для неё производитель целенаправленно отбирает наиболее податливый по частоте кремний. И результаты экспериментов в целом подтверждают такую теорию.

Так, основанный на одном 7-нм CCD-чиплете и более простой по внутренней топологии процессор Ryzen 7 3800XT смог в наших экспериментах разогнаться до частоты 4,35 ГГц с проверкой стабильности в Prime95 29.8. Напряжение процессора при этом пришлось установить в 1,25 В с максимальным уровнем Load-Line Calibration (по данным BIOS материнской платы), но при высокой нагрузке оно всё равно проседало до 1,212 В.

Температуру CPU при таких настройках удалось удержать в пределах 100 градусов, однако стоит напомнить, что за теплоотвод в наших экспериментах отвечала производительная система жидкостного охлаждения.

По приведённому скриншоту видно, что энергопотребление процессора в разгоне составляет всего 150 Вт, но его температура при этом приближается к критическому пределу, и некоторых это может удивить. Ведь если бы речь шла о процессорах Intel, то подобные температуры процессорных ядер появились бы лишь при приближении потребления к 300-ваттной отметке. Но у высокой температуры Ryzen 7 3800XT есть объяснение: к ней привёл переход на 7-нм техпроцесс. Хоть более тонкие производственные нормы и позволяют улучшать энергоэффективность чипов, снимать тепло с небольших полупроводниковых кристаллов (а стандартный восьмиядерный CCD-чиплет имеет площадь всего 74 мм²), становится намного сложнее, поскольку они генерируют гораздо более высокую плотность теплового потока. Именно по этой причине разгон процессоров Ryzen быстро упирается в рост температуры, какой бы мощной ни была используемая система охлаждения.

Тем не менее разгон до 4,35 ГГц для восьмиядерного Ryzen 7 3800XT – довольно неплохой результат. Типичные Ryzen 7 3800X разгоняются до 4,2-4,3 ГГц, а Ryzen 7 3800XT хоть и не так значительно, но всё-таки смог выйти за пределы этого интервала. И это значит, что с прицелом на разгон Ryzen 7 3800XT – наиболее привлекательный среди восьмиядерных процессоров AMD вариант.

С разгоном 12-ядерного Ryzen 9 3900XT дело обстоит сложнее. Этот процессор использует сразу два 7-нм CCD-чиплета с разными свойствами, и второй кристалл в этой паре изначально не обещает особой податливости по частоте. Именно поэтому при оверклокинге обычных Ryzen 7 3900X часто возникают сложности, и некоторые экземпляры выше 4,0-4,1 ГГц при синхронном разгоне всех ядер не забираются вообще.

Но попавший в наше распоряжение экземпляр Ryzen 9 3900XT оказался явно удачнее большинства старых Ryzen 9 3900X. При повышении в BIOS материнской платы напряжения V_CORE до 1,25 В он смог полностью стабильно работать на частоте 4,2 ГГц, проходя стресс-тестирование в Prime95 29.8.

Температуры обоих CCD-чиплетов во время стресс-теста составили 94-96 градусов, общее потребление процессора доходило до 213 Вт. Кстати, обратите внимание, как распределяется эта величина между кристаллами. На ядро первого CCD-чиплета приходится потребление 86 Вт, а на ядра второго – только 76 Вт. Именно в этом и проявляется разница в токах утечки кристаллов CCD: при равных частоте и напряжении первый потребляет примерно на 13 % больше, но зато в конечном итоге он способен брать более высокие частоты.

В целом же доставшийся нам экземпляр Ryzen 9 3900XT не поставил рекордов разгона, но способные работать на частоте 4,2 ГГц процессоры (при честном тестировании на стабильность в Prime95) среди Ryzen 9 3900X встречались нечасто. Например, согласно статистике магазина оверклокерских процессоров Silicon Lottery, доля таких процессоров в их выборке составляла порядка 6 %. А в случае с Ryzen 9 3900XT работать на 4,2 ГГц смог первый попавшийся экземпляр.

А значит, Ryzen 9 3900XT подтверждает общее правило: процессоры с индексом XT разгоняются лучше предшественников.