Обзор процессора Core i9-12900K: переворот в сознании

Процессор, который изменит всё, – примерно так можно охарактеризовать энтузиазм Intel, которым сопровождается выход Alder Lake. Ещё полтора года тому назад Раджа Кодури высказывался об Alder Lake в том ключе, что это наиболее значимый шаг Intel со времён появления процессоров Core в 2006 году. И с этим трудно не согласиться. На нашем сайте недавно вышла подробная статья, посвящённая архитектуре Alder Lake, и из изложенных в ней фактов действительно следует, что теперь на рынке можно ждать чуть ли не сейсмического сдвига, по крайней мере в сегменте процессоров для персональных компьютеров.

Работа над Alder Lake стартовала примерно тогда, когда AMD начала добиваться первых заметных успехов со своими продуктами семейства Zen, и поэтому его можно считать ответом Intel на изменившиеся правила игры на процессорном рынке. То есть все предшествующие Comet Lake и Rocket Lake, которые выпускала Intel в противовес сменяющим друг друга поколениям Ryzen, скорее были движением по инерции. А вот теперь-то Intel наконец проснулась и перешла к активным действиям. Но то, что выход Alder Lake должен ознаменовать новый виток процессорной гонки, на котором лидерство AMD будет поставлено под вопрос, – лишь одна из причин, по которым к новинке Intel приковано столько внимания.

Вторая же причина состоит в том, что, вне зависимости от того, окажется ли Alder Lake лучше Zen 3 или нет, это всё равно революция. Кодури был прав: таких масштабных обновлений мы не видели уже очень давно. В Alder Lake значительно увеличено число вычислительных ядер, наконец-то внедрён действительно свежий техпроцесс, применена гибридная архитектура, объединяющая два разнородных типа ядер, а ещё добавлена технология Thread Director, благодаря которой процессор получил возможность прямого взаимодействия с планировщиком операционной системы. Иными словами, сегодня, в день начала продаж процессоров Alder Lake для настольных компьютеров, тем для разговоров найдётся немало. Поэтому не будем ходить вокруг да около, а сразу перейдём к сути – к подробному знакомству с флагманским процессором Intel нового поколения, Core i9-12900K.

⇡#Что такое Alder Lake: характеристики и модельный ряд

Главная и самая интересная фишка Alder Lake – гибридность. Intel решила попробовать в дизайне настольных процессоров принципиально новый подход и отказалась от создания процессоров на основе однотипных ядер. Нынешняя концепция предполагает, что для разных целей следует использовать разные средства, и в Alder Lake нашли применение две различные по своим свойствам микроархитектуры – производительная и энергоэффективная.

Хотя это абсолютно свежая идея для настольных решений, в целом процессорами, состоящими из разнотипных ядер, в наши дни уже сложно кого-то удивить. Подход big.LITTLE давно используется в мобильных чипах, и там сосуществование разнотипных ядер не приводит ни к каким негативным последствиям. Более того, с гибридным дизайном успела поэкспериментировать и сама Intel, выпустив в середине прошлого года ультрамобильный процессор Lakefield, составленный из одного производительного и четырёх энергоэффективных ядер. Основанные на нём устройства довольно убедительно продемонстрировали допустимость такого дизайна для персональных компьютеров, и теперь Alder Lake расширяют сферу применения этой концепции.

Впрочем, если гибридность сама по себе вас совершенно не привлекает, Alder Lake всё равно заслуживает того, чтобы на него обратить внимание. Одна из микроархитектур, вокруг которых выстроен новый процессор, — это Golden Cove, и она способна «вытащить» весь этот проект сама по себе, без каких-либо дополнений. Благодаря ей по меньшей мере половина ядер Alder Lake обещает 19-процентный прирост удельной производительности по сравнению с ядрами Rocket Lake, и одного только этого уже достаточно, чтобы новые решения Intel оказались интересны как минимум геймерам.

Всего же в составе Alder Lake есть два типа ядер: производительные P-ядра на микроархитектуре Golden Cove и энергоэффективные E-ядра с микроархитектурой Gracemont. Они разрабатывались независимо друг от друга, и при их создании перед инженерами стояли принципиально различные задачи. Golden Cove – это широкие и крупные ядра, которые оптимизированы для получения пиковой однопоточной производительности. В то же время Gracemont сфокусированы на простоте и энергоэффективности. Логика совмещения Golden Cove и Gracemont в одном процессоре состоит в том, что фоновые задачи, не требующие максимальной скорости исполнения, могут с минимальными затратами энергии обслуживаться E-ядрами. При этом P-ядра нужны главным образом для приложений переднего плана, которые не завязаны на ожидание поступления данных и нуждаются в максимально быстром исполнении. А если речь зайдёт о необходимости исполнения многопоточных ресурсоёмких задач, то для их обслуживания в гибридном процессоре можно подключить сразу все доступные мощности – и P-ядра, и E-ядра.

Сегодня Intel начинает продавать первую партию представителей семейства Alder Lake. В неё входят шесть моделей оверклокерских Core 12-го поколения, относящиеся к сериям Core i9, Core i7 и Core i5. Число ядер, которые предлагают эти процессоры, – от 10 до 16, все они поддерживают DDR5, PCI Express 5.0, новые возможности для разгона и все они имеют совершенно новые параметры тепловыделения. Более того, на этом этапе Intel поменяла смысл и других фигурирующих в спецификациях величин: гибридный дизайн требует иного взгляда даже на привычные паспортные характеристики.

Обратите внимание, таблица спецификаций, приведённая ниже, содержит раздельную информацию о ядрах разных типов, но при этом общую о размере кеш-памяти и тепловых характеристиках.

Объяснение здесь довольно простое. Intel не хочет, чтобы новые процессоры классифицировались по общему количеству вычислительных ядер, поэтому число P-ядер и E-ядер всегда указывается раздельно. Тот же Core i9-12900K всё же нельзя считать полноценным 16-ядерником как минимум потому, что его E-ядра не поддерживают Hyper-Threading и работают на значительно более низких тактовых частотах. Да и идея гибридного дизайна состоит в том, что P-ядра, E-ядра и виртуальные ядра, обслуживаемые технологией Hyper-Threading, имеют различное целевое назначение, хотя они и могут при необходимости совместно браться за параллельные многопоточные нагрузки.

Список процессоров, продажи которых начинаются с сегодняшнего дня, включает в себя шесть моделей. Вывод на рынок нового поколения Core начался сверху вниз. Сначала компания планирует начать продажи оверклокерских флагманов, а более простые модели придут на рынок позднее, когда первые пользователи из числа энтузиастов уже оценят прелести нового дизайна и гибридной архитектуры.

Представленные Alder Lake различаются между собой по числу P- и E-ядер, по тактовым частотам и по объёму кеш-памяти третьего уровня. То есть основные дифференцирующие факторы остались в целом теми же, что и раньше. Старшие модели, относящиеся к серии Core i9, получили по восемь производительных и энергоэффективных ядер. В процессорах Core i7 с восемью производительными ядрами соседствует четыре энергоэффективных ядра. А в процессорах Core i5 число производительных ядер сокращено до шести. Всё это значит, что число P-ядер в сериях Core i9/i7/i5 по сравнению с процессорами Rocket Lake не изменилось (хотя изменились сами эти ядра), но в дополнение к ним новые Alder Lake получили по восемь или по четыре энергоэффективных ядра.

Вместе с тем все анонсированные сегодня представители 12-го поколения Core имеют одинаковый набор из 16 линий PCIe 5.0 и 4 линий PCIe 4.0, а также поддержку памяти DDR5-4800 и DDR4-3200. А модели без буквы F в названии оборудованы к тому же встроенным графическим ядром UHD Graphics 770 класса Xe-LP с 32 исполнительными устройствами, функционально схожим со встроенной графикой UHD Graphics 750 из процессоров Rocket Lake.

Что же касается рекомендованных цен новинок, то они кажутся довольно демократичными: старший процессор стоит $589, то есть всего на $50 дороже Core i9-11900K. А вариант без графического ядра Core i9-12900KF с рекомендованной ценой $564 можно запросто противопоставить 12-ядерному Ryzen 9 5900X. Но такое позиционирование характерно лишь для старшей модели в ряду. Средний i7-12700KF оценён Intel существенно дешевле восьмиядерного Ryzen 7 5800X, а младший Core i5-12600KF – доступнее шестиядерного Ryzen 5 5600X. Однако при этом Core i7-12700K и Core i5-12600K на $10 и $27 дороже старших процессоров тех же серий, но прошлого поколения.

Сравнивать Alder Lake с настольными процессорами на микроархитектуре Zen 3 по каким-то иным характеристикам, кроме цен, вряд ли имеет смысл – уж очень разнятся эти предложения по конструкции. Но всё же заметим, что Intel теперь выигрывает не только по тактовым частотам, но и по суммарному количеству ядер. Однако Alder Lake продолжают уступать предложениям конкурента в ёмкости L3-кеша и тепловыделении, особенно если руководствоваться более честным параметром не базового, а турбо TDP.

⇡#Куда делось «типичное тепловыделение»

Ранее в спецификациях процессоров Intel указывала для своих чипов величину расчётного тепловыделения – TDP, которая обычно была равна 65, 95 или 125 Вт. С формальной точки зрения определение TDP звучало как максимальное тепловыделение процессора при базовой частоте, а фактически эта величина должна была ограничивать потребление процессора при продолжительных нагрузках.

Однако в случае процессоров Intel последних поколений TDP уже практически потеряла какое-либо практическое значение. Проблема в том, что попытка удержания тепловыделения процессора в рамках заданной Intel величины TDP приводит к катастрофическому падению производительности. Поэтому в реальных системах повсеместно используются совершенно другие ограничения по потреблению, а в конфигурациях, которые собирают энтузиасты, они вообще полностью отменяются. Некоторое время Intel ещё пыталась бороться с этой ситуаций, формализуя требования к потреблению процессоров через величины PL1 и PL2 (предельное потребление при долговременной и кратковременной нагрузке). Но с выходом Alder Lake компания пришла к пониманию, что надо полностью сменить подход к декларированию тепловыделения.

В паспортных характеристиках представителей семейства Core 12-го поколения теперь значатся две различные величины, описывающие их тепловыделение и энергопотребление. Первая, Processor Base Power (PBP), – максимальное тепловыделение на базовой частоте, то есть аналог старого TDP. И вторая, Maximum Turbo Power (MTP), – честное максимальное тепловыделение, которого процессор может достичь в турборежиме. Таким образом, политика Intel в отношение тепловых и энергетических характеристик становится более честной.

Логично предположить, что Maximum Turbo Power — это новое название для PL2: максимальное потребление при кратковременных нагрузках, в то время как Processor Base Power – это долговременный предел потребления PL1. Но это будет верно лишь для неоверклокерских процессоров, которые будут анонсированы позднее. У тех же шести моделей Alder Lake, которые выпущены сейчас, никаких ограничений на длительное потребление нет вообще. Они могут работать в рамках величины Maximum Turbo Power на любых временных промежутках. И в старой терминологии это означает, что PL1 = PL2 = MTP.

Иными словами, Intel официально признала то, что де-факто стало стандартом уже давно. Потребление и тепловыделение оверклокерских процессоров не должно сдерживаться никакими дополнительными пределами, и, следовательно, Core i9 теперь официально разрешено на постоянной основе рассеивать 241 Вт тепла, Core i7 – 190 Вт, а Core i5 – 150 Вт. Производители материнских плат при этом, скорее всего, вообще не будут учитывать значения MTP. Например, в тех LGA1700-платах, с которыми мы познакомились при подготовке этого материала, какие-либо искусственные пределы потребления для Alder Lake были отменены вовсе.

⇡#Знакомство с полупроводниковым кристаллом

Для выпуска настольных процессоров семейства Alder Lake компания Intel планирует использовать две разновидности полупроводниковых кристаллов. Большой – степпинга C0 с восемью P-ядрами и восемью же E-ядрами и малый – степпинга H0 с шестью P-ядрами и вообще без E-ядер. Представленные в данный момент модели базируются исключительно на больших кристаллах, малые версии кремния планируется ввести в употребление с выпуском младших представителей серий Core i5 и Core i3.

Хотя абзацем выше мы использовали для описания размера кристалла Alder Lake прилагательное «большой», в действительности даже 16-ядерная его модификация не выглядит монструозной. Intel наконец-то перевела производство настольных процессоров на современный техпроцесс Intel 7 (10 нм Enhanced SuperFin), что сразу же снизило площадь кристалла. Старшая версия кремния Alder Lake занимает всего 210 мм², и это почти на четверть меньше площади восьмиядерного кристалла Rocket Lake. В итоге по размеру полупроводникового кристалла 16-ядерный Alder Lake сравним с 10-ядерным Comet Lake на куда более простых ядрах Skylake и с меньшим объёмом кеш-памяти.

В то время как ядра Comet Lake и Rocket Lake располагали 256 и 512 Кбайт кеш-памяти второго уровня, в Alder Lake P-ядра получили 1,25 Мбайт L2-кеша на ядро. Что же касается E-ядер, то они собраны в кластеры по четыре штуки с общим 2-Мбайт L2-кешем, который делится на все четыре ядра сразу. Что же касается кеша верхнего уровня, то его размер в Alder Lake доходит до 30 Мбайт, тогда как у процессоров прошлых поколений объём L3-кеша не превышал 20 или 16 Мбайт соответственно. В результате суммарный объём кеш-памяти новых процессоров Intel доходит до 44 Мбайт, что превышает даже суммарный объём кеш-памяти одночиплетных процессоров AMD с микроархитектурой Zen 3.

Однако увеличение объёмов кешей в Alder Lake негативно сказалось на их латентности. Если сравнивать с Rocket Lake, то латентность L2-кеша увеличилась с 13 до 15 тактов, а L3-кеша – с 58 примерно до 80 тактов. Последний показатель, к слову, превышает латентность L3-кеша процессоров c микроархитектурой Zen 3 чуть ли ни вдвое. Иными словами, хоть кеш третьего уровня в Alder Lake и большой, но он теперь сравнительно медленный.

Знакомство с изображением полупроводникового кристалла Alder Lake позволяет сделать и другие любопытные выводы. Например, о том, что предположение об одинаковом размере одного ядра Golden Cove и четырёхъядерного кластера Gracemont в итоге оказалось неверным. В действительности четыре E-ядра занимают на кристалле Alder Lake примерно на 25 % больше места. Также можно обратить внимание и на то, что графическое ядро UHD Graphics 770 стало занимать на кристалле довольно мало места – на него расходуется лишь 16 % площади кремния.

Для связи всех функциональных блоков в единое целое в Alder Lake по-прежнему используется двунаправленная кольцевая шина, однако не все ядра имеют к ней равноправный доступ. В то время как каждое из P-ядер имеет прямой доступ к этой шине, пролегающей по центру кристалла, сгруппированные в кластеры E-ядра работают с ней по иному принципу. Здесь на четыре E-ядра приходится лишь один порт доступа к шине, а сами сгруппированные в кластер ядра общаются между собой посредством обмена данными через общий L2-кеш. Всё это приводит к тому, что задержки межъядерных пересылок данных в Alder Lake неоднородны.

С максимальной скоростью могут обмениваться между собой только P-ядра. У них это получается делать даже быстрее, чем у ядер в процессорах Rocket Lake. Но когда возникает необходимость обмена информацией между P- и E-ядрами, время ожидания сразу увеличивается на 37 %. Примерно такую же латентность имеют пересылки данных между E-ядрами, которые относятся к разным кластерам. А вот передача данных между ближайшими E-ядрами в пределах одного кластера – это ещё более болезненный процесс. Впрочем, максимальная наблюдаемая в Alder Lake латентность межъядерного обмена на уровне 50 нс – это всё равно лучше задержки, которая возникает в процессорах Ryzen при пересылках данных между ядрами, расположенными в разных чиплетах.

⇡#Thread Director: как оно всё работает в ОС

Одно из главных сомнений, возникающих при обсуждении гибридных процессоров Alder Lake, касается того, смогут ли современные операционные системы правильным образом распорядиться массивом разнородных по свойствам вычислительных ядер. Хотя в целом проблема распределения потоков по разным ядрам существует давно и, например, в случае с виртуальными ядрами, создаваемыми в рамках технологии Hyper-Threading, успешно решается, с Alder Lake всё заметно сложнее. Теперь планировщик операционной системы должен думать не только о максимизации производительности, но и следить за энергоэффективностью, стараясь пользоваться преимуществами, которые дают E-ядра.

Intel говорит, что выработка правильных алгоритмов использования ресурсов Alder Lake потребовала тесного сотрудничества с Microsoft, в результате чего планировщик операционной системы Windows 11 получил все необходимые усовершенствования. На более низком уровне это означает, что Windows 11 обучена работать со встроенным в процессоры Alder Lake специализированным микроконтроллером.

Этот микроконтроллер – суть технологии Thread Director. Он непрерывно собирает информацию о тепловых и энергетических параметрах ядер и анализирует исполняемый каждым ядром поток инструкций, передавая результаты этого анализа операционной системе. Данным механизмом как раз и пользуется планировщик Windows 11 – в этой ОС распределение потоков по ядрам происходит с учётом реализованной через Thread Director обратной связи. Именно благодаря обратной связи Alder Lake и должны работать в Windows 11 лучше – в этой операционной системе E-ядра действительно могут использоваться для обслуживания фоновых потоков, не нуждающихся в высоком быстродействии. При этом в Windows 10, где обратная связь с Thread Director не реализована, процессоры Alder Lake, очевидно, будут проявлять себя хуже в первую очередь с точки зрения энергоэффективности. В прошлой версии операционной системы планировщик тоже способен учитывать сведения о различиях в производительности разных ядер, но интерактивный анализ исполняемых ими инструкций, как и оценка их текущей загрузки и эффективности, ему недоступен.

Как объясняет Intel, главная цель Thread Director состоит в том, чтобы рассортировать для планировщика операционной системы активные потоки на различные классы: обычные; те, которые используют AVX-инструкции; и те, которым не нужна высокая производительность (работа которых, например, ограничивается поступлением внешних данных). Для определения типов потоков в Thread Director используется специальный, предварительно натренированный ИИ-алгоритм, который как раз и опирается на собираемые микроконтроллером телеметрические данные. Далее, обычные и AVX-потоки Thread Director порекомендует исполнять на P-ядрах, в то время как потоки, ожидающие поступления данных, он предложит отправить на E-ядра. Вся эта информация передаётся в планировщик Windows 11, и он может либо воспользоваться ей напрямую, либо скорректировать эти рекомендации в соответствии с тем, какие задачи пользователь поставил для себя на передний план, а какие свернул.

⇡#Новая память DDR5

Большое нововведение в процессорах Alder Lake, заслуживающее отдельного рассказа, – новый контроллер памяти, который поддерживает не только DDR4, но и DDR5 SDRAM. Формально Intel говорит в спецификациях о совместимости с DDR5-4800, но по факту новые процессоры способны работать и с более скоростными модулями. Так, производители памяти уже успели анонсировать модули с частотами DDR5-5200, DDR5-5600, DDR5-6000, DDR5-6400 и даже DDR5-6800. И все эти варианты с новыми процессорами вполне совместимы. На днях Intel опубликовала список проверенных на работоспособность с Alder Lake модулей DDR5 SDRAM, и в нём фигурируют модули со скоростями, превышающими заявленную в спецификациях.

Для поддержки широкого диапазона скоростей DDR4- и DDR5-памяти контроллер в Alder Lake получил сразу три делителя, определяющих различные соотношения между частотами контроллера памяти и собственно модулей: Gear 1, Gear 2 и Gear 4. В первом случае память работает с контроллером на синхронных частотах, во втором частота памяти удваивается, а в третьем – происходит увеличение частоты памяти относительно частоты контроллера в четыре раза. Эта схема похожа на то, как строилась работа с памятью в процессорах Rocket Lake, но теперь делителей стало больше.

Поскольку частоты модулей DDR5 стартуют с довольно высокой отметки в 4400 МГц (которая выше максимальной сертифицированной JEDEС частоты DDR4), режим Gear 1 с ними неприменим, он оставлен исключительно ради DDR4 SDRAM. Зато в режиме удвоения частоты Gear 2 с Alder Lake прекрасно работают любые оверклокерские модули DDR5 SDRAM. Режим Gear 4 работоспособен тоже, но пользоваться им пока смысла нет – он накладывает на производительность подсистемы памяти более высокий штраф в сравнении с Gear 2.

Сами по себе модули DDR5 SDRAM, хотя имеют те же 288 контактов, что и DDR4, электрически и механически несовместимы. Установить в слоты DIMM, предназначенные для DDR4 SDRAM, модули DDR5 (и наоборот) не получится – помешает другое расположение выреза-ключа. Использование разъёмов разного типа – не прихоть разработчиков, память DDR5 принципиально отличается от предшествующего стандарта. Её возросшие частоты обусловлены не разгоном, а изменениями в принципах работы.

Проблема с увеличением скорости работы памяти методом «грубой силы» заключается в том, что ядра DRAM на основе конденсаторов и транзисторов не могут работать с частотой выше нескольких сотен мегагерц. Поэтому каждая смена поколений памяти – это внедрение новых техник, которые повышают скорости работы интерфейса памяти без роста частоты самих первичных ядер DRAM. Все они основываются на одной и той же идее – увеличении параллелизма при обращении к устройствам DRAM в пределах одного модуля. И в случае с DDR5 всё обстоит ровно так же: по сути, мы видим иллюзию того, что память стала быстрее по частоте, но в действительности скорость ячеек DRAM никак не изменилась. Именно по этой причине каждый новый тип памяти вместе с кратным ростом частоты приносит и пропорциональный рост задержек. Например, типичное значение тайминга CAS Latency для доступных на рынке модулей DDR5 лежит в диапазоне от 34 до 40.

Главное архитектурное изменение в DDR5 заключается в том, что каждый модуль DIMM, как в стандартах LPDDR4 и GDDR6, стал делиться на два независимых канала. Иными словами, вместо единого 64-битного интерфейса модули DDR5 SDRAM предлагают два независимых 32-битных канала. Одновременно с этим в новом стандарте произошло удвоение длины передаваемого пакета данных – с 8 до 16 байт. Благодаря этому за одну операцию каждый из двух каналов одного модуля DDR5 отправляет по 64 байт данных. И значит, если сравнить между собой DDR4 и DDR5 с вдвое отличающейся частотой (например, DDR4-3200 и DDR5-6400), то модуль нового стандарта будет выполнять две 64-битовые пересылки данных за то же время, пока модуль старого типа выполнит только одну 64-битную передачу. Но следует понимать, что при этом в обоих таких модулях будут использоваться первичные устройства DRAM с одинаковой частотой, а разница в пропускной способности обусловлена исключительно возросшим параллелизмом при внутренних обращениях.

При этом превращение двухканальной подсистемы DDR4-памяти в четырёхканальную на основе DDR5 – сугубо технический момент, который обуславливается необходимостью сохранить 64-байтную размерность пересылаемых за одну операцию объёмов данных после удвоения ширины выборки. Строки процессорной кеш-памяти имеют именно такую длину, и использование пересылок большего размера привело бы к снижению эффективности взаимодействия между процессором и памятью. С точки же зрения общей ширины шины памяти удвоение числа каналов ничего не даёт, ведь 2 канала по 64 бит — это то же самое, что и 4 канала по 32 бит. Фактически два канала в рамках одного модуля – это всего лишь один из приёмов, которые позволили безболезненно увеличить в DDR5 эффективную частоту интерфейса. Поэтому Intel и производители материнских плат продолжают называть контроллер памяти в Alder Lake двухканальным, подчёркивая тот факт, что модули DDR5, как и ранее, следует устанавливать парами.

Собственно, отсутствие какого-либо дополнительного выигрыша от внутренней двухканальности модулей DDR5 SDRAM показывают и синтетические тесты. Значения практической пропускной способности у новой памяти выше, но весь рост линейно связан с увеличением эффективной частоты. Что же касается реальной латентности, то первое время нам придётся свыкаться с тем, что она будет выше, чем у DDR4, и это будет продолжаться до тех пор, пока частота DDR5 не превысит частоту DDR4 вдвое.

По приведённым далее скриншотам AIDA64 Cache & Memory Benchmark можно сопоставить практические показатели производительности подсистемы памяти старшего Alder Lake с DDR5-4800 (с задержками 38-38-38-70) и DDR5-6000 (c задержками 40-40-40-76) с производительностью подсистемы памяти Rocket Lake, укомплектованного модулями DDR4-3600 (с задержками 16-18-18-38).

Core i9-12900K, DDR5-4800		Core i9-12900K, DDR5-6000
Core i9-11900K, DDR4-3600

Теоретическая пропускная способность подсистемы памяти, построенной на базе модулей DDR5-4800, составляет 76,8 Гбайт/с. Практически измеренный результат почти попадает в это значение, что говорит о хорошей эффективности работы контроллера памяти Alder Lake при потоковой передаче данных. Однако практическая латентность немного расстраивает. Режим контроллера Gear 2 вместе с возросшими таймингами делает латентность подсистемы памяти, построенной на DDR5, на 30 % выше, чем при использовании модулей старого стандарта DDR4-3600. Тем не менее Intel утверждает, что в платформах, основанных на Alder Lake, DDR5 всё равно обеспечивает более высокую производительность. Так ли это на самом деле, мы проверим позднее, когда в нашем распоряжении окажутся материнские платы с LGA1700 иподдержкой DDR4 SDRAM.

Ещё одна большая перемена в DDR5 касается её питания. Модули DDR5 SDRAM оборудованы собственным преобразователем напряжения, формирующим необходимое для них напряжение 1,1 В из подаваемых с материнской платы 5 В. Логика переноса схемы питания с материнской платы внутрь модулей заключается в том, что в этом случае высокочастотная память меньше страдает от паразитных электромагнитных наводок. Правда, из-за этого несколько повышается себестоимость изготовления самих модулей DDR5, поскольку на планках памяти помимо собственно чипов теперь располагаются ещё и силовые элементы. Но к счастью, оверклокерские возможности от всех этих изменений пострадать не должны. Схемы питания на модулях DDR5 SDRAM так или иначе позволяют повышать ключевые напряжения DRAM VDD и DRAM VDDQ, от которых в первую очередь зависят пределы разгона памяти. Хотя по спецификации производители DDR5-памяти имеют возможность как разрешить, так и запретить изменение напряжений, выдаваемых встроенной схемой питания, все ограничения такого рода успешно обходятся материнскими платами.

⇡#Набор системной логики Intel Z690

Процессоры Alder Lake приходят на рынок вместе с новой платформой LGA1700, поддерживать работу которой будут наборы системной логики 600-й серии. Пока из множества чипсетов представлен лишь первый и старший Z690 с функциями разгона, но уже по нему понятно, что большие перемены произошли не только на процессорном направлении, но в системной логике. И видно это в первую очередь по тому, как этот чипсет связывается с процессором.

Помимо 20 линий PCIe для видеокарты и NVMe-накопителя, в Alder Lake реализована шина DMI 4.0 x8. Представляя собой проприетарный вариант интерфейса PCIe 4.0 x8, она несёт ответственность за обмен данными между CPU и системной логикой. Её пропускная способность достигает 15,76 Гбайт/с, и это в два раза выше пропускной способности шины аналогичного назначения, которая использовалась в системах на чипах Intel прошлого поколения.

Увеличение скорости передачи данных между процессором и чипсетом связано в первую очередь с тем, что в чипсете наконец-то появились собственные линии PCIe 4.0. Если говорить конкретно о Z690, то здесь к 16 линиям PCIe 3.0 добавлено 12 линий PCIe 4.0. Но это не всё: в новом наборе логики появилась поддержка до четырёх высокоскоростных портов USB 3.2 Gen 2×2 с пропускной способностью 20 Гбит/с, в дополнение к которым из чипсетов прошлых поколений перекочевали 10 более привычных 10-гигабитных портов USB 3.2 Gen 2×1 и 10 совсем привычных USB 3.2 Gen 1 ×1 с пропускной способностью 5 Гбит/с. Также в Z690 предусмотрено восемь, а не шесть SATA-портов.

Среди прочих возможностей Z690 стоит также отметить встроенный контроллер логического уровня Wi-Fi 6E (с поддержкой частоты 6 ГГц), который может подключаться к физическим модулям с помощью проприетарного интерфейса CNVi. Впрочем, производители материнских плат вольны выбирать и другие Wi-Fi-контроллеры, которые будут работать через PCIe.

Но, говоря о широких возможностях Z690, нужно сделать важную оговорку. Не стоит забывать, что общее число высокоскоростных портов HSIO в чипсете снова ограничено, и производители материнских плат не имеют возможности реализовать все перечисленные порты одновременно. В случае Z690, в частности, коммутатор портов устроен так, что задействование всех 12 чипсетных линий PCIе 4.0 приведёт к уменьшению числа доступных SATA-портов до четырёх.

Кроме того, нужно упомянуть и о том, что Intel снова не предлагает штатных средств для реализации в LGA1700-системах интерфейса Thunderbolt 4. Хотя в мобильных версиях Alder Lake соответствующий блок включён в состав процессора, в настольных конфигурациях потребуется дополнительный контроллер.

Все основные партнёры Intel уже представили свои материнские платы для LGA1700 – ассортимент анонсированных вариантов исчисляется несколькими десятками моделей. Примечательно здесь то, что среди плат есть материнки как с поддержкой DDR5, так и платы под DDR4. Однако комбинированных решений нет и не будет – это связано с принципиально различной схемой питания, используемой для DDR4 и DDR5.

Также обращает на себя внимание тот факт, что микросхема Z690, которая производится по 14-нм техпроцессу, не требует активного охлаждения. На всех материнских платах, которые были представлены на данный момент, она охлаждается пассивными радиаторами, несмотря на поддержку скоростного интерфейса PCIe 4.0. Такая ситуация отличается от положения дел в лагере AMD – там флагманский набор системной логики X590 на большинстве материнок имеет собственный кулер с вентилятором.

Примерно представить себе, как должна выглядеть типичная LGA 1700-материнская плата на базе набора системной логики Z670, можно по той материнке, что использовалась в тестировании – ASUS ROG Strix Z690-F Gaming Wi-Fi. Эта плата относится к уровню выше среднего, она предназначена для работы с DDR5 SDRAM, а её рекомендованная цена установлена в $400. Производитель отдельно выделяет, что данное решение хорошо подходит до разгона оперативной памяти: заявлена совместимость как минимум с модулями DDR5-6400.

Первое, на что следует смотреть при выборе плат для процессоров Alder Lake – конвертер питания. Хотя новые процессоры и стали экономичнее предшественников, при серьёзных AVX-нагрузках они способны потреблять до 200-300 Вт, что накладывает на схему питания определённые требования. Но к ROG Strix Z690-F Gaming Wi-Fi в этом отношении нет никаких претензий, в ней применён качественный 16+1-канальный преобразователь напряжения, к которому подводится сразу два восьмиконтактных 12-В кабеля от БП. Хотя более мощные платы уровня ROG Maximus Z690 Hero могут нести на себе и больше фаз питания, схемы ROG Strix Z690-F Gaming Wi-Fi с запасом хватает даже для Core i9-12900K. В ней применены 70-А силовые каскады, поэтому совершенно очевидно, что при высоких нагрузках производительность флагманских Alder Lake не пострадает.

Отчасти помогает эффективное охлаждение VRM, которое окружает процессорный разъём с двух сторон. Применённые в нём радиаторы соединяются тепловой трубкой и отличаются довольно большими габаритами. Впрочем, с установкой на ROG Strix Z690-F Gaming Wi-Fi массивных воздушных кулеров проблем возникать не должно. И кстати, эта плата позволяет установку систем охлаждения, взятых от систем прошлых поколений – на ней предусмотрено два комплекта крепёжных отверстий, совместимых как с новыми LGA 1700-, так и с LGA 1200-кулерами.

Помимо прочего, ROG Strix Z690-F Gaming Wi-Fi доводит до пользователя полный набор возможностей, заложенный в наборе логики Z690. Она предлагает слот PCIe 5.0 x16 для графической карты, 2,5-гигабитную проводную сеть, работающую через контроллер Intel, и богатый набор различных портов. Интегрированная звуковая карта собрана на базе кодека Realtek ALC4080 и усилителя Savitech SV3H712. Также на плате установлен модуль Wi-Fi 6E. Однако в отличие от более дорогих материнок, на ROG Strix Z690-F Gaming Wi-Fi нет слота M.2, который был бы запитан от процессорных линий PCIe 5.0, что, впрочем, вряд ли можно считать недостатком за неимением таких накопителей. Зато слотов M.2 с поддержкой PCIe 4.0 на этой плате сразу четыре, и все они обладают предустановленными радиаторами.

Нельзя обойти стороной и заботу инженеров ASUS о мелочах, благодаря которым взаимодействие с платой становится просто более приятным. В качестве примеров таких фишек можно привести кнопку для простого извлечения видеокарты из слота PCIe x16; защёлки для слотов M.2, заменяющие вечно теряющиеся винтики; выведенную на заднюю панель кнопку Clear CMOS; технологию BIOS Flashback, которая позволяет обновлять прошивку без установки процессора и памяти; и хомут на липучке для прокладки кабелей в зоне чипсета.

⇡#Новый разъём и форм-фактор процессоров LGA1700

С выходом Alder Lake в обиход входит новый процессорный разъём LGA1700. Появление новых интерфейсов DDR5, PCIe 5.0 и DMI 4.0 потребовало увеличить в процессорах количество контактов, и их теперь стало на 500 больше, чем было раньше, – 1700. Поэтому размер матрицы контактов и габариты процессорного гнезда тоже увеличились. Разъём LGA1700 стал прямоугольным со сторонами 37,5 и 45 мм.

Попутно Intel попыталась улучшить ситуацию со съёмом тепла с процессорного кристалла. Дело в том, что состоявшийся в Alder Lake переход на новый техпроцесс Intel 7 уменьшил площадь кристалла, но из-за роста числа ядер почти не снизил его тепловыделение. Это привело к увеличению плотности теплового потока, и для решения проблемы его отвода были приняты соответствующие меры. Intel в очередной раз провела оптимизацию внутреннего термоинтерфейса, который используется под процессорной крышкой. В Alder Lake это снова припой, но теперь его слой стал примерно на 15 % тоньше, чем раньше, что вместе с 35-процентным уменьшением толщины самого процессорного кристалла должно помочь в снижении рабочих температур Alder Lake.

Но только лишь этим ограничиться не получилось. Уменьшение толщины кристалла и слоя припоя пришлось компенсировать увеличением толщины медной процессорной крышки, чтобы процессор не оказался слишком тонким и неудобным в использовании. И в теории это тоже должно помочь с теплоотводом.

Несмотря на то, что изменение толщин кристалла, термоинтерфейса и крышки компенсируют друг друга таким образом, что общая высота процессоров семейства Alder Lake не отличается от высоты Rocket Lake, изменения в конструкции самого гнезда LGA1700 привели к тому, что высота установленного в него процессора относительно поверхности платы всё равно стала примерно на 0,8 мм меньше, чем было ранее. Вместе с изменением площади и формы процессорной крышки Alder Lake это показалось Intel достаточным основанием для того, чтобы призвать пользователей совершить переход на более новые и более производительные системы охлаждения. Поэтому на LGA1700-материнках отверстия для крепления кулеров расположены не так, как это было раньше. Расстояния между ними увеличились на несколько миллиметров, и системы охлаждения, которые применялись для платформ Intel прошлых поколений, для Alder Lake уже не подходят.

Впрочем, некоторые производители кулеров и материнских плат предусмотрели различные варианты, как обойти эту проблему, – от размещения на платах дополнительных крепёжных отверстий до выпуска новых креплений для старых кулеров. Но, пользуясь ими, пользователи должны осознавать, что уменьшение высоты, на которой процессорная крышка находится над платой, так или иначе снижает силу прижима системы охлаждения, из-за чего могут возникать различные проблемы с теплоотводом. И это значит, что для LGA1700-процессоров всё же лучше использовать специализированные кулеры.

⇡#Процессор Core i9-12900K крупным планом

Для первого знакомства с новым поколением процессоров для настольных систем наша редакция получила от Intel старший Alder Lake, Core i9-12900K. Этот чип обладает 16 вычислительными ядрами. Из них восемь ядер – это производительные Golden Cove, которые при полной нагрузке работают на частоте 4,9 ГГц, а в однопоточных приложениях разгоняются до 5,2 ГГц. Другие восемь ядер – энергоэффективные Gracemont, их реальная частота колеблется в диапазоне от 3,7 до 3,9 ГГц. Также такой процессор располагает кеш-памятью третьего уровня объёмом 30 Мбайт, работающей на частоте 3,6 ГГц, которая ограничивается частотой E-ядер.

Несмотря на то, что E-ядра работают на невысокой частоте, их вклад в общую производительность Core i9-12900K может быть довольно заметен. По меньшей мере, включение в работу восьми дополнительных E-ядер увеличивает производительность сильнее, чем поддержка Hyper-Threading для восьми P-ядер. Убедиться в этом можно по приведённому ниже графику зависимости результата Cinebench R23 от числа задействованных потоков.

На приведённой кривой заметны две точки перегиба. Их природа становится ясна, если вспомнить, что, имея равноправные потоки, планировщик Windows сначала загружает P-ядра (по одному потоку на ядро), потом E-ядра, а уже потом виртуальные ядра, созданные на базе P-ядер технологией Hyper-Threading. Если обобщить показатели с графика, то получится, что средний вклад в производительность P-ядра без учёта технологии Hyper-Threading составляет примерно 1890 баллов, а исполнение второго потока на тех же ядрах добавляет в среднем по 640 баллов. Вклад же, вносимый в общий результат Cinebench R23 каждым E-ядром составляет плюс-минус 940 баллов. Иными словами, однопоточную производительность E-ядра на частоте 3,7 ГГц можно оценить в половину однопоточной производительности P-ядра на частоте 4,9 ГГц, что довольно неплохо.

Таким образом, E-ядра в Alder Lake – отнюдь не лишняя составляющая, и модели процессоров, где их будет меньше, действительно будут иметь худшую производительность в многопоточных задачах. Однако случаи, когда E-ядра всё-таки лучше отключить, существуют. Это может помочь для лучшего разгона процессора, для увеличения частоты его L3-кеша или в том случае, если P-ядрам потребуется вернуть функциональность AVX-512, которая блокируется E-ядрами.

Судя по рекомендованной цене, Intel хочет, чтобы Core i9-12900K воспринимался в качестве конкурента 12-ядерного Ryzen 9 5900X, и в этом есть своя логика. Эти процессоры способны исполнять одинаковое количество потоков – 24. Правда, у Core i9-12900K при этом есть преимущество в общем числе ядер, но Ryzen 9 5900X выигрывает по количеству больших производительных ядер.

Core i9-12900K оценивается на $40 дороже 12-ядерного соперника, возможно, таким образом производитель хочет указать на другие преимущества своего продукта – поддержку DDR5-памяти и интерфейса PCIe 5.0. Плюс процессоры Intel в данный момент смотрятся более выигрышно за счёт того, что у них есть какая-никакая встроенная графика. Однако и сказать, что Ryzen 9 5900X однозначно проигрывает по характеристикам, тоже нельзя. На стороне предложения AMD остаётся более вместительная кеш-память и формально лучшая экономичность.

Предел потребления MTP для всего 16-ядерного Core i9-12900K установлен спецификацией в 241 Вт, однако в реальности его максимальное потребление в ресурсоёмких приложениях вроде Blender или Cinebench R23 укладывается в 210-215 Вт. И это значит, что Core i9-12900K экономичнее старших представителей семейств Rocket Lake и Comet Lake, несмотря на значительное превосходство в количестве ядер.

Всё это подтверждается практическими проверками потребления и температуры. Если говорить о многопоточной ресурсоёмкой нагрузке (в нашем тесте использовался рендеринг в Cinebench R23), то Core i9-12900K оказывается существенно экономичнее предшественника в лице Core i9-11900K, но всё ещё перекрывает по потреблению конкурирующий Ryzen 9 5900X.

Однако если говорить о температурах, которые определяются не только тепловыделением процессоров, но и тем, насколько эффективно тот или иной процессор позволяет его отводить, то Core i9-12900K оказывается в лидерах. При тестировании Core i9-12900K, Core i9-11900K и Ryzen 9 5900X с одной и той же системой жидкостного охлаждения (в данном случае это кастомный контур на компонентах EKWB с 360-мм радиатором) выясняется, что при одинаковой ресурсоёмкой нагрузке старший Alder Lake нагревается в среднем до 78 градусов, в то время как средняя температура Ryzen 9 5900X составляет 80 градусов. А уж по сравнению с Core i9-11900K новый Core i9-12900K кажется и вовсе пришельцем из иного мира: несмотря на вдвое большее число ядер, температура, до которой он нагревается, оказывается ниже на 15 градусов.

Ещё более интересную ситуацию можно увидеть в игровом приложении. Здесь все доступные в процессорах ядра не используются, благодаря чему технология Thread Director может показать себя во всей красе. В исполнении на производительных ядрах все игровые потоки не нуждаются, и некоторые из них перенаправляются на E-ядра, что делает Core i9-12900K феноменально экономичным – его практическое потребление оказывается на пару десятков ватт ниже, чем у Ryzen 9 5900X. Сопоставлять же потребление Core i9-12900K и Core i9-11900K и вовсе нет никакого смысла – эти два процессора выглядят на графике ниже как представители совершенно различных миров.

Такая ситуация с энергопотреблением конвертируется и в значительно более низкие температуры Core i9-12900K. В игровой нагрузке этот процессор не нагревается выше 55-60 градусов, что позволяет ему оставаться примерно на 15-17 градусов холоднее, чем Core i9-11900K, и на 20 градусов холоднее, чем Ryzen 9 5900X.

Очевидно, что меры, которые Intel предприняла для облегчения теплоотвода от процессорного кристалла, оказались не напрасны. В реальной нагрузке температуры Core i9-12900K ниже, чем у других флагманских предложений, и порой существенно. Но нужно учитывать, что это связано не с умеренным тепловыделением, а со сравнительной простотой снятия тепла с процессорного кристалла. Иными словами, флагманский Alder Lake покажется холодным процессором лишь при использовании достаточно эффективной системы охлаждения. В то же время при пиковых нагрузках он способен на довольно высокое тепловыделение — более 200 ватт, и это заметно выше тепловыделения любого из процессоров AMD.