Итоги 2021 года: ультрабуки

Ни одна категория компьютерного оборудования уже давно не развивается таким образом, чтобы каждый год в ней происходили существенные изменения и появлялись знаковые продукты, особенно если речь идет об архитектуре современных процессоров, которые и определяют, на что способен компьютер, будь то настольная рабочая станция или компактный лэптоп. В прошедшем, 2021 году ведущие производители CPU для ультрабуков, среди которых наряду с Intel и AMD теперь прочно закрепилась Apple, не продемонстрировали ничего радикально нового и занимались по большей части развитием своих предыдущих достижений. Да и то подавляющее большинство новинок относятся на счет AMD и Apple, в то время как Intel пришлось взять длительную паузу перед запуском на мобильном рынке многообещающей асимметричной архитектуры Alder Lake, которая уже достигла превосходных результатов в составе настольных ПК.

Как бы то ни было, и среди существующих устройств покупателю теперь доступен громадный выбор конфигураций, включая лэптопы на основе ARM'овских процессоров. И это не только MacBook, но еще и так называемые всегда подключенные ультрабуки под Windows, которым очень помогла в целом неоднозначная 11-я версия операционной системы Microsoft.

⇡#AMD Ryzen 5000 vs Intel Tiger Lake

В прошлогоднем итоговом материале про ультрабуки мы произнесли немало хвалебных слов о чипах Ryzen 4000-го семейства, и вполне заслуженно. В то время единственными решениями, которые могла противопоставить «красным» Intel, были процессоры Core 10-го поколения на основе устаревающего, зато шестиядерного кремния Comet Lake или же энергоэкономичные, но маломощные четырехъядерные CPU Ice Lake. Если не брать в расчет избранные, преимущественно однопоточные задачи и быстродействие интегрированной графики, то превосходство мобильных решений AMD тогда казалось абсолютным, и это было заметно по модельному ряду большинства производителей мобильных ПК: выпуск двух разновидностей одного и того же лэптопа на базе Intel и AMD превратился в норму. А главное, чипы Ryzen 4000 не только отличились более высоким потенциалом производительности, но и позволили сделать мобильные ПК дешевле, причем в самых разных сегментах — от непритязательных офисных машин до ультрабуков премиальной категории.

Сейчас, спустя 12 месяцев, преимущество AMD в производительности и многообразии возможностей уже не так однозначно, ведь низковаттные интеловские чипы переходного периода — Comet Lake и Ice Lake — ушли в прошлое. Современные «синие» машины комплектуются процессорами 11-го поколения на основе архитектуры Tiger Lake, которые опережают своих предшественников во всех отношениях, в том числе (если сравнивать с Ice Lake) и в количестве ядер x86. Да, кремний Tiger Lake-H предлагает вплоть до восьми ядер, но в ультрабуках крайне редко встречается даже шестиядерный вариант с дополнительно урезанным запасом потребляемой мощности. Тем не менее и четыре ядра Tiger Lake класса UP3 благодаря высокой однопоточной производительности и тактовым частотам вполне способны конкурировать по меньшей мере с шестиядерными Ryzen, а в некоторых ключевых приложениях, включая продукты Adobe для обработки видео и фотографий, успешно соперничают и с «красными» восьмиядерниками. Вдобавок к этому интегрированная графика низковаттных процессоров Tiger Lake, усиленная в полтора раза по числу вычислительных блоков, безоговорочно опережает компактное видеоядро Ryzen.

Кроме того, Tiger Lake поддерживает шину PCI Express четвертой версии. AMD пока не видит в этом необходимости, и вполне обоснованно: настолько мощные дискретные GPU, чтобы им требовались 16 линий PCI Express 4.0, в ультрабуках еще не применяются. Да и по-настоящему высокоскоростные SSD, для которых PCI Express 4.0 — не просто формальная характеристика, в лэптопы устанавливают редко. Но исключения из правила есть — например, это ASUS ZenBook X14 OLED с накопителем Samsung, который развивает скорость линейного чтения вплоть до 5 500 Мбайт/с. Наконец, интерфейс Thunderbolt все еще доступен только в лэптопах с интеловским CPU (а еще в «Макбуках» на базе Apple M1), хотя в будущем ситуация изменится: USB четвертой версии опирается на протокол Thunderbolt 3, а для концентраторов USB4 обратная совместимость с устройствами TB 3 и вовсе является обязательной. Другое дело — стандарт Thunderbolt 4, в свою очередь также совместимый с USB4, который, правда, не дает прибавки пропускной способности, предлагая пользователям лишь трансфер видеосигнала DisplayPort 1.4 и возможность коммутации через хаб, а не только по цепочке. В любом случае «красным» Thunderbolt пока не полагается — по крайней мере до появления лэптопов на базе чипов Ryzen 6000-й серии с поддержкой USB4, представленных совсем недавно.

Признаем, что все перечисленные достоинства кремния Tiger Lake — это уже новости не первой свежести. Среди немногих изменений, которые совершила Intel в линейке энергоэкономичных ноутбучных CPU 11-го поколения в 2021-м, можно выделить лишь новую флагманскую модель Core i7-1195G7 с тактовой частотой вплоть 5 ГГц в однопоточном режиме. Однако именно за прошедший год платформа Tiger Lake получила наибольшее распространение, а производители научились выжимать из нее последние капли быстродействия за счет резерва мощности, намного превышающего стандартный максимум 28 Вт (снова приведем в пример ASUS ZenBook X14 OLED). Такие наработки еще пригодятся создателям лэптопов, ведь Intel совсем недавно, на новогодних праздниках анонсировала первые мобильные CPU на основе логики Alder Lake, но все новинки пока относятся к категории энергопотребления H с базовым TDP 45 Вт.

Как бы то ни было, Alder Lake — не первый опыт компании в решениях асимметричной архитектуры. Ранее Intel объединила скоростную логику Core с несколькими экономичными ядрами Atom в системах-на-чипе Lakefield, предназначенных для машин с чрезвычайно низким энергопотреблением. Lakefield стал первым из таких процессоров с набором команд x86 и одновременно первой SoC, собранной из двух кристаллов — вычислительные компоненты в одном слое и контроллеры разнообразных интерфейсов в другом — по технологии прямого соединения Foveros, без использования промежуточной печатной платы. Причем слои в Lakefield изготовлены на разных фотолитографических линиях, 10 и 22 нм. Сверху добавили чип оперативной памяти, но при этом удалось сохранить общую высоту пакета в пределах 1 мм, а благодаря глубокой интеграции массы вспомогательных функций системные платы освободили от необходимой в противном случае дискретной логики.

Благодаря Lakefield появились тонкие и легкие компьютеры, которые обычно ассоциируются с ARM'овскими CPU, но на платформе x86. Среди примеров можно привести Lenovo ThinkPad X1 Fold, который также прославился гибким OLED-экраном. Мы успели сделать обзор этого лэптопа, пока его еще не сняли с производства. Увы, Lakefield останется в истории как временный экспериментальный продукт, не получивший широкого распространения, да и, честно говоря, не рассчитанный на популярность. Все эти лэптопы были дорогими и тормозили, как приснопамятные нетбуки, в силу ограничений самого кремния, а Windows 11, которая лучше Windows 10 работает с асимметричными CPU, в то время еще не вышла.

Однако вернемся к традиционным ультрабукам. AMD тоже не сидит сложа руки и готовится к релизу процессоров Ryzen 6000-й серии. Ну а пока «красные» машины перевели на чипы Ryzen 5000. Четырехтысячная серия никуда не делась — она до сих пор сосуществует с обновленным кремнием, но именно Ryzen 5000 фигурирует в конфигурации всех устройств, претендующих на высокую производительность. Главное, чем Ryzen 5000 отличается от своего предшественника, — это архитектура Zen 3, которая представляет собой важный инкрементальный апгрейд логики Zen 2. AMD смогла увеличить производительность ядра на 19 % в операциях за такт, а заодно поднять тактовые частоты и удвоить объем кеша третьего уровня — все это хорошо заметно в реальных приложениях. Кроме того, Zen 3 поддерживает функцию Resizable BAR, которая открывает CPU доступ к полному объему памяти дискретной видеокарты, что, впрочем, более актуально для игровых лэптопов, нежели ультрабуков, лишенных мощного GPU.

Однако нужно иметь в виду, что не все позиции в модельном ряду Ryzen 5000 построены на Zen 3: Ryzen 3 5300U, Ryzen 5 5500U и Ryzen 7 5700U относятся ко второму поколению Zen. Благодаря преимуществу по числу ядер x86 процессоры AMD лидируют в по-настоящему ресурсоемких рабочих задачах, и, пусть четырехъядерные Tiger Lake могут составить конкуренцию шестиядерным Ryzen, восьмиядерную карту AMD у Intel крыть по-прежнему нечем, особенно если речь идет о старших моделях Ryzen 7 и Ryzen 9 с подобающей системой охлаждения.

Один из таких лэптопов, ASUS ROG Flow X13, остается самой высокопроизводительной машиной среди всех компактов, которые мы когда-либо тестировали, тем более что он располагает мощной по меркам 13-дюймовых ноутбуков дискретной графикой GeForce GTX 1650 и возможностью подключения внешних GPU вплоть до GeForce RTX 3080 (также в мобильном исполнении). Уязвимым местом процессоров Ryzen остается довольно слабая — на фоне видеоядра в чипах Intel 11-го поколения — интегрированная графика. Кроме того, как мы уже заметили, некоторые приложения, в частности продукты Adobe, явно предпочитают архитектуру Intel. И наконец, до появления мобильных чипов Ryzen 6000-й серии мы не увидим «красных» лэптопов с интерфейсом USB4 и, соответственно, обратной совместимостью с Thunderbolt 3.

⇡# Жизнь на ARM-е

Пока Intel и AMD соревнуются за корону быстродействия, созрела полноценная альтернатива платформе x86 как таковой, и речь не только про чипы Apple M1. Другие ARM'овские процессоры тоже достигли по меньшей мере удовлетворительной производительности для выполнения повседневных рабочих задач, а главное, Microsoft наконец-то довела до ума необходимую им программную инфраструктуру. Сама идея подобных мобильных компьютеров не нова — достаточно вспомнить разнообразные «Хромбуки». Однако нас больше всего интересуют лэптопы на основе архитектуры ARM, способные работать под Windows. Как ни крути, Windows на ARM для крупных разработчиков интереснее, нежели Chrome OS или Linux. К тому же Windows привычнее большинству пользователей и, главное, в той или иной степени обеспечивает обратную совместимость с обширной библиотекой существующего ПО.

Ведущий поставщик систем-на-чипе для ARM'овских ультрабуков — это Qualcomm с ее флагманским чипом Snapdragon 8cx Gen 2 5G. Разработка ноутбучных чипов — не приоритетное направление для Qualcomm, поэтому они еще не настолько далеко ушли от своих родственников в смартфонах и планшетах, как серия Apple M1. Центральный процессор Snapdragon 8cx Gen 2 5G состоит из лицензированных ядер ARM Cortex-A76 и ARM Cortex-A55, которые широко используются другими производителями смартфонных SoC, но благодаря увеличенному до 7 Вт резерву мощности способны развивать высокие тактовые частоты. Кроме того, хотя встроенная графика Adreno 685 уступает по быстродействию GPU, интегрированным в мощные мобильные процессоры Intel или AMD, она напрямую совместима с API DirectX 12.

Не так давно у нас появилась возможность испытать в деле один из ноутбуков на платформе Qualcomm — Acer Spin 7. Как мы обнаружили, когда процессор Snapdragon 8cx Gen 2 5G исполняет нативный ARM'овский код, по быстродействию он не так уж сильно уступает энергоэкономичным чипам Intel с TDP в пределах 10 Вт, хотя бы предыдущего поколения (Comet Lake и Ice Lake). А самое интересное, что Snapdragon 8cx Gen 2 5G оказался намного быстрее интеловского Lakefield.

Ряд ключевых рабочих приложений, включая Microsoft Office, Photoshop и Lightroom, уже работают под Windows на ARM нативно. Но главным препятствием для ARM до недавнего времени была эмуляция программ x86: эмулятор, встроенный в соответствующую версию Windows 10, поддерживает лишь 32-битные приложения, к тому же ему требуется отдельный пакет совместимости с графическим интерфейсом OpenCL/OpenGL. Но к счастью, Windows 11 умеет работать со «старым» 64-битным софтом без всяких модификаций. Хотя высокой производительности в таких условиях от Snapdragon 8cx Gen 2 5G ждать все еще не стоит (что опять-таки иллюстрируют наши тесты), теперь как минимум можно считать, что принципиальных ограничений у Windows на ARM нет.

Больше волнует соотношение между возможностями и ценой устройств, подобных Acer Spin 7: для своего быстродействия они неадекватно дороги. Так в чем же преимущество ARM? Во-первых, чип Snapdragon 8cx Gen 2 5G не требует активного охлаждения. А во-вторых, благодаря низкому энергопотреблению и асимметричной архитектуре CPU ноутбук способен работать на одном заряде чрезвычайно долго. Наконец, такие устройства неспроста называют Always Connected PC: у них есть интегрированный LTE/5G-модем, операционная система поддерживает связь с Интернетом даже в спящем режиме и выходит из него мгновенно.

И разумеется, эволюция кремния с набором команд ARM не стоит на месте. Сама Qualcomm в наступившем году начнет пробные поставки чипов Snapdragon 8cx Gen 3, изготовленных по норме 5 нм, с обновленной логикой вычислительных компонентов. А со временем мы наверняка увидим больше полностью кастомных SoC, без применениях лицензированных у ARM ядер Cortex, изначально рассчитанных не только на смартфоны, но и на мобильные ПК.

Пока единственным примером такого кремния остается Apple M1, который вырос из оригинального чипа в серию решений. Усиленные версии M1 — Pro и Max — дебютировали в составе обновленных лэптопов MacBook Pro с размером экрана 14 и 16 дюймов. Центральный процессор SoC по-прежнему собран по асимметричному принципу из высокопроизводительных ядер Firestorm и энергоэкономичных ядер Icestorm. Точно такую же логику Apple использовала в смартфонном чипе A14 Bionic, и примечательно, что следующая итерация SoC для iPhone — A15 Bionic — содержит новые ядра CPU, которые после обкатки в смартфонах тоже наверняка попадут в ноутбуки. Однако и существующий дизайн ядер Firestorm в составе M1 уже превосходит по однопоточному быстродействию решения Intel и AMD.

Все, что было необходимо Apple для того, чтобы закрепить успех, — это количественные изменения. Оба новых «Макбука» комплектуются чипами M1 Pro или M1 Max: в зависимости от конфигурации эти чипы содержат вплоть до восьми высокопроизводительных ядер, а вместо четырех энергоэффективных осталось два. В свою очередь, формулу интегрированного GPU усилили с 1024 шейдерных ALU в оригинальном M1 до 2048 в M1 Pro и 4096 в M1 Max. А значит, графика топовой разновидности M1 теперь приближается по теоретической производительности к мобильному GeForce RTX 3070. Неспроста компонентный бюджет M1 Max составляет колоссальные 57 млрд транзисторов (33,7 млрд у M1 Pro). Вдобавок M1 теперь поддерживает 32 или 64 Гбайт высокоскоростной оперативной памяти — вплоть до восьми каналов LPDDR5-6400.

Без всякого сомнения, обновленные MacBook Pro — самые высокотехнологичные ультрабуки текущего поколения, причем не только из-за своих процессоров, но и по совокупности прочих характеристик, среди которых на первом месте находится экран высокого разрешения с подсветкой Mini LED и частотой обновления 120 Гц.

⇡#Позитивные тенденции

Напоследок выделим перспективные, удобные или попросту любопытные решения, которые встретились нам в ультрабуках и мобильных рабочих станциях 2021 года. Коль скоро речь зашла об экранах, мы рады заметить, что в целом качество изображения у деловых лэптопов растет: все больше устройств комплектуются заранее откалиброванными матрицами с отрегулированной цветовой температурой и неплохой точностью цветопередачи. Это уже не редкость даже для сравнительно недорогих предложений. OLED-экраны по-прежнему чаще встречаются в рабочих станциях и игровых ПК, но постепенно распространяются и среди ультрабуков. Чего зачастую не хватает OLED, так это возможности программным способом сократить изначально расширенный цветовой охват до границ стандарта sRGB. Предустановленными ICC-профилями, с той или иной точностью описывающими параметры дисплея, в среде Windows могут воспользоваться лишь приложения с собственной системой цветокоррекции, а весь остальной контент, рассчитанный на sRGB, неизбежно выглядит перенасыщенным.

Другой важный момент — геометрия экрана. В большинство ультрабуков по-прежнему устанавливают матрицы с соотношением сторон 16:9 — и это проблема сразу по нескольким причинам. Во-первых, площадь в таком случае меньше, чем у прямоугольника с большей относительной высотой. Во-вторых, это попросту не слишком удобно для работы. И наконец, чтобы оставить место для тачпада, не обойтись без широкой рамки под экраном. К сожалению, подвижки в направлении «квадратных» экранов идут медленно. Одной из редких новинок с пропорциями 3:2 стал Microsoft Surface Laptop 4, а также более доступный HUAWEI MateBook 14 2021. Необычным соотношением сторон экрана отличились новые MacBook Pro (9:5,82/5,85). При таком небольшом выборе остается приветствовать каждое устройство хотя бы с более привычными матрицами 16:10.

Что касается рамок вокруг экрана, то в стремлении сделать их более тонкими производители лэптопов, кажется, уже не знают, куда деть объектив веб-камеры. Apple пришлось сделать вырез сверху — как в iPhone, — но, оказывается, есть альтернативный вариант: у пресловутого HUAWEI MateBook 14 2021 и HONOR MagicBook 14 2021 выдвижная камера маскируется под одну из функциональных клавиш. Жаль, но ни то ни другое решение по своим причинам нельзя назвать идеальным. Другое дело — сканер отпечатка пальца, интегрированный в кнопку включения: это мы видим все чаще, и лучшего места для датчика просто не найти.