С правом на надежду: обзор процессора Core i7-4770K

Сегодня, в первый день календарного лета, компания Intel сняла запрет на публикацию информации о производительности своего нового поколения процессоров Haswell. Официальный анонс всей армады вариантов Haswell состоится через три дня, но, очевидно, за столь малый срок ничего уже не изменится. Поэтому мы предоставляем возможность познакомиться с обзором одной из модификаций долгожданного процессора уже сейчас.

И кстати, эпитет «долгожданный» по отношению к Haswell — это не просто фигуральный оборот речи, ввёрнутый нами ради красного словца. Действительно, Haswell пришлось ждать несколько дольше обычного. Стратегия «тик-так», которая олицетворяет долгосрочный план вывода на рынок новых микропроцессорных дизайнов, изначально устанавливала годичный срок между своими фазами. Но к настоящему времени об этом уже почти забыли, и промежутки времени от одного обновления микроархитектуры до другого плавно увеличиваются. Впрочем, всё это вполне закономерно. На рынке x86-процессоров у Intel не осталось действительно достойных конкурентов. Извечный антагонист Intel, компания AMD, оставила рынок высокопроизводительных процессоров и сосредоточилась на недорогих или нишевых продуктах. Поэтому Intel, подмявшая под себя львиную долю рынка x86-процессоров, теперь вынуждена разбираться с более глобальными проблемами — падением популярности архитектуры x86 и решений на её основе в принципе.

Фактически теперь микропроцессорному гиганту предстоит доказать собственную состоятельность не как разработчика высокопроизводительных процессорных дизайнов, а как компании, способной трансформировать накопленный потенциал для применения в новых классах мобильных устройств, оттесняющих по популярности классические персональные компьютеры. Теперь главные конкуренты Intel — это не AMD, а производители процессоров с архитектурой ARM, которые на протяжении нескольких последних лет смогли с выгодой для себя воспользоваться рыночными тенденциями и оказаться, что называется, в тренде.

Рассмотрению микроархитектуры Haswell мы посвятили отдельную статью, в которой подробно рассказали о том, что цель Haswell – вовсе не поднятие на новый уровень планки производительности. Напротив, во главе угла стоит снижение тепловых и энергетических аппетитов, которое бы позволило устанавливать новые процессоры не только в компьютеры традиционных форм-факторов, но и в компактные, легкие и тонкие устройства вроде ультрабуков, ноутбуков-трансформеров или планшетов.

Иными словами, приоритеты разработчиков кардинально изменились. Но вот мы, энтузиасты персональных компьютеров, не готовы поменяться настолько, чтобы отказаться от привычных систем, тем более что всякие новомодные гаджеты — далеко не такой универсальный и применимый во всех областях деятельности инструмент. Поэтому знакомство с процессорами Core четвёртого поколения, в основе которых лежит микроархитектура Haswell, начнём по традиции с классических десктопных CPU. Но в свете сложившихся обстоятельств основной вопрос, который будет сегодня стоять на повестке дня, — не то, насколько сильно выросло быстродействие, частоты или разгонный потенциал. Куда важнее выяснить, не испортили ли разработчики в своей погоне за энергоэффективностью что-либо в процессорном дизайне, и не стал ли от этого Haswell хуже подходить для настольных систем, нежели проверенные временем Sandy Bridge и Ivy Bridge.

Ведь в действительности переживать есть из-за чего. Мы уже немало наслышаны о замедлении кеш-памяти третьего уровня, о переносе с материнских плат в процессор существенной части конвертера питания и возможном уменьшении его гибкости, о принципиально новой платформе LGA1150 и о проблемах совместимости со старыми блоками питания. Вполне возможно, что о каких-то подобных недостатках Haswell нам узнать только предстоит. Именно здесь и кроется основная интрига сегодняшнего обзора, в котором мы представим результаты тестирования старшей десктопной модели процессора Core четвёртого поколения, Core i7-4770K.

⇡#Haswell для десктопов: подробности

Как бы то ни было, Haswell представляет собой очередное обновление микроархитектуры Core, и в ближайшие год-два все десктопные платформы, претендующие на звание современных (инфраструктуру LGA2011, в которой себя вольготно чувствуют процессоры поколения Sandy Bridge, пока оставим за кадром), будут базироваться именно на ней. С точки зрения именно десктопных систем Haswell обещает не так много: эти процессоры продолжат производиться с применением привычного 22-нм техпроцесса с трёхмерными транзисторами, а из новых возможностей смогут предложить поддержку новых FMA3/AVX2-инструкций, более быструю кеш-память первого и второго уровней, а также некоторые оптимизации в параллельном исполнении инструкций.

Отсутствие каких бы то ни было принципиальных усовершенствований нетрудно проследить по полупроводниковому кристаллу Haswell. Он не только сильно смахивает на Ivy Bridge, но и имеет очень похожий размер и конфигурацию.

В состав четырёхъядерного кристалла Haswell, ориентированного на использование в настольных процессорах, то есть располагающего «средним» встроенным графическим ядром GT2, входит 1,4 миллиарда транзисторов, а его площадь равна 177 кв.мм. Аналогичный кристалл Ivy Bridge был проще всего на 15 процентов, в него входило 1,2 миллиарда транзисторов (подчеркнём, в обоих случаях речь идёт о схемотехнической сложности, не учитывающей дублирование на кристалле некоторых полупроводниковых элементов). Половина добавившегося транзисторного бюджета израсходована на графику, доля которой в процессорном кристалле дошла до 30 процентов, так что на микроархитектурные преобразования процессорных ядер остаётся всего ничего.

Всё это выливается в то, что никаких особенных изменений в формальных характеристиках процессоров с появлением новой микроархитектуры нет. Не меняется распределение количества ядер по процессорным семействам и набор активированных в них технологий, примерно такими же остаются и тактовые частоты. В старых рамках сохраняются и размеры кеш-памяти. Всё это нетрудно проследить по спецификациям процессоров, которые Intel анонсирует через три дня.

Как нетрудно заметить, спецификации старших десктопных процессоров Haswell повторяют характеристики флагманов предыдущего поколения практически дословно. Так что на рост производительности, обусловленный увеличением тактовых частот или же увеличением кеш-памяти, можно не надеяться. Различия прослеживаются лишь по двум направлениям. Во-первых, по характеристикам встроенной графики, которая в десктопных Haswell явно быстрее, чем в Ivy Bridge, как минимум из-за добавления дополнительных исполнительных устройств. И во-вторых, по тепловыделению, расчётный уровень которого подрос с 77 до 84 Вт, что, в частности, произошло из-за перемещения в процессорный кристалл части компонентов конвертера питания.

Между тем Intel всё-таки внесла некоторые изменения в принципы формирования линеек процессоров для настольных систем. Различия между Core i7 и Core i5 остались привычными: и та и другая серия — это четырёхъядерные процессоры, различающиеся поддержкой технологии Hyper-Threading во флагманском семействе. Как и раньше, старшая модель в обоих семействах — оверклокерский процессор с индексом K с разблокированными множителями. Однако теперь Intel не стала снабжать свои четырёхъядерники разными вариантами графического ядра. Во всех Core i7 и Core i5 используется среднее графическое ядро GT 2 с 20 исполнительными устройствами. Младшая же версия графики, GT 1, очевидно, будет встречаться лишь в процессорах дешёвых серий.

Что же касается ценовой политики, то по отношению к десктопным Haswell она будет примерно такой же, как и раньше. Различия в стоимости похожих по характеристикам процессоров разных поколений составят не более 10 долларов.

Ко всему сказанному остаётся только добавить, что мы описали далеко не полный модельный ряд десктопных Haswell. На самом деле Intel готовит на редкость массированный анонс: наряду с Core i7 и Core i5 для обычных систем будут представлены и узкоспециализированные модификации с индексами S (с расчётным тепловыделением 65 Вт), T (с расчётным тепловыделением 45 или 35 Вт) и R (в BGA-исполнении с графическим ядром GT3 – Iris). Но подробное знакомство с ними мы пока отложим, это — совершенно отдельная тема.

⇡#Новая платформа

Куда более заметными нововведениями может похвастать новая десктопная платформа Lynx Point, сопровождающая появление процессоров Core четвёртого поколения. Так уж исторически сложилось, что с релизом каждой новой процессорной микроархитектуры компания Intel выводит на рынок и новое поколение наборов системной логики. Некоторые чипсеты сохраняют совместимость с предыдущими поколениями процессоров, как, например, было в случае с сериями Z68 и Z77, а некоторые всякую совместимость отвергают. В целом Intel старается придерживаться правила, что выход принципиально новых микроархитектур, относящихся к циклу разработки «так», сопровождается полным обновлением платформы и всей инфраструктуры. Именно это и произошло в сегодняшнем случае.

Десктопные процессоры Haswell получили новое исполнение корпуса — LGA1150, оно требует использования оборудованных соответствующим гнездом новых материнских плат, которые могут базироваться на новых наборах системной логики восьмого поколения.

Семейство таких чипсетов по традиции включает несколько вариаций, которые нацелены на разные рыночные сегменты, но лучшие возможности предоставляет набор логики Z87, аккумулирующий полный набор контроллеров и интерфейсов, позволяющий деление линий графической шины PCI Express 3.0 для поддержки мульти-GPU-конфигураций, а также не запрещающий разгон процессора. Именно на его примере мы и познакомимся со свойствами новой платформы.

На первый взгляд, отличия Z87 от Z77 кажутся ерундовскими. Эти наборы логики разных поколений даже используют одинаковую, основанную на протоколе PCI Express шину DMI 2.0 для соединения процессора с чипсетным концентратором. Фактически — с точки зрения формальных спецификаций — Intel лишь немного улучшила возможности по подключению дополнительных устройств. Число портов USB 3.0 возросло с четырёх до шести, а интерфейс SATA 6 Гбит/с реализуется теперь на всех шести SATA-портах.

Кстати, обратите внимание, с блок-схемы набора логики Z87 пропало упоминание Thunderbolt. Это не значит, что подключение контроллеров этой шины в LGA1150-платформе невозможно, платы с такой функциональностью наверняка будут представлены на рынке. Просто, похоже, Intel потеряла интерес к активному продвижению данной технологии, которая за два прошедших года так и не снискала особенной популярности.

На первый взгляд смена процессорного разъема на LGA1150 кажется несколько искусственной мерой. Однако это не совсем так. В платформе LGA1150 есть значительные изменения, оправдывающие этот переход, просто они не так бросаются в глаза.

Например, Intel переработала схему подключения мониторов к интегрированному в процессор графическому ядру. Теперь за цифровые интерфейсы Display Port, HDMI и DVI отвечает сам CPU, а в чипсете осталась лишь поддержка аналоговых VGA-подключений. Такое решение существенно разгрузило графическую FDI-шину между процессором и набором системной логики и позволило реализовать в платформе Lynx Point одновременную поддержку трёх цифровых мониторов, работающих с 4K-разрешениями.

Однако вся эпопея со сменой процессорного сокета и выпуском нового поколения системных плат была затеяна даже не ради этого. Главное: переход на новую разновидность процессорного гнезда дал возможность переосмыслить дизайн всей платформы и в очередной раз увеличить степень интеграции всего процессора. Все компоненты северных мостов наборов логики процессоры семейства Core вобрали в себя уже давно, а Haswell приступил к поглощению одного из ключевых элементов материнских плат — преобразователя питания.

Процессоры прошлого поколения требовали от материнской платы подачи шести разных напряжений, заводимых на их различные узлы: вычислительные ядра, кеш-память, системный агент и графику. Haswell же заботу о различном питании для всех своих блоков берёт на себя. Он требует от материнской платы формирования лишь двух напряжений: базового входного (стандартная величина которого — 1,8 В) и отдельного напряжения, необходимого для питания памяти. Все же остальные преобразования напряжений и интерактивное управление ими внутри процессорного кристалла происходит теперь без участия материнской платы.

Такая интеграция не только позволяет процессору лучше контролировать ситуацию с динамическим питанием и энергосбережением, но и упрощает конструкцию LGA1150-материнских плат, которые освобождаются от дополнительных силовых схем. В итоге выиграть должны все. Производители системных плат смогут облегчить дизайн своих продуктов. Процессоры будут более рационально использовать электроэнергию. А пользователи получат единую, надежную, стабильную и точную систему для управления напряжениями, не зависящую от конкретной реализации. Intel обещает очень высокую аккуратность встроенного преобразователя: вызванные различными физическими причинами флуктуации напряжения не должны превышать единиц милливольт. Но самое главное, гибкость и управляемость этой системы не ухудшится: привычный энтузиастам полный доступ к параметрам встроенного в процессор преобразователя питания будет сохранён.

⇡#Главный герой: Core i7-4770K

Наше практическое знакомство с десктопными процессорами семейства Haswell и платформой LGA1150 состоится благодаря Core i7-4770K.

Это — самая старшая модификация в семействе, которая должна сменить на своём посту после более чем годовой службы процессор Core i7-3770K поколения Ivy Bridge. Занятно, что оба этих четырёхъядерных процессора, хотя и относятся к разным поколениям микроархитектуры, имеют одинаковые частоты, одинаково реализованную технологию Turbo Boost, оба поддерживают Hyper-Threading и обладают совершенно одинаковой подсистемой кеш-памяти: 64 Кбайт на каждое ядро — L1, 256 Кбайт на ядро L2 и общий L3-кеш — 8 Мбайт. Это делает Core i7-4770K и Core i7-3770K очень удобными объектами для сравнения. Любое отличие в производительности будет сразу же отсылать нас к микроархитектурным усовершенствованиям.

Максимальная частота, до которой разгоняется Core i7-4770K благодаря технологии Turbo Boost, — 3,9 ГГц. Она достижима при нагрузке на одно или два вычислительных ядра. С тремя загруженными ядрами максимальная частота равна 3,8 ГГц, а полная 100-процентная нагрузка позволит этому процессору авторазогнаться до 3,7 ГГц. При простое же Core i7-4770K сбрасывает свою частоту до 800 МГц, что вдвое ниже, чем умели процессоры прошлого поколения.

Частота L3-кеша процессора, как и было обещано, существует теперь независимо от частоты вычислительных ядер, но на практике она почти всегда ей соответствует. Асинхронные режимы работы Uncore-части характерны либо для энергосберегающих состояний, либо для турборежима.

Напряжение вычислительных ядер для нашего экземпляра Core i7-4770K было определено в 1,06 В. Это — вполне типичный уровень для процессоров, производимых по 22-нм техпроцессу.

К выходу четвёртого поколения Core компания Intel разработала новый красочный дизайн упаковки.

Предполагается два варианта «коробочной» комплектации — с кулером и без. Второй вариант представляется нам более привлекательным, так как для LGA1150-систем совершенно нормально подходят старые LGA1155/1156-кулеры.

⇡#Описание тестовых систем и методики тестирования

Совершенно очевидно, что основной интерес представляет сравнение производительности нового Core i7-4770K на микроархитектуре Haswell и Core i7-3770K, базирующегося на прошлом поколении микроархитектуры – Ivy Bridge. Однако в тестах мы не ограничились этими двумя процессорами, а добавили к ним LGA2011-шестиядерник Core i7-3970X, который, кстати, основывается на ещё одном поколении микроархитектуры Core, Sandy Bridge. Кроме того, в тестах принял участие и старший процессор AMD Piledriver – FX-8350.

Отдельным пунктом программы тестирования стало знакомство с интегрированной графикой Core i7-4770K. При измерении её производительности результаты сопоставлялись с показателями, снятыми на Core i7-3770K, а также на старшем на данный момент APU компании AMD, A10-5800K.

В итоге список задействованных в тестировании аппаратных компонентов выглядит следующим образом:

• Процессоры:
  • AMD A10-5800K (Trinity, 4 ядра, 3,8-4,2 ГГц, 4 Мбайт L2);
  • AMD FX-8350 (Vishera, 8 ядер, 4,0-4,2 ГГц, 4x2 Мбайт L2, 8 Мбайт L3);
  • Intel Core i7-3770K (Ivy Bridge, 4 ядра + HT, 3,5-3,9 ГГц, 4x256 Кбайт L2, 8 Мбайт L3);
  • Intel Core i7-3970X Extreme Edition (Sandy Bridge-E, 6 ядер + HT, 3,5-4,0 ГГц, 6x256 Кбайт L2, 15 Мбайт L3);
  • Intel Core i7-4770K (Haswell, 4 ядра + HT, 3,5-3,9 ГГц, 4x256 Кбайт L2, 8 Мбайт L3).
• Процессорный кулер: NZXT Havik 140.
• Материнские платы:
  • ASUS Crosshair V Formula (Socket AM3+, AMD 990FX + SB950);
  • ASUS F2A85-V Pro (Socket FM2, AMD A85);
  • ASUS P8Z77-V Deluxe (LGA1155, Intel Z77 Express);
  • ASUS Rampage IV Formula (LGA2011, Intel X79 Express);
  • Gigabyte Z87X-UD3H (LGA1150, Intel Z87 Express).
• Память:
  • 2x4 Гбайт, DDR3-1866 SDRAM, 9-11-9-27 (Kingston KHX1866C9D3K2/8GX);
  • 4x4 Гбайт, DDR3-1866 SDRAM, 9-11-9-27 (Kingston KHX1866C9D3K2/8GX).
• Видеокарта: NVIDIA GeForce GTX 680 (2 Гбайт/256-бит GDDR5, 1006/6008 МГц).
• Дисковая подсистема: Intel SSD 520 240 GB (SSDSC2CW240A3K5).
• Блок питания: Corsair AX760i (80 Plus Platinum, 760 Вт).
• Операционная система: Microsoft Windows 8 Enterprise x64.

С указанным оборудованием применялся следующий комплект драйверов:

• AMD Catalyst 13.4 Driver;
• AMD Chipset Driver 13.4;
• Intel Chipset Driver 9.4.0.1017;
• Intel Graphics Media Accelerator Driver 15.31.3.64.3071;
• Intel Management Engine Driver 9.5.0.1345;
• Intel Rapid Storage Technology 12.5.0.1066;
• NVIDIA GeForce 320.18 Driver.

Описание использованных в тестировании бенчмарков и приложений:

• Общая средневзвешенная производительность. Измеряется тестом Futuremark PCMark 7 1.4.0.
• Производительность при архивации. Измеряется время архивации директории с использованием алгоритма LZMA2, реализованного в архиваторе 7-zip 9.20.
• Производительность при шифровании. Определяется встроенным в утилиту True Crypt 7.1a бенчмарком алгоритма AES.
• Производительность при расчётах в Excel. Измеряется специализированным тестом Excel Trader Benchmark, выполненным в Microsoft Excel 2010.
• Производительность при кодировании аудио. Замеряется время перекодирования аудиоальбома из формата flac в формат mp3, выполняемого утилитой Xilisoft Audio Converter 6.4.
• Производительность при транскодировании видео. Измеряется тестом x246 FHD Benchmark 1.0.1, который показывает количество кадров в секунду при перекодировании Full HD-видео в формате H.264/AVC кодеком x264.
• Производительность при обработке графических изображений. Измеряется время прохождения тестового скрипта, моделирующего набор типовых операций в Adobe Photoshop CS6.
• Производительность при видеомонтаже. Измеряется время выполнения рендеринга видеоряда, созданного в PinnacleStudio 16, с наложением различных эффектов.
• Производительность при финальном рендеринге. Используется бенчмарк Cinebench R11.5, основанный на движке пакета Cinema 4D.
• Производительность шахматного алгоритма Fritz. Определяется запуском бенчмарка Fritz Chess Benchmark 4.3.
• 3D-производительность с дискретным графическим ускорителем. Измеряется бенчмарком Futuremark 3D Mark. Применяется тест Fire Strike, учитываются как общие показатели производительности, так и скорость выполнения расчётов игровой физики.
• Игровая производительность с дискретным графическим ускорителем. Тестирование проводится измерением среднего количества кадров в секунду в играх Crysis 3, Hitman: Absolution, Metro Last Light и Tomb Raider. При тестах производительности выбирается разрешение 1920x1080, Direct X 11 и максимально доступное качество графики. Уровень сглаживания устанавливается исходя из ресурсоёмкости игры и возможностей используемой видеокарты.
• 3D-производительность с интегрированным графическим ускорителем. Измеряется бенчмарком Futuremark 3D Mark с применением теста Fire Strike и бенчмарком Futuremark 3D Mark 11 с использованием профиля Performance.
• Игровая производительность с интегрированным графическим ускорителем. Тестирование проводится измерением среднего количества кадров в секунду в играх Hitman: Absolution, Metro Last Light и Tomb Raider. При тестах производительности выбирается разрешение 1366x768, Direct X 11и среднее качество графики либо разрешение 1920x1080, Direct X 11 и низкое качество графики.
• Скорость транскодирования видео с использованием аппаратных возможностей графического ядра. Используется утилита Cyberlink Media Espresso 6.7. Перекодируется 40-минутное 1080p-видео в формате H.264 с битрейтом порядка 10 Мбит/с с уменьшением разрешения для просмотра на iPhone 4S. Целевой формат видео — H.264, разрешение — 1280x720 c битрейтом порядка 6 Мбит/с.

⇡#Вычислительная производительность

Как и ожидалось, микроархитектура Haswell приносит не слишком заметный прирост производительности. Говоря о её строении, мы подчёркивали, что изменений, направленных непосредственно на увеличение скорости работы, в ней не так много. Именно это мы и видим на практике. В обычных программах, не имеющих пока оптимизаций под новые инструкции AVX2, Core i7-4770K опережает Core i7-3770K в среднем на 6-7 процентов, что вряд ли можно считать достойным преимуществом для нового поколения процессоров, относящегося к циклу разработки «так». Конечно, среди результатов тестов попадаются и такие, в которых прирост превышает 10 процентов, например, при перекодировании видео или при шифровании, но общей картины это не меняет. Тем более что есть и обратные примеры, когда производительность падает. Такая ситуация складывается при архивации в 7-zip.

Показательно, что процессоры Ivy Bridge обеспечивали даже более высокий прирост быстродействия по сравнению с чипами Sandy Bridge, нежели Haswell — по сравнению с Ivy Bridge. Правда, тогда Intel, благодаря внедрению нового техпроцесса, смогла реализовать некоторое увеличение тактовых частот. Сейчас же Core i7-4770K и Core i7-3770K работают на идентичной частоте, и преимущество, заметное по диаграммам, обуславливается лишь микроархитектурными улучшениями, среди которых, похоже, основную роль играет увеличение скорости кеш-памяти.

Всё это означает, что выход Haswell не меняет в привычной расстановке сил на рынке производительных процессоров для десктопов ровным счётом ничего. Core i7-3970X, относящийся к позапрошлому поколению микроархитектуры Core, так и остаётся недосягаемым лидером по многопоточной вычислительной производительности. А решения компании AMD в сравнении с представителями серии Core i7 продолжают смотреться так же плохо, как они и смотрелись до этого.

⇡#Игровая производительность

Игровые тесты редко когда позволяют выявить принципиальные различия между флагманскими процессорами. При современной игровой нагрузке узким местом становятся не вычислительные ресурсы платформы, а её графическая подсистема. Именно поэтому в большинстве случаев совершенно безразлично, какой из высокопроизводительных процессоров используется в той или иной геймерской платформе. Количество fps, скорее всего, от этого зависеть не будет. Тем не менее мы провели несколько замеров производительности, избрав для этого недавно вышедшие и популярные игры AAA-класса, а также стандартный геймерский тест Futuremark 3D Mark.

Даже в чисто вычислительных тестах различия в быстродействии Core i7-4770K и Core i7-3770K носили непринципиальный характер. Так что вполне закономерно, что при реальной игровой нагрузке эти процессоры практически идентичны. Если присмотреться внимательнее, то заметно, что носитель микроархитектуры Haswell чуть быстрее, но масштаб его превосходства не превышает и одного процента.

Впрочем, если из общей формулы игровой производительности исключить скорость работы графики, что можно сделать выбором низкого разрешения без какого-либо сглаживания, не создающего значительных проблем для современной производительной видеокарты, то можно получить и более заметную разницу в скорости Core i7-4770K и Core i7-3770K.

Как видим, в теории Haswell предлагает более высокую игровую производительность. Однако даже в том случае, когда мы пренебрегаем графической составляющей, различие между результатами Core i7-4770K и Core i7-3770K составляет всё те же 5-6 процентов. Иными словами, никаких принципиальных преимуществ для игровых систем новое поколение интеловских процессоров дать не может, как и при чисто вычислительной нагрузке.

⇡#Производительность встроенного графического ядра

В части традиционной процессорной производительности новый десктопный Haswell не предлагает никаких прорывов. Впрочем, ничего такого не обещали и разработчики, которые были сосредоточены на возможности создания ультраэкономичных модификаций микроархитектуры Core и на совершенствовании графической производительности. И если варианты Haswell с расчётным тепловыделением на уровне единиц ватт мало волнуют энтузиастов настольных систем, то рост скорости графики — достаточно значимое улучшение. Компании AMD удалось сформировать рынок десктопных APU, и если у Intel получится предложить свои решения с лучшей вычислительной и сравнимой графической производительностью, то они, безусловно, смогут найти себе место.

Впрочем, очень похоже, что Intel не особенно беспокоит скорость работы тех графических ядер, которые направляются именно в процессоры для настольных систем. По крайней мере наиболее производительная версия графического ядра в них не попала, и даже в старшем процессоре Core i7-4770K используется средний вариант GT2, который получил теперь официальное наименование Intel HD Graphics 4600.

Тем не менее даже такое графическое ядро должно предложить более высокий уровень производительности, ведь оно по сравнению с графическим ядром HD Graphics 4000, использующимся в старших процессорах поколения Ivy Bridge, получило целый ряд улучшений. В первую очередь — возросшее с 16 до 20 количество исполнительных устройств, но, кроме этого, место имеет удвоенная производительность почти всех блоков обработки пикселей фиксированной функциональности, а также почти в четыре раза более высокая производительность текстурных сэмплеров.

Плюс выросла и частота. Если графическое ядро HD Graphics 4000 в процессоре Core i7-3770K работало на 1,15 ГГц, то новый видеоускоритель HD Graphics 4600, встроенный в Core i7-4770K, имеет частоту 1,25 ГГц. Всё вместе это позволяет надеяться на достаточно существенный прирост производительности. Оценить его можно, например, по результатам специализированных тестов 3D Mark 11 и новейшего 3D Mark Cloud Gate. Отметим, что с исполнением самых современных игр и бенчмарков у HD Graphics 4600 нет никаких проблем, эта графика поддерживает полный набор современных API: Direct X 11.1, Open GL 4.0 и Open CL 1.2.

Несмотря на то, что количество исполнительных устройств в HD Graphics 4600 всего на четверть больше, чем в графическом ядре прошлого поколения, HD Graphics 4000, различия в их производительности существенно выше. В 3D Mark 11 графика Haswell превосходит предшествующую версию интегрированного видеоускорителя почти вдвое, а тест 3D Mark Fire Strike оценивает ядро Core i7-4770K почти на 40 процентов выше прошлой версии акселератора. В обоих случаях такого прироста оказывается почти достаточно для того, чтобы десктопный Haswell смог сравниться по 3D-производительности со старшим процессором AMD Trinity.

К счастью для AMD, Intel пока не планирует агрессивное продвижение своего более быстрого видеоядра, GT3, в десктопной экосистеме. Единственная серия интеловских процессоров для настольных компьютеров, где будет иметь место более быстрая, нежели GT2, графика, — это R-серия, которая будет распространяться исключительно в BGA-упаковке. Иными словами, компании AMD беспокоиться о приходе конкурента на рынок десктопных APU пока преждевременно. Однако очевидно, что Intel движется в этом направлении семимильными шагами.

Результаты, полученные в синтетических тестах Futuremark, следует дополнить и показателями производительности процессорных графических ядер в реальных играх. Тесты в них запускались в двух режимах: при полноценном Full HD-разрешении 1920x1080 с низкими настройками качества и при разрешении 1366x768 с выбором среднего уровня качества изображения.

В играх разрыв между HD Graphics 4600 и HD Graphics 4000 уже не столь очевиден, как в синтетических тестах. В среднем процессору Core i7-4770K удаётся обеспечить на 25-30 процентов более высокую производительность, нежели была достижима со старшим представителем семейства Ivy Bridge. И этого явно недостаточно для того, чтобы подтянуть 3D-быстродействие встроенного графического ядра GT2 до уровня, позволяющего запускать самые последние игры в Full HD-разрешении хотя бы с низкими настройками качества. Иными словами, мы не можем назвать HD Graphics 4600 игровым акселератором начального уровня. А вот более быстрый вариант графического ядра, GT3, скорее всего, на такое звание претендовать способен, недаром Intel присвоил ему не только цифровой индекс 5100, но и красивое маркетинговое имя Iris.

Помимо 3D-части, интеловские графические ядра содержат отдельный медиадвижок, известный миру под именем «технология Quick Sync». В Haswell он приобрёл поддержку новых форматов SVC и Motion JPEG, новые функции улучшения качества изображения (особо следует отметить аппаратную стабилизацию изображения и преобразование частоты кадров), способность декодировать видео с разрешением вплоть до 4096x2304, но не только. Обещано также и увеличение производительности при перекодировании медиаконтента, что нетрудно и интересно проверить.

Для целей тестирования скорости перекодирования мы традиционно пользуемся программой Cyberlink Media Espresso 6.7, которая предлагает наилучшую оптимизацию как под Intel Quick Sync, так и под прочие аппаратные блоки для транскодирования современных процессоров и видеокарт. Несмотря на то, что Intel открыла SDK, через который возможно задействование аппаратного кодера-декодера процессоров Core, разработчики свободного программного обеспечения внедрять поддержку Quick Sync пока не торопятся, так что в очередной раз в тестах нам приходится пользоваться платной утилитой Cyberlink.

Обновление медиадвижка в Haswell дало примерно 40-процентное ускорение кодирования. Однако это не единственное заметное улучшение. Прогресс затронул и качество перекодирования, это можно увидеть даже при пережатии роликов для мобильных устройств. Например, ниже мы приводим скриншоты с видео, сжатого при помощи медиадвижков процессоров Ivy Bridge и Haswell с одинаковыми параметрами — для iPhone 4S с битрейтом 6 Мбит/с.

Intel Core i7-3770K HD Graphics 4000	Intel Core i7-4770K HD Graphics 4600

Нетрудно заметить, что Intel Quick Sync в Haswell при тех же самых настройках позволяет получить лучшую детализацию мелких объектов и более естественную цветопередачу.

Отлично справляется графическое ядро Haswell и с аппаратным ускорением воспроизведения видеоконтента в 4K-разрешении. Для примера мы решили посмотреть, как будет обстоять ситуация с загрузкой процессора при просмотре на системе с процессором Core i7-4770K специально подготовленного ролика с разрешением 3840x2160 и высоким битрейтом 103 Мбит/с, закодированном в формате H.264/AVC.

Декодирование никаких проблем у графического ядра Intel HD Graphics 4600 не вызвало. Кадры не выпадают, загрузка процессора составляет не более 10 процентов. При этом вычислительные ядра процессора даже умудряются прохлаждаться в одном из энергосберегающих состояний: их частота от номинальных 3,5 ГГц далека. Иными словами, Haswell к работе с 4K-видео готов.

⇡#Температурный режим и разгон

Выход процессоров Haswell и новой платформы LGA1150 принёс в процедуру разгона существенные перемены. Причин тому две — добавление в схему тактования дополнительных делителей для шины PCIe/DMI и внедрение в процессор собственного преобразователя напряжения.

Что касается первого нововведения, то развязывание базовой частоты BCLK и частоты шины PCIe/DMI назрело уже давно. Дело в том, что именно жёсткая связь этих двух величин в своё время поставила крест на возможности разгона процессоров увеличением базовой частоты. Шина PCIe/DMI очень плохо относится к отклонению её частоты от номинальных 100 МГц, поэтому в LGA1155-системах мы повсеместно сталкивались с тем, что увеличение частоты BCLK до 105-107 МГц сразу же приводило к неработоспособности платформы.

В процессорах Haswell эта проблема отчасти решена. В них добавились несколько дополнительных делителей, позволяющих связывать частоты BCLK и PCIe/DMI не только в соответствии 1:1, но и в соотношениях 5:4 и 5:3. Это значит, что платформа LGA1150 способна стабильно работать как при значении BCLK, равном 100 МГц, так и при установке этой величины на 125 или 166 МГц. Все критически важные внутренние частоты в этом случае остаются на номинальных величинах, а пропорционально разгоняются лишь вычислительные ядра, Uncore-часть процессора, графическое ядро и память. Поэтому даже заблокированные процессоры для LGA1150 гарантированно могут быть разогнаны, но либо на 25, либо на 66 процентов относительно номинала.

Полную же свободу разгона, как и раньше, способны предоставить лишь процессоры K-серии, располагающие полностью разблокированным множителем. Кстати, с переходом к микроархитектуре Haswell Intel добавила к регистру процессорного множителя ещё один бит, и теперь максимально достижимый при экстремальном оверклокинге множитель увеличился до 80х.

Второе ключевое нововведение — перенос в процессор преобразователя напряжения — также добавило в процедуру разгона существенные изменения. Дело в том, что логика работы внутрипроцессорного преобразователя несколько отличается от привычной. Если раньше нормальным явлением было проседание напряжения процессора при росте нагрузки, то встроенный преобразователь, напротив, самостоятельно повышает напряжение при увеличении нагрузки на процессор. Даже в номинальном режиме такое автоматическое превышение напряжения выше штатного значения может достигать более 0,1 В. А в разгоне этот эффект проявляется ещё сильнее.

К сожалению, такое поведение схемы питания — это неотъемлемая особенность Haswell, избавиться от которой можно только жёсткой фиксацией уровня напряжения. Но в этом случае теряется работоспособность всех энергосберегающих технологий. Так что Haswell предоставляет невесёлый выбор: либо мириться с резким нарастанием температуры и тепловыделения CPU под нагрузкой из-за автоматического повышения напряжения питания процессорных ядер, либо расстаться со снижением энергопотребления в режимах простоя.

Но это только часть всех проблем. Haswell на практике оказался гораздо более горячим процессором, нежели его предшественник. Предельно допустимая температура его процессорных ядер составляет 100 градусов, но даже в номинальных режимах работы Core i7-4770K может прогреваться под нагрузкой до 75-80 градусов, несмотря на использование в системе производительного воздушного кулера.

Для иллюстрации температурного режима Haswell мы провели беглое сравнение работающих в номинальном режиме Core i7-4770K и Core i7-3770K с одним и тем же кулером NZXT Havik 140:

Под максимальной нагрузкой температура процессорного ядра Haswell оказывается серьёзно выше температур, присущих процессорам предыдущего поколения. И хотя большинство повседневных задач не вызывают столь серьёзного нагрева процессора, ориентироваться мы должны именно на специализированные тесты стабильности, которые создают тяжёлую, но всё же реалистичную нагрузку.

Получается, что результативный разгон процессоров нового поколения требует существенно более мощных, чем в случае Ivy Bridge, систем охлаждения. То есть достичь при разгоне Core i7-4770K хотя бы таких же результатов, как с оверклокерскими Sandy Bridge или Ivy Bridge в LGA1155-исполнении, заметно сложнее.

Нам, например, удалось добиться от имеющегося экземпляра Core i7-4770K стабильной работы лишь на частоте 4,4 ГГц. При этом температуры процессорных ядер при проверке стабильности утилитой LinX-AVX находились практически на грани, хотя мы и использовали для охлаждения далеко не самый плохой процессорный кулер NZXT Havik 140.

Для достижения приведённого на скриншоте результата потребовалось увеличение напряжения питания процессорных ядер до уровня 1,2 В. Это — всего лишь на 0,14 В выше номинального напряжения нашего процессора, а температуры уже зашкаливают.

Получается, что даже умеренное увеличение рабочего напряжения приводит к росту температур вычислительных ядер почти до максимума. И это недвусмысленно указывает, что микроархитектура Haswell обладает хорошей энергоэффективностью лишь при низких частотах и невысоких напряжениях. Десктопные же или уж тем более оверклокерские процессоры на её основе своими характеристиками экономичности совсем не блещут. В результате особого оптимизма не внушает и разгонный потенциал Haswell в целом. Иными словами, очередная итерация в развитии интеловских микроархитектур с точки зрения частотного потенциала отозвалась шагом назад, хотя Intel и попыталась сгладить этот момент добавлением в процессор дополнительных оверклокерских возможностей.

⇡#Выводы

Компания Intel, очевидно, перенаправила на решение «проблемы ARM» все свои силы. Микропроцессорному гиганту явно не хочется отдавать дерзкому конкуренту рынок компактных мобильных устройств, поэтому все инженерные ресурсы брошены на создание x86-процессоров с низким энергопотреблением и хорошей производительностью. Таких, которые смогли бы уверенно соперничать с производительными воплощениями архитектуры ARM. И Haswell, похоже, выступает неплохим решением этой проблемы. По крайней мере в ультракомпактных ноутбуках-трансформерах и производительных планшетах процессоры на этой микроархитектуре смогут обосноваться практически наверняка. Для таких применений среди модификаций Haswell есть очень вдохновляющие варианты. Например, низковольтные двухъядерные процессоры Core i5 Y-серии со средним потреблением на уровне 6 Вт, поддерживающие Hyper-Threading и способные работать на частотах 1,4-1,9 ГГц. А разнообразных SoC-процессоров U-серии с 15-ваттным тепловым пакетом, предназначенных для ультрабуков, на базе микроархитектуры Haswell будет выпущено около двух десятков.

Многообразие подобных предложений, которые готовятся к массовому выходу именно с вводом в строй микроархитектуры Haswell, однозначно указывает на изменившиеся в корне приоритеты Intel. Так что тому скудному прогрессу, который мы увидели на примере десктопной реализации Haswell, есть вполне естественное объяснение. У Intel сегодня нет необходимости и желания уделять хотя бы часть своего внимания совершенствованию платформ и процессоров для настольных систем. Нам с вами просто досталось нечто, что с минимальными переделками удалось слепить из микроархитектуры, изначально ориентированной на мобильные устройства.

И это нечто — с точки зрения энтузиастов настольных систем — представляет собой не самое радостное зрелище. Мы протестировали старший десктопный Haswell, Core i7-4770K, и сделали целый ряд горьких выводов. Во-первых, Core i7-4770K быстрее флагманского процессора Ivy Bridge совсем незначительно. Микроархитектурные улучшения дают прирост быстродействия лишь в районе 5-7 процентов, а роста тактовой частоты не произошло вообще. Во-вторых, Core i7-4770K оказался явно более горячим процессором, нежели носители предыдущей микроархитектуры. Несмотря на то, что из Haswell можно делать энергоэффективные процессоры со впечатляюще низким тепловыделением, приведение его характеристик в соответствие с требованиями десктопной среды повлекло за собой заметное ухудшение параметра «производительность на ватт». Из-за этого образовалось «в-третьих»: Core i7-4770K без использования экстремальных методов охлаждения разгоняется хуже оверклокерских процессоров предыдущих поколений. На примере побывавшего в нашей лаборатории экземпляра CPU можно заключить, что даже с производительными воздушными кулерами этим процессорам может быть свойственен перегрев уже при достижении частот в районе 4,4-4,5 ГГц. И в-четвёртых: процессоры Haswell требуют использования новой платформы LGA1150, которая никакими особенными достоинствами не выделяется, а только предлагает увеличенное количество портов USB 3.0 и SATA 6 Гбит/с. Но пока эта платформа выглядит сырой и ожидает выпуска нового степпинга чипсета, так как имеет неисправленные проблемы с функционированием USB 3.0-контроллера.

В качестве некой компенсации всех перечисленных отрицательных моментов десктопный Haswell может предложить поддержку новых инструкций AVX2/FMA3, которые, впрочем, существующим программным обеспечением пока не используются; на 30 процентов более производительное графическое ядро; а также возможность лимитированного разгона процессоров с заблокированным множителем. К сожалению, эти преимущества энтузиастам покажутся по большей части бесполезными. Но, пожалуй, младшие Haswell, относящиеся, например, к серии Core i3, благодаря всему этому действительно могут представлять интерес. Правда, выпущены они будут несколько позднее.

Пока же мы вынуждены закончить обзор Core i7-4770K и платформы LGA1150 с чувством лёгкого разочарования. Приход новой микроархитектуры Haswell в десктопные продукты — лишний раз подчеркнем, мы говорим только о десктопах — оказался сродни выходу Windows 8. Вроде бы Intel и предлагает что-то прогрессивное и новое, но на каждый плюс новинки тут же находится по паре минусов, портящих общее впечатление и отбивающих желание переходить на процессоры Core четвёртого поколения. Очевидно, в десктопах Haswell чувствует себя не в своей тарелке, и, хочется надеяться, что платформа LGA1150 и настольные CPU с выходом новых версий процессорного кристалла и чипсета ещё будут доводиться до ума.