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.