Улучшаем Core i7-6700K: скальпирование и разгон

⇡#Описание тестовых систем и методики тестирования

Благодаря скальпированию Core i7-6700K и замене штатного термоинтерфейса жидким металлом Coollaboratory Liquid Pro мы получили в своё распоряжение флагманский десктопный Skylake-S, способный разгоняться до частоты 4,8 ГГц. Обойти стороной тестирование производительности такого CPU было бы преступлением. Поэтому вторую часть материала мы посвятили анализу масштабируемости быстродействия Core i7-6700K в том случае, когда он разогнан до 4,4, 4,6 или 4,8 ГГц. Первый вариант соответствует типичному разгону Skylake без повышения напряжения питания, второй – типичный оверклокерский режим для нескальпированного CPU, и третий вариант – это тот разгон, на который могут рассчитывать энтузиасты, решившиеся на удаление крышки и замену штатной интеловской термопасты.

Список задействованных в тестовой системе комплектующих выглядит следующим образом:

• Процессор: Intel Core i7-6700K (Skylake, 4 ядра + HT, 4,0-4,2 ГГц, 8 Мбайт L3).
• Процессорный кулер: Noctua NH-D15.
• Материнская плата: ASUS Maximus VIII Ranger (LGA1151, Intel Z170).
• Память: 4 × 4 Гбайт DDR4-3000 SDRAM, 15-15-15-35 (G.Skill [Ripjaws 4] F4-3000C15Q-16GRR).
• Видеокарта: NVIDIA GeForce GTX 980 Ti (6 Гбайт/384-бит GDDR5, 1000-1076/7010 МГц).
• Дисковая подсистема: Kingston HyperX Savage 480 GB (SHSS37A/480G).
• Блок питания: Seasonic Platinum SS-760XP2 (80 Plus Platinum, 760 Вт).

Тестирование выполнялось в операционной системе Microsoft Windows 10 Enterprise Build 10240 с использованием следующего комплекта драйверов:

• Intel Chipset Driver 10.1.1.7;
• Intel Management Engine Interface Driver 11.0.0.1157;
• NVIDIA GeForce 353.54 Driver.

Измерение производительности тестовой системы было проведено четырежды – при работе Intel Core i7-6700K в номинальном режиме и при его различном разгоне:

• до 4,4 ГГц с напряжением 1,28 В;
• до 4,6 ГГц с напряжением 1,38 В;
• до 4,8 ГГц с напряжением 1,56 В.

Описание использовавшихся для измерения производительности инструментов:

• Бенчмарки:
  • BAPCo SYSmark 2014 ver 1.5 – тестирование в сценариях Office Productivity (офисная работа: подготовка текстов, обработка электронных таблиц, работа с электронной почтой и посещение интернет-сайтов), Media Creation (работа над мультимедийным контентом - создание рекламного ролика с использованием предварительно отснятых цифровых изображений и видео) и Data/Financial Analysis (статистический анализ и прогнозирование инвестиций на основе некой финансовой модели).
  • Futuremark 3DMark Professional Edition 1.5.915 — тестирование в сценах Sky Diver, Cloud Gate и Fire Strike.
• Приложения:
  • Adobe Photoshop CC 2015 — тестирование производительности при обработке графических изображений. Измеряется среднее время выполнения тестового скрипта, представляющего собой творчески переработанный Retouch Artists Photoshop Speed Test, который включает типичную обработку четырёх 24-мегапиксельных изображений, сделанных цифровой камерой.
  • Adobe Photoshop Lightroom 6.1 – тестирование производительности при пакетной обработки серии изображений в RAW-формате. Тестовый сценарий включает постобработку и экспорт в JPEG с разрешением 1920 × 1080 и максимальным качеством двухсот 12-мегапиксельных изображений в RAW-формате, сделанных цифровой камерой Nikon D300.
  • Adobe Premiere Pro CC 2015 — тестирование производительности при нелинейном видеомонтаже. Измеряется время рендеринга в формат H.264 Blu-Ray проекта, содержащего HDV 1080p25 видеоряд с наложением различных эффектов.
  • Autodesk 3ds max 2016 — тестирование скорости финального рендеринга. Измеряется время, затрачиваемое на рендеринг в разрешении 1920 × 1080 с применением рендерера mental ray стандартной сцены Hummer.
  • WinRAR 5.30 — тестирование скорости архивации. Измеряется время, затрачиваемое архиватором на сжатие директории с различными файлами общим объёмом 1,7 Гбайт. Используется максимальная степень компрессии.
  • x264 r2597 — тестирование скорости транскодирования видео в формат H.264/AVC. Для оценки производительности используется исходный 1080p@50FPS AVC-видеофайл, имеющий битрейт около 30 Мбит/с.
• Игры:
  • Company of Heroes 2. Настройки для разрешения 1280 × 800: Maximum Image Quality, Anti-Aliasing = Off, Higher Texture Detail, High Snow Detail, Physics = Off. Настройки для разрешения 1920 × 1080: Maximum Image Quality, High Anti-Aliasing, Higher Texture Detail, High Snow Detail, Physics = High.
  • Grand Theft Auto V. Настройки для разрешения 1280 × 800: DirectX Version = DirectX 11, FXAA = Off, MSAA = Off, NVIDIA TXAA = Off, Population Density = Maximum, Population Variety = Maximum, Distance Scaling = Maximum, Texture Quality = Very High, Shader Quality = Very High, Shadow Quality = Very High, Reflection Quality = Ultra, Reflection MSAA = Off, Water Quality = Very High, Particles Quality = Very High, Grass Quality = Ultra, Soft Shadow = Softest, Post FX = Ultra, In-Game Depth Of Field Effects = On, Anisotropic Filtering = x16, Ambient Occlusion = High, Tessellation = Very High, Long Shadows = On, High Resolution Shadows = On, High Detail Streaming While Flying = On, Extended Distance Scaling = Maximum, Extended Shadows Distance = Maximum. Настройки для разрешения 1920 × 1080: DirectX Version = DirectX 11, FXAA = Off, MSAA = x4, NVIDIA TXAA = Off, Population Density = Maximum, Population Variety = Maximum, Distance Scaling = Maximum, Texture Quality = Very High, Shader Quality = Very High, Shadow Quality = Very High, Reflection Quality = Ultra, Reflection MSAA = x4, Water Quality = Very High, Particles Quality = Very High, Grass Quality = Ultra, Soft Shadow = Softest, Post FX = Ultra, In-Game Depth Of Field Effects = On, Anisotropic Filtering = x16, Ambient Occlusion = High, Tessellation = Very High, Long Shadows = On, High Resolution Shadows = On, High Detail Streaming While Flying = On, Extended Distance Scaling = Maximum, Extended Shadows Distance = Maximum.
  • F1 2015. Настройки для разрешения 1280 × 800: Ultra High Quality, 0xAA, 16xAF. Настройки для разрешения 1920 × 1080: Ultra High Quality, SMAA + TAA, 16xAF. В тестировании используется трасса Melbourne.
  • Thief. Настройки для разрешения 1280 × 800: Texture Quality = Very High, Shadow Quality = Very High, Depth-of-field Quality = High, Texture Filtering Quality = 8x Anisotropic, SSAA = Off, Screenspace Reflections = On, Parallax Occlusion Mapping = On, FXAA = Off, Contact Hardening Shadows = On, Tessellation = On, Image-based Reflection = On. Настройки для разрешения 1920 × 1080: Texture Quality = Very High, Shadow Quality = Very High, Depth-of-field Quality = High, Texture Filtering Quality = 8x Anisotropic, SSAA = High, Screenspace Reflections = On, Parallax Occlusion Mapping = On, FXAA = On, Contact Hardening Shadows = On, Tessellation = On, Image-based Reflection = On.
  • Total War: Attila. Настройки для разрешения 1280 × 800: Anti-Aliasing = Off, Texture Resolution = Ultra; Texture Filtering = Anisotropic 4x, Shadows = Max. Quality, Water = Max. Quality, Sky = Max. Quality, Depth of Field = Off, Particle Effects = Max. Quality, Screen space reflections = Max. Quality, Grass = Max. Quality, Trees = Max. Quality, Terrain = Max. Quality, Unit Details = Max. Quality, Building Details = Max. Quality, Unit Size = Ultra, Porthole Quality = 3D, Unlimited video memory = Off, V-Sync = Off, SSAO = On, Distortion Effects = On, Vignette = Off, Proximity fading = On, Blood = On. Настройки для разрешения 1920 × 1080: Maximum Quality.

⇡#Производительность в комплексных тестах

Тест SYSmark 2014, в котором моделируется типичная работа пользователя в приложениях различного характера, указывает на явную масштабируемость производительности с частотой. За счёт разгона Core i7-6700K до 4,8 ГГц можно получить почти 20-процентный прирост быстродействия относительно номинального режима.

3DMark оценивает эффект от разгона не столь оптимистично. На результат в этом тесте влияние оказывает производительность графической подсистемы, а увеличение тактовой частоты процессора ей безразлично.

⇡#Производительность в приложениях

Скорость работы ресурсоёмких приложений вполне ожидаемо зависит от частоты процессора. При разгоне процессора до 4,4 ГГц производительность возрастает примерно на 8 процентов, увеличение частоты до 4,6 ГГц даёт в среднем 12-процентный выигрыш в скорости, а осуществлённый благодаря скальпированию разгон до 4,8 ГГц делает Core i7-6700K быстрее почти на 17 процентов. Особенно же значительное увеличение быстродействия в разогнанных системах наблюдается при финальном 3D-рендеринге и при обработке и перекодировании видеоконтента.

⇡#Производительность в играх

Тесты в Full HD-разрешении

Частота кадров в играх в высоком разрешении от разгона процессора почти не зависит. Мощности работающего в номинальном режиме Core i7-6700K вполне хватает для того, чтобы полностью загрузить флагманскую видеокарту GeForce GTX 980 Ti, следовательно, в игровых системах разгон высокопроизводительных процессоров себя не оправдывает.

Тесты в уменьшенном разрешении

Однако если перераспределить игровую нагрузку в сторону процессора, уменьшив разрешение, то хорошо осязаемая масштабируемость возвращается и в 3D-игры. 20-процентное увеличение частоты Core i7-6700K позволяет получить прирост в частоте кадров, который может достигать 15-процентной отметки.

⇡#Энергопотребление

На графиках ниже приводится полное потребление систем (без монитора), измеренное на выходе из розетки, в которую подключен блок питания тестовой системы, и представляющее собой сумму энергопотребления всех задействованных в системе компонентов. В суммарный показатель автоматически включается и КПД самого блока питания, однако с учетом того, что используемая нами модель БП, Seasonic Platinum SS-760XP2, имеет сертификат 80 Plus Platinum, его влияние должно быть минимальным.

Skylake – очень экономичные процессоры в состоянии простоя. В них, например, даже появилось новое энергосберегающее состоянии C8, которого в десктопных CPU до сих пор не было. Однако разгон, при котором увеличивается напряжение питания, повышает потребление системы в том числе и в состоянии покоя. Скажем, платформа, использующая Core i7-6700K на частоте 4,8 ГГц при напряжении питания 1,56 В, требует на 13 Вт больше, чем она же, но с процессором, использующим номинальные параметры.

Гораздо серьёзнее возрастает потребление разогнанных процессоров при высокой вычислительной нагрузке, что вряд ли вызовет удивление у наших читателей, знакомых с основами физики. Примечателен же здесь не столько сам факт зависимости роста потребления от частоты и напряжения при разгоне, а её частные производные. Так, разогнанный по частоте на 20 процентов процессор увеличивает свои энергетические аппетиты на 60-70 процентов. И это ещё раз должно напомнить о том, что в оверклокерских системах нужно не только качественное охлаждение, но и мощный блок питания.

⇡#Выводы

На фоне общего спада, наблюдаемого на глобальном компьютерном рынке, энтузиасты продолжают демонстрировать свою приверженность платформе ПК и — вопреки общим настроениям — отнюдь не сокращают расходы на приобретение и обновление персональной компьютерной техники. Поэтому нет ничего удивительного в том, что многие производители комплектующих стали уделять гораздо больше внимания авангарду компьютерного сообщества, и акценты в их флагманской продукции постепенно смещаются в сторону геймерских и оверклокерских возможностей. Не стала игнорировать свежие тенденции и компания Intel: процессоры с развитыми разгонными возможностями составляли важную часть её продуктовой линейки и до этого, но теперь вопросам оверклокинга уделяется куда больше внимания, чем раньше.

Собственно, процессоры Skylake во многом отражают заметно потеплевшее отношение Intel к разгону. По сравнению со своими предшественниками они получили лучшие оверклокерские свойства, например внешний конвертер питания и непрерывный диапазон доступных частот BCLK, а также возросший частотный потенциал. Однако при этом Intel оставила нетронутым самый досадный оверклокерский недочёт своих современных CPU – под крышкой, закрывающей полупроводниковый кристалл, продолжает использоваться полимерный термоинтерфейсный материал с откровенно посредственной теплопроводностью. Поэтому полноценному разгону процессоров семейства Skylake препятствует банальный перегрев, устранить который очень трудно даже применением высокопроизводительных воздушных или жидкостных систем охлаждения.

Но радикальные оверклокеры давно смогли найти пути решения данной проблемы: процессорную крышку можно демонтировать и заменить интеловскую термопасту материалом с лучшей теплопроводностью, например жидким металлом. Правда, в случае Skylake скальпирование – не такая простая процедура. Чипы нового поколения смонтированы на процессорной плате с очень тонким текстолитом, повредить который при удалении крышки любым из распространённых методов стало проще простого.

К счастью, мы можем предложить хороший метод, заметно повышающий шансы на успех. Нагрев процессорной крышки ослабляет соединительные свойства используемого Intel клея, и если в процессе скальпирования задействовать не только тиски, но и мощный технический фен, то крышка снимается совершенно безболезненно и без приложения серьёзных усилий.

Скальпирование? Во-первых, это красиво…

Достигаемый же за счёт замены внутреннего термоинтерфейса эффект трудно переоценить. Как показывают опыты, интеловская термопаста по своей теплопроводности заметно хуже, даже чем простая Arctic MX-2. А если в качестве внутреннего термоинтерфейса в Skylake использовать жидкий металл, то проблема перегрева вообще перестаёт существовать как таковая. Температуру процессора под нагрузкой сразу удаётся понизить на пару десятков градусов, и это открывает доступ ко всему частотному потенциалу. Более того, снижение рабочих температур позволяет достичь стабильности при несколько меньших напряжениях, что делает разгон и безопаснее для здоровья процессора.

В то время как типичными для процессоров Core i5-6600K и Core i7-6700K являются предельные частоты порядка 4,5-4,6 ГГц, при работе на которых под нагрузкой они достигают температур, близких к критическим, замена внутреннего термоинтерфейса отодвигает границу максимального разгона на дополнительные 200-300 МГц – до рубежа в 4,8 ГГц. Причём на столь высокой частоте, превышающей номинальную как минимум на 20 процентов, процессоры Skylake с заменённым внутренним термоинтерфейсом функционируют в благоприятном температурном режиме в том числе и при самой высокой вычислительной нагрузке. И это значит, что доработанные Skylake по своим оверклокерским свойствам вплотную приближаются к легендарным Sandy Bridge, что можно считать очень лестной похвалой, поскольку никакие CPU, выпущенные позднее 2011 года, её до сих пор не удостаивались.

Что же касается производительности, то оверклокинг правильно подготовленного Core i7-6700K позволяет улучшить её на 15-20 процентов, что выглядит по сегодняшним меркам очень хорошим вознаграждением за труды по скальпированию. Конечно, процессор с оригинальной интеловской термопастой тоже может быть разогнан, и его отставание от аналога с заменённым на жидкий металл внутренним термоинтерфейсом будет составлять не более 5 процентов, однако нужно понимать, что скальпирование не просто улучшает разгон. Благодаря ему уменьшается также и нагрев процессорного кристалла, что в конечном итоге делает систему стабильнее и долговечнее.

Суммируя всё сказанное, остаётся лишь посокрушаться насчёт того, что в Skylake нет нормального термоинтерфейса изначально. Тот же Core i7-6700K с заменённым внутренним термоинтерфейсом, который мы получили и протестировали в рамках этого исследования, производит гораздо лучшее впечатление, нежели обычные серийные Skylake, с которыми мы сталкивались до этого момента. И, честно говоря, если иметь в виду усовершенствованные скальпированием оверклокерские Core i5-6600K и Core i7-6700K, то модернизация старых систем с переходом на платформу LGA1151 действительно обретает реальный практический смысл.