Процессорозависимость, часть 2: есть ли жизнь на платформе AMD?

Такой темы, как значимость быстродействия CPU для современных игр, мы последний раз касались в мае прошлого года. Тогда наша выборка кандидатов на роль игрового процессора ограничилась чипами Intel, а их соперников производства AMD мы оставили на потом, поскольку, как нам казалось, для построения игрового ПК последние не представляют большого интереса.

Процессорное подразделение Advanced Micro Devices уже совершенно устранилось от конкуренции с Intel в сегменте высокопроизводительных CPU для домашних ПК и рабочих станций (ну или, если говорить с более оптимистичными интонациями, отступило для перегруппировки, чтобы затем вернуться с архитектурой Zen). Даже обзоры более доступных процессоров со встроенным графическим ядром, которые вроде бы должны прийтись по душе экономному покупателю, мы раз за разом вынуждены завершать с массой оговорок, несмотря на привлекательность самой концепции и удачные технические решения, воплощенные в «красных» APU.

AMD A10-7870K

Однако то, что мы выяснили о процессорозависимости игр и GPU в прошлый раз на примере линейки процессоров Intel, породило определенные надежды в отношении чипов AMD, в первую очередь – старших моделей семейства FX для платформы AM3+. Довольно неожиданным открытием стало то, что игры, наиболее требовательные к быстродействию центрального процессора, в первую очередь нуждаются в определенном количестве ядер x86, а тактовые частоты не имеют решающего значения уже для четырехъядерных процессоров. Некоторые из двухъядерных чипов, в свою очередь, вполне успешно компенсировали свои ограничения за счет а) технологии Hyper-threading; б) высоких тактовых частот.

Как известно, краеугольным камнем маркетинговой стратегии AMD в отношении процессоров микроархитектуры Bulldozer/Piledriver/Steamroller является большее количество ядер, которое данные CPU могут предложить пользователю, по сравнению с аналогичными по цене продуктами Intel. Правда, в строгом смысле двух-, четырех-, шести- и восьмиядерные кристаллы AMD являются таковыми лишь в целочисленных вычислениях. Каждый так называемый модуль в данной архитектуре обладает только одним блоком выполнения операций с плавающей точкой на пару целочисленных исполнительных кластеров. При такой нагрузке можно рассматривать модуль AMD как аналог одноядерного процессора Intel, оснащенного технологией Hyper-threading.

Сама по себе данная особенность процессоров AMD еще не ставит на них крест, поскольку, как мы уже выяснили ранее, играм фактически и не требуется больше четырех полновесных ядер x86. А старшие представители линейки FX как раз являются четырехъядерными CPU даже по строгому, интеловскому счету. Также, как показали тесты чипов Intel, одновременная многопоточность (SMT – simultaneous multi-threading), является большим подспорьем для двухъядерных Core i3, которые на высоких тактовых частотах небезуспешно соперничают с младшими представителями семейства Core i5. Значит, есть надежда и для двухмодульных процессоров AMD (к которым относится часть моделей FX и большинство APU семейства A8/A10).

AMD FX-9590

В общем, в архитектуре процессоров AMD в теории нет никаких признаков, которые запрещали бы им иметь достаточную производительность, чтобы соответствовать запросам мощного дискретного GPU.

Основным дефектом, сдерживающим развитие семейства Bulldozer/Piledriver/Steamroller, является сравнительно низкая производительность на такт даже в благоприятных для данных чипов задачах. С другой стороны, продукты AMD могут похвастаться довольно высокими тактовыми частотами, пересекающими границу 4 ГГц при условии, что характер вычислительной нагрузки и число задействованных ядер позволяют удержать мощность в целевом диапазоне для конкретного чипа. Какой из двух факторов окажется сильнее в конкретной задаче – современных играх?

⇡#Итоги первой части «Процессорозависимости»

В прошлой статье мы поставили следующие вопросы, которые позволили сузить охват исследования — в противном случае колоссальный — до нескольких удобных и показательных тестов:

1. Насколько современные игры чувствительны к производительности CPU?
2. При какой частоте смены кадров (и, соответственно, при каких GPU) процессорозависимость проявляет себя?

Напомним, что мы получили в итоге. Во-первых, из девяти использованных нами игр класса ААА некоторые мало или вовсе не полагаются на производительность CPU (Alien: Isolation, Far Cry 4, Tomb Raider). Другие зависят от этого параметра в колоссальной степени (Thief, Company of Heroes 2, Metro: Last Light).

Однако даже в последней категории быстродействие центрального процессора не является фактором, напрямую определяющим частоту смены кадров. Значение имеет баланс между CPU, GPU и настройками графики в игре. Легко ориентироваться на следующее эмпирически полученное правило: если в паре с достаточно мощным центральным процессором GPU способен обеспечить 50-60 кадров в секунду и выше при данных настройках качества графики (см. таблицу с описанием тестов), то производительность CPU имеет значение. Выбирая себе компоненты ПК по обзорам железа, лучше отталкиваться именно от GPU, так как мы тестируем видеокарты на платформе, заведомо перекрывающей их потребности в мощном центральном процессоре.

Как показал более подробный анализ, три из девяти указанных игр (Battlefield 4, Thief, Metro: Last Light) в первую очередь требуют наличия четырех ядер CPU, а к частоте, на которой те работают, практически безразличны. С практической точки зрения это сводит выбор к абсолютно любой разновидности Core i5. Ни оснащенные Hyper-threading четырехъядерники Core i7, ни шести- и восьмиядерные CPU для платформы LGA2011 в данных играх не имеют никаких практичеcких преимуществ. А благодаря поддержке Hyper-threading неплохой игровой процессор может получиться даже из двухъядерного Core i3.

⇡#Участники тестирования

В первой части статьи объектом тестирования стали представители линейки Haswell Refresh для разъема LGA1150 и процессоры Haswell-E для платформы LGA2011-v3. Это было около девяти месяцев назад – формально немалый срок для компьютерной индустрии, однако в интересующем нас аспекте (игровая производительность в паре c дискретным GPU) две следующие итерации архитектуры Intel – Broadwell и Skylake – продвинулись вперед незначительно. А шести- и восьмиядерные CPU десктопного класса по-прежнему базируются на ядре Haswell, в этой категории Intel пока не представила ничего нового.

Это значит, что полученные данные, с которыми мы затем будем сравнивать результаты «камней» AMD, вполне актуальны в современных условиях и могут быть экстраполированы на линейку Skylake — с поправкой на несколько иную частотную сетку последней.

Напомним, каким образом мы отбирали участников тестирования из команды Intel и с какими настройками их испытывали. Из каждой группы мы взяли либо старшую модель, частота которой могла быть снижена ниже номинальной, либо одну из младших, обладающую разблокированным множителем (которую при необходимости разгоняли). В таблице эти CPU выделены жирным шрифтом.

Три младшие линейки Intel на ядре Haswell не имеют технологии Turbo Boost и под нагрузкой работают при постоянной частоте, что позволяет одному процессору в точности моделировать производительность всех остальных в своей группе. Однако быстродействие чипов Core i5 и i7, оснащенных технологией Turbo Boost, невозможно в точности отобразить с помощью старшей модели в каждом семействе, понижая ее частоту, т.к. множитель базовой частоты, в отличие от максимальной, не регулируется. По этой причине мы тестировали топовые чипы на верхней Turbo-частоте соответствующих моделей. Благо на практике Turbo Boost действует весьма агрессивно, и, за исключением тяжелой многопоточной нагрузки, интеловский CPU по большей части работает на частотах, недалеких от его верхнего лимита.

Поскольку Intel предлагает огромное многообразие CPU в настольной линейке Haswell, мы сократили массив значений Turbo-частоты, исключив совпадающие либо отстоящие от соседних лишь на 100 МГц позиции. В таблице выше указаны частоты, доступные каждому ядру по спецификациям Intel: на выделенных частотах проводились тесты.

Прим. Мы не смогли достать для тестов чип серии Core i3-41XX (от i3-43XX отличающийся объемом кеша L3), а процессор Pentium G3258, формально «разлоченный», отказался разгоняться множителем на тестовой платформе SABERTOOTH Z97 MARK 1, поэтому частоты свыше 3,2 ГГц на этом ядре испробованы не были.

Процессоры AMD, избранные для второй части «Процессорозависимости», входят в семейства Caveri/Godavari и Vishera. Первые более корректно называть APU в соответствии с номенклатурой производителя, и неспроста: львиную долю площади кристалла в них занимает интегрированный графический движок, а центральный процессор комплектуется двумя или одним модулем микроархитектуры Steamroller. Более современная и, вероятно, последняя итерация данной архитектуры – Excavator (ядро Carrizo) – пока зарезервирована за мобильными чипами AMD. Несмотря на все многообразие моделей APU, с точки зрения CPU линейка Caveri/Godavari описывается всего четырьмя значениями верхней частоты. Остальные различия между чипами по большей части сводятся к конфигурации интегрированной графики.

Ядро Vishera является вершиной развития линейки AMD FX в ее современном виде, но т.к. AMD покамест (до чаемого поклонниками марки появления архитектуры Zen) сосредоточила усилия на гибридных процессорах, десктопные CPU с двумя-четырьмя модулями и без встроенного GPU остановились на архитектуре Piledriver, наследниками которой являются Steamroller и Excavator. Соответственно, чипы AMD FX лишены привнесенных позднее оптимизаций конвейера x86, не говоря уже о других признаках устаревания платформы. В частности, FX не поддерживает шину PCIe версии 3.0.

Тестирование процессоров AMD мы проводили по методике, отработанной на чипах Intel. Были выбраны четыре чипа, венчающие каждую из представленных категорий CPU. Тактовая частота каждого из них была зафиксирована и приводилась в соответствие с верхней границей частоты, свойственной интересующим моделям в соответствующей линейке. Пункты, отстоящие от соседних на 100 МГц, были отброшены (за исключением A10-7870K, который был случайно протестирован на 4,0 и 4,1 ГГц – лишние данные решили сохранить).

Мы, впрочем, так и не смогли запустить чип FX-9590 на частоте 5 ГГц по причине его неуемного энергопотребления. В этом плане еще были какие-то надежды на башенный кулер Thermalright Archon, но материнская плата AsRock Fatal1ty 990FX Professional не смогла обеспечить требуемое напряжение питания CPU, в результате чего нам пришлось удовлетвориться частотой 4,7 ГГц.

Планы по тестированию бюджетных APU семейства Kabini были зарублены на корню потому, что платформа Socket AM1 поддерживает только слот PCIe 2.0 x4 для подключения дискретного GPU. Кроме того, частоты в диапазоне 1,3-2,2 ГГц и так не позволят этим чипам конкурировать с чем-либо более мощным, чем Intel Atom.

⇡#Тестовые стенды

ASUS A88X-PRO

AsRock Fatal1ty 990FX Professional

ASUS SABRETOOTH Z97 MARK 1

ASUS RAMPAGE V EXTREME

В предыдущей части статьи мы выбрали четыре игры из тестового пакета, который используем для тестирования видеоадаптеров, наиболее чувствительные к производительности центрального процессора: Battlefield 4, Thief, Company of Heroes 2 и Metro: Last Light. Разница в результатах, полученных на Celeron и Core i7, в них варьируется от 47 до 107 %. К слову, как мы еще увидим, одномодульные APU производства AMD в этом тесте опустятся даже ниже, чем двухъядерный Celeron на ядре Haswell.

Настройки игр были выбраны с таким расчетом, чтобы при довольно мощном тестовом GPU (GeForce GTX 980) частота смены кадров при разрешении 1920 × 1080 оказалась в диапазоне 60-80 FPS, а при относительно слабом (GeForce GTX 660) не опустилась ниже 30 FPS.

В целях совместимости с результатами, полученными в предыдущей части «Процессорозависимости», платформа AMD была протестирована с драйверами NVIDIA, актуальными на тот момент.