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

Введение. Методика тестирования

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.

Результаты тестирования. Выводы

⇡#Battlefield 4

Начнем с довольно оптимистичного для AMD теста, которым оказалась Battlefield 4, даже несмотря на весьма высокую частоту смены кадров (что обычно сдвигает нагрузку в сторону CPU). Предыдущие тесты на платформе Intel показали: все, что нужно BF 4, – это четыре ядра x86, которые также можно заменить двухъядерным Core i3 с поддержкой Hyper-threading.

После этого неудивительно, что и процессоры AMD с четырьмя и более ядрами обеспечивают практически такую же частоту смены кадров. Разве что младшие AMD FX 4000-й серии справляются чуть хуже остальных. Прискорбно низкие результаты выдал двухъядерник AMD A6 — вне зависимости от тактовой частоты.

⇡#Company of Heroes 2

CoH 2 – весьма тяжелая игра даже при отключенном полноэкранном сглаживании, и результаты тестов процессоров Intel показывают, что именно данный компонент в первую очередь ограничивает частоту смены кадров. Игра любит высокие тактовые частоты, равно как и большое количество ядер: при равных частотах прибавка пары ядер (вплоть до шести) заставляет FPS выстреливать вверх. Hyper-threading в процессорах Core i3 вновь продемонстрировал свою полезность.

К сожалению для поклонников конкурирующей марки, Core i3 и низковаттные разновидности Core i5 – лучшее, с чем могут сравниться процессоры AMD в данном бенчмарке, причем это касается только восьмиядерных чипов FX. Четырех- и шестиядерные FX вместе с APU семейства A10 здесь годятся в соперники разве что «Пентиумам» и «Селеронам».

Комментировать производительность двухъядерных A6 мы на этой игре, пожалуй, перестанем: во всех бенчмарках наблюдается такая закономерность, что A6 вне зависимости от частоты позволяет видеоадаптеру развить лишь вдвое более низкую частоту смены кадров, чем двухъядерник Celeron на ядре Haswell.

⇡#Metro: Last Light

Как и в случае с Battlefield 4, в данной игре количество ядер имеет решающее значение. Среди четырех-восьмиядерных процессоров Intel семейства Haswell только Core i5, частотный диапазон которого имеет более низкую начальную границу по сравнению с Core i7 (за счет низковаттных модификаций), демонстрирует слабовыраженную связь скорости смены кадров с частотой.

Двухъядерные процессоры Intel, напротив, успешно компенсируют недостаток параллелизма ростом тактовой частоты – вплоть до того, что Core i3 на частотах, соответствующих старшим модификациям, уже наступает на хвост младшим Core i5. Чипы Pentium и Celeron, лишенные подспорья в виде Hyper-threading и ограниченные в частотах, довольствуются существенно более скромными результатами.

В команде AMD восьмиядерные процессоры вновь стали подавать надежды, расположившись где-то между Core i5 и наиболее разогнанными Core i3. Удел A10 и четырехъядерных FX – бороться за место под солнцем с Pentium и Celeron. Шестиядерники из линейки AMD FX стоят где-то посередине между двумя предыдущими группами участников.

⇡#Thief

Thief по характеру процессорозависимости мало отличается от Metro: Last Light. Любой CPU Intel с четырьмя (и более) физическими ядрами достаточно хорош для этой игры. Судьбу двухъядерников решает тактовая частота. Core i3 благодаря Hyper-threading на высшей частоте подтягивается до уровня своих старших собратьев.

Восьмиядерные процессоры AMD FX вновь низведены до статуса соперников Core i3. На верхних для модельного ряда Intel частотах последние даже выходят за пределы результатов, доступных раскаленным от разгона «камням» AMD. Хорошая новость в том, что шестиядерный FX мало отличается от восьмиядерного на близкой тактовой частоте. Чипы A10 вместе с четырехъядерными AMD FX сопоставимы скорее с Pentium, чем с Celeron, – это тоже несколько более позитивный результат в сравнении с тем, как эти процессоры выступили в предыдущих бенчмарках.

⇡#Выводы

Идея провести столь масштабное тестирование процессоров AMD в игровых бенчмарках была основана на любопытных результатах, которые мы получили в предыдущей части «Процессорозависимости». Главный вывод, который можно сделать на основании тестов CPU Intel и который вообще подтолкнул нас к исследованию чипов AMD: наличие четырех процессорных ядер предотвращает появление бутылочного горлышка в связанной с ним части конвейера рендеринга. По этой причине для построения сбалансированного игрового ПК на платформе Intel выбор процессора очень прост: подходит любой CPU линейки Core i5 из актуальных предложений на ядре Haswell, Broadwell или Skylake.

Наиболее примечательно здесь то, что в трех из четырех игр (из того набора, который мы используем для тестирования дискретных видеокарт), где производительность CPU играет большую роль, тактовая частота действительно не является важным фактором для процессоров Intel с числом ядер от четырех и выше. Если взглянуть на графики зависимости частоты кадров от частоты CPU, то у Core i5 не выше отметки 3,4 ГГц наступает перегиб функции: дальнейшее нарастание частоты приносит все уменьшающиеся прибавки FPS.

Именно этот факт стал стимулом провести аналогичное тестирование CPU конкурирующей компании. Не возникает сомнений, что существующая линейка продуктов AMD не способна выдвинуть равных соперников чипам Intel в наиболее производительной категории десктопных CPU, но коль скоро все, что нужно играм, – это достаточно мощный процессор, мы надеялись, что им вполне может стать и чип AMD. Особенно перспективно в этом плане выглядели представители линейки FX-8000/9000. Как наиболее правильно считать ядра в архитектуре Bulldozer и ее производных (Piledriver, Steamroller, Excavator) – дискуссионный вопрос, но даже при использовании наиболее строго критерия (исключающего этапы конвейера, разделенные между ядрами внутри каждого модуля) любой восьмиядерник AMD можно рассматривать как аналог четырехъядерного чипа Intel.

Итак, в какой степени наши предположения были поддержаны практикой? Результаты тестов нуждаются в обширном комментировании, чтобы дать ответ на данный вопрос. Сделаем это поэтапно.

• В первую очередь стало ясно, что с точки зрения игр восьмиядерный процессор AMD FX имеет существенное преимущество перед шести- и четырехъядерными вариациями FX либо гибридных процессоров A-серии. Позиция шестиядерных FX при тех же частотах довольно непредсказуема: в некоторых играх они ничем не лучше своих четырехъядерных собратьев (CoH 2), в иных не уступают восьмиядерникам (Thief, Battlefield 4) либо стоят посередине (Metro: Last Light).

• В сравнении с Core i5 процессоры FX на высоких частотах действительно проявили себя неплохо, особенно с учетом того, что Vishera – уже довольно старое ядро, на два поколения отстающее от последней версии архитектуры AMD. Но в целом никаких удивительных результатов эти чипы AMD не выдали. Среди четырех бенчмарков, которые мы использовали, есть очень позитивный для AMD пример – Battlefield 4, где восьмиядерный FX отработал ничуть не хуже, чем интеловские Core i5 и Core i7. В иных играх (CoH2, Thief, Metro: Last Light) FX лишь только приближается к диапазону производительности, который занимают чипы Core i5 (включая версии с пониженным TDP!), и вынужден конкурировать с Core i3.

К слову, если бы линейка FX все-таки получила апгрейд до архитектуры Steamroller, то в данном наборе тестов это вряд ли существенно улучшило бы позиции AMD. К примеру, Battlefield 4 различает четырехъядерный FX на базе Piledriver и четырехъядерный APU A-серии с ядрами Steamroller, но в других играх их результаты практически совпадают. FX также мог бы упрочить свои позиции за счет более высокой тактовой частоты, но при техпроцессе 32 нм эти возможности уже фактически исчерпаны.

• Еще одно разочаровывающее открытие состоит в том, что чипы AMD далеко не так активно отзываются на прирост частоты, как, например Core i3, которому этот фактор позволяет в большой степени компенсировать недостаток физических ядер.
• Четырехъядерники AMD из серий FX и A во всех тестах, за исключением Battelfield 4, оказались на одном уровне с Celeron и Pentium. И опять-таки подъем частоты не позволяет вытянуть их выше.

• Одномодульные (двухъядерные) APU серии A6 в играх продемонстрировали чрезвычайно низкую производительность: частота кадров примерно вдвое ниже, чем тестовый GPU (GeForce GTX 980) может развить с младшими четырехъядерными процессорами.

Теперь посмотрим, как эти закономерности выражаются в рекомендациях по покупке и апгрейду. Мы ориентировались на современные игры класса ААА при максимальных настройках качества графики и разрешении 1920 × 1080 (со включенным или выключенным сглаживанием – в зависимости от конкретной игры) и видеокарту класса GeForce GTX 980. Последняя в сочетании с CPU Intel Core i5 или мощнее на частоте 3,4 ГГц способна выдать в этих играх частоту смены кадров от 60 до 90 FPS.

• Что произойдет, если Core i5 сменить на флагманский процессор AMD – FX-9590? Во всех тестовых играх, за исключением Battlefield 4, мы потеряем от 10 до 15 FPS. В результате на платформе AMD FX с восемью ядрами мы бы советовали ограничиться видеокартой уровня GTX 960 или Radeon R9 380X: все, что выше, уже имеет шансы упереться в производительность CPU. Это стоит взять на заметку обладателям железа с разъемом AM3+. В зависимости от ваших притязаний вам либо еще можно посидеть на старой платформе (при необходимости обновив или разогнав процессор), либо настало время сменить ее на что-либо более подходящее.
• В контексте покупки нового компьютера платформа AM3+ – конечно, сомнительный вариант, поскольку перспективы дальнейшего развития у нее исчерпаны, и тем, кто симпатизирует AMD, стоит дождаться появления продуктов на архитектуре Zen. Прямо сейчас взять новый процессор AMD FX вместе с соответствующей материнской платой можно, но только если вы точно знаете, что делаете. К примеру, восьмиядерники отлично себя проявляют в многопоточной целочисленной нагрузке: кодирование/декодирование мультимедийного контента, видеомонтаж и так далее. Если нужно именно это плюс неплохая производительность в 3D, то FX-8320 (тактовая частота – до 4 ГГц) с обязательным последующим разгоном при цене в $130 (на newegg.com) купить более выгодно, чем, к примеру, Core i3-4360 (до 3,8 ГГц) на ядре Haswell, фигурирующий в данном тесте ($149), либо новый i3-6300 (до 3,8 ГГц) на базе Skylake ($155). Версии AMD FX с более высокими штатными частотами, вплоть до FX-9590 (до 5 ГГц, $230) – не очень рациональный выбор, так как все чипы в этой линейке и так имеют разблокированный множитель и отлично гонятся.

• Четырехъядерные процессоры семейства FX для игрового компьютера со сравнительно мощной видеокартой подходят ничуть не лучше, чем чипы Celeron или Pentium. Как уже было показано в прошлой части статьи, производительности Celeron начинает недоставать при видеокарте класса GeForce GTX 660. Соответственно, из современных предложений хорошую компанию четырехъядерному процессору AMD FX могут составить такие видеокарты, как GeForce GTX 750 Ti, Radeon R7 260X либо R7 360. Внесем поправку на то, что FX все же быстрее Celeron, так что пределом возможностей для этого процессора будут GTX 950, R7 270 и R9 370. Однако покупать сегодня новый компьютер на базе четырехъядерной серии AMD FX было бы весьма странно. Как старшая модель – FX-4350 (частота до 4,3 ГГц, $90), так и младшая – FX-4300 (до 4 ГГц, $85) дороже топового Pentium G3258 (до 3,2 ГГц, $70) или G4400 (до 3,3 ГГц, $65), а результат в играх примерно такой же.

• Шестиядерники серии FX-6000 в контексте игровой производительности – это кот в мешке. В определенных случаях вы получите такие же результаты, как и с восьмиядерным CPU. Но возможна и другая ситуация, когда шесть ядер Piledriver ничем не лучше четырех, а вот восемь – совсем другое дело. Так что если вы по какой-либо причине собираетесь делать выбор в рамках платформы AMD FX, то лучше сразу нацелиться на восьмиядерный процессор.
• Такие же ограничения, как в случае с четырехъядерными AMD FX, применяются к APU серии A8/A10, что изрядно сужает перспективы их использования в связке с дискретной видеокартой. Впрочем, перечисленные выше видеоадаптеры обладают заметно большей графической производительностью сравнительно даже со старшими конфигурациями AMD A10, так что апгрейд графической подсистемы на данной платформе все же не лишен смысла.

• Что касается гибридных процессоров серии A6, то они обладают настолько низким быстродействием, что лучше оставить их работать со встроенным графическим ядром и о дискретной видеокарте вовсе не задумываться.