Обзор процессора Core i7-6900K: недофлагман

Анонс высокопроизводительных многоядерных процессоров Broadwell-E оказался в первую очередь интересен для энтузиастов, занимающихся многопоточными вычислениями. Intel решила сблизить старшие Core i7 с процессорами Xeon для рабочих станций, в результате чего старшая модель CPU для настольных систем получила десять ядер. С сильным акцентом на этой стороне Broadwell-E и был построен весь прошедший анонс. Что, впрочем, не так уж и удивительно: никаких других особых улучшений в дизайне Broadwell-E не появилось, да и микроархитектура Broadwell не отличается ни новизной, ни заметным превосходством по сравнению с Haswell. В итоге большинство обзоров, которые можно прочитать о новых решениях для платформы LGA2011-v3, касаются исключительно десятиядерного флагмана – Core i7-6950X Extreme Edition.

В то же время назвать Core i7-6950X самым востребованным процессором в ряду новинок вряд ли возможно. Да, десять вычислительных ядер – это огромная и даже небывалая мощь по меркам настольных систем, но стоимость процессора с таким арсеналом, установленная микропроцессорным гигантом на уровне $1 723, выходит за все границы разумного. Иными словами, тестирование такого процессора действительно интересно с позиций теории, но на практике гораздо важнее, как обстоит дело с производительностью более доступных вариантов. К сожалению, Intel отказалась предоставить нам для исследования дополнительные образцы Broadwell-E. Но на выручку пришёл наш давний партнёр, компания «Регард», на складе которой необходимые процессоры как раз нашлись. Благодаря этому сегодня мы имеем возможность продолжить разговор об обновлении платформы LGA2011-v3 и подробно познакомиться со вторым представителем в семействе Broadwell-E – процессором Core i7-6900K.

Да, Core i7-6900K – не десятиядерник, но тем не менее тоже весьма респектабельная модель, располагающая массивом из восьми вычислительных ядер с поддержкой технологии Hyper-Threading. Особого же внимания она заслуживает потому, что если исходить из характеристик, то Core i7-6900K представляет собой современную замену для прошлого флагмана из поколения Haswell-E, Core i7-5960X. Причём у этих процессоров не толькосовпадает количество ядер, но и стоимость похожа– они оба оценены в сумму, близкую к $1 000, с которой энтузиасты высокой производительности, можно сказать, уже свыклись.

⇡#Core i7-6900K: подробности

Начинать рассказ о любых потребительских процессорах в LGA2011-v3-исполнении следует с напоминания о том, что в действительности эта десктопная платформа является не столько самостоятельной ветвью развития, сколько адаптированной версией серверной платформы. В варианте для настольных систем не поддерживаются многопроцессорные конфигурации и нет совместимости с регистровой памятью, но в остальном между Broadwell-E и младшими модификациями процессоров серии Broadwell-EP можно провести очень близкие параллели. Вплоть до того, что все Core i7 для LGA2011-v3 базируются на том же самом полупроводниковом кристалле, что и процессоры Xeon E5 v4 с числом ядер не более восьми.

Поэтому не стоит удивляться, что, в то время как массовые процессоры уже давно переехали на микроархитектуру Skylake, свежие высокопроизводительные решения базируются на микроархитектуре прошлого поколения – Broadwell. Связано это в первую очередь с тем, что серверные клиенты Intel требуют стабильности и поддержки актуальности платформы в течение большего времени, чем это принято в десктопах, в результате чего развитие в этой сфере несколько тормозится. Но зато можно быть полностью уверенным в защите инвестиций: в течение как минимум ближайшего года Broadwell-E останутся самым быстрым предложением Intel для ПК.

В том, что микроархитектура Skylake не попала в высокопроизводительные процессоры для энтузиастов, на самом деле нет никакой катастрофы. Напротив, именно благодаря этому старая платформа LGA2011-v3 и набор системной логики Intel X99, представленные ещё летом 2014 года, сохранили полную совместимость с новинками. Да, производители материнских плат увидели в выпуске Broadwell-E отличный повод для обновления своих продуктов, но старые платы, представленные с Haswell-E, тоже способны работать с процессорами вроде Core i7-6900K после обновления прошивки. Что же касается уровня быстродействия, то микроархитектура Skylake эффективнее Broadwell не слишком заметно, и вполне можно говорить о том, что здесь энтузиасты теряют не много. Подобным образом обстоит дело и с прочими потребительскими характеристиками, ведь переход на 14-нм техпроцесс, способный заметно повлиять на энергоэффективность и частотный потенциал, состоялся как раз в поколении Broadwell.

Всё сказанное верно как для Core i7-6950X, который прошёл через нашу лабораторию чуть ранее, так и для рассматриваемого в этом обзоре Core i7-6900K. Ведь эти два процессора различаются лишь по числу ядер и тактовым частотам. В их основе лежит один и тот же полупроводниковый кристалл LCC с той лишь разницей, что в восьмиядерном варианте аппаратно отключено два ядра и два блока кеша, из-за чего ёмкость его кеш-памяти третьего уровня составляет не 25, а 20 Мбайт.

Зато в сравнении с Core i7-5960X поколения Haswell-E новый Core i7-6900K выглядит вполне выигрышно. Конечно, нельзя сказать, что между микроархитектурами Haswell и Broadwell есть существенная разница в плане удельной производительности. И более того, по большинству характеристик – числу вычислительных ядер, размеру кеша, числу линий PCI Express, строению подсистемы памяти, расчётному тепловыделению и проч. – между этими представителями семейств Haswell-E и Broadwell-E различий нет. Но внедрённый в Broadwell техпроцесс с 14-нм нормами и трёхмерными транзисторами второго поколения кое-что да значит. Например, он позволяет поднять тактовые частоты, не затронув при этом границы теплового пакета.

Как видно из приведённой таблицы, частоты восьмиядерного процессора Core i7-6900K стали на 200 МГц выше, чем у Core i7-5960X, и достигли величин, характерных для шестиядерников поколения Haswell-E. Кроме того, не стоит забывать и о новой технологии Turbo Boost Max 3.0, которая может выводить одно из ядер Core i7-6900K (как и в других Broadwell-E) на частоту 4,0 ГГц.

Представители семейства Broadwell-E могут похвастать и ещё одним усовершенствованием – улучшенным четырёхканальным контроллером памяти. С формальной точки зрения это значит, что в процессоре Core i7-6900K появилась официальная поддержка стандарта DDR4-2400 и совместимость с модулями объёмом по 16 Гбайт. Но по факту контроллер памяти получил к тому же и более гибкие настройки в плане выбора режимов, а также возможность разгона DDR4 SDRAM до более высоких, нежели раньше, частот. В частности, максимальная частота памяти, которую можно установить в LGA2011-v3-системе на базе Core i7-6900K без увеличения частоты BCLK, теперь достигает 4000 МГц.

Официальная цена Core i7-6900K установлена в $1 089. Это на $90 дороже, чем стоил и стоит Core i7-5960X, но зато на целых $634 меньше, чем Intel просит за десятиядерный флагман Core i7-6950X. В результате Core i7-6900K выглядит в линейке Broadwell-E выгоднее старшего предложения: он на 37 процентов дешевле при том, что предлагаемое им число ядер меньше всего лишь на 20 процентов.

Вместе с тем Intel всё же позиционирует Core i7-6900K как процессор немного более высокого уровня, чем Core i7-5960X из прошлого поколения. Но более совершенная микроархитектура вряд ли сыграла при этом какую-то роль. Да, в Broadwell были улучшены алгоритмы предсказания ветвлений и увеличены основные внутренние буферы, плюс в ней добавились более быстрые схемы выполнения инструкций умножения и деления. Однако всё это даёт лишь смешной трёхпроцентный прирост удельной производительности. Поэтому превосходство Core i7-6900K определяется прежде всего его частотами. И об этом следует поговорить подробнее.

⇡#Core i7-6900K: тактовая частота и Turbo Boost Max 3.0

Формально номинальная тактовая частота Core i7-6900K установлена в 3,2 ГГц. Однако на практике при максимальной нагрузке этот процессор работает на частоте 3,5 ГГц. Так сказывается поддержка этим процессором технологии Turbo Boost 2.0, которая увеличивает частоту на несколько шагов в том случае, если к этому нет никаких явных противопоказаний со стороны температурного режима.

Скриншот CPU-Z отображает типичное состояние Core i7-6900K: частота 3,5 ГГц при напряжении питания порядка 1,1 В.

Технология Turbo Boost 2.0 в определённых условиях позволяет процессору разгоняться и сильнее. Если работой занято лишь одно или два ядра восьмиядерного процессора, а остальные ядра находятся в состоянии простоя, то частота может быть динамически повышена до 3,7 ГГц.

Обратите внимание, вместе с частотой наращивается и напряжение питания, но, поскольку высокая нагрузка затрагивает лишь одно-два ядра, процессор заведомо остаётся в рамках установленного 140-ваттного теплового пакета.

Надо сказать, что технология Turbo Boost 2.0 подобным образом работала и у Core i7-5960X. Разница фактически лишь в конкретных значениях частот – более новый 14-нм чип Core i7-6900K в любом состоянии быстрее на 200 МГц. И такой шестипроцентный прирост частоты вряд ли бы мог стать сколь-нибудь серьёзным аргументом в пользу новинки, однако одним лишь им дело не ограничивается. На привычную технологию Turbo Boost 2.0 разработчики Intel навернули ещё более мощный форсированный турборежим – технологию Turbo Boost Max 3.0.

Суть Turbo Boost Max 3.0 состоит в том, что при однопоточной нагрузке процессор разрешается выводить на ещё более высокую частоту – 4,0 ГГц. Однако такой автоматический разгон не мог быть реализован в рамках Turbo Boost 2.0, потому что он допустим не для всего процессора в целом, а лишь для одного его конкретного ядра. Чтобы реализовать такой усиленный турборежим, Intel в процессе производства выявляет на полупроводниковом кристалле наиболее податливое в частотном плане ядро и особым образом помечает его, разрешая увеличивать его частоту существеннее, чем для всех остальных ядер. И когда нагрузка ложится на это конкретное ядро, а остальные ядра CPU простаивают, частота в рамках Turbo Boost Max 3.0 повышается до 4,0 ГГц.

Иными словами, Turbo Boost Max 3.0 принципиально отличается от Turbo Boost 2.0 как минимум тем, что это решение жёстко привязано к одному специально отобранному процессорному ядру. Поэтому правильное функционирование этой технологии требует дополнительной поддержки со стороны операционной системы, которая должна понимать, что одно из ядер в Broadwell-E лучше остальных, и переносить на него всю однопоточную нагрузку. К сожалению, текущие версии ОС так работать не умеют, и для функционирования Turbo Boost Max 3.0 необходимо использовать дополнительный драйвер, предлагаемый компанией Intel.

Стоит отметить, что на данный момент этот драйвер нельзя назвать исчерпывающим решением, но альтернативы попросту нет – для операционной системы все ядра всегда равноправны. Проблема же с драйвером заключается в том, что он проверяет нагрузку лишь через определённые интервалы времени (по умолчанию – раз в секунду) и переносит на быстрое ядро лишь те процессы, которые отнимают более 90 процентов ресурсов одного ядра. Иными словами, пока это больше похоже на некий “костыль”, поскольку драйверу явно не хватает более тесной интеграции с диспетчером задач. Впрочем, со временем врождённая поддержка Turbo Boost Max 3.0 наверняка будет добавлена в актуальные версии Windows через систему обновлений.

Кроме того, правильная работа Turbo Boost Max 3.0 зависит и от BIOS материнских плат, в которых должно быть правильно реализовано независимое управление множителями ядер процессора. В теории третья версия турборежима является надстройкой над второй версией. То есть Turbo Boost Max 3.0 не отменяет Turbo Boost 2.0, а лишь добавляет ещё один более быстрый режим, который активируется исключительно при однопоточной нагрузке. По факту же производители плат могут трактовать Turbo Boost Max 3.0 более вольно. Например, в период нашего первого знакомства с процессором Core i7-6950X тестовая материнская плата ASUS X99-Deluxe при включении новой технологии авторазгона вне зависимости от нагрузки дополнительно увеличивала скорость всех ядер CPU, а такого быть не должно. К счастью, в свежих обновлениях прошивки ситуация исправлена, и теперь Turbo Boost Max 3.0 на нашей тестовой платформе функционирует ровно так, как и должна.

Что же касается Core i7-6900K, то в каноническом варианте работа Turbo Boost Max 3.0 для него должна выглядеть следующим образом:

Как видите, здесь однопоточная нагрузка перенесена на ядро Core7 (оно у нашего Core i7-6900K оказалось наиболее удачным), и его частота увеличена до 4,0 ГГц. При этом напряжение питания процессора повышено до очень высокой величины – 1,243 В. Такое серьёзное завышение должно стать гарантией стабильности CPU. Но процессор при этом остаётся в рамках теплового пакета как за счет того, что остальные ядра не работают, так и благодаря особенной «удачности» Core7.

Получается, что внедрением Turbo Boost Max 3.0 компания Intel выдавила из Broadwell-E последний частотный потенциал, который эти процессоры могут предложить в рамках установленных границ тепловыделения и энергопотребления. И невозможность достижения 4 ГГц в рамках старой технологии Turbo Boost 2.0 только подчёркивает это. Вдумайтесь только: для работы процессора при однопоточной нагрузке с такой частотой приходится специально выбирать самое лучшее ядро из восьми!

⇡#Разгон

Изучение разгонного потенциала старшего Broadwell-E, Core i7-6950X, стало в своё время поводом для разочарования. Полноценно он разогнался лишь до 3,9 ГГц, а для того, чтобы выжать из этого процессора хотя бы 4,3 ГГц, нам пришлось существенно затормаживать его при исполнении AVX-инструкций, что не могло не нанести удар по реальной производительности. Однако скромный частотный потенциал Core i7-6950X можно было списать на его радикальную многоядерность. Нет никаких сомнений в том, что десять вычислительных ядер, работающих одновременно, способны генерировать очень много тепла, которое, естественно, создаёт существенные препятствия на пути покорения высоких тактовых частот.

Другое дело – более простой Core i7-6900K, у которого ядер на два меньше. С ним разгон может пойти веселее, к тому же практический опыт оверклокинга такого процессора можно сопоставить с результатами разгона восьмиядерного Core i7-5960X, который мы в своё время смогли вывести на отметку в 4,2 ГГц без всяких сомнительных ухищрений.

Впрочем, возлагать на Core i7-6900K особенно большие надежды всё же не стоит. По сравнению с Core i7-5960X он перешёл на более современный техпроцесс с 14-нм нормами, и на самом деле это вряд ли стоит считать явным плюсом. Практика подсказывает, что новые производственные технологии уже давно не обеспечивают увеличения частотного потенциала. Более того, процессоры Broadwell-C в LGA1150-исполнении, с которыми нам довелось познакомиться прошлым летом, оказались с точки зрения оверклокинга наихудшими предложениями Intel за последние несколько лет. Конечно, с тех пор прошло немало времени, и Intel вполне могла отшлифовать свой передовой техпроцесс, но в случае с Broadwell-E дело осложняется ещё и тем, что площадь полупроводникового кристалла по сравнению с Haswell-E уменьшилась примерно на 30 процентов, и это закономерно увеличивает плотность теплового потока, от которого необходимо избавляться при работе процессора в ресурсоёмких задачах. И пусть в Core i7-6900K, как и в других LGA2011-v3-процессорах последнего поколения, в качестве внутреннего термоинтерфейса используется припой на основе индия, никаких гарантий высокого разгона это не даёт.

Результаты натурного эксперимента по разгону Core i7-6900K подтвердили все изложенные выше опасения. Его беспроблемного функционирования без перегрева нам удалось добиться лишь при максимальной частоте 4,0 ГГц.

Как видно по приведённому скриншоту, для проверки стабильности мы использовали утилиту LinX 0.6.8. Для охлаждения же процессора использовался традиционный двухбашенный воздушный кулер Noctua NH-D15.

Работа Core i7-6900K на частоте 4,0 ГГц потребовала повышения его напряжения питания до 1,2 В, но температура в таком состоянии во время прохождения теста на стабильность не превышала 93 градусов. Это – вполне приемлемый режим в том числе и для долговременной эксплуатации, так как троттлинг у Broadwell-E включается при 100-градусной температуре.

Однако разгон до 4,0 ГГц, честно говоря, каким-то солидным достижением совсем не кажется. Мало того, что Core i7-5960X разгонялся лучше, к тому же и частота 4,0 ГГц для Core i7-6900K– это номинальный потолок для технологии Turbo Boost Max 3.0. То есть, по большому счёту, наш разгон лучше официального турборежима лишь тем, что он позволяет держать 4-гигагерцевую частоту в том числе и при многопоточной нагрузке. То есть все высказанные опасения подтвердились: в оверклокинге Core i7-6900K проигрывает своему предшественнику, Core i7-5960X.

Впрочем, не следует забывать о том, что процессоры поколения Broadwell-E приобрели новые оверклокерские возможности, например большую гибкость настроек множителей. Они не только позволяют устанавливать различную частоту для разных ядер, но и умеют сбрасывать свою скорость на AVX-операциях, которые провоцируют наиболее сильные выбросы тепла, вызывающие критический перегрев процессора. Так, воспользовавшись этой возможностью и заметно срезав производительность векторных команд, в прошлом тестировании Broadwell-E мы смогли довести частоту десятиядерника Core i7-6950X до 4,3 ГГц. Однако такой подход хорош лишь для формального разгона, а не для повседневной работы. На практике высокопроизводительные LGA2011-v3-системы нередко имеют дело с ресурсоёмкими приложениями для создания и обработки контента, а в таких задачах AVX-инструкции применяются очень часто. Поэтому на этот раз мы решили постараться обойтись без чрезмерного затормаживания процессора на векторной нагрузке. Вместо этого мы предприняли попытку дополнительно разогнать Core i7-6900K выше 4-гигагерцевой границы, зафиксировав его частоту при работе с AVX-инструкциями на уже достигнутом рубеже.

Однако не слишком вдохновляющие результаты принёс и такой подход. Стабильность при нагрузке, свободной от AVX-команд, с напряжением Vcore, равным 1,2 В, оказалась достижима лишь при частоте 4,1 ГГц. Больший разгон требовал дополнительной прибавки к напряжению питания, но она, в свою очередь, приводила к перегреву процессора под AVX-нагрузкой на частоте 4,0 ГГц.

В результате нам пришлось смириться с тем, что предел разгона Core i7-6900K с использованием производительного воздушного охлаждения находится в окрестности 4 ГГц и представители семейства Broadwell-E в оверклокинге проявляют себя хуже, чем Haswell-E. Что же касается нашего экземпляра, то на комбинированной частоте 4,0-4,1 ГГц (в зависимости от AVX-нагрузки) он продемонстрировал свою полную работоспособность, и в тестах производительности вы найдёте его показатели в таком режиме.