Обзор процессора Intel Core i7-7820X: ответные меры

Если исходить из этой таблицы, то наиболее выгодными многоядерными процессорами Intel на данный момент выступают восьмиядерник Core i7-7820X и его шестиядерный собрат. Но если учесть скорое появление массовых шестиядерных процессоров поколения Coffee Lake, Core i7-7800X смотрится не слишком интересно, а вот Core i7-7820X может действительно стать одним из самых удачных и популярных процессоров для новой платформы. Поэтому продолжить знакомство с семейством Skylake-X мы решили именно тестированием Core i7-7820X. Сможет ли новый восьмиядерный LGA2066-процессор Intel стоимостью $600 навязать конкуренцию 500-долларовому восьмиядерному Ryzen 7 1800X, мы и проверим в этом материале.

⇡#Подробнее о Core i7-7820X

Покуда на рынок не пришёл восьмиядерный Ryzen Threadripper 1900X, появление которого ожидается в конце августа, в магазинах можно наблюдать три высокопроизводительных восьмиядерных процессора, способных заинтересовать энтузиастов. Помимо Core i7-7820X для новой платформы LGA2066, это – пока не успевший исчезнуть его LGA2011-3-предшественник Core i7-6900K, а также дерзкий Ryzen 7 1800X, венчающий серию восьмиядерников с микроархитектурой AMD Zen для платформы Socket AM4. Характеристики этой троицы сведены в таблице:

Если исходить из формальных спецификаций, то Core i7-7820X на фоне прошлого HEDT-восьмиядерника, Core i7-6900K, представляется куда более интересным процессором. И дело не только в значительно более привлекательной цене, которая теперь позволяет вписать высокопроизводительную платформу с интеловским восьмиядерником, LGA2066-материнской платой и памятью в 1000-долларовый бюджет.

Ещё сильнее бросается в глаза другое преимущество Core i7-7820X: заметно возросшие тактовые частоты. По сравнению с аналогичным представителем поколения Broadwell-E восьмиядерный Skylake-X получил примерно на 15 процентов более высокие рабочие частоты, что, вне всяких сомнений, должно сказаться на быстродействии. Кроме того, не стоит забывать, что дополнительный прирост в производительности новинки обеспечивают и имеющиеся улучшения на микроархитектурном уровне. В Skylake по сравнению с Broadwell были сделаны важные изменения во входной части исполнительного конвейера: в более новой микроархитектуре увеличились объёмы основных внутренних буферов, что позволило поднять результативность предсказания ветвлений и эффективность внеочередного выполнения инструкций. Это добавляет ещё несколько дополнительных процентов к удельной производительности новинок.

Но и это ещё не всё. В связи с появлением в новых процессорах 512-битных регистров и поддержки набора инструкций AVX-512, в них увеличилась скорость работы с данными. Skylake-X позволяет выполнять за такт две 64-байтовые загрузки из L1D-кеша и одно 64-байтовое сохранение, что вдвое больше, чем могли себе позволить процессоры поколения Broadwell-E. Попутно была увеличена и ширина шины, связывающая кеш-память первого и второго уровней.

Поэтому в конечном итоге Core i7-7820X должен быть заметно быстрее предшественника, причём при работе в рамках того же самого 140-ваттного теплового пакета. Впрочем, тут стоит сделать ремарку о том, что, как мы видели на примере Core i9-7900X, TDP 140 Вт для Skylake – это совсем не те 140 Вт, которые были раньше. В реальности новые процессоры стали заметно прожорливее.

При этом нельзя не упомянуть, что на таком фоне очень неплохо смотрится Ryzen 7 1800X. Его частоты не сильно уступают частотам Core i7-7820X, но декларируемое тепловыделение заметно ниже. Правда, по удельной производительности на ядро интеловские процессоры всё-таки немного лучше. Выигрывают интеловские восьмиядерники и с точки зрения подсистемы памяти. Они обладают четырёхканальным контроллером DDR4 SDRAM, в то время как у Ryzen 7 контроллер лишь двухканальный. Кстати, контроллер памяти процессоров Skylake-X лучше и по сравнению с Broadwell-E: он приобрёл поддержку более высоких частот памяти в номинальном режиме, а при разгоне вообще способен работать с практически любыми существующими в природе высокоскоростными модулями DDR4 SDRAM.

Получил Core i7-7820X и новую подсистему кеш-памяти. Как и в других Skylake-X, L2-кеш в этих процессорах расширен с 256 до 1024 Кбайт с одновременным увеличением степени ассоциативности до 16, а L3-кеш, напротив, урезан по объёму с 2,5 до 1,375 Мбайт на ядро. Однако при этом изменилась и организация кеша третьего уровня: он перестал быть инклюзивным и работает теперь по принципу виктимного кеша, то есть не имеет предварительной выборки, а лишь принимает вытесненные из L2 данные. Intel утверждает, что такая схема в целом не ухудшила эффективность кеширования, а, напротив, даже улучшила, потому что позволяет хранить больше данных поблизости от вычислительных ядер. Однако как показали подробные тесты, не всё так однозначно, поскольку латентность L2- и L3-кеша у Skylake-X по сравнению с Broadwell-E стала на несколько тактов выше.

Ещё большее недоумение вызывает встроенный в Core i7-7820X контроллер шины PCI Express 3.0. По какой-то причине Intel решила отнести свой новый восьмиядерник к числу процессоров с урезанными возможностями расширения и оставила ему лишь 28 линий из потенциально предусмотренных в Skylake-X 44. Поэтому Core i7-7820X не поддерживают конфигураций из пар видеокарт по полноценной схеме PCIe x16 + x16, а может лишь предложить упрощённый вариант PCIe x16 + x8. Это особенно обидно на фоне того, что старый Core i7-6900K поколения Broadwell-E предлагает полный набор из 40 линий PCI Express. Впрочем, альтернативная платформа Socket AM4 с процессором Ryzen 7 проигрывает по числу линий PCI Express и старому Core i7-6900K, и новому Core i7-7820X.

Продолжить разговор об урезанных возможностях Core i7-7820X заставляет и ещё один «мутный» момент. Процессоры Skylake-X стали первыми десктопными CPU, умеющими работать с 512-битными регистрами. Причём в теории они способны выполнять 512-битные AVX-512-инструкции с тем же темпом, что и 256-битные AVX2-команды. Для этого в микроархитектуре Skylake-X предусмотрено два пути для их исполнения: на первых двух исполнительных портах, изначально способных обрабатывать 256-битные FMA-инструкции, которые теперь могут объединяться для совместной работы с 512-битными данными, а также на новом дополнительном 512-битном FMA-устройстве в пятом исполнительном порту. Таким образом, базовый вариант микроархитектуры Skylake-X теоретически позволяет выполнять до 64 операций одинарной точности (или до 32 операций двойной точности) за такт – вдвое больше, чем Broadwell-E.

При этом некоторым обозревателям Intel сообщила, что всё сказанное верно исключительно для процессоров, относящихся к классу Core i9, а в Core i7-7820X поддержка AVX-512 якобы ограничена по скорости, и исполнение 512-битных инструкций в пятом порту заблокировано. Иными словами, утверждается, что, хотя Core i7-7820X и может работать с AVX-512, делает он это вдвое медленнее.

Однако практические измерения производительности работы AVX-512-алгоритмов на Core i7-7820X заставляют усомниться в справедливости интеловских заявлений. Дело в том, что при включении поддержки 512-битных инструкций реальные тесты демонстрируют у Core i7-7820X примерно такой же прирост быстродействия, как и у Core i9-7900X. А это значит, что, вопреки заявлениям Intel, реализация AVX-512 у Core i7-7820X совершенно полноценная. В подтверждение приведём результаты синтетического теста Processor Multimedia из пакета SiSoft Sandra, выполненного в идентичных системах с процессорами Core i9-7900X и Core i7-7820X. Этот простой бенчмарк измеряет скорость построения множества Мандельброта с использованием различных наборов команд.

Применение в расчётах инструкций из набора AVX-512 даёт примерно одинаковый прирост производительности как у Core i9-7900X, так и у Core i7-7820X. Это позволяет утверждать, что реализация AVX-512 в обоих процессорах семейства Skylake-X выполнена на микроархитектурном уровне одинаково и Core i7-7820X имеет полноценную в смысле быстродействия их поддержку. Иными словами, все утверждения производителя об отключении одного из двух путей исполнения AVX-512 в LGA2066-процессорах класса Core i7 не находят реальных подтверждений.

⇡#Частоты, напряжения, температуры

Этот раздел появился в рассказе о Core i7-7820X в связи с тем, что регулирование тактовой частоты и рабочего напряжения у процессоров Skylake-X несколько отличается от того, к чему мы привыкли. Теперь Intel использует три разных множителя при работе процессора со скалярными или SSE-инструкциями, с AVX/AVX2-инструкциями и с AVX-512-инструкциями. Энергоёмкость этих инструкций существенно различается, поэтому для каждого режима устанавливается своя частота турборежима и, соответственно, свой уровень напряжения ядра. Как следствие, это влияет и на температурный режим.

Мы проверили, как ведёт себя наш экземпляр Core i7-7820X с нагрузкой разного характера при использовании для отвода тепла системы жидкостного охлаждения Corsair Hydro Series H115i, и вот что получилось.

При обычной многопоточной нагрузке, не использующей ни AVX2, ни AVX-512-инструкции, частота Core i7-7820X находится на отметке 4,0 ГГц. Используется напряжение 1,052 В, максимальная температура при тестировании в старой версии LinX 0.6.4 не выходит за отметку в 67 градусов.

Если приложение, нагружающее процессор, использует AVX/AVX2-инструкции, частота процессора снижается до 3,7 ГГц. Напряжение при такой частоте составляет 1,003 В, но максимальная температура, которая фиксируется в LinX 0.7.0 (с поддержкой AVX2), – чуть выше, чем в предыдущем случае, и достигает 69 градусов.

Самый тяжёлый для процессора режим – выполнение инструкций AVX-512. В этом случае рабочая частота падает до 3,5 ГГц, то есть даже ниже номинала. Напряжение питания процессорных ядер при этом снижается до 0,974 В, но температура всё равно оказывается заметно выше, чем в двух предыдущих случаях. При прохождении тестирования в LinX 0.7.3 (с поддержкой AVX-512) она достигает 75 градусов.

⇡#Разгон

Ситуация с разгоном процессоров Skylake-X складывается неоднозначная. По сравнению с теми интеловскими высокопроизводительными CPU, с которыми приходилось иметь дело раньше, теперь добавилось две проблемы: чрезвычайно энергоёмкие инструкции AVX-512 и неадекватно малоэффективная термопаста под крышкой. Поэтому, когда одно накладывается на другое, оказывается, что сколь-нибудь значительно разогнать Skylake-X практически невозможно.

В Сети можно найти массу обзоров, в которых демонстрируется оверклокинг Skylake-X до частот порядка 4,6-4,8 ГГц. Однако беда таких обзоров в том, что их авторы никогда не проводят полноценной проверки системы на стабильность, а такая частота на самом деле годится только для режимов работы процессора, где не задействуются никакие векторные инструкции с 256- или 512-битной разрядностью. Если же проверять стабильность по-честному, то окажется, что в реальности Skylake-X разгоняются значительно хуже из-за сильного нагрева под высокой нагрузкой и невозможности отвести образующееся тепло от процессорного кристалла.

На данный момент существует лишь одна утилита для проверки стабильности, которая создаёт критическую нагрузку на процессоры с применением инструкций семейства AVX-512. Это – LinX версий 0.7.2 и старше. И если ориентироваться на прохождение тестирования в ней, то максимальный результат разгона Core i7-7820X окажется на уровне 4,0 ГГц.

Именно такую максимальную частоту мы смогли выжать из нашего экземпляра Core i7-7820X с использованием для отвода тепла серийной СВО Corsair Hydro Series H115i. Напряжение для прохождения теста пришлось увеличить до 1,1 В, но температура всё равно достигала 100 градусов, что достаточно близко к критическому 105-градусному пределу Skylake-X, при котором активируется троттлинг. Такой результат оказался немного лучше разгона Core i9-7900X, который смог работать при частоте всего лишь 3,8 ГГц, однако качественно картина с оверклокингом не поменялась. Очевидно, лучшие достижения возможны лишь после проведения скальпирования и замены термоинтерфейса, но в рамках данного тестирования к такому приёму мы пока решили не прибегать.

Впрочем, на данный момент инструкции AVX-512 распространены не так сильно. Фактически используются они лишь в небольшом числе приложений для перекодирования видео (в первую очередь основанных на кодеке x264), поэтому частотой процессора в случае работы с такими инструкциями во многих случаях можно пожертвовать. Собственно, так делает даже сама Intel: напомним, хотя это нигде и не афишируется, реальная частота Core i7-7820X при включении AVX-512 снижается на 500 МГц и находится даже ниже номинального значения.

Поэтому разгон Skylake-X рациональнее проводить по-другому – используя более низкие множители тогда, когда процессор загружается векторными инструкциями. Архитектура Skylake-X это позволяет: в BIOS любых LGA2066-материнских плат для таких процессоров предусматривается два вспомогательных корректирующих вычитаемых, которые применяются к базовому коэффициенту умножения при исполнении инструкций из наборов AVX2 и AVX-512.

Есть и ещё одна хитрость. Разгон с разными множителями, зависящими от типа вычислительной нагрузки, лучше всего проводить, используя относительный метод установки процессорных напряжений Offset. В этом случае напряжение регулируется материнской платой пропорционально множителю, и в режимах, когда будут включаться инструкции AVX2 и AVX-512, будет снижаться не только частота, но и напряжение, что позволит избежать перегрева при сравнительно небольшом отличии частоты относительно «обычного» разгона. В противном же случае при выборе единого значения напряжения для всех режимов ускорение в результате разгона рискует оказаться лишь частичным, поскольку частоты при исполнении «горячих» векторных инструкций придётся снижать даже ниже номинального значения.

Стоит сказать, что подбор сразу трёх частот, да ещё и корректирующей дельты для напряжения питания процессора – трудоёмкий и не всегда успешный процесс. Проблема заключается в том, что увеличение разрыва между базовой частотой и частотами в AVX-режимах приводит к нарастанию разницы в подаваемом напряжении, и далеко не факт, что полученное в итоге сочетание параметров не приведёт к перегреву процессора или не окажется нестабильным.

Например, при использовании для нашего процессора базовой частоты 4,6 ГГц, при которой он проходил тесты стабильности в программах, не задействующих векторные инструкции, подходящее снижение множителя AVX-512 подобрать так и не получилось. Зато это удалось сделать, отталкиваясь от частоты 4,5 ГГц при добавке к напряжению питания в режиме Offset дополнительных 0,05 В и при включении функции Load-Line Calibration в состояние Level 3.

Тестирование в Prime95 29.2 с отключёнными AVX-инструкциями хотя проходит и на грани, но без проблем и троттлинга. Напряжение процессора оказывается на уровне 1,26 В, температура не превышает разрешённый максимум в 105 градусов, вплотную приближаясь к нему.

Для режима с AVX потребовалось снижение множителя на 3. На частоте 4,2 ГГц тестирование в LinX 0.7.0, где такие инструкции активно задействуются, какой-либо нестабильности не выявляло.

Напряжение питания, определённое через установку Offset, оказалось на уровне 1,156 В, что позволило максимальной температуре на выходить за отметку в 97 градусов.

Для AVX-512 множитель пришлось корректировать ещё более значительно. Максимальная частота, при которой процессор был способен пройти тестирование в LinX 0.7.3 – утилите, поддерживающей AVX-512, – составила лишь 3,7 ГГц. То есть в данном случае вычитаемое для множителя AVX-512 устанавливалось в значение 8.

Напряжение в таком состоянии составляло 1,055 В, температура не превышала 87 градусов. Однако на более высокой частоте наш экземпляр Core i7-7820X проверку в LinX 0.7.3 уже не проходил – для стабильности не хватало напряжения. Но просто повысить его невозможно, так как тогда бы процессор перегревался в режиме без AVX-инструкций.

В конечном итоге для Core i7-7820X был достигнут комбинированный разгон до 4,5/4,3/3,7 ГГц, что где-то на 6-16 процентов лучше режима по умолчанию. И это позволяет сделать вывод, что восьмиядерный Core i7-7820X мало отличается по оверклокерскому потенциалу от десятиядерного Core i9-7900X. Впрочем, в этом нет ничего удивительного: оба процессора базируются на одном и том же полупроводниковом кристалле LCC. А это значит, что с точки зрения простого разгона, который можно было бы использовать на постоянной основе в рабочем компьютере, Core i7-7820X не может предложить ничего особенного. Если использовать серийные системы охлаждения и не скальпировать CPU, то частоты, при которых можно быть уверенным в полной стабильности, не слишком отличаются от номинальных. Причём сама процедура разгона требует учета многих нюансов вроде скачкообразного роста тепловыделения при активации векторных инструкций и требует тонкой подстройки поведения системы под все такие ситуации. И из-за всего этого Skylake-X вполне можно отнести к наиболее капризным оверклокерским решениям, доступным на рынке в данный момент.

К тому же не стоит забывать и о перегреве процессорных стабилизаторов питания, расположенных на материнской плате. В целом эта проблема всё же несколько преувеличена, но тем не менее сказать, что температура силовых элементов не выходит за разумные границы, достаточно трудно. Например, при тестировании разогнанного Core i7-7820X на материнской плате ASUS Prime X299-Deluxe температура радиатора конвертера питания поднималась свыше 80 градусов.

Понятно, что в «боевых» системах область VRM явно нуждается в дополнительном обдуве. И при сборке компьютеров на базе LGA2066-процессоров об этом нельзя забывать.