Обзор процессора AMD Ryzen Threadripper 2920X: стоит ли брать 12-ядерник AMD вместо Core i9-9900К?

Когда летом 2017 года AMD выпустила свои первые процессоры Threadripper, многие восприняли это как революцию на рынке HEDT (высокопроизводительных настольных систем). Действительно, предложения Intel для энтузиастов высокой производительности в течение долгого времени не претерпевали существенного прогресса. Наращивание числа вычислительных ядер происходило очень медленными темпами, процессоры сохраняли запредельно высокую цену и к тому же часто имели ограничения по количеству доступных для использования линий PCI Express. Ryzen Threadripper стали в этих условиях глотком свежего воздуха: в них все принятые ранее правила были отметены. В то время как Intel только готовилась выпустить 10-ядерный чип с 44 линиями PCI Express, старший процессор AMD Ryzen Threadripper для новой HEDT-платформы сразу же предложил энтузиастам 16 ядер Zen и 60 линий PCI Express при цене всего в одну тысячу долларов.

И такое решение отлично сработало, несмотря на все недостатки микроархитектуры Zen. Никто не станет спорить с тем, что удельная производительность на ядро у процессоров AMD заведомо хуже, чем у Intel Core. Но профессиональные пользователи всё равно восприняли многоядерные процессоры AMD с большим воодушевлением, поскольку задачи, с которыми они сталкиваются по роду деятельности, обычно предполагают возможность эффективного распараллеливания. В результате первый 16-ядерный процессор семейства Ryzen Threadripper, 1950X, смог завоевать немалую популярность среди создателей цифрового контента. Теперь же, спустя год, AMD решила радикально усилить своё предложение и выпустила второе поколение Threadripper, в которое вошёл ещё более впечатляющий монстр – 32-ядерный Ryzen Threadripper 2990WX. Вместе с тем свежие Ryzen Threadripper второго поколения получили в своё распоряжение не только возросшее число ядер, но и более новый дизайн Zen+, предполагающий использование современной 12-нм производственной технологии, улучшенную производительность и более высокие тактовые частоты.

Однако не Ryzen Threadripper 2990WX является главным героем этого материала. Семейство Ryzen Threadripper состоит далеко не из одной модели, и интерес в нём могут представлять не только старшие версии с максимальным числом вычислительных ядер. Например, первое поколение Threadripper, в котором процессоры были построены на двух восьмиядерных кристаллах Zeppelin, включало в себя три процессора — с 8, 12 и 16 ядрами. Во втором поколении число кристаллов в составе процессоров удвоилось, теперь их стало четыре, и это дало возможность выпустить 24- и 32-ядерные Threadripper. Одновременно с этим в обновлённом семействе сохранились и процессоры из двух кристаллов, в которых предусматривается 12 или 16 вычислительных ядер. В итоге полное семейство Ryzen Threadripper второго поколения состоит из четырёх моделей, а в сумме модельный ряд стал насчитывать семь различных HEDT-процессоров.

Процессоры Ryzen Threadripper второго поколения с 16 и 32 ядрами доступны в продаже с августа, и на нашем сайте вы можете найти отдельный посвящённый им обзор. Но к настоящему моменту список доступных для покупки Ryzen Threadripper второго поколения наконец-то окончательно пополнился за счёт 12-ядерной модели 2920X и 24-ядерного процессора 2970WX. И среди этих процессоров в первую очередь наше внимание привлекла младшая модель.

Дело в том, что 12-ядерный Ryzen Threadripper 2920X имеет сравнительно невысокую официальную стоимость – $649. И это значит, что данный процессор не обязательно нужно рассматривать как сравнительно доступную, но всё же дорогую HEDT-модель. С позиции цены его вполне можно противопоставить и массовым решениям — например, интеловскому LGA1151v2-флагману, Core i9-9900K. Рекомендованная стоимость старшего массового восьмиядерника Intel установлена на отметке $488, но купить по такой цене его невозможно. Из-за сложившейся рыночной ситуации, когда доступность CPU Intel крайне ограничена, реальные цены Core i9-9900K начинаются от $570, и это позволяет нам говорить о Ryzen Threadripper 2920X как о его сопернике без особых натяжек.

Иными словами, в этой статье мы попробуем дать оценку тому, насколько Ryzen Threadripper 2920X может быть интересен в качестве основы для обычного десктопа верхней ценовой категории. Ведь вполне может быть, что именно младший Ryzen Threadripper второго поколения, а не Core i9-9900K стоит рекомендовать для тех пользователей, которые хотят замахнуться на максимальную или экстремальную сборку.

⇡#Семейство Threadripper 2: основы

Хотя мы планируем противопоставить 12-ядерный Ryzen Threadripper массовому десктопному восьмиядернику, начать следует с напоминания, что идеологически 2920X, как и любой другой процессор этого семейства, нельзя считать простым улучшенным Ryzen. Подход AMD к созданию Threadripper заключался в адаптации серверных процессоров EPYC для настольных систем, поэтому такие процессоры получили некоторые эксплуатационные особенности, которые в определённых обстоятельствах могут стать проблемой.

Процессоры EPYC – это монструозные не только по характеристикам, но и по габаритам CPU для 4096-контактного процессорного гнезда, построенные при помощи четырёх спрятанных под процессорной крышкой восьмиядерных кристаллов Zeppelin. При этом каждый из таких кристаллов имеет собственный двухканальный контроллер памяти и контроллер PCI Express на 32 линии, а в сумме всё это хозяйство даёт до 32 ядер, до 64 потоков, до 128 линий PCI Express и до восьми каналов памяти.

При выпуске первого поколения Threadripper компания AMD решила не давать в руки энтузиастов весь потенциал, доступный в серверных конфигурациях. Изначальные возможности были уполовинены: пользователям настольных систем досталось лишь два работающих кристалла Zeppelin, то есть до 16 вычислительных ядер, четыре канала памяти и 64 линии PCI Express, четыре из которых были зарезервированы для организации связи с чипсетом. Однако в новом поколении Threadripper 2 часть возможностей EPYC вернулась обратно: модели 2970WX и 2990WX стали строиться с использованием четырёх кристаллов Zeppelin. Это не добавило каналов памяти или линий PCI Express, которые были изначально урезаны на уровне платформы, но зато позволило AMD нарастить число вычислительных ядер, доведя их количество до 32 штук в старшей модели.

В то же время в процессорах Threadripper 2920X и 2950X всё осталось по-старому. Они продолжают строиться на паре кристаллов Zeppelin — с той лишь разницей, что теперь это улучшенный кремний, который производится по 12-нм технологии и имеет микроархитектуру Zen+. Благодаря этому даже те Threadripper 2, которые не располагают дополнительными ядрами, получили немного возросший показатель IPC (количество инструкций на такт) и увеличенные тактовые частоты. Рост удельной производительности обеспечивается за счёт оптимизации кеш-памяти. В Zen+ латентность L1-кеша уменьшена примерно на 8 %, латентность L2-кеша – на 9 % и латентность L3-кеша – на 15 %. Использование же усовершенствованного 12-нм техпроцесса GlobalFoundries (12LP) позволяет при прочих равных снизить напряжение питания на 80-120 мВ, что в конечном итоге обеспечивает примерно 200-мегагерцевое расширение частотного потенциала.

Несмотря на то, что процессоры Threadripper 2920X и 2950X на фоне своих старших собратьев 2970WX и 2990WX выглядят не так уж и впечатляюще, они имеют очевидное преимущество. Дело в том, что, вследствие особенностей конструкции платформы Threadripper, старшие процессоры с 24 и 32 ядрами получают кристаллы Zeppelin двух типов: такие, которые имеют собственный контроллер памяти, и те, которые его лишены. Поэтому доступ к памяти оказывается неравномерным, и половина ядер для работы с данными вынуждена обращаться через дополнительных посредников в лице соседних кристаллов. Это приводит к заметному росту задержек, и при многих вариантах нагрузки такая разнородность обращений оказывается фатальной, приводя к падению производительности. С процессорами же Threadripper 2, построенными двух кристаллах, такой проблемы не существует.

Когда мы тестировали Threadripper 2990WX и 2950X, всё это проявилось в полной мере. В то время как 16-ядерный 2950X всегда работал лучше, чем его предшественник, 1950X, ввиду более высокой частоты и некоторых улучшений в микроархитектуре, 2990WX оказался крайне капризной штуковиной. В приложениях, которые хорошо распараллеливаются и не требуют обращений к большим объёмам данных, 32-ядерный Threadripper 2 выглядел как «царь зверей», недосягаемый ни для какого другого чипа. Однако там, где алгоритмы завязаны на работу с памятью, Threadripper 2990WX мог существенно проигрывать в производительности 16-ядерному Threadripper 2950X. Иными словами, старшая 32-ядерная модель может рассматриваться лишь как нишевое решение для рендеринга — и не более того. С младшими же модификациями 2920X и 2950X никаких подобных проблем нет, они универсальны и вполне подходят для широкого круга задач.

Если говорить конкретно о главном герое этого обзора, Ryzen Threadripper 2920X, то он, в отличие от 2950X, – ещё более простой процессор с 12, а не с 16 вычислительными ядрами. В его основе, как и в 16-ядерном Threadripper 2950X, используется два 12-нм кристалла Zeppelin. Разница лишь в том, что у 2920X в каждом из таких кристаллов заблокировано по два ядра – по одному в каждом блоке CCX (CPU Complex). И такая организация имеет свои плюсы и минусы. С одной стороны, нагрузка, порождающая среднее количество потоков, будет требовать более активного обращения к связям между кристаллами, которые сильным местом в конструкции Threadripper считаться определенно не могут. Но с другой – ядра получают в своё распоряжение больший, чем у Threadripper 2950X, объём кеш-памяти третьего уровня и могут лучше разгоняться по частоте за счёт технологий авторазгона.

⇡#Threadripper 2920X в подробностях

В целом Threadripper 2920X можно считать простым обновлением прошлогоднего Threadripper 1920X с лучшей производительностью. Прибавка обеспечивается главным образом увеличившимися частотами. И хотя паспортная базовая частота осталась на старом 3,5-гигагерцевом уровне, максимальная частота в турборежиме теперь декларируется на уровне 4,3 ГГц вместо 4,0 ГГц.

При этом нужно иметь в виду, что увеличение производительности будет подкрепляться улучшенными технологиями Precision Boost 2 (PB2), которая тонко подстраивает рабочую частоту под параметры нагрузки и текущего энергопотребления, и Extended Frequency Range 2 (XFR2), дополнительно наращивающей частоту процессора в благоприятном температурном режиме. В результате при условии качественного охлаждения Threadripper 2920X удаётся удерживать реальную частоту выше 3,8 ГГц при загрузке вплоть до 12 ядер.

Наглядно проиллюстрировано это на следующем графике, где задокументировано поведение Threadripper 2920X в номинальном режиме при рендеринге в Blender с задействованием различного количества ядер.

Как следует из приведённых данных, Threadripper 2920X работает на более высокой — в среднем на 300 МГц — частоте частоте по сравнению с предшественником из прошлого поколения, Threadripper 1920X.

При этом энергопотребление процессора ограничивается заданным в спецификации значением TDP 180 Вт. Частота Threadripper 2920X подстраивается таким образом, чтобы не выходить за установленные спецификацией лимиты.

Различие частот 12-ядерных Threadripper первого и второго поколений позволяет с высокой степенью достоверности прикинуть тот уровень быстродействия, который может обеспечить 12-ядерная новинка, ведь он напрямую связан с частотой. Микроархитектурные улучшения в Zen+ незначительны, а никаких изменений в конструкции и реализации межкристальных взаимодействий в Threadripper 2920X нет. Этот процессор строится на двух кристаллах Zeppelin с шестью активными ядрами, двухканальным контроллером памяти и контроллером PCI Express на 32 линии в каждом. Соединение между кристаллами реализуется посредством Infinity Fabric с пропускной способностью порядка 50 Гбит/с (при работе памяти в режиме DDR4-3200). Иными словами, внутренняя структура Threadripper 2920X идентична структуре 1920X.

Как и раньше, внутренняя топология двухкристального Threadripper 2920X позволяет использовать системную память в режимах UMA и NUMA. Режимом, принятым по умолчанию, выступает UMA, когда память, физически подключённая к двум разным кристаллам, собрана в единый домен, к которому осуществляется четырёхканальный доступ. Именно такая равномерная конфигурация обеспечивает лучшую производительность в большинстве случаев.

Режим UMA (Distributed)

Однако при помощи утилиты Ryzen Master пользователи могут переключиться в режим NUMA, когда каждый из кристаллов работает в двухканальном режиме с собственной памятью. В случае, когда нагрузка носит малопоточный характер и все активные процессы, относящиеся к одному приложению, можно собрать в рамках шестиядерного NUMA-узла, это позволяет выиграть в латентности.

Режим NUMA (Local)

⇡#Разгон и Precision Boost Override

Раз уж мы решили противопоставлять Threadripper 2920X типично десктопному процессору Core i9-9900K, тему разгона обходить стороной нельзя. Обычно процессоры класса Ryzen Threadripper не отличаются заметным нераскрытым частотным потенциалом. Например, 16-ядерный Threadripper 2950X в нашей лаборатории смог преодолеть лишь отметку 4,1 ГГц, но не более того. С Threadripper 2920X ситуация оказалось похожей, разве что 12-ядерный процессор всё же удалось разогнать немного получше – до 4,15 ГГц.

Такой разгон потребовал увеличения напряжения питания до 1,35 В и включения функции Load-Line Calibration. При тестировании стабильности с помощью Prime95 29.4 температура CPU не превышала 82 градусов, а максимальное энергопотребление CPU составляло 240 Вт. Однако никаких проблем с устойчивым функционированием компьютера не возникало, благо для отвода тепла мы пользовались системой жидкостного охлаждения Enermax Liqtech 240 TR4 со специальным водоблоком, который полностью закрывает поверхность Threadripper.

Затронув тему разгона, нельзя не упомянуть и ещё об одной возможности – функции Precision Boost Override, которая появилась во всех процессорах Ryzen второго поколения, включая и новые Threadripper. Она позволяет осуществлять интеллектуальный разгон процессора не до фиксированного значения частоты, а динамически: так, что частота автоматически подстраивается под текущую нагрузку в процессе работы.

Суть в том, что реализованный AMD турборежим, который управляется технологией Precision Boost 2, работает не по простой формуле, ставящей в соответствие частоту и число загруженных ядер, а опирается на совсем иные параметры. Рабочая частота определяется исходя из потребляемого тока и расчётного тепловыделения, что позволяет управлять производительностью гораздо более тонко.

Функция Precision Boost Override в свою очередь позволяет изменить заранее запрограммированные стандартные лимиты для электрических и тепловых характеристик CPU. Повысив их, пользователь может усилить агрессивность турборежима, разрешив процессору при подстройке собственной частоты брать более высокие рубежи как при слабой, так и при многопоточной нагрузке. И такой разгон во многих случаях интереснее, чем простая установка фиксированной частоты, ведь при использовании Precision Boost Override процессор продолжает интерактивно адаптировать частоту под нагрузку, но делает это заметно смелее, чем в номинальном состоянии.

AMD говорит, что, при условии установки на процессор достаточно мощной системы охлаждения, производительность через Precision Boost Override можно поднять примерно на 13 процентов. Иными словами, такая технология разгона – это некий (и даже лучший) аналог интеловской функции Multi-Core Enhancements, которая, жертвуя экономичностью, тоже выводит процессор за рамки номинального режима. Причём и там и тут всё делается таким образом, чтобы не создавать проблем со стабильностью системы. Пользователю лишь нужно смириться с тем, что во имя более высокого быстродействия придётся пожертвовать тепловыделением и энергопотреблением.

Строго говоря, для настройки Precision Boost Override в BIOS материнской платы или в утилите Ryzen Master нужно изменить три параметра: PPT Limit – максимально допустимый уровень тепловыделения процессора (CPU Package); TDC Limit – максимальный ток, не приводящий к перегреву VRM платы; и EDC Limit – максимальный ток, не приводящий к электрической перегрузке VRM платы. Однако большинство производителей материнских плат предлагают простой способ модификации этих параметров в один клик.

Например, в BIOS используемой нами для тестов материнской платы MSI MEG X399 Creation опция Precision Boost Override позволяет поднять планку разрешённого энергопотребления процессора до 300, 400 или 500 Вт одним махом.

Для эксперимента мы выбрали максимальный вариант — 500 Вт, и это действительно увеличило рабочие частоты процессора на 200-300 МГц без какого-либо ущерба для стабильности системы. Изменение профиля частоты проиллюстрировано на следующем графике, где отображено поведение Threadripper 2920X при рендеринге в Blender с задействованием различного количества ядер.

Как видите, активация Precision Boost Override позволила перевести рабочие частоты тестового Threadripper 2920X в интервал 4,0-4,3 ГГц. Причём наиболее серьёзное увеличение частоты произошло в режимах с высокой нагрузкой на процессор, но и при малопоточной нагрузке процессор не утратил своей способности к авторазгону. Поэтому Precision Boost Override действительно может оказаться лучшим вариантом, чем простой оверклокинг до фиксированных 4,15 ГГц. Тем более что в этом случае процессор не только получает более высокую частоту при малопоточной нагрузке, но и сохраняет возможность сбрасывать её вместе с напряжением в моменты простоя.

Кстати говоря, такой режим оказался и экономичнее в целом. Как следует из результатов измерений, энергопотребление процессора при тестировании в Blender выросло по сравнению с показателями в номинальном режиме не сильнее чем на 10-15 %.

Хотя AMD считает Precision Boost Override разновидностью разгона и не даёт в отношении этого режима никаких гарантий, мы практически уверены, что большинство владельцев Threadripper второго поколения захотят получить обеспечиваемую им бесплатную дополнительную прибавку к производительности. И отговаривать мы не будем: Precision Boost Override не нарушает стабильность системы и работает таким образом, что температура процессора всё время остаётся в допустимых пределах. Стало быть, нет причин не воспользоваться этой возможностью, тем более в случае 12-ядерного Threadripper 2920X, который вряд ли сумеет как-то перегрузить систему питания на материнской плате.