Обзор и тестирование процессора Core i7-3770K

Автор: Gavric
Дата: 23.04.2012
Все фото статьи
Введение

Любые статьи, посвящённые новым интеловским процессорам, принято начинать с рассказа о принципе «тик-так» и о, том, какое место в нём занимают новинки. У кого-то даже может сложиться впечатление, что Intel действительно неизвестно зачем слепо следует этому эмпирическому правилу. Однако в реальности все шаги по разработке и внедрению новых микроархитектур и новых производственных технологий делаются по другим законам – законам бизнеса. Тик-так же – это просто наглядная иллюстрация технического прогресса, когда-то пришедшаяся очень к месту и со временем приобретшая статус непреложной истины.

Поэтому рано или поздно принцип «тик-так» должен был быть нарушен. И случилось это теперь, в момент выхода процессоров семейства Ivy Bridge. Согласно изначальной концепции, сейчас должна происходить итерация «тик», означающая простой перевод старой микроархитектуры Sandy Bridge на новые технологические рельсы с 22-нм нормами. Но по факту Ivy Bridge несёт в себе серьёзную переработку прошлого наследия. Конечно, Intel пока ещё как-то пытается спасти своё «правило маятника», и говорит о Ivy Bridge, как о фазе «тик+», но на самом деле представители фирмы кривят душой, и новинка вполне могла быть отнесена и к противоположному такту.


Вполне естественно, что любые действия производителя процессоров в конечном итоге направлены на достижение двух основных целей: на увеличение продаж собственной продукции и на снижение её себестоимости. И, исходя из этого, а не из каких-то абстрактных правил, понять сущность процессоров Ivy Bridge гораздо легче.

Компания Intel является лидером рынка центральных процессоров, опережая ближайших конкурентов по объёмам продаж в несколько раз. Это означает, что для дальнейшего расширения собственного влияния производитель должен задумываться о поиске принципиально новых рынков сбыта. Наиболее перспективным направлением в настоящее время можно считать лёгкие и компактные мобильные компьютеры новых классов: планшеты и ультрабуки, и именно в эту сторону Intel перенаправила свои инженерные усилия. Процессорам Ivy Bridge отводится роль одного из основных орудий для удара по стремительно набирающим популярность ультра-мобильным системам. Но здесь им предстоит бороться с другими вполне удачными платформами, использующими либо CPU c архитектурой ARM, либо гибридные x86-процессоры семейств Zacate, Llano и Trinity компании AMD. Поэтому интеловским новинкам помимо традиционно превосходной вычислительной производительности, к которой ни у кого не может быть никаких претензий, требуется высокопроизводительная встроенная графика и низкое тепловыделение – только в этом случае они смогут дать достойный отпор конкурентам. И если вопрос с экономичностью вполне допустимо решать внедрением новых техпроцессов, то улучшение графики, которая никогда не была сильной стороной интеловских решений, требует радикальных переделок. Именно поэтому инженерам Intel пришлось вносить в микроархитектуру процессоров Ivy Bridge значительные изменения и нарушать установленные ими же самими правила игры.

Впрочем, несмотря на то, что оптимизация процессора Ivy Bridge происходила с явной оглядкой на применение в ультра-мобильных системах, ради снижения себестоимости эта микроархитектура объявлена универсальной. Построенные на ней процессоры в конечном итоге попадут не только в мобильные системы, но и в десктопы, и даже в серверные среды. Что, кстати, вполне приемлемо, так как их вычислительная часть по сравнению с Sandy Bridge практически не изменилась, а новый техпроцесс способен обеспечить увеличение тактовых частот и соответствующий рост быстродействия.

В данном обзоре мы посмотрим на микроархитектуру Ivy Bridge и процессоры, её использующие, именно с позиции пользователей настольных систем. Хотя для большинства таких потребителей увеличение производительности и расширение возможностей встроенной графики малоактуально, Ivy Bridge может оказаться привлекательным и для них. Применение в производстве этих процессоров прогрессивного 22-нм техпроцесса даёт определённые надежды на увеличение показателя производительности на ватт и улучшение частотного потенциала. А этого уже вполне достаточно для того, чтобы на фоне Sandy Bridge новые Ivy Bridge выглядели привлекательно даже в глазах самых взыскательных энтузиастов.
Микроархитектура Ivy Bridge

Хотя Ivy Bridge – это не просто редизайн старичка Sandy Bridge, выполненный с учётом новых технологических норм, знакомство с его особенностями следует начинать именно с нового техпроцесса. Дело в том, что на этот раз Intel попутно внедряет и изменения в базовую структуру транзисторов, которые должны улучшить электрические и тепловые характеристики полупроводниковых устройств на новый уровень. Традиционные планарные транзисторы, применявшиеся на протяжении многих лет, с переходом на 22-нм нормы производства заменяются более совершенными транзисторами с трехмерной конструкцией (Tri-Gate).

Обновленная версия транзистора отличается использованием тонкой кремниевой пластины, покрытой High-K диэлектриком и установленной перпендикулярно субстрату. Прохождение тока в этом случае контролируется тремя затворами, расположенными на гранях пластины. Такое усовершенствование при уменьшении геометрических размеров транзисторов обеспечивает максимальную величину тока во включенном состоянии и приближенную к нулю — в выключенном. В результате не только ускоряется переключение, но и уменьшаются паразитные токи утечки.


Практическим результатом усовершенствований в технологическом процессе является возможность беспрепятственного снижения их рабочего напряжения и, как следствие, соответствующее падение тепловыделения. Так, с вводом 22-нм техпроцесса Intel уменьшает напряжение питания своих процессоров примерно на 0.2 В, что на практике выливается примерно в 20-процентное падение энергопотребления и тепловыделения.

Однако этим дело не ограничивается. Новый техпроцесс делает возможным усложнение процессорного кристалла, позволяя нарастить его транзисторный бюджет без ущерба для рабочих характеристик.


Обычно в этом случае разработчики увеличивают объёмы кэш-памяти, однако в Ivy Bridge открывшиеся возможности использованы по-другому.


Говоря вкратце, изменения в микроархитектуре Ivy Bridge сделаны по многим фронтам. Но ключевые улучшения, наиболее бросающиеся в глаза после знакомства с новинками, следующие:

Внедрён новый подход к управлению тепловыделением: конфигурируемый TDP;
Графическое ядро Ivy Bridge получило дополнительные исполнительные устройства и поддержку DirectX 11;
Технология Quick Sync обновлена до второй версии;
В процессоре добавился встроенный аппаратный генератор случайных чисел и защита ОС от атак типа «повышение привилегий»;
Контроллер памяти получил поддержку более скоростной и низковольтовой памяти;
Встроенный в процессор контроллер PCI Express получил поддержку PCI Express 3.0.

При этом принципы построения процессоров с микроархитектурой Ivy Bridge остались такими же, как и у Sandy Bridge. Так же как и предшественники, новые процессоры базируются на едином полупроводниковом кристалле, включающем одновременно вычислительные и графическое ядра. Кеш третьего уровня сохранил модульную структуру и доступен для всех процессорных блоков, включая графическое ядро. На своём месте в процессоре остались интегрированные контроллеры памяти и шины PCI Express. А все перечисленные составные компоненты CPU объединены в единое целое хорошо зарекомендовавшей себя кольцевой шиной.


Также, осталась без изменений и шина DMI 2.0, предназначенная для коммуникаций между процессором и чипсетом. Это означает, что Ivy Bridge может работать в тех же LGA 1155 системах, что и Sandy Bridge безо всяких ограничений. Конечно, вместе с новинками Intel предлагает использовать новые наборы логики седьмой серии во главе с Z77, однако острой необходимости в этом нет, а тот же Z77 отличается от предшествующего Z68, главным образом, внедрением шины USB 3.0.


Непосредственно в вычислительных ядрах Ivy Bridge изменений сделано не так уж и много. В первую очередь интерес вызывает появление в процессоре аппаратного датчика случайных чисел, который будет незаменим в криптографических задачах.


Здесь речь идёт не о псевдослучайном датчике, который выдаёт числа в соответствии с какой-то математической последовательностью, а о самом настоящем случайном датчике, использующем для генерации случайных чисел физический процесс с неопределённым состоянием. Часто для этой цели используется счётчик Гейгера, но Intel придумала схему, основанную на неопределённости состояния хитрой электронной полупроводниковой схемы. Это позволяет генерировать поток случайных чисел в соответствии с требованиями криптографических стандартов. Причём с высокой производительностью, достигающей 2-3 Гбит/с.

Ещё одно крайне полезное улучшение — режим Supervisory Mode Execute Protection, который должен помочь в защите от использования уязвимостей типа «повышение привилегий».


Смысл этого нововведения состоит в том, чтобы закрыть для посторонних приложений доступ в имеющие более высокие привилегии сервисы операционной системы и не дать возможности пользовательским приложениям внедрять свои данные «куда не следует». Для решения этой задачи память, задействующаяся обычными программами, может маркироваться специальным флагом, делающим невозможным исполнение её содержимого в режимах с супервизорскими полномочиями.

Кое-что сделано и для простого увеличения вычислительной производительности. Правда, Intel говорит, что на серьёзное увеличение числа исполняемых за такт инструкций рассчитывать не следует, рост быстродействия на одной тактовой частоте по сравнению с Sandy Bridge должен составить порядка 4-6 %. Основное ускорение будет наблюдаться на операциях деления целых и вещественных чисел, при преобразовании данных между 16-битным и 32-битным форматом и при перемещениях строковых данных. Помимо этого, определённые улучшения внесены в менеджмент разделяемых процессорных ресурсов при работе технологии Hyper-Threading.

Основные же переделки микроархитектуры касаются графического ядра. Именно оно поглотило почти 400 млн. транзисторов, на которые полупроводниковые Ivy Bridge превосходят своих предшественников. Это и неудивительно. Несмотря на то, что графика в Sandy Bridge стала существенно лучше, чем было раньше, пользователям явно не хватало полноценной поддержки DirectX 11, GPGPU-вычислений и более-менее нормальной производительности, по крайней мере, при мобильных применениях процессора. Теперь же, в Ivy Bridge, всё это есть. Это вполне может поставить Ivy Bridge в один ряд с AMD Llano, то есть новый интеловский процессор – это в какой-то мере даже APU.

Блок-схема графического ядра приведена на следующем рисунке:


Рост производительности графического ядра обуславливается увеличением количества исполнительных устройств. В Sandy Bridge максимальное количество таких устройств — 12, при этом на каждое из них приходится по одному текстурному блоку. В Ivy Bridge максимальное число исполнительных устройств выросло до 16, причём на каждое устройство полагается по два блока текстурирования. Ещё одно важное изменение — добавление в графическое ядро собственной быстрой кеш-памяти.

Нововведения в GPU носят не только экстенсивный характер. В графическое ядро Ivy Bridge добавлены блоки для аппаратной тесселяции, а также внесена поддержка Shader Array (что, собственно, и позволило добиться совместимости с Shader Model 5.0 и DirectX 11). Много изменений направлено и на ускорение или улучшение каких-то конкретных операций. Например, в корне переработаны алгоритмы анизотропной фильтрации, которая работает теперь на порядок качественнее.

Инновации не обошли стороной и технологию Quick Sync. Её вторая версия обещает не только возросшую производительность, но и дополнительные функции, обеспечивающие улучшение качества кодирования. Параллельно изменения претерпел и аппаратный видеодекодер. Его мощности рассчитаны теперь на одновременное воспроизведение не менее 16 видеопотоков высокого разрешения, и к тому же он сможет работать с пост-Full HD-видеоконтентом в формате 4096x2304.

Определённую работу специалисты Intel провели и в части совершенствования возможностей вывода изображения. Графика Ivy Bridge при условии использования этих процессоров вместе с материнскими платами на чипсетах седьмой серии может выводить изображение на три независимых дисплея (Sandy Bridge умеет только на два).



Впрочем, многие пользователи десктопных систем вряд ли заметят изменения графического ядра. В большинстве настольных компьютеров используется внешняя графическая карта, а встроенная в процессор графика отключается. Однако даже в этом случае процессорам Ivy Bridge есть чем похвастать. Встроенный контроллер графической шины PCI Express получил в новых CPU поддержку третьей версии данной спецификации. Это означает не только почти двукратное увеличение её пропускной способности, но и возможность подключения к шестнадцати процессорным линиям PCIe до трёх устройств, которыми могут быть не только работающие в режимах SLI и CrossfireX видеокарты, но и контроллеры шины Thunderbolt.
Модельный ряд Ivy Bridge

В целом, для десктопных пользователей образ Ivy Bridge вырисовывается не слишком привлекательным. Если не брать в рассмотрение графическое ядро, которое без лишних преувеличений можно отнести к новому поколению встраиваемых в процессоры GPU, основные улучшения новинки – это появление поддержки PCI Express 3.0 и сниженное тепловыделение. Однако самого главного, а именно увеличения числа обрабатываемых за такт инструкций, Ivy Bridge предложить не может. Тем не менее, это совершенно не помешало маркетологам Intel использовать для нумерации новых процессоров номера из трёхтысячной серии. Процессоры Ivy Bridge позиционируются как более новая замена Sandy Bridge, и они будут постепенно вытеснять предшественников из ассортимента Intel.

Надо заметить, что запуск семейства Ivy Bridge проходит не таким «широким фронтом», как это было в январе 2011 года, когда на рынок пришли Sandy Bridge. Внедрение новой 22-нм технологии породило определённые производственные проблемы, поэтому процессоры нового поколения будут появляться постепенно. Так, сегодня Intel представляет только четырёхъядерные модификации: мобильные и десктопные Core i7 и исключительно десктопные Core i5 нового поколения.


Прочие модели процессоров, использующих дизайн Ivy Bridge, будут приходить на рынок небольшими группами до конца этого года.

В сфере нашего прямого интереса находятся модели для десктопов. Их всего девять, из них четыре относится к числу энергоэффективных моделей. В следующей таблице мы приводим полный перечень Ivy Bridge для настольных систем, которые станут доступны в магазинах, начиная со следующей недели:


Первое, что бросается в глаза при знакомстве с формальными характеристиками новых процессоров, это – снизившееся расчётное тепловыделение старших моделей. Если наиболее быстрые процессоры поколения Sandy Bridge обладали 95-ваттным тепловым пакетом, то аналогичные по позиционированию Ivy Bridge выделяют не более 77 Вт тепла. Повышенная экономичность – результат внедрения нового технологического процесса. Но, к сожалению, частота новинок лежит ниже отметки 3.5 ГГц, а ведь именно такую частоту имеет Core i7-2700K, относящийся к предыдущему поколению. Получается, что быстрее стали разве только экономичные модели, у которых уровень TDP остался тем же, а частоты немного подросли. Обычные же модели предлагают лучшее соотношение производительности на ватт, но не более высокие тактовые частоты. Всё это вновь подводит к мысли о том, что наиболее весомым преимуществом новых процессоров выступает улучшенное графическое ядро, которое, к слову, присутствует в максимальной конфигурации как в любых процессорах Core i7, так и в старшем Core i5.

К счастью, для тех систем, которые комплектуются обычными не энергоэффективными CPU и используют внешние видеокарты, то есть для большинства десктопов, Ivy Bridge может предложить не только пониженное тепловыделение. Чтобы новые процессоры показывали более высокое быстродействие в реальных задачах, инженеры Intel провели в новинках ребаланс технологии Turbo Boost. Хотя интервал изменения частоты в рамках этой технологии и остался примерно тем же, что и раньше, теперь авторазгон процессора происходит агрессивнее. Даже в случае загрузки работой всех вычислительных ядер, тактовая частота может повышаться на 200 МГц выше номинала. Именно этот факт во многих случаях и обуславливает превосходство в тестах новых процессоров над старыми, имеющими аналогичные формальные характеристики.
Как мы тестировали

Для тестирования возможностей процессоров семейства Ivy Bridge компания Intel предоставила нам образец старшего процессора в линейке, Core i7-3770K.


Основным соперником для этой новинки выступил более ранний LGA 1155-процессор аналогичного класса, относящиеся к поколению Sandy Bridge - Core i7-2700K. Кроме того, в тестирование мы включили и представителей платформы LGA 2011 – процессоры семейства Sandy Bridge-E: Core i7-3930K и Сore i7-3820. И вдобавок, скорее следуя традиции, а не реальной необходимости, в испытаниях принял участие и старший процессор, предлагаемый компанией AMD, FX-8150.

Соответственно, состав тестовых систем включал следующие программные и аппаратные компоненты:

Процессоры:

AMD FX-8150 (Zambezi, 8 ядер, 3.6-4.2 ГГц, 8 Мбайт L3);
Intel Core i7-2700K (Sandy Bridge, 4 ядра + HT, 3.5-3.9 ГГц, 8 Мбайт L3);
Intel Core i7-3770K (Ivy Bridge, 4 ядра + HT, 3.5-3.9 ГГц, 8 Мбайт L3);
Intel Core i7-3820 (Sandy Bridge-E, 4 ядра + HT, 3.6-3.9 ГГц, 10 Мбайт L3);
Intel Core i7-3930K (Sandy Bridge-E, 6 ядер + HT, 3.2-3.8 ГГц, 12 Мбайт L3).

Процессорный кулер: NZXT Havik 140;
Материнские платы:

ASUS Crosshair V Formula (Socket AM3+, AMD 990FX + SB950);
ASUS P8Z77-V Deluxe (LGA1155, Intel Z77 Express);
ASUS Rampage IV Formula (LGA2011, Intel X79 Express).

Память:

2 x 4 GB, DDR3-1866 SDRAM, 9-11-9-27 (Kingston KHX1866C9D3K2/8GX);
4 x 4 GB, DDR3-1866 SDRAM, 9-11-9-27 (2 x Kingston KHX1866C9D3K2/8GX).

Графическая карта: EVGA GeForce GTX 580 Classified 3 GB (03G-P3-1588-AR);
Жёсткий диск: Intel SSD 520 240 GB (SSDSC2CW240A3K5).
Блок питания: Tagan TG880-U33II (880 Вт).
Операционная система: Microsoft Windows 7 SP1 Ultimate x64.
Драйверы:

AMD Chipset Driver 12.3;
Intel Chipset Driver 9.3.0.1019;
Intel Management Engine Driver 8.0.0.1399;
Intel Rapid Storage Technology 11.1.0.1006;
NVIDIA GeForce 296.10 Driver.

При тестировании системы, основанной на процессоре AMD FX-8150, патчи операционной системы KB2645594 и KB2646060 были установлены.
Производительность


Общая производительность

Для оценки производительности процессоров в общеупотребительных задачах мы традиционно используем тест Bapco SYSmark 2012, моделирующий работу пользователя в распространённых современных офисных программах и приложениях для создания и обработки цифрового контента. Идея теста очень проста: он выдаёт единственную метрику, характеризующую средневзвешенную скорость компьютера.


Ivy Bridge выглядит как определённый, хотя и небольшой шаг вперёд. Core i7-3770K предлагает на 4-5 процентов более высокую производительность, чем четырёхъядерные Sandy Bridge, относящиеся к семейству Core i7. Его преимущество базируется не только на микроархитектурных улучшениях. Напомним, новинки обладают более агрессивной реализацией технологии Turbo Boost, которая поднимает частоту процессоров при их полной загрузке работой не на 100, а на 200 мегагерц.

Более глубокое понимание результатов SYSmark 2012 способно дать знакомство с оценками производительности, получаемое в различных сценариях использования системы. Сценарий Office Productivity моделирует типичную офисную работу: подготовку текстов, обработку электронных таблиц, работу с электронной почтой и посещение Интернет-сайтов. Сценарий задействует следующий набор приложений: ABBYY FineReader Pro 10.0, Adobe Acrobat Pro 9, Adobe Flash Player 10.1, Microsoft Excel 2010, Microsoft Internet Explorer 9, Microsoft Outlook 2010, Microsoft PowerPoint 2010, Microsoft Word 2010 и WinZip Pro 14.5.


В сценарии Media Creation моделируется создание рекламного ролика с использованием предварительно отснятых цифровых изображений и видео. Для этой цели применяются популярные пакеты компании Adobe: Photoshop CS5 Extended, Premiere Pro CS5 и After Effects CS5.


Web Development — сценарий, в рамках которого моделируется создание web-сайта. Используются приложения: Adobe Photoshop CS5 Extended, Adobe Premiere Pro CS5, Adobe Dreamweaver CS5, Mozilla Firefox 3.6.8 и Microsoft Internet Explorer 9.


Сценарий Data/Financial Analysis посвящён статистическому анализу и прогнозированию рыночных тенденций, которые выполняются в Microsoft Excel 2010.


Сценарий 3D Modeling всецело посвящён созданию трёхмерных объектов и рендерингу статичных и динамических сцен с использованием Adobe Photoshop CS5 Extended, Autodesk 3ds Max 2011, Autodesk AutoCAD 2011 и Google SketchUp Pro 8.


В последнем сценарии, System Management, выполняется создание бэкапов и установка программного обеспечения и апдейтов. Здесь задействуются несколько различных версий Mozilla Firefox Installer и WinZip Pro 14.5.


Заметьте, Ivy Bridge хорошо выглядит при любых вариантах нагрузки. Похоже, на фоне Sandy Bridge у него нет явных слабых мест. Да и взяться им, откровенно говоря, неоткуда. Вычислительные ядра новинок, контроллер памяти и кэш-память практически полностью копируют микроархитектуру Sandy Bridge, предлагая лишь незначительные оптимизации, проявление которых мы и видим на диаграммах.

Игровая производительность

Как известно, производительность платформ, оснащенных высокопроизводительными процессорами, в подавляющем большинстве современных игр определяется мощностью графической подсистемы. Именно поэтому при тестировании процессоров мы стараемся проводить испытания так, чтобы по возможности снять нагрузку с видеокарты: выбираются наиболее процессорозависимые игры, а тесты проводятся без включения сглаживания и с установкой далеко не самых высоких разрешений. То есть, полученные результаты дают возможность оценить не столько уровень fps, достижимый в системах с современными видеокартами, сколько то, насколько хорошо проявляют себя процессоры с игровой нагрузкой в принципе. Следовательно, основываясь на приведённых результатах, вполне можно строить догадки о том, как будут вести себя процессоры и в будущем, когда на рынке появятся более быстрые варианты графических ускорителей.












Честно говоря, флагманские процессоры Intel в большинстве современных игр показывают очень близкие результаты. Дело в том, что их производительности с лихвой хватает для нужд существующих игровых движков, а быстродействие почти всегда упирается в мощность графической подсистемы. Тем не менее, преимущество Ivy Bridge можно заметить и тут, хотя его величина не превышает и 5 процентов.

В дополнение к игровым тестам приведём и результаты синтетического бенчмарка Futuremark 3DMark 11, запущенного с профилем Performance.




Вполне естественно, что наилучшую производительность демонстрирует шестиядерный процессор Core i7-3930K. Если же сопоставлять между собой результаты четырёхъядерников, Core i7-3820, Core i7-3770K и Core i7-2700K, то представитель семейства Ivy Bridge за счёт микроархитектурных улучшений побеждает в физическом тесте. Правда, по общему показателю на первом месте – представитель платформы LGA 2011, которая обладает четырёхканальной памятью.

Тесты в приложениях

Уже к этому моменту можно с уверенностью говорить о том, что чудес быстродействия от Ivy Bridge ожидать не стоит. Эти процессоры могут предложить лишь небольшое ускорение по сравнению со своими предшественниками. По крайней мере, до тех пор, пока мы не касаемся производительности встроенного графического ядра, о котором мы поговорим подробно в одном из наших следующих материалов. Впрочем, давайте посмотрим, каким быстродействием может похвастать Core i7-3770K в различных ресурсоёмких приложениях.

Для измерения быстродействия процессоров при компрессии информации мы пользуемся архиватором WinRAR, при помощи которого с максимальной степенью сжатия архивируем папку с различными файлами общим объёмом 1.4 Гбайт.


Как и положено новинке, по сравнению с Core i7-2700K она показывает небольшое преимущество в скорости архивации. Однако четырёхъядерный Sandy Bridge-E для платформы LGA 2011 существенно быстрее – ему помогает более вместительный кэш третьего уровня и четырёхканальный контроллер памяти.

При тестировании скорости перекодирования аудио используется утилита Apple iTunes, при помощи которой осуществляется преобразование содержимого CD-диска в AAC-формат. Заметим, что характерной особенностью этой программы является способность использования лишь пары процессорных ядер.


Здесь преимущество Core i7-3770K над Core i7-2700K и Core i7-3820 составляет порядка 7-8 процентов.

Измерение производительности в Adobe Photoshop мы проводим с использованием собственного теста, представляющего собой творчески переработанный Retouch Artists Photoshop Speed Test, включающий типичную обработку четырёх 10-мегапиксельных изображений, сделанных цифровой камерой.


В Photoshop CS5 новая микроархитектура обеспечивает вполне типичный прирост в быстродействии, благодаря чему скорость Core i7-3770K доходит до уровня Core i7-3820.

С выходом восьмой версии популярного пакета для научных вычислений Wolfram Mathematica мы решили вернуть его в число используемых тестов. Для оценки производительности систем в нём используется встроенный в эту систему бенчмарк MathematicaMark8.


Свои стандартные 5 процентов отвоёвывает у четырёхъядерных носителей микроархитектуры Sandy Bridge Core i7-3770K и тут.

Производительность в Adobe Premiere Pro тестируется измерением времени рендеринга в формат H.264 Blu-Ray проекта, содержащего HDV 1080p25 видеоряд с наложением различных эффектов.


Работа в видеоконтентом относится к такому типу нагрузок, который раскрывает потенциал Ivy Bridge наиболее полно. Core i7-3770K опережает Core i7-2700K почти на 8 процентов.

Для измерения скорости перекодирования видео в формат H.264 используется x264 HD Benchmark 4.0, основанный на измерении времени обработки исходного видео в формате MPEG-2, записанного в разрешении 720p с потоком 4 Мбит/сек. Следует отметить, что результаты этого теста имеют огромное практическое значение, так как используемый в нём кодек x264 лежит в основе многочисленных популярных утилит для перекодирования, например, HandBrake, MeGUI, VirtualDub и проч.




Подобный предыдущему случаю результат можно наблюдать и при выполнении транскодирования кодеком x264. Правда, здесь процессору Ivy Bridge удаётся развить почти 10-процентное преимущество над флагманом предшествующего семейства.

По просьбам наших читателей используемый набор приложений пополнился и ещё одним бенчмарком, показывающим скорость работы с видеоконтентом высокого разрешения, - SVPmark3. Это специализированный тест производительности системы при работе с пакетом SmoothVideo Project, направленным на повышение плавности видео путём добавления в видеоряд новых кадров, содержащих промежуточные положения объектов. Приведённые в диаграмме числа – это результат бенчмарка на реальных FullHD-видеофрагментах без привлечения к расчётам мощностей графической карты.


Ещё один, прекрасно вписывающийся в общую картину, результат. Core i7-3770K оказывается в верхней части диаграммы, уступая лишь шестиядерному процессору для платформы LGA 2011. Иными словами, в лице представителя семейства Ivy Bridge мы имеем один из самых быстрых на сегодняшний день четырёхъядерников.

Вычислительную производительность и скорость рендеринга в Autodesk 3ds max 2011 мы измеряем, прибегая к услугам специализированного теста SPECapc for 3ds Max 2011.




Новинка прекрасно справляется и с нагрузкой, свойственной рабочим станциям. Хотя разница в производительности Core i7-3770K и Core i7-2700K тут немного меньше, чем обычно.

Ещё одним бенчмарком, направленным на измерение скорости финального рендеринга в пакетах трёхмерного моделирования, стало измерение скорости рендеринга тестового изображения в пакете Blender 2.6.


Зато при рендеринге в Blender преимущество Core i7-3770K над Core i7-2700K достигает 9 процентов.

В заключение мы провели небольшой вычислительный тест производительности в Microsoft Excel 2010. Его суть заключалась в обсчёте специально подготовленной таблицы с большим количеством формул.


И вновь - вполне типичный результат. Проведя тестирования представителя семейства Ivy Bridge в более чем десятке различных приложений, мы можем с уверенностью говорить о том, что он всегда работает быстрее, чем Sandy Bridge, имеющий аналогичные формальные характеристики. Уровень этого превосходства составляет около 6 процентов.

Более того, Core i7-3770K часто удаётся обойти и LGA 2011-процессор для платформы более высокого класса, Core i7-3820. Это происходит в том случае, когда приложения не требуют высокой скорости работы с памятью. Иными словами, по вычислительной производительности у Core i7-3770K, похоже, на сегодня нет достойных четырёхъядерных конкурентов.
Энергопотребление

Если небольшое улучшение производительности у процессоров нового поколения было вполне ожидаемо, то ситуация с энергопотреблением не столь однозначная. Понятно, что Ivy Bridge должны серьёзно превосходить по экономичности своих предшественников, но насколько?

Масла в огонь подливают и слухи о том, что Intel увеличила величину расчётного тепловыделения для старших моделей 22-нм процессоров до стандартных 95 Вт, хотя изначально предполагалось уменьшение этой величины до 77 Вт. Однако, как нам пояснили представители Intel, слухи эти с действительностью не имеют ничего общего. Реальный тепловой пакет новинок, включая и старшую модель Core i7-3770K, действительно ограничен величиной 77 Вт. Разночтения же появляются из-за того, что на коробках с новыми процессорами написана другая величина – 95 Вт. Но сделано это по политическим причинам, дабы не ломать стандартную и привычную шкалу 35/65/95 Вт, на которую ориентируются многочисленные партнёры Intel. То есть, приобретая Ivy Bridge, мы в любом случае вправе рассчитывать на примерно 20-процентное снижение энергопотребление по сравнению с 95-ваттными процессорами с предшествующей микроархитектурой.

На следующих ниже графиках, если иное не оговаривается отдельно, приводится полное потребление систем (без монитора), измеренное «после» блока питания и представляющее собой сумму энергопотребления всех задействованных в системе компонентов. КПД же самого блока питания в данном случае не учитывается. Во время измерений нагрузка на процессоры создавалась 64-битной версией утилиты LinX 0.6.4-AVX. Кроме того, для правильной оценки энергопотребления в простое мы активировали турбо-режим и все имеющиеся энергосберегающие технологии: C1E, C6 и Enhanced Intel SpeedStep.


В состоянии простоя системы на базе процессоров Ivy Bridge потребляют примерно столько же, сколько и аналогичные конфигурации, использующие в своей основе CPU поколения Sandy Bridge. Это объясняется тем, что уровень напряжения, устанавливаемый у Ivy Bridge технологией EIST при бездействии, составляет порядка 0.9 В и мало отличается от минимальных напряжений питания процессорных ядер Sandy Bridge. Да и современные процессоры в состоянии покоя требуют настолько мало электроэнергии, что их вклад в общее энергопотребление платформы оказывается минимальным.


При полной загрузке процессора работой прогресс, произошедший при внедрении техпроцесса с 22-нм нормами и трёхмерными транзисторами, сразу же выпячивается на первый план. Система с Core i7-3770K потребляет меньше, чем платформа с Core i7-2700K, на 20 процентов, и по экономичности новинкам, действительно, среди процессоров аналогичного класса, похоже, нет равных. И это пока мы ещё не видели энергоэффективных вариантов Ivy Bridge!


Тестирование энергопотребления при однопоточной нагрузке интересно тем, что в этом случае современные CPU включают турбо-режим, обеспечивая повышение производительности при сохранении тепловыделения и энергопотребления в допустимых пределах. Однако и тут Core i7-3770K оказывается заметно менее требователен по сравнению с Sandy Bridge.

Таким образом, с точки зрения соотношения производительности на ватт процессорам Ivy Bridge нет равных. И это, пожалуй, наиболее весомое их преимущество, особенно если принять во внимание то, что случилось с его разгонным потенциалом. Впрочем, об этом – ниже.
Разгон Ivy Bridge

С внедрением новых технологических процессов энтузиасты обычно связывают и улучшение разгонного потенциала процессоров. К этому есть объективные предпосылки и в случае с Ivy Bridge: даже у старших представителей этого семейства снизилось энергопотребление, а максимальная температура, при которой включается троттлинг, возросла до 105 градусов.

Кроме этого определённые надежды были и на то, что процессорам Ivy Bridge, в отличие от их предшественников, вернётся возможность разгона через изменение опорной частоты. Однако в этом отношении никаких хороших новостей нет: платформа LGA 1155 предполагает использование единого тактового генератора, который формирует частоту процессора вместе с частотами встроенных в чипсет контроллеров периферии и шин PCIe и DMI. Так что даже с использованием самого свежего набора системной логики Intel Z77, отклонение частоты базового тактового генератора, выходящее за пределы 105-107 МГц, приводит к неработоспособности всей системы.


Поэтому также как и ранее, разгон процессоров Ivy Bridge возможен лишь путём изменения коэффициентов умножения, которых у них предусмотрено три:

Основной множитель, задающий частоту вычислительных ядер процессора. Этот множитель полностью разблокирован у процессоров, относящихся к K-серии, у остальных же моделей допускается его увеличение на 4 шага выше номинала.
Множитель частоты графического ядра, позволяющий увеличение частоты процессорной графики с шагом в 50 МГц. Данный множитель доступен для изменения у любых моделей CPU.
Коэффициент, задающий частоту работы памяти. У процессоров Ivy Bridge возможно её изменение как с шагом 200, так и с шагом 266 МГц, что делает возможным огромное разнообразие режимов работы DDR3.

По сравнению с Sandy Bridge улучшений немного, но они есть. Максимально доступный множитель для процессоров K-серии вырос до 63, а, кроме того, появилась возможность гораздо более гибкого разгона оперативной памяти.


Вот, например, как выглядит список доступных режимов DDR3 на типичной LGA 1155 материнской плате с установленным процессором Ivy Bridge:


Надо заметить, что с приходом платформы LGA 1155 процедура разгона существенно упростилась. Кроме увеличения соответствующих множителей энтузиастам лишь требуется варьировать несколько напряжений, которые влияют на оверклокерские возможности.


У процессоров Ivy Bridge, как, впрочем, и у Sandy Bridge, таких напряжений пять:

Основное напряжение питания вычислительных ядер Vcc . Напрямую влияет на разгонный потенциал процессора. Номинальные значения для Ivy Bridge составляют порядка обычно 1.0 В или чуть более.
Напряжение питания графического ядра VCCAXG. Его увеличение помогает при увеличении частоты работы встроенной в процессор графики.
Напряжение VPLL. В большинстве случаев не оказывает влияния на разгон, по крайней мере до тех пор, пока речь не идёт об установлении рекордов с применением экстремальных методов охлаждения.
Напряжение питания системного агента VCCSA. Номинальное значение этого напряжение для Ivy Bridge установлено в 0.925 В. Его увеличение позволяет обеспечивать стабильность работы процессорного контроллера памяти при высоких частотах на памяти.
Напряжение питания памяти VDDQ. Изменение данного напряжения помогает при разгоне памяти, однако во избежание повреждения процессора Intel не рекомендует повышать его свыше 1.65 В.

И, как и ранее, отодвигает предельную частоту процессора, при которой он сохраняет стабильность, главным образом единственная величина – напряжение Vcc. Таким образом, с позиции теории процессоры Ivy Bridge выглядят как достаточно простые объекты для оверклокинга.

К сожалению, на практике выясняются неприятные нюансы. В нашей лаборатории было протестировано два экземпляра процессора семейства Ivy Bridge, но ни от одного из них мы так и не смогли добиться работоспособности на частотах, доступных при разгоне их предшественникам, относящимся к прошлому поколению. С применением входящего в нашу тестовую платформу воздушного кулера NZXT Havik 140 процессор Core i7-3770K мы смогли разогнать только до 4.6 ГГц.


При проведении оверклокерских испытаний напряжение питания CPU повышалось до 1.2 В. Как и с другими процессорами, в случае с Ivy Bridge увеличение этой величины положительно сказывается на раскрытии разгонного потенциала. Однако следует иметь в виду, что чрезмерное завышение напряжения может быть чревато деградацией и выходом процессоров из строя. Поэтому в данный момент, пока энтузиастами не накоплено никакой статистики по процессорам Ivy Bridge, выпускаемым по новому 22-нм техпроцессу, мы не рекомендуем прибегать к установке слишком больших значений Vcc. Учитывая же, что номинальное напряжение новинок лежит в окрестности 1.0 В, долгосрочная эксплуатация даже при 1.2 В может быть чревата неприятными последствиями. Именно поэтому от экспериментов по разгону при более высоких напряжениях мы пока воздержались.

Как бы то ни было, но частотный потенциал Ivy Bridge ожиданий не оправдывает. Мы даже не смогли разогнать процессоры этого семейства до рубежей, типичных для Sandy Bridge. Так что налицо ухудшение оверклокерских возможностей, которое, скорее всего, связано с сокращением геометрических размеров кристалла Ivy Bridge. По сравнению с Sandy Bridge он стал на 25 % меньше по общей площади, а вычислительные ядра так и вовсе сократились почти вдвое. Однако с современными схемами охлаждения процессорного кристалла обеспечить пропорциональное увеличение плотности теплового потока не удаётся, что при разгоне приводит к локальному перегреву участков вычислительных ядер. Косвенно подтверждают существование этой проблемы и высокие температуры ядер CPU во время работы, в то время как процессорный кулер остаётся почти холодным.


Слева – Sandy Bridge, справа – Ivy Bridge

В итоге, похоже, что с выходом Ivy Bridge звание лучшей платформы для энтузиастов по праву достаётся LGA 2011. Процессоры в этом исполнении не только имеют дополнительные возможности, позволяющие разгон увеличением частоты BCLK, но и предлагают лучший оверклокерский потенциал. Если же платформа LGA 2011 представляется вам слишком дорогой, то хорошей альтернативой для Ivy Bridge могут быть и старые процессоры Sandy Bridge. Тем более что при одинаковых тактовых частотах они проигрывают новинкам по вычислительной производительности не слишком заметно.
Выводы

Вне всяких сомнений, Ivy Bridge это – уверенный эволюционный шаг вперёд. Хотя принципиальных отличий от предшественников в части быстродействия никто и не обещал, интеловские разработчики смогли обеспечить достаточно заметный прирост производительности по сравнению с CPU предшествующего поколения в пределах 5-7 процентов. Конечно, достигается он не только микроархитектурными улучшениями, но и увеличением тактовых частот, однако это не столь важно, поскольку новые Core третьего поколения стоят не дороже представителей семейства Sandy Bridge, на смену которым они и приходят.

Более того, Ivy Bridge предлагают существенный прогресс в части электрических и тепловых характеристик. Их экономичность поднялась на принципиально новый уровень и позволяет добиться примерно 20-ваттного снижения потребления современных LGA 1155-систем при полной нагрузке.

Особенно приятно, что получение этих дивидендов не требует обновления платформы – новые процессоры способны работать в старых, купленных более года тому назад, LGA 1155-системах. Так что, в качестве варианта апгрейда новинки подходят очень хорошо. Тем более, что со сменой процессора платформа LGA 1155 приобретает поддержку более скоростного варианта графической шины PCI Express 3.0 и расширенного диапазона частот DDR3.

Думается, всего перечисленного уже вполне достаточно для того, чтобы назвать Ivy Bridge вполне удачным обновлением линейки интеловских процессоров. А, ведь, кроме этого, новинки способны предложить пользователям принципиально новое графическое ядро Intel HD 4000. Которое, в отличие от встроенной интеловской графики из Sandy Bridge, поддерживает DirectX 11, обладает GPGPU-функциональностью и может обеспечить неплохую производительность начального уровня.

Судя по всему, Ivy Bridge должен в первую очередь стать отличным вариантом для мобильных систем, и именно с прицелом на них он и разрабатывался. Поэтому с точки зрения пользователей десктопов большинство его плюсов несколько специфично, но, тем не менее, даже они не смогут высказать в адрес новинки никаких особенных претензий.

Единственная категория людей, которая может быть недовольна возможностями Ivy Bridge – это оверклокеры. Частотный потенциал новых процессоров, производимых по самому современному 22-нм технологическому процессу, неожиданно оказался немного хуже, чем у предшественников. Поэтому для использования в разогнанных системах Core третьего поколения пока подходит не лучшим образом. Однако мы ожидаем постепенного исправления этой ситуации. По мере совершенствования производства и выхода новых степпингов ядра предельные доступные для Ivy Bridge частоты должны отодвинуться и прийти в приемлемое для энтузиастов состояние.