Огляд процесора Core i7-6900K: недофлагман

Продовжуємо знайомство з новими процесорами сімейства Broadwell-E. У черговому тестуванні ми розглянули тысячедолларовую восьмиядерну новинку для платформи LGA2011-v3, яка виявилася багато в чому схожа на минулий флагманський процесор Core i7-5960X Extreme Edition покоління Haswell-E. Втім, щодо доречності такої наступності у нас виникли серйозні сумніви

Анонс високопродуктивних багатоядерних процесорів Broadwell-E опинився в першу чергу цікавий для ентузіастів, які займаються багато обчисленнями. Intel вирішила зблизити старші Core i7 з процесорами Xeon для робочих станцій, в результаті чого старша модель CPU для настільних систем отримала десять ядер. З сильним акцентом на цій стороні Broadwell-E і був побудований весь минулий анонс. Що, втім, не так вже й дивно: ніяких інших особливих поліпшень в дизайні Broadwell-E не з'явилося, так і мікроархітектура Broadwell не відрізняється ні новизною, ні помітним перевагою порівняно з Haswell. У підсумку більшість оглядів, які можна прочитати про нові рішення для платформи LGA2011-v3, стосуються виключно десятиядерного флагмана Core i7-6950X Extreme Edition.

У той же час назвати Core i7-6950X самим затребуваним процесором в ряду новинок навряд чи можливо. Так, десять обчислювальних ядер – це величезна і навіть небувала потужність за мірками настільних систем, але вартість процесора з таким арсеналом, встановлена мікропроцесорним гігантом на рівні $1 723, виходить за всі межі розумного. Іншими словами, тестування такого процесора дійсно цікаво з позицій теорії, але на практиці набагато важливіше, як йде справа з продуктивністю більш доступних варіантів.

На жаль, Intel відмовилася надати нам для дослідження додаткові зразки Broadwell-E. Але на виручку прийшов наш давній партнер, компанія «Регард», на складі якої необхідні процесори як раз знайшлися.

 Завдяки цьому сьогодні ми маємо можливість продовжити розмову про оновлення платформи LGA2011-v3 і докладно познайомитися з другим представником в сімействі Broadwell-E – процесором Core i7-6900K.

Так, Core i7-6900K – не десятиядерник, але тим не менше теж дуже респектабельна модель, що володіє масивом з восьми обчислювальних ядер з підтримкою технології Hyper-Threading. Особливої ж уваги вона заслуговує на тому, що якщо виходити з характеристик, то Core i7-6900K являє собою сучасну заміну для минулого флагмана з покоління Haswell-E, Core i7-5960X. Причому у цих процесорів  не тількизбігається кількість ядер, але і вартість  схожа– вони обидва оцінені в суму, близьку до $1 000, з якою ентузіасти високої продуктивності, можна сказати, вже звикли.

Core i7-6900K: подробиці

Починати розповідь про будь споживчих процесорах в LGA2011-v3-виконанні слід з нагадування про те, що в дійсності ця десктопна платформа є не стільки самостійною гілкою розвитку, скільки адаптованою версією серверної платформи. У варіанті для настільних систем не підтримуються багатопроцесорні конфігурації і немає сумісності з реєстрової пам'яттю, але в іншому між Broadwell-E і молодшими модифікаціями процесорів серії Broadwell-EP можна провести дуже близькі паралелі. Аж до того, що всі Core i7 для LGA2011-v3 базуються на тому ж самому напівпровідниковому кристалі, що і процесори Xeon E5 v4 з числом ядер не більше восьми.

Тому не варто дивуватися, що, в той час як масові процесори вже давно переїхали на мікроархітектуру Skylake, свіжі високопродуктивні рішення базуються на мікроархітектурі минулого покоління – Broadwell. Пов'язано це в першу чергу з тим, що сервер клієнти Intel вимагають стабільності та підтримки актуальності платформи протягом більшого часу, ніж це прийнято в десктопах, в результаті чого розвиток у цій сфері дещо гальмується. Але зате можна бути повністю впевненим у захисті інвестицій: як мінімум протягом найближчого року Broadwell-E залишаться самим швидким пропозицією Intel для ПК.

У тому, що мікроархітектура Skylake не потрапила в високопродуктивні процесори для ентузіастів, насправді немає ніякої катастрофи. Навпаки, саме завдяки цьому стара платформа LGA2011-v3 і набір системної логіки Intel X99, представлені ще влітку 2014 року, зберегли повну сумісність з новинками. Так, виробники материнських плат побачили у випуску Broadwell-E чудовий привід для оновлення своїх продуктів, але старі плати, подані з Haswell-E, теж здатні працювати з процесорами начебто Core i7-6900K після оновлення прошивки. Що ж стосується рівня продуктивності, то мікроархітектура Skylake ефективніше Broadwell не дуже помітно, і цілком можна говорити про те, що тут ентузіасти втрачають не багато. Подібним чином йде справа і з іншими споживчими характеристиками, адже перехід на 14-нм техпроцес, здатний помітно вплинути на енергоефективність і частотний потенціал, відбувся саме в поколінні Broadwell.

Все сказане вірно як для Core i7-6950X, який пройшов через нашу лабораторію трохи раніше, так і для розглянутого в цьому огляді Core i7-6900K. Адже ці два процесора розрізняються лише по числу ядер і тактових частот. В їх основі лежить один і той же напівпровідниковий кристал LCC з тією лише різницею, що в восьмиядерном варіанті апаратно відключено два ядра і два блоку кеша, з-за чого його ємність кеш-пам'яті третього рівня складає не 25, а 20 Мбайт.

Зате в порівнянні з Core i7-5960X покоління Haswell-E новий Core i7-6900K виглядає цілком виграшно. Звичайно, не можна сказати, що між мікроархітектурами Haswell і Broadwell є істотна різниця в плані питомої продуктивності. І більш того, по більшості характеристик – кількістю обчислювальних ядер, розміром кеша, кількістю ліній PCI Express, будовою підсистеми пам'яті, розрахунковим тепловиділення та ін. – між цими представниками сімейств Haswell-E і Broadwell-E відмінностей немає. Але впроваджений в Broadwell техпроцес з 14-нм норм і тривимірними транзисторами другого покоління дещо та значить. Наприклад, він дозволяє підняти тактові частоти, не торкнувшись при цьому межі теплового пакету.

Як видно з наведеної таблиці, частоти восьмиядерного процесора Core i7-6900K стали на 200 МГц вище, ніж в Core i7-5960X, і досягли величин, характерних для шестиядерників покоління Haswell-E. Крім того, не варто забувати і про нової технології Turbo Boost Max 3.0, яка може виводити одне з ядер, Core i7-6900K (як і в інших Broadwell-E) на частоту 4,0 ГГц.

Представники сімейства Broadwell-E можуть похвалитися ще одним удосконаленням – поліпшеним чотириканальним контролером пам'яті. З формальної точки зору це означає, що в процесорі Core i7-6900K з'явилася офіційна підтримка стандарту DDR4-2400 і сумісність з модулями об'ємом до 16 Гбайт. Але за фактом контролер пам'яті отримав до того ж і більш гнучкі налаштування в плані вибору режимів, а також можливість розгону DDR4 SDRAM до більш високих, ніж раніше, частот. Зокрема, максимальна частота пам'яті, яку можна встановити в LGA2011-v3-системі на базі Core i7-6900K без збільшення частоти BCLK, тепер досягає 4000 МГц.

Офіційна ціна Core i7-6900K встановлена в $1 089. Це на $90 дорожче, ніж коштувала і коштує Core i7-5960X, але зате на цілих $634 менше, ніж Intel просить за десятиядерный флагман Core i7-6950X. В результаті Core i7-6900K виглядає в лінійці Broadwell-E вигідніше старшого пропозиції: він на 37 відсотків дешевше при тому, що пропоноване їм число ядер менше всього лише на 20 відсотків.

Разом з тим Intel все ж позиціонує Core i7-6900K як процесор трохи більш високого рівня, ніж Core i7-5960X з минулого покоління. Але більш досконала мікроархітектура навряд чи зіграла при цьому якусь роль. Так, у Broadwell були поліпшені алгоритми пророкування розгалужень і збільшені основні внутрішні буфери, плюс у неї додалися більш швидкі схеми виконання інструкцій множення і ділення. Однак все це дає лише смішний тривідсотковий приріст питомої продуктивності. Тому перевагу Core i7-6900K визначається насамперед його частотами. І про це слід поговорити детальніше.

Core i7-6900K: тактова частота і Turbo Boost Max 3.0

Формально номінальна тактова частота Core i7-6900K встановлена в 3,2 ГГц. Однак на практиці при максимальному навантаженні цей процесор працює на частоті 3,5 ГГц. Так позначається підтримка цим процесором технології Turbo Boost 2.0, яка збільшує частоту на кілька кроків у тому випадку, якщо до цього немає ніяких явних протипоказань з боку температурного режиму.

Скріншот CPU-Z відображає типовий стан Core i7-6900K: частота 3,5 ГГц при напрузі живлення близько 1,1 Ст.

Технологія Turbo Boost 2.0 в певних умовах дозволяє процесору розганятися і сильніше. Якщо роботою зайнято лише одне або два ядра восьмиядерного процесора, а інші ядра знаходяться в стані простою, то частота може бути динамічно підвищена до 3,7 ГГц.

Зверніть увагу, разом з частотою нарощується і напруга живлення, але, оскільки висока навантаження зачіпає лише одне-два ядра, процесор свідомо залишається в рамках встановленого 140-ватного теплового пакету.

Треба сказати, що технологія Turbo Boost 2.0 подібним чином працювала і в Core i7-5960X. Різниця фактично лише в конкретних значеннях частот – новий 14-нм чіп Core i7-6900K в будь-якому стані швидше на 200 МГц. І такий шестивідсотковий приріст частоти навряд чи б міг стати скільки-небудь серйозним аргументом на користь новинки, проте одним лише їм справа не обмежується. На звичну технологію Turbo Boost 2.0 розробники Intel навернули ще більш могутній форсований турборежим – технологію Turbo Boost Max 3.0.

Суть Turbo Boost Max 3.0 полягає в тому, що при однопотоковому навантаженні процесор дозволяється виводити на ще більш високу частоту – 4,0 ГГц. Однак такий автоматичний розгін не міг бути реалізований в рамках Turbo Boost 2.0, тому що він не допустимо для всього процесора в цілому, а лише для одного його конкретного ядра. Щоб реалізувати такий посилений турборежим, Intel в процесі виробництва виявляє на напівпровідниковому кристалі найбільш податливе в частотному плані ядро і особливим чином позначає його, дозволяючи збільшувати його частоту істотніше, ніж для всіх інших ядер. І коли навантаження лягає на це конкретне ядро, а інші ядра CPU простоюють, частота в рамках Turbo Boost Max 3.0 підвищується до 4,0 ГГц.

Іншими словами, Turbo Boost Max 3.0 принципово відрізняється від Turbo Boost 2.0 як мінімум тим, що це рішення жорстко прив'язане до одного спеціально відібраному процесорному ядру. Тому правильне функціонування цієї технології потребує додаткової підтримки з боку операційної системи, яка повинна розуміти, що одне з ядер в Broadwell-E краще за інших, і переносити на нього всю однопоточную навантаження. На жаль, поточні версії ОС так працювати не вміють, і для функціонування Turbo Boost Max 3.0 необхідно використовувати додатковий драйвер, пропонований компанією Intel.

Варто зазначити, що на даний момент цей драйвер не можна назвати вичерпним рішенням, але альтернативи просто немає – для операційної системи всі ядра завжди рівноправні. Проблема з драйвером полягає в тому, що він перевіряє навантаження лише через певні інтервали часу (за замовчуванням – раз в секунду) і переносить на швидке ядро лише ті процеси, які забирають більше 90 відсотків ресурсів одного ядра. Іншими словами, поки це більше схоже на якийсь "милиця", оскільки драйверу явно не вистачає більш тісної інтеграції з диспетчером завдань. Втім, з часом вроджена підтримка Turbo Boost Max 3.0 напевно буде додана в актуальні версії Windows через систему оновлень.

Крім того, правильна робота Turbo Boost Max 3.0 залежить і від BIOS материнських плат, в яких має бути правильно реалізовано незалежне управління множниками ядер процесора. В теорії третя версія турборежиму є надбудовою над другою версією. Тобто Turbo Boost Max 3.0 не скасовує Turbo Boost 2.0, а лише додає ще один більш швидкий режим, який активується виключно при однопотоковому навантаженні. За фактом ж виробники плат можуть трактувати Turbo Boost Max 3.0 більш вільно. Наприклад, в період нашого першого знайомства з процесором Core i7-6950X тестова материнська плата ASUS X99-Deluxe при включенні нової технології авторозгону незалежно від навантаження додатково збільшувала швидкість всіх ядер CPU, а такого бути не повинно. На щастя, у свіжих оновлення прошивки ситуація виправлена, і тепер Turbo Boost Max 3.0 на нашій тестовій платформі функціонує рівно так, як і повинна.

Що ж стосується Core i7-6900K, то в канонічному варіанті робота Turbo Boost Max 3.0 для нього повинна виглядати наступним чином:

Як бачите, тут однопоточне навантаження перенесена на ядро Core7 (воно у нашого Core i7-6900K виявилося найбільш вдалим), і його частота збільшена до 4,0 ГГц. При цьому напруга живлення процесору підвищено до дуже високої величини – 1,243 Ст. Таке серйозне завищення повинно стати гарантією стабільності CPU. Але процесор при цьому залишається в рамках теплового пакету як за рахунок того, що інші ядра не працюють, так і завдяки особливій «вдалості» Core7.

Виходить, що впровадженням Turbo Boost Max 3.0 компанія Intel видавила з Broadwell-E останній частотний потенціал, який ці процесори можуть запропонувати в рамках встановлених меж тепловиділення і енергоспоживання. І неможливість досягнення 4 ГГц в рамках старої технології Turbo Boost 2.0 тільки підкреслює це. Вдумайтеся тільки: для роботи процесора при однопотоковому навантаженні з такою частотою доводиться спеціально вибирати найкраще ядро з восьми!

Розгін

Вивчення розгінного потенціалу старшого Broadwell-E, Core i7-6950X, стало свого часу приводом для розчарування. Повноцінно він розігнався лише до 3,9 ГГц, а для того, щоб вичавити з цього процесора хоча б 4,3 ГГц, нам довелося істотно затормаживать його при виконанні AVX-інструкцій, що не могло не завдати удар по реальній продуктивності. Проте скромний частотний потенціал Core i7-6950X можна було списати на його радикальну багатоядерність. Немає жодних сумнівів у тому, що десять обчислювальних ядер, що працюють одночасно, здатні генерувати дуже багато тепла, яке, природно, створює суттєві перешкоди на шляху підкорення високих тактових частот.

Інша справа – більш простий Core i7-6900K, у якого ядер на два менше. З ним розгін може піти веселіше, до того ж практичний досвід оверклокінгу такого процесора можна зіставити з результатами розгону восьмиядерного Core i7-5960X, який ми свого часу змогли вивести на позначку 4,2 ГГц без всяких сумнівних хитрощів.

Втім, покладати на Core i7-6900K особливо великі надії все ж не варто. У порівнянні з Core i7-5960X він перейшов на більш сучасний техпроцес з 14-нм норм, і насправді це навряд чи варто вважати явним плюсом. Практика підказує, що нові виробничі технології вже давно не забезпечують збільшення частотного потенціалу. Більш того, процесори Broadwell-C LGA1150-виконанні, з якими нам довелося познайомитися минулого літа, виявилися з точки зору оверклокінгу найгіршими пропозиціями Intel за останні кілька років. Звичайно, з тих пір пройшло чимало часу, і Intel цілком могла відшліфувати свій передовий техпроцес, але у випадку з Broadwell-E справа ускладнюється ще й тим, що площа напівпровідникового кристала порівняно з Haswell-E зменшилася приблизно на 30 відсотків, і це закономірно збільшує щільність теплового потоку, від якого необхідно позбавлятися при роботі процесора в ресурсномістких завданнях. І нехай в Core i7-6900K, як і в інших LGA2011-v3-процесори останнього покоління, в якості внутрішнього термоінтерфейса використовується припой на основі індія, ніяких гарантій високого розгону це не дає.

Результати натурного експерименту з розгону Core i7-6900K підтвердили всі викладені вище побоювання. Його безпроблемного функціонування без перегріву нам вдалося домогтися лише при максимальній частоті 4,0 ГГц.

Як видно з наведеного скріншоту, для перевірки стабільності ми використовували утиліту LinX 0.6.8. Для охолодження процесора використовувався традиційний двобаштовий повітряний кулер Noctua NH-D15.

Робота Core i7-6900K на частотою 4,0 ГГц зажадала підвищення напруги живлення до 1,2 В, але температура у такому стані під час проходження тесту на стабільність не перевищувала 93 градусів. Це – цілком прийнятний режим в тому числі і для довготривалої експлуатації, так як троттлінг у Broadwell-E включається при 100-градусній температурі.

Однак розгін до 4,0 ГГц, чесно кажучи, якимось найвищим досягненням зовсім не здається. Мало того, що Core i7-5960X розганявся краще, до того ж і частота 4,0 ГГц (Core i7-6900K– це номінальний стеля для технології Turbo Boost Max 3.0. Тобто, за великим рахунком, наш розгін краще офіційного турборежиму лише тим, що він дозволяє тримати 4-гигагерцевую частоту в тому числі і при многопоточной навантаженні. Тобто всі висловлені побоювання підтвердилися: у оверклокінгу Core i7-6900K програє своєму попередникові, Core i7-5960X.

Втім, не слід забувати про те, що процесори покоління Broadwell-E придбали нові оверклокерські можливості, наприклад більшу гнучкість налаштувань множників. Вони не тільки дозволяють встановлювати різну частоту для різних ядер, але і вміють скидати свою швидкість на AVX-операції, які провокують найбільш сильні викиди тепла, викликають критичний перегрів процесора. Так, скориставшись цією можливістю і помітно зрізавши продуктивність векторних команд, в минулому тестуванні Broadwell-E ми змогли довести частоту десятиядерника Core i7-6950X до 4,3 ГГц. Однак такий підхід доречний лише для формального розгону, а не для повсякденної роботи. На практиці високопродуктивні LGA2011-v3-системи нерідко мають справу з ресурсоємними додатками для створення і обробки контенту, а в таких завданнях AVX-інструкції застосовуються дуже часто. Тому на цей раз ми вирішили постаратися обійтися без надмірного загальмовування процесора на векторній навантаженні. Замість цього ми зробили спробу додатково розігнати Core i7-6900K вище 4-гигагерцевой кордону, зафіксувавши його частоту при роботі з AVX-інструкціями на вже досягнутому рубежі.

Проте не дуже надихаючі результати приніс і такий підхід. Стабільність при навантаженні, вільної від AVX-команд, з напругою Vcore, рівним 1,2 В, виявилася досяжна лише при частоті 4,1 ГГц. Більший розгін вимагав додаткової надбавки до напруги живлення, але вона, в свою чергу, призводила до перегріву процесора під AVX-навантаженням на частотою 4,0 ГГц.

В результаті нам довелося змиритися з тим, що межа розгону Core i7-6900K з використанням продуктивного повітряного охолодження знаходиться в околиці 4 ГГц і представники сімейства Broadwell-E у оверклокінгу проявляють себе гірше, ніж Haswell-E. Що ж стосується нашого екземпляра, то на комбінованій частоті 4,0-4,1 ГГц (в залежності від AVX-навантаження) він продемонстрував свою повну працездатність, і в тестах продуктивності ви знайдете його показники в такому режимі.