Core i9-9900X против Core i9-9900K: буква меняет всё27.03.2019 00:00

Платформа LGA2066 и процессоры семейства Skylake-X были представлены Intel более полутора лет тому назад. Изначально это решение нацеливалось компанией на сегмент HEDT, то есть на высокопроизводительные системы для пользователей, которые занимаются созданием и обработкой контента, ведь Skylake-X содержали существенно большее количество вычислительных ядер по сравнению с привычными представителями семейств Kaby Lake и Coffee Lake.

Однако за время, прошедшее с появления Skylake-X, ландшафт на процессорном рынке существенно изменился, и сегодня достаточно доступные CPU могут иметь шесть или даже восемь вычислительных ядер, а перспективные массовые CPU, которые должны выйти в течение этого года, могут получить десять или даже двенадцать ядер. Делает ли это Skylake-X бесполезными чипами? Скорее всего, нет. Во-первых, среди представителей этой серии существуют предложения с 16 и 18 ядрами, и подобных им массовых вариантов в ближайшее время на рынке точно не будет. Во-вторых, в платформе LGA2066 заложены и другие преимущества, отличающие их от обычных потребительских процессоров, например превосходство в числе каналов памяти и доступных линий PCI Express.

Поэтому косметическое обновление модельного ряда Skylake-X, которое микропроцессорный гигант провёл в конце прошлого года, показалось вполне закономерным — оно прекрасно вписывалось в принятый у Intel график ежегодных анонсов. Однако отношение производителя к своим HEDT-новинкам немного удивило: компания не только не стала пересматривать цены, но и к тому же отказалась предоставлять образцы процессоров IT-прессе, ограничившись лишь формальной презентацией и последующим началом продаж.

Судя по всему, компания посчитала новые Skylake-X вторичными и неинтересными продуктами, однако мы с такой формулировкой в корне не согласны. Да, количество вычислительных ядер у представителей этого модельного ряда в процессе обновления не увеличилось. Однако в них воплощены другие интересные усовершенствования: новинки получили возросшие тактовые частоты, увеличенный объём L3-кеша, а также улучшенный внутренний термоинтерфейс. Поэтому мы всё же решили уделить обновленным Skylake-X некоторое внимание, в чём нам сильно помог компьютерный магазин «Регард»,  согласившийся предоставить для исследования пару новых LGA2066-десятиядерников: Core i9–9820X и Core i9–9900X.

К тому же с самого момента анонса Skylake-X Refresh нам не давал покоя вопрос: почему для старшего десятиядерного HEDT-процессора Intel выбрала сходное до степени смешения название с популярным массовым восьмиядерником Core i9–9900K? Что это означает? И вот теперь у нас появился шанс разобраться…

⇡#Модельный ряд Skylake-X Refresh

О появлении новых LGA2066-процессоров с модельными номерами из девятитысячной серии Intel объявила ещё в октябре прошлого года. В число новинок вошло семь моделей: шесть процессоров серии Core i9 с числом ядер от 10 до 18 и восьмиядерная модель Core i7 условно начального уровня. Никаких шестиядерников и четырёхъядерников для LGA2066 в новом поколении больше не предусматривается, что на фоне бурного роста возможностей платформы LGA1151v2 совершенно не удивительно.

Самым заметным изменением в процессорах, перечисленных в таблице, если сравнивать с предшествующими моделями Skylake-X семитысячной серии, стал рост тактовых частот. Номинальные частоты поднялись на 200–600 МГц, а максимальные частоты, достигаемые при включении турборежима, выросли на 200–300 МГц. Кроме того, у младших представителей серии увеличился объем кеш-памяти третьего уровня. Раньше он рассчитывался исходя из правила »1,375 Мбайт на ядро», а теперь на каждое ядро может приходиться примерно до 2 Мбайт кеша. И последнее: контроллер PCI Express восьмиядерного Core i7–9800X был полностью разблокирован, благодаря чему этот процессор получил в своё распоряжение все 44 линии, которые ранее были доступны только в процессорах с числом ядер 10 и более.

Однако все эти приятные перемены повлекли за собой и рост тепловыделения. В то время как первое поколение Skylake-X имело тепловой пакет, ограниченный рамками 140 Вт, в новых процессорах характеристика TDP увеличена до 165 Вт. Иными словами, за повышенные частот, которые присвоены новым процессорам без каких-либо принципиальных перемен в применяемом для их выпуска 14-нм технологическом процессе, приходится расплачиваться расширившимися энергетическими и тепловыми пределами.

Правда, сама Intel при этом утверждает, что поднять скоростные характеристики позволило внедрение производственной технологии третьей версии с условным названием 14++ нм, по которой сейчас изготавливаются процессоры Coffee Lake и Coffee Lake Refresh. И если бы не это, то тепловыделение могло бы быть ещё выше. Но опасаться, что новые Skylake-X могут быть подвержены перегреву, причин нет. Снизить рабочие температуры новых процессоров должен улучшенный термоинтерфейсный материал под теплораспределительной крышкой. Место применявшейся ранее полимерной термопасты занял припой с заведомо более высокой теплопроводностью.

Но всё, о чём сказано выше, — это лишь вершина айсберга. Дело в том, что изменение спецификаций, и в первую очередь увеличение объёмов кеш-памяти третьего уровня, имеет под собой гораздо более неожиданную основу. Теперь для выпуска HEDT-процессоров Intel стала использовать несколько иные «по смыслу» полупроводниковые кристаллы.

Означает это следующее: HEDT-процессоры всегда представляли собой десктопную разновидность серверных чипов. Традиционно Intel брала младшие модификации Xeon, адаптировала к ним контроллер памяти и некоторые другие характеристики и переносила их в десктопное окружение. При этом, в то время как для своих серверных продуктов Intel производила три варианта полупроводниковых кристаллов: LCC (Low Core Count) с 10 ядрами, HCC (High Core Count) c 18 ядрами и XCC (eXtreme Core Count) c 28 ядрами, в десктопные HEDT-процессоры попадали только наиболее простые версии кристаллов. Так, в процессорах Skylake-X первого поколения с 6, 8 и 10 ядрами использовался кристалл LCC, а в модификациях с 12, 14, 16 и 18 ядрами применялся кристалл HCC.

В обновлённых же Skylake-X, о которых речь идёт сегодня, младший вариант кристалла LCC больше не применяется. Все новые HEDT-процессоры девятитысячной серии, в том числе и восьми- и десятиядерные варианты, базируются на кристалле HCC. То есть даже в Core i7–9800X или Core i9–9900X потенциально имеется 18 ядер, но значительная их часть аппаратно заблокирована на стадии производства.

Такое странное на первый взгляд решение было принято как раз ради увеличения объёма кеш-памяти  в новых процессорах. Внутреннее устройство Skylake-X предполагает, что на каждое вычислительное ядро выделяется порция кеш-памяти объёмом 1,375 Мбайт. И если бы в том же Core i9–9900X использовался младший кристалл LCC, более 13,75 Мбайт L3-кеша этот процессор заведомо получить бы не мог. Более крупный кристалл HCC в этом плане гибче, в нём в общей сложности заложено 24,75 Мбайт кеша, и этот увеличенный объём частично задействован в восьми- и десятиядерных процессорах новой волны.

Полупроводниковый кристалл Skylake-X HCC

В результате все Skylake-X стали унифицированы по дизайну, но обратной стороной такой унификации стало повсеместное применение очень крупного полупроводникового кристалла с площадью около 485 мм², что более чем в два с половиной раза превосходит площадь кристалла восьмиядерных Coffee Lake Refresh. Это значит, что любой из LGA2066-процессоров девятитысячной серии имеет существенно более высокую себестоимость в сравнении с тем же Core i9–9900K. Но несмотря на это, восьмиядерный Core i9–9800X в официальном прайс-листе оценён всего на $100 дороже, чем Core i9–9900K. Поэтому резонно предположить, что производство восьми- и десятиядерных процессоров на основе 18-ядерных кристаллов всё-таки имеет для Intel какой-то экономический смысл, например компания пользуется этой возможностью для реализации полупроводниковых кристаллов с большим числом производственных дефектов, которые до сих пор не могли найти достойного применения.

⇡#Подробнее о десятиядерных Core i9–9900X и Core i9–9820X

Для проведения тестирования мы взяли два десятиядерных процессора «новой волны» — Core i9–9900X и Core i9–9820X. Несмотря на то, что эти CPU переехали на новый кристалл HCC, по сравнению с Core i9–7900X они изменились не так уж и сильно. Обычно Intel при выпуске вторых поколений процессоров для прошлых разновидностей платформы HEDT переводила их на более новую микроархитектуру, но сейчас этого не произошло. Изменения коснулись лишь численных параметров, качественно же в лице Core i9–9900X и Core i9–9820X мы имеем почти то же самое, что предлагал и десятиядерный Core i9–7900X образца 2017 года.

Но зато у Skylake-X второго поколения нет никаких проблем с совместимостью: они превосходно работают в имеющихся LGA2066-материнских платах, основанных на наборе системной логики Intel X299. Как и предшественники, они обладают четырёхканальным контроллером DDR4-памяти, а встроенный в них контроллер PCI Express 3.0 поддерживает 44 линии, которые в теории могут быть раздроблены на произвольное число слотов — от трёх до одиннадцати.

Тем не менее полупроводниковый кристалл HCC, лежащий в основе Core i9–9900X и Core i9–9820X, несколько отличается от кристаллов, которые использовались в старших Skylake-X раньше. Хотя формальный степпинг сохранил номер M0, который был характерен для первоначальных версий Skylake-X с числом ядер более 12, теперь Intel стала применять в производственном процессе видоизменённые литографические маски в связи с задействованием более зрелого техпроцесса 14++ нм вместо прошлого техпроцесса 14+ нм. Ключевое различие технологий состоит в немного большем шаге между затворами транзисторов, что, как мы уже видели на примере Coffee Lake, положительно сказывается на частотном потенциале.

На уровне же микроархитектуры изменений нет совсем. Удивительно, но в новые процессоры Skylake-X Refresh не попали даже никакие аппаратные исправления для борьбы с уязвимостями Meltdown и Spectre. И это очень странно на фоне того, что в параллельном продукте Coffee Lake Refresh, вышедшем в то же время, определённые заплатки уже появились. Например, современные LGA1151v2-процессоры защищены от атак Meltdown (Variant 3) и L1TF (Variant 5) на аппаратном уровне.

Но самое обидное даже не это. Основной повод для расстройства — отсутствие каких-либо перемен в схеме объединения компонентов процессора в единое целое. В Skylake-X Refresh продолжает использоваться одноранговая ячеистая Mesh-сеть, наложенная поверх массива процессорных ядер. Такая схема межъядерных соединений хорошо показывает себя при значительном увеличении числа ядер в серверных процессорах, но для HEDT-продуктов с не слишком высоким числом ядер она подходит гораздо хуже традиционной кольцевой шины, вызывая драматическое увеличение задержек. Одним из методов борьбы с этим негативным эффектом могло бы стать ускорение Mesh-соединений, но здесь всё осталось по-старому. Частота работы межсоединений как в прошлых, так и в нынешних Skylake-X установлена на отметке 2,4 ГГц, поэтому L3-кеш и контроллер памяти у LGA2066-процессоров имеют заметно худшую латентность на фоне массовых Coffee Lake Refresh. Правда, отчасти это компенсируется расширенной кеш-памятью второго уровня, которая у Skylake-X имеет объём 1 Мбайт на ядро, а не в четыре раза меньше.

Всё это легко проиллюстрировать графиком латентности подсистемы памяти процессоров Skylake-X нынешнего поколения в сравнении с Coffee Lake Refresh. Он явно показывает отсутствие улучшений в ситуации с задержками у новых HEDT-процессоров.

Зато новые десятиядерники могут похвастать прогрессом в тактовых частотах и в размере кеш-памяти. Например, Core i9–9900X обладает виктимным L3-кешем объёмом 19,25 Мбайт, что на 40% превышает размер кеша в прошлом десятиядерном процессоре, Core i9–7900X. Базовая частота новой модели при этом увеличилась с 3,3 до 3,5 ГГц, но максимальная частота Core i9–9900X в турборежиме может доходить до тех же 4,5 ГГц, которые были доступны и десятиядернику прошлого поколения. В обоих случаях достижение отметки 4,5 ГГц требует использования технологии Turbo Boost Max 3.0, с традиционным же турборежимом максимальной частотой для Core i9–9900X является 4,4 ГГц.

Впрочем, на практике ситуация с частотами Core i9–9900X складывается несколько иначе. При нагрузке на все ядра процессор работает на частоте 4,1 ГГц.

Если эта нагрузка задействует AVX-инструкции, частота процессора снижается до 3,8 ГГц.

А наиболее ресурсоёмкие 512-битные инструкции из нового набора AVX-512 при полной нагрузке на все ядра заставляют процессор сбавлять обороты до 3,4 ГГц, что, надо заметить, даже ниже объявленной в спецификациях номинальной частоты.

Если говорить о десятиядерном Core i9–9820X, который стоит на ступеньку ниже, то он отличается от своего старшего собрата главным образом объёмом кеш-памяти третьего уровня, которая у него урезана до 16,5 Мбайт. Немного ниже и паспортные частоты, однако не нужно забывать, что все HEDT-процессоры компании Intel имеют свободные множители, что позволит энтузиастам проигнорировать этот недостаток.

Тем не менее номинальная частота Core i9–9820X — 3,3 ГГц, а максимальная частота в турборежиме — 4,1 или 4,2 ГГц в зависимости от того, идёт ли речь о технологии Turbo Boost 2.0 или Turbo Boost Max 3.0.

На практике при эксплуатации процессора с настройками по умолчанию и нагрузке на все ядра Core i9–9820X способен работать на частоте 4,0 ГГц.

Если нагрузка использует AVX-инструкции, процессор снижает частоту работы до 3,8 ГГц.

А в режиме AVX-512 частота Core i9–9820X падает до номинала — 3,3 ГГц.

Говоря о том, чем новые десятиядерные LGA2066-процессоры лучше старого Core i9–7900X, нельзя не напомнить о свершившемся в них переходе на использование более эффективного внутреннего термоинтерфейса. Теплорассеивающая крышка теперь припаяна к кристаллу аналогично тому, как это сделано в Coffee Lake Refresh. Intel говорит, что за счёт этого новые процессоры эффективнее  охлаждаютсяи работают на более низких температурах, однако существует два но. Во-первых, используемый Intel припой не вызывает особого восторга в рядах оверклокеров, поскольку он менее эффективен, чем жидкий металл. И во-вторых, теперь для большинства энтузиастов оказалась недоступна процедура скальпирования: снять крышку, не повредив процессор, стало очень сложно, поэтому  улучшить имеющийся термоинтерфейс крайне затруднительно.

В завершение рассказа о характеристиках Core i9–9900X и Core i9–9820X стоит упомянуть и о ценах. Здесь Intel не стала проявлять какую-либо фантазию и установила стоимость старшего десятиядерника Core i9–9900X в те же $989, которые она просила за процессор Core i9–7900X, относящийся к прошлому поколению. Но зато Core i9–9820X стоит на $100 дешевле, что делает его более привлекательным предложением для энтузиастов, ведь меньший на 15% L3-кеш вряд ли как-то сильно скажется на производительности, а номинальные тактовые частоты для настоящих энтузиастов высокой производительности не имеют никакого значения.