Как разогнать Core i7-9700K или да ну его14.11.2018 10:00

С выпуском десктопных процессоров Core девятого поколения компания Intel, наконец, смогла убедительно ответить своему извечному конкуренту, начав поставки в массовый сегмент чипов с восемью вычислительными ядрами. Новинки в лице Core i9–9900K и Core i7–9700K сразу оказались в центре внимания, однако во многом не по самой очевидной причине. На первый план вышло не столько обсуждение преимуществ этих процессоров перед старшими Ryzen, сколько вопросы ценообразования и доступности — купить интеловские восьмиядерники по ценам, близким к рекомендованным, сегодня попросту нереально.

Однако сколько бы ни сетовали на дороговизну обыватели, преданных сторонников процессоров Intel это не останавливает. Если говорить о возможностях и производительности языком фактов, то помимо увеличенного до восьми числа вычислительных ядер старшие Core девятитысячной серии подкупают и высокими номинальными частотами. В результате, их быстродействие заведомо выше, чем у старших массовых процессоров Ryzen и Core i7 прошлых поколений. Поэтому даже кажется, что Core i9–9900K и Core i7–9700K — это своего рода убер-процессоры, которым не только нет равных в массовом сегменте, но и которые без труда смогут удерживать положение флагманов в обозримом будущем, став своего рода островками стабильности в изменчивом мире десктопов, где смена парадигмы и переход от четырёхъядерности к восьмиядерности произошли буквально за пару последних лет.

Что же касается стоимости, то сегодня младший из интеловских восьмиядерников, Core i7–9700K, уже вполне можно рассматривать в качестве варианта для конфигураций верхнего уровня. Конечно, цену в 35 тысяч рублей при официально озвученной стоимости в $374 трудно назвать гуманной, но по крайней мере, на фоне цен старших графических карт семейства GeForce RTX такая сумма не вызывает полного неприятия. Поэтому совсем неудивительно, что покупатели на Core i7–9700K находятся, причём, как показывает практика, их — достаточное количество.

И надо сказать, что тех, кто не ждет удешевления Core i9–9900K, а берёт Core i7–9700K прямо сейчас, вполне можно понять. Учитывая все за и против, нельзя сказать, что флагман семейства Core i9 однозначно лучше своего собрата с более низким позиционированием. Принципиальное отличие Core i7–9700K состоит в отсутствии поддержки Hyper-Threading, однако из-за особенностей данной технологии, использующей для исполнения двух независимых потоков ресурсы одного вычислительного ядра, многие современные игры и приложения не только не получают от неё прирост, но и зачастую наоборот, страдают от её наличия. Кроме того, согласно последним новостям, Hyper-Threading представляет собой серьёзную проблему в безопасности системы, и отдельные разработчики даже призывают к её полному отключению. Поэтому конфигурация, построенная на младшем интеловском восьмиядернике последнего поколения, Core i7–9700K, — вполне добротный вариант, который не стыдно порекомендовать как для рабочего компьютера, так и для «максимальной» игровой сборки.

В этом же материале мы решили подробно поговорить о том, как владельцы систем, построенных на Core i7–9700K, могут дополнительно «улучшить» свои платформы. Речь пойдёт о разгоне. Одной из ключевых особенностей Core девятитысячной серии стал возврат Intel к использованию между теплорассеивающей крышкой и процессорным кристаллом бесфлюсового припоя с высокой теплопроводностью.

По этой причине многие ждали от новых восьмиядерников очередного шага вперёд в части оверклокерского потенциала. Но не тут-то было: представители поколения Coffee Lake Refresh получились очень горячими даже без какого-либо разгона и, как показало первоначальное тестирование, они и так работают на частотах, близких к предельным.

Тем не менее, мы решили вернуться к разгону Core i7–9700K ещё раз. На этот раз мы обратились к нашему давнему партнёру, компьютерному магазину «Регард», и взяли для испытаний несколько серийных процессоров. С их помощью мы попытались установить, насколько возможно поднять производительность платформы на базе обычного младшего интеловского восьмиядерника, если подойти к вопросу тщательно и системно. И в результате нам удалось вывести алгоритм, который, несмотря на все препятствия, позволяет разогнать среднестатистический розничный Core i7–9700K до «красивой» отметки 5 ГГц.

⇡#Core i7–9700K: характеристики и особенности работы

Итак, Core i7–9700K — это самый доступный десктопный процессор Intel с восемью вычислительными ядрами. Его цена установлена в $374, и с точки зрения формального позиционирования он располагается между 500-долларовым восьмиядерником Core i9–9900K и 262-долларовым шестиядерником Core i5–9600K. Как и его сородичи, этот процессор производится по наиболее современной версии интеловского 14-нм техпроцесса с условным названием »14++ нм» и обладает разблокированным множителем, теоретически допускающим лёгкий разгон. Как и всё прочие предложения для платформы LGA1151v2, Core i7–9700K основывается на микроархитектуре Coffee Lake и обладает интегрированным графическим ядром UHD Graphics 630 (класса GT2). Встроенный двухканальный контроллер памяти этого процессора официально поддерживает режимы работы до DDR4–2666, что никакой новостью не является, но зато при этом он способен адресовать до 128 Гбайт памяти, установить которые в системе станет возможным после появления 32-гигабайтных модулей DDR4 SDRAM. Также необходимо отметить, что в Core i7–9700K появились первые аппаратные исправления уязвимостей Meltdown и L1TF (Foreshadow).

Поддержка технологии Hyper-Threading раньше всегда была обязательным атрибутом процессоров семейства Core i7. Но то было в эпоху четырёхъядерных и шестиядерных CPU, когда она позволяла таким процессорам обрабатывать восемь и двенадцать потоков одновременно. С выходом Core i7–9700K всё изменилось: этот процессор виртуальную многоядерность не поддерживает, но, как показывают тесты, он всё равно в большинстве случаев заметно производительнее Core i7–8700K, поскольку два дополнительных физических ядра способны внести больший вклад в быстродействие по сравнению с Hyper-Threading.

Подобно Core i7–8700K, новый Core i7–9700K располагает L3-кешем объёмом 12 Мбайт. Иными словами, объём кеша в пересчёте на ядро сократился до 1,5 Мбайт, и это — ещё один признак, по которому младший восьмиядерный Coffee Lake Refresh отличается от своего старшего собрата.

В качестве номинальной тактовой частоты для Core i7–9700K указана 3,6 ГГц, что соответствует паспортной частоте Core i9–9900K и на 100 МГц ниже частоты Core i7–8700K. Однако пользователи при оценке потребительских качеств давно привыкли смотреть не на номинальные частоты, а на скоростные показатели, объявленные для турбо-режима. И по ним Core i7–9700K выглядит куда интереснее, на 200–300 МГц превосходя показатели, определённые для Core i7–8700K. К сожалению, до отметки 5,0 ГГц при однопоточной нагрузке младший восьмиядерник всё же не достаёт, но тем не менее, 4,6 ГГц при полной загрузке всех восьми ядер обещают очень достойную производительность.

Однако есть важный нюанс, который в корне всё  меняет. Спецификация предполагает, что рабочая частота в турбо-режиме может увеличиваться лишь до тех пор, пока энергопотребление (и тепловыделение) процессора остаётся в допустимых пределах. Эти пределы для интеловских процессоров задаются тремя базовыми константами:

• PL1 — предельное энергопотребление процессора, которое не должно превышаться при долговременной работе;
• PL2 — предельное пиковое энергопотребление процессора, которое не должно превышаться при кратковременном увеличении нагрузки;
• Tau — максимальное время, в течение которого энергопотреблению процессора разрешено выходить за пределы PL1, оставаясь тем не менее ниже PL2.

Intel предполагает, что предел PL1 должен соответствовать тепловому пакету процессора, то есть для Core i7–9700K — это 95 Вт, в то время как предел PL2 установлен в 120 Вт, а время Tau, в течение которого процессору разрешено потреблять более 95 Вт, но менее 120 Вт, ограничено 1 секундой. И это — очень жёсткие требования, которые существенно ограничивают частотную формулу процессора. То есть, если говорить о номинальном, определённом интеловской спецификацией рабочем режиме Core i7–9700K, то разгоняться до 4,6 ГГц и выше он способен лишь в случае достаточно лёгкой нагрузки. Если же речь идёт о сложных вычислительных алгоритмах, то частоты, определяемые параметрами PL1 и PL2, будут существенно ниже приведённых в таблице выше максимумов.

В качестве простой иллюстрации приведём распределение реальных частот, на которых работает честно сконфигурированный согласно спецификации Core i7–9700K при рендеринге в Blender с задействованием различного числа вычислительных ядер.

Как видите, при серьёзной нагрузке достижение частот порядка 4,6 ГГц — это скорее исключение из правила. Высокая частота, близкая к максимально разрешённой в рамках турбо-режима, достигается лишь при незначительной нагрузке, когда энергопотребление процессора не вызывает никаких проблем. В случае же нагрузки на все ядра частота устанавливается ближе к 4,2–4,3 ГГц, то есть на 300–400 МГц ниже предельных значений. Естественно, достижимые частоты зависят от характера исполняемых процессором алгоритмов, но главное здесь то, что если конфигурировать CPU по-честному, то частотная формула Core i7–9700K, зажатого рамками 95-ваттного теплового пакета, выглядит совсем не так здорово, как кажется на первый взгляд. Но зато в этом случае потребление и тепловыделение процессора действительно вписывается в декларируемые лимиты.

Впрочем то, что можно видеть на графиках выше — это скорее теоретическая или даже гипотетическая ситуация. Дело в том, что в погоне за быстродействием производители материнских плат интеловской спецификацией пренебрегают. В употребление давно введена функция Multi-Core Enhancements, которая перечёркивает все требования интеловской спецификации относительно энергопотребления и тепловыделения и выводит процессоры на максимально возможную для данной нагрузки частоту. Формальным языком это означает, что производители плат повышают значения пределов PL1 и PL2 до недостижимых в реальной жизни значений, и в результате процессор получает возможность работать на ничем не ограниченной максимальной частоте, зависящей лишь от количества вычислительных ядер, нагруженных работой.

Проведя точно такой же тест Core i7–9700K при рендеринге в Blender с включённой функцией Multi-Core Enhancements, можно наблюдать уже совсем иную частотную картину.

Однако нужно понимать, что при работе системы в таком режиме ни о каком 95-ваттном тепловом пакете процессора речь уже не идёт. Картина реального энергопотребления начинает выглядеть следующим образом.

Вывод из всего этого достаточно простой. Если вы собираетесь пользоваться Core i7–9700K с включением Multi-Core Enhancements, то значение номинального теплового пакета в 95 Вт для вас ровным счётом ничего не значит. В реальности процессор будет потреблять до 150 или даже до 200 Вт, и блок питания и систему охлаждения в такую сборку нужно подбирать исходя из этого. Кроме того, не стоит забывать, что Multi-Core Enhancements — это разновидность разгона, и гарантий долговременной стабильной и беспроблемной работы системы в этом режиме никто не даёт.

Немного подробнее о практической части такого разгона мы поговорим в следующем разделе. Но прежде чем мы перейдём к фактическим результатам тестов, пару слов следует сказать о тех процессорах, которые мы тестировали. Все выкладки, сделанные в этом материале получены на основе тестирования пяти экземпляров серийных Core i7–9700K серии (FPO) L834F584.

Расшифровка этой маркировки позволят заключить, что указанные процессоры произведены в Малайзии в конце августа, то есть на полтора-два месяца позже образцов для прессы, которые Intel предлагала для обзоров восьмиядерных новинок. И это значит, что все выводы, которые будут сделаны далее, абсолютно релевантны для поступивших в розничную сеть CPU.

⇡#Разгон Core i7–9700K включением Multi-Core Enhancements

Стараниями производителей материнских плат функция Multi-Core Enhancements (MCE) повсеместно вошла в обиход и уже не воспринимается как разновидность оверклокинга. Тем не менее это так: MCE — это самый настоящий разгон, переводящий процессор в нештатные режимы. Причём, как мы покажем дальше на практических примерах, — разгон в случае Core i7–9700K достаточно жёсткий.

Суть MCE заключается в том, что процессору при работе разрешается не следить за своим энергопотреблением и выходить на максимально возможные в рамках турбо-режима частоты, зависящие лишь от одного параметра — числа загруженных работой ядер. Но если с четырёхъядерниками и отчасти с шестиядерниками такие допущения не влекли за собой никаких особых проблем, и позволяли практически без последствий получить дополнительный прирост производительности, с Core i7–9700K всё не так просто. Лишенные каких-либо ограничений по энергопотреблению восьмиядерные процессоры Coffee Lake Refresh греются гораздо сильнее предшественников. Это происходит не только из-за возросшего числа ядер в полупроводниковом кристалле, но и потому, что они имеют более высокие максимально разрешённые частоты, назначенные производителем «волевым решением» без каких-либо предпосылок в виде улучшения техпроцесса. И в конечном итоге Core i7–9700K со включённой функцией MCE может потреблять электричества и, соответственно, выделять тепла в два — два с половиной раза больше оговоренных в спецификациях 95 Вт.

А это значит, что если вы планируете в системе с Core i7–9700K пользоваться функцией MCE, то должны обязательно позаботиться о добротной материнской плате с мощным конвертером питания и о качественном охлаждении процессора, которое должно быть в состоянии справиться с отводом более 200 Вт тепла. В этом мы убедились сразу же, когда стали проверять взятые для теста процессоры в номинальном режиме. Даже простое прохождение теста стабильности Prime95 29.4 после включения MCE стало представлять для них определённую проблему. И несмотря на то, что для охлаждения мы пользовались достаточно производительной СВО Corsair Hydro Series H115i, температуры тестовых восьмиядерников приближались к максимально допустимым.

В следующей таблице приведены результаты практической проверки пяти серийных Core i7–9700K в Prime95 29.4 (при полной восьмипоточной нагрузке SmallFFT c AVX) с активной функцией Multi-Core Enhancements.

Полученные в процессе проверки результаты позволяют сделать сразу несколько выводов. Но самое главное здесь то, что простое включение MCE сразу же переводит Core i7–9700K в близкий к предельному режим. Более того, некоторые экземпляры Core i7–9700K (как номер 3 в нашем тесте), после включения MCE могут даже выходить за предельно допустимые температуры и снижать рабочую частоту из-за включения механизма защиты от перегрева выше 100 градусов — троттлинга. Причём, напомним, мы выполняли проверку с производительной системой жидкостного охлаждения, а значит, при использовании более простых кулеров перегрев и троттлинг CPU будет обеспечен практически со стопроцентной вероятностью.

Кроме того, нужно обратить внимание и на ещё одну особенность. Равномерный отвод тепла от вытянутого многоядерного кристалла Coffee Lake Refresh — не такая простая задача даже с учётом перехода Intel на эффективный внутренний термоинтерфейс. Поэтому у восьмиядерных процессоров всегда присутствует достаточно солидный разброс температуры между ядрами, который может достигать 10–12 градусов.

Разгон с помощью включения функции MCE в BIOS материнской платы — один из самых простых подходов, который с одной стороны позволяет получить достаточно заметный прирост производительности, а с другой — не требует никакой утомительной настройки. Более того, вопреки рекомендациям Intel, на большинстве материнских плат MCE включается по умолчанию, и от пользователя требуется лишь внимательно отнестись к организации охлаждения процессора и убедиться в том, что в процессе работы не возникает признаков температурного троттлинга.

Принудительно включить или выключить функцию MCE можно в BIOS материнской платы. Обычно среди базовых настроек процессора в BIOS соответствующая опция вынесена отдельным пунктом.

Активировать MCE можно и другим, более низкоуровневым способом — вручную повысив пределы потребления PL1 и PL2 до нереалистично высоких значений. Настройки этих величин обычно находятся в разделе BIOS, посвящённом управлению питанием процессора.

Аналогично, приведя значения этих параметров к их паспортным значениям 95 Вт, 120 Вт и 1 с от процессора можно добиться того, что он будет функционировать так, как было задумано Intel, а не как того захотелось производителю материнской платы.

⇡#Разгон Core i7–9700K вручную

В целом, разгон Core i7–9700K вручную, а не с помощью готового профиля Multi-Core Enhancements, обычно позволяет достичь большего. Однако ввиду очень высокого тепловыделения новых восьмиядерных процессоров, слишком многого ожидать не стоит. Как показывает практика, шестиядерники Core i7–8700K разгоняются лучше новинок, особенно если процедуру наращивания частоты предварить скальпированием и заменой внутреннего полимерного интерфейса на жидкий металл.

Так, стабильная работа на частоте 5,0 ГГц для Core i7–8700K не считалась чем-то из ряда вон выходящим. Но разогнать аналогичным образом Core i7–9700K практически нереально. Добиться от этого процессора стабильной работы на частоте 5,0 ГГц можно только с серьёзными допущениями и послаблениями в критериях. Тот факт, что в новых процессорах Coffee Lake Refresh в качестве внутреннего термоинтерфейса используется припой, а не термопаста, никаким особым козырем этих процессоров не является. Более совершенный внутренний термоинтерфейс лишь компенсирует возросшее тепловыделение восьмиядерников, но получить какие-то впечатляющие частоты при разгоне он не позволяет.

Сама по себе процедура разгона Core i7–9700K достаточно типична и строится по обычному алгоритму: увеличение напряжение питания — увеличение рабочей частоты — проверка стабильности. Но, как и в случае любых других процессоров, с восьмиядерниками есть свои нюансы, о которых мы поговорим чуть дальше.

Проверка пяти серийных экземпляров Core i7–9700K позволяет заключить, что в большинстве случаев следует рассчитывать на разгон таких процессоров до частоты 4,8 ГГц. Ниже мы приводим развёрнутые данные о разгоне всех проверенных процессоров: сведения о режимах, в которых достигается стабильное функционирования, а также предельные значения температуры и энергопотребления при прохождении проверки в Prime95 29.4 (при полной восьмипоточной нагрузке SmallFFT c AVX).

Экземпляр 1:

Экземпляр 2:

Экземпляр 3:

Экземпляр 4:

Экземпляр 5:

Действительно, опыт показывает, что среднестатистический результат разгона Core i7–9700K с подтверждённой стабильностью — это частота 4,8 ГГц. При этом могут встречаться процессоры, которые способны брать и более высокую частоту, но в то же время мы напоролись и на явно неудачный экземпляр, максимальным разгоном для которого оказалась частота 4,7 ГГц.

Полученные результаты хорошо ложатся на статистику магазина Silicon Lottery, который занимается предпродажной сортировкой процессоров на постоянной основе. По его данным частоту 4,7 ГГц берут 100% экземпляров Core i7–9700K, стабильно работают на 4,8 ГГц 69% всех процессоров, а частота 4,9 ГГц покоряется в 29% случаев.

Наилучший разгон Core i7–9700K достигается при установке напряжений VCORE от 1,3 до 1,375 В. Важную роль играет и включение настройки Load-Line Calibration (LLC) — противодействия падению напряжения при росте тока через конвертер питания CPU. Как показывает практика, наибольшую эффективность показывают средние уровни LLC, когда напряжение на процессоре при предельных нагрузках всё же чуть проседает относительно выбранного уровня. Например, для плат ASUS с восьмиступенчатой регулировкой LLC рекомендуются уровни Level 5 или Level 6, для плат ASRock — Level 2.

Лучшим инструментом для проверки стабильности Core i7–9700K на сегодняшний день выступает программа Prime95 29.4 в режиме SmallFFT. Используя математические алгоритмы расчёта и проверки на простоту чисел Мерсенна, она создаёт очень высокую вычислительную нагрузку, которая нагревает процессор сильнее, чем большинство распространённых общеупотребительных программ. И прохождение такого теста позволяет быть точно уверенным в том, что при повседневном использовании разогнанного процессора никаких казусов не возникнет.

На крайний случай для процессоров поколения Coffee Lake Refresh компания Intel разрешила ослаблять требования к температуре процессорных ядер. Максимально допустимым нагревом для 14-нм процессорных кристаллов считается 100 градусов, но для Core i7–9700K включение температурного троттлинга теперь можно отодвинуть на 10–15 градусов выше. Для этой цели в BIOS материнских плат появилась новая настройка.

Пользоваться этим трюком имеет смысл при проверке стабильности специализированными утилитами, которые греют процессоры заведомо сильнее, чем обычные программы. Например, если тест в Prime95 будет проходить без ошибок при температуре немного выше 100 градусов, ничего страшного в этом нет. При повседневной работе подобного разогрева процессора, очевидно, возникать не будет. Именно поэтому в некоторых испытаниях процессоров на разгон мы допускали выход температуры за 100-градусный предел.

Разгон Core i7–9700K до 4,8 ГГц кажется достаточно скоромным результатом, который всего на 4% улучшает частоту, определённую турбо-режимом для нагрузки на все ядра. Неужели это абсолютный максимум, на который способны новые потребительские восьмиядерники? На самом деле нет, если вспомнить о том, что утилита Prime95 29.4 активно пользуется 256-битными векторными AVX-инструкциями, и именно этот фактор обуславливает сильный нагрев процессора при её использовании. Подобными векторными инструкциями сегодня пользуется далеко не всё программное обеспечение, а особенно редко добавляют их в свои продукты игровые разработчики. Это знание позволяет с определёнными допущениями отодвинуть планку максимального разгона немного дальше.

Как и предшественники, процессоры Coffee Lake Refresh в том случае, если исполняемые алгоритмы содержат AVX/AVX2-инструкции, умеют снижать множитель тактовой частоты. Благодаря этому возможно, ограничив скорость CPU при работе с ресурсоёмкими задачами, выбрать более высокую частоту для простых и ординарных режимов. И как показывает практика, при напряжениях VCORE в диапазоне от 1,3 до 1,375 В, при которых достигаются лучшие результаты разгона, среднестатистические Core i7–9700K, если речь не идёт о задействовании AVX/AVX2-блоков процессора, могут сохранять стабильность на частоте вплоть 5,0 ГГц.

Сконфигурировать двухчастотный режим очень просто. Если говорить об обычном Core i7–9700K, без ошибок проходящем тесты в Prime95 29.4 на частоте 4,8 ГГц, то в качестве базовой частоты для такого процессора следует выбрать 5,0 ГГц, а с помощью настройки AVX Instruction Core Ratio Negative Offset (у разных производителей плат она может также называться AVX Ratio Offset, AVX Offset или CPU Ratio Offset When Running AVX), которая снижает множитель процессора при исполнении AVX/AVX2-кода, задать понижение частоты на 200 МГц.

Снижение частоты Core i7–9700K при исполнении AVX-инструкций на 200 МГц можно считать стандартной рекомендацией, позволяющей получить более высокую производительность. Однако дельта в 200 МГц всё-таки не универсальна. Например, для процессора номер 2, который мог стабильно работать в Prime95 29.4 на частоте 4,9 ГГц, частоту без AVX нам пришлось ограничивать той же величиной 5,0 ГГц, поскольку при 5,1 ГГц он уже оказывался нестабилен. Но в целом всё выглядит так, что типовой вариант двухчастотного разгона для Core i7–9700K, на который способно большинство экземпляров, — это 5,0/4,8 ГГц.

Кстати говоря, проверить стабильность работы процессора в режимах без AVX можно той же утилитой Prime95 29.4 — поддержка векторных инструкций в ней легко отключается правкой конфигурационного файла local.txt.

Считается, что серьёзного нагрева интеловских процессоров нагрузкой без AVX-инструкций не бывает, но Core i7–9700K готов сломать и этот стереотип. Как показано на скриншоте выше, такой процессор на частоте 5,0 ГГц даже при ординарных операциях может разогреваться до 90 градусов и демонстрировать энергопотребление выше 190 Вт.

Это — ещё одно убедительное указание на то, что прежде чем пускаться в какие-либо эксперименты с разгоном новых интеловских восьмиядерников, в первую очередь нужно убедиться в достаточной мощности конвертера питания на материнской плате и хорошей производительности процессорного охлаждения. Из материнских плат для разгона восьмиядерных LGA1151v2-процессоров мы советуем модели с восьмифазным преобразователем питания. А среди кулеров лучше выбирать СВО с радиаторами размером 240 мм и более или же воздушные суперкулеры с конструкцией типа «двухсекционная башня».