Обзор процессора AMD Ryzen 7 3800X: чемпион по нагреву03.09.2019 00:15

Выход процессоров Ryzen, построенных на микроархитектуре Zen 2, произвёл настоящий фурор: с третьей попытки AMD удалось сделать потребительские процессоры, которые выглядят достойными конкурентами Intel Core не в каких-то конкретных сценариях использования, а в целом. Да, AMD так и не смогла пока что ликвидировать все узкие места микроархитектуры, и свежие процессоры компании всё ещё не так производительны в играх, как актуальные предложения Intel. Но разрыв планомерно сокращается, и сейчас на него уже вполне можно закрыть глаза, поскольку во многих ситуациях он компенсируется грандиозным преимуществом Ryzen 3000 в ресурсоёмких вычислительных задачах.

Однако есть один важный нюанс: в модельном ряду, сформированном из свежих процессоров с микроархитектурой Zen 2 есть как более удачные, так и менее удачные модели. К настоящему моменту нам удалось подробно познакомиться с большинством представителей серии Ryzen 3000 — соответствующие обзоры доступны на нашем сайте по ссылкам:

Подытоживая всё написанное в этих статьях, можно сказать, что наилучшее впечатление среди всех представителей Ryzen третьего поколения производит Ryzen 5 3600 — наиболее доступный шестиядерный процессор, который в ряде случаев способен потягаться с Core i5–9400 и Core i5–9600K даже в игровой нагрузке, а в задачах создания контента дотягивает до уровня Core i7. Также очень интересен Ryzen 9 3900X, но он привлекателен главным образом своей потрясающей вычислительной мощью, обеспечиваемой двенадцатью ядрами с поддержкой технологией SMT. Фактически этот массовый Socket AM4-процессор смог занять место доступной альтернативы предложениям класса HEDT: его можно поставить в рабочую станцию — и это будет не компромисс, а достойная система для высоких нагрузок.

Восьмиядерные же Ryzen 3000 на фоне Ryzen 5 3600 и Ryzen 9 3900X кажутся не такими харизматичными богатырями. Мы имели возможность близко познакомиться с Ryzen 7 3700X, и это оказался неплохой процессор, показывающий в ресурсоёмких приложениях производительность на уровне Core i7–9900K. Однако от CPU такого уровня хотелось бы получить и безупречную игровую производительность, а этим он похвастать не смог. По частоте кадров в играх Ryzen 7 3700X отстаёт даже от Core i7–9700K, причём величина отставания доходит порой до 10–15%.

Впрочем, вполне возможно, что претензии к игровой производительности возникли из-за того, что мы тестировали не лучший вариант восьмиядерного Ryzen. По какой-то причине AMD решила рассылать прессе не старший Ryzen 7 3800X, а младший Ryzen 7 3700X, который имеет более строгий тепловой пакет и меньшие тактовые частоты. Ограничить игровую производительность могло именно это, поэтому, прежде чем делать окончательные выводы о практической ценности восьмиядерных новинок AMD, следовало бы подробно протестировать и старшую модель с восемью ядрами. И мы это сделали: в сегодняшнем обзоре мы поделимся результатами испытаний Ryzen 7 3800X — процессора, у которого по сравнению с Ryzen 7 3700X на 300 МГц выше тактовая частота и на 60% выше расчётное тепловыделение.

⇡#Ryzen 7 3800X в подробностях

Если вам интересно ознакомиться с тем, как устроен Ryzen 7 3800X во всех технических подробностях, то можно обратиться к обзору Ryzen 7 3700X: по конструкции и архитектуре эти процессоры совершенно идентичны. Как и младший восьмиядерник, Ryzen 7 3800X собран на основе двух чиплетов, соединённых между собой фирменной шиной Infinity Fabric второго поколения. Один из них — это восьмиядерный кристалл CCD, скомпонованный из двух четырёхъядерных модулей CCX. Второй — кристалл cIOD, отвечающий за функции ввода-вывода, то есть содержащий контроллер памяти, контроллер шины PCI Express 4.0, а также элементы SoC.

Чиплеты, из которых собран Ryzen 7 3800X, — это типовые строительные блоки, которые можно найти в любом из процессоров Ryzen 3000. CCD-чиплет с ядрами произведён по 7-нм FinFET-технологии на предприятиях TSMC, и он (или они, если речь идёт о многоядерном решении) используются в любом из процессоров AMD с микроархитектурой Zen 2, будь то массовый или серверный чип. Чиплет ввода-вывода выпущен по 12-нм технологии компанией GlobalFoundries и встречается только в составе Ryzen 3000. Такая унификация составных частей обуславливает сходство между любыми Socket AM4-процессорами по широкому набору базовых характеристик.

Ryzen 7 3800X, как и другие члены модельного ряда Matisse, построенные из двух чиплетов разного назначения, имеет кеш-память третьего уровня объёмом 32 Мбайт, обладает контроллером памяти с официальной поддержкой DDR4–3200 и неофицальными возможностями использования более быстрых режимов, а также предлагает поддержку шины PCI Express 4.0, которая может быть полезна для производительных GPU или NVMe SSD нового поколения. Отличия же Ryzen 7 3800X от прочих Ryzen 3000 следует искать исключительно в числе вычислительных ядер или в частотных и тепловых характеристиках.

Если же сопоставить Ryzen 7 3800X и Ryzen 7 3700X — два восьмиядерных процессора, то напрашивается вывод, что старшая модель аналогична младшей за единственным исключением: её частотная формула не ограничивается искусственно зажатыми рамками теплового пакета. Иными словами, в то время как Ryzen 7 3700X — восьмиядерник, у которого во главу угла поставлена экономичность, то в Ryzen 7 3800X приоритеты иные — здесь акцент сделан на абсолютную производительность.

Именно этим и обуславливаются столь разительные отличия в TDP. Если у Ryzen 7 3700X величина TDP установлена в 65 Вт, а максимальное потребление ограничено величиной 88 Вт, тепловой пакет Ryzen 7 3800X расширен до 105 Вт, а максимальное потребление может достигать 142 Вт. Таким образом, по энергетическим и тепловым характеристикам AMD формально уравняла Ryzen 7 3800X с двенадцатиядерным Ryzen 9 3900X, собранным из трёх чиплетов. А это, по сути, означает, что установленные границы по потреблению и тепловыделению практически никак не сковывают производительность Ryzen 7 3800X. Технология Precision Boost 2.0 в данном случае имеет возможность почти не оглядываться на параметр PPT (Package Power Tracking) — текущее наблюдаемое потребление процессора, и выводить CPU на максимально частоты, ограниченные лишь температурой и возможностями кремния.

Впрочем, это все равно не позволяет Ryzen 7 3800X достигать каких-то особенно впечатляющих вершин. К сожалению, процессоры нового поколения, несмотря на прогрессивную 7-нм технологию производства, рекордсменами по частотам стать не смогли — таковы уж ограничения микроархитектуры и техпроцесса. Работать в турборежиме на частоте выше 4,5 ГГц не может даже свободный от лимитов потребления и тепловыделения Ryzen 7 3800X, а ведь это всего на 100 МГц выше турбочастоты 65-ваттного Ryzen 7 3700X. Здесь можно было возразить, что базовые частоты восьмиядерников при этом различаются посильнее — на целых 300 МГц. Но в действительности это мало что значит: на паспортных номинальных частотах процессоры не работают практически никогда.

Для того чтобы показать наглядно, как выглядит ситуация с реальными частотами Ryzen 7 3800X, мы провели традиционный эксперимент и проверили, на какой частоте этот процессор будет работать в Cinebench R20 при нагрузке на различное число вычислительных ядер и потоков. На графике ниже вместе с кривой средней частоты Ryzen 7 3800X приводится аналогичная кривая и для Ryzen 7 3700X — такое сопоставление должно помочь понять, насколько серьёзно производительность двух восьмиядерников может различаться при реальной нагрузке. Для охлаждения обоих процессоров использовался один и тот же кулер Noctua NH-D15S.

Результаты можно назвать даже в чём-то парадоксальными. Посудите сами: разница в цене Ryzen 7 3800X и Ryzen 7 3700X составляет $70, но при этом реальные частоты этих процессоров расходятся на 50–75 МГц, то есть не более чем на 2–3%. Получается картина, во многом похожая на ситуацию с шестиядерниками: за 2% дополнительной производительности AMD предлагает доплатить к цене Ryzen 7 3700X почти 20% стоимости. Причём, если в случае шестиядерников наценка за Ryzen 5 3600X ещё хоть как-то могла быть оправдана идущим в комплекте с ним более производительным кулером, то для Ryzen 7 3800X этот аргумент не действует. Старший восьмиядерный процессор, как и его младший собрат, поставляется с Wraith Prism RGB компании Cooler Master.

Кстати сказать, здесь обнаруживается ещё одна нестыковка: кулер Wraith Prism RGB по спецификации рассчитан на рассеивание до 124 Вт тепла, в то время как Ryzen 7 3800X может потреблять до 142 Вт электроэнергии. Получается, что мощности Wraith Prism RGB для охлаждения старшего восьмиядерника может не хватать, а значит, комплектный кулер лучше заменить, иначе можно столкнуться с ситуацией, когда процессор будет перегреваться и сбрасывать частоту из-за недостаточного охлаждения.

И это отнюдь не какая-то гипотетическая ситуация: Ryzen 7 3800X — действительно очень горячий процессор. Например, запуск стресс-теста Prime95 29.8 при работе системы в номинале с использованием штатного Wraith Prism RGB на открытом стенде моментально доводил температуру CPU до критической отметки в 95 градусов, и это действительно приводило к снижению его рабочей частоты до 4,0 ГГц и даже ниже.

Иными словами, к вопросу должного охлаждения Ryzen 7 3800X стоит подойти со всей серьёзностью, и кулер для него нужно подбирать поэффективней, иначе производительность в полной мере не раскроется. Например, после смены Wraith Prism RGB на Noctua NH-D15S минимальная частота Ryzen 7 3800X в стресс-тесте Prime95 29.8 увеличилась до 4,1 ГГц, а температура при этом держалась на отметке 90 градусов.

Важно отметить ещё и то, что недостаточно производительный кулер может повлиять на частоту Ryzen 7 3800X не только при стрессовых нагрузках. В действительности Wraith Prism RGB ограничивает возможности этого процессора в любых условиях. Этот вывод можно подкрепить наблюдениями за частотой в Cinebench R20 при нагрузке на различное число вычислительных ядер и потоков, которое мы выполнили с тремя разными системами охлаждения: комплектным кулером Wraith Prism RGB, производительной двухсекционной башней Noctua NH-D15S и с системой жидкостного охлаждения NZXT Kraken X72.

Вывод очевиден: для Ryzen 7 3800X действительно требуется мощная система охлаждения, иначе этот процессор не сможет раскрыть свой потенциал и будет работать на сниженных частотах, что и происходит со стандартным кулером Wraith Prism RGB.

Высокие температуры работы процессоров Ryzen 3000 — факт известный и общепризнанный. Причины состоят в использовании высоких питающих напряжений при небольшой площади 7-нм восьмиядерного кристалла CCD, что затрудняет эффективный съём выделяемого им тепла. Поэтому, если вас по какой-то причине не устраивает сильный нагрев, стоит попробовать андервольтинг — снижение напряжения ниже номинальных напряжений.

Несмотря на то, что Ryzen 7 3800X — это старший восьмиядерный и шестнадцатипоточный процессор, AMD не позиционирует его в качестве альтернативы флагманского восьмиядерника конкурента, Core i9–9900K. Официальная стоимость Ryzen 7 3800X установлена в $399, что делает его соперником для Core i7–9700K, то есть для более доступного процессора Intel, который имеет восемь ядер, но не поддерживает Hyper-Threading. Такое противопоставление позволяет AMD предлагать в соответствующей ценовой категории более развитую многопоточность, что для этой компании стало уже делом принципа. Но кроме того, так AMD компенсирует более низкие тактовые частоты своих CPU, ведь восьмиядерники конкурента при нагрузке на все ядра способны держать частоты 4,6–4,7 ГГц, в то время как Ryzen 7 3800X под полной нагрузкой скатывается до 4,1 ГГц, что бы при этом ни было написано в спецификациях.

Безусловно, противопоставлять численные характеристики AMD Ryzen 3000 и процессоров Intel Core нужно очень аккуратно, ведь они основываются на совершенно различных микроархитектурах. Особенно теперь, ведь AMD обновила свою микроархитектуру и смогла добиться в Zen 2 15-процентного роста показателя IPC (числа исполняемых за такт инструкций), что сделало соотношение между производительностью процессоров AMD и Intel, приведённых к одинаковой тактовой частоте, совершенно неоднородным. Но в чём Ryzen 3000 определённо превосходят решения конкурента, помимо количества исполняемых одновременно потоков, так это в размере кеш-памяти и в поддержке более скоростной версии интерфейса PCI Express. Данные преимущества наверняка дадут процессорам AMD фору в некотором подмножестве практических задач, причём с течением времени число таких задач будет только расти.

⇡#Разгон

Если речь идёт про процессоры серии Ryzen 3000, раздел про разгон, пожалуй, стоило бы упразднить. Новые Ryzen — это практически неразгоняемые процессоры, из которых производитель выжал всё, что можно, своей технологией Precision Boost 2.0. Как показала практика, внедрение 7-нм полупроводниковых норм мало что дало для частотного потенциала: до сих пор ни один из протестированных нами экземпляров Ryzen 3000 не смог обеспечить стабильную работу при многопоточной AVX2-нагрузке хотя бы на частоте 4,3 ГГц.

Но от Ryzen 7 3800X мы всё-таки ждали несколько большего. И тому есть веская причина: для производства этих процессоров используются кристаллы, которые AMD не смогла пристроить ни в Ryzen 7 3700X, ни в Ryzen 9 3900X из-за их более высокого, чем нужно, энергопотребления. Это значит, что, скорее всего, в Ryzen 7 3800X попадает кремний с высокими токами утечки, который обычно требует повышенных напряжений питания. А такие кристаллы, как правило, лучше берут более высокие частоты, что, правда, попутно сопровождается существенным ростом тепловыделения. Но с нагревом, если разгон не упирается в предел скорости переключения транзисторов, можно хотя бы попытаться совладать применением более мощных систем охлаждения.

Впрочем, несмотря на все предпосылки, на практике Ryzen 7 3800X оказался лишь немного более разгоняемым процессором, чем Ryzen 7 3700X и другие представители семейства. Максимум, которого нам удалось добиться, это работа на частоте 4,3 ГГц при напряжении питания 1,275 В. Работоспособность системы в таком режиме подтверждалась прохождением теста SmallFFT со включёнными AVX2-инструкциями в Prime95 29.8, более же сильный разгон приводил к перегреву и нестабильности.

Но даже такой относительно скоромный оверклокинг сопровождался устрашающими температурами процессора: во время теста Prime95 они выходили за 100-градусную отметку, что вряд ли можно назвать приемлемым тепловым режимом. Но самое главное, что такому нагреву было очень сложно что-либо противопоставить: даже флагманский кулер Noctua NH-D15S не мог остудить пыл разогнанного Ryzen 7 3800X. И дело тут явно не в недостаточно мощном охлаждении: используемый нами кулер относится к числу лучших и способен справляться с процессорами с тепловым пакетом до 250 Вт, в то время как TDP Ryzen 7 3800X — всего 105 Вт.

Прямо же указывает на корень проблемы тот факт, что пока процессорный датчик показывал нагрев процессорного кристалла до 100 градусов, радиатор кулера оставался практически холодным: его температура не превышала 35–40 градусов. А это значит, что выделяемое процессором тепло попросту не доходит до системы охлаждения. Узкое место в теплопередаче находится раньше. Очевидно, что с плотностью теплового потока, генерируемой 7-нм чиплетом CCD, не справляется внутренний термоинтерфейс, расположенный под процессорной крышкой, хотя это и почитаемый энтузиастами бесфлюсовый припой. Но ничего странного в том, что раньше к припою претензий не было, а теперь они возникли, на самом деле нет. Достаточно вспомнить о том, что площадь восьмиядерного кристалла Ryzen 3000 составляет всего 74 мм², в то время как, например, 12-нм восьмиядерный кристалл в Ryzen прошлого поколения был крупнее в 2,9 раза.

Разгон Ryzen 7 3800X до 4,3 ГГц, да ещё и с пугающим нагревом — не слишком воодушевляющий результат. В штатном состоянии этот процессор самостоятельно выходит и на более высокие частоты, пусть и при нагрузке на ограниченное количество ядер. Поэтому для использования в режиме 24/7 ручной оверклокинг до фиксированной частоты применять не слишком целесообразно. Вместо этого лучше воспользоваться функцией Precision Boost Override, которая в случае Ryzen 7 3800X даёт не гомеопатический, а различимый невооружённым глазом эффект.

Увеличение до максимума пределов PPT Limit, TDC Limit и EDC Limit, которые для Ryzen 7 3800X по умолчанию установлены в 142 Вт, 95 А и 140 А соответственно, с одновременным 200-мегагерцевым увеличением предела частоты через настройку Max CPU Boost Clock Override приводит к тому, что реальные рабочие частоты процессора повышаются примерно на 100 МГц.

Однако не нужно забывать, что такой результат возможен, только если температуры CPU находятся в «безопасной зоне». Поэтому для разгона путём изменения пределов Precision Boost 2.0 требуется, чтобы в системе был установлен достаточно мощный кулер. Не стоит надеяться на возможность дополнительного увеличения производительности при использовании стандартного охлаждающего устройства Wraith Prism.

В наших экспериментах применялся суперкулер Noctua NH-D15S, и следующий график в подробностях показывает, как конкретно функция Precision Boost Override смещает вверх кривую частот при нагрузке различной интенсивности, создаваемой тестом рендеринга Cinebench R20.

Минимальная частота процессора при полной нагрузке на все ядра увеличивается до 4,2 ГГц, а при малопоточной нагрузке Ryzen 7 3800X оказывается способен выходить на частоты 4,4–4,5 ГГц. Впрочем, нужно понимать, что рост производительности от такого изменения частотной формулы всё равно будет проявляться очень слабо, поскольку в относительных величинах частота увеличивается лишь на 2,0–2,5%. И это вновь подводит нас к выводу о том, что оверклокерские эксперименты с Ryzen 3000 почти бессмысленны: заметно ускорить процессор не получится никакими средствами.