Тестирование процессора Intel Core i9-9820X в играх18.05.2019 11:20

Оглавление

Вступление

Мы продолжаем рассматривать вопрос игровой производительности обновленных процессоров Intel LGA 2066. Ранее в лаборатории уже был протестирован Intel Core i9–9820X в 2D, теперь же пора проверить его в играх.

Напомним, что Core i9–9820X — это решение с 10 ядрами и 20 потоками. Уже сразу можно говорить об эмоциях использования многоядерных процессоров в играх и далеко не радужных. Вы уже понимаете, как распределяются потоки, и кто чем заведует. Так вот, для игр годятся исключительно игровые ЦП: это все Core i5, i7, i9 LGA 1151 (и их более ранние версии), даже Ryzen обоих поколений будут выгоднее пусть и с падением производительности.

Однако при выборе системы для тяжелых вычислений приходится пользоваться тем, что есть уже в ней.

Нюансы работы многоядерных процессоров в играх

Почему же ядра в определенной степени вредны для игр? Данный миф неспроста пришел к нам на PC из мира приставок. Там чаще всего используются CPU с низкой мощностью, поэтому игры стараются адаптировать под них.

К тому же на приставках часто FPS залочен не выше 50–60 к/с, а это важное ограничение, точнее послабление для работы CPU. Ведь чем выше FPS, тем больше данных нужно обработать процессору, чтобы выдать их видеокарте. Поэтому снижая качество и разрешение в играх, вы нагружаете именно процессор. Это легко проверяется логически и практически.

Теперь рассмотрим типичный сценарий обработки данных процессоров до выдачи их видеокарте.

Для примера возьмем 8 ядерный процессор с TDP 165 Вт. В совсем упрощенной схеме наш диспетчер очередей задач формирует потоки по ядрам. Обычно диспетчер за такт выдает определенное число потоков на исполнение и назначает исполняющее ядро.

На Skylake внутренняя архитектура устроена так, чтобы ПО знало, какое ядро наиболее производительное и потребляет меньше тока для выполнения, поэтому Turbo Boost сверяет общее энергопотребление CPU и повышает частоту одного ядра до максимально возможных без преодоления лимита TDP всем процессором. Данные ушли, данные обрабатываются.

Но время расчетов редко длится один такт, поэтому диспетчер формирует еще одну очередь и опрашивает заново на предмет свободного ядра, выдавая ему очередную цепочку для работы. В это время остальные ядра спят, и суммарное TDP не превышает 165 Вт.

И вот мы подошли к третьей цепочке вычислений, которую надо передать следующему ядру. Во время опроса состояния ядер выделилось 3 ядро (не факт, что оно будет физически 3), но алгоритм оценив затраты электроэнергии понял, что, выполняя 3 поток CPU не поместится в 165 Вт. Значит нужно снижать частоты загруженным ядрам, что и происходит в режиме реального времени. Если же задача сложная с FP операциями, частоты на 3 ядрах могут упасть еще ниже.

С 4 одновременно выполняемыми расчетами средняя частота используемых ядер снова падает чтобы удержаться в лимите 165 Вт. Если задача простая и тепловыделение не высокое, то наоборот частота может подняться, но так бывает редко. Это было описание идеального режима работы процессора, на деле все сложнее…

Так как объем задач формируется через операционную систему, то на процессор приходит массив как одиночных задач (их нельзя запустить в режиме НТ), так и с поддержкой НТ (в играх все еще редко встречаются). Поэтому чаще всего вы увидите среднюю загрузку многоядерного процессора на уровне 20–50%.

В итоге загрузка по ядрам будет выглядеть так. Средняя же частота едва превысит 3,6–3,8 ГГц. Здесь выгоднее становится простой 4 ядерный CPU (просто для сравнения), но с TDP 95 Вт, у него все ядра будут работать на частоте 4,4–5,0 ГГц. И объективно он будет быстрее обрабатывать данные для видеокарты. А что же происходит, когда мы разгоняем многоядерный процессор? Все познается в сравнении: 4–8 ядер при TDP 150–200 Вт будут молотить на частоте 4,8–5,0 ГГц, а 10–18 ядерный Core i9 все равно не сможет подняться частоту до такого же значения при TDP 300–400 Вт.

К тому же разница в производительности Диспетчера очередей задач между 4–8 ядерным и 10–18 ядерным не кратна! Т.е. если бы Intel действительно улучшил предвыборку, классификацию задач, увеличил входной и промежуточный кэш-буфер, то все встало бы на свои места. А пока для многоядерных была внедрена шина с увеличенными задержками — все в угоду масштабируемости для >10 ядер. Поэтому, суммируя все вышесказанное, никогда мы не увидим сопоставимые цифры производительности, точнее ровно до тех пор, пока все процессоры не будут выпускать по единому принципу создания архитектуры.

Кстати, именно в следующих обновлениях архитектуры Intel усердно поработает над Frond End«ом у своих CPU. С другой стороны, это позволит ускориться массовым процессорам, и не факт, что аналогичные изменения придут в сферу LGA 2066. Он постоянно то на одно поколение отстает от массового сегмента и нацелен на исполнение параллельных задач.

Тестовый стенд

Тестовая конфигурация №1 (Intel Skylake-X)

• Материнская плата: ASUS ROG Rampage VI Extreme Omega (Intel X299, LGA 2066);
• Система охлаждения: система водяного охлаждения;
• Термоинтерфейс: Arctic Cooling МХ-2;
• Оперативная память: DDR4, 4 модуля x 8 Гбайт;
• Видеокарта: NVIDIA GeForce RTX 2080 Ti;
• Накопители:
  • SSD Intel Optane 905P 480 Гбайт;
  • SSD Samsung 960 Evo, 500 Гбайт;
  • SSHD Seagate Desktop 4 Тбайт;
• Блок питания: Corsair AX1500i, 1500 Ватт;
• Операционная система: Microsoft Windows 10×64 1809.

Процессоры и режимы их работы:

• Core i9–9980XE 3.0 ГГц, Turbo Boost до 4.4–4.5 ГГц, число ядер 18, число потоков 36;
• Core i9–9920×3.5 ГГц, Turbo Boost до 4.4–4.5 ГГц, число ядер 12, число потоков 24;
• Core i9–9820×3.3 ГГц, Turbo Boost до 4.1–4.2 ГГц, число ядер 10, число потоков 20;
• Core i9–9980XE @4.5 ГГц, 45×100 МГц;
• Core i9–9920X @4.5 ГГц, 45×100 МГц;
• Core i9–9820X @4.5 ГГц, 45×100 МГц.

Частота памяти и тайминги:

Тестовая конфигурация №2 (Intel Coffee Lake Refresh)

• Материнская плата: ASUS ROG Strix Z390-E Gaming (Intel Z390, LGA 1151);
• Система охлаждения: система водяного охлаждения;
• Термоинтерфейс: Arctic Cooling МХ-2;
• Оперативная память: DDR4, 2 модуля x 8 Гбайт;
• Видеокарта: NVIDIA GeForce RTX 2080 Ti;
• Накопители:
  • SSD Intel Optane 905P 480 Гбайт;
  • SSD Samsung 960 Evo, 500 Гбайт;
  • SSHD Seagate Desktop 4 Тбайт;
• Блок питания: Corsair AX1500i, 1500 Ватт;
• Операционная система: Microsoft Windows 10×64 1809.

Процессоры и режимы их работы:

• Core i9–9900K 3.6 ГГц, Turbo Boost до 5.0 ГГц, число ядер 8, число потоков 16;
• Core i9–9900K @5.0 ГГц, 50×100 МГц.

Частота памяти и тайминги:

Тестовая конфигурация №3 (AMD Pinnacle Ridge)

• Материнская плата: MSI X470 Gaming M7 AC (AMD X470, Socket AM4);
• Система охлаждения: система водяного охлаждения;
• Термоинтерфейс: Arctic Cooling МХ-2;
• Оперативная память: DDR4, 4 модуля x 8 Гбайт;
• Видеокарта: NVIDIA GeForce RTX 2080 Ti;
• Накопители:
  • SSD Intel Optane 905P 480 Гбайт;
  • SSD Samsung 960 Evo, 500 Гбайт;
  • SSHD Seagate Desktop 4 Тбайт;
• Блок питания: Corsair AX1500i, 1500 Ватт;
• Операционная система: Microsoft Windows 10×64 1809.

Процессоры и режимы их работы:

• Ryzen 7 2700×3.7 ГГц, Turbo Boost до 4.3 ГГц, число ядер 8, число потоков 16;
• Ryzen 7 2700X @4.2 ГГц, 42×100 МГц, число ядер 8, число потоков 16.

Частота памяти и тайминги:

На материнских платах всех тестовых систем, работающих в номинальном режиме, были выключены все улучшения по частоте. Включены все штатные средства энергосбережения и активированы сервисы автоматического разгона в полном соответствии с паспортными значениями.

Игровые тесты

В части игр, где это возможно, использовались встроенные отрезки теста, при необходимости тестирование дополнялось результатами утилиты Fraps v3.5.99. Сами тесты проходили в трех разрешениях: 1920×1080, 2560×1440 и 3840×2160.

• BattleField 1;
• Deus Ex: Mankind Divided;
• Total War: Warhammer;
• The Witcher 3: Wild Hunt.

VSync при проведении тестов был отключен.

Battlefield 1

Версия — последняя на момент тестирования, с обновлениями Origin. Настройки поделены на четыре категории, начиная от самых простых (сокращенно «L») до максимальных «Ультра» (сокращенно «U»).

В этой игре при изменении глобальных настроек изменяются второстепенные, поэтому данный тест очень удобен. Сцена продолжительностью более одной минуты хорошо задействует процессор, и здесь нагляднее видно, какой из них позволяет выдавать максимальные 200 кадров в секунду, а какой будет сдерживать потенциал видеокарты.

И поскольку результатов достаточно много, мы разделим их по категориям, точнее разрешениям. Настройки: низкие, средние, высокие, ультра.

The Witcher 3: Wild Hunt

Настройки в игре поделены на две основных категории: пост-обработка и общие. В пост-обработке дано на выбор три уровня качества: минимальный, средний и высокий (сокращенно L, M и H). В общих меняется множество параметров и к трем основным категориям добавлена еще одна позиция — запредельное качество, мы его сокращенно назовем «Ультра» (U).

В итоге у нас есть четыре комбинации — все на минимум (L-L), среднее качество (M-M), высокие настройки (H-H) и комбинация высокой постобработки с ультра-качеством (H-U). Но для выявления узких мест использованы только те режимы, на которых видна разница, а сцена для тестирования обрезана первыми 60 секундами.

Deus Ex Mankind Divided

В игре присутствует панель с настройками и в ней на выбор представлены параметры экрана и изображения. В параметрах экрана задействован DirectX 12 без сглаживания MSAA.

В параметрах изображения есть пять «заготовок» издателя: низкие, средние, высокие, очень высокие и ультра (сокращенно L, M, H, VH и U). Но для выявления узких мест продемонстрируем лишь режимы с заметной разницей.

Total War Warhammer

Игра интересна тем, что содержит несколько готовых пресетов настроек, и результаты в определенной мере зависят от количества ядер и скорости процессора.

Для простоты визуального представления данных в таблицах мы назовем четыре режима по традиции (сокращенно L, M, H и U). Увы, показатели минимальных кадров в игре крайне нестабильны, по этой причине они не будут использоваться для сравнения. А для выявления узких мест приведены только те режимы, на которых видна разница.

Итоги игровых тестов

Заключение

Вся сила и слабость платформы LGA 2066 в одном лице… Любой процессор Intel Skylake X весьма быстр в 2D-операциях и обладает приемлемым разгоном до 4.4–4.5 ГГц на всех ядрах. У них есть поддержка инструкций AVX-512, но какие же они бессильные в играх!

Речь идет именно о низких настройках графики и разрешениях 1920×1080 и 2560×1440 без упора в видеокарту. С одной стороны, чтобы раскрыть потенциал последней, нужна высокая частота нескольких ядер и с этим у поколения Skylake сохраняются определенные проблемы. Ведь повысить частоту на долгосрочную перспективу на двух-четырех ядрах они не могут из-за ограничения энергопотребления.

А вывести в идеал цепочку «Операционная система → API → Игровой движок → Драйвер → Диспетчер очередей задач» не так-то и просто. К тому же половина игр это консольные порты с «локом» на 60 fps, где производительность процессора заранее известна и под нее оптимизируют исполнительный код. Следовательно, пока реальный уровень TDP Skylake не поднимется до 200–300 Вт, пока планировщик (scheduler) с кэшами кратно не увеличатся в размерах, мы вряд ли оценим всю силу архитектуры.

Впрочем, выход есть, пусть и не всем он окажется по нраву. Придется вручную отключать НТ и увеличивать TDP, выставляя максимальные частоты по ядрам и подбирая их таким образом, чтобы не превысить TDP процессора. К сожалению, при стоимости новинок, близкой к 100 000 рублей, энтузиасты вряд ли оценят такое решение.

Полный текст статьи читайте на overclockers.ru