Все о Skylake. Часть 1: обзор архитектуры и платформы в целом19.08.2015 08:01

Слухи о появлении первых настольных решений Intel Skylake появились очень давно. Информации относительно новых 14-нм процессорах и платформы LGA1151 было даже больше, чем о поколении Broadwell. Все из-за проблем, с которыми пришлось столкнуться корпорации. Преодоление очередного нанометрового барьера с каждым годом дается Intel все тяжелее и тяжелее. А потому исполнение закона Мура и концепции «Тик-так» оказывается под угрозой. Уже идут разговоры о разработке первых 10-нанометровых решений, но по факту мы видим, что переход с 22 нанометров к 14 нанометрам осуществился в рекордно продолжительное для Intel время. А именно от появления первых настольных процессоров Haswell до Broadwell и Skylake прошло больше двух лет. При этом выход двух крайних архитектурных решений разделило всего два месяца. Такого прецедента в чипмейкерской сфере еще не было! Первыми настольными решениями Skylake стали центральные процессоры Intel Core i5–6600K и Intel Core i7–6700K. Чуть позже модельный ряд «камней» для платформы LGA1151 значительно расширится. Будут традиционно представлены и серия Core i3, и Pentium, и Celeron.

Intel Core i7–6700K

Показательно, что первыми на базе архитектуры Skylake стали чипы для десктопов. Обычно (например, с Haswell и Broadwell) Intel начинала реализацию своего нового продукта с выпуска ноутбучных кристаллов. А уже затем подтягивалась «тяжелая артиллерия» в виде съемных процессоров. Чипмейкер (независимо от производственных проблем, с которыми он сталкивается) продолжает использовать концепцию «Тик-так». Сначала появляются решения на базе старой архитектуры, но перенесенной на новый техпроцесс. А уже потом на основе отработанного техпроцесса выпускаются «камни» с новой архитектурой. Skylake — «так»-процессор. Следовательно, он имеет ряд значительных улучшений в сравнении с Haswell и Broadwell. К сожалению, даже после официального анонса Intel держит под семью печатями все подробности относительно особенностей и нюансов новой архитектуры. Большинство информации было добыто эмпирическим путем. Надеюсь, после выставки IDF, проходящей в эти дни в Сан-Франциско, появится больше разносторонней информации о чипах Skylake. А пока предлагаю поразмыслить над тем, что уже известно.

Поколение	Год	Техпроцесс	«Тик» или «Так»?
Conroe/Merom	2006	65 нм	Так
Penryn	2007	45 нм	Тик
Nehalem	2008	45 нм	Так
Westmere	2010	32 нм	Тик
Sandy Bridge	2011	32 нм	Так
Ivy Bridge	2012	22 нм	Тик
Haswell	2013	22 нм	Так
Broadwell	2015	14 нм	Тик
Skylake	2015	14 нм	Так

Микроархитектура и ее возможности

Серьезные изменения (относительно Haswell и Broadwell) в архитектуре Skylake есть. Это наглядно демонстрируют ряд тестов. Во-первых, чипы получили поддержку 512-битных векторных инструкций AVX-512. Данный факт сам по себе свидетельствует о том, что инженерам Intel пришлось подстроить работу процессора под большие данные исполнительных устройств. Такое «расширение» позволяет увеличить в том числе и производительность обработки 256-битных векторных инструкций. Предположение легко превращается в факт после тестирования центральных процессоров Core i5–6600K, Core i5–4690K и Core i5–5675C при идентичных частотах (в том числе и оперативной памяти) в комплексном приложении SiSoftware Sandra 2015. Так, в бенчмарке «Мультимедийная производительность», использующем AVX2- или FMA-инструкции, «камень» Skylake в ряде паттернов опережает решения Haswell и Broadwell на внушительные 20–30 процентов.

Результаты тестирования архитектуры Skylake в SiSoftware Sandra 2015

Второй момент: увеличилась производительность кэша второго и третьего уровней. В среднем пропускная способность увеличилась на приличные 60–70%! При этом задержки кэша остались на прежнем уровне.

Пропускная способность кэш-памяти

Сама Intel весьма просто расставила все точки над i между новой платформой и старыми архитектурными решениями. Так, по заявлению производителя, Core i7–6700K должен быть на 10% быстрее Core i7–4790K, на 20% быстрее Core i7–4770K и на 30% быстрее Core i7–3770K. На мой взгляд, 10% разницы — весьма оптимистичный показатель. Однако, как мы уже выяснили, в некоторых случаях Skylake может быть заметно быстрее Haswell. На десятки процентов.

Уровень производительности новых решений Skylake

Давайте проверим это заявление, протестировав архитектуры в других приложениях, используемых в нашей методике. Для достижения максимально релевантного сравнения использовались четырехъядерные модели Core i5–6600K, Core i5–5675C и Core i5–4690K. «Камням» выставили одну и ту же частоту — 3000 МГц. Для платформы LGA1150 использовался кит оперативной памяти DDR3–2133, для LGA1151 — DDR4–2133. Основные тайминги модулей были «подогнаны» к одному параметру.

Тестовый стенд №1:

• Процессор: Intel Core i5–6600K @3000 МГц
• Процессорный кулер: ENERMAX LIQTECH 240, Noctua NH-D9L
• Материнская плата: ASUS Z170-Deluxe
• Видеокарта:  GIGABYTE GeForce GTX 980 Ti, 6 Гбайт GDDR5
• Оперативная память: DDR4–2133 (15–15–15–36), 2x 8 Гбайт
• Накопитель: OCZ Vertex 3, 360 Гбайт
• Блок питания:  LEPA G1600, 1600 Вт
• Периферия:  Samsung U28D590D,  ROCCAT ARVO, ROCCAT SAVU
• Операционная система: Windows 8.1×64

Тестовый стенд №2:

• Процессор: Intel Core i5–4690K, Intel Core i5–5675C @3000 МГц
• Процессорный кулер: ENERMAX LIQTECH 240, Noctua NH-D9L
• Материнская плата: MSI Z97 MPOWER
• Видеокарта:  GIGABYTE GeForce GTX 980 Ti, 6 Гбайт GDDR5
• Оперативная память: DDR3–2133 (15–15–15–36), 2x 8 Гбайт
• Накопитель: OCZ Vertex 3, 360 Гбайт
• Блок питания:  LEPA G1600, 1600 Вт
• Периферия:  Samsung U28D590D,  ROCCAT ARVO, ROCCAT SAVU
• Операционная система: Windows 8.1×64

В CINEBENCH превосходство Skylake над Haswell и Broadwell проявляется достаточно ярко. Новая архитектура опережает своих предшественников на 8,8% и 3,5% соответственно. Что ж, мы оказываемся очень близки к заявленному 10-процентному приросту.

Сравнение архитектур, СINEBENCH R15

В wPrime 1.55 — известном многопоточном бенчмарке, используемом в оверклокерской среде, — преимущество Skylake над Haswell ощущается еще сильнее. Здесь разница между этими архитектурами составляет 9,7%.

Сравнение архитектур, wPrime 1.55

А вот в бенчмарке Fryrender разница в производительности между Haswell и Skylake мизерная — всего 3,7%. Лидером же в этой дисциплине вообще оказался процессор Core i5–5675C. Стоит добавить, что в ряде случаев приличный буст процессорам Broadwell дает кэш четвертого уровня. Особенно хорошо наличие 128 Мбайт eDRAM-памяти ощущается при архивировании данных.

Сравнение архитектур, Fryrender SP2

В других приложениях наблюдается та же картина: Skylake оказывается на 5–10% быстрее Haswell. В некоторых бенчмарках, которые хорошо откликаются на наличие кэша четвертого уровня, лидером оказывается Broadwell. В целом картина сложилась вполне логичной и предсказуемой. Тем романтикам, кто ожидал серьезного роста производительности с появлением Skylake и платформы LGA1151, остается только посочувствовать. А фразы в стиле »продолжаю сидеть на Core i5–2500K» можно смело занести в список крылатых.

Сравнение архитектур, LinX 0.6.5

Сравнение архитектур, x264 FHD Benchmark

Сравнение архитектур, x265 Benchmark

Сравнение архитектур, LuxMark 2.0

Сравнение архитектур, архивирование в WinRAR

Встроенная графика Intel

Интегрированная графика — вот поприще, в котором, извините за каламбур, центральные процессоры Intel демонстрируют наибольший прогресс. Нужно ли встроенное видеоядро чипам, предназначенным для энтузиастов, — вопрос, конечно, интересный и вызывающий большое число жарких полемик. Однако факт остается фактом: настольные процессоры Broadwell, оснащенные мощным модулем Iris Pro 6200, произвели настоящий фурор. Результат всем известен: отныне AMD не является лидером в этом сегменте. Так, гибридные процессоры «красных» со встроенным GPU Radeon R3 заметно уступают Intel. В ряде случаев в играх в положительную сторону сказывается и наличие кэша четвертого уровня.

Характеристики встроенной графики HD Graphics 530

Однако в «настольниках» Skylake используется другое ядро — HD Graphics 530. Оно относится к десятому поколению, а, следовательно, может похвастать поддержкой программных API DirectX 12, OpenGL 4.4 и OpenCL 2.0. В плане производительности HD Graphics 530 далеко до Iris Pro 6200, ведь в состав графики входит всего 24 исполнительных устройств. Однако этот модуль, по заявлению Intel, на 20–40% быстрее HD Graphics 4600 (20 исполнительных устройств), используемом в десктопных процессорах Haswell. Например, в бенчмарке 3DMark 11 Core i5–6600K оказался быстрее Core i5–4670K на 44%.

Производительность встроенной графики HD Graphics 530

Работа с DDR3 и DDR4

После архитектурных улучшений главным новшеством лично я считаю использование оперативной памяти стандарта DDR4. Правда, в настольных процессорах Skylake применяется двойной контроллер памяти. «Камни» также поддерживают работу с оперативной памятью стандарта DDR3L-1600. Режим работы — двухканальный. В самой Intel делают ставку именно на DDR4, поэтому материнских плат со слотами DIMM DDR3 в продаже будет немного. И все они будут относиться к самому бюджетному классу.

Новый стандарт памяти всегда встречается пользователями холодно. Так было и с DDR2, и с DDR3. Напомню, первыми решениями, поддерживающими DDR4, стали процессоры Haswell-E. Причин для недоверия две: это высокая стоимость и отсутствие ощущаемого роста производительности в сравнении с предыдущим поколением. Официально контроллер памяти Skylake поддерживает стандарт DDR3–2133. Ниже приведены результаты тестирования в программе AIDA64 при одинаковой частоте и одинаковых задержках. Как видите, все три чипа демонстрируют идентичный уровень быстродействия. Но стоит учесть, что у наборов DDR3, как правило, тайминги меньше.

Сравнение DDR3 с DDR4

Реальный профит от использования DDR4 появится лишь тогда, когда в продаже появятся киты с эффективными частотами на уровне 4000 МГц. Так, процессоры Skylake имеют делители, позволяющие запускать модули DDR4–4266. Плюс контроллер дает возможность изменять частоту памяти с шагом 100/133 МГц. Остается лишь дождаться, когда в продаже появятся дешевые комплекты с такими параметрами работы.

Тем не менее, можно смело констатировать тот факт, что эпоха DDR4 вступает в полную силу. Теперь у Intel две актуальные платформы, поддерживающие этот стандарт памяти. В следующем году подключится и AMD. Все это, несомненно, ускорит процесс продвижения DDR4 в массы.

Более подробно о новом стандерте оперативной памяти монжно узнать в нашем материале.

Платформа LGA1151

Основная и единственная платформа для настольных процессоров Skylake — LGA1151. Выход «так»-процессоров всегда сопровождается сменной сокета. Прибавка всего одной ноги к процессорному гнезду может показаться комичной, но электрически LGA1151 заметно отличается от LGA1150. Во-первых, интегрирована поддержка оперативной памяти DDR4. Во-вторых, процессоры Skylake лишились встроенного преобразователя питания (FIVR). Плюс была интегрирована новая шина — DMI 3.0.

Как известно, шина DMI 2.0 обладала низкой пропускной способностью (до 2 Гбайт/с в каждую сторону). DMI 3.0 использует PCI Express 3.0. Пропускная способность была увеличена до 3,9 Гбайт/с в каждую сторону.

Кстати, отверстия (и их расположение) под крепеж системы охлаждения у LGA1151 идентичны отверстиям у LGA1155 и LGA1150. Так что даже старые кулеры будут совместимы с новой платформой.

Блок-схема чипсета Intel Z170 Express

Чипсеты Intel сотой серии получили кодовое название Sunrise Point. Всего было представлено шесть вариаций наборов логики. Самый навороченный — Z170 Express. Чипсет может похвастать поддержкой шины PCI Express 3.0. Логика позволяет без каких-либо вспомогательных контроллеров распаивать на плате до шести портов SATA 3.0 и до 10 разъемов USB 3.0. Нативной поддержки USB 3.1 нет, однако наличие 20 «свободных» линий PCI Express 3.0 сразу же решает эту проблему. Производителю материнской платы потребуется лишь использовать сторонние контроллеры. Также Z170 Express поддерживает возможность интеграции до трех портов SATA Express с пропускной способностью до 10 Гбит/с и до трех интерфейсов M.2 с пропускной способностью до 32 Гбит/с.

Как всегда, Z-чипсет от H-чипсета отличается возможностью делить линии PCI Express для графических разъемов PEG. Так что платы на Z170 Express будут поддерживать такие технологии, как AMD CrossFire и NVIDIA SLI.

Технология Intel Rapid Storage теперь поддерживает работу интерфейса NVMe.

	Z170	Q170	Q150	H170	B150	H110
Количество линий PCI Express 3.0	20	20	10	16	8	6 (только PCI Express 2.0)
Количество SATA 3.0 портов	6	6	6	6	6	4
Количество SATA Express портов (PCI Express x2) и M.2 (PCI Express x4)	3/3	3/3	0/0	2/2	0/0	0/0
Деление процессорных линий PCI Express 3.0	x16 x8/x8 x8/x4/x4	x16 x8/x8 x8/x4/x4	x16	x16	x16	x16

Очевидно, что топовые материнские платы на чипсете Z170 Express будут комплектоваться исключительно DIMM-портами DDR4. А вот дальше возможны расхождения. H170 Express — переходный вариант. А вот самые бюджетные решения на базе H110 Express наверняка будут комплектоваться исключительно DDR3L.

В итоге функциональность новой платформы поражает. Если для платформы LGA1150 приходилось идти на всевозможные издержки (например, огорчало, что при активации одних портов, блокировались другие), а также ухищрения, то в случае использования LGA1151 и процессоров Skylake можно рассчитывать на отсутствие каких-либо компромиссов в принципе.

Уже сейчас очевидно, что материнские платы на базе чипсета Z170 Express станут идеальным решением для сборки игрового системного блока. Однако экономическая ситуация в стране такова, что назвать их доступными язык не повернется. Поэтому будет искренне интересно пронаблюдать за тем, какими у ведущих производителей материнских плат выйдут устройства на логике H170/H110/B150 Express.

Материнская плата ASRock Z170 Extreme6+

Первые ласточки: Intel Core i5–6600K и Core i7–6700K

Плат для платформы LGA1151 будет очень много. Следовательно, будет предостаточно и процессоров. На данный момент представлено лишь две модели: Core i5–6600K и Core i7–6700K. Обе, как видно из названия, оснащены разблокированным множителем. Приведу полные технические характеристики этих чипов, добавив в таблицу и процессоры прошлых поколений.

	Intel Core i5–6600K	Intel Core i5–5675C	Intel Core i5–4690K	Intel Core i7–6700K	Intel Core i7–5775C	Intel Core i7–4790K
Кодовое имя	Skylake-S	Broadwell-C	Haswell Refresh (Devil«s Canyon)	Skylake-S	Broadwell-C	Haswell Refresh (Devil«s Canyon)
Техпроцесс	14 нм	14 нм	22 нм	14 нм	14 нм	22 нм
Сокет	LGA1151	LGA1150	LGA1150	LGA1151	LGA1150	LGA1150
Поддерживаемы наборы логики	Z170 Q170 Q150 B150 H110 H170	Z97 H97	Z97 H97 Z87 H87 B85	Z170 Q170 Q150 B150 H110 H170	Z97 H97	Z97 H97 Z87 H87 B85
Число ядер/потоков	4/4	4/4	4/4	4/8	4/8	4/8
Тактовая частота (в режиме Turbo Boost)	3,5 (3,9) ГГц	3,1 (3,6) ГГц	3,5 (3,9) ГГц	4,0 (4,2) ГГц	3,3 (3,7) ГГц	4,0 (4,4) ГГц
Разблокированный множитель	Есть	Есть	Есть	Есть	Есть	Есть
Кэш третьего уровня	6 Мбайт	4 Мбайт	6 Мбайт	8 Мбайт	6 Мбайт	8 Мбайт
Кэш четвертого уровня (eDRAM)	Нет	128 Мбайт	Нет	Нет	128 Мбайт	Нет
Контроллер памяти	DDR4–2133, двухканальный DDR3L-1600, двухканальный	DDR3–1333/1600, двухканальный	DDR3–1333/1600, двухканальный	DDR4–2133, двухканальный DDR3L-1600, двухканальный	DDR3–1333/1600, двухканальный	DDR3–1333/1600, двухканальный
Встроенное графическое ядро	HD Graphics 530, 1100 МГц	Iris Pro 6200, 1100 МГц	HD Graphics 4600, 1200 МГц	HD Graphics 530, 1150 МГц	Iris Pro 6200, 1150 МГц	HD Graphics 4600, 1250 МГц
Уровень TDP	91 Вт	65 Вт	88 Вт	91 Вт	65 Вт	88 Вт
Цена	$243	$276	$242	$350	$366	$339

Как всегда, модели линейки Core i7 поддерживают технологию Hyper-Threading. Ожидается, что Intel выпустит в скором времени линейку двухъядерных Core i3, которые будут иметь четыре потока.Выход настольных процессоров Broadwell лично меня насторожил. Во-первых, их было представлено всего четыре (и вряд ли появятся еще модели). Во-вторых, эти процессоры работают на низких частотах, если их сравнивать, например, с Devil«s Canyon. Появилось опасение, что Skylake-S окажутся в плане частот достаточно унылыми. Однако этого не произошло. Core i5–6600K, по сути, копирует частотные характеристики Core i5–4690K, а Core i7–6700K — Core i7–4790K. Лишь в режиме Turbo Boost флагманский Haswell на 200 МГц опережает топовый Skylake.

Есть у Core i5–6600K и Core i7–6700K еще несколько примечательных особенностей. Так, на себя обращает внимание кэш второго уровня. Теперь он работает в 4-канальном режиме, а не в 8-канальном. Уменьшение ассоциативности, с одной стороны, увеличивает пропускную способность, но, с другой стороны, увеличивает число промахов. Общая архитектура кэша соответствует поколению Haswell: 6 Мбайт для Core i5 и 8 Мбайт для Core i7. В процессорах Broadwell, напомню, используется несколько иная емкость SRAM-памяти: 4 Мбайт для Core i5 и 6 Мбайт для Core i7 соответственно.

Вторая особенность — увеличенный в сравнении с Haswell Refresh уровень TDP: с 88 Вт до 91 Вт. Удаление встроенного преобразователя питания заставило инженеров Intel несколько поднять напряжение процессоров Skylake до 1,2 В.

Боксовых вариантов Core i5–6600K и Core i7–6700K в продаже не будет. В Intel логично решили, что энтузиаст сам разберется, какую систему охлаждения ему приобрести. Стоимость новинок обычная, то есть чуть дороже предшественников. Однако в случае с процессорами Skylake необходимо сравнивать цену платформы в целом: «камня», материнской платы и кита памяти. Под таким углом LGA1151 окажется заметно дороже LGA1150.

Промежуточные итоги

Уже сейчас видно, что новые процессоры не поразят своей производительностью. Однако в Intel проделали хорошую работу, ведь после всех производственных проблем компании удалось выпустить настольные решения с очень высокими частотами. Реально радует и сама платформа. Серия чипсетов сотой серии оказалась весьма функциональной и гибкой. Поэтому каждый пользователь без особых проблем сможет подобрать себе стоящую материнскую плату. Остается только узнать, во сколько обойдется сборка такого системного блока.

Детальное тестирование Core i5–6600K и Core i7–6700K — во второй части.

Полный текст статьи читайте на Ferra.ru