Процессорные войны. История синего зайца и красной черепахи

Немного истории, истоков и революции

Начало 2000-х годов во многом связывают с несколькими этапами в развитии процессоров – это и гонка за заветной частотой 1 ГГц, и появление первого двухъядерного процессора, и ожесточение борьбы за первенство в массовом десктопном сегменте. После безнадежного устаревания Pentium, и выхода на рынок Athlon 64 X2 Intel представила процессоры поколения Core, ставшие в итоге поворотной точкой в развитии индустрии.

Первые процессоры Core 2 Duo были анонсированы в конце июля 2006 года – более чем через год после выхода Athlon 64 X2. В работе над новым поколением Intel руководствовалась в первую очередь вопросами архитектурной оптимизации, добившись высочайших показателей энергоэффективности уже в первых поколениях моделей на базе архитектуры Core под кодовым названием Conroe – они превосходили Pentium 4 в полтора раза, и при заявленном теплопакете в 65 Вт стали, пожалуй, самыми энергоэффективными процессорами на рынке на тот момент. Выступая в роли догоняющей (что бывало нечасто), Intel реализовала в новом поколении поддержку 64-битных операций с архитектурой EM64T, новый набор инструкций SSSE3, а также обширный пакет технологий виртуализации на базе х86.

Кристалл микропроцессора Core 2 Duo

Помимо этого, одной из ключевых особенностей процессоров Conroe являлся объемный L2-кэш, влияние которого на общую производительность процессоров было весьма ощутимо уже тогда. Приняв решение разграничить сегменты процессоров, Intel отключила половину из 4 Мб L2-кэша для младших представителей линейки (Е6300 и Е6400), обозначив тем самым начальный сегмент. Тем не менее, технологические особенности Core (низкое тепловыделение и высокая энергоэффективность, связанные с использованием свинцового припоя) позволяли продвинутым пользователям добиваться невероятно высоких частот на передовых решениях системной логики – качественные материнские платы позволяли разгонять FSB-шину, увеличивая частоту младшего процессора вплоть до 3 ГГц и более (обеспечивая в сумме 60% прирост), благодаря чему удачные экземпляры Е6400 могли побороться со старшими браться Е6600 и Е6700, пусть и ценой значительных температурных рисков. Впрочем, даже скромный разгон позволял достичь серьезных результатов – в бенчмарках старшие процессоры без труда потеснили передовые Athlon 64 X2, обозначив позицию новых лидеров и народных любимцев.

Помимо этого, Intel запустила в производство настоящую революцию – четырехъядерные процессоры семейства Kentsfield с префиксом Q, построенные на тех же 65 нанометрах, но использующие структуру из двух чипов Core 2 Duo на одной подложке. Добившись максимально возможной энергоэффективности (платформа потребляла столько же, сколько и два используемых кристалла по отдельности), Intel впервые показала, насколько мощной может быть система с четырьмя потоками – в мультимедийных приложениях, архивации и тяжелых играх, активно использующих распараллеливание нагрузки на несколько потоков (в 2007 году таковыми были нашумевший Crysis и не менее знаковая Gears of War) разница в производительности с однопроцессорной конфигурацией могла составлять до 100%, что являлось невероятным преимуществом для любого покупателя системы на базе Core 2 Quad.

Склейка двух C2D на одной подложке — Core 2 Quad

Как и в случае с линейкой Pentium, наиболее быстрые процессоры получили приставку Extreme с префиксом QX, и были доступны для энтузиастов и сборщиков OEM-систем по значительно более высокой цене. Венцом 65-нм поколения стал QX6850 с частотой в 3 ГГц и быстрой FSB-шиной, работающей на частоте в 1333 МГц. Этот процессор вышел в продажу по цене в 999 долларов.

Конечно же, такой оглушительный успех не мог не встретить конкуренции со стороны AMD, но красный гигант на то время еще не перешел к производству четырехъядерных процессоров, поэтому для противостояния новинкам от Intel была представлена экспериментальная платформа Quad FX, разработанная в сотрудничестве с NVidia, и получившая лишь одну серийную модель материнской платы ASUS L1N64, рассчитанную на использование двух процессоров Athlon FX X2 и Opteron.

ASUS L1N64

Платформа оказалась любопытной технической инновацией в мейнстриме, однако масса технических условностей, огромное энергопотребление и посредственная производительность (в сравнении с моделью QX6700) не позволили платформе успешно побороться за верхний сегмент рынка – Intel одержала верх, а процессоры Phenom FX, располагающие четырьмя ядрами, появились у красных лишь в ноябре 2007 года, когда конкурент уже был готов сделать следующий шаг.

Линейка Penryn, которая по своей сути являлось так называемым die-shrink (уменьшением размеров кристалла) 65-нм чипов из 2007 года, дебютировала на рынке уже 20 января 2008 года с процессоров Wolfdale – всего через 2 месяца после выхода Phenom FX от AMD. Переход на 45-нм техпроцесс с использованием новейших диэлектриков и материалов производства позволил расширить горизонты архитектуры Core еще дальше. Процессоры получили поддержку SSE4.1, поддержку новых особенностей энергосбережения (вроде Deep Power Down, едва ли не обнуляющую энергопотребление в состоянии гибернации на мобильных версиях процессоров), а также стали значительно холоднее – в некоторых тестах разница могла достигать 10 градусов по сравнению с прежней серией Conroe. Прибавив в частоте и производительности, а также получив дополнительный L2-кэш (для Core 2 Duo его объем вырос до 6 Мб), новые процессоры Core закрепили лидирующие позиции в бенчмарках, и подготовили почву для дальнейшего витка ожесточенной конкуренции, и начала новой эпохи. Эпохи невиданного успеха, эпохи стагнации и затишья. Эпохи процессоров Core i.

Шаг вперед и ноль назад. Первое поколение Core i7

Уже в ноябре 2008 года Intel представила новую архитектуру Nehalem, ознаменовавшую выход первых процессоров из серии Core i, прекрасно знакомую каждому пользователю сегодня. В отличие от хорошо знакомой Core 2 Duo, архитектура Nehalem изначально предусматривала нахождение четырех физических ядер на одном кристалле, а также ряд архитектурных особенностей, известных нам по техническим новинкам от AMD – это и интегрированный контроллер памяти, и разделяемый кэш третьего уровня, и QPI-интерфейс, заменяющий HyperTransport.

Кристалл микропроцессора Intel Core i7-970

С переносом контроллера памяти под крышку процессора Intel была вынуждена перестроить всю структуру кэша, сократив объем кэш-памяти L2 в пользу объединенного L3, объемом в 8 Мб. Впрочем, такой шаг позволил значительно сократить число запросов, а сокращение кэша L2 до 256 Кб на ядро оказалось эффективным решением с точки зрения скорости работы с многопоточными вычислениями, где основная часть нагрузки адресовалась на общий L3-кэш.
Помимо реструктуризации кэша, в Nehalem Intel сделала шаг вперед, обеспечив процессорам поддержку DDR3 на частотах 800 и 1066 МГц (впрочем, первые стандарты были далеко не предельными для этих процессоров), и избавившись от поддержки DDR2 в отличие от AMD, использовавшую принцип обратной совместимости в процессорах Phenom II, доступных как на AM2+, так и на новых AM3-сокетах. Сам контроллер памяти в Nehalem мог работать в одном из трех режимов с расчётом на один, два или же три канала памяти на 64, 128 или 192-битной шине соответственно, благодаря чему производители материнских плат размещали на текстолите до 6 DIMM разъемов памяти DDR3. Что касается QPI-интерфейса, то он сменил уже устаревшую FSB-шину, увеличив пропускную способность платформы по меньшей мере вдвое – что было особенно удачным решением с точки зрения повышения требований к частотам памяти.

Вернулся в Nehalem и порядком подзабытый Hyper-Threading, наделив четыре мощных физических ядра восьмью виртуальными потоками, и дав начало «тому самому SMT». Фактически, HT был реализован еще в Pentium, однако с тех самых пор о нем в Intel не вспоминали до текущего момента.

Технология Hyper-Threading

Еще одной технической особенностью первого поколения Core i была собственная частота работы контроллеров кэша и памяти, настройка которых предусматривала изменение нужных параметров в BIOS – Intel рекомендовала удваивать значение частоты памяти для оптимальной работы, однако даже такая мелочь могла стать проблемой для части пользователей, особенно при разгоне QPI-шины (она же шина BCLK), ведь разблокированный множитель получил лишь немыслимо дорогой флагман линейки i7-965 с припиской Extreme Edition, а 940 и 920 имели фиксированную частоту с множителем 22 и 20 соответственно.

Nehalem стал больше и физически (размеры процессора по сравнению с Core 2 Duo несколько увеличились из-за переноса контроллера памяти под крышку) и виртуально.

Сравнение размеров процессоров

Благодаря «умному» мониторингу системы питания контроллер PCU (Power-Control Unit) вместе с Turbo-режимом позволял получить чуть больше частоты (а, следовательно, и производительности) даже без ручной настройки, ограничиваясь лишь паспортными значениями в 130 Вт. Правда, во многих случаях эту границу можно было несколько отодвинуть изменением настроек BIOS, получив дополнительные 100-200 МГц.
Итого архитектура Nehalem могла предложить многое – значительный прирост мощности в сравнении с Core 2 Duo, многопоточную производительность, мощные ядра и поддержку новейших стандартов.

С первым поколением i7 связано одно непонимание, а именно – присутствие двух сокетов LGA1366 и LGA1156 с одними и теми же (на первый взгляд) Core i7. Тем не менее, два набора логики были обусловлены не прихотью жадной корпорации, а переходом к архитектуре Lynnfield, следующему шагу в развитии линейки процессоров Core i.

Что же до конкуренции со стороны AMD, то красный гигант не спешил переходить на новую революционную архитектуру, спеша угнаться за темпами Intel. Используя старую-добрую K10, в компании выпустили Phenom II, ставший переходом на 45-нм техпроцесс первого поколения Phenom без каких-либо существенных архитектурных изменений.

Благодаря уменьшению площади кристалла AMD смогли использовать дополнительное пространство для размещения внушительного L3-кэша, который по своей структуре (как и общая компоновка элементов на кристалле) примерно соответствует наработкам Intel с Nehalem, но имеет ряд недостатков, обусловленных стремлением к экономии и обратной совместимости со стремительно стареющей платформой AM2.

Исправив недочеты в работе Cool’n’Quiet, практически не функционирующей в первом поколении Phenom, AMD выпустила две ревизии Phenom II, первая из которых была адресована пользователям на старых чипсетах из поколения AM2, а вторая – для обновленной платформы AM3 с поддержкой памяти DDR3. Именно желание сохранить поддержку новых процессоров на старых материнских платах и сыграло с AMD злую шутку (которая, впрочем, еще повторится в будущем) – из-за особенностей платформы в виде медленного северного моста новые Phenom II X4 не могли работать на ожидаемой частоте uncore-шины (контроллера памяти и L3-кэша), потеряв еще некоторую долю производительности в первой ревизии.
Тем не менее, Phenom II вышел доступным и достаточно производительным, чтобы показать результаты на уровне предыдущего поколения Intel – а именно Core 2 Quad. Конечно же, это означало лишь то, что с Nehalem в AMD конкурировать были не готовы. Совсем.
А потом прибыл Westmere…

Westmere. Дешевле, чем у AMD, быстрее, чем у Nehalem

Преимущества Phenom II, представленного красным гигантом в качестве бюджетной альтернативы Q9400, крылись в двух вещах. Первая – очевидная совместимость с платформой AM2, которую приобрело множество поклонников недорогих компьютеров во времена выхода первого поколения Phenom. Вторая – вкусная цена, с которой не могли поспорить ни дорогостоящие i7 9хх, ни более доступные (но уже невыгодные) процессоры серии Code 2 Quad. AMD делала ставку на доступность для самого широкого круга пользователей, неискушенных геймеров и экономных профессионалов, но у Intel уже был план того, как побить все карты красного чипмейкера одной левой.

В его основе лежал Westmere – следующий архитектурный этап развития Nehalem (ядра Bloomfield), зарекомендовавших себя среди энтузиастов и тех, кто предпочитает брать самое лучшее. На этот раз Intel отказалась от дорогостоящих комплексных решений – новый набор логики на базе сокета LGA1156 лишился QPI-контроллера, получив архитектурно упрощенный DMI, обзавелся двухканальным контроллером памяти DDR3, а также в очередной раз переадресовал часть функций под крышку процессора – на этот раз им стал PCI-контроллер.

Несмотря на то, что визуально новые Core i7-8хх и Core i5-750 идентичны по размерам Core 2 Quad, благодаря переходу на 32 нм кристалл оказался даже больше по размеру, чем у Nehalem – принеся в жертву дополнительные выходы QPI и объединив блок стандартных I/O портов, инженеры Intel интегрировали PCI-контроллер, который занимает 25% площади кристалла и был призван сократить до минимума задержки по работе с GPU, ведь дополнительные 16 линий PCI никогда не были лишними.

В Westmere был доработан и Turbo-режим, построенный по принципу «больше ядер – меньше частоты», использованному в Intel до сих пор. По логике инженеров, ограничение в 95 Вт (а именно столько было положено потреблять обновленному флагману) достигалось в прошлом далеко не всегда из-за упора на разгон всех ядер в любой ситуации. Обновленный режим позволял применять «умный» разгон, дозируя частоты таким образом, что при использовании одного ядра остальные отключались, освобождая дополнительное питание для разгона задействованного ядра. Таким нехитрым образом и получилось, что при разгоне одного ядра пользователь достигал максимальной тактовой частоты, при разгоне двух – уже меньшей, а при разгоне всех четырех – незначительной. Так Intel обеспечила максимальное быстродействие в большинстве игр и приложений, использующих один или два потока, сохранив энергоэффективность, о которой AMD тогда могла только мечтать.

Существенно доработан был и Power Control Unit, отвечающий за распределение питания между ядрами и другими модулями на кристалле. Благодаря усовершенствованию техпроцесса и инженерным доработкам материалов, Intel смогла создать практически идеальную систему, в которой процессор, пребывая в idle-состоянии, способен практически не потреблять питания ВООБЩЕ. Примечательно, что достижение подобного результата не связано с архитектурными изменениями – блок PSU-контроллера перекочевал под крышку Westmere без каких-либо изменений, и лишь повышение требований к материалам и общему качеству позволили сократить до нуля (или почти до нуля) токи утечек из отключенных ядер процессора и сопутствующих им модулей в idle-состоянии.

Разменяв трехканальный контроллер памяти на двухканальный, Westmere мог потерять часть производительности, но благодаря повышенной частоте памяти (1066 у мейнстримных Nehalem, и 1333 у героя этой части статьи) новый i7 не только не потерял в производительности, но и в некоторых моментах оказался быстрее процессоров Nehalem. Даже в приложениях, которые не используют все четыре ядра, i7 870 оказался практически идентичен старшему собрату благодаря преимуществу в частоте DDR3.

Игровая производительность обновленного i7 была практически идентична лучшему решению прошлого поколения – i7 975, который обходился вдвое дороже. При этом младшее решение балансировало на грани с Phenom II X4 965 BE, иногда опережая его уверенно, а иногда – лишь немного.
Но цена была именно тем вопросом, который смущал всех поклонников Intel – и решение в виде невероятных $199 за Core i5 750 устроила всех, как нельзя лучше. Да, режима SMT здесь не было, но мощные ядра и отличная производительность позволили не только обойти флагманский процессор AMD, но и сделать это гораздо дешевле.

Для красных настали темные времена, но у них был козырь в рукаве — к выходу готовился процессор нового поколения AMD FX. Правда и Intel не пришли безоружными.

Рождение легенды и великая битва. Sandy Bridge vs AMD FX

Оглядываясь на историю взаимоотношений двух гигантов, становится очевидно, что именно период 2010-2011 года был связан с самыми невероятными ожиданиями для AMD, и неожиданно успешными решениями для Intel. Хотя обе компании рисковали, презентуя совершенно новые архитектуры, для красных анонс следующего поколения мог стать губительным, тогда как Intel, в общем-то, сомнений не испытывала.
Если Lynnfield был масштабной работой над ошибками, то Sandy Bridge вернул инженеров к чертежной доске. Переход на 32 нм ознаменовал создание монолитного базиса, уже ничуть не похожего на раздельную компоновку, использованную в Nehalem, где два блока по два ядра делили кристалл на две части, а вторичные модули располагались по сторонам. В случае с Sandy Bridge Intel создали монолитную компоновку, где ядра располагались единым блоком, используя общий L3-кэш. Был полностью переработан исполнительный конвейер, формирующий pipeline задачи, а высокоскоростная кольцевая шина обеспечивала минимальные задержки при работе с памятью и, как следовательно, высочайшую производительность в любых задачах.

Кристалл микропроцессора Intel Core i7-2600k

Появилась под крышкой и интегрированная графика, которая занимает по площади все те же 20% кристалла – впервые за долгие годы Intel решила серьезно заняться встроенным GPU. И хотя по меркам серьезных дискретных карт такой бонус не является чем-то значительным, то самые скромные графические карты Sandy Bridge вполне могли бы оказаться ненужными. Но несмотря на отведенные под графический чип 112 миллионов транзисторов, в Sandy Bridge инженеры Intel сделали ставку на увеличение производительности ядер без увеличения площади кристалла, что на первый взгляд не является простой задачей — кристалл третьего поколения всего на 2 мм2 больше, чем некогда был у Q9000. Удалось ли инженерам Intel совершить невероятное? Сейчас ответ кажется очевидным, но давайте сохраним интригу. Скоро мы к этому вернёмся.

Помимо совершенно новой архитектуры Sandy Bridge стал еще и самой масштабной линейкой процессоров в истории Intel. Если во времена Lynnfield синие представили 18 моделей (11 для мобильных ПК и 7 для десктопов), то теперь их ассортимент увеличился до 29 (!) SKU всех возможных профилей. Настольные ПК на релизе получили 8 из них – от i3-2100 до i7-2600k. Иными словами – были покрыты все сегменты рынка. Самый доступный i3 предлагали за $117, а флагман обходился в $317, что по меркам прежних поколений было невероятно дешево.
В маркетинговых презентациях Intel называли Sandy Bridge «вторым поколением процессоров линейки Core», хотя технически до него таких поколений было три. Свою логику синие объяснили нумерацией процессоров, в которых цифра после обозначения i* приравнивалась к поколению – именно по этой причине многие до сих пор полагают, что Nehalem был единственной архитектурой первого поколения i7.

Первым в истории Intel Sandy Bridge получил и именование разблокированных процессоров – букву К в названии модели, означающую свободный множитель (как это любила делать AMD сначала в процессорах серии Black Edition, а затем и вовсе повсеместно). Но, как и в случае с SMT, доступна такая роскошь была лишь за дополнительную плату и исключительно на нескольких моделях.

Помимо классической линейки в арсенале Sandy Bridge были и процессорами с приписками T и S, ориентированные на сборщиков компьютеров и портативные системы. Ранее этот сегмент в Intel всерьез не рассматривали.
С изменениями в работе множителя и шины BCLK Intel заблокировала возможность разгона моделей Sandy Bridge без индекса K, прикрыв таким образом лазейку, прекрасно работающую еще в Nehalem. Отдельной сложностью для пользователей стала система «ограниченного разгона», позволявшая выставлять значение частоты Turbo для процессора, лишенного прелестей разблокированной модели. Принцип работы повышения частоты «из коробки» остался неизменным с Lynnfield – при использовании одного ядра система выдает максимально доступную (с учетом охлаждения) частоту, а если процессор полностью загружен, то разгон будет существенно ниже, но по всем ядрам.

Ручной разгон разблокированных моделей, напротив, вошел в историю благодаря тем цифрам, которые позволял достигать Sandy Bridge даже в паре с простейшим комплектным кулером. 4.5 ГГц без трат на охлаждение? Прежде так высоко еще никто не прыгал. Не говоря уже о том, что даже 5 ГГц были уже достижимы с точки зрения разгона при наличии адекватного охлаждения.
Вместе с архитектурными новшествами Sandy Bridge сопровождали и технические новинки – новая платформа LGA1155, снабженная поддержкой SATA 6 Гб/с, появление UEFI-интерфейса для BIOS, и другие приятные мелочи. Обновленная платформа получила нативную поддержку HDMI 1.4а, Blu-Ray 3D и DTS HD-MA, благодаря чему в отличие от десктопных решений на базе Westmere (ядра Clarksdale) Sandy Bridge не испытывал неприятных сложностей при выводе видео на современные телевизоры и воспроизведении фильмов при частоте 24 кадров, что несомненно порадовало любителей домашних кинотеатров.

Впрочем, еще лучше дела обстояли с программной точки зрения, ведь именно с выходом Sandy Bridge Intel представили свою известную технологию декодирования видео ресурсами CPU – Quick Sync, показавшую себя лучшим решением при работе с видео. Игровая производительность Intel HD Graphics, конечно же, не позволяла заявить о том, что нужда в видеокартах теперь в прошлом, однако и сама Intel справедливо отмечала, что для GPU стоимостью в 50 долларов и меньше их графический чип может стать серьезным конкурентом, что было недалеко от правды – на время выхода Intel демонстрировала производительность графического ядра 2500k на уровне HD5450 – наиболее доступной графической карты AMD Radeon.
Intel Core i5 2500k считается, пожалуй, самым народным процессором. Это неудивительно, ведь благодаря разблокированному множителю, припою под крышкой и небольшому тепловыделению он стал настоящей легендой в среде оверклокеров.

Игровая производительность Sandy Bridge вновь подчеркнула тренд, заданный Intel в предыдущем поколении – предложить пользователю производительность уровня лучших решений Nehalem, стоивших по 999$. И у синего гиганта всё получилось – за скромную сумму в чуть более чем 300 долларов пользователь получал производительность, сравнимую с i7 980X, что еще полгода назад казалось немыслимым. Да, новые горизонты производительности не покорились третьему (или второму?) поколению процессоров Core, как это было с Nehalem, но значительное удешевление заветных топ-решений позволило стать поистине «народным» выбором.

Intel Core i5-2500k

Кажется, настало самое время для дебюта AMD с их новой архитектурой, однако дожидаться появления настоящего конкурента пришлось несколько дольше – с триумфальным релизом Sandy Bridge в арсенале красного гиганта присутствовала лишь немного расширенная линейка Phenom II, дополненная решениями на ядрах Thuban – небезызвестными шестиядерными процессорами X6 1055 и 1090T. Эти процессоры, несмотря на небольшие архитектурные изменения, могли похвастаться лишь возвращением технологии Turbo Core, в которой принцип настройки разгона ядер вновь вернулся к индивидуальной настройке каждого из них, как это было в оригинальных Phenom. Благодаря подобной гибкости стал возможен как наиболее экономичный режим работы (с падением частоты ядер в idle-режиме до 800 МГц), так и агрессивный производительный профиль (разгон ядер на 500 МГц выше заводской частоты). В остальном же Thuban ничем не отличался от младших братьев по серии, и два его дополнительных ядра служили скорее маркетинговой фишкой AMD, предлагавшей больше ядер за меньшие деньги.

Увы, большее число ядер отнюдь не означало большей производительности – в игровых тестах X6 1090T стремился к уровню младших Clarksdale, лишь в некоторых случаях оспаривая показатели i5 750. Низкая производительность на ядро, 125 Вт энергопотребления и другие классические недостатки архитектуры Phenom II, все еще пребывающей на 45 нм, не позволили красным навязать жесткую конкуренцию первому поколению Core и его обновленным собратьям. А с выходом Sandy Bridge актуальность X6 фактически сошла на нет, оставшись интересной лишь для узкого круга профессиональных пользователей-фанатов.
Громогласный ответ AMD на новинки от Intel последовал лишь в 2011 году, когда была представлена новая линейка процессоров AMD FX на архитектуре Bulldozer. Вспомнив о самой удачной серии своих процессоров, AMD не стала скромничать, и в очередной раз подчеркнула невероятные амбиции и планы на будущее – новое поколение обещало, как и прежде, больше ядер для десктопного рынка, инновационную архитектуру, и, конечно же, невероятную производительность в категории price-to-performance.

С точки зрения архитектуры Bulldozer выглядел смело – модульная компоновка ядер в четырех блоках на общем L3-кэше в идеальных условиях была призвана обеспечить оптимальную работу в многопоточных задачах и приложениях, однако из-за стремления сохранить совместимость со стремительно стареющей платформой AM2 в AMD решили сохранить под крышкой процессора контроллер северного моста, создав для себя одну из важнейших проблем на последующие годы.

Кристалл Bulldozer

Несмотря на 4 физических ядра, процессоры Bulldozer предлагались пользователям как восьмиядерные – это было связано с наличием двух логических ядер в каждом вычислительном блоке. Каждый из них мог похвастаться собственным массивным кэшем L2 в 2 Мб, декодером, буфером инструкций в 256 Кб и блоком выполнения операций с плавающей запятой. Такое разделение функциональных частей позволило обеспечивать обработку данных в восемь потоков, подчеркивая акценты новой архитектуры на обозримое будущее. Bulldozer получил поддержку SSE4.2 и AESNI, а один FPU-блок на каждое физической ядро стал способен выполнять 256-битные AVX-инструкции.

К несчастью для AMD, Intel уже представила Sandy Bridge, поэтому требования к процессорной части серьезно возросли. По цене значительно ниже X6 1090T средний пользователь мог приобрести великолепный i5 2500k, получив производительность уровня лучших предложений прошлого поколения, и красным необходимо было поступить также. Увы, реалии времен релиза имели на этот счет свое мнение.

Уже 6 ядер старших Phenom II были наполовину свободны в большинстве случаев, что уж говорить о восьми потоках AMD FX – из-за специфики подавляющего большинства игр и приложений, использующих 1-2 потока, изредка до 4 потоков, новинка красного лагеря оказалась лишь чуть быстрее предыдущих Phenom II, безнадежно уступив 2500k. Несмотря на некоторое преимущество в профессиональных задачах (к примеру, в архивации данных), флагманский FX-8150 оказался неинтересен потребителю, уже ослепленному мощью i5 2500k. Революции не случилось, а история не повторилась. Стоит упомянуть о встроенном синтетическом тесте WinRAR, который был многопоточным, в то время как в реальной работе архиватор полноценно использовал только два потока.

Еще один мост. Ivy Bridge или пребывая в ожидании

Пример AMD стал показательным во многих вещах, но в первую очередь подчеркнул необходимость создания некоего базиса, на котором можно выстроить успешную (во всех отношениях) процессорную архитектуру. Именно так в эпоху K7/K8 AMD стали лучшими из лучших, и именно благодаря тем же постулатам их место заняла Intel с выходом Sandy Bridge.

Архитектурные изыски оказались ни к чему, когда в руках синих появилась беспроигрышная комбинация – мощные ядра, умеренный TDP и отработанный формат платформы на кольцевой шине, невероятно быстрой и эффективной для любых задач. Теперь оставалось лишь закрепить успех, использовав все, что было прежде – и именно таким успехом и стал переходный Ivy Bridge, третье (как заявляет Intel) поколение процессоров Core.
Пожалуй, самым значительным изменением с точки зрения архитектуры стал переход Intel на 22 нм – не скачок, но уверенный шаг к уменьшению размера кристалла, который вновь оказался меньше предшественника. К слову, размер кристалла процессора AMD FX-8150 при старом техпроцессе 32 нм составлял 315 мм2, в то время как у процессора Intel Core i5-3570 имел размер более чем вдвое меньший: 133 мм2.

На этот раз Intel вновь сделала ставку на бортовую графику, и отвела под неё больше места на кристалле – правда, лишь немногим больше. Остальная топология кристалла изменений не претерпела – все те же четыре блока ядер с общим блоком L3-кэша, контроллером памяти и контроллером системных I/O. Можно сказать, схема выглядит пугающе идентичной, но в этом и была суть платформы Ivy Bridge – сохранить лучшее от Sandy, при этом добавив плюсов в общую копилку.

Кристалл Ivy Bridge

Благодаря переходу на более тонкий техпроцесс Intel смогла снизить общее энергопотребление процессоров до 77 Вт – с 95 на предыдущем поколении. Тем не менее, надежды на еще более выдающиеся результаты в разгоне не оправдалась – из-за капризной натуры Ivy Bridge достижение высоких частот требовало бОльших напряжений, чем в случае с Sandy, поэтому ставить рекорды на этом семействе процессоров особенно не спешили. Также не лучшую роль для разгона сыграла замена термоинтерфейса между термораспределительной крышкой процессора и его кристаллом с припоя на термопасту.
К счастью для владельцев предыдущего поколения Core, сокет изменений не претерпел, и новый процессор можно было без труда установить в прежнюю материнскую плату. Тем не менее, новые наборы логики предлагали такие изыски, как поддержка USB 3.0, поэтому пользователи, следящие за технологическими новинками, наверняка поспешили приобрести новую плату на Z-чипсете.

Общая производительность Ivy Bridge выросла не столь значительно, чтобы назвать это очередной революцией, а скорее последовательно. В профессиональных задачах 3770k показывал результаты, сравнимые с профессиональными процессорами X-серии, а в играх опережал бывших фаворитов 2600k и 2700k с разницей около 10%. Кто-то сочтет это недостаточным для апгрейда, но Sandy Bridge не просто так считается одним из самых долгоиграющих процессорных семейств в истории.
Наконец, даже самые экономные пользователи ПК-гейминга смогли почувствовать себя на передовой – Intel HD Graphics 4000 оказалась значительно быстрее предыдущего поколения, показав средний прирост в 30-40%, а также получив поддержку DirectX 11. Теперь можно было играть в популярные игры на средне-низких настройках, получая неплохую производительность.

Подводя итоги, можно сказать, что Ivy Bridge стал приятным дополнением для семейства Intel, избежав всевозможных рисков от архитектурных излишеств, и следуя принципу «тик-так», от которого синие впоследствии не отходили вовсе. Красные же предприняли попытку провести масштабную работу над ошибками в виде Piledriver– нового поколения в старом обличии.
Устаревшие 32 нм не позволяли AMD вершить еще одну революцию, поэтому Piledriver был призван скорректировать недочеты Bulldozer, уделив внимание наиболее слабым сторонам архитектуры AMD FX. Ядра Zambezi сменили Vishera, в которые легли некоторые доработки из решений на базе Triniti — мобильных процессоров красного гиганта, но TDP осталось неизменным – 125 Вт для флагманской модели с индексом 8350. Структурно он был идентичен старшему брату, однако архитектурные доработки и увеличение частоты на 400 МГц позволили наверстать упущенное.

Рекламные слайды AMD в преддверии выхода Bulldozer обещали поклонникам марки по 10-15% прироста производительности от поколения к поколению, но выход Sandy Bridge и огромный скачок вперед не позволил назвать эти обещания слишком амбициозными – теперь на прилавках уже лежали Ivy Bridge, отодвинувшие верхнюю границу порога производительности еще дальше. Чтобы не допустить ошибку снова, AMD представили Vishera в качестве альтернативы бюджетной части линейки Ivy Bridge – 8350 стал противопоставляться i5-3570K, что было обусловлено не только осторожностью красных, но и ценовой политикой компании. Флагманский Piledriver стал доступен публике за 199$, что сделало его дешевле потенциального конкурента – впрочем, сказать того же о производительности однозначно не получалось.

Профессиональные задачи стали для FX-8350 наиболее ярким местом раскрытия потенциала – ядра работали максимально быстро, и в некоторых случаях новинка от AMD опережала даже 3770k, но там, куда смотрело большинство пользователей (игровая производительность), процессор показывал результаты, схожие с i7-920, а в лучшем случае не слишком отставал от 2500k. Впрочем, такое положение вещей никого не удивило – 8350 был на 20% производительнее 8150 в тех же задачах, при этом TDP остался без изменений. Работа над ошибками удалась – пусть и не так ярко, как многим бы хотелось.

Мировой рекорд разгона процессора AMD FX 8370 был достигнут финским оверклокером The Stilt в августе 2014 года. Ему удалось разогнать кристалл до 8722,78 МГц.

Haswell: Слишком хорошо, чтобы снова быть правдой

Архитектурный путь Intel, как уже можно было заметить, нашел свою золотую середину – придерживаться отработанной схемы в построении успешной архитектуры, занимаясь доработками по отношению ко всем аспектам. Sandy Bridge стал родоначальником эффективной архитектуры на базе кольцевой шины и объединенного блока ядер, Ivy Bridge доработал её с точки зрения начинки и питания, а Haswell стал своего рода продолжением предшественника, обещая новые стандарты качества и производительности.

Архитектурные слайды презентации Intel мягко намекали на то, что архитектурная часть останется без изменений. Доработки коснулись лишь некоторых деталей в формате оптимизации – добавились новые порты для диспетчера задач, был оптимизирован кэш L1 и L2, а также TLB-буфер в последнем. Нельзя не отметить доработки PCB-контроллера, отвечающего за работу процесса в различных режимах и сопутствующих затратах питания. Проще говоря, в состоянии покоя Haswell стал куда экономичнее Ivy Bridge, однако об общем сокращении TDP речи не шло.

Продвинутые материнские платы с поддержкой высокоскоростных модулей DDR3 обеспечили энтузиастам немного радости, однако с точки зрения разгона все оказалось печально – результаты Haswell были даже хуже прошлого поколения, и во многом это было связано с переходом на другие термоинтерфейсы, о коих сейчас не шутит только ленивый. Плюсы в производительности получила и встроенная графика (что обусловлено все большими акцентами на мир портативных ноутбуков), но на фоне отсутствия видимого роста IPC Haswell окрестили «Хасфейлом» за жалкие 5-10% прироста производительности в сравнении с предыдущим поколением. Вкупе с производственными проблемами это привело к тому, что Broadwell – следующее поколение Intel – превратилось в практически несуществующий миф, потому как его релиз на мобильные платформы и пауза в целый год негативно сказались на общем восприятии пользователей. Чтобы хотя бы как-то исправить положение, Intel выпустила Haswell Refresh, также известный как Devil Canyon – правда, вся его суть заключалась в наращивании базовых частот процессоров Haswell (4770k и 4670k), поэтому посвящать ему отдельный раздел мы не будем.

Broadwell-H: Еще экономичнее, еще быстрее

Большая пауза в выходе Broadwell-H была обусловлена сложностями, связанными с переходом на новый техпроцесс, однако, если углубляться в архитектурный анализ, становится очевидно, что быстродействие процессоров Intel достигло уровня, недостижимого для конкурентов из AMD. Но это не означает, что красные тратили время впустую – благодаря инвестициям в APU решения на базе Kaveri пользовались немалым спросом, а старшие модели серии A8 могли легко дать фору любой встроенной графике от синих. Судя по всему, такое положение вещей Intel решительно не устраивало – и поэтому в архитектуре Broadwell-H особое место заняло графическое ядро Iris Pro.

Вкупе с переходом на 14 нм размер кристалла Broadwell-H фактически остался прежним – но более компактная компоновка позволила еще больше сосредоточиться на наращивании графической мощности. В конце концов, именно на ноутбуках и в мультимедиа-центрах Broadwell обрел первое пристанище, поэтому такие инновации, как поддержка аппаратного декодирования HEVC (H.265) и VP9 выглядят более чем резонно.

Кристалл микропроцессора Intel Core i7-5775C

Отдельного упоминания заслуживает кристалл eDRAM, занявший отдельное место на подложке кристалла и ставший своеобразным скоростным буфером данных – кэшем L4 – для ядер процессора. Производительность которого позволила рассчитывать на серьезный шаг вперед в профессиональных задачах, особо чувствительных к скорости обработки кэшированных данных. Контроллер eDRAM занял место на основном кристалле процессора, — им инженеры заместили пространство, ставшее свободным после перехода на новый техпроцесс.
eDRAM был интегрирован и для ускорения работы бортовой графики, выступая в роли быстрого кэша кадров – при объеме в 128 Мб его возможности позволяют серьезно упростить работу бортовому GPU. По сути именно в честь eDRAM-кристалла к названию процессора присоединилась буква C – в Intel технологию скоростного кэширования данных на кристалле назвали Crystal Wall.

Частотные характеристики новинки, как ни странно, стали значительно скромнее Haswell – старший 5775С имел базовую частоту в 3.3 ГГц, но при этом мог похвастаться разблокированным множителем. С уменьшением частот сократился и TDP – теперь он составлял всего 65 Вт, что для процессора подобного уровня, пожалуй, лучшее достижение, ведь быстродействие осталось неизменным.
Несмотря на скромный (по меркам Sandy Bridge) разгонный потенциал, Broadwell-H удивил своей энергоэффективностью, оказавшись самым экономичным и холодным среди конкурентов, а бортовая графика опередила даже решения из семейства AMD A10, показав, что ставка на графическое ядро под крышкой оправдалась.
Важно помнить, что Broadwell-H оказался настолько промежуточным, что уже через полгода были представлены процессоры на базе архитектуры Skylake, который стал уже шестым поколением в семействе Core.

Skylake – Время революций давно прошло

Как ни странно, со времен Sandy Bridge минуло уже множество поколений, но ни одно из них не смогло потрясти публику чем-то невероятным и инновационным, за исключением, наверное, Broadwell-H – но там речь шла скорее о невиданном скачке в графической части и её производительности (в сравнении с APU от AMD), а не об огромных прорывах в производительности. Времена Nehalem, безусловно, ушли, и уже не вернутся, но Intel продолжала по маленьким шажочкам идти вперед.

Архитектурно Skylake был перекомпонован, и горизонтальное расположение вычислительных блоков сменила классическая квадратная компоновка, в которой ядра разделяет shared-LLC кэш, а слева расположилось производительное графическое ядро.

Кристалл микропроцессора Intel Core i7-6700k

Из-за технических особенностей контролер eDRAM теперь расположился в зоне блока управления I/O в качестве дополнения к модулю управления вывода изображения для того, чтобы обеспечить наилучшее качество передачи картинки с встроенного графического ядра. Из-под крышки пропал встроенный регулятор напряжения, использовавшийся в Haswell, была обновлена шина DMI, а благодаря соблюдению принципа обратной совместимости процессоры Skylake поддерживали как DDR4, так и DDR3 память – для них был разработан новый стандарт SO-DIMM DDR3L, функционирующий на низких напряжениях.

При этом нельзя не заметить, как много внимания Intel уделяет рекламе очередного поколения бортовой графики – в случае со Skylake оно было уже шестое в линейке синих. Особую гордость Intel питает к приросту производительности, который был особенно показателен в случае с Broadwell, но и на этот раз обещает особо экономным геймерам высочайший уровень производительности и поддержку всех современных API, включая DirectX 12. Графическая подсистема является частью так называемой System on Chip (SOC), которую Intel также активно продвигала в качестве примера удачного архитектурного решения. Но если вспомнить, что интегрированный контроллер напряжения исчез, а подсистема питания целиком полагается на VRM материнской платы, до полноценного SOC, конечно, в Skylake еще не добрались. Про интегрирование микросхемы южного моста под крышку речи не идет вовсе.

Тем не менее, SOC здесь играет роль посредника, своегобразного «мостика» между графическим чипом Gen9, ядрами процессора и системным контроллером I/O, отвечающим за взаимодействие компонентов с процессором и обработку данных. При этом значительный акцент в Intel поставили на энергоэффективность и массу мер, предпринятых Intel в борьбе за потребление меньшего числа Вт – в Skylake предусмотрены различные «power gate» (назовем их состояниями питания) для каждого участка SOC, включая высокоскоростную кольцевую шину, графическую подсистему и контроллер медиа. Прежняя система контроля питания фаз процессора на базе P-state эволюционировала в технологию Speed Shift, обеспечивающую как динамическое переключение между различными фазами (например, при выходе из спящего режима в процессе активной работы или запуске тяжелой игры после легкого серфинга), так и балансировку затрат питания между активными блоками CPU для достижения наивысшей эффективности в рамках TDP.

Из-за редизайна, связанного с исчезновением контроллера питания, Intel была вынуждена перенести Skylake на новый сокет LGA1151, для которого на релизе были выпущены материнские платы на чипсете Z170, получившие поддержку 20 линий PCI-E 3.0, один порт USB 3.1 Type A, увеличенное число портов USB 3.0, поддержку eSATA и M2-накопителей. В качестве памяти была заявлена поддержка модулей DDR4 с частотой до 3400 МГц.
Что же до производительности, то никаких потрясений выход Skylake не ознаменовал. Ожидаемый прирост производительности в размере пяти процентов в сравнении с Devil Canyon оставил многих фанатов в недоумении, но и по слайдам презентации Intel было понятно, что основной упор был сделан на энергоэффективность и гибкость новой платформы, способной подойти как для экономичных micro-ITX систем, так и для передовых игровых платформ. Пользователи, ожидавшие прыжок вперед уровня Sandy Bridge Skylake, были разочарованы, ситуация напоминала выход Haswell, дополнительно огорчал и выход нового сокета.
Теперь пришло время надеяться на Kaby Lake, ведь кто-кто, а он должен был стать тем самым…

Kaby Lake. Пресное озеро и неожиданная краснота

Несмотря на изначальную логику стратегии «тик-так» Intel, понимая отсутствие какой-либо конкуренции со стороны AMD, решилась расширить каждый цикл до трех этапов, в котором после внедрения новой архитектуры два последующих года идет доработка существующего решения под новым названием. Шагом в 14 нм стал Broadwell, следом за котором свет увидел Skylake, а Kaby Lake, соответственно, был призван показать наиболее совершенный технологический уровень в сравнении с предшествующим «Небеснозерском».

Основным отличием Kaby Lake от Skylake стало наращивание частот на 200-300 МГц – как в отношении базовой частоты, так и в отношении буста. Архитектурно никаких изменений новое поколение не получило – даже встроенная графика, несмотря на обновление маркировки, осталась прежней, зато Intel выпустила набор логики на базе нового Z270, в котором к функционалу предыдущего Sunrise Point добавились 4 линии PCI-E 3.0, а также поддержка технологии Intel Optane Memory для передовых устройств гиганта. Сохранились и независимые множители для компонентов платы, и другие особенности предыдущей платформы, а мультимедийные приложения получили функцию AVX Offset, позволяющую уменьшать частоты процессора при обработке AVX-инструкций для повышения стабильности работы на высоких частотах.

Кристалл микропроцессора Intel Core i7-7700k

По производительности новинки седьмого поколения Core впервые оказались практически идентичными своим предшественникам – вновь уделив внимание оптимизации энергопотребления, в Intel совсем позабыли о новшествах в плане IPC. Тем не менее, в отличие от Skylake в новинке решили проблему экстремального нагрева при серьезных ступенях разгона, а также позволили почувствовать себя почти как во времена Sandy Bridge, разгоняя процессор до 4.8-4.9 ГГц при умеренном энергопотреблении и сравнительно низких температурах. Другими словами, разгон стал проще, а процессор – холоднее на 10-15 градусов, что можно назвать результатом той самой оптимизации, его завершающего цикла.
Никто не мог и догадываться, что AMD уже готовит настоящий ответ на многолетнее развитие Intel. Имя ему AMD Ryzen.

AMD Ryzen – Когда все смеялись и никто не верил

После того, как в 2012 году была представлена обновленная архитектура Bulldozer, Piledriver, AMD полностью ушли в другие направления процессорного рынка, выпустив несколько удачных линеек APU, а также другие экономичные и портативные решения. Тем не менее, о возобновлении борьбы за место под солнцем на настольных компьютерах в компании никогда не забывали, изображая немощь, но при этом работая над архитектурой Zen – настоящим новым решением, призванным возродить некогда утраченный дух соревнования на рынке CPU.

Для разработки новинки в AMD прибегли к помощи Джима Келлера – того самого «отца двух ядер», опыт работы которого привел красного гиганта к славе и признанию в начале 2000-х. Именно он совместно с другими инженерами разработал новую архитектуру, призванную быть быстрой, мощной и инновационной. К сожалению, все помнили, что в основе Bulldozer лежали те же принципы – был нужен другой подход.

Джим Келлер

И AMD воспользовалась маркетингом, объявив о 52% прироста IPC в сравнении с поколением Excavator – наиболее свежих ядер, выросших все из того же Bulldozer. Это означало, что в сравнении с 8150 процессоры Zen обещали быть более чем на 60% быстрее, и это заинтриговало всех. Поначалу на презентациях AMD уделяли время лишь профессиональным задачам, сравнивая свой новый процессор с 5930K, а позже – с 6800K, но со временем речь зашла и об игровой стороне проблемы – наиболее острой с точки зрения продаж. Но и тут AMD были готовы сражаться.

В основе архитектуры Zen лежит новый техпроцесс в 14 нм, а архитектурно новинки ничуть не похожи на модульную архитектуру родом из 2011. Теперь на кристалле располагается два больших функциональных блока, названных CCX (Core Complex), в каждом из которых может быть до четырех активных ядер. Как и в случае со Skylake, на подложке кристалла расположились всевозможные системные контроллеры, включающие 24 линии PCI-E 3.0, поддержку до 4 портов USB 3.1 Type A, а также двухканальный контроллер памяти DDR4. Особенно стоит отметить и объем кэша L3 – во флагманских решениях его объем достигает 16 Мб. Каждое из ядер получилось собственный блок операций с плавающей запятой (FPU), что решило одну из главнейших проблем предыдущей архитектуры. Радикально снизилось и потребление процессоров, — для флагманского Ryzen 7 1800X оно было обозначено на уровне 95 Вт в сравнении с 220 Вт для самых «горячих» (во всех смыслах) моделей AMD FX.

Кристалл микропроцессора AMD Ryzen 1800X

Технологическая начинка оказалась не менее богатой на инновации – так новые процессоры AMD получили целый набор новых технологий под заголовком SenseMI, куда был включен Smart Prefetch (загружающий в кэш-буфер данные для ускорения работы программ), Pure Power (по сути аналог «интеллектуального» управления питанием процессора и его сегментов, реализованного в Skylake), Neural Net Prediction (алгоритм, работающий по принципам самообучающийся нейронной сети), а также Extended Frequency Range (или XFR), призванный обеспечить пользователю с передовыми системами охлаждения дополнительные 100 МГц частоты. За разгон впервые со времен Piledriver отвечал не Turbo Core, а Precision Boost – обновленная технология повышения частоты в зависимости от нагрузки по ядрам. Подобную технологию мы видели у Intel еще со времен Sandy Bridge.

В основе новой архитектуры Ryzen лежит шина Infinity Fabric, созданная для соединения между собой как отдельных ядер, так и двух CCX-блоков на подложке кристалла. Высокоскоростной интерфейс был призван обеспечить максимально быстрое взаимодействие ядер и блоков, а также иметь возможности реализации на иных платформах – например, на экономичных APU и даже в графических картах AMD VEGA, где шина в паре с HBM2-памятью должна работать с пропускной способностью как минимум 512 Гб/с.

Infinity Fabric

Все это связано с амбициозными планами по расширению линейки Zen на высокопроизводительные платформы, серверы и APU – унификация производственного процесса, как и всегда, ведет к удешевлению производства, а низкие заманчивые цены всегда были прерогативой AMD.

Вначале AMD представила лишь Ryzen 7 – старшие модели линейки, ориентированные на самых придирчивых пользователей и медиамейкеров, а через несколько месяцев за ними последовали Ryzen 5 и Ryzen 3. Именно Ryzen 5 оказались наиболее привлекательными решениями с точки зрения, как цены, так и игровой производительности, к которой Intel, говоря прямо, оказалась совсем не готова. И если на первом этапе казалось, что Ryzen суждено повторить судьбу Bulldozer (пусть и с меньшим градусом драматизма), то со временем стало понятно, что у AMD получилось вновь навязать конкуренцию.

Главными проблемами Ryzen стали технически нюансы, сопровождавшие владельцев ранних ревизий на протяжении первых нескольких месяцев – из-за проблем с памятью Ryzen не спешили рекомендовать к покупке, а зависимость процессоров от частоты оперативной памяти прямо намекало на необходимость дополнительных трат. Тем не менее, искушенные в настройках таймингов пользователи обнаружили, что с высокоскоростными модулями памяти, настроенными на минимальные тайминги Ryzen способен потеснить даже 7700k, что вызвало настоящий восторг в лагере фанатов AMD. Но даже без подобных изысков процессоры семейства Ryzen 5 оказались настолько удачными, что волна их продаж вынудила Intel на проведение срочной революции в своей архитектуре. Ответом на удачный ход AMD стал выход последней (на момент написания материала) архитектуры Coffee Lake, получившей 6 ядер вместо четырех.

Coffee Lake. Лед тронулся

Несмотря на то, что 7700k долгое время удерживал звание лучшего игрового процессора, AMD смогла добиться невероятного успеха в среднем классе линейки, реализовав старейший принцип «больше ядер, но дешевле». В Ryzen 1600 было 6 ядер и целых 12 потоков, а 7600k все еще был привязан к 4 ядрам, что обеспечивало AMD простейшую маркетинговую победу, особенно с поддержкой многочисленных обзорщиков и блоггеров. Тогда Intel сдвинула график релизов, и представила на рынок Coffee Lake – не очередные пару процентов и пару ватт, а настоящий шаг вперед.

Правда, и здесь он был совершен с оговоркой. Шесть долгожданных ядер, не лишенны радостей SMT, фактически появились на базе все того же самого Skylake, построенного на 14 нм. В Kaby Lake его основу подрихтовали, решив проблемы с разгоном и температурой, а в Coffee Lake доработали в сторону увеличения числа блоков ядер на 2, и оптимизацией для более холодной и стабильной работы. Если же оценивать архитектуру с точки зрения нововведений, то никаких новшеств (помимо роста числа ядер) в Coffee Lake не появилось.

Кристалл микропроцессора Intel Core i7-8700k

Зато появились технические ограничения, связанные с необходимостью новых материнских плат на базе Z370. Эти ограничения связаны с ростом требований к питанию, т.к добавление шести ядер и редизайн системы с учетом роста прожорливости кристалла потребовал поднять планки по минимальному питающему напряжению. Как мы помним из истории Broadwell, Intel последние годы стремилась наоборот – снижать напряжения по всем фронтам, однако теперь такая стратегия оказалась в тупике. Технически LGA1151 остался все тем же, однако из-за рисков вывести из строя контроллер VRM Intel ограничила совместимость процессора с прежними материнскими платами, таким образом обезопасив себя от возможных скандалов (как это было с RX480 и погоревшими разъемами PCI-E у AMD). Не стало в обновленной Z370 и поддержки прежней DDR3L-памяти, но подобную совместимость никто, в общем-то, и не ждал.

Сами Intel готовили обновленный вариант платформы с поддержкой USB 3.1 второго поколения, карт памяти SDXC и встроенного контроллера Wi-Fi 802.11, поэтому релизная спешка с Z370 оказалась одним из тех казусов, которые позволили сделать выводы о появлении платформы. Тем не менее, сюрпризов в Coffee Lake было предостаточно – и особая их часть была сосредоточена на разгоне.

Ему в Intel уделили много внимания, подчеркнув работу, проделанную над оптимизацией процесса разгона – так, в Coffee Lake появилась возможность настройки нескольких пресетов работы пошагового разгона для разных условий загрузки ядер, возможности динамически менять тайминги памяти, не покидая операционной системы, поддержка любых, даже самых невозможных множителей DDR4 (заявлена поддержка частоты до 8400 МГц), а также усиленная система питания, рассчитанная на максимальные нагрузки. Тем не менее, по факту разгон 8700k был далеко не самым невероятным – из-за непрактичности используемого термоинтерфейса без делиддинга процессор зачастую ограничивался 4.7-4.8 ГГц, достигая предельных температур, но со сменой интерфейса мог показывать новые рекорды в стиле 5.2 или даже 5.3 ГГц. Однако подавляющее большинство пользователей не были заинтересованы в подобном, так что разгонный потенциал шестиядерного Coffee Lake можно назвать сдержанным. Да-да, Сэнди еще не забыли.

Игровая производительность Coffee Lake особенных чудес не показала – несмотря на появление двух физических ядер и четырех потоков, 8700k на момент релиза имел лишь примерно тот же шаг в 5-10% производительности сверх предыдущего флагмана. Да, Ryzen не мог составить ему конкуренции в игровой нише, но с точки зрения архитектурных доработок выясняется, что Coffee Lake – это просто еще один затяжной «ток», но никак не «тик», каким был Sandy Bridge в 2011 году.

К счастью для фанатов AMD, после выпуска Ryzen компания объявила о долгоиграющих планах на сокет AM4 и развитие архитектуры Zen до 2020 года – и после того, как Coffee Lake вновь вернул внимание среднему сегменту Intel, пришла пора для Ryzen 2 – в конце концов, и у AMD должен быть свой «ток».

2019 – Синяя точка невозврата или Революция «чиплетов»

После выхода двух крайне успешных поколений процессоров Ryzen компания AMD была готова сделать беспрецедентный шаг вперед не только в плане производительности, но и в новейших технологиях производства – переход на 7-нм техпроцесс, обеспечивающий 25% рост производительности при сохранении неизменного теплопакета вкупе с множеством архитектурных разработок и оптимизаций позволяли вывести платформу AM4 на новый уровень, предоставив всем владельцам предыдущих «народных» связок безболезненный апргрейд с предварительным обновлением BIOS.

И психологически важная отметка в 4 ГГц, которая во многом была камнем преткновения на пути к ожесточенной конкуренции с Intel, волновала энтузиастов в другом ключе – с появления первых слухов многие справедливо отметили, что рост частоты в семействе Ryzen 3000 едва ли составит более 20%, но мечтать о 5 ГГц, которыми щеголял Intel, никто запретить не мог. Подогревали интерес и многочисленные «утечки», а также полные линейки процессоров и невероятные детали, многие из которых оказались довольно далеки от истины. Но справедливости ради стоит заметить, что какие-то утечки вполне соответствовали увиденным результатам – конечно же, с некоторыми оговорками.

Технически архитектура Zen 2 получила ряд радикальных отличий от предшественницы, лежащей в основе первых двух поколений Ryzen. Ключевым отличием стала компоновка процессора, ныне состоящего из трех отдельных кристаллов, два из которых содержат блоки ядер, а третий, более внушительный по размеру, включает блок контроллеров и каналов связи (I/O). Несмотря на все многочисленные преимущества энергоэффективного и передового 7-нм техпроцесса, AMD не могла не столкнуться с заметно возрастающими затратами на производство, ведь 7-нм техпроцесс еще не был обкатан и доведен до идеальных соотношений бракованных чипов к чистым. Однако была и другая причина – общая унификация производства, позволяющая объединить разные производственные линии в одну, и отбирать кристаллы как для доступных Ryzen 5, так и для невероятных EPYC. Это экономически выгодное решение позволило AMD сохранить цены на прежнем уровне, и приятно порадовать поклонников с выходом Ryzen 3000.

Структурная компоновка чиплетов

Разделение кристалла процессора на три небольших сегмента позволило значительно продвинуться в решении важнейших задач, стоящих перед инженерами AMD – снижение задержек Infinity Fabric, задержек в обращении к кэшу и обмену данными из разных CCХ-блоков. Теперь объем кэша вырос как минимум вдвое (32 Мб L3 у 3600 против 16 Мб у прошлогоднего 2600), механизмы работы с ним были оптимизированы, а у частоты Infinity Fabric появился собственный множитель FCLK, который позволял использовать оперативную память вплоть до 3733 МГц с оптимальным результатом (задержки в этом случае не превышали 65-70 наносекунд). Тем не менее, Ryzen 3000 всё еще чувствителен к таймингам памяти, и дорогостоящие планки с низкими задержками могут принести владельцам новых камней прибавку в производительности до 30% и выше – особенно в определенных сценариях и играх.

Теплопакет процессоров остался прежним, а вот частоты ожидаемо выросли – от 4,2 в бусте на 3600 до 4,7 у 3950Х. После выхода на рынок многие пользователи столкнулись с проблемой «недомогания», когда процессор не показывал заявленные производителем частоты даже в идеальных условиях – «красным» пришлось реализовать специальную ревизию BIOS (1.0.0.3ABBA), в которой проблема была успешно исправлена, а месяц назад был выпущен глобальный 1.0.0.4, содержащий более полутора сотен исправлений и оптимизаций, — для некоторых пользователей после обновления частота процессоров выросла вплоть до 75 МГц, а стандартные напряжения значительно снизились. Впрочем, на разгонный потенциал это никак не повлияло – Ryzen 3000, как и его предшественники, прекрасно работает «из коробки», и не способен предложить разгонный потенциал за рамками символических прибавок – это делает его скучным для энтузиастов, но немало радует тех, кто ни за какие коврижки не желает притрагиваться к настройкам в BIOS.

Zen 2 получил значительную прибавку в производительности на ядро (до 15% в различных приложениях), позволил AMD серьезно нарастить мощности во всех сегментах рынка, и впервые за десятилетия переломить исход событий в свою пользу. Благодаря чему это стало возможным? Разберем подробнее.

Ryzen 3 – Технологическое фэнтези

Многие, кто следил за утечками касательно поколения Zen 2 был особенно заинтересован в новых Ryzen 3. Доступным процессорам обещали 6 ядер, мощную встроенную графику и смешную цену. К сожалению, ожидаемые наследники Ryzen 3, которыми AMD в 2017 году комплектовала нижний сегмент своей платформы, так и не увидели свет. Вместо этого «красные» продолжили использовать бренд Ryzen 3 в качестве бренда low-end сегмента, включающего два экономичных и простых решения в формате APU – немного более разогнанный (в сравнении с предшественником) 3200G со встроенной графикой Vega 8, способной справиться с базовыми нагрузками системы и играми с разрешением 720p, а также его старший брат 3400G, получивший более шустрое видеоядро с графикой Vega 11, а также активный SMT + рост частот по всем фронтам. Такого решения могло хватить уже для простых игр в 1080p, но упомянуты эти entry-level решения здесь не поэтому, а по причине расхождения с утечками, которые пророчили Ryzen 3 не только 6 ядер, но и сохранение смешной цены (в районе 120-150 долларов). Тем не менее, не стоит забывать и о настоящем статусе APU – они всё еще используют ядра Zen+, и по сути являются представителями 3000 серии лишь формально.
Однако, если говорить о ценности нового поколения в целом, здесь AMD позаботилась о том, чтобы закрепить за собой безоговорочный статус лидера во многих сегментах – особых успехов удалось достичь в категории процессоров среднего класса.

Ryzen 5 3600 – Народный герой без оговорок

Одной из ключевых особенностей процессорной архитектуры Zen 2 стал переход от однокристальной классической компоновки к созданию «модульной» конструкции – AMD реализовала собственный патент на «чиплеты», небольшие кристаллы с процессорными ядрами, соединенными между собой шиной Infinity Fabric. Таким образом «красные» не только вышли на рынок с новой порцией инноваций, но и провели серьезную работу над одной из самых острых проблем предыдущих поколений – высокими задержками как при работе с памятью, так и при обмене данными между ядрами из разных CCX-блоков.
И это вступление было здесь отнюдь не просто так – Ryzen 3600, бесспорный король среднего сегмента, добился безоговорочной победы именно благодаря новшествам, реализованным AMD в новом поколении. Значительный рост производительности на ядро и возможность работать с памятью быстрее 3200 МГц (которые по большей части были эффективным потолком предыдущего поколения) позволили без особого труда взять, и задрать планку до невиданных прежде высот, нацелившись не только на самый резвый i5-9600K, но и на флагманский i7-9700.

На фоне предшественника в лице Ryzen 2600 новичок приобрел не только массу улучшений в области архитектуры, но и менее пылкий нрав (нагревается 3600 объективно меньше, из-за чего AMD даже смогли сэкономить на кулере, убрав медный сердечник), холодную голову и возможность не стесняться недостатков. Почему? Всё просто – 3600 ими не обладает, хотя это и кажется абсурдным. Посудите сами – пиковая частота возросла на 200 МГц, паспортные 65 Вт перестали быть условными, а 6 ядер сравнялись (а то и превзошли!) текущие ядра Intel в Coffee Lake. И всё это подали поклонникам за классические $199, сдобрив соусом из обратной совместимости с большинством материнских плат для AM4. Ryzen 3600 был обречен на успех – и продажи по всему миру показывают это наглядно уже третий месяц подряд. В некоторых регионах, издревле лояльных Intel, ситуация на рынке переломилась в одночасье, а европейские страны (и даже Россия!) вывели нового народного героя продаж на вершину успеха. На просторах нашей родины процессор занял 10% рынка всех продаж CPU в стране, опередив i7-9700K и i9-9900K вместе взятых. И если кому-то покажется, что всё дело во вкусной цене, то всё не так просто: Ryzen 2600, для сравнения, в аналогичный период после выхода на рынок занимал не более 3%. Секрет успеха заключался в другом – AMD переиграла Intel в самом людном сегменте рынка процессоров, и заявляла об этом открыто еще на презентации во время дебюта процессоров в рамках CES2019. А вкусная цена, широкая совместимость и кулер в комплекте лишь закрепили и без того бесспорное лидерство.

Так зачем же нужен был старший брат, 3600Х? Аналогичный по всем характеристикам, этот процессор был быстрее еще на 200 МГц (и имел буст-частоту 4.4 ГГц), и позволял получить поистине символическое преимущество над младшим процессором, что выглядело не совсем убедительно на фоне значительно возросшей цены (229 долларов). Тем не менее, некоторые плюсы у старшей модели всё-таки были – это и отсутствие необходимости крутить ползунки в BIOS в погоне за частотами выше базовых, и Precision Boost 2.0, умеющий динамически разгонять процессор в стрессовых ситуациях, и более увесистый кулер (Wraith Spire вместо Wraith Stealth). Если всё это кажется вам соблазнительным предложением, 3600Х – прекрасный камень из новой линейки AMD. Если же переплачивать – не ваш вариант, а разница в производительности в 2-3% не выглядит значительной, смело выбирайте 3600 – не пожалеете.

Ryzen 7 3700X – Старый новый флагман

Замену прежнему лидеру AMD готовила без особого пафоса – все понимали, что на фоне текущих конкурентов 2700Х смотрелся достаточно скудно, и большой шаг вперед (как и в случае с 3600) был очевидным и ожидаемым. Не изменяя расстановку сил в плане ядер и потоков, «красные» представили на рынок пару процессоров, лишенных особых различий, но значительно отличающихся по цене.

3700Х был представлен в качестве прямой замены прежнему флагману – за рекомендованную цену в 329 долларов AMD представила полновесного конкурента для i7-9700K, подчеркнув каждое из своих преимуществ, таких как более продвинутые технологические решения и наличие многопоточности, которую Intel решила оставить лишь своим «королевским» процессорам высшей категории. При этом в AMD представили и 3800Х, который, по сути, являлся лишь чуть более быстрой (на 300 МГц в базе и на 100 – в бусте) версией, и был неспособен сколько-нибудь отличиться от младшего родственника. Впрочем, для людей, которые всё еще чувствуют ужас про слове «разгон вручную» этот вариант выглядит довольно неплохо, но за подобные мелочи приходится немало доплатить – целых 70 долларов сверху.

Ryzen 9 3900X и 3950X – Демонстрация силы

Однако самым важным (и прямо скажем – нужным!) показателем успеха Zen 2 стали старшие решения из семейства Ryzen 9 – 12-ядерный 3900Х и 16-ядерный чемпион в лице 3950X. Эти процессоры, одной ногой ступая на территорию HEDT-решений, остаются верны логике платформы AM4, располагая огромным резервом ресурсов, способным удивить даже поклонников прошлогодних Threadripper.

3900Х, конечно же, был предназначен в первую очередь для дополнения линейки Ryzen 3000 против легенды текущего гейминга – 9900K, и в этом плане процессор оказался невероятно хорош. При бусте в 4.5 ГГц на одно ядро и 4.3 по всем доступным, 3900Х сделал значительный шаг навстречу долгожданному паритету с Intel в игровой производительности, и при этом ужасающую мощь в любых иных задачах – рендере, вычислениях, работе с архивами, и т.п. 24 потока позволили 3900Х догонять младших Threadripper в чистой производительности, и при этом не страдать от острой нехватки мощности на ядро (как это было с 2700Х) или изъяна нескольких режимов работы ядер (и пресловутого Game Mode, который отключал половину ядер в HEDT-процессорах AMD). AMD играла без компромиссов, и пусть корона самого быстрого игрового процессора всё еще остается в руках Intel (представившей недавно 9900KS, вышедший неоднозначным лимитированным процессором для коллекционеров), «красные» смогли представить самый универсальный камень верхнего сегмента, что есть сейчас на рынке. Но не самый мощный – а всё благодаря 3950Х.

3950Х стал для AMD полем для экспериментов – совместить ресурсные мощности HEDT и звание «первого в мире игрового 16-ядерного процессора» можно назвать чистой авантюрой, но на самом деле «красные» почти не лукавили. Самая высокая буст-частота в виде 4.7 ГГц (при нагрузке на 1 ядро), возможность работы всех 16 ядер на частоте 4.4 ГГц без экзотического охлаждения, а также отборные чиплеты более высокого класса, позволяющие сделать нового монстра даже экономичнее 12-ядерного собрата из-за понижения рабочих напряжений. Правда, выбор охлаждения на этот раз остается на совести покупателя – AMD не стала продавать процессор с кулером, ограничившись лишь рекомендацией о покупке СВО на 240 или 360 мм.
Во многих случаях 3950Х показывает игровую производительность на уровне 12-ядерного решения, что достаточно здорово, вспоминая грустную историю с тем, как вел себя Threadripper. Тем не менее, в играх, где использование потоков значительно сокращено (например, в GTA V), флагман не радует глаз – но это скорее исключение из правил.

Совсем иным новый 16-ядерный процессор показывает себя в профессиональных задачах – недаром многие утечки говорили о том, что AMD сместила акценты в потребительском сегменте настолько, что новый 3950Х уверенно чувствует себя даже на дорогостоящих аналогов типа i9-9960X, показывая колоссальный рост производительности в Blender, POV Mark, Premiere и других ресурсоемких приложениях. Накануне Threadripper уже обещал грандиозное шоу вычислительных мощностей, но даже 3950Х показал, что потребительский сегмент может быть совершенно разным – и даже полупрофессиональным. Вспоминая о достижениях 16-ядерного флагмана платформы AM4, нельзя не вспомнить о том, как на выпады в сторону HEDT ответила Intel.

Intel 10xxxX – Компромисс на компромиссе

Еще в преддверии выхода нового поколения Threadripper там и тут появлялись противоречивые данные о грядущей HEDT-линейке от Intel. Во многом путаница была связана с наименованием новинок – после выхода довольно неоднозначных, но всё же свежих мобильных процессоров линейки Ice Lake на 10 нм техпроцессе, многие энтузиасты посчитали, что Intel решила продвигать продукты на заветных 10 нм небольшими шагами, занимая не самые многочисленные ниши. С точки зрения рынка ноутбуков особенных потрясений выход Ice Lake не вызывал – синий гигант давно контролирует рынок мобильных устройств, и у AMD еще не слишком получилось составить конкуренцию гигантской OEM-машине и жирным контрактам компаний, плотно сотрудничавших с Intel еще с начала нулевых. Однако в случае с сегментом высокопроизводительных систем всё вышло совсем иначе.

Мы всё знаем о линейке i9-99xxХ – после двух поколений Threadripper AMD уже достаточно смело заявила о себе в качестве соперника на рынке HEDT-систем, но рыночное превосходство синих оставалось незыблемым. К сожалению для Intel, на своих прошлых достижениях красные не остановились – и уже после дебюта Zen 2 стало ясно, что вскоре высокопроизводительные системы от AMD сильно поднимут планку производительности, на что Intel оказалась бессильна чем-либо ответить, ведь принципиально новых решений у синего гиганта банально не было.
В первую очередь Intel пришлось пойти на беспрецедентный шаг – снизить цены в 2 раза, чего за долгие годы соперничества с AMD не случалось никогда прежде. Теперь флагманский i9-10980XE с 18 ядрами на борту стоил всего $979 вместо $1999 у своего предшественника, да и остальные решения сопоставимо потеряли в цене. Однако многие уже понимали, чего ожидать от двух релизов, и кто выйдет победителем, поэтому Intel пошла на крайние меры, сняв эмбарго на публикацию обзоров новинок за 6 часов до назначенной даты.

И обзоры стали появляться. Даже крупнейшие каналы и ресурсы остались глубоко разочарованными новой линейкой – несмотря на радикальную смену ценовой политики, новая линейка 109хх оказалась простой «работой над ошибками» над предыдущим поколением – частоты изменились незначительно, появились дополнительные линии PCI-E, а теплопакет при наличии прекрасного разгонного потенциала не оставил шансов даже хардкорным фанатам с большими СВО – в пике 10980Х мог потреблять свыше 500 Вт, хвастаясь не только отличными показателями в бенчмарках, но и наглядно демонстрируя, что выжимать больше из прадедушкиных 14 нм уже просто нечего.

Не спасло Intel и то, что процессоры были совместимы с действующей HEDT-платформой предыдущего поколения – младшие модели новой линейки с разгромным счетом проигрывали 3950Х, оставив многих поклонников Intel в недоумении. Но самое страшное было еще впереди.

Threadripper 3000 – 3960X, 3970X. Чудовища мира вычислений.

Несмотря на первоначальный скепсис по поводу относительно небольшого числа ядер (24 и 32 ядра не произвели такого фурора, как некогда сделало удвоение ядер в предыдущих Threadripper), было ясно, что AMD не собирается выводить на рынок решения «для галочки» — огромный рост производительности за счет многочисленных оптимизаций Zen 2 и радикального улучшения Infinity Fabric обещал производительность, прежде невиданную на полупрофессиональной платформе – и речь шла не о 10-20%, а о чем-то поистине монструозном. И когда эмбарго было снято, все увидели, что огромные цены на новые Threadripper были взяты не с потолка, и не от желания AMD обобрать фанатов.

С точки зрения экономии Threadripper 3000 – это апокалипсис для кошелька. Дорогостоящие процессоры перекочевали на совершенно новую, более технологичную и сложную платформу TRx40, обеспечивающую до 88 линий PCI-e 4.0, и тем самым обеспечивающую поддержку сложных RAID-массивов из новейших SSD или связки из профессиональных видеокарт. Четырехканальный контроллер памяти и невероятно мощная подсистема питания рассчитаны не только на текущие модели, но и под будущего флагмана линейки – 64-ядерный 3990Х, который обещает выйти уже после Нового Года.
Но если стоимость и может показаться большой проблемой, но с точки зрения производительности AMD не оставили камня на камне от новинок Intel – в ряде приложений представленные Threadripper были вдвое быстрее флагманского 10980XE, а средний прирост производительности составлял порядка 70%. И это при том, что аппетиты у 3960Х и 3970Х куда более умеренные – оба процессора потребляют не больше паспортных 280 Вт, а при максимальном разгоне в 4.3 ГГц по всем ядрам остаются экономичнее раскаленного кошмара от Intel на 20%.

Таким образом, AMD удалось впервые в истории предложить на рынок бескомпромиссный продукт премиум-класса, обеспечивающий не только огромный прирост производительности, но и не обладающий никакими существенными недостатками – разве что ценой, но, как говорится, за лучшее приходится доплачивать сверху. А Intel, как это ни абсурдно, превратилась в экономичную альтернативу, которая, тем не менее, смотрится не так уж уверенно на фоне 3950Х за $750 на куда более доступной платформе.

Athlon 3000G – Спасение за копеечку

Не забыли в AMD и о самом бюджетном сегменте маломощных процессоров с формальной графикой на борту – здесь на выручку тем, кто с большим презрением смотрит на Pentium G5400 спешит новый (но и старый) Athlon 3000G. 2 ядра и 4 потока, 3.5 ГГц базовой частоты и знакомое видеоядро Vega 3 (подкрученное на 100 МГц) при теплопакете в 35 Вт – и всё это за смешные 49 долларов. Особое внимание «Красные» уделили и возможности разгона процессора, обеспечивающие еще минимум 30% производительности на частоте 3.9 Ггц. При этом тратиться на дорогой кулер в бюджетной сборке не придется – в комплекте с 3000G идет отличное охлаждение, рассчитанное на 65 Вт тепла – этого хватит даже для предельного разгона.
На презентациях AMD сравнила Athlon 3000G с текущим конкурентом от Intel – Pentium G5400, который оказался значительно дороже (рекомендованная цена – 73 доллара), продается без кулера, и серьезно уступает в производительности новинке. Забавно и то, что 3000G не построен на архитектуре Zen 2 – в его основе лежит старый добрый Zen+ на 12 нм, что позволяет назвать новинку легким рефрешем прошлогодних Athlon 2хх GE.

Итоги «красной» революции

Выход Zen 2 оказал колоссальное влияние на рынок процессоров – пожалуй, таких радикальных перемен не было в современной истории CPU никогда. Мы можем вспомнить победоносную поступь AMD 64 FX, можем упомянуть про триумф Athlon в середине прошлого десятилетия, но не способны привести аналогию из прошлого «красного» гиганта, где всё менялось настолько стремительно, а успехи просто поражали воображение. Всего за 2 года AMD успела представить невероятно мощные серверные решения EPYC, получив множество выгодных контрактов от мировых IT-компаний, вернуться в игру в потребительском сегменте игровых процессоров с Ryzen, и даже вытеснила Intel с HEDT-рынка с помощью несравненных Threadripper. И если раньше казалось, что за всем успехом стоил лишь гениальный замысел Джима Келлера, то с выходом на рынок архитектуры Zen 2 стало ясно, что развитие концепта ушло далеко вперед от изначальной схемы – мы получили прекрасные бюджетные решения (Ryzen 3600 стал самым популярным процессором в мире – и всё еще остается таковым), мощные универсальные решения (3900Х может соперничать с 9900K, и поражать своими успехами в профессиональных задачах), дерзкие эксперименты (3950Х!), и даже сверхэкономичные решения для самых простых повседневных задач (Athlon 3000G). И AMD продолжает двигаться вперед — уже в будущем году нас ждет новое поколение, новые успехи и новые рубежи, которые обязательно будут покорены!

Рубрика House of NHTi «Процессорные войны» в 7 сериях на YouTube — тык

Автор статьи Александр Лис.