14 нанометров для настольных ПК: обзор процессора Intel Core i7-5775C

Компания Intel представила очередное обновление чипов с архитектурой Intel Core 5-го поколения. Среди вороха новинок, наконец, появились и долгожданные десктопные версии процессоров семейства Broadwell, которые изготовлены по нормам 14-нанометрового техпроцесса. Чипы предназначены для работы в составе платформы LGA1150 и, помимо более прогрессивного технологии изготовления, предлагают целый ряд интересных возможностей. Давайте посмотрим, на что способна старшая модель новой линейки – Intel Core i7-5775C.

Линейка Intel Broadwell

Линейка десктопных чипов Broadwell для платформы LGA1150 немногочисленна. Она включает всего две четырехъядерные модели – Intel Core i5-5675C и Intel Core i7-5775C. Как видим, представленные чипы Broadwell для настольных систем имеют индекс «C» в названии модели, вместо привычного символа «K», характерного для старших моделей предыдущих линеек с разблокированным множителем. Такой прием – косвенный признак того, что новые процессоры не пришли на смену топовым энтузиастским моделям серии Haswell. Несмотря на то, что они также имеют разблокированный множитель, упрощающий разгон, 14-нанометровые CPU являются дополнением линейки чипов для LGA1150.

Сразу стоит отметить сравнительно невысокие тактовые частоты новых CPU. Модель семейства Core i5 имеет базовые 3,1 ГГц с возможностью ускорения до 3,4 ГГц. Core 7-5775C получила стартовые 3,3 ГГц, тогда как механизм Turbo Boost 2.0, в зависимости от степени и характера нагрузки, динамически может увеличивать частоту вычислительных ядер до 3,7 ГГц. Это сравнительно не много. Например, модель Core i7-4790K имеет формулу 4,0/4,4 ГГц. Также отметим, что объем кеш-памяти L3 у чипов Broadwell составляет 4 МБ для Core i5 и 6 МБ для Core i7, то есть на 2 МБ меньше, чем у Haswell. Как и полагается для представителей старшего семейства, Core i7-5775C имеет поддержку технологии Hyper-Threading, позволяющей четырехъядерному процессору обрабатывать одновременно до восьми потоков данных. Тепловой пакет обоих чипов составляет 65 Вт и это приятная неожиданность. TDP стандартных модификаций Core i5/i7 c архитектурой Haswell составляет 84–88 Вт. Хотя, конечно, стоит напомнить, что в ассортименте Intel также есть экономичные версии Haswell с индексом «S», также обладающие TDP 65 Вт и даже модели с 45-ваттным термопакетом, в который удается уложиться благодаря заметному снижению тактовой частоты CPU.

Core i7-5775C производитель оценил в $366, тогда как рекомендованная стоимость Core i5-5675C составляет $276.

Одновременно с классическими десктопными версиями Broadwell для LGA1150 также были представлены три модели с индексом «R». Технические характеристики этих чипов во многом схожи, но они выполнены в корпусе BGA1364 предполагающем пайку процессоров непосредственно на печатную плату, а потому будут использоваться для моноблоков и различных систем компактных форм-факторов.

Особенности архитектуры

В соответствии с принятым  «маятниковым» принципом улучшения процессоров Intel, фаза перехода с Haswell на Broadwell предполагает совершенствование технологического процесса производства без глубинных преобразований на уровне микроархитектуры. Однако, кроме кристалла, выполненного по наиболее прогрессивной 14-нанометровой технологии, новые чипы предлагают набор интересных опций. Прежде всего, это радикально улучшенная интегрированная графика 8-го поколения (Gen 8) с поддержкой DirectX 11.2, OpenGL 4.3 и OpenCL 2.0. Чипы для настольных систем впервые получили видеоядро GT3e, причем самую скоростную версию – Intel Iris Pro 6200, включающую 48 исполнительных блоков. Ранее топовые процессоры для десктопов  оснащались лишь Intel HD 4600 с 20 вычислителями.

Рассматривая топологию чипа, несложно заметить, что графическая часть занимает примерно половину площади кристалла.  Очевидно, что для Broadwell производитель сделал большой акцент именно на возможностях встроенной графики. 14-нанометровый техпроцесс позволил повысить плотность элементов, тем самым дав возможность нарастить количество вычислительных модулей GPU не увеличивая площадь кристалла. Используемая архитектура GPU предполагает возможность масштабирования. Что же касается качественных, а не количественных показателей, то изменений для GPU не так много, но они тоже есть. В частности, производитель заявляет об ускорении работы блока QuickSync и расширении поддержки кодирования/декодирования форматов видео высокой четкости (4К). Некоторые внутренние оптимизации также должны улучшить производительность и экономичность встроенной графики.

Процессоры Broadwell имеют двухканальный контроллер памяти DDR3L. Рабочее напряжение питания для модулей данного стандарта составляет 1,35 В. Однако, процессоры также могут работать с планками стандарта DDR3, хотя в этом случае имеются определенные ограничения. Предполагается, что напряжение на модулях ОЗУ будет составлять 1,5 В, а максимальное увеличение не превысит 5%. То есть речь примерно о 1,575 В. В этой ситуации могут не пригодиться скоростные комплекты памяти, которым для работы на заявленных частотах нужно 1,6–1,65В и больше. В таких режимах они не будут работать с Broadwell. Впрочем, любой оверклокерский набор памяти способен функционировать в режимах DDR3-1333/1600/1866 при 1,5 В.

eDRAM

Количественное увеличение исполнительных блоков – не единственное отличие новой интегрированной графики. Для ускорения «встройки» используется дополнительный буфер eDRAM объемом 128 МБ, получивший кодовое название Crystal Well. Данный массив не интегрирован непосредственно на кристалл процессора, а выполнен в виде отдельного чипа, расположенного на одной процессорной подложке. Ранее Intel неоднократно использовала подобную топологию с парой кремниевых кристаллов на одной PCB. Например, двухчиповая компоновка использовалась для процессоров семейства Clarkdale еще в далеком 2010-ом году. Позже подобный принцип активно применялся для мобильных чипов и всевозможных SoC от Intel. Собственно компоновка с eDRAM уже использовалась для некоторых «ноутбучных» процессоров семейства Haswell, а также топовых моделей для моноблоков в BGA-корпусировке. А вот для десктопных версий CPU, которые устанавливаются в процессорный разъем,  дополнительная скоростная память задействована впервые. Вполне допускаем, что именно наличие чипа Сrystal Well, стало аргументом для использования индекса «C» в названии моделей новых процессоров.

Возможно, с переходом на 14-нанометровый техпроцесс производитель технически мог бы перенести eDRAM на один кремниевый кристалл, но не сделал это по нескольким причинам. Прежде всего, это заметно увеличило бы площадь чипа, а соответственно и себестоимость его изготовления. Ранее кремниевые пластинки eDRAМ производились по 22-нанометровому техпроцессу. В случае с Broadwell производитель не уточняет подробности о технологии изготовления данного блока. Вполне вероятно, что данные кристаллы по-прежнему изготавливаются по этим нормам, позволяя Intel эффективнее использовать свои мощности. Все же к изготовлению 14-нанометровых изделий готовы не все производственные линии. Еще одна причина, по которой двухчиповая компоновка оправдана – возможность изменять ассортимент, ориентируясь на фактический спрос на те или иные модели процессоров. Интегрировать eDRAM на один кристалл, а затем, при необходимости деактивировать этот блок, было бы очень накладно.

Зачем вообще нужна eDRAM? Возможности интегрированной графики во многом зависят от пропускной способности подсистемы памяти. Встроенные GPU в качестве кадрого буфера и места для хранения текстур и обрабатываемых данных используют общую системную память. Пропускной способности DDR3-1600 в двухканальном режиме (~25,6 ГБ/c) зачастую достаточно для эффективной работы вычислительных блоков CPU, но вот возможности встроенной графики всегда ограничиваются пропускной способностью (ПСП) магистрали передачи данных. Любое увеличение ПСП или уменьшение задержек в этом случае позволяет улучшить производительность интегрированной видеоподсистемы. eDRAM в данном случае выступает в роли дополнительного буфера объемом 128 МБ, который позволяет GPU реже обращаться к более медленной оперативной памяти, находя часть необходимых данных в достаточно емком кеше. Интересная архитектурная особенность eDRAM – этот массив может использоваться не только графическим блоком, но и вычислительными ядрами x86. По сути, eDRAM в данном случае выступает в роли кеш-памяти 4-го уровня (L4), динамически обрабатывающего запросы CPU и GPU. Примечательно, что eDRAM используется даже в том случае, когда в системе установлена дискретная видеокарта, а интегрированная графика не задействована. Здесь уже ядра x86 получают эксклюзивное право на все 128 МБ кеша L4, что в свою очередь отчасти увеличивает удельную производительность процессора в пересчете на мегагерц.

Платформа

Поддержка процессоров Broadwell изначально была заявлена для материнских плат на базе чипсетов Intel 9-ой серии – Intel Z97 и Intel H97. На момент анонса обновленной платформы LGA1150, возможность работы с будущими 14-нанометровыми чипами была одним из важных аргументов и заявляемых отличий от предшествующих решений.

По заявлению Intel, к моменту старта десктопных чипов Broadwell предлагается более сотни материнских плат на чипсетах Intel 9-ой серии от первой четверки и других производителей второго эшелона.

Производители плат заблаговременно позаботились о  необходимой поддержке CPU Broadwell на уровне BIOS. Перед использованием новых процессоров понадобится обновить прошивку. Очевидно, что в каждом отдельном случае необходимо обращать внимание на наиболее свежую версию BIOS. Как правило, в описании изменений, в явном виде указана поддержка процессоров с архитектурой Intel Core 5-го поколения. Для некоторых моделей плат уже даже вышло по несколько версий прошивок в которых производитель старается улучшить стабильность работы платформы.

Оставаясь реалистами, можно не сомневаться в том, что на начальном этапе некоторых шероховатостей вряд ли удастся избежать. Все же в данном случае речь идет не о выпуске процессоров с измененными частотами. На уровне аппаратной компоновки Broadwell серьезно отличаются от чипов Haswell и эти нюансы необходимо учитывать.

Появится ли возможность использовать Broadwell на платах с чипсетами Intel 8-ой серии? Это маловероятно. Подобная поддержка не была заявлена изначально. 14-нанометровые чипы имеют определенные изменения в электрической части, которые были учтены именно на этапе перехода на платы  с Intel  Z97/H97. Даже если предположить, что возможности VRM конкретной модели на более ранних чипсетах позволяют использовать Broadwell, вряд ли разработчик будет утруждаться подготовкой необходимой прошивки. Производители сейчас заняты допиливанием и шлифовкой своих устройств для будущих чипов с архитектурой Intel Core 6-го поколения, до анонса которых осталось совсем немного времени. Многие компании уже показали свои «предварительные эскизы» на тайваньской Computex 2015.

Intel Core i7-5775C

К нам на обзор попал инженерный образец старшей модели новой линейки – Core i7-5775C. Четырехъядерный чип с поддержкой HT имеет частотную формулу 3,3/3,7 ГГц, 6 МБ L3 и TDP в 65 Вт.

Внешне процессор мало в чем отличается от предшественника семейства Haswell, что собственно и не удивительно. Однако по составу и компоновке элементов поверхностного монтажа на обратной стороне процессора и просматривающихся хитросплетениях проводников, видно, что чипы принципиально отличаются, хотя и предназначены для установки в один процессорный разъем.

Утилита CPU-Z регистрирует наличие 128 МБ кеш-памяти четвертого уровня. Вне зависимости от того, используется интегрированная графика или нет.

С помощью AIDA64 мы провели эскпресс-тест пропускной способности eDRAM. Как показали замеры, скорость чтения L4 приближается к 50 ГБ/c. Это почти вдвое больше, чем в случае с оперативной памятью DDR3-1600 в двухканальном режиме. Время доступа к L4 примерно на 20 нс меньше, чем к  оперативной памяти.

Очевидно, что суммарный эффект от подобного дополнительного кеша будет ощущаться на задачах, критичных к производительности подсистемы памяти. Например, архиваторы и обработка видео. Конечно, максимальный эффект от наличие eDRAM будет ощущаться при использовании интегрированной графики, но к этому моменту мы еще вернемся.

Напомним, что Core i7-5775C получил в свое распоряжение интегрированную графику Intel Iris Pro 6200. Базовая частота графического ядра составляет 300 МГц, при этом GPU ускоряется под нагрузкой до 1150 МГц. В распоряжении видеоядра целых 48 исполнительных блока, а также возможность при необходимости обращаться к кешам L3 и L4. То есть, созданы все условия для демонстрации хороших результатов.

Производительность

Для оценки производительности Core i7-5775C (3,3/3,7 ГГц, 65 Вт TDP) мы сравнили его результаты с таковыми для Core i7-4790K (4/4,4 ГГц, 88 Вт TDP). Идеологически подход не совсем корректный, так как новичек не является заменой данному чипу. Однако, топовая модель Devil’s Canyon – эталонный образец в рамках платформы LGA1150, опираясь на показатели которого проще оценить возможности других CPU. Обратим внимание на то, что тактовые частоты процессоров отличаются на 700 МГц. В относительном выражении это порядка 20%. Посмотрим, удастся ли Broadwell компенсировать такую пропасть.

Процессорные подтесты в синтетике от Futuremark отдают минимальное предпочтение предпочтение Core i7-4790K, но результаты обоих чипов достаточно близки.

В тесте Cinebench R15, предполагающем многопоточный рендеринг сцены, преимущество старшей модели Devil’s Canyon составляет порядка 11%. На задачах данного типа пропускная способность памяти, как правило, имеет довольно слабое влияние, потому наличие кеш-памяти L4 не дает большого преимущества Core i7-5775C. Тем не менее, учитывая фактическую разницу частот, его результаты вполне на уровне.

С вычислительной солянкой из разноплановых задач в Passmark 8.0 быстрее также справляется Core i7-4790K. Зазор в 5,7% вполне приемлем на фоне заявленных характеристик обоих процессоров.

Архиватор 7-Zip 9.38 Beta демонстрирует, что тактовая частота – это важный аргумент, который нельзя не учитывать, особенно когда речь идет и процессорах, имеющих фактически одинаковое вычислительное ядро.

А вот в WinRAR 5.21 имеем очень убедительную победу  Core i7-5775C. Данный архиватор всегда очень чутко реагирует на любое изменение возможностей подсистемы памяти. Очевидно, целиком разместив словарь в емком L4, обращения к ОЗУ в этом случае удалось свести к минимуму.

В тестовом пакете GeekBench 3.3.2 преимущество также имеет Core i7-4790K.

С кодированием видео в тестовом пакете X264 HD Benchmark 5.0.1 также быстрее справился высокочастотный Haswell. Однако, разница на первом и втором проходе составляет порядка 8–11% при 20% отличии в тактовой частоте процессоров. Конечно, производительность  CPU не увеличивается линейно с приростом частоты, но даже на этих задачах очевидно, что Broadwell имеют большую отдачу на 1 МГц.

При перекодировании фрагмента видео с разрешением 4К формата HEVC в H264 Full HD топовый Haswell потратил на 5% меньше времени.

А вот при выполнении той же операции, но с QuickSync процессор Core i7-5775C управился куда быстрее вынужденного оппонента.

Чтобы убедиться в том, что предыдущие результаты не частный случай, мы также попробовали перекодировать фрагмент DVD-видео в H.264, используя QuickSynk. С этой задачай Broadwell также справился примерно на 20% быстрее. Как и было обещано, новые чипы получили ускоренный блок транскодирования видео. Это хорошая новость для тех, кто занимается монтажом – 20%-ное преимущество может сэкономить довольно много рабочего времени.

В целом, оценивая результаты в счетных задачах, общее преимущество топовой версии Haswell не вызывает удивлений. Все же очень велико отличие рабочих частот. Вместе с тем, Broadwell во многих ситуациях совсем немного уступает Core i7-4790K, демонстрируя более высокую производительность на мегагерц, которую в большей мере обеспечивает eDRAM  объемом 128 МБ, используемая в качестве кеша 4-го уровня. Более того, в некоторых задачах, особенно критичных к общей скорости подсистемы памяти, Broadwell может приятно удивлять. А если еще вспомнить о том, что Core i7-5775C имеет разблокированный множитель и позволяет на свое усмотрение компенсировать недостаток частоты, то более высокое значение IPC открывает довольно интересные перспективы.

Для сравнения возможностей процессоров в игровых приложениях с дискретной видеокартой мы использовали разрешение 1920×1080 при средних настройках качества графики. В таких условиях можно попытаться уловить отличие, даже когда речь идет о процессорах с одной вычислительной архитектурой.

Во всех случаях разница оказалась очень несущественной. Отличие минимально, да и оно нивелируется при повышении качества картинки. Потому Core i7-5775C даже на штатных частотах вполне комфортно будет себя чувствовать в составе игровой платформы. В целом, это закономерный результат.

Куда больший интерес представляет ситуация с  интегрированной графикой. Заметные улучшения Intel Iris Pro 6200, которой оснащен Core i7-5775C, должны принести хорошие результаты. Чтобы добавить интриги, для некоторых этапов мы приобщили результаты AMD A10-7850K, полученные во время первого знакомства с данным APU.

Первые результаты в 3DMark 11 вынуждают обронить невольное «вау!». Core i7-5775C на встройке оказывается почти вдвое быстрее топового Haswell с Intel HD 4600. При этом подобный спурт позволил обойти APU от AMD, результаты которого ранее казались вне зоны досягаемости.

Подтест Fire Strike из пакета 3DMark опять показывает почти двукратное преимущество Intel Iris Pro 6200 над Intel HD 4600 и +15% к результатам интегрированной графики Radeon R7 от AMD.

«Всего» 52% преимущества в подтесте Cloud Gate и 73% в Sky Diver воспринимаются как должное или скорее даже как не самый удачный случай.

Для оценки производительности встроенного видео в реальных играх мы использовали тот же режим, что и для случая с дискретной видеокартой – 1920х1080 и средние настройки качества графики.

В игре Bioshock Infinite прирост производительности на встроенной графике Intel Iris Pro 6200 составил 240%. Невероятная ситуация. Если при 15,5 fps для комфортной игры очевидно нужно снижать разрешение или качество картинки, а скорее и то, и другое, то при 37,5 fps это уже вполне играбельный режим. Опять же обратим внимание на 20%-ное преимущество над встройкой AMD.

В Thief отрыв новой графики Intel от топового решение AMD еще более значителен. Конечно, представленных результатов недостаточно для того, чтобы определить средневзвешенныое преимущество, но очевидно, что Iris Pro 6200 позволяет Intel перехватить инициативу в деле развития интегрированной графики. Самой мощной встройкой теперь оснащен Core i7-5775C.

В оставшихся играх мы видим почти двукратный прирост производительности Iris Pro 6200 над HD 4600. Увеличение количества исполнительных блоков и наличие eDRAM сделали свое дело. Результаты хорошо видны на практике. Intel вернула то приятное и уже почти забытое чувство, когда при смене поколений процессоров производительность возрастает не на проценты, а в разы. Да, это касается интегрированного видео, а не вычислительной мощности x86, но в последнее время приоритетом для производителя были как раз возможности встроенной графики.

Iris Pro 6200 позволяет серьезно расширить перечень проектов доступных для комфортной игры даже без дискретной видеокарты. Демонстрируемая производительность  новой встройкой Intel – это фактически уровень актуальных ныне дискретных адаптеров начального уровня.

Для оптимизации настроек графики производитель предлагает использовать приложение Raptr. Кроме того, Intel запустила в июне новый сервис gameplay.intel.com, который больше подойдет тем, кто не доверяет различным автоматизаторам. На данном ресурсе можно идентифицировать свою встройку и скачать скрины с оптимальными настройками для различных игр, список которых сейчас активно пополняется.

Разгон

Вопрос частотного потенциала 14-нанометровых процессоров в данном материале мы не рассматриваем. Во время практических экспериментов выяснилось, что на текущий момент прошивки используемых для теста материнских плат не позволяют повышать процессорный множитель чипов Broadwell. По этой причине оценить технологический запас не представляется возможным. В последующем мы вернемся к этой теме, потому как новый техпроцесс  сулит хорошие перспективы для любителей разгона.

Энергопотребление

В режиме покоя фактическое энергопотребление платформ с Core i7-5775C и Core i7-4790K практически не отличается – 34–35 Вт.

Под серьезной вычислительной нагрузкой в OCCT 14-нанометровый чип потреблял на 28 Вт энергии, что примерно соответствует заявленной разнице теплопакетов обоих процессоров. Однако здесь стоит отметить, что Core i7-4790K все же имеет более высокие рабочие частоты.

Итоги

Представив 14-нанометровые процессоры для LGA1150, производитель дает возможность владельцам данной платформы оценить чипы, выполненные по наиболее прогрессивному техпроцессу. При нынешней смене поколений Intel действовала нестандартно. Десктопные Broadwell не позиционируются в качестве замены топовым версиям Haswell-K. Это возможность посмотреть на платформу под несколько иным углом. Новые процессоры имеют по-прежнему отличную производительность, однако, они стали экономичнее, получили вдвое более мощную графику, 128 МБ кеш-памяти 4-го уровня и улучшенный блок обработки медиаданных.

Что же касается непосредственно Core i7-5775C, то большая удельная производительность на мегагерц позволила ему не так много уступать в вычислительных задачах более высокочастотному Core i7-4790К. Конечно, приятно удивила мощность  интегрированной графики. Возможность получить на встройке 30–40 кадров/с при разрешении Full HD и средних настройках качества в отнюдь не самых простых проектах – огромный плюс для тех, кто ориентируется на возможности встроенного GPU.

Основным недостатком десктопных Broadwell скорее можно считать фактические сроки появления данных чипов. До анонса новой платформы и процессоров Skylake осталось всего несколько месяцев. Наверняка многие из тех, кто давно планировал обновить свою систему, предпочтут дождаться представления чипов c архитектурой Intel Core уже 6-го поколения, по факту принимая решение о покупке.

В свою очередь Broadwell интересны для тех, кто обосновался на LGA1150 и не планирует ее менять в среднесрочной перспективе. Или же наоборот, в спешном порядке выбирает платформу  с мощным процессором и встроенной графикой, позволяющей во многих случаях обходиться без дискретной видеокарты. За бортом нашего обзора остался частотный потенциал новых CPU, а 14-нанометровый техпроцесс изготовления Broadwell обещает приятные сюрпризы.

Процессор Intel Core i7-5775C предоставлен для тестирования компанией Intel, www.intel.ua

Конфигурация тестового стенда