Обзор процессора Intel Core i7-7700К: в борьбе за 5 ГГц

Компания Intel представила десктопное семейство процессоров с архитектурой Core 7-го поколения. Новые чипы также известны как Kaby Lake. Производитель предложил и новые чипсеты серии Intel 200, которые используются для уже хорошо знакомой платформы LGA1151. Возможности чипов новой волны мы рассмотрим на примере флагмана десктопной линейки – Intel Core i7-7700K.

Архитектура

Для изготовления процессоров Kaby Lake используется 14-нанометровый техпроцесс. При разработке новых решений Intel начала использовать формулу tick-tock-tock, предполагая архитектурные улучшения в рамках одного техпроцесса. Чипы Kaby Lake являются третьим поколением процессоров, для производства которых используется  14-нанометровый техпроцесс. Первичная обкатка началась с Broadwell, которые в конце 2014 года стартовали в мобильном сегменте, но в десктопном варианте были представлены на рынке всего двумя моделями. В середине 2015 уже были представлены процессоры Skylake c тем же техпроцессом, но улучшенной архитектурой.

Учитывая трудности перехода на 10 нм, время для массового производства сложных чипов по этим нормам еще не пришло. Однако у Intel появилась возможность усовершенствовать процесс производства 14-нанометровых процессоров, попутно снизив стоимость их изготовления.

Даже в презентационных материалах для Kaby Lake производитель использует определение «14 нм+», акцентируя внимание на том, что несмотря на те же нормы, технологичность изготовления была улучшена. Изменение структуры полупроводников сулит повышение частотного потенциала процессоров.

Согласно новой доктрине, Intel уже не указывает для своих чипов количество используемых транзисторов и фактическую площадь кристаллов процессоров. Первое значение так и останется неизвестным, тогда как о габаритах кремниевых пластинок можно будет судить после экспериментов отчаянных оверклокеров, решившихся на «скальпирование» процессора. Впрочем, в обоих случаях информация представляет скорее лишь академический интерес.

Что же касается архитектурных изменений, то здесь только небольшие косметические доработки. Топология кристалла осталась прежней. Как видно на снимке, порядка 40% площади кристалла занимает графическая часть. Как раз блока GPU коснулись немногочисленные улучшения Kaby Lake. Для новых десктопных чипов по-прежнему используется графика GT2 поколения Intel Gen9.5. Количество исполнительных блоков не изменилось. В то же время улучшена функциональность специализированного медиаблока, который получил возможность аппаратного транскодирования 4К-видео в формате HAVC Main10. Ранее для этого использовался более энергозатратный гибридный способ, который задействовал вычислительные ресурсы CPU/GPU. Кроме того добавлена поддержка кодирования/декодирования видео формата VP9 (8/10 бит).

Несмотря на то, что улучшения графики по большей части коснулись только блока работы с медиаданными, названия интегрированных видеоядер изменены. Теперь это Intel HD Graphics HD 630/610.

Модельный ряд Kaby Lake

Intel изначально представила широкую линейку чипов Core 7-го поколения.

Десктопных Core i7 много не бывает. На старте линейка включает всего три модели. Это топовый чип Core i7-7700К (4,2/4,5 ГГц) с разблокированным множителем – потенциальный любимчик оверклокерской публики. Модель Core i7-7700 с более скромной частотной формулой (3,6/4,2 ГГц), а также экономичная версия Core i7-7700T (2,9/3,8 ГГц) c тепловым пакетов в 35 Вт. Все чипы четырехъядерные, поддерживают Hyper-Threading (HT) и оснащены 8 МБ кеш-памяти L3.

Серия Core i5-7xxx для настольных систем более многочисленна. Вместе с тем особых сюрпризов в плане технических характеристик здесь нет. По сравнению с предшественниками, модели имеют повышенную на 100–300 МГц рабочую частоту. В остальном без глобальных изменений. Все это 4-ядерные чипы без HT, c 6 МБ кеша L3 и графикой Intel HD Graphics 630. Как и в случае с Core i7, здесь используется механизм авторазгона Turbo Boost, динамически повышающий рабочую частоту процессора в зависимости от характера нагрузки.

Линейка процессоров Core i3-7xxx также получила частотное ускорение. Однако этим дело не обошлось. Впервые Intel предлагает чип Core i3 c разблокированным множителем. Модель Core i3-7350K изначально имеет высокую рабочую частоту – 4,2 ГГц, но при наличии свободного множителя это только начало. Повышенное внимание энтузиастов к данному CPU гарантировано. Хотя для экспериментов с таким чипом понадобится недешевая материнская плата с топовым чипсетом, да и сам Core i3-7350K стоит лишь немногим дешевле младших Core i5. В любом случае, очень интересно будет попробовать в деле такую новинку, а уже по итогам судить о его привлекательности. Что же касается Core i3 в общем и моделей 7-го поколения в частности, то напомним, что это двухъядерные процессоры, которые благодаря HT позволяют обрабатывать до четырех потоков данных одновременно. В зависимости от модели, чипы оснащаются кешем L3 объемом 3 МБ или 4 МБ. Механизм Turbo Boost здесь не предусмотрен, поэтому под нагрузкой CPU не изменяют частоту. Как и в случае со старшими линейками, Core i3 генерации Kaby Lake имеют более высокие частоты, чем у предшественников.

Обновленная линейка Pentium стала настоящим откровением. Все представленные чипы, кроме возросших частот, получили поддержку технологии Hyper-Threading. До официального анонса были утечки с информацией о том, что топовая модель Pentium G4620 получит HT. Но, как оказалось, логическая многоядерность теперь доступна всем чипам Pentium 7-го поколения, включая самую доступную модель с рекомендованной ценой от $64. Кстати, отличить процессоры волны Kaby Lake от моделей Skylake в данном случае сложнее. Нужно внимательнее сверять индексы CPU. С обретением HT новые Pentium не становятся Core i3, хотя и подбираются к ним очень близко. Чипы более высокого уровня отличает большая рабочая частота, наличие версий с 4 МБ L3 (у Pentium только 3 МБ) и поддержка инструкций AVX/AVX 2.0. Последние недоступны для Pentium, что может сказываться на производительности в ряде ситуаций. В любом случае, массовая поддержка HT – это очень приятный сюрприз. Нативными двухъядерниками теперь остаются только процессоры семейства Celeron, о планах модернизации которых пока ничего не известно.

Платформа

Одновременно с процессорами семейства Kaby Lake также были представлены новые чипсеты. Несмотря на то, что архитектура платформы и процессорный разъем остались прежними, Intel несколько увеличила функциональность PCH. Старший чипсет новой линейки – Intel Z270. Наиболее значимым отличием новинки от предшественника Intel Z170 стала официальная поддержка Intel Optain Memory, увеличенное с 20 до 24 количество доступных линий PCI Express 3.0, а также возросшее c 26 до 30 число портов I/O Port.

Есть и хорошая новость для тех, кому не хватало доступных USB 3.0. Из 14 поддерживаемых портов последовательной шины теперь 10 могут соответствовать стандарту USB 3.0, тогда как раньше были доступны 8 портов ускоренной шины.

Увы, нативной поддержки USB 3.1 в новых чипсетах не появилось, не говоря уже о Thunderbolt 3. Из программных нововведений можно отметить разве что поддержку Intel Rapid Storage Technology 15. В остальном функциональность Intel Z270 повторяет таковую для Intel Z170. Это способность разделять процессорные линии PCI Express 3.0 в пропорциях x8+x8 или x8+x4+x4, поддержка шести SATA 6 Гб/с, возможность использовать 4 модуля памяти DDR4/DDR3L в двухканальном режиме. Для обмена данными с процессором используется все та же шина DMI 3.0.

Как и прежде, Intel Z270 – единственный чипсет серии, позволяющий разгонять процессоры и оперативную память, потому все энтузиастские материнские платы будут основаны именно на этом PCH.

Кроме топовой логики в новой двухсотой линейке также представлены менее оснащенные варианты – Intel H270, Intel B250, а также чипсеты с дополнительной офисной функциональностью – Intel Q270 и Intel Q250. Небольшие улучшения коснулись всех моделей. Как правило, это все то же увеличение доступных линий PCI Express и I/O Port. Из приятных мелочей стоит отметить, что на платах с вышеперечисленными чипсетами память DDR4 теперь сможет работать на эффективной частоте 2400 МГц вместо прежних 2133 МГц. DDR3L также может использоваться, но граничный режим не изменился – DDR3L-1600.

Как видим, в новой линейке не предусмотрена замена для Intel H110. Самый доступный чипсет остается на своем посту. Функциональность даже наименее оснащенной версии все еще актуальна для самых разнообразных задач.

В свете скромных архитектурных модификаций неудивительно, что для Kaby Lake сохранена совместимость с материнскими платами на базе чипсетов Intel 100. Для работы новых CPU понадобится обновить прошивку. Все производители уже предложили необходимые версии BIOS.

Для тестирования Core i7-7700К мы использовали новую материнскую плату ASUS PRIME Z270-A на базе чипсета Intel Z270. Интересная модель, заслуживающая отдельного внимания. Со временем мы детальнее рассмотрим данную плату, сейчас же сконцентрируемся на возможностях старшего чипа семейства Kaby Lake.

Процессор Intel Core i7-7700K

Флагманом новой линейки является Core i7-7700К. Базовая тактовая частота процессора составляет 4,2 ГГц. Благодаря технологии Turbo Boost, в зависимости от характера нагрузки чип автоматически может разгоняться вплоть до 4,5 ГГц. Частотная формула Core i7-6700К заметно скромнее – 4,0/4,2 ГГц. В остальном, за исключением усовершенствованного медиаблока, отличий от предшественника практически нет. Процессор также поддерживает технологию Hyper-Threading, оснащен 8 МБ кеш-памяти L3 и имеет заявленный тепловой пакет TDP в 91 Вт.

Внешние отличия от чипов Skylake незначительны. На теплораспределительной крышке нового процессора появились небольшие выступы. Такая форма минимально увеличивает площадь контакта с теплосъемником системы охлаждения, однако в большей мере это сделано для удобства установки процессора в разъем. В процессе удерживать чип теперь проще.

Текстолитовая подложка CPU имеет такую же уменьшенную до 0,8 мм толщину, как и у процессоров Skylake. Расположение дополнительных элементов на «брюхе» процессоров также практически не изменилось.

Режим питания будет во многом зависеть от используемой материнской платы. В нашем случае в покое напряжение питания составляло 0,768 В.

Под нагрузкой на все 4 ядра тактовая частота повышалась до 4400 МГц, а напряжение питания колебалось в пределах 1,2–1,216 В. В целом значения аналогичны тем, что требуются для работы Skylake.

Разгон

Еще до официального анонса в сеть просачивалась информация об очень успешных экспериментах с разгоном Kaby Lake. По восторженным отзывам можно было предположить, что 5,0 ГГц – это едва ли не точка отсчета для частотных экспериментов.

В контексте разгона по-прежнему огромное значение имеет частотный потенциал конкретного экземпляра процессора. Пока рано обобщать, но судя по первым результатам, действительно, во многих случаях Kaby Lake могут работать на 5+ ГГц даже при воздушном охлаждении.

В нашем случае Core i7-7700K оказался работоспособен на 5,0 ГГц при повышении питающего напряжения до 1,33 В. Процессор брал планку и в 5,1 ГГц, но при высоких нагрузках включался механизм пропуска тактов. Тротлинг активируется из-за повышенного нагрева CPU. К сожалению в качестве термопрокладки между кристаллом и крышкой используется все та же прокладка с очень средними показателями теплопроводности. На этот счет не было никаких иллюзий, но с дальнейшим повышением частот проблема высокой тепловой плотности становится еще более актуальной. Даже несмотря на эффективный кулер, под нагрузкой чип довольно быстро прогревается до 85–90 градусов. Да, процессор успешно проходит все тестовые этапы на 5 ГГц, но для режима 24/7 к сожалению стоит откатиться на 1–2 ступени. Пайка наверняка радикально улучшила бы ситуацию, но такой способ используется только для чипов для LGA2011-v3.

В целом же, возможность работы чипа на частотах порядка 5 ГГц – заметный шаг вперед. Производителю действительно удалось улучшить кремниевые кристаллы, увеличив частотный потенциал. Для Core i7 семейства Skylake работу на частотах выше 4600 МГц можно было считать отличным результатом.

Из интересных опций, доступных Kaby Lake стоит отметить возможность использовать понижающий коэффициент при выполнении инструкции AVX/AVX2. Ресурсоемкие операции очень сильно прогревают процессор, потому теперь частоту чипа можно автоматически снижать при выполнении AVX. Такой механизм впервые появился в процессорах Broadwell-E, теперь же он доступен и новым чипам под LGA1151.

Кроме того новые чипы получили функцию BClock Aware Voltage/Frequency Curve, позволяющую оптимизировать напряжение питания при изменении базовой частоты.

Конфигурация тестового стенда

Производительность

Для оценки производительности Core i7-7700K мы сравнили его возможности с таковыми для предшественника – Core i7-6700K. Учитывая идентичность используемых архитектур, еще до начала экспериментов мы не ожидали каких-то откровений.

В целом ситуация вполне логичная. Повышенные тактовые частоты позволяют топу Kaby Lake уверенно опережать Core i7-6700К во всех без исключения случаях. Особенно если учесть, что в штатном режиме алгоритм Turbo Boost работает очень агрессивно. Даже при нагрузке на все вычислительные блоки процессор ускоряется до 4400 МГц. Тогда как Core i7-6700К в такой же ситуации работал на 4000 МГц.

На диаграммах результаты представлены в трех блоках. В первом оба процессора работают в штатных режимах. В настройках BIOS мы отключили опцию ASUS MultiCore Enhancement чтобы плата не корректировала тактовые частоты CPU. Во втором случае представлены результаты, полученные после разгона процессоров. Core i7-6700K до актуальных для нашего экземпляра 4,6 ГГц, а Core i7-7700К – до 5,0 ГГц.

В нижней части диаграмм приведены результаты обоих процессоров, работающих на одинаковой тактовой частоте – 4,2 ГГц.

Полученные данные в особых комментариях не нуждаются. Core i7-7700K имеет стабильное преимущество над Core i7-6700K, причем его величина зависит исключительно от влияния тактовой частоты на прирост производительности в каждом конкретном случае. При фактической разнице в 300–400 МГц под нагрузкой, отличие в производительности укладывается в рамки 5–10%. Мы уже даже привыкли к тому, что в течение последних нескольких лет процессоры очередного поколения примерно на такую величину опережают своих предшественников. Каждый раз такой прирост добывается различными способами. В этот раз наименее затратным – увеличением рабочей тактовой частоты.

Идентичные показатели при равной тактовой частоте говорят о том, что соотношение производительности на мегагерц у Kaby Lake никак не изменилось. Количество исполняемых инструкций за такт (IPC) идентично таковому для процессоров Skylake. Принимаем это как факт и двигаемся дальше.

Мы также провели экспресс-тест интегрированной графики Intel HD Graphics 630, сравнив ее возможности с таковыми для Intel HD Graphics 530, которой оснащен Core i7-6700K. Несмотря на одинаковое количество исполнительных блоков и идентичные тактовые частоты GPU, новая встройка минимально опережает предшественницу. Синтетика от Futuremark регистрирует прирост производительности на уровне 5–6%.

В реальных играх преимущество новой графики скромнее, чем в 3DMark – всего 2–3%. Тем не менее, любопытна причина отличия результатов, которую уже не спишешь на погрешность измерений.

Судя по данным, полученным в тесте AIDA64, для Kaby Lake имеет место некоторое улучшение работы интегрированной графики с памятью. При прочих равных условиях скорость записи/чтения у новых чипов оказывается выше. Можем предположить, что именно эти изменения минимально улучшили общую производительность встроенного GPU.

Энергопотребление

Процессоры Core i7-6700K и Core i7-7700K имеют одинаковый TDP – 91 Вт. Однако это лишь заявленный тепловой пакет, тогда как фактические значения энергопотребления обоих моделей могут отличаться. Более того, потребление даже двух экземпляров одной модели может разниться, что уж говорить о разных семействах.

В режиме покоя потребление обоих чипов почти одинаково. Минимальное преимущество у Core i7-7700К. В то же время под нагрузкой новый CPU потребляет немного больше энергии – сказываются повышенные рабочие частоты.

Процессор для тестирования предоставлен компанией «Евро Плюс», www.eplus.kiev.ua