Процессоры Intel Ivy Bridge: обзор Core i7-3770K

Последние несколько месяцев тема 22-нанометровых процессоров Intel не покидала форумы и новостные ленты профильных IT-ресурсов. Интерес к новым CPU в равной степени проявляли, как рьяные энтузиасты, требующие максимальных скоростей и предельных мегагерц, так и прагматичные пользователи, желающие обзавестись экономичной мобильной системой. Итак, что же собой представляют процессоры Intel Core третьего поколения? Технологический прорыв или очередной этап эволюционного развития? Мы протестировали топовую модель нового семейства Ivy Bridge – Intel Core i7-3770K – и готовы поделиться своими впечатлениями.

Технологические этапы развития процессоров Intel подвластны маятниковой системе «тик-так», которую компания разработала сама для себя. Следуя данному принципу совершенствования CPU, производитель с периодичностью в один год переводит производство кристаллов на более совершенные технологические нормы («тик») или же представляет принципиально новую архитектуру («так»). Такой невероятный темп позволяет Intel оставаться на гребне it-волны или даже ее создавать.

Инновации не терпят отлагательств. В столь конкурентной среде четкое планирование дает ощутимые преимущества. Особенно в том случае, если компании удается следовать ранее намеченным планам. Intel может себе это позволить, контролируя всю технологическую цепочку – от появления идеи, проектирования и разработки, до упаковки готовой продукции.

Согласно устоявшемуся летоисчислению, 2012 год – время для очередного «тика», т.е. перехода на новый техпроцесс изготовления. Первыми примерили на себя 22-нанометровые кристаллы процессоры для платформы LGA1155, получившие название Ivy Bridge. Однако в этот раз, помимо усовершенствования технологических норм производства, Intel также внедряет новую структуру полупроводников, вместо традиционной планарной используя трехмерную компоновку транзисторов.

С каждым последующим уменьшением размеров транзисторов, производители сталкиваются с необходимостью сокращать длину затвора и перехода исток/сток, что приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик полупроводников. Модель Tri-Gate предполагает трехмерную конструкцию с несколькими затворами, размещенными на гранях миниатюрной кремниевой пластины, устанавливаемой перпендикулярно подложке.

Такой подход позволяет увеличить скорость переключения транзисторов, а также существенно уменьшить паразитные токи утечки, снизить напряжение питания и, как следствие, энергопотребление и нагрев чипа. Кроме того появляется возможность увеличить плотность компоновки транзисторов, что позволяет нарастить их число для создания более сложных интегральных схем, при этом не увеличивая площадь самого кристалла. Примечательно, что при успешном внедрении 3D-транзисторов, стоимость производства чипов увеличивается всего на 2–3%, при этом получаемый эффект несоизмерим с такими затратами.

Несмотря на значительные ресурсы, от начала разработки до практического использования технологии Tri-Gate, компании понабилось порядка 11 лет. Одно дело, когда речь идет о единичных лабораторных экспериментах и исследованиях, и совершенно иная ситуация в случае с массовым производством, где тиражи изготавливаемых устройств исчисляются миллионами.

Успешное внедрение подобной технологии – большой успех для разработчиков Intel. Применение трехмерных транзисторов позволит компании укрепить технологическое лидерство, получив весомое преимущество над конкурентами. Использование Tri-Gate позволяет Intel уже сейчас переводить в практическую плоскость эксперименты с чипами, выполненными по нормам 14 нм и даже 10 нм. Закон Мура остается в силе, а значит, кремниевые полупроводники еще повоюют.

Ivy Bridge

Так как процессоры Intel Core третьего поколения стали логичным продолжением чипов предыдущей линейки, то неудивительно, что они не претерпели серьезных структурных изменений.

Сравнивая топологию кристаллов Sandy Bridge и его преемника, нельзя не отметить значительно увеличившуюся область, отведенную для графического процессора. Если в 32-нанометровом чипе она занимала менее четверти кристалла, то теперь ей отведена практически третья часть кремниевой пластинки. В остальном визуально CPU довольно схожи, если учесть масштабирование. А вот технологические количественные показатели заметно отличаются. Так, чип Sandy Bridge содержит без малого 1 млрд. транзисторов, тогда как в Ivy Bridge их уже 1,4 млрд. Благодаря использованию технологии Tri-Gate производителю удалось существенно увеличить плотность размещения полупроводников. Но, несмотря на то, что их количество возросло на 40%, площадь нового кристалла, наоборот, уменьшилась с 216 до 160 мм2 (26%).

По части функционального оснащения изменения невелики. Процессор имеет четыре вычислительных блока, графическое ядро, интегрированные контроллеры памяти и шины PCI Express. Емкий общий кеш третьего уровня для своих нужд могут использовать все ядра, в том числе и графическое. Блоки между собой связывает скоростная кольцевая шина, а с чипсетом CPU общается по DMI 2.0.

Несмотря на то, что при выпуске Ivy Bridge основной задачей был успешный переход на новый техпроцесс, Intel, безусловно, внесла некоторые изменения и в функциональную часть процессора. От вычислительных блоков можно ожидать некоторого ускорения на операциях деления чисел и преобразования данных.

Двухканальный контроллер памяти официально получил поддержку DDR3-1600 (для Sandy Bridge – DDR3-1066/1333), а также модулей DDR3L со сниженным напряжением питания. Некоторый прирост производительности может принести чуть улучшенная латентность.

Ivy Bridge получил также достаточно производительный цифровой генератор случайных чисел (Digital Random Number Generator), возможности которого могут задействоваться в задачах шифрования данных. Данный блок используется для работы Intel Secure Key. В свою очередь технология Intel OS Guard позволит защитить данные при попытке несанкционированного использования привилегированного режима в операционной системе.

22-нанометровым процессорам достался контроллер PCI Express 3.0. Вдвое увеличенная пропускная способность может сослужить хорошую службу при создании конфигурации с несколькими видеокартами. Процессор имеет 16 линий PCI-E 3.0 и позволяет делить их на три устройства (х8+х4+х4). Впрочем, для того, чтобы интерфейсный круг замкнулся, нужно чтобы скоростную версию интерфейса, помимо процессора, поддерживала материнская плата и видеокарта.

Графическое ядро Intel HD Graphics 4000/2500

Одним из наиболее важных функциональных нововведений Ivy Bridge является усовершенствованное графическое ядро. Возможностям интегрированного GPU разработчик уделил максимум внимания, фактические потратив на его доработку и улучшение большую часть дополнительных транзисторов, которые получили 22-нанометровые чипы.

Новое графическое ядро получило две модификации – Intel HD Graphics 4000 и 2500. В старшей количество основных исполнительных блоков увеличено с 12 до 16, что уже сулит определенную прибавку производительности. Вариант попроще имеет всего 6 блоков, как и у предшественника (HD 2000).

GPU имеет полноценную поддержку DX11, OpenGL 3.1 и OpenCL 1.1, к тому же графическое ядро получило улучшенную версию инструмента для кодирования видео – Intel Quick Sync 2.0.

Отметим, что более скоростную версию ядра HD 4000 получат процессоры Core i7 и топовый Core i5, тогда как остальные модели будут довольствоваться HD 2500. На расширенную функциональность это никак не повлияет, но вот производительность, судя по всему, будет не слишком отличаться от таковой для HD 2000.

В тандеме с платой на чипсете 7-ой серии, процессоры Ivy Bridge могут выводить изображение на три независимых монитора, тогда как Sandy Bridge позволяет подключить только два дисплея.

Штатная частота графического ядра составляет 650 МГц, однако под нагрузкой она может динамически увеличиваться вплоть до 1100–1150 МГц, в зависимости от модели CPU.

Инструменты для разгона

Для любителей тюнинга системы, Intel приготовила некоторые полезные «плюшки». Так, у чипов с индексом «К» максимальный процессорный множитель увеличен до 63, тогда как у аналогичных моделей на Sandy Bridge он ограничен 59. Впрочем, подобные значения скорее интересны лишь для пользователей, владеющих искусством беспрерывного доливания жидкого азота в испарительный стакан. Для более щадящих условий разгона такие значения точно не пригодятся.

В ручном режиме ускорять можно и графический чип. Множитель для GPU также увеличен с 57 до 60. Более полезной на практике выглядит возможность увеличивать частоту памяти до 2666 МГц и выше, при этом шаг теперь может составлять 200 и 266 МГц (ранее только 266 МГц). Также отметим поддержку модулей с профилями XMP версии 1.3.

Что же касается возможности повышать частоту системной шины, то тут, увы, без изменений. BCLK без ущерба для стабильности системы можно варьировать в пределах +/- 7%. Никаких дополнительных множителей, аналогичных имеющимся на LGA2011, не появилось.

Совместимость

Процессоры Ivy Bridge без проблем будут работать на подавляющем большинстве плат с чипсетами 6-ой серии (H61/H67/P67/Z68). По крайней мере, технологических трудностей здесь никаких нет. Многое зависит от производителя материнской платы, который должен своевременно обеспечить прошивкой, позволяющей распознать 22-нанометровые CPU.

Конечно, в комплекте с Ivy Bridge рекомендует использовать материнские платы на новых чипсетах Intel 7 Series, предлагая для такой связки ряд дополнительных функций. Наиболее весомая из них – родная поддержка USB 3.0. Опция, бесспорно, приятная, но, если вам удастся найти модель на чипсете 6-ой серии схожей функциональности, которая обойдется заметно дешевле, то это неплохая возможность сэкономить. Разве что в поисках самых выгодных вариантов стоит оставлять без внимания модели на Q65, Q67 и B65. Бывалый «корпоратив» в этот раз остался без поддержки прогрессивных CPU.

Модельный ряд

Традиционно, процессоры нового поколения будут появляться на рынке поэтапно. На момент анонса, производитель сразу представил девять четырехъядерных моделей, предназначенных для настольных систем.

Отличить чипы второго и третьего поколений довольно просто по нумерации модели. Core i5/i7 серии 2000 являются носителями архитектуры Sandy Bridge, а процессоры линейки 3000 являются представителями новой волны – устройства, выполненные по 22-нанометровой технологии и получившие кодовое имя Ivy Bridge. Как и прежде, важным отличием Core i7 от чипов Core i5 является поддержка технологии Hyper-Threading, а также больший объем кеш-памяти третьего уровня (8 МБ vs. 6 МБ).

Взглянув на основные технические характеристики, сразу можно отметить, что принципиальных изменений в отношении количества вычислительных ядер, объемов кеш-памяти и даже рабочих частот, фактически нет. Топовый четырехъядерник Core i7-3770K имеет номинальные 3,5 ГГц и даже при максимальном автоматическом разгоне не выходит за пределы 3,9 ГГц. В аналогичных частотных рамках работал и его предшественник – Core i7-2700K.

Что же сразу обращает на себя внимание в перечне основных ТТХ – изменившиеся значения TDP. Ранее для классических четырехъядерных чипов Core i5/i7 заявленный уровень энергопотребления укладывался в 95 Вт, теперь же это значение составляет всего 77 Вт. Разница составляет практически 20%.

Производительность CPU

Возможности Ivy Bridge мы изучали на примере Core i7-3770K, использовав для сравнения сопоставимый по цене Core i7-2600K. Частотная формула новинки – 3,5/3,9 ГГц, тогда как у модели на Sandy Bridge – 3,4/3,8 ГГц. К тому же у i7-3770K более активно работает Turbo Boost. Даже при максимальной нагрузке частота его вычислительных блоков повышается на 200 МГц от номинальной (до 3,7 ГГц), тогда как i7-2600К в таком же режиме ускоряется только на 100 МГц – до 3,5 ГГц. Фактически, условия заведомо неравноценны, но ведь это схожие по цене процессоры. Спустя год соотношение цена/производительность должна улучшаться – это нормально, это правильно. Впрочем, чтобы восстановить справедливость и, конечно же, удовлетворить собственное любопытство, мы также проверили возможности обоих процессоров, стабильно работающих на 4 ГГц, повысив множитель до 40 и отключив все технологии сохранения энергии. Результаты представлены на диаграммах.

Вычислительные тесты регистрируют преимущество i7-3770К над i7-2600К на уровне 6–12% при работе этих процессоров в штатных режимах и порядка 3–5,5% во время функционирования на одинаковой частоте и прочих равных условиях.

В тестовых играх лишь Hard Reset чутко отреагировал на более агрессивную работу i7-3770К, продемонстрировав почти 10% разницу в производительности, в остальных случаях преимущество Ivy Bridge были минимальным – 1,5–2%. К тому же в режимах с максимальным качеством графики, привычным для владельцев топовых видеокарт, разница и вовсе будет исчезающе малой.

Энергопотребление

Существенно сниженный TDP в новых процессорах, признаться, заинтриговал. 77 Вт для четырехъядерного процессора, обрабатывающего одновременно восемь потоков – достаточно смелая заявка на фоне 95 Вт для предшественника с фактически такими же тактовыми частотами, но выполненного по 32-нанометровой технологии.

Практические замеры расставляют все по своим местам. В режиме покоя энергопотребление систем с чипами разных поколений находится примерно на одном уровне. В этом случае фактически нечего уже улучшать – благодаря работе средств CPU работают на 1,6 ГГц и напряжения питания менее 1 В оба процессора по части энергоэффективности очень схожи. А вот под серьезной нагрузкой Core i7-3770К оказывается на 21–22 ватта экономичнее Core i7-2600К, причем, как в штатном режиме, в котором последний работает с меньшей тактовой частотой, так и после разгона обоих процессоров.

Разгон

Переход на более тонкий техпроцесс изготовления кристаллов, как правило, позволял расширить частотные горизонты процессоров. Помня об очень хорошем потенциале Sandy Bridge, наверняка многие искатели предельных мегагерц рассчитывали на беспроблемную работу Ivy Bridge на 5–5,5 ГГц. Однако, в случае с новыми 22-нанометровыми чипами ситуация с разгоном не столь однозначна.

Во время тестирования новинки, максимум, чего удалось достичь от рассматриваемого экземпляра Core i7-3770К – 4,8 ГГц. При этом, чтобы добиться стабильной работы CPU, напряжение питания понадобилось поднять с 1 В до 1,3 В. Для Ivy Bridge это скорее экспериментальный режим, слабо пригодный для использования в режиме 24/7. Дело в том, что новые CPU весьма чувствительны к повышению вольтажа, реагируя на это быстрым нагревом вычислительных ядер. При этом может возникать, на первый взгляд, парадоксальная ситуация, когда радиатор кулера еще едва теплый, а температура ядер уже повысилась до 80–90 градусов или даже выше. Использование качественной термопасты в данном случае не решает вопрос. Очевидно, сказываются уменьшенные физические размеры кристалла и быстро распределить и отвести тепло довольно сложно.

Однако еще раз сделаем акцент на то, что подобные вопросы возникают после значительного (25–30%) повышения напряжения питания. Например, уже при 1,2 В хороший воздушный кулер без проблем справляется с отводом тепла, однако в этом режиме процессор работал «лишь» на 4,6 ГГц. Чипы Sandy Bridge, как правило, на воздухе позволяют добиться немного лучших результатов (~4,8–4,9 ГГц).

А вот для экстремальных оверклокеров анонс Ivy Bridge – прекрасный повод наполнить сосуды Дьюара жидким азотом и вписать свои имена в мировые рейтинги. В условиях тотальной заморозки, когда рабочая температура кристалла ощутимо ниже нуля, 22-нанометровые чипы демонстрируют частотные чудеса. Самым удачливым и квалифицированным оверклокерам покоряются значения 6,5– 7 ГГц. Сейчас пошла волна обновления рекордов в классических тестовых приложениях, и Ivy Bridge являются обязательными компонентами самых производительных систем.

Вот, такая получается неоднозначная ситуация с разгоном новых CPU. С одной стороны – мировые рекорды с азотом, с другой – несколько худшие показатели, чем у Sandy Bridge с воздушными СО. Intel только начал использовать 22-нанометровый техпроцесс, и, вполне вероятно, что с новыми степпингами ядра улучшится и частотный потенциал процессоров в условиях охлаждения привычными кулерами.

Производительность GPU

Очевидно, что чем выше производительность и функциональность интегрированного GPU, тем шире круг потенциальных пользователей, для которых возможностей встроенного ядра будет вполне достаточно для работы и развлечений. Intel серьезно потратилась в плане количества транзисторов, пущенных на то, чтобы подтянуть быстродействие и функциональность своего решения. Посмотрим, не прошли ли даром труды разработчиков.

Результаты синтетики пугающе оптимистичны. Хочется сказать, что так не бывает, но 3DMark Vantage регистрирует 92%-ный прирост производительности.

Ну, вот и «встройка» от Intel уже не будет светить нулями в тестовых приложениях и играх «DX11 only». Результаты пусть и не поражают воображение, но для начала – вполне.

Реальные игры подтверждают убедительное превосходство HD Graphics 4000 над предшественником – HD Graphics 3000. Если даже опустить предельно позитивную реакцию синтетического теста, который на HD 4000 ускорился едва ли не вдвое, прирост производительности 45–65% в реальных играх можно считать очень достойным результатом, который виден даже невооруженным взглядом.

При этом отметим, что новое графическое ядро имеет не просто большую производительность, чем у HD 3000. В ряде случаев оно позволяет с достаточным уровнем комфорта играть в тех режимах, где предыдущий GPU уже явно не справлялся. Например, разница в ощущениях от игры со средними 27 и 40 кадрами/c принципиальна. В первом случае проседания производительности при сложных сценах наверняка будут ощутимы, а во втором такие ситуации если и возникнут, то лишь эпизодически.

Итоги

Очевидно, что при разработке процессоров Ivy Bridge, приоритетной задачей для Intel было дальнейшее улучшение энергоэффективности чипов. Переход на 22-нанометровый техпроцесс и трехмерную структуру транзисторов позволило добиться очень хороших результатов. Что касается вычислительной производительности, то по этому параметру вряд ли можно было предъявить претензии даже к предшественнику, однако компании, пусть и не столь значительно, но все же удалось улучшить свои чипы и по этому показателю (+5–10%).

Кроме того Intel серьезно увеличила быстродействие интегрированного видеоядра, при этом не только улучшив скоростные показатели, но и расширив их функциональность. В целом, Intel еще есть к чему стремиться на пути к совершенствованию своего GPU, но прогресс здесь очевиден. Конечно, речь о том, что подобные решения готовы стать частью серьезной игровой системы, еще не идет, но AMD и NVIDIA пора начинать волноваться о судьбе своих доступных дискретных видеокарт для ноутбуков.

Тех, кого возможности интегрированного видео не слишком волнуют, в случае с Ivy Bridge получат несколько более производительные и экономичные чипы по цене предшественников. Это тоже довольно убедительный аргумент в пользу 22-нанометровых чипов. К тому же новинки могут работать с платами на чипсетах 6-ой серии, не требуя модернизации платформы.

По заявлению производителя, распространение чипов Ivy Bridge будет заметно более интенсивным, чем это было в случае с Sandy Bridge. Конечно, здесь многое будет зависеть от рыночной ситуации, но Intel не заинтересована в том, чтобы затягивать с анонсом новых моделей, и намерена в максимально сжатые сроки расширить ассортимент 22-нанометровых CPU.

Владельцы старших моделей Core i5/i7 с архитектурой Sandy Bridge могут спокойно перевести дух. Эти процессоры еще более, чем актуальны, и менять их на новые особого резона нет. Для тех же, кто планировал обновить собственную систему, переходя с платформ предыдущих поколений, 22-нанометровые чипы Ivy Bridge станут отличным решением.

Если выбор стоит между процессорами Ivy Bridge и Sandy Bridge с разблокированными множителями, то здесь нужно определиться со своими приоритетами. На одной чаше весов – сниженный уровень TDP, поддержка PCI Express 3.0, возможность использовать очень быструю память и ряд мелких полезных улучшений, на другой – дополнительные 100–200 МГц тактовой частоты при максимальном разгоне с воздушным кулером. Каким бы ни было решение, оно будет вполне оправданным для каждого отдельно взятого случая.

Если же говорить о процессорах с заблокированным множителем, то здесь все достаточно прозрачно. По сравнению с Sandy Bridge чипы Core третьего поколения имеют расширенную функциональность, чуть большую производительность и будут гарантированно экономичнее предшественников. При равной стоимости моделей со схожими тактовыми частотами, выбор кажется достаточно очевидным.

Продукт предоставлен представительством Intel в Украине, www.intel.ua