Обзор процессора AMD Ryzen 5 3600X

Компания AMD недавно начала продажи десктопных процессоров Ryzen 3-го поколения. Новые CPU имеют целый ряд структурных и функциональных улучшений. Это и архитектура Zen 2, и 7-нанометровый техпроцесс изготовления кристаллов, и радикально увеличенный объем кеш-памяти, и улучшенное быстродействие на такт, а также поддержка шины PCI Express 4.0. Даже перечисленных особенностей уже достаточно для того, чтобы не пропустить выход Ryzen 3000. С нюансами работы новых чипов AMD мы начинаем разбираться на примере Ryzen 5 3600X.

Чиплет-компоновка

AMD кардинально изменила топологию новых десктопных процессоров, используя чиплет-архитектуру с несколькими кристаллами на одной подложке. Для блоков с вычислительными ядрами (CCD, Core Complex Die) используются отдельные кремниевые пластинки, которые изготавливаются компанией TSMC по нормам наиболее прогрессивного 7-нанометрового техпроцесса. Несмотря на то, что для изготовления Ryzen 3000 компания использует производственные мощности стороннего производителя, по факту именно AMD первой представила для массового рынке процессоры, выполненные по технологии 7 нм.

В зависимости от общего количества ядер процессора, на подложке может располагаться либо один, либо два CCD. Кроме того, для процессоров используется отдельный кристалл IOD (I/O Die), фактически выполняющий роль северного моста с рядом вспомогательных функций. В частности здесь размещается хаб-контроллер внутренней шины Infinity Fabric, контроллеры памяти и шины PCI Express 4.0. Чипы IOD изготавливает компания GlobalFoundries по уже хорошо обкатанной технологии 12 нм.

Для любителей точных цифр отметим, что один CCD имеет площадь 75 мм² и содержит порядка 3,9 млрд. транзисторов, тогда как IOD занимает 125 мм² и состоит из 2,09 млрд. транзисторов.

Чиплет-структура дает производителю больше гибкости для наращивания возможностей процессоров, а также снижает себестоимость изготовления CPU. Получить монолитный 16-ядерный чип дорогого стоит, это уже точно не массовый рынок. А вот комбинация из трех относительно компактных кристаллов позволяет получить фактически те же возможности, но по куда более гуманной цене.

Чиплет-компоновка имеет как достоинства, так и свои недостатки, и в целом ее можно считать некоторым компромиссом, позволяющим производителю обеспечить баланс между производительностью/энергопотреблением и конечной стоимостью процессоров.

Архитектурные особенности

Для чипов Ryzen 3000 семейства Matisse используется новая микроархитектура Zen 2. Разработчики учли многие узкие места архитектуры предыдущего поколения (Zen/Zen+), стараясь повысить удельную производительность (IPC), а также показатели процессоров в играх.

Как и прежде, в основе 8-ядерного вычислительного комплекса CCD лежит два 4-ядерных блока CCX, каждый из которых теперь оснащен 16 МБ кеш-памяти L3. Соответственно один CCD располагает 32 МБ L3. Это вдвое больший объем, чем у процессоров предыдущего поколения. Производитель заявлеяет, что как раз увеличение кеш-памяти третьего уровня заметно сказывается на производительности процессоров в играх. Чтобы лишний раз подчеркнуть эту особенность Ryzen 3000, маркетологи AMD даже обозначили суммарный массив кешей L2+L3 как GameCache.

В новых процессорах также используется шина Infinity Fabric 2, разрядность которой была увеличена с 256 до 512 бит. Учитывая чиплет-топологию процессора, скорость внутренней коммутации элементов становится предельно важной. К тому же процессоры Matisse поддерживают PCI Express 4.0, что также требует повышения скорости передачи данных.

Кроме количественных изменений были проведены различные внутренние оптимизации кеш-памяти, улучшены механизмы выборки/предвыборки данных, вдвое увеличен микрооперационный кеш для декодирования, а также ускорена работа с инструкциями AVX2, которые теперь выполняются за один такт.

По заявлению разработчиков, благодаря различным архитектурным улучшениям, удалось в среднем на 15% повысить производительность на такт (IPC).

Линейка процессоров Ryzen 5 3000

На старте линейка чипов среднего уровня Ryzen 5 включает две модели – Ryzen 5 3600 и Ryzen 5 3600X. Оба процессора имеют 6 вычислительных ядер и поддерживают технологию многопоточности SMT. Ключевые отличия процессоров в частотной формуле и заявленном TDP. Для младшей Ryzen 5 3600 производитель предлагает комбинацию 3,6/4,2 ГГц и тепловой пакет в 65 Вт. Старшая модель имеет повышенные рабочие частоты – 3,8/4,4 ГГц и увеличенный до 95 Вт пакет TDP.

Для 6-ядерных моделей разработчики не стали уменьшать объем L3 пропорционально количеству активных вычислительных блоков. Как и 8-ядерным моделям Ryzen 7, чипам младшей линейки доступно 32 МБ кеш-память третьего уровня.

В штатной розничной поставке Ryzen 5 3600 комплектуется базовым кулером Wraith Stealth, тогда как модель Ryzen 5 3600X предлагается с несколько более эффективным охладителем Wraith Spire.

Процессоры имеют двухканальный контроллер памяти, который официально поддерживает DDR4-3200, а также позволяет работать с модулями объемом 32 ГБ.

Ожидается, что линейка Ryzen 5 вскоре будет расширена. Прежде всего речь идет о Ryzen 5 3500, который в отличие от предыдущих моделей Ryzen 5 1500/2500 с функциональной формулой 4/8 в нынешнем поколении также может оказаться 6-ядерным чипом. Официального подтверждения пока нет, но такой шаг был бы логичным и позволил AMD бороться с базовыми 6-ядерниками Intel Core i5, которые уже в рознице стоят ~$165.

Ryzen 5 3600X

К нам на тестирование попала старшая модель линейки – Ryzen 5 3600X. Учитывая то, что для новых процессоров используется прежняя платформа Socket AM4, внешне чипы ничем не отличаются от CPU предыдущих поколений.

Штатная частотная формула – 3,8/4,4 ГГц. Под многопоточной нагрузкой в AIDA64 процессор работал на 4100 МГц, при этом частота некоторых ядер периодически колебалась в пределах 4075–4125 МГц. Согласно показаний HWinfo64, в таком режиме напряжение питания варьировалось в диапазоне 1,325–1,36 В.

Для охлаждения процессора мы использовали воздушный кулер Arctic Freezer 33 eSport Edition и даже с таким достаточно массивной моделью с парой 120-миллиметровых вентиляторов тестируемый чип под нагрузкой прогревался до 82С. С уменьшением габаритов кристалла увеличивается тепловой поток, потому отводить тепло с компактной кремниевой пластинки сложнее.

Разгон

Переход на новый техпроцесс изготовления процессоров зачастую сопровождается увеличением их частотного потенциала. Прогрессивные «7 нм» сулили заметный скачок в этом отношении. Самые отчаянные оптимисты были убеждены, что новые Ryzen 3000 вплотную подберутся к 5-гигагерцовой границе. Однако появляющиеся еще до официального анонса утечки указывали на то, что частотные горизонты Matisse все же скромнее. 4,4–4,6 ГГц заявлены для режимов с нагрузкой в один-два потока, а при использовании всех вычислительных ядер штатная рабочая частота при хорошем охлаждении — 4000–4200 МГц.

В нашем случае Ryzen 5 3600X при нагрузке на все блоки работал на 4100–4125  МГц. Конечно, было любопытно, чего же можно достичь при дополнительном разгоне процессора.

В экспресс-режиме поэкспериментировав с питающим напряжением и множителем, удалось получить стабильную работу чипа на 4300 МГц при напряжении питания 1,375 В и использовании параметра CPU Loadline Calibration в положении 3. В случае с Ryzen 5 3600X имеем прирост тактовой частоты на уровне 5%. Да и то, лишь в том случае, когда речь идет о многопоточной нагрузке. В однопоточном режиме производительность процессора может даже снизиться, потому как в штатном режиме отдельные ядра могут ускоряться до 4400 МГц, а после ручного разгона значение фиксируется на уровне 4300 МГц.

Очевидно, что в случае с «X»-версией процессора производитель уже изначально ускорил чип почти до предельных значений. Формально разгон еще возможен, но речь уже идет лишь о каком-то минимальном ускорении. Дополнительные 100–200 МГц незначительно повлияют на общую производительность, тогда как энергопотребление и нагрев CPU увеличиваются.

Энтузиасты смогли разогнать новые Ryzen до 5300–5400 МГц, но, чтобы получить такие значения, нужны соответствующие навыки и бесконечные объемы жидкого азота. Судя по многочисленным отзывам, с хорошими воздушными кулерами можно рассчитывать на более скромные значения – 4200–4400 МГц.

В качестве внутреннего термоинтерфейса под крышкой процессора по-прежнему используется припой, обеспечивающий отличный контакт с кристаллом. Замена припоя на жидкий металл не приносит никаких результатов, а потому мастерами оверклокерского дела такая операция признана бесперспективной.

Акцент на память

Перед началом классических процессорных тестов нам было любопытно оценить работу контроллера памяти. В новых чипах этот модуль расположен на отдельном кристалле IOD, с которым вычислительные ядра сообщаются шиной Infinity Fabric 2.

Владельцам чипов Ryzen предыдущих поколений наверняка хорошо знакомы сложности работы этих CPU со скоростными модулями оперативной памяти. Изначально даже режим DDR4-3200 казался хорошим результатом. Постепенно улучшая прошивки, удалось поднять рабочий порог до DDR4-3466/3600, но для таких значений зачастую нужны были хорошие комплекты желательно на чипах Samsung B-die и добротные материнские платы.

Чтобы облегчить жизнь владельцам Ryzen 3000, производитель предусмотрел делитель 2:1 для рабочих частот контроллера памяти и шины IF2, которые все еще зависят от используемых модулей, но теперь могут использоваться в асинхронном режиме.

Согласно новой конфигурации подсистемы памяти, наилучшие результаты можно получить, используя планки DDR4-3600 с минимальными таймингами.

Для наших тестов мы использовали имеющийся двухканальный комплект HyperX Predator RGB DDR4-3600 16 ГБ (HX436C17PB3AK2/16). Штатная формула задержек у него не самая лучшая, но хорошие чипы памяти позволяют проверить более агрессивные настройки.

Уже по первым замерам в AIDA64 можно делать определенные выводы о работе подсистемы памяти. Скорости чтения и копирования на уровне 50 ГБ/c соответствуют таковым для режима DDR4-3600. Обращает на себя внимание почти вдвое меньшая скорость записи. Дело в том, что у чипов Matisse максимальные трансферы на запись можно получить лишь при использовании кристаллов CCD, то есть из уже представленных процессоров это актуально для 12- и 16-ядерной моделей. У 6/8-ядерных чипов скорость заметно ниже. Это неприятно, но в целом не очень критично для большинства задач, где актуальнее именно скорости чтения из памяти.

Показатель латентности на уровне 70 нс говорит о том, что по сравнению с Ryzen предыдущих поколений задержки в работе с памятью почти не изменились или даже минимально увеличились. Такие результаты интерпретировать можно двояко. С одной стороны, количественного прогресса нет и новые чипы AMD здесь по-прежнему уступают процессорам Intel. Последние с тем же комплектом памяти в нашем тесте демонстрировали 47–50 нс.

С другой стороны, полученные результаты можно считать удивительными, если учесть, что контроллер памяти физически находится на другом кристалле (IOD), а не рядом с вычислительными ядрами. Казалось, потери на соединение будут огромны, но разработчиком каким-то образом удалось компенсировать внутренние задержки. К тому же у Matisse просто огромные объемы кеш-памяти третьего уровня. 6/8-ядерные процессоры имеют 32 МБ L3, причем его скорость почти вдвое выше, чем у такового чипов Intel при схожей латентности.

Как видим, процессоры Matisse имеют характерные особенности работы подсистемы памяти. Однако это лишь одна из составляющих, которая влияет на общие возможности процессора и в отрыве от всего остального представляет собой скорее академический интерес.

Конфигурация тестового стенда

Участники тестирования

Прежде чем приступить к оценке производительности Ryzen 5 3600X, представим список участников теста, которые помогут определить возможности нового чипа AMD. Для наглядности ожидаемого прогресса использовалась младшая 6-ядерная модель Ryzen 5 2600. Чтобы оценить претензии новичка мы также добавили результаты базового 8-ядерника  Ryzen 7 2700 и топовой модели предыдущего поколения – Ryzen 7 2700X.

Согласно позиционированию, основным конкурентом для Ryzen 5 3600/3600X компания AMD видит Core i5-9600K (3,7/4,6 ГГц). К сожалению у нас не оказалось именно этой модели процессора Intel, но ее успешно может заменить 6-ядерник Core i5-8600K (3,6/4,3 ГГц), имеющий ту же архитектуру и функциональную формулу (6/6). По ходу можно делать поправку на чуть меньшие рабочие частоты чипа Core 8-го поколения, но 200–300 МГц кардинально не меняют картину.

Нам также любопытно было посмотреть на то, как Ryzen 5 3600Х будет выглядеть в противостоянии с Core i7-8700K. Чип номинально принадлежит к моделям классом повыше, но он имеет такую же функциональную формулу, как и у нового CPU от AMD – 6/12. Осовременить список участников поможет 8-ядерный Core i7-9700K. Отличная «мерная единица» сравнение с результатами которой можно использовать для общей оценки  возможностей любого актуального процессора.

Для тестирования процессоров AMD, включая Ryzen 5 3600X, использовалась материнская плата ASrock X470 Taichi Ultimate с последней версией BIOS PЗ.30, включающей микрокод AGESA Combo-AM4 1.0.0.3. С процессорами Matisse разработчик также представил чипсет AMD X570, а платы на его основе уже есть в продаже. Однако для тестирования вычислительных возможностей процессора устройства на новом чипсете не обязательны. Периферийная обвязка в данном случае нас интересует в меньшей степени. К тому же чипы серии Ryzen 5 3000 зачастую будут использоваться в комплекте с более доступными платами на AMD B450/X470.

Производительность в приложениях

Исследование производительности процессоров мы начинаем с тестов Cinebench R15/R20. Несмотря на то, что Intel не рекомендует использовать эти приложения для определения возможностей CPU, это показательные составные части общего теста, которые помогают выявить определенных сильные/слабые стороны процессоров. Вначале результаты в мультипоточных режимах.

Первые позиции в обоих случаях занимает Ryzen 7 2700X. 8 ядер, 16 потоков и достаточно высокие рабочие частоты приносят победу флагману линейки Pinnacle Ridge. Однако всего в полушаге от него оказался дерзкий Ryzen 5 3600X. Он уверенно обошел Ryzen 7 2700, а после разгона до 4300 МГц на все ядра приблизился к лидеру, уступив последнему всего 4%. В этой дисциплине не только Core i5, но даже процессорам Core i7 не удалось настичь Ryzen 5 3600X. Причем не сработала ни комбинация 6/12, ни 8/8 c повышенными частотами. Перевес над Ryzen 5 2600 вылился в очень солидные 30–32%. Делаем скидку на отличие в частотах, но дело не только в них.

Тест с рендерингом в однопоточном режиме позволяет выявить то, над чем в последнее время так упорно трудились инженеры AMD. Здесь новый Ryzen пропустил вперед только Core i7-9700K, причем отличие в 4–5% не выглядит заметным превосходством. Из-за разницы в рабочих частотах, сопоставлять результаты с таковыми для Ryzen 5 2600 не очень корректно. А вот сравнение на этих этапах с показателями Ryzen 7 2700X очень показательно. Несмотря на схожие частоты, в однопоточном режиме Ryzen 5 3600X оказывается на 14–15% быстрее топовой модели с архитектурой Zen+. Это очень похоже на тот самый прирост IPC для Zen 2, обещанный разработчиками AMD.

Обратим внимание еще на один любопытный нюанс. По результатам тестов в однопоточных режимах чуть быстрее оказался вариант Ryzen 5 3600X без дополнительного ручного разгона. В этом случае отдельные ядра могут ускоряться до 4400 МГц, тогда как после фиксации на уровне 4300 МГц для всех блоков, их частота не превышает заданного предела. Для многопоточных задач имеем некоторое ускорение, а вот в условиях слабого параллелизма возможно даже снижения производительности.

Во встроенном тесте архиватора 7-Zip имеем схожую ситуацию. Здесь вновь Ryzen 5 3600X пропускает вперед только Ryzen 7 2700X.

Во время рендеринга сцены в Blender 2.78a новых чип держится в группе с Ryzen 7 2700 и Core i7-8700K, опережая их после дополнительного разгона. Отличие с 6-ядерным Core i5-8600K почти полуторакратное.

Схожее распределение сил можно наблюдать и во время рендеринга тестовых сцен во Fryrender, V-Ray Benchmark и Corona. В подобных дисциплинах и у процессоров AMD предыдущих поколений не было особых сложностей, но теперь результаты 8-ядерных процессоров могут демонстрировать 6-ядерные модели.

На этапе кодирования видео в H.264 процессор Ryzen 5 3600X снова настигает Ryzen 7 2700, опережая оба процессора Core i7. Ryzen 5 2600 справляется с задачей на 26% хуже, а Core i5-8600K на завершение перекодирования понадобилось на 42% больше времени.

Неожиданными оказались результаты в комплексном наборе тестов PerformanceTest 9. Утилита отдает предпочтение новым процессорам Ryzen, указывая на заметно возросшую однопоточную производительность и возможности CPU на этапе поиска простых чисел (Prime Numbers).

GeekBench 4.4.0 в режиме многопоточности уравнивает возможности Ryzen 5 3600X и Ryzen 7 2700X. Еще раз хотим акцентировать внимание на показателях этих моделей в режиме обработки одного потока. Matisse имеет преимущество в 14,4%.

Первое место здесь ожидаемо за Core i7-9700K. Любопытно, что утилита регистрирует очень близкие показатели Ryzen 5 3600X и Core i5-8600K для однопоточного режима, но если учитывать, что процессор Intel имеет функциональную формулу 6/6 против 6/12 у чипа AMD, то в многопоточных условиях у него не много шансов.

Благодаря увеличенной IPC, подросшим тактовым частотам и агрессивной технологии динамического ускорения, новым 6-ядерным Ryzen 5 вполне по силам в многопоточных задачах тягаться с 8-ядерными чипами AMD предыдущего поколения. Конечно это не самоцель для производителя, а демонстрация возможностей новой архитектуры и компоновки чипов.

Производительность в играх

Очень интересно было оценить производительность Matisse в играх. Не то, чтобы эта категория приложений была проблемной для чипов Ryzen предыдущих поколений, но зачастую все же процессоры Intel имели здесь преимущество.

Чтобы исследовать игровую мощь новых чипов, мы оснастили тестовую платформу видеокартой GeForce RTX 2080 Founders Edition. Так как нам хотелось выявить зависимость результатов именно от возможностей центральных процессоров, в играх использовался режим 1920х1080 с высокими, но не максимальными настройками качества графики.

Что же, кардинально ситуация здесь не изменилась. Процессоры Intel по-прежнему зачастую имеют некоторый перевес, однако новые Ryzen заметно сократили дистанцию. В используемом режиме платформа с Ryzen 5 3600X оказалась в среднем на 10–15% быстрее ПК с Ryzen 5 2600. Настройки графики отчасти нивелируют вычислительное преимущество процессоров, но и в данном случае прирост производительности заметен. Особо отметим разницу (+27,5%) в возрастной Dirt Rally, которая совсем плохо оптимизирована под многопоточность. Улучшение IPC в таких случаях особенно сказывается.

Новый чип также во всех случаях непринужденно обошел 8-ядерный Ryzen 7 2700X. В некоторых проектах по среднему fps процессор Ryzen 5 3600X приблизился к Core i5-8600K, но чипы Core i7 все еще имеют преимущество. Однопоточная производительность у них все же хороша, возможно здесь также сказывается лучшая латентность памяти, да и оптимизацию движков под экосистему Intel никто не отменял. Если повышать разрешение картинки и качество графики, разница будет нивелироваться. Да и в используемом режиме отличие в 5–15% c показателями Core i7-9700K уже не назовешь слабыми, особенно на фоне разницы в цене CPU.

Мы также проверили возможности процессоров, используя разрешение Full HD с низкими настройками качества графики. Вы врядли будете использовать такие параметры с видеокартой уровня GeForce RTX 2080, но такой режим позволяет более явно выделить потенциал процессоров. Кардинальных изменений не произошло, хотя на диаграммах группа с синими полосками проявилась чуть более отчетливо. Более явным стало и преимущество носителя архитектуры Zen 2 над предшественниками. Это значит, что для игровых платформ чипы Ryzen 3000 наверняка будут предпочтительнее процессоров AMD предыдущих поколений.

Цена

Рекомендованная стоимость Ryzen 5 3600X – $249, при этом текущая розничная цена этого CPU в Украине составляет порядка $300. В то же время в продаже уже есть и более доступная модель – Ryzen 5 3600. При рекомендованных $199 эти чипы отпускаются примерно за $250. Принципиальных отличий между моделями нет.

На наш взгляд, именно Ryzen 5 3600 выглядит привлекательнее. Он обеспечивает очень близкий уровень производительности, так как под нагрузкой рабочая частота отличается всего на 100–200 МГц. Чуть более эффективный комплектный кулер у Ryzen 5 3600X тоже незавидное преимущество.

Единственное, что может помешать быстрому старту Ryzen 3000 – основательно снизившиеся цены на процессоры предыдущих поколений. Любители оптимальных соотношений цена/производительность наверняка уже обратили внимание на то, что тот же Ryzen 5 2600 сейчас можно легко купить за $150, 8-ядерный Ryzen 7 2700 обойдется всего в $215, а флагман линейки – Ryzen 7 2700X – в комплекте с кулером Wraith Prism предлагается за $315.