Как платы на чипсете B560 (не) портят производительность Rocket Lake. Проверяем на примере MSI

⇡#Что насчёт Core i9-11900K?

Маловероятно, что кто-то захочет использовать материнские платы на базе набора логики B560 с флагманским процессором Core i9-11900K, но мы всё-таки решили проверить испытуемые платы и с ним. Это хотя и экзотический, но важный граничный случай, который позволит сделать вывод о том, насколько существенным запасом прочности обладают схемы питания на материнских платах MSI среднего уровня.

Сразу же можно сказать, что Core i9-11900K – это как раз тот процессор, для которого мощности силовых схем на B560-платах действительно не хватает. Их температура довольно быстро доходит до максимально допустимых значений, что приводит к срабатыванию защиты, снижению тактовой частоты и, как следствие, потере производительности.

Всё это нетрудно проследить по графику температуры зоны VRM при получасовом рендеринге в Cinebench R23.

Первой сдаётся B560M Pro-VDH, на ней схема питания перегревается за первые пять минут рендеринга. А под конец получасового теста нагрев зоны VRM достигает критической величины и у MAG B560 Tomahawk WiFi. При этом MAG B560M Mortar WiFi хоть и без какого-либо запаса, но всё же оказывается способной обеспечить работу Core i9-11900K без перегрева VRM: под конец теста температура её зоны VRM составила 109,5 градусов.

Дополнительное понимание происходящего даёт график реальной частоты CPU – по нему хорошо видно, как включается температурная защита конвертера питания у B560M Pro-VDH и MAG B560 Tomahawk WiFi.

При этом в игровой нагрузке работа схем питания не вызывает никакого беспокойства, VRM на всех трёх платах разогревается примерно до 80 градусов.

Стоит заметить, что все три платы демонстрируют близкий результат, который позволяет утверждать, что в игровых системах возможно использование Core i9-11900K c недорогими системными платами с чипсетом B560 без риска потери производительности. Однако собирать такие конфигурации все же не рекомендуется: очевидно, что при их проектировании такие варианты использования не учитываются.

⇡#Что может быть причиной падения производительности?

Мы выяснили, что падение производительности на B560-платах из-за перегрева VRM в реальных задачах возможно лишь в «неестественных» конфигурациях, когда в материнку среднего уровня установлен флагманский процессор. Однако это не значит, что быстродействие не может ограничиваться по другим причинам. Существуют ситуации, когда системы, построенные вокруг чипсета B560, будут действительно медленнее аналогичных систем на Z590. Но возникают они не столько из-за конструктивных и схемотехнических особенностей плат, сколько из-за того, как производители устанавливают по умолчанию параметры BIOS. Как показывает практика, в настройке плат на Z590 и B560 они придерживаются разных принципов.

Ключевые параметры – это пределы питания PL1 и PL2. От них очень сильно зависит производительность процессоров Intel последнего поколения. Хорошая иллюстрация к этому тезису была приведена в обзоре Core i7-11700F: разница в частоте работы этого процессора с активным и отключённым пределом PL1 может доходить до 1,5 ГГц.

Так происходит потому, что спецификация Rocket Lake предполагает, что рабочая частота процессора в турборежиме может держаться на максимуме лишь до тех пор, пока его энергопотребление и тепловыделение остаётся в допустимых пределах. Эти пределы задаются тремя базовыми константами:

• PL1 – предельное энергопотребление процессора, которое не должно превышаться при долговременной работе. Intel рекомендует выставлять эту величину для процессоров с индексом K в 125 Вт, а для остальных – в 65 Вт;
• PL2 – предельное пиковое энергопотребление процессора, которое не должно превышаться при кратковременном увеличении нагрузки. Для процессоров с индексом K рекомендованное значение этой величины — 251 Вт, а для остальных – 224 Вт;
• Tau – максимальное время, в течение которого энергопотреблению процессора разрешено выходить за пределы PL1, оставаясь тем не менее ниже PL2. Для процессоров с индексом K эта величина по спецификациям Intel составляет 56 c, а для остальных – 28 c.

Из-за таких указаний Intel производители материнских плат оказываются перед тяжёлым выбором. Если они будут устанавливать пределы PL1 и PL2, как рекомендует производитель процессоров, они серьёзно занизят быстродействие, что в конечном итоге может вызвать негативный отклик со стороны пользователей. Если же PL1 и PL2 игнорировать совсем, как в платах верхнего ценового диапазона, то процессоры у пользователей начнут перегреваться, потому что в системах среднего уровня высокопроизводительные кулеры используются нечасто.

Компания MSI в своих B560-платах вышла из этой ситуации следующим образом: в настройках BIOS пользователю предлагается выбрать тип используемой системы охлаждения: боксовый кулер, башенный кулер или СЖО. В зависимости от этого плата установит для процессора те или иные пределы потребления.

Выбор пределов PL1 и PL2 зависит не только от типа кулера, но и от типа используемой материнской платы. Так, в MAG B560 Tomahawk WiFi и MAG B560M Mortar WiFi считается незазорным для башенного кулера и СЖО выставить лимиты потребления CPU в либеральные 255 Вт, в то время как B560M Pro-VDH в этих же самых случаях назначает консервативные пределы PL1 = 135 Вт и PL2 = 180 Вт. И между этими значениями есть принципиальная разница: если в первом случае пределы потребления, скорее всего, не будут ограничивать частоту процессора, то во втором случае они наверняка вызовут падение частоты Rocket Lake при высокой нагрузке.

Именно поэтому надёжнее назначать пределы PL1 и PL2 вручную. Это можно сделать в разделе BIOS Advanced CPU Configuration. Если система охлаждения процессора это позволяет, то в соответствующих пунктах настроек можно поставить любое значение, которое не будет вызывать срезания частоты CPU во время работы.

Собственно, именно отсюда и проистекает падение производительности на B560-платах. Всё зависит от того, какие в каждом конкретном случае будут использованы пределы энергопотребления. Как мы показали в предыдущем разделе, если с платами MSI использовать процессоры Core i5-11400F и Core i7-11700F со снятыми пределами PL1 и PL2, ничего страшного не произойдёт – схемы питания плат вполне выдерживают такую нагрузку. Однако в состоянии по умолчанию такие платы могут ограничить производительность, причём на некоторых платах, например, на B560M Pro-VDH, чтобы отменить жёсткие лимиты по энергопотреблению, надо довольно глубоко залезать в настройки. Но самое главное — соответствующие опции для ручного указания параметров PL1 и PL2 есть на любых платах и производитель разрешает настроить их по своему желанию.

⇡#Описание тестовой системы и методики тестирования

Самое время поговорить о том, насколько всё сказанное про пределы потребления действительно важно и есть ли реальный смысл обращать столько внимания на ручное изменение пределов PL1 и PL2, когда в вашей системе установлен процессор семейства Rocket Lake. Попутно мы затронем и другой вопрос: действительно ли недорогая плата на базе набора системной логики B560 со снятыми пределами потребления может обеспечить производительность не хуже, чем флагманская материнка на Z590.

Для этого мы посмотрим на производительность одного из наиболее подходящих для использования в системах среднего уровня процессора Core i7-11700F на разных B560-платах MSI с выбором разных профилей системы охлаждения, а также при отмене пределов потребления. А после этого сравним полученные показатели производительности с тем, как работает тот же процессор на более дорогой материнской плате ASUS ROG Strix Z590-A Gaming WiFi с чипсетом Z590.

Следует оговориться: мы заведомо предполагаем, что используется производительная система охлаждения, которая способна отвести от Rocket Lake всё выделяемое им тепло. Ранее в процессорных обзорах мы проверяли и указывали, что для отвода тепла от Rocket Lake среднего уровня вполне подойдёт несложный башенный кулер под 120-мм вентилятор.

В состав тестовых систем вошли следующие комплектующие:

• Процессор: Intel Core i7-11700 (Rocket Lake, 8 ядер + HT, 2,5-4,9 ГГц, 16 Мбайт L3).
• Процессорный кулер: СЖО NZXT Kraken X63.
• Материнские платы:
  • ASUS ROG Strix Z590-A Gaming WiFi (LGA1200, Intel Z590);
  • MSI MAG B560 Tomahawk WiFi (LGA1200, Intel B560);
  • MSI MAG B560M Mortar WiFi (LGA1200, Intel B560);
  • MSI B560M Pro-VDH (LGA1200, Intel B560).
• Память: 2 × 16 Гбайт DDR4-3600 SDRAM, 16-18-18-38 (Crucial Ballistix RGB BL2K16G36C16U4BL).
• Видеокарта: NVIDIA GeForce RTX 3090 Founders Edition (GA102, 1395-1695/19500 МГц, 24 Гбайт GDDR6X 384-бит).
• Дисковая подсистема: Intel SSD 760p 2 Тбайт (SSDPEKKW020T8X1).
• Блок питания: Thermaltake Toughpower DPS G RGB 1000W Titanium (80 Plus Titanium, 1000 Вт).

Оперативная память работала в режиме DDR4-3600 с таймингами по XMP-профилю. Это также означает, что использовался режим Gear 1 и частота контроллера памяти 1800 МГц.

Тестирование выполнялось в операционной системе Microsoft Windows 10 Pro (21H1) Build 19042.572 с использованием следующего комплекта драйверов:

• AMD Chipset Software 3.8.17.735;
• Intel Chipset Driver 10.1.18793.8276;
• NVIDIA Game Ready Driver 471.96.

Описание использовавшихся для измерения вычислительной производительности инструментов:

Комплексные бенчмарки:

• Futuremark PCMark 10 Professional Edition 2.1.2508 – тестирование в сценариях Essentials (обычная работа среднестатистического пользователя: запуск приложений, сёрфинг в интернете, видеоконференции), Productivity (офисная работа с текстовым редактором и электронными таблицами), Digital Content Creation (создание цифрового контента: редактирование фотографий, нелинейный видеомонтаж, рендеринг и визуализация 3D-моделей).
• 3DMark Professional Edition 2.17.7173 — тестирование в сцене Time Spy Extreme 1.0.

Приложения:

• 7-zip 21.02 — тестирование скорости архивации. Измеряется время, затрачиваемое архиватором на сжатие директории с различными файлами общим объёмом 3,1 Гбайт. Используется алгоритм LZMA2 и максимальная степень компрессии.
• Adobe Photoshop Lightroom Classic 10.2 – тестирование производительности при пакетной обработке серии изображений в RAW-формате. Тестовый сценарий включает постобработку и экспорт в JPEG с разрешением 1920 × 1080 и максимальным качеством двухсот 26-мегапиксельных изображений в RAW-формате, сделанных цифровой камерой Fujifilm X-T4.
• Adobe Premiere Pro 2021 15.2.0 — тестирование производительности при нелинейном видеомонтаже. Измеряется время рендеринга в формат YouTube 4K проекта, содержащего HDV 2160p30 видеоряд с наложением различных эффектов.
• Blender 2.91.2 – тестирование скорости финального рендеринга в одном из популярных свободных пакетов для создания трёхмерной графики. Измеряется продолжительность построения финальной модели pavillon_barcelona_v1.2 из Blender Benchmark.
• x265 3.5+8 10bpp — тестирование скорости транскодирования видео в формат H.265/HEVC. Для оценки производительности используется исходный 2160p@24FPS AVC-видеофайл, имеющий битрейт около 42 Мбит/с.

Игры:

• Cyberpunk 2077. Разрешение 1920 × 1080: Quick Preset = Ray Tracing – Ultra. Разрешение 3840 × 2160: Quick Preset = Ray Tracing – Ultra.
• Far Cry New Dawn. Разрешение 1920 × 1080: Graphics Quality = Ultra, HD Textures = On, Anti-Aliasing = TAA, Motion Blur = On. Разрешение 3840 × 2160: Graphics Quality = Ultra, Anti-Aliasing = Off, Motion Blur = On.
• Hitman 3. Разрешение 1920 × 1080: Super Sampling = 1.0, Level of Detail = Ultra, Texture Quality = High, Texture Filter = Anisotropic 16x, SSAO = Ultra, Shadow Quality = Ultra, Mirrors Reflection Quality = High, SSR Quality = High, Variable Rate Shading = Quality. Разрешение 3840 × 2160: Super Sampling = 1.0, Level of Detail = Ultra, Texture Quality = High, Texture Filter = Anisotropic 16x, SSAO = Ultra, Shadow Quality = Ultra, Mirrors Reflection Quality = High, SSR Quality = High, Variable Rate Shading = Quality.
• Shadow of the Tomb Raider. Разрешение 1920 × 1080: DirectX12, Preset = Highest, Anti-Aliasing = TAA. Разрешение 3840 × 2160: DirectX12, Preset = Highest, Anti-Aliasing = Off.
• A Total War Saga: Troy. Разрешение 1920 × 1080: DirectX 12, Quality = Ultra, Unit Size = Extreme. Разрешение 3840 × 2160: DirectX 12, Quality = Ultra, Unit Size = Extreme.

Во всех игровых тестах в качестве результатов приводится среднее количество кадров в секунду, а также 0,01-квантиль (первая перцентиль) для значений FPS. Использование 0,01-квантиля вместо показателей минимального FPS обусловлено стремлением очистить результаты от случайных всплесков производительности, которые были спровоцированы причинами, не связанными напрямую с работой основных компонентов платформы.

⇡#Производительность в приложениях

Результаты, полученные в ресурсоёмких приложениях, ярко иллюстрируют всё сказанное выше. Профили системы охлаждения очень заметно влияют на производительность материнских плат MSI на базе B560 (все три испытанные нами платы функционируют схожим образом и выдают примерно одинаковые результаты в тестах). Если взять за эталон быстродействие со снятыми пределами по энергопотреблению, то видно, что профиль Water Cooler (255W) не снижает производительность, профиль Tower Air Cooler (135W) в особенно тяжёлых задачах вроде перекодирования видео или рендеринга может срезать производительность на 10-15 %, а применение профиля Boxed Cooler (65W) может отнять уже до 35 % быстродействия процессора.

При этом, если настроить пределы потребления процессора правильно, то платы MSI на чипсетах B560 оказываются даже немного быстрее, чем основанная на Z590 материнка ASUS. Это связано с тем, что платы MSI при конфигурировании памяти по XMP выставляют более агрессивные настройки. В результате мы получаем прекрасное подтверждение отсутствия каких-то врождённых ограничений быстродействия у недорогих платформ с чипсетом B560.

⇡#Производительность в играх

Картина в играх несколько отличается. Выше мы уже установили, что игровые приложения не относятся к разряду ресурсоёмких и не влекут за собой высокого энергопотребления или тепловыделения процессора. Поэтому ограничения пределов PL1 и PL2 влияют на кадровую частоту не так сильно. Здесь и профиль Water Cooler (255W), и профиль Tower Air Cooler (135W) оказываются примерно равнозначны по быстродействию. Реальный негативный эффект вызывает лишь самый жёсткий профиль Boxed Cooler (65W). Его активация приводит к падению FPS в среднем на 10 %, но в некоторых процессорозависимых играх производительность может снижаться сильнее – до 15 %.

Это небольшое тестирование показывает важность настройки плат, которые не всегда выставляют оптимальные настройки «из коробки». Но важно, если речь идёт о системах, основанных на процессорах Rocket Lake, иметь адекватное охлаждение CPU. Отменить процессору ограничения на максимальное потребление всегда можно через настройки BIOS, но если процессорный кулер не справится с отводом рассеиваемого тепла, эти настройки не помогут – производительность будет сдерживаться температурным троттлингом. Данный аспект сегодня остался обойдён вниманием, но забывать про него всё-таки не нужно.

⇡#Выводы

Самый главный вывод из проведённого исследования однозначен: материнские платы на базе набора логики B560 не создают препятствий для полноценного использования большинства процессоров семейства Rocket Lake. Быстродействие массовых моделей CPU среднего уровня, включая шестиядерные и восьмиядерные модели, они искусственно не занижают. На среднестатистической плате на базе Intel B560 можно получить примерно ту же производительность, что и на более дорогой материнке с чипсетом Z590. Иными словами, ограничения чипсета B560 касаются главным образом лишь разгонных возможностей и ничего больше. Платформы на его основе не дают доступа к изменению коэффициента умножения процессора, но не снижают быстродействие процессоров и даже позволяют разгонять оперативную память.

Впрочем, необходимо сделать несколько важных оговорок.

Во-первых, в тестировании приняли участие добротные материнские платы одного из ведущих производителей, компании MSI. Нет никаких сомнений, что если постараться, то можно найти ультрабюджетные и даже маргинальные модели, которые бы наверняка спасовали перед восьмиядерным Core i7-11700F и даже, возможно, перед шестиядерным Core i5-11400F. Однако мы исходим из того, что адекватный пользователь попросту не станет ради экономии нескольких сотен рублей приобретать вместе с мощным процессором плату с четырёхканальной схемой питания без какого-либо охлаждения зоны VRM.

Во-вторых, в практической части исследования мы сделали упор на совместимость плат с младшими шестиядерным и восьмиядерным Rocket Lake, считая, что именно такие CPU чаще всего и устанавливаются в массовые платформы, построенные на B560. В то же время флагманский Core i9-11900K требует несколько больше энергии даже по сравнению с Core i7-11700F и перед ним некоторые платы на базе B560 уже действительно пасуют. Это значит, что при формировании конфигурации на базе Rocket Lake следует помнить о соответствии класса материнки и процессора, который будет в неё установлен: старшие CPU этого семейства лучше использовать с материнскими платами, которые имеют более мощный VRM по сравнению с рассмотренными сегодня моделями.

Что же касается уровня производительности, который обеспечивают современные системы с одинаковыми процессорами семейства Rocket Lake, то он всё-таки может существенно различаться, но зависит это не столько от мощности системы питания на материнской плате, сколько от настроек энергопотребления процессора, которые материнская плата устанавливает для него по умолчанию. Именно здесь могут проявить себя различные ограничения, которые в конечном итоге приводят к различиям в производительности. Поэтому при выборе материнских плат не самого верхнего уровня нужно быть готовым к тому, что придётся потратить некоторое время на их настройку.

Например, при настройке B560-плат MSI почти всё зависит от параметра «тип кулера». Причём даже при выборе максимального варианта плата всё равно может ограничить процессор по потреблению и урезать его производительность. Как показало тестирование, из-за таких ограничений можно потерять и 15, и даже 25 % изначальной производительности Rocket Lake. Наилучший выход в этой ситуации – не полагаться на автоматические установки и предустановленные профили, а прибегнуть к ручному выбору пределов PL1 и PL2. В этом случае искусственные ограничения будут сняты и материнская плата на чипсете B560 сможет выдать производительность на уровне флагманских плат со старшим чипсетом Z590.

В заключение хочется отметить, что все три задействованные в этом исследовании материнские платы компании MSI с чипсетом B560 проявили себя как очень достойные платформы для процессоров Rocket Lake. Особо хочется отметить две платы — MSI MAG B560M Mortar WiFi и B560M Pro-VDH. Первая представляет собой прекрасно сбалансированную, обладающую хорошими возможностями и качественную LGA1200-материнку, которую можно использовать в том числе и в сборках довольно неплохого уровня. Вторая же воплощает идею разумной экономии, довольно непритязательно выглядит и несколько урезана по характеристикам, но тем не менее прекрасно вписывается в недорогие конфигурации и не создаёт никаких проблем в практическом применении.