Обзор процессоров Xeon E5-2640 v3 и Xeon E5-2678 v3 с Aliexpress: пришельцы из прошлого

Тема ПК, собранных из комплектующих с AliExpress, появилась не вчера — Китай исправно выбрасывает на торговую площадку списанные из дата-центров процессоры Xeon уже достаточно давно. Более того, китайские коммерсанты сумели построить вокруг них не только необходимую экосистему, но и целый культ, в раскрутку которого включилась довольно многочисленная группа блогеров. Но какими бы ни были истинные мотивы китайских продавцов и российских приверженцев сборок на базе Xeon с AliExpress, нельзя отрицать очевидный факт: на первый взгляд эти конфигурации выглядят очень привлекательно. Процессоры Xeon, пусть и выпущенные несколько лет тому назад, обладают большим количеством вычислительных ядер и как минимум не проигрывают по этой характеристике современным десктопным решениям. При этом по цене они сравнимы с актуальными процессорами нижнего ценового сегмента, и у неподготовленного покупателя это невольно создаёт впечатление, что заказ комплектующих из Китая — хороший путь к созданию производительных и при этом недорогих ПК.

Тем не менее до недавних пор за подробные тесты старых Xeon с AliExpress мы не брались. Их очевидное технологическое отставание от актуальных CPU вместе с теми проблемами, которые приносят с собой материнские платы, разработанные для них китайскими производителями, казались нам достаточным основанием для того, чтобы у старых Xeon не было шансов стать популярным выбором технически подкованной аудитории. Однако сейчас окружающая нас действительность сильно изменилась. Цены на комплектующие в российской рознице очень нестабильны, а, кроме того, над отечественным компьютерным рынком нависла угроза дефицита компонентов. Реализуются негативные сценарии или нет — пока судить сложно. Но для того, чтобы поподробнее окунуться в тему китайских Xeon, причин в любом случае хватает. Жизнь вполне может распорядиться так, что подбор и заказ комплектующих на AliExpress станет не только одним из немногих возможных вариантов, но и наиболее предпочтительным с точки зрения цены при сборке новых ПК. Поэтому знать заранее, на что можно рассчитывать в этом случае, будет явно не лишне.

На китайской торговой площадке можно найти широкий ассортимент бывших в употреблении Xeon различных поколений, ориентированных на установку в различные сокеты. Однако в любом случае все такие процессоры представляют собой уже отработавшие в серверах свой срок экземпляры, а потому к числу современных они не относятся. Самые свежие CPU, которые можно найти среди китайских Xeon, относятся к серии Xeon E5 v3 — они выпускались в 2014-2015 годах и предназначались для сокета LGA2011-3. Эту же платформу использовал, например, HEDT-процессор Core i7-5960X Extreme Edition.

Именно о платформе LGA2011-3 и пойдёт речь в этой статье. Во-первых, процессоры для неё современнее и производительнее иных вариантов с AliExpress: они базируются на микроархитектуре Haswell и уже имеют поддержку DDR4 SDRAM. Во-вторых, это семейство включает большое число разных моделей, в том числе и с двузначным количеством ядер. И в-третьих, для представителей этого семейства энтузиасты научились включать некоторое подобие MCE (Multi-Core Enhancements) — функцию, которая позволяет повышать тактовую частоту путём активации максимального турборежима при загрузке любого количества ядер. Всё это в сумме делает Xeon E5 v3 привлекательнее остальных вариантов — именно от них можно ожидать максимальной производительности.

Для данного тестирования мы взяли два наиболее популярных процессора семейства Xeon E5 v3, просто выбрав их по максимальному числу покупок на AliExpress. Этими процессорами оказались восьмиядерный Xeon E5-2640 v3 с ценой порядка $25 и двенадцатиядерный Xeon E5-2678 v3, стоимость которого составляет около $110. Стоит упомянуть, что на торговой площадке есть и более навороченные, например восемнадцатиядерные, процессоры, но они особой популярностью не пользуются ввиду избыточности такого количества ядер и повышенных требований к системам питания и охлаждения. Также непосредственным участником тестирования стала китайская материнская плата с поддержкой Xeon E5 v3 — её роль сыграла модель Huahahzhi X99-BD4 Gaming стоимостью $95. Таким образом, речь в этом обзоре пойдёт о полной платформе, которую может приобрести на AliExpress любой желающий.

⇡#Что надо знать о Xeon E5 v3

Процессоры Xeon E5 v3 были выпущены компанией Intel во второй половине 2014 года и стали результатом внедрения микроархитектуры Haswell в серверном сегменте. Формально Haswell — это вторая итерация микроархитектуры после Sandy Bridge и первый «так», то есть её существенная переделка. В то же время пользователи десктопных процессоров, когда Intel предложила им Haswell, остались не слишком довольны введёнными на этом этапе улучшениями, хотя старший настольный носитель этой микроархитектуры Core i7-4770K оказался быстрее флагманского Sandy Bridge на довольно заметные 10-15 %.

Впрочем, серверный сегмент воспринял появление Haswell с куда большим оптимизмом. И дело здесь не столько в приросте производительности, сколько в новых возможностях, которые дали процессоры Xeon E5 v3 строителям серверов. Среди них — важная для решения вычислительных задач поддержка 256-битных векторных инструкций AVX2, полуторакратный рост максимального количества ядер и поддержка новой DDR4-памяти. Всё это в сумме дало возможность увеличить производительность и функциональность серверов куда существеннее, чем в случае настольных систем.

Этот список изменений позволяет Xeon E5 v3 предлагать на бумаге неплохой набор характеристик и в современных условиях, чем как раз и пользуются те, кто продвигает эту платформу в среде обычных пользователей. Поддержка DDR4 даёт возможность использовать с процессорами Xeon E5 v3 привычную и распространённую память. AVX2-инструкции теперь востребованы не только в серверных, но и в десктопных приложениях. А число ядер в Xeon E5 v3, которое может доходить до 18, создаёт впечатление достаточной для сегодняшнего дня производительности таких CPU.

Однако при этом процессоры Xeon E5 v3, при производстве которых применялся техпроцесс с нормами 22 нм, имеют не слишком высокие тактовые частоты. По этой характеристике они не выигрывают дажеу своих предшественников. Для представителей этого семейства характерны базовые частоты около 2,2-3,0 ГГц и частоты в турборежиме, достигающие в лучшем случае 3,4-3,8 ГГц. Тепловые пакеты разных моделей CPU варьируются в диапазоне от 55 до 145 Вт, однако нужно иметь в виду, что Haswell горячее прочих процессоров как минимум потому, что в них с материнской платы был перенесён регулятор питания.

Xeon E5 v3 рассчитаны на использование в материнских платах с разъёмом LGA2011-3, который немного отличается от применявшегося с прошлыми процессорами LGA2011. Изменения связаны как с введением поддержки DDR4 SDRAM, так и с появлением в Haswell встроенного регулятора питания. Кстати, именно благодаря ему в Xeon E5 v3 добавились новые технологии управления частотой и напряжением — Per Core P-State и Energy Efficient Turbo. С их помощью в процессоре реализовано поядерное управление частотными режимами, что в конечном итоге и открывает в Xeon E5 v3 пресловутую возможность «блокировки турбобуста». Благодаря ей процессор можно заставить работать на максимальной частоте, заложенной турборежимом, при нагрузке на любое количество ядер, а не на одно-два, как предполагает спецификация.

В 2014 году платформа LGA2011-3 была представлена в двух вариантах: серверном с участием системной логики C612 (с кодовым именем Grantley) и HEDT с чипсетом X99. Оба эти чипсета обеспечивали поддержку портов USB 3.0 и SATA3, а также гигабитной сети, в то время как за работу шины PCI Express 3.0 в платформе LGA2011-3 отвечали сами процессоры — встроенный в Xeon E5 v3 контроллер поддерживает целых 40 линий PCIe. Однако и C612, и X99 сравнительно дороги и уже не производятся Intel, поэтому в современной китайской редакции платформы LGA2011-3 чаще применяются совсем другие чипсеты. Благо Xeon E5 v3 для связи с системной логикой использует стандартную шину DMI 2.0, к которой можно подключать довольно широкий набор чипсетов Intel. В результате на AliExpress встречаются LGA2011-3-платы на B85, H81, Q85, Z87 и других простых чипсетах, которые обычно использовались в десктопных платах под LGA1150.

Впрочем, на функциональность платформы это практически не влияет. Основной набор её свойств реализуется в самом процессоре. Все линии PCIe берутся непосредственно от CPU, также от самого процессора зависит и поддержка памяти — в любых вариантах конфигурации платформа LGA2011-3 поддерживает четыре канала DDR4-1866 или DDR4-2133 в виде регистровых или обычных небуферизованных модулей DIMM. Единственное, что нужно иметь в виду, — некоторые китайские производители из соображений экономии не всегда разводят на материнских платах все четыре канала памяти, ограничиваясь поддержкой двухканальной DDR4 SDRAM. Также среди недорогих предложений есть и материнские платы под DDR3-память, с ней некоторые модели Xeon E5 v3 тоже совместимы.

⇡#Можно ли считать Haswell современной микроархитектурой

На первый взгляд кажется, что Haswell — вполне актуальная микроархитектура, которая, хоть и была разработана почти десятилетие тому назад, устареть ещё не успела. Продолжая эту логику, можно сказать, что у современных Alder Lake нет ничего такого, что бы претендовало на звание киллер-фичи, определяющей их принципиальное превосходство. Так, поддержка AVX-512 в десктопных вариантах современных CPU отключена, а гибридный дизайн и технология Thread Director пока остаются прерогативами исключительно флагманских моделей и к тому же полноценно поддерживаются только в Windows 11.

При этом Haswell серьёзно отличается в лучшую сторону от своей прародительницы — микроархитектуры Sandy Bridge. И речь не только об уже упоминавшейся поддержке AVX2-инструкций, а о более фундаментальных изменениях, которые сделаны на самом низком уровне. В Haswell улучшены алгоритмы предсказания переходов и повышена эффективность обработки ошибок в предсказании ветвлений; расширены все основные внутриядерные буферы (в первую очередь буфер внеочередного исполнения); увеличено — с 6 до 8 — число исполнительных портов; а ещё удвоена производительность операций сохранения и загрузки данных, а также пропускная способность кеш-памяти второго уровня.

Микроархитектура Haswell

Однако если вспомнить, какой массив усовершенствований Intel успела внедрить за прошедшее с момента появления Haswell время, идея о какой-либо прогрессивности Haswell кажется изрядным преувеличением. И хотя в настольном сегменте Intel почти на шесть лет приостанавливала развитие дизайнов CPU, за время, прошедшее со времён появления Haswell, компания всё-таки успела сделать три серьёзных шага вперёд. Эти шаги — Skylake, Cypress Cove и Golden Cove.

В результате, если сравнивать между собой ядра Haswell и Golden Cove, в подавляющем преимуществе сегодняшней микроархитектуры не остаётся никаких сомнений. Оно видно на каждом этапе исполнительного конвейера. Если говорить о его входной части, то Golden Cove вдвое превосходит Haswell по темпу выборки инструкций из L1-кеша, имеет в полтора раза больше декодеров и обладает кешем декодированных инструкций на 4096, а не на 1536 микроопераций, который к тому же способен отдавать их с вдвое более высокой скоростью. К этому нужно прибавить серьёзные улучшения в предсказании переходов — существенное увеличение буфера целей ветвлений и появление в его алгоритмах элементов ИИ.

Значительное расширение входной части исполнительного конвейера находит симметричный отклик и на последующих этапах. Golden Cove в сравнении с Haswell способен отправлять на выполнение в полтора раза больше инструкций, для обработки которых теперь предусматривается 12 исполнительных портов против имевшихся в Haswell восьми. При этом буфер переупорядочивания, в рамках которого инструкции могут отправляться на исполнение вне программного порядка, вырос по объёму в 2,7 раза. Всё это заметно расширяет микроархитектуру Golden Cove на всём протяжении исполнительного конвейера и в конечном итоге делает ядра на её основе намного более производительными в вычислительном плане.

Здесь же нельзя не отметить, что Haswell серьёзно уступает современным процессорам и по возможностям работы с данными. Микроархитектура Golden Cove способна выполнять по три 256-битные загрузки данных за такт, в то время как Haswell рассчитана лишь на две такие загрузки. К тому же у новых процессоров заметно выросли объёмы кеш-памяти. Вместо 32-Кбайт L1D- и 256-Кбайт L2-кеша в ядрах Golden Cove применяются 48-Кбайт L1D- и 1280-Кбайт L2-кеши.

Таким образом, практически любой из ключевых узлов процессорной микроархитектуры за прошедшие с момента появления Haswell девять лет стал шире, быстрее или эффективнее как минимум в полтора раза. И это значит, что с точки зрения показателя IPC (числа исполняемых за такт инструкций) Haswell должен довольно существенно проигрывать современным процессорам поколения Alder Lake. Чтобы получить количественную оценку этого разрыва, мы провели небольшое тестирование, в рамках которого сопоставили производительность представителей семейств Haswell и Alder Lake с одинаковым числом ядер и на одинаковой тактовой частоте.

Для чистоты эксперимента в этом случае было использовано два десктопных четырёхъядерных процессора Core i7-4770K (Haswell) и Core i3-12100 (Alder Lake) с тактовой частотой, жёстко зафиксированной на отметке 4,0 ГГц.

И в таком сравнении в ресурсоёмких приложениях Alder Lake показал примерно полуторакратное преимущество перед Haswell, что прекрасно согласуется с описанным выше масштабом улучшений микроархитектуры на эволюционном пути Haswell — Skylake — Cypress Cove — Sunny Cove.

Ещё показательнее ситуация выглядит в играх. В случае измерения частоты кадров с видеокартой GeForce RTX 3090 при выборе максимального качества в разрешении Full HD превосходство Alder Lake с точки зрения удельной производительности оказывается даже немного выше, чем в ресурсоёмких приложениях.

И это значит, что процессоры с микроархитектурой Haswell отстают от современных решений с точки зрения удельной производительности как минимум в полтора раза. Это — очень убедительная иллюстрация того, что, как бы того ни хотелось приверженцам Xeon c AliExpress, они современными решениями считаться не имеют никакого права.

Более того, в действительности разрыв в производительности между Xeon E5 v3 и процессорами Intel современного поколения будет ещё драматичнее, потому что помимо IPC есть ещё и заметная разница в тактовых частотах. Haswell производились по 22-нм техпроцессу, максимумом возможностей которого была частота 4,0 ГГц, а сейчас в ходу гораздо более современная технология с нормами 10 нм, которая позволяет многоядерным процессорам Alder Lake штурмовать отметку 5 ГГц. При этом частота многоядерных представителей серии Xeon E5 v3 даже в случае «блокировки турбобуста» скорее будет лежать в районе 3,4 ГГц, в то время как любой из десктопных Alder Lake даже начального уровня обеспечит рабочую частоту не менее 4,0 ГГц. Такое отличие в частоте конвертируется в дополнительное отставание в производительности решений семейства Xeon E5 v3, относительный размер которого будет пропорционален разнице в частоте и составит минимум 20-25 %.

А это значит, что разрыв в потенциальном быстродействии Xeon E5 v3 и Alder Lake с одинаковым количеством ядер по примерным прикидкам будет приближаться к двукратному. Поэтому покупатели серверных процессоров на AliExpress должны отдавать себеотчёт в том, что, приобретая восьмиядерник, они в лучшем случае получат что-то уровня Core i3, а для получения производительности примерно как у Core i5 нужно смотреть в сторону Xeon как минимум с 12 ядрами. Причём решения с микроархитектурой Haswell могут быть сравнимы с недорогими современными процессорами лишь по многопоточной производительности, а в случае малопоточных нагрузок их конкурентоспособность в сравнении с любыми современными решениями вызывает очень большие сомнения.

⇡#Xeon E5-2640 v3 и Xeon E5-2678 v3: характеристики и особенности

В серии Xeon E5 v3 было выпущено очень большое количество различных CPU, но в целом всё это разнообразие сводится к различиям в числе вычислительных ядер и установленном тепловом пакете. Для обычных пользователей, которые заинтересованы в построении ПК общего назначения, интерес в первую очередь представляют модели, имеющие более высокую частоту, и это — не старшие модели. Выбранные нами для тестов Xeon E5-2640 v3 и Xeon E5-2678 v3 популярны не просто так: это как раз такие варианты, которые, с одной стороны, обладают приемлемыми частотами, а с другой — могут похвастать привлекательной ценой.

Xeon E5-2640 v3 — это восьмиядерный CPU, который смело можно назвать ультрабюджетным. Современных процессоров, которые бы стоили пару-тройку десятков долларов, попросту не бывает, и с этой позиции Xeon E5-2640 v3 уникален в своём роде.

Базовая частота данного CPU составляет 2,6 ГГц, в турборежиме при малопоточной нагрузке он может разгоняться до 3,4 ГГц. Эту частоту от Xeon E5-2640 v3 можно получить и при любой нагрузке, если применить к нему специальный хак — так называемую блокировку турбобуста. Он реализуется исправлением кода BIOS, и в Сети можно найти как пошаговые инструкции по его проведению, так и готовые пропатченные прошивки для разных китайских материнских плат.

Объём кеш-памяти третьего уровня рассматриваемого восьмиядерника составляет 20 Мбайт. Его контроллер памяти поддерживает четырёхканальную DDR4-1866 — более скоростная память, к сожалению, с Xeon E5-2640 v3 не работает.

Тепловой пакет Xeon E5-2640 v3 установлен в 90 Вт, при этом процессор греется совсем несильно, а отводить от него тепло несложно благодаря довольно крупному кристаллу площадью 366 мм² и припою под крышкой. Даже с частотой, зафиксированной на уровне 3,4 ГГц, этот процессор сравним по потреблению и тепловыделению с современными Ryzen 5 5600X и никаких сложных систем охлаждения не требует.

Второй процессор, 12-ядерный Xeon E5-2678 v3, по мнению китайский продавцов, находится на другом конце модельного ряда серверных Haswell. Он относится к числу «элитных» предложений на AliExpress — за него попросят примерно столько же, сколько за новый Core i3-12100F. Это, конечно, далеко от настоящего премиального уровня, но более дорогих вариантов б/у Xeon E5 v3 попросту нет. Даже 18-ядерные процессоры стоят примерно столько же. Такое позиционирование 12-ядерника связано с его характеристиками: тут сведено воедино и интересное количество ядер, и неплохая тактовая частота, и приемлемое тепловыделение.

Базовая частота 12-ядерного Xeon E5-2678 v3 — 2,5 ГГц, а в турборежиме она вырастает до 3,3 ГГц. В номинале максимальная частота доступна лишь при нагрузке на 1-2 ядра, но процессор можно настроить так (путём исправления BIOS), что на ней он будет работать всегда.

Объём L3-кеша у 12-ядерника в полтора раза больше, чем у восьмиядерника, и достигает 30 Мбайт. При этом сам кеш устроен немного не так, как у Xeon E5-2640 v3: в данном случае сегменты кеша объединяются не одной, а двумя кольцевыми шинами с промежуточными коммутаторами. По этой причине части L3-кеша по отношению к одному ядру имеют слегка разную латентность. Аналогичным образом дело обстоит и с контроллерами памяти — в данном случае используется два двухканальных контроллера с поддержкой DDR4-2133, а не один четырёхканальный контроллер, как в случае Xeon E5-2640 v3.

В отличие от восьмиядерного собрата Xeon E5-2678 v3 — довольно горячий чип. Официально его тепловой пакет — 120 Вт, и в реальной работе он может греться примерно как 12-ядерные Alder Lake. Для такого процессора уже нужен довольно серьёзный кулер.

Отдельно нужно упомянуть, что процессоры Xeon E5 v3 ввиду их серверного предназначения лишены каких-либо возможностей для разгона. Их множитель заблокирован, поэтому ни Xeon E5-2640 v3, ни Xeon E5-2678 v3 на частоте выше 3,3-3,4 ГГц работать не могут. Точно так же эти процессоры не позволяют разгонять и память: DDR4-1866/2133 — максимум возможного. И хотя невысокая частота памяти в системах на базе Xeon E5 v3 отчасти компенсируется её четырёхканальностью, в таких конфигурациях лучше использовать хотя бы небуферизованные модули, которые быстрее регистровых. Этот момент мы оговариваем отдельно, поскольку продавцы на AliExpress нередко предлагают комплекты, которые включают более медленную серверную регистровую память.

⇡#Замечания о китайских LGA2011-3-платах

Поскольку процессоры Xeon E5 v3 ориентированы на применение в составе серверного оборудования, «гражданских» материнских плат для них изначально не делали. Исключение составляют лишь основанные на чипсете X99 платы для HEDT-процессоров серии Core i7-5900X, которые совместимы в том числе и с серверными CPU, однако их было выпущено сравнительно немного, и сейчас найти их в продаже нереально. Поэтому китайским производителям пришлось взяться за решение этой проблемы, и AliExpress наводнился достаточно большим числом потребительских LGA2011-3 плат, выпускаемых под локальными брендами вроде Huananzhi, Jingsha, Machinist и другими.

Все такие платы спроектированы специально для сборки настольных ПК на основе Xeon E5 v3, поэтому они наделены такими характеристиками, чтобы среднестатистический пользователь получил от системы на серверном процессоре примерно те же ощущения, что и от обычного десктопа. Оттого китайские платы под Xeon E5 v3 не имеют ничего общего с серверными материнками и куда больше похожи на современные платы для Socket AM4- или LGA1700-процессоров. Этому очень помогают характеристики самих Xeon E5 v3: процессор имеет 40 линий PCIe 3.0, и такого набора вполне хватает не только для подключения видеокарты, но и для реализации слотов M.2, а также для подключения каких угодно контроллеров. Иными словами, несмотря на то, что чипсеты для LGA2011-3 проектировались много лет назад, возможности китайских плат на их базе архаичными совсем не выглядят.

Однако существует проблема другого характера: китайские производители плат склонны к чрезмерной экономии, и это прослеживается вообще во всём. В результате получается так, что, хотя LGA2011-3-платы с AliExpress и предлагают всё необходимое для современной системы, контроллеры, установленные на них (например, сетевой или звуковой), скорее всего, будут выбраны из числа наиболее дешёвых. Портов USB 3.0 тоже, вероятно, окажется не так много, и все они наверняка будут лишены защиты от статического электричества.

Конкретный пример — плата Huahahzhi X99-BD4 Gaming, которой пользовались в этом тестировании мы. Судя по цене, она относится к числу решений среднего уровня, но при подробном знакомстве к её дизайну возникает немало вопросов. Так, её размер меньше стандартного ATX, из-за чего надёжно закрепить её в корпусе не так-то просто. А схема питания процессора имеет лишь шесть фаз и сильно греется, из-за чего китайцам пришлось взгромоздить на неё активное охлаждение с парой 30-мм вентиляторов.

Естественно, на подобных платах не предусматривается никакой подсветки, как и возможности её подключения, да и регулировка оборотов вентиляторов доступна только для одного процессорного кулера.

Но ещё сильнее расстраивает BIOS китайских LGA2011-3-плат. Какой-либо его адаптацией для настольных систем никто не занимается, и фактически пользователю приходится иметь дело с набором настроек, характерных для серверов, где всё очень и очень специфично. Например, такой BIOS не предусматривает возможности изменения таймингов памяти, и для того, чтобы получить доступ к этим настройкам, необходимо поменять прошивку на специальную модифицированную версию. То же самое касается и пресловутой возможности «блокировки турбобуста». Чтобы заставить Xeon E5 v3 работатьна максимальной частоте, нужно также модифицировать код BIOS.

Кроме того, в процессе использования китайских плат всплывает множество мелких, но довольно неприятных глюков, успешно бороться с которыми получается далеко не всегда. Обсуждения таких материнок на форумах неизменно растягиваются на сотни страниц, что прекрасно показывает — лёгкой жизни с ними ждать не приходится.