Тестирование трех процессоров Intel Sandy Bridge. Эволюция или революция?

Архитектура. Материнские платы.

Ситуация на рынке процессоров в наше время достаточно однозначная, компания Intel занимает лидирующую позицию в большинстве сегментов, однако компания AMD плотно зафиксировала свои позиции в mainstream-сегменте, предлагая покупателю достаточно “дешевые” шестиядерные процессоры, которые, правда, могут противостоять только четырёхъядерным процессорам конкурента. Это расположение сил не изменил и выход самого высокочастотного шестиядерника от AMD, Phenom II 1100. С появлением процессоров, основанных на новой архитектуре Sandy Bridge, конкуренту, скорее всего, придется дополнительно снизить цену на свою продукцию.

В новом году Intel решила укрепить свои позиции не только по части процессоров, но и в сегменте интегрированных видеоадаптеров. Здесь компания планирует завоевать самый массовый сегмент видеорешений – интегрированный сегмент. В общем-то, более 50% продаж графических чипов и так приходилось на долю Intel, теперь же компания рассчитываетет составить конкуренцию ATI и NVIDIA в нижнем ценовом сегменте.

⇡#Немного теории

Несмотря на кажущееся сходство с предыдущими архитектурами Nehalem и Westmere, Sandy Bridge имеет достаточно много особенностей и нововведений, с которыми подробно можно ознакомиться в нашей статье по микроархитектуре Sandy Bridge, часть I. Вкратце остановимся на наиболее важных из них.

Прежде всего, стоит отметить появления абсолютно новой кольцевой 256-битной межкомпонентной шины (Ring Interconnect), которая служит для обмена данными между основными блоками процессора: четырьмя основными ядрами, графическим ядром, системным агентом и L3 кеш-памятью. Производительность кольцевой шины при частоте 3 ГГц составляет порядка 96 Гбайт/с между каждым из подключенных блоков. Такая пропускная способность с запасом обеспечивает потребности основных элементов ядра, что в свою очередь способствует достаточно простому масштабированию количества вычислительных блоков в будущем.

Следующее на что стоит обратить внимание, это появление так называемого системного агента (System Agent). Этот модуль содержит в себе контроллер памяти DDR3, модуль управления питанием (Power Control Unit, PCU), контроллеры PCI-Express 2.0, DMI, блок видеовыхода. Как и все основные блоки процессора, системный агент также подключен к скоростной кольцевой шине и располагается на одном кристалле с четырьмя x86 ядрами CPU. “Переехавший” на основной кристалл контроллер памяти вновь стал двухканальным – трехканальный контроллер, по мнению Intel, для настольных систем оказался избыточным. Контроллер PCI-Express 2.0 обеспечивает 16 линий PCI-E, которые при использовании систем из нескольких дискретных видеоадаптеров могут быть распределены по схеме 8+8 при использовании двух слотов или 8+4+4 при использовании трёх слотов PCI-E x16.

Интересной частью системного агента является контроллер управления питанием (PCU). Он отвечает за динамическое изменение напряжений питания и частот всех основных блоков процессора, причем для ядер процессора и графического ядра управление происходит раздельно.

Такое “близкое” расположение контроллера питания к процессору позволило достаточно сильно усовершенствовать алгоритм технологии Turbo Boost. Теперь, в зависимости от нагрузки, может происходить разгон ядер процессора и графического ядра до уровня, значительно превышающего TDP.

Помимо глубокой модификации “обвязки” вычислительных ядер большие изменения претерпели и сами ядра, что позволило называться Sandy Bridge по-настоящему новой архитектурой. Об этом можно подробно почитать во второй части обзорной статьи по микроархитектуре Sandy Bridge.

Последнее в нашем списке, но далеко не последнее по значению нововведение – это усовершенствованное графическая подсистема Intel HD Graphics (Микроархитектура Intel Sandy Bridge, часть III). Видеоядро интегрировано в процессор, однако в отличие от Clarkdale, где графический чип был подключен по шине QPI и являлся отдельным “кристаллом”, выполненным по отличному от основного ядра (45 нм) техпроцессу, оно находится на одном кристалле с основными ядрами процессора и выполнено по 32 нм техпроцессу. Помимо близкого расположения к ядрам, “видеочип” располагается рядом с кеш-памятью L3 CPU и имеет прямой доступ к нему через кольцевую шину. Конечно, этот факт означает то, что видеоподсистема будет давать дополнительную “нагрузку” на процессор, однако это, скорее, способствует увеличению производительности в 3D, так как быстрый L3-кеш будет полезен видеоядру, а при использовании ускорителя такого класса, как Intel HD Graphics, процессор большую часть времени попросту “простаивает (отдыхает)”.

Достаточно теории, ее и так уже было много, перейдем к реальным процессорам.

⇡#Платформа

Полный список процессоров и их характеристик мы уже публиковали, посмотреть его можно по этой ссылке. Платформа, которую компания Intel предоставила нам на тестирование, включает в себя новые материнские платы под LGA 1155, Intel DP67BG и Intel DH67BL, основанные на наборах микросхем Intel P67 и Intel H67, соответственно, и новые процессоры Intel Core i5-2400, Intel Core i5-2500K, Intel Core i7-2600K. Название процессора теперь содержит четырёхзначный номер, где первая цифра указывает на принадлежность к семейству Core второго поколения, а индекс “K” отображает наличие у процессора разблокированного множителя.

Помимо процессоров и материнских плат, нам также достались коробочные системы охлаждения для Core i5 и Core i7.

Кулер под новый Core i5 абсолютно идентичен системе охлаждения процессоров предыдущего поколения на LGA 1156 – такой же маленький цилиндрический алюминиевый радиатор и 80-мм вентилятор.

А вот охлаждение для Core i7-2600K выглядит гораздо серьёзнее. По конструкции система охлаждения напоминает боксовый кулер от экстремального Core i7-980х.

Однако отличия, все же есть. Новый кулер совсем немного уступает по габаритам своему двойнику под LGA 1366, суммарная рассеваемая площадь снижена приблизительно в полтора раза, в большей степени за счёт увеличенного расстояния между теплораспределительными пластинами, однако данный факт способствует улучшенной продуваемости радиатора, чего сильно не хватало системе охлаждения под LGA 1366. Также в новом кулере уменьшилось количество теплопроводящих трубок с восьми до шести. Забегая вперед, стоит отметить, что данная система охлаждения с запасом обеспечивает теплоотвод от процессора Core i7-2600K.

В таблице представлены основные характеристики процессоров:

А вот и сами процессоры:

Intel Core i5-2400

Intel Core i5-2500K

Intel Core i7-2600K

Intel Core i5-2500K и Intel Core i5-760

Внешне процессоры Sandy Bridge немного отличаются от своих родственников под LGA 1156. На лицевой стороне различие наблюдается в количестве контрольных контактов (тестпоинтов). Сзади отличие состоит в компоновке центральной части процессора элементами и отсутствии одного контакта в районе правого замка, да и сами замки слегка смещены к верху, чтобы особо пытливые не “впихнули” новый процессор в старый 1156 сокет. Это указывает на абсолютную несовместимость LGA 1155 и LGA 1156.

Intel Core i7-2600K и Intel Core i5-2500K

Внешние отличия между новыми Core i5 и Core i7 минимальны и заключаются только лишь в маркировках.

Материнские платы Intel на чипсетах P67 и H67

Материнская плата Intel DP67BG выполнена в форм-факторе ATX. Внешне плата выглядит достаточно сдержанно и без изысков. Выполнена она на чёрном текстолите, разбавленном синими разъёмами и радиаторами системы охлаждения. Именно в таком цветовом оформлении в последнее время компания Intel представляет свои ”топовые” платы. Однако все же есть пара моментов, которые способны выделить плату среди других:

Так, понравившееся компании Intel технологичное изображение ”черепка” теперь подмигивает нам своими светодиодными «глазами» в такт работы жесткого диска, а надпись Intel Desktop Board, нанесённая на радиатор, эффектно подсвечивается синими светодиодами.

Задняя панель не может похвастаться большим количеством разъемов, однако весь “стандартный” набор здесь присутствует.

Стоит обратить внимание на то, что контроллер USB 3.0 на плате по-прежнему реализован на стороннем чипе NEC D7200200F1, вопреки ожиданиям того, что на материнских платах с новыми чипсетами Intel он будет интегрирован в системную логику.

Из дополнительных “фишек” можно отметить присутствие на плате индикатора POST-кодов, кнопки старта и перезагрузки, а также светодиодных индикаторов, отображающих стадии запуска системы.

В целом материнская плата сделана достаточно качественно, разводка реализована с использованием твердотельных конденсаторов и экранированных катушек индуктивностей, облачённых в аккуратные корпуса.

При проведении практических испытаний мы будем использовать материнскую плату Intel DP67BG для тестирования процессоров в номинале и под “разгоном” свыше TDP при помощи технологии Turbo Boost. Поскольку данная плата c последним на момент тестирования Beta-BIOS не позволяет вручную поднимать множитель процессора, для ручного разгона мы использовали плату Gigabyte P67A-UD4.

Вторая плата, Intel DH67BL, выполнена в формате Micro-ATX. Внешне плата ничем особо не выделяется, PCB изготовлена на текстолите синего цвета, что делает её похожей на другие Micro-ATX платы от компании Intel под LGA 1156.

На плате также присутствует интерфейс USB 3.0, реализованный с помощью NEC D7200200F1, контроллер SATA 3 (6 Гбит/сек), реализованный посредством системной логики.

Поскольку плата обладает разводкой графического адаптера и имеет на задней панели видеовыходы (DVI и HDMI), на ней мы будем тестировать встроенное в процессоры Intel Sandy Bridge графическое ядро. Плата также позволяет менять максимальную частоту графического ядра и задавать его напряжение питания.

Разгон. Тестирование. Производительность.

Пришло время перейти к практическим испытаниям.

Для начала рассмотрим работу технологии Turbo Boost на примере процессора Intel Core i5-2400. Для этого поочередно загрузим одно, два, три и четыре ядра процессора и будем отслеживать его частоту.

Как видно из скриншотов, максимальное значение частоты достигает заявленных 3,4 ГГц, этот сценарий реализуется при загрузке одного ядра. Использование двух ядер позволяет “разогнаться” до 3,3 ГГц, а при полной загрузке трех и четырёх ядер частота поднимается лишь на одну ступень, до 3,2 ГГц. Посмотрим, как изменится ситуация, когда мы “отодвинем” рамки TDP при помощи настроек в BIOS. Вместо номинальных 95 Вт, выставим значение 150 Вт, также для каждого ядра изменим максимальное значение множителя для режима Turbo Boost. Для большей надёжности повысим напряжение ядра процессора на два пункта.

Как можно заметить из результатов, ситуация сильно изменилась. Теперь загрузка одного ядра поднимает его частоту до 3,8 ГГц. Два и три загруженных ядра работают на частотах 3,7 ГГц, а при загрузке всех четырёх ядер их частота составила 3,6 ГГц.

Дальнейшее увеличение значения максимального TDP и множителей для режима Turbo Boost не привело к дополнительному росту частот, следовательно, мы достигли максимального значения частот в режиме “Over TDP” Turbo Boost.

Для процессора Core i5-2400, как в прочем и для любого процессора Sandy Bridge в названии которого отсутствует индекс “K”, разгон с помощью Turbo Boost очень важная функция, поскольку эти процессоры имеют заблокированный на повышение множитель, а разгон с помощью изменения базовой частоты на платформе Sandy Bridge затруднителен.

На рисунке показано максимальное значение базовой частоты, при которой система вела себя стабильно – 105 МГц. Со сменой процессора на Core i7-2600K ситуация не поменялась.

Мы имеем дело с особенностями архитектуры, поэтому единственный, оставленный компанией Intel, путь к разгону процессора лежит через изменение его множителя.

Сначала проведём испытания процессоров на номинальной частоте с включенной технологией Turbo Boost (Turbo Core для AMD).

Как и ожидалось, процессоры Core i5-2400, Core i5-2500K и Core i7-2600K оказались во всех проведённых нами тестах значительно быстрее своих “родственников” со старой архитектурой. Также мы наблюдаем отставание “шестиядерника” AMD от четырёхъядерного процессора Core i7-2600K во всех проведённых нами тестах. В некоторых тестах новый Core i7-2600K обгоняет даже экстремальный Core i7-980x! Отчасти это заслуга более высоких тактовых частот работы процессоров, отчасти более эффективной работы технологии Turbo Boost, отчасти эффективности новой архитектуры. Чтобы выявить влияние новой архитектуры на производительность, необходимо узнать “эффективность” одного мегагерца новых процессоров, по сравнению с предшественниками. Для этого проведем тестирования со строго зафиксированными частотами:

Что касается процессоров Core i5, то в целом, 1 МГц процессора архитектуры Sandy Bridge быстрее 1 МГц процессора архитектуры Nahalem, практически во всех тестах, только лишь в ряде испытаний наблюдается незначительное отставание. Средний рейтинг прироста (исключая тест AES)составляет 6,95 %. Практически ту же картину мы наблюдаем и для Core i7, средний рейтинг прироста составил 7,12 %

Результаты тестирования в 3D-тестах:

В 3D-тестах ситуация повторяется: процессор Core i5-2500 практически догоняет Core i7-870, который в свою очередь достаточно ощутимо проигрывает Core i7-2600K. Хуже всего дела обстоят у процессора AMD Phenom II 1100T, он достаточно сильно проигрывает всем участникам тестирования, лишь только в Crysis при высоких настройках графики он находится на равных, однако это связано с тем, что в таком режиме ограничивающим фактором была видеокарта.

Энергопотребление. Производительность видеоподсистемы. Выводы.

Энергопотребление всей системы в различных режимах работы:

* Видеокарта NVIDIA GTX 580

Здесь всё достаточно “прозрачно”, системы, собранные на процессорах Sandy Bridge потребляют значительно меньше электроэнергии, нежели система, основанные на Core i7-870. Процессор от AMD снова в аутсайдерах.

Теперь приведём результаты тестирования разогнанных систем:

Здесь тоже всё достаточно закономерно. Разгон с помощью Turbo Boost при превышении TDP позволяет получить дополнительный прирост производительности, этот режим будет наиболее востребован для процессоров с заблокированным множителем. Ручной разгон процессоров с разблокированным множителем достаточно ощутимо позволяет поднять производительность системы.

⇡#Энергопотребление разогнанных систем

Анализируя данные, приведенные в таблице можно сделать вывод, что ручной разгон и разгон через Turbo Boost достаточно ощутимо поднимают энергопотребление системы, однако абсолютное значение остается достаточно небольшим, и любого “честного” блока питания на 350 Вт будет достаточно для работы платформы Intel Sandy Bridge вместе с видеокартой NVIDIA Geforce GTX 580. Другой вопрос, что «честных» блоков на 350 Вт практически не встречается в природе.

⇡#Тестирование видеоподсистемы

В связи с тем, что Intel нацелена покорить пьедестал массовых видеорешений, для сравнения были выбраны карты из этого сегмента от графических гигантов NVIDIA и AMD. Ими стали Zotac GeForce GT 430 и AMD Radeon HD 5570. Также, для того, чтобы наглядно увидеть прогресс компании Intel в сегменте видеоадаптеров, мы сравнили новое графическое ядро платформы Sandy Bridge со “старым, видавшим виды” Clarkdale.

Ниже приведены частоты ядер и памяти видеоадаптеров, принимавших участие в наших тестах:

Результаты тестирования приведены в сводной таблице.

Глядя на результаты, сразу можно определённо сказать, что компания Intel серьёзно поработала над графической частью своих процессоров. Без разгона, новые графические решения почти во всех тестах более чем в два раза быстрее видеоядра Clarkdale. При этом после разгона Intel HD Graphics 3000 в некоторых тестах достаточно близко подбирается к NVIDIA GT430, правда, в большинстве тестов младший ускоритель NVIDIA все же обходит встроенную графику Sandy Bridge почти в два раза.

⇡#Энергопотребление

Также интересно было посмотреть, на сколько энергоэффективной получилась новая платформа. Для этого мы провели измерения энергопотребления всей системы в типичных задачах в различных конфигурациях.

Как видно из результатов, при использовании встроенных видеорешений достигается максимальная энергоэкономичность всей системы. Это, в свою очередь, будет полезно для продления времени автономной работы мобильных устройств.

В заключение стоит сказать пару слов о температурном режиме процессоров Intel Sandy Bridge. Глядя на результаты измерения энергопотребления новой платформы, можно смело предположить, что новые процессоры будут гораздо холоднее своих предшественников. Так и есть. В номинальных режимах работы радиаторы системы охлаждения процессоров Core i5 2400, Core i5-2500K и Core i7-2600K на ощупь были едва теплыми даже при полной загрузке.

Для наглядности проведём тестирование тепловыделения процессора Core i5-2400 с использованием пассивной системы охлаждения (без обдува).

Для этого используем радиатор от кулера Thermalright Silver Arrow.

При загрузке всех четырёх ядер с помощью WPrime температура процессора медленно поднималась и достигла стационарного состояния с максимальной температурой 69 градусов, при этом комнатная температура примерно равнялась 26 градусам по Цельсию.

Как только тест закончился, произошла разгрузка всех ядер и температура процессора достаточно быстро начала опускаться.

При отсутствии какого-либо обдува это довольно впечатляющий результат. Для рассевания тепла, выделяемого процессором Core i5-2400 достаточно всего лишь эффекта конвекции. Четырёхъядерные процессоры Core i5 предыдущего поколения не могли бы себе такого позволить.

⇡#Выводы

Чтож, пришло время подвести итог. Ещё раз взвесим основные результаты и попробуем ответить на главный вопрос: “Intel Sandy Bridge – революция или эволюция?”. Конечно, с точки зрения производительности “на один мегагерц” мы не получили в наших тестах революционного прироста, как это было в своё время с ядром Conroe после микроархитектуры NetBurst. Процессоры Intel Sandy Bridge просто в большинстве случаев быстрей и эффективней своих предшественников по соотношению производительности на Ватт – следующий шаг в эволюционном развитии.

Однако маленькие революционные задатки всё же имеются. Во-первых, это абсолютно новая система коммутации между компонентами процессора, которая своей пропускной способностью оставляет задел на будущее для масштабирования количества и вычислительной мощности блоков процессора. Во-вторых, графическая подсистема, показывающая революционный прирост производительности при уменьшенном энергопотреблении по сравнению с предыдущим поколением Intel HD Graphics. В целом, получился добротный энергоэффективный процессор, который вполне неплохо покажет себя при использовании в домашнем ПК, а наличие хорошей встроенной графики делает архитектуру Sandy Bridge хорошим подспорьем производителям мобильных компьютеров.