APU против GPU: сравнительный обзор

Давненько мы не посещали сектор бюджетных графических процессоров. Внимание тестовых лабораторий приковано к мощным высокопроизводительным GPU, ведь именно в них наиболее ярко проявляется движение прогресса. Изредка в поле зрения попадает видеокарта средней ценовой категории, ну а все, что ниже, — для энтузиастов попросту мышиная возня. Однако нужно спуститься с небес на землю. Младшие GPU продаются так, как и не снилось флагманам, ведь не все геймеры стремятся играть с бескомпромиссными настройками графики и готовы тратить немаленькие суммы на соответствующее железо. Это во-первых. Во-вторых, в бюджетном секторе сейчас происходят не столь яркие, как на самом верху, но по сути столь же значительные преобразования.

Ряд технологий, которые некогда дебютировали в дорогостоящих продуктах, продержались на рынке достаточно долго, чтобы у обоих основных производителей GPU сформировались модельные линейки, унифицированные по функциям и дифференцированные лишь по производительности. Везде поддерживается DirectX 11 с эффектами, соответствующими по меньшей мере feature level 11_0, из которых наиболее заметный — аппаратная тесселяция. Присутствует аппаратное декодирование видео стандарта H.264 и — за редкими исключениями — порт HDMI 1.2a, обеспечивающий совместимость с 4К-дисплеями и стереоскопическим 3D.

Переход AMD и NVIDIA на технологическую норму 28 нм также позволил бюджетным GPU сделать большой шаг вперед в тактовых частотах и производительности, оставаясь в рамках скромного энергетического бюджета. Не менее важный эффект оказало распространение памяти GDDR5: GDDR3 осталась признаком уж откровенно дешевых видеоадаптеров. Как результат, недорогие GPU демонстрируют в бенчмарках уровень производительности, которого трудно ожидать от невзрачных на вид видеокарточек, зачастую даже без дополнительного питания. В серии групповых тестов, которые мы периодически проводим в известных играх, бюджетные GPU раз за разом пробиваются в диаграммы наряду с более крупными чипами, преодолевая порог в 30 FPS при разрешении 1920х1080, пусть и с минимальными настройками графики.

Разумеется, присутствуют встречные усилия и со стороны производителей игр. Даже проекты класса ААА, которые на максимальных настройках создают существенные трудности для топовых GPU (Crysis 3, Battlefield 4, Metro: Last Light и пр.), хорошо масштабируются с тем, чтобы соответствовать возможностям бюджетного железа, сохраняя при этом большую долю визуальной привлекательности. Другая категория игр изначально лишена тяжелой графической оболочки, что не мешает им пользоваться бешеной популярностью, недоступной хитам одного сезона, которые обычно используются в качестве бенчмарков GPU. Это MMO-игры: классические RPG во главе с непреходящим лидером — World of Warcraft, равно как и всенародно любимые «Танки» с их последователями. Все эти проекты мало выигрывают от железа среднего уровня производительности, а на консервативных настройках вполне сносно работают не то что на бюджетных, а на ультрабюджетных GPU.

Наконец, наиболее важный тренд, побудивший нас обратиться к теме графики начального уровня, — это подъем APU (Accelerated Processing Unit) — процессоров с интегрированным графическим ядром, в терминологии AMD. Чисто технически любой CPU с встроенной графикой квалифицируется как APU, и само по себе это не новое явление. Текущая ситуация интересна тем, что интегрированные графические процессоры в составе APU по вычислительной мощи уже не только превосходят самые слабые из дискретных GPU, выпускаемых сегодня, но и вполне подпадают под определение «игровая графика».

Собственно, только чипы AMD среди десктопных процессоров в полной мере достойны введенного ею термина APU, поскольку относительно мощное ядро Iris Pro с внешним кешем четвертого уровня остается прерогативой ноутбучных моделей Intel, а настольные довольствуются примитивным вариантом в лице Intel HD Graphics. В последней итерации — ядро Kaveri — APU сделали крупный шаг вперед, соединив обновленные ядра x86 и GPU на архитектуре GCN. В результате получился процессор с беспрецедентно большой долей графического компонента — 47% площади кристалла. В наиболее полной конфигурации встроенный GPU Kaveri превышает по числу вычислительных блоков отнюдь не самые дешевые модели дискретных видеоадаптеров AMD уровня Radeon R7 250. И это не предел, ведь в консоли PlayStation 4 и Xbox One поставляются APU с еще более мощной графикой.

Все это побуждает взглянуть на сегмент бюджетной графики непредвзято и определить место APU в этой картине. Ранее мы уже делали подробный обзор архитектуры и тесты производительности двух представителей линейки Kaveri: A10-7850K и A8-7600. Задача этого обзора — более широко раскрыть тему игровой производительности, сравнив APU с набором конкурентов из числа дискретных видеоадаптеров.

⇡#Участники тестирования

В тестировании производительности приняли участие следующие APU и GPU:

• AMD A10-7700K
• AMD A10-7850K
• AMD Radeon R5 230
• AMD Radeon R7 240 (GDDR 5)
• AMD Radeon R7 250 (GDDR 5)
• Intel Core i5-4460 (HD Graphics 4600 GT2)
• NVIDIA GeForce GT 630
• NVIDIA GeForce GT 640 (GDDR 5).

Модельный ряд Kaveri на текущий момент состоит из девяти APU, разделенных на категории A6, A8 и A10 в порядке возрастания производительности. Наряду с различной конфигурацией x86-ядер, APU различаются и в графической части. Младшие чипы, A6, комплектуются GPU Radeon R5 с 256 вычислительными ALU (потоковыми процессорами). A8 имеют 384 ALU, а A10 — 512. Единственным исключением является A10-7700K, который также включает 384 ALU.

Однако в продаже вы сейчас вряд ли сможете купить что-либо, кроме A10-7700K и A10-7850K, являющихся, соответственно, младшей и старшей моделью линейки AMD A10. Цены на Newegg.com составляют $160 и $190, а в московских интернет-магазинах нашелся только A10-7850K по цене 6 000 руб. Вот эта парочка и будет участвовать в тестировании, что для наших целей вполне удобно: оба чипа включают 4-ядерный CPU, но интегрированную графику различной конфигурации.

Для APU критически важным параметром является пропускная способность оперативной памяти. A10 поддерживает двухканальную DDR3 SDRAM с частотой вплоть до 2133 МГц, причем для нужд графического процессора можно выделить до 2048 Мбайт объема. Таким образом, по части памяти APU соответствуют бюджетным дискретным видеоадаптерам со 128-битной шиной и чипами GDDR3, с поправкой на то, что пропускную способность приходится делить с x86-ядрами. Не вполне официально A10 может работать и с модулями DDR3-2400, которые сама AMD выпускает под маркой Radeon R9 Memory. Именно с такой памятью мы будем тестировать APU, хотя отдельно проверим, много ли потеряет процессор, если использовать ширпотребную DDR3-1600.

Для сравнения с интегрированной графикой мы выбрали дискретные видеоадаптеры в ценовой категории до $90. Участвуют самые младшие из розничных моделей на GPU AMD и NVIDIA, за исключением GeForce GT 610, который уже попросту слишком слаб с его 48 ядрами CUDA. Все карты оснащены памятью типа GDDR5, за исключением Radeon R5 230 и GeForce GT 630, которые используют GDDR 3 (хотя последний существует в варианте с GDDR5).

Дискретные видеоадаптеры проходили тестирование на платформе Intel с процессором Core i5-4460. Выбор этого чипа не случаен, поскольку при рекомендованной цене $182 он наиболее близок к старшему Kaveri. Влияние платформы на производительность нам еще предстоит проверить. Интегрированный GPU Core i5 также участвует в тестах, хотя в сравнении с APU удача ему явно не светит.

Наконец, у гибридных процессоров AMD есть любопытная опция под названием Dual Graphics, которая представляет собой вариант CrossFire для соединения интегрированного GPU с дискретной графикой. Впрочем, поддерживаются только две модели с архитектурой GCN — Radeon R7 240 и R7 250, которые как раз сопоставимы по конфигурации с графическим ядром Kaveri A8-A10. Тестами Dual Graphics мы также займемся сегодня.

⇡#Тестовый стенд, методика тестирования

В настройках драйвера NVIDIA всегда в качестве процессора для вычисления PhysX выбирается CPU. В настройках AMD всегда настройка Tesselation переводится из состояния AMD Optimized в Use application settings. В CrossFire-конфигурациях остается включенной опция Frame Pacing.

⇡#Дискретные GPU на платформе AMD vs Intel

Две версии теста 3DMark показывают, что платформа с Core i5 имеет чрезвычайно небольшое преимущество перед AMD A10 при использовании дискретного видеоадаптера. В большинстве игровых тестов, напротив, процессор AMD обеспечивает немного лучший результат. По всей видимости, с адаптерами такого класса производительность целиком и полностью упирается в GPU, а x86-ядро не играет большой роли. Исключением является только World of Tanks, который извлекает из платформы Intel огромное преимущество.

3DMark 2011

3DMark

Игровые тесты + Unigine Heaven 4

Итак, в целом от процессора что-либо зависит только в World of Tanks, то есть меньшая производительность CPU-части чипов AMD почти нигде не скажется на итоговых показателях. Учтем эти результаты и перейдем к сравнению производительности интегрированной и младшей дискретной графики.

⇡#Синтетические тесты

3DMark 2011

Между двумя моделями Kaveri выявлена существенная разница. Причем если A10-7700K недалеко ушел от дискретного Radeon R7 240, то A10-1850K стоит ближе к R7 250 или GeForce GT 640.

3DMark

• В новой версии бенчмарка отставание APU от лидирующих адаптеров, R7 250 и GT 640, намного больше. А разница между чипами AMD с интегрированной графикой, напротив, выражена слабее.
• APU уступили в производительности даже Radeon R7 240, хотя без труда справились с GeForce GT 630 и ядром Intel HD Graphics 4600, встроенным в процессор Core i5.

Unigine Heaven 4

• В Unigine Heaven наблюдается похожая картина. Разница между A10-7700K и A10-1850K несущественна, и оба уступают дискретному Radeon R7 240.
• Преимущество APU перед Intel HD Graphics и самыми младшими дискретными адаптерами по-прежнему велико.

⇡#Игровые тесты

DiRT Showdown

• DiRT принесла успех гибридным процессорам AMD. Старший Kaveri сумел справиться даже с Radeon R7 250, хотя не идет в сравнение с GeForce GT 640.
• Младший Kaveri, в свою очередь, немного опередил Radeon R7 240.
• Остальные участники теста расположились далеко позади чипов Kaveri.
• Обратите внимание, что бенчмарк запускался со средними (а не минимальными, как большинство прочих) настройками графики, при которых APU обеспечивают частоту смены кадров от 50 FPS и выше.

Far Cry 3

• Radeon R7 250 доминирует в этой игре.
• Оба APU вместе с R7 240 образуют тесную группу, внутри которой разница в производительности минимальна.
• Зато, пускай с минимальным отрывом, APU удалось превзойти GeForce GT 640, не говоря уже о заведомо более медленном GT 630.
• Оба APU не в силах обеспечить минимально приемлемый фреймрейт в 30 FPS, несмотря на самые низкие настройки графики.

Tomb Raider

• A10-7850K уступил место Radeon R7 240, а A10-7700K не справился даже с GeForce GT 630. Хуже только Intel HD Graphics или Radeon R5 230.
• Впрочем, оба сохраняют частоту смены кадров на уровне выше 30 FPS.

Bioshock Infinite

• Результаты процессоров AMD практически одинаковы и нисколько не отличаются от того, что продемонстрировал Radeon R7 240. Обоим APU очень далеко до R7 250 и GT 640.
• Однако преимущество перед самыми младшими дискретными GPU никуда не делось, как и приемлемая частота смены кадров.

Crysis 3

• Вновь по абсолютным результатам два APU мало отличаются друг от друга.
• Неудачно выступили графические адаптеры на чипах NVIDIA: оба уступили дорогу интегрированной графике AMD, а GT 630 едва ли отличается от Intel HD Graphics.
• О комфортной частоте смены кадров применительно к APU в Crysis 3 говорить не приходится — несмотря на широкое масштабирование, это все же слишком тяжелый движок.

Metro: Last Light

• APU заняли промежуточное положение между GeForce GT 630 и Radeon R7 240 и, в отличие от R7 250 и GT 640, не обеспечивают играбельной частоты смены кадров.
• На встроенной графике Core i5 игра попросту не запустилась, поэтому на диаграмме соответствующая строка осталась пустой.

Company of Heroes 2

• В порядке счастливого исключения APU AMD заняли почетные второе и третье место на диаграмме, уступив Radeon R7 250.
• Тест создал большие трудности для видеоадаптеров NVIDIA, отбросив GT 640 на уровень младшего чипа Kaveri.
• И все же среди всех соперников только R7 250 взял планку в 30 FPS. Интегрированной графике это не под силу.

Batman: Arkham Origins

• APU, вновь показавшие близкие результаты, уступают даже Radeon R7 240, и намного, а разница с R7 250 и GT 640 попросту колоссальна.
• Впрочем, свои 30 FPS процессоры AMD по-прежнему выдают.

Battlefield 4

• Чипы Kaveri сравнимы по производительности с Radeon R7 240, а между собой, в очередной раз, различаются слабо. Минимально приемлемый фреймрейт обеспечивается.
• Продукты AMD в этом тесте явно доминируют над конкурентами от NVIDIA. Игра не видит разницы между GT 630 и GT 640. Оба адаптера стоят далеко позади интегрированных GPU AMD.

Thief

• APU заняли привычное место чуть позади Radeon R7 240. Уровень производительности R7 250 или GT 640 остается недосягаемой вершиной.
• Несмотря на относительное преимущество графики Kaveri перед GeForce GT 630, принципиальной разницы между ними нет, ведь в любом случае полученный фреймрейт находится намного ниже порога комфортной игры.

World of Tanks

• «Танки» выделяются среди всех игровых бенчмарков тем, что до крайности зависимы от производительности CPU.
• На платформе Intel все дискретные видеоадаптеры мало отличаются друг от друга, и только совсем слабые Radeon R5 230 да интегрированный GPU Intel HD Graphics проседают вниз.
• Не имея поддержки в виде столь качественного x86-ядра, как в Intel Haswell, графический процессор Kaveri уступает дорогу даже Intel HD Graphics. Частота смены кадров, однако, более чем достаточна для комфортной игры.

По итогам тестов можно смело утверждать, что обе модели APU чувствуют себя уверенно среди геймерских видеоадаптеров младшей ценовой категории. По производительности в ряду дискретных видеокарт AMD с гибридными процессорами граничит Radeon R7 240 в модификации GDDR5 — младшая модель на базе архитектуры GCN. Radeon R5 230, которая также продается в рознице, базируется на 40-нм ядре Caicos с устаревшей архитектурой WLIV5 и сегодня представляет собой немногим более чем видеоадаптер в изначальном смысле слова — то есть устройство, обеспечивающее вывод изображения на экран. В ряде тестов APU даже превосходят R7 240, несмотря на ограничитель в виде системной памяти DDR3. Среди продуктов NVIDIA гибриды AMD A10 вписываются в промежуток между GeForce GT 630 и GT 640 (GDDR5), безоговорочно опережая первый и не в силах дотянуться до второго. Встроенная графика Intel HD Graphics остается слабым местом десктопных процессоров Intel и для игрушек совершенно непригодна.

⇡#DDR3-1600 vs DDR3-2400 на платформе AMD

Парадоксально, но тесты 3DMark не особо чувствительны к пропускной способности шины RAM. Разница между DDR3-1600 и DDR3-2400 есть, но не столь драматическая, как можно было бы ожидать. В реальных играх, напротив, именно память является определяющим фактором. Апгрейд с DDR3-1600 на DDR3-2400 в некоторых тестах увеличивает производительность чуть ли не на 50%. Более быстрая память также лучше дифференцирует APU с различной конфигурацией графического процессора. С медленной RAM разница между AMD A10-7700K и A10-7850K практически исчезает.

3DMark 2011

3DMark

Игровые тесты + Unigine Heaven 4

⇡#Тестирование AMD Radeon Dual Graphics

Напоследок проверим, какую поддержку интегрированный GPU может оказать дискретному видеоадаптеру класса Radeon R7 240 или R7 250. Синтетические тесты отреагировали на включение Dual Graphics приростом очков вплоть до 50%. Не столь однозначна ситуация в реальных играх. К примеру, в Metro: Last Light и Thief Dual Graphics не только не увеличивает производительность, но и даже приводит к небольшому снижению частоты смены кадров. Впрочем, все остальные тесты выявили прирост FPS, нередко превышающий 50%, а то и двукратный (DiRT Showdown). Бонусом от интегрированного GPU одинаково успешно пользуется как Radeon R7 240, так и более мощный Radeon R7 250. Но нельзя умолчать о недостатке, который рискует свести на нет все преимущество Dual Graphics. Во многих играх наблюдались горизонтальные разрывы изображения, как при избыточной частоте смены кадров и выключенном VSync. Но в данном случае это явно издержки технологии AMD.

3DMark 2011

3DMark

Игровые тесты + Unigine Heaven 4

⇡#Выводы

Гибридные процессоры AMD проявили себя с самой лучшей стороны, достигнув декларируемой цели – частоты смены кадров 30 FPS при разрешении 1920х1080 – во многих играх с не самой простой графикой. Даже на минимальных установках качества Battlefield 4, Tomb Raider и Bioshock Infinite имеют вполне привлекательный внешний вид. В нетребовательных играх, таких как DiRT Showdown или World of Tanks, можно себе позволить и более агрессивные настройки.

Среди дискретных видеоадаптеров AMD ближайшим аналогом APU линейки A10 с ядром Kaveri является Radeon R7 240 в варианте GDDR5. Если вдуматься, то это большой успех, ведь APU довольствуются памятью DDR3, пропускная способность которой разделена между ядрами x86 и встроенным GPU. Но нужно иметь в виду, что AMD не может по волшебству обойти ограничения модулей RAM массово распространенной спецификации DDR3-1600. Для того чтобы более-менее раскрыть потенциал Kaveri, требуется высокопроизводительная память типа DDR3-2133, а лучше – DDR3-2400. И, к сожалению, даже таким образом проблема не снимается полностью. В результате по практическим показателям разница между APU с 512 и 384 потоковыми процессорами проявляется далеко не во всех играх, а часто стремится к нулю. И в любом случае A10-7700K и DDR3-2400 – это более быстрая комбинация, чем A10-7850K и DDR3-1600. Экономить на памяти не стоит, тем более что высокоскоростные модули на поверку стоят ненамного больше простейших DDR3-1600. Комплект из двух-четырех планок общим объемом 8 Гбайт укладывается в сумму до 3,5 тыс. рублей вне зависимости от спецификации, даже DDR3-2400.

Игры на GPU бюджетного класса также создают для AMD благоприятную ситуацию, когда производительность упирается в графический процессор, скрывая недостатки x86-ядра, которое сейчас просто не может конкурировать с технологией Intel. В результате большинство тестов, за исключением патологически процессорозависимых игр вроде World of Tanks, при использовании дискретного видеоадаптера начального уровня не делают различий между AMD A10-7850K и четырехъядерным Intel Core i5-4460. Последний стоит примерно столько же, но в нагрузку к чипу AMD вы получаете интегрированный GPU с производительностью, вполне достойной игровой системы начального уровня (да и более дешевый A10-7700K сработает немногим хуже). С другой стороны, нечувствительность игр к производительности CPU потенциально таит угрозу для гетерогенных процессоров AMD. По быстродействию собственно x86-части в сравнении с конкурентом Kaveri находится примерно на уровне двухъядерных Core i3, и это все еще приемлемо, поскольку на разницу в стоимости между A10 и аналогичным по производительности чипом Intel все равно не купишь приличной видеокарты. Но вот если игры удовлетворятся быстродействием какого-нибудь Pentium, то у нас плохие новости для AMD. Впрочем, без реального тестирования трудно предсказать, как обстоят дела на самом деле. Сделаем пометку на будущее, что об этом тоже неплохо было бы написать.

Технология Dual Graphics в расширенном наборе бенчмарков проявила себя лучше, чем ожидалось. В большинстве крупных игр она действительно работает и обеспечивает неплохое подспорье дискретному GPU. Увы, в других играх вы не застрахованы от неудачи, к тому же Dual Graphics нередко портит изображение визуальными артефактами. Да и сама идея апгрейдить графику такими мелкими шажками вместо установки более мощного геймерского GPU выглядит сомнительно.

Резюмируем. Как с технологической, так и с практической точки зрения AMD сделала очень интересные чипы. Не вызывает сомнений, что в будущем интегрированная графика будет поглощать все более мощные категории дискретных GPU. А пока APU полноправно претендуют на замену комбинации CPU и дискретного GPU в младших геймерских ПК.