Как выбрать процессор для игрового компьютера

Первый четырехъядерный процессор вышел осенью 2006 года. Им стала модель Intel Core 2 Quad, основанная на ядре Kentsfield. В то время популярными играми считались такие бестселлеры, как The Elder Scrolls 4: Oblivion и Half-Life 2: Episode One. Еще не появился «убийца всех игровых компьютеров» Crysis. А в ходу был API DirectX 9 с шейдерной моделью 3.0.

Но на дворе конец 2015 года. На рынке, в настольном сегменте, присутствуют 6- и 8-ядерные центральные процессоры, однако популярными по-прежнему считаются 2- и 4-ядерные модели. Геймеры восхищаются ПК-версиями GTA V и «Ведьмак 3: Дикая охота», а в природе пока не существует игровой видеокарты, способной выдать комфортный уровень FPS в 4K-разрешении при максимальных настройках качества графики в Assassin’s Creed Unity. К тому же состоялся релиз операционной системы Windows 10, а это значит, что официально наступила эпоха DirectX 12. Как видите, за девять лет много воды утекло. Поэтому вопрос выбора центрального процессора для игрового компьютера актуален как никогда.

Суть проблемы

Существует такое понятие, как эффект процессорозависимости. Он может проявиться абсолютно в любой компьютерной игре. Если производительность видеокарты упирается в возможности центрального чипа, то говорят, что система процессорозависима. Надо понимать, что не существует единой схемы, по которой можно определить силу этого эффекта. Все зависит от особенностей конкретно взятого приложения, а также выбранных настроек качества графики. Тем не менее, в абсолютно любой игре на «плечи» центрального процессора ложатся такие задачи, как организация полигонов, расчеты освещения и физики, моделирование искусственного интеллекта и еще множество других действий. Согласитесь, работенки предостаточно.

В процессорозависимых играх количество кадров в секунду может зависеть от нескольких параметров «камня»: архитектуры, тактовой частоты, количества ядер и потоков, а также объема кэша. Основная цель этого материала — выявить основные критерии, влияющие на производительность графической подсистемы, а также сформировать понимание, какой центральный процессор подойдет той или иной дискретной видеокарте.

Частота

Как выявить процессорозависимость? Самый действенный способ — эмпирически. Так как параметров у центрального процессора несколько, то давайте разберем их по очереди. Первая характеристика, на которую чаще всего обращают самое пристальное внимание, — это тактовая частота.

Тактовая частота у центральных процессоров уже достаточно давно не растет. Сначала (в 80-е и 90-е) увеличение именно мегагерц приводило к бешенному росту общего уровня производительности. Сейчас же частота центральных процессоров AMD и Intel застыла в дельте 2,5-4 ГГц. Все, что ниже — слишком бюджетно и не совсем подходит для игрового компьютера; все, что выше — это уже оверклокинг. Так и формируются линейки процессоров. Например, есть модель Intel Core i5-6400, функционирующая со скоростью 2,7 ГГц (182 доллара США), а есть Core i5-6500 со скоростью работы 3,2 ГГц (192 доллара США). У этих процессоров одинаковы абсолютно все характеристики, кроме тактовой частоты и цены.

В продаже можно найти чипы с разблокированным множителем. Он позволяет самостоятельно разгонять процессор. У Intel такие «камни» имеют литеры «К» и «Х» в названии. Например, Core i7-4770K и Core i7-5690X. Плюс есть обособленные модели с разблокированным множителем: Pentium G3258, Core i5-5675C и Core i7-5775C. Процессоры AMD маркируются схожим образом. Так, гибридные чипы в названии имеют букву «K». Есть линейка процессоров FX (платформа AM3+). Все входящие в нее «камни» имеют свободный множитель.

Современные процессоры AMD и Intel поддерживают функцию автоматического разгона. В первом случае она называется Turbo Core, во втором — Turbo Boost. Суть ее работы проста: при должном охлаждении процессор во время работы увеличивает свою тактовую частоту на несколько сотен мегагерц. Например, Core i5-6400 функционирует со скоростью 2,7 ГГц, но при активной технологии Turbo Boost этот параметр может перманентно увеличиваться до 3,3 ГГц. То есть ровно на 600 МГц.

Возьму видеокарту NVIDIA GeForce GTX TITAN X — самое мощное одночиповое игровое решение современности. И процессор Intel Core i5-6600K — мейнстрим-модель, оснащенную разблокированным множителем. Затем запущу Metro: Last Light — одну из самых процессорозависимых игр наших дней. Настройки качества графики в приложении подобраны таким образом, чтобы количество кадров в секунду каждый раз упиралось в производительность процессора, но не видеокарты. В случае с GeForce GTX TITAN X и Metro: Last Light — максимальное качество графики, но без применения сглаживания. Далее замерю средний уровень FPS в диапазоне от 2 ГГц до 4,5 ГГц в разрешениях Full HD, WQHD и Ultra HD.

Наиболее заметно эффект процессорозависимости, что логично, проявляется в легких режимах. Так, в 1080p с ростом частоты стабильно увеличивается и средний FPS. Показатели получились весьма впечатляющими: при увеличении скорости работы Core i5-6600K с 2 ГГц до 3 ГГц число кадров в секунду в Full HD-разрешении увеличилось с 70 FPS до 92 FPS, то есть на 22 кадра в секунду. При увеличении частоты с 3 ГГц до 4 ГГц — еще на 13 FPS. Таким образом, получается, что используемый процессор при заданных настройках качества графики смог «прокачать» GeForce GTX TITAN X в Full HD только с 4 ГГц — именно с этой отметки количество кадров в секунду при увеличении частоты ЦП перестало расти.

При увеличении разрешения эффект процессорозависимости проявляется менее заметно. А именно количество кадров перестаёт расти, начиная с 3,7 ГГц. Наконец, в разрешении Ultra HD мы практически сразу же уперлись в потенциал графического адаптера.

Дискретных видеокарт много. На рынке принято каталогизировать эти устройства по трем сегментам: Low-end, Middle-end и High-end. Капитан Очевидность подсказывает, что разным по производительности графическим адаптерам подходят разные процессоры с разными частотами.

Теперь возьму видеокарту GeForce GTX 950 — представителя верхнего сегмента Low-end (или нижнего Middle-end), то есть абсолютную противоположность GeForce GTX TITAN X. Устройство относится к начальному уровню, тем не менее, оно способно обеспечить приличный уровень быстродействия в современных играх в разрешении Full HD. Как видно из графиков, расположенных ниже, процессор, функционирующий на частоте 3 ГГц, «прокачивает» GeForce GTX 950 и в Full HD, и в WQHD. Разница с GeForce GTX TITAN X видна невооруженным взглядом.

Важно понимать, что, чем меньше нагрузки ложится на «плечи» видеокарты, тем выше должна быть частота центрального процессора. Нерационально приобрести, например, адаптер уровня GeForce GTX TITAN X и использовать его в играх в разрешении 1600х900 точек.

Архитектура

В обзорах, посвященных выходу того или иного поколения центральных процессоров, авторы то и дело констатируют, что разница в производительности в х86-вычислениях год от года составляет мизерные 5-10%. Это своеобразная традиция. Ни у AMD, ни у Intel уже давно не наблюдается серьезного прогресса, а фразы в стиле «продолжаю сидеть на своем Sandy Bridge, подожду следующего года» становятся крылатыми. Как я уже говорил, в играх процессору тоже приходится обрабатывать большое количество данных. В таком случае возникает резонный вопрос: в какой степени эффект процессорозависимости наблюдается в системах с различными архитектурами?

И для чипов AMD, и для Intel можно определить список современных архитектур, которые до сих пор пользуются популярностью. Они актуальны, в глобальном масштабе разница в быстродействии между ними не такая большая.

Возьмем пару чипов — Core i7-4790K и Core i7-6700K — и заставим их работать на одной частоте.  Процессоры на базе архитектуры Haswell, как известно, появились летом 2013 года, а решения Skylake — летом 2015 года. То есть прошло ровно два года с момента обновления линейки «так»-процессоров (так Intel называет кристаллы, основанные на совершенно разных архитектурах).

Как видите, разницы между Core i7-4790K и Core i7-6700K, работающими на одинаковых частотах, не наблюдается. Skylake опережает Haswell лишь в трех играх из десяти: в Far Cry 4 (на 12%), в GTA V (на 6%) и в Metro: Last Light (на 6%) — то есть во все тех же процессорозависимых приложениях. Впрочем, 6% — это сущие пустяки.

Немного банальностей: очевидно, что игровой компьютер лучше собирать на базе максимально современной платформы. Ведь важна не только производительность самих чипов, но и функциональность платформы в целом.

Ядра и потоки

Третий и, возможно, определяющий фактор, ограничивающий производительность видеокарты в играх, — количество ядер центрального процессора. Недаром у все большего числа игр в минимальных системных требованиях указывается необходимость установки четырехъядерного центрального процессора. К ярким примерам можно отнести такие хиты современности, как GTA V, Far Cry 4, «Ведьмак 3: Дикая охота», и Assassin’s Creed Unity.

Как я уже говорил в самом начале, первый четырехъядерный процессор появился девять лет назад. Сейчас в продаже есть 6- и 8-ядерные решения, но в ходу по-прежнему 2- и 4-ядерные модели. Приведу таблицу маркировок некоторых популярных линеек AMD и Intel, разделив их в зависимости от количества «голов».

Гибридные процессоры AMD (A4, A6, A8 и A10) иногда называют 8-, 10- и даже 12-ядерными. Просто маркетологи компании к вычислительным блокам еще и приплюсовывают элементы встроенного графического модуля. Действительно, существуют приложения, которые могут задействовать гетерогенные вычисления (когда х86-ядра и встроенное видео вместе обрабатывают одну и ту же информацию), но в компьютерных играх такой схемы не применяется. Вычислительная часть выполняет свою задачу, графическая — свою.

Некоторые процессоры Intel (Core i3 и Core i7) имеют определенное количество ядер, но удвоенное количество потоков. За это отвечает технология Hyper-Threading, впервые нашедшая свое применение еще в чипах Pentium 4. Потоки и ядра — немного разные вещи, но об этом мы поговорим чуть позже. В 2016 году AMD выпустит процессоры, построенные на базе архитектуры Zen. Впервые чипы «красных» обзаведутся технологией, схожей с Hyper-Threading.

Проведем небольшой эксперимент. Я взял 10 популярных игр. Согласен, такого ничтожного количества приложений недостаточно, чтобы со 100-процентной уверенностью утверждать о полном изучении эффекта процессорозависимости. Однако в список попали только хиты, которые наглядно продемонстрируют тенденции в современном геймдеве. Настройки качества графики подбирались таким образом, чтобы итоговые результаты не уперлись в возможности видеокарты. Для GeForce GTX TITAN X — это максимальное качество (без сглаживания) и разрешение Full HD. Выбор подобного адаптера очевиден. Если процессор сможет «прокачать» GeForce GTX TITAN X, то он справится с любой другой видеокартой. В стенде использовался топовый Core i7-5960X для платформы LGA2011-v3. Тестирование проводилось в четырех режимах: при активации только 2 ядер, только 4 ядер, только 6 ядер и 8 ядер. Технология многопоточности Hyper-Threading не задействовалась. Плюс тестирование проводилось с двумя частотами: при номинальных 3,3 ГГц и в разгоне до 4,3 ГГц.

GTA V — одна из немногих игр современности, задействующих все восемь «корок» процессора. Следовательно, ее можно назвать самой процессорозависимой. С другой стороны, разница между шестью и восемью ядрами оказалась не такой внушительной. Судя по результатам, два ядра очень сильно отстают от других режимов работы. Игра тормозит, большое количество текстур элементарно не прорисовывается. Стенд с четырьмя ядрами демонстрирует заметно более высокие результаты. От шестиядерного он отстает всего на 6,9%, а от восьми ядер — на 11%. Стоит ли в таком случае овчинка выделки — решать вам. Однако GTA V наглядно демонстрирует, как количество ядер процессора влияет на производительность видеокарты в играх.

Похожим образом ведет себя абсолютное большинство игр. В cеми из десяти приложений система с двумя ядрами оказалась процессорозависимой. То есть уровень FPS был ограничен именно центральным процессором. В то же время в трех из десяти играх шестиядерный стенд продемонстрировал преимущество над четырехъядерным. Правда, разницу нельзя назвать существенной. Самой радикальной оказалась игра Far Cry 4 — она тупо не запустилась на системе с двумя ядрами.

Прирост от использования шести и восьми ядер в большинстве случаев оказался либо слишком маленьким, либо его вообще не было.

Тремя играми, лояльными к двухъядерной системе, оказались «Ведьмак 3», Assassin’s Creed Unity и Tomb Raider. Во всех режимах были продемонстрированы одинаковые результаты.

Для тех, кому интересно, приведу таблицу с полными результатами тестирования.

С ядрами разобрались. Результаты испытаний наглядно свидетельствуют о том, что в большинстве случаев четыре «головы» у процессора лучше, чем две. В то же время некоторые модели Intel (Core i3 и Core i7) могут похвастать поддержкой технологии Hyper-Threading. Не вдаваясь в подробности, отмечу, что у таких чипов есть определенное число физических ядер и удвоенное количество — виртуальных. В обычных приложениях толк от Hyper-Threading, несомненно, имеется. Но как у этой технологии обстоят дела в играх? Особенно этот вопрос актуален для линейки процессоров Core i3 — номинально двухъядерных решений.

Для определения эффективности многопоточности в играх я собрал два тестовых стенда: с Core i3-4130 и Core i7-6700K. В обоих случаях использовалась видеокарта GeForce GTX TITAN X.

Практически во всех играх технология Hyper-Threading сказалась на производительности графической подсистемы. Естественно, в лучшую сторону. В некоторых случаях разница оказалась гигантской. Например, в «Ведьмаке» количество кадров в секунду увеличилось на 36,4%. Правда, в этой игре без Hyper-Threading то и дело наблюдались отвратительные фризы. Замечу, что за Core i7-5960X таких проблем не замечалось.

Что касается четырехъядерного процессора Core i7 с Hyper-Threading, поддержка этих технологий дала о себе знать только в GTA V и Metro: Last Light. То есть всего в двух играх из десяти. В них заметно увеличился и минимальный FPS. В целом Core i7-6700K с Hyper-Threading оказался на 6,6% быстрее в GTA V и на 9,7% — в Metro: Last Light.

Кэш

С основными параметрами центрального процессора разобрались. У каждого процессора есть определенный объем кэша. На сегодняшний день в современных интегральных решениях применяется до четырех уровней этого типа памяти. Кэш первого и второго уровней, как правило, определяется архитектурными особенностями чипа. Кэш третьего уровня от модели к модели может меняться. Приведу небольшую таблицу для ознакомления.

Итак, у более производительных процессоров Core i7 в наличии 8 Мбайт кэша третьего уровня, у менее быстрых Core i5 — 6 Мбайт. Скажутся ли эти 2 Мбайт на производительность в играх?

Проверить очень легко. Для этого необходимо взять два процессора из линеек Core i5 и Core i7, установить для них одинаковую частоту и отключить технологию Hyper-Threading. В итоге в девяти протестированных играх лишь в F1 2015 наблюдалась заметная разница в размере 7,4%. Остальные 3D-развлечения никак не откликнулись 2-мегабайтный дефицит кэша третьего уровня у Core i5-6600K.

AMD или Intel?

Все испытания, рассмотренные выше, проводились с участием процессоров Intel. Однако это совершенно не означает, что мы не рассматриваем решения AMD в качестве основы для игрового компьютера. Ниже приведены результаты тестирования с использованием чипа FX-6350, используемого в самой производительной платформе AMD AM3+, с задействованием четырех и шести ядер. К сожалению, в моем распоряжении не оказалось 8-ядерного «камня» AMD.

GTA V уже зарекомендовала себя как самая процессорозависимая игра. С использованием четырех ядер в AMD-системе средний уровень FPS оказался выше, чем, например, у Core i3 (без Hyper-Threading). К тому же в самой игре изображение рендерилось плавно, без подтормаживаний. А вот во всех остальных случаях ядра Intel оказывались стабильно быстрее. Разница между процессорами существенная.

Ниже приведена таблица с полным тестированием процессора AMD FX.

Заметной разницы между AMD и Intel не наблюдается только в двух играх: в «Ведьмаке» и Assassin’s Creed Unity. В принципе, результаты отлично поддаются логике. Они отображают реальную расстановку сил на рынке центральных процессоров. Ядра Intel заметно мощнее. В том числе и в играх. Четыре ядра AMD соперничают с двумя Intel. При этом средний FPS зачастую оказывается выше у последних. Шесть ядер AMD конкурируют с четырьмя потоками Core i3. По логике вещей восемь «голов» FX-8000/9000 должны навязать борьбу Core i5. Да, ядра AMD абсолютно заслуженно называют «полуядрами». Таковы особенности модульной архитектуры.

DirectX 12

Как уже было сказано в самом начале статьи, с выходом Windows 10 для разработчиков компьютерных игр стал доступен DirectX 12. С подробным обзором этого API вы можете познакомиться здесь.  Архитектура DirectX 12 окончательно определила направление развития современного геймдева: разработчикам стали необходимы низкоуровневые программные интерфейсы. Основная задача нового API заключается в рациональном использовании аппаратных возможностей системы. Это и задействование всех вычислительных потоков процессора, и вычисления общего назначения на GPU, и прямой доступ к ресурсам графического адаптера.

Windows 10 только-только появилась. Однако в природе уже существуют приложения, поддерживающие DirectX 12. Например, компания Futuremark интегрировала в бенчмарк подтест Overhead. Данный пресет способен определить производительность компьютерной системы, используя не только API DirectX 12, но и AMD Mantle. Принцип работы API Overhead прост. DirectX 11 накладывает ограничения на количество команд отрисовки процессора. DirectX 12 и Mantle решают эту проблему, обеспечивая возможность вызова большего числа команд отрисовки. Так, во время теста выводится все большее число объектов. До тех пор, пока графический адаптер не перестает справляться с их обработкой, а FPS не упадет ниже 30 кадров. Для тестирования я использовал стенд с процессором Core i7-5960X и видеокартой Radeon R9 NANO. Результаты получились весьма интересными.

Обращает на себя внимание тот факт, что в паттернах, задействующих DirectX 11, изменение количества ядер центрального процессора практически не влияет на общий результат. А вот с использованием DirectX 12 и Mantle картина меняется кардинальным образом. Во-первых, разница между DirectX 11 и низкоуровневыми API оказывается просто космической (где-то на порядок). Во-вторых, количество «голов» центрального процессора существенно влияет на итоговый результат. Особенно это заметно при переходе от двух ядер к четырем и от четырех к шести. В первом случае разница достигает практически двукратной отметки. В то же время особых отличий между шестью и восемью ядрами и шестнадцатью потоками нет.

Как видите, потенциал DirectX 12 и Mantle (в бенчмарке 3DMark) просто огромен. Однако не стоит забывать, что мы имеем дело с синтетикой, в нее не играют. Реально же профит от использования новейших низкоуровневых API есть смысл оценивать только в реальных компьютерных развлечениях.

Первые компьютерные игры, поддерживающие DirectX 12, уже маячат на горизонте. Это Ashes of the Singularity и Fable Legends. Они находятся в стадии активного бета-тестирования. На днях коллеги из Anandtech провели масштабное тестирование Fable Legends с DirectX 12. Результаты оказались не столь впечатляющими, как того, возможно, хотелось бы.

Тестирование проводилось с тремя процессорами Intel и двумя видеокартами: GeForce GTX 980 Ti и Radeon R9 Fury X. Процессорозависимость наблюдалась лишь в очень низком разрешении 1280х720 (720p), что неудивительно. В более высоких разрешениях стенды продемонстрировали практически одинаковые результаты.

В заключение

Давайте суммируем всю полученную информацию. Каким же должен быть идеальный центральный процессор для игрового компьютера? Во-первых, он должен иметь минимум четыре потока. Как показало тестирование, технология Hyper-Treading в Core i3 реально способствует увеличению количества кадров в секунду. Если мы говорим о процессорах Intel, то золотой серединой являются модели Core i5. При этом несколько игр продемонстрировали, что они неплохо оптимизированы под работу с 6- и 8-ядерными «камнями». Почему именно Core i5? К сожалению, разница в цене между четырехъядерным Core i5-6600K и шестиядерным Core i7-5820K составляет ни много ни мало 147 долларов США, а разница в быстродействии в играх — единицы процентов.

Если мы говорим о процессорах AMD, то для видеокарт верхнего уровня Middle-end, а также High-end потребуется только 8-ядерный чип FX-8000/9000. В то же время в бюджетном сегменте 4-ядерные модели AMD (A8, Athlon X4) выглядят предпочтительнее двухъядерных Intel Pentium/Celeron. В среднем и высоком диапазонах наблюдается обратная ситуация. Здесь заметно превосходство процессоров Intel.

Во-вторых, важна тактовая частота процессора. Видеокартам верхнего уровня Low-end и низшего уровня Middle-end подойдут модели, функционирующие со скоростью 3 ГГц и выше. Адаптерам верхнего уровня Middle-end и начального High-end — 3,4-3,6 ГГц. Флагманским представителям AMD Radeon и NVIDIA GeForce потребуется центральный процессор, работающий со скоростью 3,7-4 ГГц. Наконец, тандемам топовых видеокарт CrossFire/SLI необходим чип, функционирующий на частотах 4-4,5 ГГц и выше. Не забываем и про такой момент, как рациональное использование графического адаптера.

Как показало тестирование, архитектурные особенности не слишком влияют на производительность в играх. Поэтому для сборки геймерского компьютера в одинаковой степени подойдут решения, построенные на базе современных архитектур: у Intel — Sandy Bridge, Ivy Bridge, Haswell, Broadwell и Skylake; у AMD — Bulldozer, Piledriver и Steamroller.

В заключение приведу таблицу, в которой, согласно своему мнению, постараюсь расставить процессоры и видеокарты по своим местам. Надеюсь, она вам пригодится.