Долгожданный Broadwell. Обзор процессора Intel Core i5-5675C

Выпускать процессоры становится все сложнее и сложнее. AMD все никак не может «перебраться» с устаревших 28- и 32-нанометровых технологий. А Intel столкнулась с реальными проблемами по выпуску первых 14-нанометровых десктопных чипов. Однако выставка Computex 2015 подарила нам долгожданные центральные процессоры семейства Broadwell. На примере четырехъядерной модели Intel Core i5-5675C мы изучили возможности новой архитектуры, а также выяснили, стоило ли так долго ждать эти настольные решения. Процессорный гигант — лидер среди всех чипмейкеров — продолжает реализовывать стратегию «тик-так», согласно которой каждый год (вот тут-то и появляются загвоздки — прим. автора) компания выпускает пакет решений, построенных на новой архитектуре. Под «тиком» подразумеваются процессоры, выполненные по старой архитектуре, но переведенные на новый техпроцесс. Под «таком» — чипы, выполненные по уже отработанным технормам, но с новой архитектурой. Центральные процессоры Broadwell — это именно «тик»-процессоры. Грубо говоря, Intel взяла архитектуру Haswell и поставила ее на 14-нм «рельсы». Хотя вы прекрасно понимаете, что все здесь условно. Каждое семейство чипов Intel претерпевает определенные изменения. И настольные Broadwell не являются исключением.И все же новые 14-нанометровые решения можно смело назвать выстраданными. Дело в том, что при проектировании и производстве Broadwell в Intel столкнулись с серьезными проблемами. В итоге релиз был отложен больше, чем на год. Первые решения на архитектуре Broadwell были показаны еще на выставке IFA 2014 в сентябре прошлого года. Но это касалось исключительно систем-на-кристалле Core M, предназначенных для планшетов и ноутбуков. В итоге временной отрезок между появлением настольных версий Haswell и Broadwell составил приблизительно два года. Прошлой весной Intel даже презентовала набор логики Z97/H97 Express, предназначенный как раз для Broadwell. Однако задержки с производством побудили компанию выпустить линейку процессоров Devil’s Canyon (Haswell Refresh). Получилось неплохо, ведь Intel представила свой первый в мире центральный процессор, функционирующий на тактовой частоте 4 ГГц. Так и было заполнено время в ожидании 14-нанометровых Broadwell. Парадокс заключается в том, что уже совсем скоро (предположительно, в конце августа) будет представлена линейка настольных центральных процессоров Skylake и платформы LGA1151. Особенности архитектуры и технические характеристики Настольные процессоры Broadwell были представлены на выставке Computex 2 июня. На данный момент есть пять моделей: две Core i7 и три Core i5. Также были представлены три Xeon под LGA1150: E3-1285 v4, E3-1285L v4 и E3-1265L v4. Литера C в названии означает два факта. Во-первых, эти решения имеют упаковку LGA. То есть мы имеем дело с классическими центральными процессорами, устанавливаемыми в гнездо LGA1150. Во-вторых, они оснащены разблокированным множителем, хотя Intel уже приучила нас к тому, что оверклокерские решения имеют в названии либо букву K, либо X. Есть предположение, что таким образом Intel сопоставляет Core i7-5775C с TDP, равным 65 Вт, не с 88-ваттным Core i7-4790K, но с 65-ваттным Core i7-4790S. Оно и понятно: в таком случае Broadwell-решение оказывается на 35% быстрее в x86-вычислениях, плюс обладает вдвое более производительной встроенной графикой. R-процессоры имеют упаковку BGA, то есть намертво припаиваются к материнской плате. Очевидно, что эти чипы будут использоваться в уже готовых системах. Например, в моноблоках. Ниже приведена подробная таблица с техническими характеристиками настольных процессоров Broadwell.Как я уже говорил, то, что процессор относится к поколению «тик», отнюдь не означает, что никаких изменений в архитектуре произведено не было. У Intel существует определенный подход. А именно внедряемое улучшение применяется только в том случае, если оно резко положительно сказывается на производительности — как минимум вдвое сильнее, чем вызванный этим рост энергопотребления. Большинство микроархитектурных изменений сосредоточилось во входной части исполнительного конвейера. Точнее, были увеличены объемы буферных зон. Так, увеличилось окно планировщика. Ровно в полтора раза вырос объем таблицы ассоциативной трансляции адресов второго уровня (L2 TLB) — до 1500 записей. Плюс вся схема трансляции обзавелась вторым обработчиком промахов. Все эти изменения позволили процессорам Broadwell лучше справляться с предсказанием сложных ветвлений кода. Скорость исполнения операций умножения увеличилась с пяти тактов до трех тактов. Операции деления ускорили темп за счет использования 10-битного делителя. Наконец, были оптимизированы векторные gather-инструкции из набора AVX2. В итоге при одинаковой частоте архитектура Broadwell оказывается быстрее Haswell в среднем на 5%. Впрочем, сравнению производительности архитектур я посвящу целый параграф далее.Новые 14-нанометровые чипы обзавелись встроенным графическим модулем Iris Pro 6200. Уже было сказано, что он вдвое производительнее HD Graphics 4600. Встроенный GPU занимает львиную долю полезной площади кристалла. Однако основной фишкой, внедренной специально в том числе и для Iris Pro 6200, стало использование дополнительных 128 Мбайт памяти eDRAM. Технически она реализована при помощи распайки на стеклотекстолите еще одного кристалла. Таким образом, в Intel постарались решить проблему недостатка пропускной способности памяти. Кристалл eDRAM, выполненный по 22-нанометровой технологии, получил название Crystalwell. Хотя мы сейчас и говорим о нем применительно к встроенной графике Iris Pro 6200, но эту память смело можно назвать кэшем четвертого уровня. Отмечу, что eDRAM использовался в некоторых решениях поколения Haswell. Так что эту технологию нельзя назвать новой. При этом именно в настольных Broadwell использование Crystalwell становится стандартом де-факто. Собственно говоря, ничего и не изменилось. Кэш, выполненный по 22-нм техпроцессу, функционирует со скоростью 1600 МГц. Он имеет 16-кратную ассоциативность и сообщается с CPU при помощи 256-битной двунаправленной шины. В итоге максимальная пропускная способность между eDRAM и процессором может достигать 102,4 Гбайт/с суммарно (по 51,2 Гбайт/с в каждую сторону). Использование Crystalwell в теории даст хороший прирост производительности в задачах, связанных с обработкой больших данных.Как известно, Intel старается в каждом новом поколении настольных процессоров интегрировать в них все более и более производительную графику. У Sandy Bridge это была HD Graphics 3000 с 12 исполнительными устройствами, у Ivy Bridge — HD Graphics 4000 с 16 исполнительными устройствами. В настольные чипы Haswell в основном «устанавливалось» видео HD Graphics 4600 (вариант GT2 с 20 исполнительными устройствами). В некоторые модели (с BGA-упаковкой) внедрялась графика уровня HD Graphics 5000, Iris Pro Graphics 5100 или 5200 (GT3 и GT3e), располагающая 40 исполнительными устройствами. В настольные процессоры Broadwell, как мы уже выяснили, интегрирована графика Iris Pro 6200 — самая мощная на сегодняшний день вариация GT3e, оснащенная 48 исполнительными устройствами. При этом несколько изменилась их компоновка. Отныне в каждый отдельный блок GPU входит не 10 исполнительных устройств, но восемь. В одном графическом модуле находится три таких блока GPU. Например, в мобильных процессорах Core M используется графика GT2, которая имеет в своем арсенале один модуль на 24 исполнительных устройства.К нам в тестовую лабораторию прибыл образец под названием Core i5-5675C — возможно, самая ходовая модель среди всех, построенных на базе архитектуры Broadwell. «Камень» имеет четыре ядра, но не имеет поддержки технологии Hyper-Threading. Классическая ситуация для любого современного Core i5. Если сравнивать этот процессор с Core i5-4690K, вышедшим весной прошлого года, то сразу же обращает на себя внимание разница в скорости работы. Номинальная тактовая частота Core i5-5675C составляет 3,1 ГГц, которая может быть увеличена до 3,6 ГГц в режиме Turbo Boost. Core i5-4690K работает на 400 МГц быстрее, что может стать основополагающим в сравнении между этими кристаллами. Очевидно, что такая ситуация с тактовыми частотами обусловлена теми проблемами, с которыми пришлось столкнуться Intel при переходе на 14-нанометровый техпроцесс. Если бы настольные Broadwell вышли год назад, то тот же Core i5-5675C правильно было бы сравнивать с Core i5-4670K (3,4 (3,8) ГГц). Тогда разница в частоте ощущалась бы не так сильно.Уменьшился и кэш третьего уровня. Казалось бы, с использованием 14-нм техпроцесса можно было, наоборот, его увеличить. Однако интеграция Crystalwell, мощного встроенного GPU, да и, видимо, не такой высокий процент выхода годных чипов и так не в лучшую сторону сказались на итоговой стоимости настольных Broadwell. Они заметно дороже моделей семейства Devil’s Canyon. Так вот, у Core i7 вместо 8 Мбайт теперь 6 Мбайт кэша третьего уровня. У Core i5 — 4 Мбайт вместо 6 Мбайт. Много это или мало? Например, у Core i3 тоже 4 Мбайт L3. Компенсируется ли такое уменьшение наличием 128 Мбайт eDRAM? Вряд ли. Кэш третьего уровня имеет латентность в размере приблизительно 20 тактов, плюс он оснащен шиной примерно вдвое более высокой частотой. Crystalwell попросту медленнее, существенно медленнее.Broadwell-процессоры с LGA-упаковкой совместимы с материнскими платами для платформы LGA1150. Но только с чипсетами девятого семейства, то есть с Z97/H97 Express. Решения на основе Z87 Express и иже с ним новых «камней» поддерживать не будут. Об этом стало известно еще год назад, однако все равно грустно. Отсюда получаем еще одно заключение: Настольные Core i7-5775C и Core i5-5675C, по всей видимости, станут последними решениями для этой платформы. Дальше наступит эпоха LGA1151, Z170 Express и Skylake-S с блэк-джеком и DDR4. Кстати, о памяти. Настольные Broadwell оснащены стандартным двухканальным контроллером памяти DDR3-1333/1600. Здесь ничего нового нет. Наконец, Core i5-5675C имеет TDP в размере всего 65 Вт. Скажем спасибо все тому же 14-нм техпроцессу и FinFET-транзисторам второго поколения, которые уменьшились в своих размерах на треть. В итоге площадь кристалла Broadwell составляет всего 167 мм2 против 177 мм2 у Haswell. Что ж, вот, пожалуй, все, что необходимо знать о линейке настольных процессоров Broadwell. Плюсы и минусы подобных решений уже сейчас ясны. Остается только узнать, на что способен предоставленный нам образец Core i5-5675C. Тестирование Как мы уже выяснили, для работы с Core i5-5675C нужна материнская плата на базе чипсетов девятой серии. Только предварительно необходимо обновить BIOS материнской платы. Для начала предлагаю сравнить производительность архитектур Broadwell и Haswell. А уже затем определить уровень быстродействия всех компонентов Core i5-5675C: вычислительной части, встроенного графического ядра и контроллера памяти. Тестовый стенд Процессор: Intel Core i5-5675C Процессорный кулер: ENERMAX LIQTECH 240 Материнская плата: MSI Z97 XPOWER AC Видеокарта: GAINWARD GeForce GTX 780 Phantom GLH Оперативная память: DDR3-2133, 2x 8 Гбайт Накопитель: OCZ Vertex 3, 360 Гбайт Блок питания: LEPA G1600, 1600 Вт Периферия: Samsung U28D590D, ROCCAT ARVO, ROCCAT SAVU Операционная система: Windows 8.1 х64 Сравнение производительности архитектур Broadwell и Haswell Для сравнения архитектур я взял два процессора — Core i5-5675C и Core i5-4690K — и выставил для каждого их них одинаковую частоту 3 ГГц. Использовался идентичный тестовый стенд, в которую входил двухканальный набор памяти DDR3-2133. Вот с «мозгов» и начнем. Как видите, особой разницы между Core i5-5675C и Core i5-4690K не наблюдается. Ничего удивительного: в процессорах используются одинаковые контроллеры памяти.Как мы уже выяснили, архитектура Broadwell теоретически должна быть быстрее Haswell приблизительно на 5%. В тесте CINEBENCH R15 так и вышло — разница составила 6,2%.Очевидно, что это правило будет действовать не всегда. Вот, например, в бенчмарке x264 FHD центральные процессоры продемонстрировали одинаковые результаты. А в известном приложении wPrime, используемым среди оверклокеров, впереди вновь оказался Broadwell.В LuxMark при одинаковых частотах Core i5-5675C быстрее Core i5-4690K на 11,2%. Вот это уже серьезный прирост, на мой взгляд.И вновь решение на базе архитектуры Broadwell оказывается впереди. На этот раз в Fryrender. Разница составила ни много ни мало 5,5%.В WinRAR при архивировании тестового пакета Core i5-5675C справился со своей задачей быстрее Core i5-4690K на 6,8%.В LinX 0.6.5 процессоры продемонстрировали практически одинаковые результаты.Как видите, архитектура Broadwell не сможет покорить пользователей производительностью в х86-вычислениях. Да, в большинстве случаев (в пяти из семи) она действительно оказалась быстрее Haswell. Однако необходимо учитывать, что данное испытание носило экспериментальный характер. По факту Core i5-4690K работает на более высокой частоте, нежели Core i5-5675C. Плюс в некоторых приложениях прироста производительности не наблюдается вовсе. С другой стороны, в этом нет ничего удивительного. Все же Broadwell — это «тик»-процессоры. Следовательно, как я уже говорил, изменений по сравнению с Haswell у них минимум. Подсистема памяти и кэш Контроллер памяти в Broadwell, может, используется и тот же, но гораздо интереснее узнать, как поведет себя кэш четвертого уровня. Тест кэша и памяти AIDA64 — очередное подтверждение тому, что Crystalwell вряд ли сможет стать «продолжением» кэша третьего уровня. Так, она заметно медленнее. Если у L3 чтение производится со скоростью 174 Гбайт/с, то L4 может похвастать лишь 47396 Мбайт/с. Разница громадная. При этом для кэша третьего уровня задержка составила приблизительно 7 нс, а для кэша четвертого уровня — 35,6 нс. То есть разница в быстродействии L3 и L4 очевидна.Опять же тест кэша и памяти демонстрирует, насколько Crystalwell быстрее оперативной памяти DDR3-2133. Чтение производится заметно быстрее: 47396 Мбайт/с против 33101 Мбайт/с. Задержка меньше: 35,6 нс против 47,1 нс. Использование более быстрой оперативной памяти подобное отставание не сократит. Мы не раз доказывали, что эффективные частоты, превышающие параметр 2133 МГц, можно смело считать «кукурузными» — так энтузиасты называют красивые числа, не влияющие, тем не менее, на итоговый результат. В остальном тест кэша и памяти AIDA64 продемонстрировал прогнозируемые показатели.Вычисления При равной частоте Broadwell, как мы успели выяснить, на 5-10% быстрее Haswell. Но новые 14-нанометровые решения Intel не могут похвастать высокими частотами. Если продолжить сравнивать Core i5-5675C с Core i5-4690K, то второй чип работает быстрее на 400 МГц. И эта разница может нивелировать все превосходство архитектуры Broadwell над Haswell. Собственно говоря, так и происходит в комплексном бенчмарке SiSoftware Sandra 2014. В арифметическом тесте Core i5-4690K даже опережает Core i5-5675C. Примечательны и другие моменты. Во-первых, Broadwell-чип оказался быстрее флагманского восьмиядерника AMD FX-8370. Во-вторых, Core i5-5675C не под силу тягаться с более производительными и быстрыми Core i7, оснащенными к тому же технологией многопоточности Hyper-Threading.А вот в скрипте 3Ds Max быстрее оказался Core i5-4690K. Core i5-5675C уступил ему на 12%. Достаточно приличное отставание.Как мы уже выяснили, в CINEBENCH R15 при одинаковых частотах Core i5-5675C быстрее Core i5-4690K на 6,2%. «При своих» характеристиках в роли догоняющего уже выступает чип Broadwell. Правда, разница у «камней» минимальная — всего 12 баллов. Вот так более высокие частоты меняют картину быстродействия.В Fryrender архитектура Broadwell тоже взяла вверх над Haswell. При установке реальных частот центральных процессоров разница в 5,5% уменьшилась до 3,7%: Core i5-5675C оказался быстрее Core i5-4690K.В LuxMark процессор Core i5-5675C при одинаковой частоте оказался заметно быстрее Core i5-4690K. На целых 11,2%. Что удивительно, в дефолте эта разница не уменьшилась, а, наоборот, увеличилась до 13,6%. Интересен и тот факт, что вместе с графикой Core i5-5675C набрал больше баллов, чем 16-поточный Core i7-5960X — самый быстрый настольный центральный процессор на сегодняшний день.Photoshop — наглядный пример, когда толку от использования eDRAM нет никакого. Core i5-4690K оказался заметно быстрее Broadwell-чипа.Как я уже говорил, Crystalwell может дать хороший прирост производительности в задачах, связанных с работой с объемными данными. Примером такого паттерна может стать архиватор. Встроенный бенчмарк WinRAR продемонстрировала очень высокий результат. Да и при реальном архивировании Core i5-5675C оказался быстрее Core i5-4690K.Производительность Core i5-5675C в приложениях находится на разном уровне в зависимости от используемого ПО. В некоторых программах 14-нм чип оказывается быстрее Core i5-4690K. В некоторых приложениях, как говорится, частота решает, а потому вперед вырывается 22-нм член семейства Devil’s Canyon. Но по факту оба этих процессора демонстрируют приблизительно схожий уровень быстродействия. За некоторым исключениями. Процессорозависимость Использование кэша четвертого уровня в играх — вот еще один сценарий работы Core i5-5675C. Например, в 3DMark 11 тестовый стенд с Broadwell оказался заметно быстрее компьютера с Core i5-4690K на борту. Новинка даже вплотную приблизилась к Core i7-4770K.Однако этот параграф посвящен другой теме. В разрешении WQHD, прилично нагружающим видеокарту GeForce GTX 780, разница в частоте между Core i5-5675C и Core i5-4690K не сказывается. Уровень FPS более-менее одинаковый. Наоборот, в некоторых играх впереди оказывается стенд именно с Broadwell-кристаллом. Хотя разница минимальна — это раз. Во-вторых, на итоговый результат могла повлиять новая версия драйвера.Как итог, можно смело констатировать тот факт, что Core i5-5675C, если он будет использоваться в игровом компьютере, сдюжит. Однако решения Haswell Refresh, на мой взгляд, за счет более высокой частоты выглядят предпочтительнее. На фоне процессоров Intel в роли явных отстающих выступают разве что «камни» AMD. Встроенная графика Iris Pro 6200 Про встроенную графику Iris Pro 6200 было сказано немало слов. Настало время оценить производительность этого решения. Тем более, что AMD недавно выпустила гибридный процессор A10-7870K, оснащенный разогнанным GPU Radeon R7. В GTA V при минимальных настройках качества графики удалось заполучить вполне играбельный уровень FPS даже в разрешении Full HD. А вот в Far Cry 4 и в «Ведьмак 3» в 1080p уже не поиграешь.В Far Cry 4 и «Ведьмак 3» быстрее оказалось решение AMD. Однако в Full HD в обоих случаях было неиграбельно. На мой взгляд, в этих играх сказалась поддержка драйвера. В теории производитель дискретных видеокарт (это я про AMD) должен следить за обновлением своего ПО под новые приложения. Впрочем, в GTA V и в 720p, и в 1080p больше FPS оказалось именно у Iris Pro 6200.Iris Pro 6200 удалось набрать свыше 3000 «попугаев» в бенчмарке 3DMark 11 (режим Performance). AMD A10-7870K такой прытью в этом синтетическом приложении похвастать не может.В некоторых играх Iris Pro 6200 заметно опережает Radeon R7. Например, в Bioshock infinite разница в FPS достигает 23,9% в разрешении 720p и 27,6% в разрешении 1080p.Что же, производительность Iris Pro 6200 поражает. Особенно на фоне HD Graphics 4600, реализованной в десктопных Haswell. В ряде случаев в современных играх достигнут вполне играбельный уровень FPS даже в разрешении Full HD. Даже с высокими настройками качества графики. Но самое интересное — ядро Iris Pro 6200 оказалось быстрее интегрированной графики A10-7870K. Кажется, теперь AMD лишилась еще одного аргумента в противостоянии с Intel. С другой стороны, стоимость самого дешевого Broadwell (то есть Core i5-5675C) составляет 276 долларов США. AMD A10-7870K стоит 137 долларов США, то есть в два раза меньше. Потребление энергии и разгон С производительностью разобрались. Остается узнать, как обстоят дела у Core i5-5675C с энергопотреблением и разгоном, ведь настольные чипы Broadwell в LGA-упаковке оснащены разблокированным множителем. Сначала предлагаю сравнить, как греются в одинаковых условиях Core i5-4690K и Core i5-5675C. Под действием «забористого» LinX 0.6.5 ядра процессора Haswell прогрелись до 84-90 градусов Цельсия. Core i5-5675C оказался предсказуемо холоднее. Его «головы» прогрелись до 78-83 градусов Цельсия. То есть в среднем разница составила 6,7 градусов Цельсия. Не такая большая, как изначально могло показаться. Напомню, разница в частоте у процессоров составляет 300 МГц в Turbo-режиме. Максимальная рабочая температура Core i5-5675C составляет 96 градусов Цельсия. Дальше — троттлинг. То есть гнать Core i5-5675C можно, запас есть.Следующий график наглядно демонстрирует, насколько энергоэффективен Core i5-5675C и 14-нм техпроцесс. Разница с составила ровно 49 Вт!Однако низкий уровень TDP одновременно препятствует ручному разгону. Как только уровень энергопотребления выходит за рамки дозволенного, то контроллер тут же сбрасывает частоту до дефолтных 3,1 ГГц. И это не троттлинг. К счастью, в некоторых материнских платах можно обойти эту защиту. Например, решения ASUS умеют преднамеренно изменять информацию об энергопотреблении CPU. Необходимо зайти в меню CPU Internal Power Configuration и выставить значение Power Current Slope в положение LEVEL4, а Power Current Offset — в -100%. В материнских платах MSI необходимо активировать функцию Fixed Mode, как это показано на скриншоте ниже.Впрочем, главной проблемой при оверклоке Core i5-5675C станут не ограничения со стороны производителя, а пресловутый разгонный потенциал. Так, мне попался ну очень «тугой» семпл. Уже при частоте 4,1 ГГц при напряжении 1,25-1,3 В тест LinX 0.6.5 проходить не удавалось. Полностью стабильным же оказался разгон до 4 ГГц. Тут, конечно, представители семейства Devil’s Canyon выглядят весьма предпочтительнее. Наверное, нет такого Haswell Refresh, который не разгонится хотя бы до 4,5 ГГц.Впрочем, ничего удивительного в этом нет. Низкие тактовые частоты Core i5-5675C как бы намекают. Хотя в Сети есть результаты, демонстрирующие стабильную работу Broadwell со скоростью 4,2 ГГц и даже 4,3 ГГц.Подведение итогов Настольные процессоры Broadwell вышли! Их путь был относительно долог и тернист. Однако именно они, а, точнее, полученный опыт, помогут Intel в будущем наладить производство следующего поколения 14-нм CPU — Skylake, в котором наверняка будут учтены все тонкости столь ресурсоемкого производства. Тестирование показало, что архитектура Broadwell в среднем на 5-10% производительнее Haswell. Однако разница в частотах в большинстве случаев нивелирует это преимущество. Поэтому в ряде тестов Core i5-5675C не смог сколь-либо серьезно превзойти Core i5-4690K. Первый вывод напрашивается сам собой: владельцам центральных процессоров Haswell переходить на Broadwell смысла нет. К тому же стоимость Core i5-5675C и Core i7-5775C заметно выше Core i5-4690K и Core i7-4790K. Есть ли смысл присмотреться к 14-нанометровым «камням» энтузиастам? Пожалуй, что тоже нет. К сожалению, использование столь сложного техпроцесса заметно снизило разгонный потенциал устройства. Broadwell не дотянуться до Haswell Refresh и, тем более, до Sandy Bridge. В противовес настольные Broadwell оснащены очень мощной встроенной графикой Iris Pro 6200, которая вкупе с кэшем четвертого уровня опережает флагманскую Radeon R7, интегрированную в AMD Godavari. Использование низкого TDP и мощных вычислительных блоков (к традиционно производительной x86-части теперь присоединилась и лютая встроенная графика) открывают новое применение для настольных процессоров Broadwell — это бесшумные и компактные системы, но в то же время производительные и энергоэффективные. Не зря же большая часть линейки Broadwell-чипов представлена в формате BGA.