Нова статия: Core i9-9900X срещу Core i9-9900K: буквата променя всичко

Платформата LGA2066 и процесорите от семейството Skylake-X бяха представени от Intel преди повече от година и половина. Първоначално това решение беше насочено от компанията към сегмента HEDT, т.е. към високопроизводителни системи за потребители, които се занимават със създаване и обработка на съдържание, тъй като Skylake-X съдържаше значително по-голям брой изчислителни ядра в сравнение с конвенционалните представители на семействата Kaby Lake и Coffee Lake.

През времето, което измина от появата на Skylake-X, пейзажът на процесорния пазар се е променил значително, и днес достъпните CPU могат да имат шест или дори осем изчислителни ядра, а перспективните масови CPU, които трябва да излязат през тази година, могат да получат десет или дори дванадесет ядра. Прави ли това Skylake-X безполезни чипове? Вероятно не. Първо, сред представителите на тази серия съществуват предложения с 16 и 18 ядра, и подобни масови варианти в близко бъдеще на пазара определено няма да има. На второ място, в платформата LGA2066 са заложени и други предимства, които я отличават от обикновените потребителски процесори, например превъзходство в броя на каналите за памет и наличните линии PCI Express.

Следователно козметичното обновление на моделната гама Skylake-X, което микропроцесорният гигант проведе в края на миналата година, изглежда напълно закономерно - то прекрасно се вписва в приетия от Intel график за годишни анонси. Въпреки това отношението на производителя към своите HEDT новини малко изненада: компанията не само че не реши да преразглежда цените, но също така отказа да предостави образци на процесорите на ИТ пресата, ограничила се само до формална презентация и последващо начало на продажбите.

По всичко личи, че компанията е считала новите Skylake-X за вторични и неинтересни продукти, но ние не сме съгласни с такава формулировка. Да, броят на изчислителните ядра при представителите на този модел не се е увеличил в процеса на актуализация. Въпреки това, новините предлагат интересни подобрения: новите модели имат увеличени тактови честоти, увеличен обем на L3 кеша, както и подобрен вътрешен термоинтерфейс. Затова решихме да обърнем внимание на обновените Skylake-X, в което ни помогна компютърният магазин „Регард“, който се съгласи да предостави за изследване два нови LGA2066 десетоядрени процесора: Core i9-9820X и Core i9-9900X.

Освен това от момента на анонса на Skylake-X Refresh не ни напускаше въпросът: защо за по-високия десетоядрен HEDT процесор Intel избра име, сходно до степен на объркване с популярния масов осемядрен Core i9-9900K? Какво означава това? И ето, сега имаме възможност да разберем...

Моделният ред Skylake-X Refresh

За появата на новите LGA2066 процесори с модели от деветхилядната серия Intel обявиха още октомври миналата година. В новия списък влизат седем модела: шест процесора от серия Core i9 с брой ядра от 10 до 18 и осемядрен модел Core i7 условно начален клас. Няма да има шестоядрени или четириядрени процесори за LGA2066 в новото поколение, което, на фона на бурното увеличение на възможностите на платформата LGA1151v2, съвсем не е изненадващо.

Най-забележимото изменение в процесорите, изброени в таблицата, в сравнение с предишните модели Skylake-X от седемхилядната серия, е увеличението на тактовите честоти. Номиналните честоти са се увеличили с 200-600 MHz, а максималните честоти, които се постигат при включване на турборежима, са нараснали с 200-300 MHz. Освен това, обемът на кеш-паметта от трето ниво при по-ниските представители на серията е увеличен. Преди той беше изчислен въз основа на правилото "1,375 MB на ядро", а сега на всяко ядро може да се пада около 2 MB кеш. И накрая: контролерът PCI Express на осмоядренния Core i7-9800X е напълно отключен, благодарение на което този процесор разполага с всичките 44 линии, които преди бяха достъпни само при процесори с 10 и повече ядра.

Въпреки това, всички тези приятни промени доведоха и до увеличаване на топлинната мощност. Докато първото поколение Skylake-X имаше термичен пакет, ограничен до 140 W, в новите процесори характеристиката TDP е увеличена до 165 W. С други думи, за повишените честоти, които са присвоени на новите процесори без принципни промени в прилаганата 14-нанометърска технологична процес, трябва да се плаща с разширени енергийни и топлинни граници.

Истината е, че самата Intel твърди, че скоростните характеристики са били подобрени благодарение на внедряването на производствената технология от трето поколение, с условно име 14++ нм, по която в момента се произвеждат процесорите Coffee Lake и Coffee Lake Refresh. И ако това не беше направено, топлинното отделяне можеше да бъде дори по-високо. Но няма причина да се страхуваме, че новите Skylake-X могат да бъдат подложени на прегряване. Намаление на работните температури на новите процесори трябва да осигури подобрен материал за термична интерфейсна свързаност под топлоразпределителния капак. Мястото на приложената преди полимерна термопаста е заето от спойка с явно по-висока топлопроводимост.

Но всичко, което беше казано по-горе, е само върха на айсберга. Факт е, че промяната в спецификациите, и по-специално увеличението на обема на кеш-паметта от трето ниво, има дълбоки и неочаквани основания. Сега, за производството на HEDT-процесори, Intel започва да използва съвсем различни „по смисъл“ полупроводникови кристали.

Това означава следното: HEDT процесорите винаги са представлявали десктопен вариант на сървърни чипове. Традиционно Intel вземаше по-малките модификации на Xeon, адаптираше ги с контролер за памет и други характеристики и ги пренасяше в десктопната среда. Въпреки това, докато за своите сървърни продукти Intel произвеждаше три варианта на полупроводникови кристали: LCC (Low Core Count) с 10 ядра, HCC (High Core Count) с 18 ядра и XCC (eXtreme Core Count) с 28 ядра, в десктопните HEDT процесори попадат само най-простите версии на кристалите. Така, в процесорите Skylake-X от първото поколение с 6, 8 и 10 ядра е използван кристал LCC, а в модификациите с 12, 14, 16 и 18 ядра е приложен кристал HCC.

В обновените Skylake-X, за които говорим днес, по-малкият вариант на кристала LCC вече не се използва. Всички нови HEDT процесори от деветата серия, включително осем- и десетядрени варианти, се основават на кристал HCC. Тоест, дори в Core i7-9800X или Core i9-9900X потенциално има 18 ядра, но значителна тяхна част е хардуерно блокирана на етапа на производство.

Това на пръв поглед странно решение беше прието точно с цел да се увеличи обемът на кеш паметта в новите процесори. Вътрешната структура на Skylake-X предвижда, че на всяко изчислително ядро се отпуска порция кеш памет с обем 1,375 МБ. И ако в същия Core i9-9900X се използваше по-малкият кристал LCC, повече от 13,75 МБ L3 кеш този процесор заведомо не би могъл да получи. По-големият кристал HCC в това отношение е по-гъвкав, в него общо е заложено 24,75 МБ кеш и този увеличен обем частично се използва в осем- и десетядрените процесори от новата вълна.

В резултат на това всички Skylake-X станаха унифицирани по дизайн, но обратната страна на такава унификация бе широкото приложение на много голям полупроводников кристал с площ от около 485 мм2, което е повече от два и половина пъти по-голямо от площта на кристала на осемядрените Coffee Lake Refresh. Това означава, че всеки от LGA2066 процесорите от деветата серия има съществено по-висока себестойност в сравнение с Core i9-9900K. Въпреки това, осемядреният Core i9-9800X в официалния ценови лист оценен е само на $100 повече от Core i9-9900K. Поради това е разумно да се предположи, че производството на осем и десетядрени процесори на базата на 18-ядрени кристали все пак има за Intel икономически смисъл, например компанията използва тази възможност за реализиране на полупроводникови кристали с голям брой производствени дефекти, които все още не са могли да намерят достойно приложение.

Повече за десетядрените Core i9-9900X и Core i9-9820X

За провеждане на тестовете взехме два десетядрени процесора от "новата вълна" – Core i9-9900X и Core i9-9820X. Въпреки че тези CPU преминаха на новия кристал HCC, в сравнение с Core i9-7900X те не се промениха толкова много. Обикновено Intel при пускането на втори поколения процесори за предишни разновидности на платформата HEDT преместваше на по-нова микроархитектура, но сега това не се е случило. Промените засягат само числените параметри, качествено в лицето на Core i9-9900X и Core i9-9820X имаме почти същото, което предлага и десетядреният Core i9-7900X от 2017 година.

Но за сметка на това Skylake-X второ поколение няма никакви проблеми със съвместимостта: те отлично работят в наличните LGA2066 дънни платки, основани на набора системна логика Intel X299. Както и предшествениците си, те притежават четириканален контролер за DDR4 памет, а вграденият в тях контролер PCI Express 3.0 поддържа 44 линии, които в теория могат да бъдат разпределени на произволен брой слотове — от три до единадесет.

Тем не менее, полупроводниковият кристал HCC, който стои в основата на Core i9-9900X и Core i9-9820X, се различава малко от кристалите, използвани в предишните по-високи Skylake-X. Въпреки че формалният стъп е запазил номера M0, който беше характерен за първоначалните версии Skylake-X с повече от 12 ядра, Intel вече е започнала да прилага променени литографски маски в производствения процес, във връзка с използването на по-спретнат технологичен процес 14++ nm вместо предишния 14+ nm. Ключовата разлика в технологиите е в малко по-голямото разстояние между транзисторните порти, което, както вече видяхме с примера на Coffee Lake, има положителен ефект върху потенциала за работа с по-високи честоти.

На микроархитектурно ниво обаче няма никакви промени. Учудващо е, но в новите процесори Skylake-X Refresh не са включени дори никакви хардуерни корекции за справяне с уязвимостите Meltdown и Spectre. И това е много странно, на фона на паралелния продукт Coffee Lake Refresh, който излезе по същото време, където вече бяха налични определени поправки. Например, съвременните LGA1151v2 процесори са защитени на хардуерно ниво от атаките Meltdown (Variant 3) и L1TF (Variant 5).

Но най-разочароващо е не само това. Основната причина за недоволство е отсъствието на всякакви промени в схемата за свързване на компонентите на процесора в едно цяло. В Skylake-X Refresh все още се използва еднородна клетъчна Mesh мрежа, наложена върху масива от процесорни ядра. Тази схема на свързване между ядрата се представя добре при значително увеличаване на броя на ядрата в сървърните процесори, но за HEDT продукти с по-нисък брой ядра тя е много по-малко подходяща в сравнение с традиционната пръстенова шина, което води до драматично увеличаване на закъсненията. Един от методите за справяне с този негативен ефект можеше да бъде увеличението на скоростта на Mesh свързванията, но тук всичко е останало непроменено. Честотата на работа на междусвързванията, както в предишните, така и в настоящите Skylake-X, е установена на 2,4 GHz, така че L3 кеша и контролера на паметта на LGA2066 процесорите имат значително по-лоша латентност в сравнение с масовите Coffee Lake Refresh. Въпреки това, отчасти това се компенсира с разширения кеш памет на второ ниво, който при Skylake-X е с обем 1 MB на ядро, а не четири пъти по-малко.

Всичко това лесно може да бъде илюстрирано с графика на латентността на паметта на процесорите Skylake-X от последно поколение в сравнение с Coffee Lake Refresh. Той ясно показва отсъствието на подобрения по отношение на забавянията при новите HEDT процесори.

Затова новите десетядреници могат да се похвалят с напредък в тактовите честоти и размерите на кеша. Например, Core i9-9900X притежава огромен L3 кеш от 19,25 Мбайт, което е с 40 % повече от размера на кеша в предишния десетоядрен процесор, Core i9-7900X. Базовата честота на новата версия е увеличена от 3,3 до 3,5 GHz, но максималната честота на Core i9-9900X в турбо режим може да достигне същите 4,5 GHz, каквито бяха налични и при десетядреника от предишното поколение. И в двата случая, за да се постигне 4,5 GHz, е необходима технологията Turbo Boost Max 3.0, а стандартният турбо режим за Core i9-9900X е с максимална честота от 4,4 GHz.

Обаче на практика ситуацията с честотите на Core i9-9900X е малко по-различна. При натоварване на всички ядра, процесорът работи на честота от 4,1 GHz.

Ако натоварването използва AVX инструкции, честотата на процесора спада до 3,8 GHz.

А най-ресурсоемките 512-битни инструкции от новия набор AVX-512 при пълно натоварване на всички ядра принуждават процесора да намали честотата до 3,4 GHz, което, трябва да се отбележи, е дори под обявената в спецификациите номинална честота.

Ако говорим за десетядрения Core i9-9820X, който е на едно ниво по-ниско, той се различава от своя старши брат главно по обема на кеша от трето ниво, който е намален до 16,5 Мбайт. Показаните честоти също са малко по-ниски, но не трябва да забравяме, че всички HEDT процесори на Intel имат свободни множители, което позволява на ентусиастите да игнорират този недостатък.

Въпреки това, номиналната честота на Core i9-9820X е 3,3 GHz, а максималната честота в турбо режим е 4,1 или 4,2 GHz, в зависимост от това дали става въпрос за технологията Turbo Boost 2.0 или Turbo Boost Max 3.0.

На практика, при експлоатация на процесора с настройки по подразбиране и при натоварване на всички ядра, Core i9-9820X може да работи на честота от 4,0 GHz.

Ако натоварването използва AVX инструкции, процесорът намалява работната си честота до 3,8 GHz.

А в режим AVX-512 честотата на Core i9-9820X пада до номиналната – 3,3 GHz.

Когато говорим за новите десетядрени LGA2066 процесори и тяхното предимство пред стария Core i9-7900X, не можем да пропуснем прехода към по-ефективен термоинтерфейс. Топлоразпределителната капачка вече е споена към кристала по същия начин, както при Coffee Lake Refresh. Intel заявява, че новите процесори се охлаждат по-ефективно и работят на по-ниски температури, но има две важни забележки. Първо, използваното от Intel спояващо вещество не предизвиква особено вълнение у овърклокерите, тъй като е по-малко ефективно от течен метал. И второ, за повечето ентусиасти процедурата на скалпиране вече е почти невъзможна: не е лесно да се свали капачката, без да се повреди процесорът, така че подобряването на съществуващия термоинтерфейс е изключително затруднено.

В заключение на разказа за характеристиките на Core i9-9900X и Core i9-9820X е необходимо да споменем и цените. Тук Intel не прояви никаква фантазия и определи цената на по-високия десетядрен Core i9-9900X на същите $989, каквито поиска за процесора Core i9-7900X от предишното поколение. Но Core i9-9820X е с $100 по-евтин, което го прави по-привлекателна оферта за ентусиастите, тъй като 15 % по-малкият L3 кеш едва ли ще повлияе значително на производителността, а номиналните тактови честоти за истинските ентусиасти с висока производителност нямат значение.

Източник: 3dnews.ru