Tic-Tac-Tic et aucun Tick. Quelles sont les différences entre les processeurs Intel Core de différentes générations basées sur une même architecture

Avec l'arrivée des processeurs Intel Core de septième génération, il est devenu clair pour beaucoup que la stratégie « Tick-Tock » suivie par Intel jusqu'à présent a échoué. La promesse de réduire le processus technologique de 14 à 10 nm est restée une promesse, ouvrant la porte à une longue ère de « Tock » Skylake, durant laquelle Kaby Lake (septième génération) et le soudain Coffee Lake (huitième), avec un changement marginal du processus technologique de 14 nm à 14 nm+, et même le Coffee Lake Refresh (neuvième), ont vu le jour. On dirait qu’Intel avait vraiment besoin d'une petite pause café. Au final, nous avons plusieurs processeurs de différentes générations, tous basés sur la même microarchitecture Skylake d'une part, et les affirmations d'Intel selon lesquelles chaque nouveau processeur est meilleur que le précédent, d'autre part. Cependant, la manière dont cela se traduit précisément reste floue…

Revenons donc à nos générations. Voyons en quoi elles se distinguent.

Kaby Lake

Les processeurs ont fait leur apparition dans le commerce au début de l'année 2017. Quelles sont les nouvelles caractéristiques de cette famille par rapport à son prédécesseur ? Tout d'abord, il s'agit d'un nouveau cœur graphique — Intel UHD 630. En outre, elle prend en charge la technologie de mémoire Intel Optane (3D Xpoint) ainsi qu'un nouveau chipset de la série 200 (la sixième génération fonctionnait avec la série 100). Et c'est tout pour ce qui est des véritables innovations intéressantes.

Coffee Lake

La huitième génération, codée Coffee Lake, a été lancée à la fin de l'année 2017. Les processeurs de cette génération ont vu l'ajout de cœurs et de cache de niveau 3 proportionnel, une augmentation du Turbo Boost de 200 MHz, un support pour DDR4-2666 (contre DDR4-2400 auparavant), mais la prise en charge de la DDR3 a été supprimée. Le cœur graphique est resté le même, mais sa fréquence a été augmentée de 50 MHz. Cependant, toutes ces augmentations de fréquence ont entraîné une augmentation de la puissance thermique jusqu'à 95 watts. Bien sûr, il y a aussi un nouveau chipset de la série 300. Cette dernière n'était pas strictement nécessaire, car les spécialistes ont réussi à faire fonctionner cette famille sur les chipsets de la série 100, même si les représentants d'Intel ont déclaré que c'était impossible en raison des particularités de la conception des circuits d'alimentation. Plus tard, Intel a reconnu officiellement qu'ils avaient tort. Alors, quelles sont les nouveautés de la huitième génération ? En fait, cela ressemble davantage à un rafraîchissement ordinaire avec des cœurs et des fréquences supplémentaires.

Coffee Lake Refresh

Ah! Voici le rafraîchissement ! Au quatrième trimestre 2018, des processeurs Coffee Lake de 9ème génération ont été lancés, dotés de mesures de protection matérielles contre certaines vulnérabilités Meltdown/Spectre. Les modifications matérielles apportées aux nouveaux chipsets protègent contre le Meltdown V3 et le L1 Terminal Fault (L1TF Foreshadow). Les changements logiciels et de microcode protègent contre les attaques Spectre V2, Meltdown V3a et V4. La protection contre Spectre V1 sera toujours assurée par des correctifs au niveau du système d'exploitation. L'apparition des correctifs au niveau du cristal devrait réduire l'impact des patches logiciels sur les performances des processeurs. Mais toute cette réjouissance en matière de protection a été mise en œuvre par Intel uniquement dans les processeurs destinés au marché de masse : i5-9600k, i7-9700k, i9-9900k. Pour tous les autres, y compris les solutions serveur, aucune protection matérielle n'a été apportée. Pour la première fois dans l'histoire des processeurs grand public Intel, les processeurs Coffee Lake Refresh prennent en charge jusqu'à 128 Go de mémoire vive. Et c'est tout, pas d'autres changements.

Que retenons-nous au final ? Deux ans de rafraîchissements, des jeux avec les cœurs et les fréquences, plus un ensemble de petites améliorations. J'ai vraiment voulu évaluer et comparer objectivement les performances des principaux représentants de ces familles. Donc, quand j'ai eu un ensemble de la septième à la neuvième génération sous la main — nos i7-7700 et i7-7700k ont récemment été rejoints par les nouveaux i7-8700, i7-9700k et i9-9900k, j'ai profité de la situation et j'ai poussé cinq processeurs Intel Core différents à montrer ce qu'ils avaient dans le ventre.

Test

Le test comprend cinq processeurs Intel : i7-7700, i7-7700k, i7-8700, i7-9700k, i9-9900k.

Caractéristiques techniques des plateformes

Les processeurs Intel i7-8700, i7-9700k et i9-9900k ont la même configuration de base :

• Carte mère : Asus PRIME H310T (BIOS 1405),
• Mémoire vive : 16 Go DDR4-2400 MT/s Kingston, 2 unités, pour un total de 32 Go.
• Disque SSD : 240 Go Patriot Burst, 2 unités en RAID 1 (habitude acquise au fil des ans).

Les processeurs Intel i7-7700 et i7-7700k fonctionnent également sur la même plateforme :

• Carte mère : Asus H110T (BIOS 3805),
• Mémoire vive : 8 Go DDR4-2400MT/s Kingston, 2 unités, pour un total de 16 Go.
• Disque SSD : 240 Go Patriot Burst 2 pièces en RAID 1.

Nous utilisons des châssis personnalisés d'une hauteur de 1,5 unité. Ils contiennent quatre plateformes.

Partie logicielle : OS CentOS Linux 7 x86_64 (7.6.1810).
Noyau : 3.10.0-957.1.3.el7.x86_64
Optimisations par rapport à l'installation par défaut : options de démarrage du noyau ajoutées : elevator=noop selinux=0.

Les tests sont réalisés avec tous les correctifs contre les attaques Spectre, Meltdown et Foreshadow, rétroportés dans ce noyau. Il n'est pas exclu que les résultats des tests sur des noyaux Linux plus récents puissent différer de ceux obtenus, et que les performances soient meilleures. Mais, tout d'abord, personnellement, j'apprécie CentOS 7, et deuxièmement, RedHat s'active à rétroporter des nouveautés liées à la prise en charge du matériel, des nouveaux noyaux vers son LTS. C'est ce que j'espère 🙂

Tests que j'ai utilisés pour la recherche

1. Sysbench
2. Geekbench
3. Phoronix Test Suite

Test Sysbench

Sysbench est un ensemble de tests (ou benchmarks) pour évaluer les performances des différentes sous-systèmes d'un ordinateur : processeur, mémoire vive, disques de données. Le test est multithread, utilisant tous les cœurs. Dans ce test, j'ai mesuré deux indicateurs :

1. CPU speed events per second — le nombre d'opérations exécutées par le processeur par seconde : plus la valeur est élevée, plus le système est performant.
2. General statistics total number of events — le nombre total d'événements exécutés. Plus l'indicateur est élevé, mieux c'est.

Test Geekbench

Un ensemble de tests effectués en mode monocor et multicores. En résultat, un certain indice de performance est fourni pour les deux modes. Ci-dessous, il y a des liens vers les résultats des tests. Dans ce test, nous examinerons deux indicateurs principaux :
— Single-Core Score — tests monocores.
— Multi-Core Score — tests multicores.
Unités de mesure : des ‘perroquets’ abstraits. Plus il y a de ‘perroquets’, mieux c'est.

Test Phoronix Test Suite

Le Phoronix Test Suite est un ensemble de tests très riche. Bien que tous les tests du paquet pts/cpu aient été réalisés, je ne fournirai que les résultats de ceux qui m'ont particulièrement semblé intéressants, d'autant plus que les résultats des tests omis ne font que renforcer la tendance générale.

Pratiquement tous les tests présentés ici sont multithreads. Les exceptions sont seulement deux d'entre eux : les tests monocores Himeno et LAME MP3 Encoding.

Dans ces tests, plus l'indicateur est élevé, mieux c'est.

1. Test multiproc John the Ripper pour le craquage de mots de passe. Utilise l'algorithme cryptographique Blowfish. Mesure le nombre d'opérations par seconde.
2. Test Himeno — un solveur linéaire de pression de Poisson utilisant la méthode de Jacobi.
3. 7-Zip Compression — test 7-Zip utilisant p7zip avec la fonction intégrée de test de performance.
4. OpenSSL est un ensemble d'outils implémentant les protocoles SSL (Secure Sockets Layer) et TLS (Transport Layer Security). Mesure la performance RSA OpenSSL à 4096 bits.
5. Apache Benchmark — le test mesure combien de requêtes par seconde le système peut supporter lors de l'exécution de 1 000 000 requêtes, avec 100 requêtes exécutées simultanément.

Et dans ceux-ci, moins c'est, mieux c'est.

1. C-Ray teste la performance CPU sur des calculs en virgule flottante. Ce test est multiproc (16 fils par cœur), tirera 8 rayons de chaque pixel pour le lissage et générera une image 1600×1200. Le temps d'exécution du test est mesuré.
2. La compression BZIP2 parallèle — le test mesure le temps nécessaire pour compresser un fichier (archive .tar du code source du noyau Linux) en utilisant la compression BZIP2.
3. Encodage de données audio et vidéo. Le test LAME MP3 Encoding est réalisé en un seul thread, tandis que le test ffmpeg x264 est multithread. Le temps de passage du test est mesuré.

Comme vous pouvez le voir, l'ensemble de tests se compose exclusivement de tests synthétiques, permettant de montrer la différence entre les processeurs lors de l'exécution de certaines tâches, par exemple, le cracking de mots de passe, l'encodage de contenu multimédia, la cryptographie.

Le test synthétique, contrairement au test effectué dans des conditions proches de la réalité, peut garantir une certaine pureté de l'expérience. C'est précisément pourquoi le choix s'est porté sur la synthétique.

Il est possible qu'en résolvant des problèmes spécifiques dans des conditions réelles, vous puissiez obtenir des résultats très intéressants et inattendus, mais la « température générale à l'hôpital » sera tout de même très proche de ce que j'ai obtenu dans mes tests. Il est également probable qu'en désactivant la protection contre Spectre/Meltdown lors des tests des processeurs de 9e génération, j'aurais pu obtenir des résultats plus élevés. Mais pour aller droit au but, je dirai qu'ils ont déjà très bien performé.

Spoiler : les cœurs, les threads et les fréquences régneront.

Avant même de commencer les tests, j'ai examiné attentivement l'architecture des familles de ces processeurs, donc je m'attendais à ce qu'il n'y ait pas de différences significatives entre les sujets de test. En fait, pas tant des différences significatives que extraordinaires : pourquoi s'attendre à des valeurs intéressantes dans les tests si vous effectuez des mesures sur des processeurs fondamentalement constitués d'un seul cœur. Mes attentes se sont avérées correctes, mais certaines choses se sont tout de même révélées différentes de ce que je pensais...

Et maintenant, voici les résultats des tests.

Le résultat est parfaitement logique : plus il y a de threads et plus la fréquence est élevée, plus le score est élevé. Par conséquent, le i7-8700 et le i9-9900k sont en tête. L'écart entre le i7-7700 et le i7-7700k est de 10 % dans les tests monocor et multicœur. Le retard du i7-7700 par rapport au i7-8700 est de 38 % et par rapport au i9-9900k de 49 %, soit presque le double, mais en revanche, le retard par rapport au i7-9700k n'est que de 15 %.

Liens vers les résultats des tests :

Intel i7-7700
Intel i7-7700k
Intel i7-8700
Intel i7-9700k
Intel i9-9900k

Résultats des tests provenant du paquet The Phoronix Test Suite

Dans le test John The Ripper, la différence entre les jumeaux i7-7700 et i7-7700k est de 10 % en faveur du « k », grâce à la différence dans le Turbo Boost. Pour les processeurs i7-8700 et i7-9700k, la différence est très légère. Le i9-9900k dépasse tout le monde grâce à un plus grand nombre de threads et une plus grande fréquence d'horloge. Les jumeaux sont presque deux fois derrière.

Le résultat du test C-Ray me semble le plus intéressant. La présence de la technologie Hyper-Threading dans le i9-9900k dans ce test multicœur n'apporte qu'un léger gain par rapport au i7-9700k. Mais les jumeaux ont presque deux fois de retard par rapport au leader.

Dans le test mono-thread Himeno, la différence n'est pas si grande. L'écart significatif entre la 8ème et la 9ème génération par rapport aux jumeaux : le i9-9900k les surpasse de 18% et 15% respectivement. En revanche, la différence entre le i7-8700 et le i7-9700k est à la limite de l'erreur.

Le test de compression 7zip montre que les jumeaux sont 44-48% moins performants que le leader i9-9900k. Grâce à son plus grand nombre de threads, le i7-8700 dépasse le i7-9700k de 9%. Mais cela ne suffit pas pour devancer le i9-9900k, donc nous observons un retard de près de 18%.

Le test de temps de compression avec l'algorithme BZIP2 montre des résultats similaires : les threads gagnent.

L'encodage mp3 montre un écart maximal de 19,5%. Cependant, dans le test ffmpeg, le i9-9900k est battu par le i7-8700 et le i7-9700k, mais il surpasse les jumeaux. J'ai refait ce test plusieurs fois pour le i9-9900k, mais le résultat reste toujours le même. C'est plutôt inattendu 🙂 Dans le test multi-thread, le processeur le plus multi-threadé testées a montré un résultat plutôt bas, inférieur à celui des 9700k et 8700. Il n'existe pas d'explications claires pour ce phénomène, et je préfère ne pas faire d'hypothèses.

Le test openssl montre un écart entre la deuxième et la troisième marche. La différence entre les jumeaux et le leader i9-9900k varie de 42% à 47%. L'écart entre le i7-8700 et le i9-9900k est de 14%. L'essentiel, ce sont les threads et les fréquences.

Dans le test Apache, le i7-9700k a devancé tout le monde, y compris le i9-9900k (6%). Mais dans l'ensemble, la différence n'est pas significative, bien qu'il y ait un écart de 24% entre le pire résultat du i7-7700 et le meilleur du i7-9700k.

Globalement, dans la plupart des tests, le i9-9900k est en tête, avec un échec uniquement sur ffmpeg. Si vous prévoyez de travailler avec de la vidéo, optez plutôt pour le i7-9700k ou le i7-8700. Le i7-9700k est en deuxième place au classement général, légèrement derrière le leader, et dans les tests ffmpeg et apache, il le devance même. Je recommande donc ses deux processeurs et le i9-9900k à ceux qui subissent régulièrement de gros pics d'utilisateurs sur leur site. Ces processeurs ne devraient pas vous décevoir. J'ai déjà parlé de la vidéo.

Le i7-8700 présente de bonnes performances dans les tests Sysbench, 7zip et ffmpeg.
Dans tous les tests, le i7-7700k dépasse le i7-7700 de 2% à 14%, et de 16% dans le test ffmpeg.
Je rappelle que je n'ai effectué aucune optimisation, sauf celles mentionnées au début, ce qui signifie qu'après l'installation d'un système propre sur notre dédié fraîchement acheté, vous obtiendrez les mêmes résultats.

Cœurs, threads, fréquences — c'est notre tout.

Dans l'ensemble, les résultats étaient prévisibles et attendus. Pratiquement tous les tests montrent une "escalier vers le ciel", démontrant la dépendance des performances au nombre de cœurs, de threads et de fréquences : plus il y a de tout cela, meilleures sont les performances.

Étant donné que tous les sujets sont en fait des rafraîchissements d'un même cœur sur un même processus technologique et n'ont pas de différences architecturales fondamentales, nous n'avons pas pu obtenir de preuves « écrasantes » que les processeurs diffèrent qualitativement les uns des autres.

La différence entre les processeurs i7-9700k et i9-9900k dans tous les tests, sauf Sysbench, tend vers zéro, car en fait, ils diffèrent principalement par la présence de la technologie Hyper-Threading et d'une centaine de mégahertz supplémentaires en mode Turbo Boost pour l'i9-9900k. Dans le test Sysbench, c'est exactement l'inverse : ce n'est pas le nombre de cœurs qui compte, mais le nombre de threads.
Il y a un écart très important dans les tests multi-thread entre l'i7-7700(k) et l'i9-9900k, atteignant parfois jusqu'à deux fois. Il y a également une différence entre l'i7-7700 et l'i7-7700k : les 300 MHz supplémentaires ajoutent de la vivacité à ce dernier.

Je ne peux également pas parler de l'impact qualitatif de la taille de la mémoire cache sur les résultats des tests — nous avons ce que nous avons. De plus, la protection activée contre les vulnérabilités Spectre/Meltdown devrait considérablement réduire l'impact de sa taille sur les résultats des tests, mais ce n'est pas certain. Si le lecteur respecté exige « du pain et des jeux » de notre département marketing, je serais ravi de vous présenter des tests avec la protection désactivée.

En fait, si on me demandait : quel processeur choisirais-tu toi-même ? — je commencerais par compter l'argent dans ma poche, et choisirais celui pour lequel j'ai assez de fonds. En résumé, pour faire le trajet de A à B, on peut le faire en "Lada", mais en "Mercedes", c'est quand même plus rapide et agréable. Les processeurs basés sur une même architecture s'en sortiront de toute façon avec un spectre de tâches identique — certains simplement bien, d'autres excellemment. Oui, comme l'a montré les tests, il n'y a pas de différences globales entre eux. Mais l'écart entre l'i7 et l'i9 n'a pas disparu pour autant.

Lors du choix d'un processeur pour certaines tâches spécifiques, comme le travail avec des mp3, la compilation depuis le code source ou le rendu de scènes 3D avec traitement de la lumière, il est judicieux de se baser sur les résultats de tests pertinents. Par exemple, les designers peuvent immédiatement se tourner vers les i7-9700k et i9-9900k, tandis que pour des calculs complexes, il vaut mieux opter pour un processeur avec la technologie Hyper-Threading, donc tout sauf l'i7-9700k. Ici, les threads dominent.

Je vous conseille donc de choisir ce que vous pouvez vous permettre en tenant compte des spécifications, et vous serez satisfait.

Les serveurs testés étaient équipés de processeurs i7-7700, i7-7700k, i7-8700k, i7-9700k et i9-9900k avec 1dedic.ru. Chacun d'eux peut être commandé avec une remise de 5% pendant 3 mois — contactez le service commercial avec le mot de passe «Je viens de Habr». Si vous payez pour un an, vous bénéficiez d'une réduction supplémentaire de 10%.

Toute la soirée sur l'arène Trashwind, administrateur système chez FirstDEDIC

Source : habr.com