Nowy artykuł: Core i9-9900X kontra Core i9-9900K: litera zmienia wszystko

Platforma LGA2066 i procesory z rodziny Skylake-X zostały zaprezentowane przez Intel ponad półtora roku temu. Początkowo rozwiązanie to było skierowane na segment HEDT, czyli na wysokowydajne systemy dla użytkowników zajmujących się tworzeniem i przetwarzaniem treści, ponieważ Skylake-X zawierały znacznie większą liczbę rdzeni obliczeniowych w porównaniu do tradycyjnych przedstawicieli rodzin Kaby Lake i Coffee Lake.

Jednak w ciągu czasu, który minął od pojawienia się Skylake-X, krajobraz na rynku procesorów znacząco się zmienił, a dzisiaj wystarczająco dostępne CPU mogą mieć sześć lub nawet osiem rdzeni obliczeniowych, a obiecujące masowe CPU, które mają pojawić się w tym roku, mogą mieć dziesięć lub nawet dwanaście rdzeni. Czy to czyni Skylake-X bezużytecznymi chipami? Najprawdopodobniej nie. Po pierwsze, wśród przedstawicieli tej serii istnieją oferty z 16 i 18 rdzeniami, a podobne masowe opcje na rynku w najbliższym czasie na pewno się nie pojawią. Po drugie, w platformie LGA2066 są również inne zalety, które odróżniają je od zwykłych procesorów konsumenckich, na przykład przewaga w liczbie kanałów pamięci i dostępnych linii PCI Express.

Dlatego kosmetyczna aktualizacja modelu Skylake-X, którą gigant mikroprocesorowy przeprowadził pod koniec ubiegłego roku, wydawała się całkowicie uzasadniona – doskonale wpisywała się w przyjęty przez Intel harmonogram corocznych ogłoszeń. Jednak podejście producenta do swoich nowości HEDT nieco zaskoczyło: firma nie tylko nie postanowiła przeszacować cen, ale także odmówiła dostarczenia próbek procesorów prasie IT, ograniczając się jedynie do formalnej prezentacji i późniejszego rozpoczęcia sprzedaży.

Wygląda na to, że firma uznała nowe procesory Skylake-X za drugorzędne i mało interesujące, jednak całkowicie się z tym nie zgadzamy. Tak, liczba rdzeni obliczeniowych w tej serii modeli nie zwiększyła się w trakcie aktualizacji. Jednak wdrożono w nich inne ciekawe ulepszenia: nowości otrzymały wyższe częstotliwości taktowania, zwiększoną pojemność pamięci L3 oraz ulepszony wewnętrzny interfejs termiczny. Dlatego postanowiliśmy poświęcić zaktualizowanym procesorom Skylake-X trochę uwagi, w czym bardzo pomógł nam sklep komputerowy „Regard”, który zgodził się dostarczyć do badań parę nowych dziesięciojądrów LGA2066: Core i9-9820X i Core i9-9900X.

Od momentu ogłoszenia Skylake-X Refresh nie dawało nam spokoju pytanie: dlaczego dla starszego dziesięciojądrowego procesora HEDT Intel wybrał nazwę, która jest wręcz myląco podobna do popularnego masowego ośmiordzeniowego modelu Core i9-9900K? Co to oznacza? I oto pojawiła się teraz okazja, aby to rozwiązać...

Rodzina modeli Skylake-X Refresh

O pojawieniu się nowych procesorów LGA2066 z numerami modeli z dziewiątej serii Intel ogłoszono już w październiku ubiegłego roku. Nowości obejmują siedem modeli: sześć procesorów serii Core i9 z liczbą rdzeni od 10 do 18 oraz ośmiordzeniowy model Core i7, który można uznać za poziom podstawowy. Żadne sześciordzeniowe i czterordzeniowe modele dla LGA2066 w nowej generacji już nie są przewidziane, co w obliczu gwałtownego wzrostu możliwości platformy LGA1151v2 wcale nie dziwi.

Najbardziej zauważalną zmianą w procesorach wymienionych w tabeli, w porównaniu do poprzednich modeli serii Skylake-X, jest wzrost częstotliwości taktowania. Częstotliwości nominalne zwiększyły się o 200-600 MHz, a maksymalne częstotliwości osiągane w trybie turbo wzrosły o 200-300 MHz. Ponadto, u młodszych przedstawicieli serii zwiększyła się pojemność pamięci cache trzeciego poziomu. Wcześniej obliczano ją według zasady „1,375 MB na rdzeń”, a teraz na każdy rdzeń przypadać może nawet do 2 MB cache'a. I ostatnia rzecz: kontroler PCI Express ośmiordzeniowego Core i7-9800X został całkowicie odblokowany, dzięki czemu ten procesor ma do dyspozycji wszystkie 44 linie, które wcześniej były dostępne tylko w procesorach z 10 i więcej rdzeniami.

Jednak wszystkie te przyjemne zmiany pociągnęły za sobą również wzrost wydzielania ciepła. Podczas gdy pierwsza generacja Skylake-X miała pakiet termiczny ograniczony do 140 W, w nowych procesorach wskaźnik TDP wzrósł do 165 W. Innymi słowy, za zwiększone częstotliwości, które przypisano nowym procesorom bez jakichkolwiek zasadniczych zmian w stosowanej do ich produkcji technologii 14-nm, trzeba zapłacić rozszerzonymi limitami energetycznymi i cieplnymi.

Prawda jest jednak taka, że sama Intel twierdzi, że zwiększenie wydajności było możliwe dzięki wprowadzeniu technologii produkcyjnej trzeciej wersji o roboczej nazwie 14++ nm, według której aktualnie produkowane są procesory Coffee Lake i Coffee Lake Refresh. Gdyby nie to, wydzielanie ciepła mogłoby być jeszcze wyższe. Jednak nie ma powodów do obaw, że nowe Skylake-X mogą być narażone na przegrzewanie. Zredukować robocze temperatury nowych procesorów powinien ulepszony materiał termoprzewodzący pod pokrywą rozpraszającą ciepło. Miejsce wcześniejszej polimerowej pasty termoprzewodzącej zajęło lutowanie o zdecydowanie wyższej przewodności cieplnej.

Ale wszystko, co powiedziano powyżej, to tylko czubek góry lodowej. Otóż zmiana specyfikacji, a w szczególności zwiększenie pojemności pamięci cache trzeciego poziomu, ma znacznie bardziej zaskakującą podstawę. Teraz do produkcji procesorów HEDT Intel zaczęła używać nieco inne „pod względem sensu” chipy półprzewodnikowe.

Oznacza to, że procesory HEDT zawsze były desktopową wersją serwerowych chipów. Tradycyjnie Intel brał młodsze modyfikacje Xeon, dostosowywał do nich kontroler pamięci i niektóre inne cechy, a następnie przenosił je do środowiska desktopowego. Przy tym, podczas gdy dla swoich produktów serwerowych Intel produkował trzy wersje półprzewodnikowych rdzeni: LCC (Low Core Count) z 10 rdzeniami, HCC (High Core Count) z 18 rdzeniami i XCC (eXtreme Core Count) z 28 rdzeniami, w desktopowe procesory HEDT trafiały tylko najprostsze wersje rdzeni. Tak, w procesorach Skylake-X pierwszej generacji z 6, 8 i 10 rdzeniami używano rdzenia LCC, a w modyfikacjach z 12, 14, 16 i 18 rdzeniami stosowano rdzeń HCC.

W zaktualizowanych Skylake-X, o których mowa dzisiaj, młodsza wersja rdzenia LCC już nie jest stosowana. Wszystkie nowe procesory HEDT serii 9000, w tym ośmio- i dziesięcio rdzeniowe wersje, bazują na rdzeniu HCC. Oznacza to, że nawet w Core i7-9800X czy Core i9-9900X potencjalnie znajduje się 18 rdzeni, z tym że znaczna ich część jest zablokowana sprzętowo na etapie produkcji.

Takie dziwne na pierwszy rzut oka rozwiązanie zostało przyjęte właśnie w celu zwiększenia objętości pamięci cache w nowych procesorach. Wewnętrzna konstrukcja Skylake-X zakłada, że na każdy rdzeń obliczeniowy przypada porcja pamięci cache o objętości 1,375 MB. I gdyby w tym samym Core i9-9900X używano młodszego rdzenia LCC, więcej niż 13,75 MB L3 cache ten procesor z pewnością by nie mógł uzyskać. Większy rdzeń HCC w tym zakresie jest bardziej elastyczny, w sumie ma 24,75 MB pamięci cache, a ta zwiększona objętość jest częściowo wykorzystywana w ośmio- i dziesięcio rdzeniowych procesorach nowej fali.

W rezultacie wszystkie procesory Skylake-X zostały ujednolicone pod względem designu, ale efektem ubocznym tej unifikacji było powszechne zastosowanie bardzo dużego kryształu półprzewodnikowego o powierzchni około 485 mm2, co przekracza ponad dwa i pół razy powierzchnię kryształu ośmiordzeniowych procesorów Coffee Lake Refresh. Oznacza to, że każdy z procesorów serii dziewiątej na gnieździe LGA2066 ma znacznie wyższy koszt w porównaniu do Core i9-9900K. Mimo to, ośmiordzeniowy Core i9-9800X w oficjalnym cenniku wyceniony jest zaledwie o 100 dolarów drożej niż Core i9-9900K. Dlatego rozsądnie jest przypuszczać, że produkcja ośmiordzeniowych i dziesięcio rdzeniowych procesorów opartych na 18-rdzeniowych kryształach ma dla Intela jakiś ekonomiczny sens, na przykład firma wykorzystuje tę możliwość do realizacji kryształów półprzewodnikowych z większą liczbą wad produkcyjnych, które do tej pory nie mogły znaleźć odpowiedniego zastosowania.

Więcej informacji o dziesięcio rdzeniowych Core i9-9900X i Core i9-9820X

Do testów wzięliśmy dwa dziesięcio rdzeniowe procesory "nowej fali" – Core i9-9900X i Core i9-9820X. Mimo że te CPU przeszły na nowy kryształ HCC, w porównaniu do Core i9-7900X nie zmieniły się zbytnio. Zwykle Intel przy wydaniu drugich pokoleń procesorów dla wcześniejszych odmian platformy HEDT przenosił je na nowszą mikroarchitekturę, ale tym razem tak się nie stało. Zmiany dotyczyły tylko parametrów liczbowych, jakościowo zaś w postaci Core i9-9900X i Core i9-9820X mamy prawie to samo, co oferował dziesięcio rdzeniowy Core i9-7900X z 2017 roku.

Jednak Skylake-X drugiej generacji nie ma żadnych problemów z kompatybilnością: doskonale działają na istniejących płytach głównych LGA2066 opartych na zestawie logiki systemowej Intel X299. Podobnie jak poprzednicy, posiadają czterokanałowy kontroler pamięci DDR4, a wbudowany w nich kontroler PCI Express 3.0 obsługuje 44 linie, które teoretycznie mogą być podzielone na dowolną liczbę slotów — od trzech do jedenastu.

Niemniej jednak półprzewodnikowy chip HCC, który stanowi podstawę Core i9-9900X i Core i9-9820X, różni się nieco od chipów używanych w starszych procesorach Skylake-X. Choć formalny stepping zachował numer M0, który był charakterystyczny dla początkowych wersji Skylake-X z liczbą rdzeni większą niż 12, Intel zaczął stosować w procesie produkcji zmodyfikowane maski litograficzne, związane z wykorzystaniem bardziej dojrzałego procesu technologicznego 14++ nm w miejsce poprzedniego procesu 14+ nm. Kluczowa różnica technologii polega na nieco większym kroku między złączami tranzystorów, co, jak już widzieliśmy na przykładzie Coffee Lake, pozytywnie wpływa na potencjał częstotliwości.

Na poziomie mikroarchitektury nie ma żadnych zmian. Co zaskakujące, nowe procesory Skylake-X Refresh nie zawierają nawet żadnych poprawek sprzętowych do walki z lukami Meltdown i Spectre. Jest to bardzo dziwne na tle tego, że w równoległym produkcie Coffee Lake Refresh, wydanym w tym samym czasie, niektóre łaty już się pojawiły. Na przykład nowoczesne procesory LGA1151v2 są chronione przed atakami Meltdown (Wariant 3) i L1TF (Wariant 5) na poziomie sprzętu.

Jednak najważniejszym powodem do zmartwienia jest brak jakichkolwiek zmian w schemacie łączenia komponentów procesora w całość. W Skylake-X Refresh nadal używana jest jednorodna siatka Mesh, nałożona na macierz rdzeni procesora. Taki schemat połączeń między rdzeniami sprawdza się przy znacznym zwiększeniu liczby rdzeni w procesorach serwerowych, ale w produktach HEDT z niewielką liczbą rdzeni sprawdza się znacznie gorzej niż tradycyjna magistrala pierścieniowa, dramatycznie zwiększając opóźnienia. Jedną z metod walki z tym negatywnym efektem mogłoby być przyspieszenie połączeń Mesh, ale tutaj wszystko pozostało po staremu. Częstotliwość pracy połączeń w poprzednich i obecnych Skylake-X została ustawiona na poziomie 2,4 GHz, dlatego pamięć podręczna L3 i kontroler pamięci w procesorach LGA2066 mają wyraźnie gorszą latencję w porównaniu do masowych Coffee Lake Refresh. Jednak częściowo rekompensuje to rozszerzona pamięć podręczna drugiego poziomu, która w Skylake-X ma objętość 1 MB na rdzeń, a nie cztery razy mniej.

To illustrate this, we can use a latency graph of the memory subsystems of the current generation Skylake-X processors compared to Coffee Lake Refresh. It clearly shows the lack of improvements in latency for the new HEDT processors.

However, the new ten-core processors can boast progress in clock speeds and cache size. For example, the Core i9-9900X has a victim L3 cache of 19.25 MB, which is 40% larger than the cache in the previous ten-core processor, the Core i9-7900X. The base frequency of the new model increased from 3.3 to 3.5 GHz, but the maximum frequency of the Core i9-9900X in turbo mode can reach the same 4.5 GHz that was available to the previous generation ten-core processor. In both cases, achieving the 4.5 GHz mark requires the use of Turbo Boost Max 3.0 technology, while the traditional turbo mode maximum frequency for the Core i9-9900X is 4.4 GHz.

However, in practice, the situation with the Core i9-9900X frequencies is somewhat different. Under full load on all cores, the processor operates at a frequency of 4.1 GHz.

If this load utilizes AVX instructions, the processor frequency drops to 3.8 GHz.

Moreover, the most resource-intensive 512-bit instructions from the new AVX-512 set under full load on all cores cause the processor to throttle down to 3.4 GHz, which, it should be noted, is even lower than the advertised nominal frequency.

If we talk about the ten-core Core i9-9820X, which is one step lower, it differs from its older sibling mainly in the size of the third-level cache, which is cut down to 16.5 MB. The official frequencies are slightly lower as well, but it's important to remember that all Intel HEDT processors have unlocked multipliers, allowing enthusiasts to overlook this drawback.

Nevertheless, the nominal frequency of the Core i9-9820X is 3.3 GHz, and the maximum frequency in turbo mode is 4.1 or 4.2 GHz depending on whether it involves Turbo Boost 2.0 or Turbo Boost Max 3.0 technology.

In practice, when running the processor with default settings and a load on all cores, the Core i9-9820X can operate at a frequency of 4.0 GHz.

If the load uses AVX instructions, the processor reduces its operating frequency to 3.8 GHz.

In AVX-512 mode, the frequency of the Core i9-9820X drops to its nominal value of 3.3 GHz.

Mówiąc o tym, jak nowe dziesięciordzeniowe procesory LGA2066 są lepsze od starego Core i9-7900X, nie można pominąć przejścia na bardziej efektywny wewnętrzny interfejs termiczny. Osłona rozpraszająca ciepło jest teraz przylutowana do chipu, podobnie jak w Coffee Lake Refresh. Intel twierdzi, że dzięki temu nowe procesory efektywniej się chłodzą i działają w niższych temperaturach, jednak są dwa „ale”. Po pierwsze, użyty przez Intel lut nie wzbudza szczególnego entuzjazmu wśród overclockerów, ponieważ jest mniej efektywny niż metal ciekły. Po drugie, procedura skanowania stała się teraz niedostępna dla większości entuzjastów: zdjęcie osłony bez uszkodzenia procesora stało się bardzo trudne, więc poprawa istniejącego interfejsu termicznego jest niezwykle skomplikowana.

Podsumowując specyfikacje Core i9-9900X i Core i9-9820X, warto wspomnieć o cenach. Tutaj Intel nie wykazał się zbytnią fantazją, ustalając cenę wyższego dziesięciordzeniowca Core i9-9900X na te same 989 dolarów, które żądał za procesor Core i9-7900X z poprzedniej generacji. Z drugiej strony, Core i9-9820X jest tańszy o 100 dolarów, co czyni go bardziej atrakcyjną propozycją dla entuzjastów, ponieważ mniejsza o 15% pamięć L3 raczej nie wpłynie znacząco na wydajność, a nominalne częstotliwości taktowania nie mają znaczenia dla prawdziwych entuzjastów wysokiej wydajności.

Źródło: 3dnews.ru