Intel продаёт самые быстрые процессоры для настольных ПК и это всем известно. Кого-то, может быть, разочарует тот факт, что некоторые процессоры имеют заблокированный множитель, но самые производительные продукты Intel такого ограничения не имеют, что позволяет оверклокерам регулярно ставить новые рекорды по разгону и производительности CPU. Разогнать процессор Core i7-3960X до 4 ГГц не проблема, несмотря на то, что этот процессор имеет шесть ядер, 15 Мбайт общего кэша L3 и состоит из 2,27 миллиардов транзисторов. Но что случится с эффективностью, если этот "тяжеловес" будет работать на максимуме своих возможностей?

Core i7-3960X: шесть ядер и максимальная тактовая частота 3,3-3,9 ГГц

Это хороший вопрос. В статье "Разгон Core i7-2600K: производительность соответствует эффективности" мы показали, что разумный разгон позволяет получить лучшую эффективность для архитектуры Sandy Bridge. Теперь нам предстоит проверить, может ли повторить такой результат шестиядерный процессор Sandy Bridge-E, а также, возможно, восьмиядерный серверный Xeon E5, основанный на архитектуре Sandy Bridge-EP.

Ушли в прошлое те дни, когда оверклокеры были заняты поисками удачного экземпляра процессора, который можно разогнать до максимальной частоты, получив невиданную за потраченные деньги производительность. Сейчас на рынке представлено слишком много процессоров и слишком высок уровень дифференциации. В этих условиях есть смысл найти доступный процессор, который может делать то, что вам требуется, и начать его разгон уже с этой позиции. В качестве примера приведём Core i5-2500K и Core i7-2600K. С точки зрения возможностей, i5 ничем не уступает значительно более дорогому процессору. Такому подходу способствует и тот момент, что большинство разработчиков софта ориентируются на средние, с точки зрения производительности, системы: весьма немного приложений требуют, чтобы вместо стандартной, на сегодняшний день, частоты в 3-4 ГГц процессор работал на частоте 4,5-5 ГГц.

Всё это не помешало AMD и Intel повернуться лицом к оверклокерам, хотя, с другой стороны, разгонный потенциал процессоров стал использоваться для ценовой дифференциации различных CPU. Например, все процессоры AMD серии FX допускают как повышение, так и понижение множителя. Между тем, Intel недавно предложила официальную страховку на случай неудачного разгона: заплатив небольшую сумму, вы можете заменить по гарантии процессор, повреждённый при разгоне.

Следует отметить и тот момент, что Intel, в данный момент, находится вне конкуренции в классе производительных CPU. AMD сейчас нацелена, главным образом, на процессоры бюджетного уровня. С точки зрения абсолютной производительности, наиболее быстрые, на сегодняшний день, процессоры AMD способны конкурировать с изделиями Intel, которые относятся к среднему ценовому диапазону. AMD нечего предложить компьютерным энтузиастам, которые готовы потратить больше денег, чтобы получить более производительную систему. С точки зрения технологии производства, Intel примерно на полтора года опережает AMD, которая в данный момент выпускает относительно новые CPU и APU на базе 32-нм техпроцесса, тогда как Intel собирается в ближайшее время представить процессоры Ivy Bridge на основе 22-нм техпроцесса.

Это конкурентное преимущество позволяет Intel более гибко подходить к формированию продуктовой линейки CPU и вопросу энергоэффективности. Процессоры, которые находятся существенно ниже потолка производительности для текущей архитектуры потребляют, соответственно, меньше энергии. Что, в свою очередь, позволяет нам в более полной мере оценить эффект от разгона с точки зрения потребления энергии.

Каждый процессор имеет некую "идеальную" тактовую частоту (или, по крайней мере, оптимальный диапазон частот), когда достигается максимальная производительность на ватт. Таким образом, определив оптимальную частоту для вашей платформы, вы можете обеспечить самую высокую эффективность.

Мы использовали платформу на основе процессора Core i7-3960X и поставили задачу найти идеальное сочетание низкого уровня потребления энергии в режиме простоя и максимальной тактовой частоты, при которой возможно соблюдение первого условия.

Для начала, рассмотрим наш процессор более подробно. В статьях "Тест и обзор Intel Core i7-3960X Sandy Bridge-E и платформы X79" и "Intel Core i7-3960X: тесты эффективности" мы тестировали данного представителя линейки Sandy Bridge-E, в том числе и с точки зрения его эффективности – производительности на ватт. Вывод заключался в том, что линейка Core i7-3000 включает самые производительные, на сегодняшний день, процессоры для настольных ПК, но шестиядерные CPU потребляют ощутимо больше энергии, чем близкие, с точки зрения архитектуры, процессоры Sandy Bridge, представленные более года назад.

Процессоры LGA 1155, 1366, 2011: два, три и четыре канала памяти

Естественно, чтобы выжать максимум из платформы на LGA 2011, вам, как минимум, потребуется материнская плата на чипсете X79 Express и комплект из четырёх планок памяти DDR3: это позволит использовать четырёхканальный режим памяти.

Как и топовая платформа Intel прошлого поколения, система на Sandy Bridge-E в должной мере может раскрыть свой потенциал в случае использования SSD-накопителя. Он поможет устранить "узкое место", каковым является дисковая подсистема на основе магнитных накопителей. Твердотельный диск ощутимо ускорит процесс загрузки и выключения системы, запуск приложений, но его главное преимущество – в скорости выполнения случайных дисковых операций, недостижимой для привычных HDD.

В данный момент Intel предлагает три процессора линейки Core i7-3000. Первая – Core i7-3960X Extreme Edition, имеющая шесть ядер, 15 Мбайт общей кэш-памяти L3 и базовую частоту 3,3 ГГц. При включении режима Turbo Boost второго поколения, блок управления питанием может повысить тактовую частоту до 3,9 ГГц в однопоточных типах нагрузки и поддерживать такую частоту до тех пор, пока это позволяет уровень температуры процессора. К сожалению, розничная цена в $1050 – это слишком много для рядового компьютерного энтузиаста. Более того, Intel не комплектует данную модель штатным кулером, что ещё более увеличивает стоимость всей платформы.

Core i7-3930K – значительно более дешёвый вариант. Intel предлагает данный процессор по цене $600, также без кулера. Этот процессор имеет 12 Мбайт кэша L3, но вряд ли его можно назвать более медленным. Базовая частота 3,2 ГГц может подниматься до 3,8 ГГц в однопоточных нагрузках при использовании режима Turbo Boost. Несмотря на то, что стоимость Core i7-3930K по-прежнему довольна высока, нам нравится этот процессор. Его разблокированный множитель позволяет получить посредством разгона такой же уровень производительности, как и флагманская модель стоимостью более $1000. Это стало одной из причин, благодаря которым данный процессор завоевал награду "Best of Tom's Hardware" в нашем обзоре "Intel Core i7-3930K и Core i7-3820: Sandy Bridge-E для массового рынка".

Наконец, третий представитель новой линейки – Core i7-3820, который имеет лишь четыре ядра вместо шести, но работает на базовой частоте 3,6 ГГц. Хотя с точки зрения дизайна это более простой процессор, он, вероятно, мог бы показать лучшие результаты при разгоне. Но Intel ограничила частоту при использовании режима Turbo Boost до 3,9 ГГц, чтобы данный CPU не смог опередить топовый Core i7-3960X в приложениях, не поддерживающих многопоточность. Объём кэш-памяти также урезан до 10 Мбайт, а множитель заблокирован. Судя по результатам наших тестов, этот процессор заметно уступает i7-3930K, хотя стоит не сильно дешевле.

Процессор серии Intel Core i7-3000 требует использования материнской платы на чипсете x79. Такие платы предлагает большинство вендоров, однако их стоимость весьма высока

Итак, перейдём от слов к делу. Наш первый вопрос заключается в том, имеет ли смысл оставлять включённым режим Turbo Boost, когда мы используем ручной разгон. Несмотря на то, что система энергосбережения и автоматические алгоритмы имеют огромное значение для тех пользователей, кто не любит самостоятельно копаться в настройках, они, несомненно, мало подходят для того, чтобы фиксировать результаты в тестах на разгон.

Тем не менее, функция Turbo Boost оказывается одним из лучших способов, чтобы тонко настраивать производительность системы в зависимости от уровня нагрузки в данный момент. До тех пор, пока у вас есть возможность вручную задавать тактовую частоту, основываясь на том, сколько ядер CPU остаются активными, вы можете контролировать и уровень напряжения, которое необходимо, чтобы разогнанная система стабильно работала при любой нагрузке.

И поэтому мы приняли решение осуществлять разгон, оставив включённым режим Turbo Boost. Фактически, согласно руководству Intel для производителей системных плат, разгон процессоров с разблокированным множителем достигается за счёт увеличения частоты в режиме Turbo Boost.

Мы увеличили максимальный уровень потребления энергии (TDP) и отключили ограничения, чтобы создать более комфортные условия для разгона, после чего занялись непосредственно разгоном посредством увеличения множителя.

Мы также оставили включённой функцию энергосбережения, где это было возможно. На практике, вы хотите снизить уровень потребления энергии в режиме простоя, даже если при этом вы стремитесь увеличить производительность системы под нагрузкой.

Turbo Boost позволяет определить значение множителя в зависимости от уровня загрузки процессора. По умолчанию, базовая частота процессора составляет 100 МГц, множитель – 33х. Комбинации с множителем, который мы меняли в процессе разгона, приведены в следующей таблице.

В следующей таблице приводятся напряжения, которые мы использовали для других компонентов "обвязки" процессора:

Значения множителей в режиме Turbo Boost: 42-43-45 и 43-44-45

Система зависла на частоте 4,5 ГГц в режиме динамического изменения мощности и с одним ядром. После применения сдвига 40 мВ мы смогли добиться стабильной работы. Такая же ситуация повторилась, когда мы перешли к следующей конфигурации множителей. Мы отдали приоритет производительности в многоядерных конфигурациях и снизили шаг для третьего значения множителя (одно или два ядра) с двух до одной ступени. Это обеспечило стабильную работу без дальнейших изменений в тестовой конфигурации.

Значения множителей в режиме Turbo Boost: 44-45-46

Увеличение сдвига напряжения до 120 мВ позволило сохранить загрузку системы, но лишь ручная установка напряжения обеспечила стабильную работу. Вместе с тем, данные настройки позволили нам достигнуть частоты, при которой эффективность резко снижается.

Значения множителей в режиме Turbo Boost: 45-46-47

В этом случае простым увеличением напряжений дело также не ограничилось. Нам пришлось поменять установку High V-Droop на Mid V-Droop, что вновь повлекло за собой увеличение потребляемой энергии. Это хороший способ повысить стабильность при разгоне, но не увеличить эффективность.

Значения множителей в режиме Turbo Boost: 46-47-47 и 47-47-47

Мы не смогли заставить систему стабильно работать на частоте 4,8 ГГц, хотя все ядра, в конечном счёте, остановились на отметке 4,7 ГГц. На этом этапе нам пришлось отключить все остальные функции энергосбережения, что привело уже к по-настоящему плохим показателям эффективности. Итак, мы использовали следующие настройки:

• Используется опция Low V-Droop.
• Опция PLL Override в значении High.
• Опция Processor Idle State в значении High Performance.

С данными настройками тестовая система работала стабильно на частоте 4,7 ГГц. Интересно, что производительность в однопоточных приложениях увеличивается при включении режима Turbo Boost для 3-4 ядер, что объясняется неоптимальным распределением задач в Windows.

Matlab – профессиональный пакет, разработанный компанией The MathWorks, который предназначен для решения сложных математических задачи и представления их в графическом виде. Кроме того, Matlab – это и одноимённый язык программирования, специально созданный для этого пакета. Основной особенностью Matlab являются его широкие возможности по работе с матрицами, что создатели языка выразили в лозунге "думай векторно". Чему программа и обязана своим названием: Matlab расшифровывается как MATrix LABoratory.

Неудивительно, что разгон даёт выигрыш в производительности весьма предсказуемым образом. Мы можем быть относительно уверены, что данный тип нагрузки имеет хорошую поддержку многопоточности, так как максимальная производительность достигается в случае разгона всех ядер. При увеличении множителя до 44х, 45х, 46х и 47х при полной нагрузке производительность в Matlab растёт соответственно.

Хотя 3DS Max позволяет извлечь выгоду из всех шести ядер, это приложение не столь чувствительно к тактовой частоте (хотя, без сомнения, повышение частоты даёт ощутимый выигрыш в скорости). Хорошая новость, в данном случае, заключается в том, что для подобных приложений не требуется разгонять систему до предела возможностей – более разумно обеспечить некий баланс между производительностью и эффективностью процессора. Использование шестиядерного процессора в 3DS Max, само по себе, даёт большой выигрыш в производительности.

Использование максимального разгона в After Effects также позволяет получить более высокую производительность. Но это, почти наверняка, не является самым эффективным способом достижения цели.

Photoshop CS 5.1 – один из важнейших графических пакетов, даже если по причине немалой стоимости программы лишь весьма немногие пользователи работают в самой последней версии данной программы. Наш тестовый скрипт включает фильтры с поддержкой многопоточности, что даёт наибольший выигрыш от параллелизма.

Как видим, увеличение частоты очень хорошо отражается на производительности. Но как только мы достигаем некого потолка разгона для этого приложения, дальнейшее увеличение частоты не является столь же эффективным.

Blender – пакет для создания трёхмерной компьютерной графики, включающий средства моделирования, анимации, рендеринга 3D-объектов. В данном приложении мы также видим ощутимый эффект от разгона.

Apple iTunes – однопоточное приложение. Мы видим эффект разгона от 3,9 до 4,7 ГГц, но разгон сразу для нескольких ядер не отражается на результатах. Единственный способ увеличить производительность – разгон до более высокой частоты.

То же самое справедливо и для Lame.

HandBrake поддерживает многопоточность, тем не менее, при разгоне каждые 100 МГц дополнительной частоты весьма заметно повышают производительность в данном тесте.

MainConcept сходным образом отлично поддерживает многопоточность, но точно также результат разгона бросается в глаза - при повышении частоты производительность растёт ещё быстрее.

Если сравнить 7-Zip с WinZip и WinRAR, то первый и эффективнее, и быстрее. В следующих двух диаграммах отражены результаты для WinZip и WinRAR при сжатии одного и того же пакета данных. Но поскольку 7-Zip сжимает данные более эффективным образом, на результаты тестов в данном приложении разгон оказывает меньшее влияние, чем в случае двух других архиваторов.

В WinRAR, несмотря на хорошую поддержку многопоточности, мы видим отличные результаты при разгоне.

WinZip не имеет столь хорошей поддержки многопоточности и здесь мы видим больший эффект при увеличении тактовой частоты. Тем не менее, по сравнению с другими архиваторами, даже на разогнанной системе WinZip медленнее справляется с поставленной задачей.

Теперь перейдём ко второй переменной в нашем уравнении – энергопотреблению.

Различия в потреблении энергии на каждом этапе разгона обусловлены необходимостью обеспечить стабильную работу системы, для чего пришлось повышать напряжения на процессоре. Мы смогли использовать штатное напряжение Core i7-3960X вплоть до частоты 4,5 ГГц. Но как только нам пришлось использовать смещение напряжения, уровень потребления энергии в режиме простоя начал расти. Как только все шесть ядер стали работать на частоте 4,7 ГГц, мы обнаружили сомнительный прирост производительности, но весьма заметное увеличение потребления энергии.

Увеличение потребляемой энергии под нагрузкой не выглядит более тревожно, чем в режиме простоя, но цифры говорят сами за себя. Уровень энергопотребления возрастает в зависимости от частоты, а использование более высокого напряжения усугубляет результат. Как только мы использовали разгон до 4,7 ГГц в приложениях со слабой поддержкой многопоточности (или 4,5 ГГЦ в приложениях, которые нагружают все ядра CPU), уровень потребления энергии системой возрос до 300 Вт. Данная величина не включает мощность, которую потребляет видеокарта, поскольку в данных тестах только процессор подвергается нагрузке.

На представленной выше диаграмме отражено общее время, затраченное на прохождение всех однопоточных тестов. Как результат, на скорость прохождения тестов влияет только частота, которая варьируется от 3,9 до 4,7 ГГц. Максимальный разгон (4,7 ГГц) позволяет снизить время прохождения тестов на 16%, но для достижения этого результата тактовая частота была увеличена более чем на 20%.

Средняя потребляемая мощность возросла гораздо более значительно – почти на 40%.

Так как мы не включили в наш тест большое количество однопоточных приложений, на выполнение нашего тестового сценария не ушло слишком много времени. Общие затраты энергии на стоковой частоте составили 7,2 Вт/час. Наиболее агрессивный разгон приводит к результату 8,3 Вт/час. Если умножить разницу на часы, дни, недели и месяцы, можно получить лучшее представление, как это может повлиять на показания электрического счётчика в вашей квартире.

В нашем наборе многопоточных приложений производительность после разгона выросла примерно на 16%, по сравнению с процессором, работающем на стоковой частоте.

Уровень потребления энергии также выросла – примерно на 31%. Это не очень хороший компромисс с точки зрения результатов, которые мы достигли, если вас, конечно, волнует соотношение этих двух величин.

При использовании более "тяжёлых" тестов, нагружающих все шесть ядер, общие затраты энергии на выполнение пакета тестов значительно выше, чем в случае однопоточных приложений, но это не должно вызывать удивления. Особенно важно отметить, что потребляемая мощность после разгона увеличилась на 19%, что больше, чем рост производительности.

Разгон до частоты 4,7 ГГц привёл к сокращению времени выполнения всех тестов, входящих в наш пакет, на 16%.

Но, чтобы добиться такого результата, приходится расплачиваться повышением уровня энергопотребления, примерно, на 30%.

Таким образом, средние затраты энергии на выполнение всех тестов возросли, примерно, на 18%.

Так случается не всегда, но Core i7-3960X достигает наилучшей эффективности на своей стоковой базовой частоте 3,3 ГГц и частоте Turbo Boost 3,9 ГГц для приложений со слабой поддержкой многопоточности. Да, в самом деле, есть возможность добиться ощутимо лучшей производительности, прибегнув к разгону, но это приведёт к ещё более значительному увеличению потребляемой энергии. В конечном итоге, негативное влияние разгона процессора Core i7-3960X на эффективность приводит к тому, что этот процессор показывает тем меньшую эффективность, чем агрессивнее разгон.

Опять же, если вы тратите $1050 на процессор (или хотя бы $600, если говорить о Core i7-3930K), то небольшая прибавка к счёту за электричество вряд ли станет серьёзным препятствием для разгона. Мы вполне осознаём, что столь производительные CPU призваны обеспечить максимальную производительность, так что разгон, в данном случае, вполне может быть актуален, невзирая на снижение эффективности, сколь значительным бы оно ни было. Тем не менее, мы исходим из того, что посетителям нашего сайта небесполезно знать, как именно взаимосвязаны значения множителя при разгоне и напряжения, которые приходится повышать ради достижения максимальных результатов.

Результаты говорят сами за себя. Хотя Core i7-3960X – несомненно, самый быстрый CPU, который вы сейчас можете приобрести, и невзирая на его отличные возможности для разгона, эффективность данного процессора резко снижается, если мы выходим за рамки стоковых частот. Учитывая более сложный дизайн и ценовой сегмент, этот процессор просто не имеет шансов против быстрых и относительно экономичных моделей на LGA 1155, таких как Core i5-2500K и i7-2600K.

Но является ли это проблемой? Для пользователей, которым нужна производительность платформы LGA 2011, скорее всего, нет. Core i7-3960X имеет четырёхканальный контроллер памяти, 40 линий PCI-E третьего поколения, огромное количество кэш-памяти L3 и целых шесть ядер. Несмотря на устоявшийся 32-нм техпроцесс, по которому производится данный чип, столь сложный дизайн предполагает весьма высокий уровень потребления энергии.

Так как на потребление энергии влияют как частота, так и напряжение, даже повышение частоты без манипуляций с напряжениями приводит к снижению эффективности. Этот эффект не столь выражен до частоты 4,5 ГГц. Однако каждая ступень разгона приводит к снижению эффективности: уровень потребления энергии повышается быстрее, чем производительность. Ситуация ещё более ухудшается, когда для сохранения стабильной работы приходится повышать напряжение – в этом случае эффективность снижается ещё сильнее.

Таким образом, мы можем добиться заметного повышения эффективности платформы на Sandy Bridge, прибегнув к разгону, но этого нельзя сказать о более новых процессорах Sandy Bridge-E. Если исходить от абсолютной производительности, то наиболее разумно остановиться на множителе 42x в режиме Turbo Boost для пяти-шести ядер под нагрузкой, 43х – для трёх-четырёх ядер, 45х – для одного или двух активных ядер, так как подобные значения множителя позволяют добиться значительного увеличения производительности, сохранив энергопотребление в разумных пределах.