Процессоры Intel Sandy Bridge — все секреты. От Sandy Bridge до Coffee Lake: сравниваем семь поколений Intel Core i7

В начале января компания Intel официально представила процессоры семейства Intel Core второго поколения, известные под кодовым наименованием Sandy Bridge, а также чипсеты Intel 6-й серии для них.

Новые процессоры семейства Intel Core второго поколения (2 nd Generation Intel Core Processor Family), известные также под кодовым наименованием Sandy Bridge, без преувеличения можно назвать одним из наиболее долгожданных продуктов. Без сомнения, они станут самыми популярными процессорами в 2011 году. Компания AMD готовит свой ответ в виде процессоров на базе новой микроархитектуры Bulldozer, но, во-первых, пока не понятно, когда эти процессоры появятся, а во-вторых, уже сейчас можно утверждать, что они не смогут конкурировать с процессорами Sandy Bridge ни по производительности, ни по соотношению «цена/производительность». Вообще, забегая вперед, отметим, что новые процессоры Intel получились настолько удачными, что продукция конкурентов в сравнении с ними просто меркнет.

О новой процессорной микроархитектуре Sandy Bridge мы уже подробно рассказывали на страницах нашего журнала, поэтому в данной статье не станем повторяться, а ознакомим читателей с модельным рядом новых процессоров и чипсетов, а также расскажем об их разгонных возможностях и результатах тестирования их производительности.

Прежде всего напомним, что процессоры Intel Core второго поколения, как и процессоры Intel Core первого поколения, составят три семейства: Intel Core i7, Core i5 и Core i3. Чтобы отличать процессоры Intel Core второго поколения от процессоров первого поколения, изменена система их маркировки. Если процессоры первого поколения маркировались трехзначным числом (например, Intel Core i5-650), то процессоры второго поколения маркируются четырехзначным числом, причем первая цифра - 2 - указывает на второе поколение.

Итак, всего компания Intel одновременно анонсировала 29 новых моделей процессоров семейства Sandy Bridge для настольных ПК и ноутбуков, а также десять новых чипсетов. Среди 29 новых моделей процессоров 15 моделей - это мобильные процессоры, а остальные 14 моделей предназначены для настольных компьютеров. Среди десяти новых чипсетов пять ориентированы на ноутбуки, а остальные пять - на ПК.

Прежде чем более детально ознакомиться с модельным рядом мобильных и десктопных процессоров Sandy Bridge, приведем общие сведения о них.

Особенности процессоров Sandy Bridge

Все процессоры Sandy Bridge первоначально будут производиться по 32-нм техпроцессу. В дальнейшем, когда состоится переход на 22-нм техпроцесс, процессоры на базе микроархитектуры Sandy Bridge получат кодовое на-именование Ivy Bridge.

Отличительной особенностью всех процессоров Sandy Bridge станет наличие в них интегрированного графического ядра нового поколения (Intel HD Graphics 2000/3000). Причем если в процессорах предыдущего поколения (Clarkdale и Arrandale) вычислительные ядра процессора и графическое ядро размещались на разных кристаллах и, более того, производились по разным техпроцессам, то в процессорах Sandy Bridge все компоненты процессора изготавливаются по 32-нм техпроцессу и располагаются на одном кристалле.

Важно подчеркнуть, что идеологически графическое ядро процессора Sandy Bridge можно рассматривать как пятое ядро процессора (в случае четырехъядерных процессоров). Причем графическое ядро, так же как и вычислительные ядра процессора, имеет доступ к кэшу L3.

Точно так же, как и процессоры предыдущего поколения (Clarkdale и Arrandale), процессоры Sandy Bridge будут иметь интегрированный интерфейс PCI Express 2.0 для использования дискретных видеокарт. Причем все процессоры поддерживают 16 линий PCI Express 2.0, которые могут быть сгруппированы либо как один порт PCI Express x16, либо как два порта PCI Express x8.

Также нужно отметить, что все процессоры Sandy Bridge будут иметь интегрированный двухканальный контроллер памяти DDR3. Выпуск вариантов с трехканальным контроллером памяти пока не планируется.

Еще одна особенность процессоров на базе микроархитектуры Sandy Bridge заключается в том, что вместо шины QPI (Intel QuickPath Interconnect), которая раньше использовалась для связи отдельных компонентов процессора друг с другом, теперь применяется принципиально иной интерфейс, называемый кольцевой шиной (Ring Bus).

Архитектура процессора Sandy Bridge вообще подразумевает модульную, легко масштабируемую структуру.

Еще одна особенность микроархитектуры Sandy Bridge заключается в том, что в ней реализована поддержка набора инструкций Intel AVX (Intel Advanced Vector Extension).

Intel AVX представляет собой новый набор расширений для архитектуры Intel, предусматривающий 256-битные векторные вычисления с плавающей запятой на базе SIMD (Single Instruction, Multiple Data).

Говоря о процессорной микроархитектуре Sandy Bridge, нужно отметить, что она является развитием микроархитектуры Nehalem или Intel Core (поскольку сама микроархитектура Nehalem является развитием микроархитектуры Intel Core). Различия между Nehalem и Sandy Bridge довольно существенные, но всё же назвать эту микроархитектуру принципиально новой, какой в свое время была микроархитектура Intel Core, нельзя. Это именно модифицированная микроархитектура Nehalem.

Модельный ряд мобильных процессоров Intel Core второго поколения

В семействе мобильных процессоров было представлено 15 моделей: десять моделей семейства Core i7, четыре модели семейства Core i5 и одна модель - Core i3.

В семействе мобильных процессоров присутствуют как четырех­, так и двухъядерные модели. Причем все мобильные процессоры имеют встроенное графическое ядро Intel HD Graphics 3000 и поддерживают режим Hyper-Threading. Разница между отдельными моделями заключается в энергопотреблении, штатной тактовой частоте и максимальной частоте в режиме Turbo Boost, размере кэша L3, частоте поддерживаемой памяти, частоте графического ядра в штатном режиме и в режиме Turbo Boost.

Так, из десяти моделей в семействе Core i7 пять являются четырехъядерными (в обозначении четырехъядерных процессов присутствует буква Q или X). Причем одна модель - Intel Core i7-2920XM - относится к серии Extreme Edition. Это топовая и самая дорогая модель в сегменте мобильных процессоров. Вряд ли производители будут в массовом порядке выпус­кать ноутбуки на процессоре Core i7-2920XM, поскольку его стоимость превышает 1000 долл. Скорее всего, на нем будут основаны только эксклюзивные модели ноутбуков под заказ.

Следующая по стоимости и по производительности модель процессора - Core i7-2820QM. Ее отличие от модели Core i7-2920XM заключается лишь в том, что в ней штатная тактовая частота на две ступени ниже (в процессорах Sandy Bridge частота системной шины составляет 100 МГц, соответственно одна ступень изменения тактовой частоты равна 100 МГц). Так, для процессора Core i7-2920XM штатная тактовая частота равна 2,5 ГГц, а для модели Core i7-2820QM - 2,3 ГГц. В режиме Turbo Boost максимальная частота процессора Core i7-2920XM может равняться 3,5 ГГц, а процессора Core i7-2820QM - 3,4 ГГц. Еще одно различие между процессорами Core i7-2920XM и Core i7-2820QM заключается в том, что TDP модели Core i7-2920XM составляет 55 Вт, а модели Core i7-2820QM - 45 Вт. Все остальные характеристики процессоров Core i7-2920XM и Core i7-2820QM совпадают. Это четырехъядерные модели с L3-кэшем 8 Мбайт. Обе модели поддерживают память DDR3-1600 и имеют графический контроллер Intel HD Graphics 3000 с частотой 650 МГц в штатном режиме и 1300 МГц в режиме Turbo Boost.

Как видите, процессоры Core i7-2920XM и Core i7-2820QM по своим характеристикам, в том числе по производительности, мало чем отличаются друг от друга. А вот по стоимости - почти в два раза. Именно поэтому мы предполагаем, что именно модель Core i7-2820QM будет топовым решением, а Core i7-2920XM останется неким эксклюзивом, который, скорее всего, продаваться не будет.

Все остальные четырехъядерные модели мобильных процессоров (Core i7-2720QM, i7-2635QM, i7-2630QM) наделены L3-кэшем 6 Мбайт. Модель Core i7-2720QM поддерживает память DDR3-1600, а остальные процессоры - память DDR3-1333. Модели i7-2635QM и i7-2630QM вообще практически не отличаются друг от друга - разница лишь в максимальной частоте графического ядра в режиме Turbo Boost. Однако, на наш взгляд, обращать внимание на характеристики интегрированного графического ядра в случае четырехъядерных моделей процессоров вообще не имеет смысла, поскольку ноутбуки на базе таких мощных процессоров без дискретной графики вряд ли будут выпускаться (это было бы просто нелогично).

Теперь рассмотрим двухъядерные модели мобильных процессоров Sandy Bridge. Все двухъядерные модели семейства Core i7 имеют кэш L3 размером 4 Мбайт и поддерживают память DDR3-1333. Собственно, разница между отдельными двухъядерными моделями процессоров семейства Core i7 заключается в их энергопотреблении (различное значение TDP), штатной тактовой частоте и максимальной тактовой частоте ядер процессора и графического ядра в режиме Turbo Boost.

Двухъядерные модели мобильных процессоров семейства Core i5 (всего их четыре) имеют кэш L3 размером уже 3 Мбайт. Все эти процессоры поддерживают память DDR3-1333 и отличаются друг от друга энергопотреблением, штатной тактовой частотой и максимальной тактовой частотой ядер процессора и графического ядра в режиме Turbo Boost.

Как уже отмечалось, младшее семейство процессоров Core i3 представлено всего одной моделью - Core i3-2310M. Отличительной особенностью процессоров семейства Core i3 является то обстоятельство, что они не поддерживают режим Turbo Boost для ядер процессора (режим Turbo Boost поддерживается для графического ядра). Во всем остальном эти процессоры схожи с моделями семейства Core i5. Так, в модели Core i3-2310M размер кэша L3 составляет 3 Мбайт и он поддерживает память DDR3-1333.

Технические характеристики мобильных процессоров Sandy Bridge представлены в табл. 1 .

Модельный ряд десктопных процессоров Intel Core второго поколения

Модельный ряд десктопных процессоров Sandy Bridge также представлен тремя семействами: Core i7, Core i5 и Core i3.

Все десктопные процессоры семейства Core i7 являются четырехъядерными, поддерживают режим Hyper-Threading и память DDR3-1333 и имеют кэш L3 размером 8 Мбайт. Собственно, в настоящее время семейство Core i7 представлено всего одной моделью, но в трех вариантах: Core i7-2600K, Core i7-2600 и Core i7-2600S. Базовая модель - Core i7-2600. Этот четырехъядерный процессор имеет TDP 95 Вт и базовую тактовую частоту 3,4 ГГц. Максимальная тактовая частота в режиме Turbo Boost составляет 3,8 ГГц. Процессор Core i7-2600 имеет встроенное графическое ядро Intel HD Graphics 2000 с максимальной тактовой частотой до 1350 МГц в режиме Turbo Boost.

Модель Core i7-2600K отличается от Core i7-2600 прежде всего тем, что она разблокирована. Все процессоры с буквой «К» в маркировке имеют разблокированный коэффициент умножения и ориентированы на разгон. О разгонных особенностях десктопных процессоров Sandy Bridge мы еще расскажем, а пока заметим, что процессор Core i7-2600K имеет интегрированное графическое ядро Intel HD Graphics 3000 с максимальной тактовой частотой до 1350 МГц в режиме Turbo Boost.

Вообще, нужно отметить, что если во всех мобильных процессорах интегрировано графическое ядро Intel HD Graphics 3000, то в десктопных процессорах может быть интегрировано графическое ядро как Intel HD Graphics 3000, так и Intel HD Graphics 2000. Во всех разблокированных процессорах (с буквой «К» в маркировке) интегрировано графическое ядро Intel HD Graphics 3000, а во всех остальных процессорах - ядро Intel HD Graphics 2000. Различия между ядрами Intel HD Graphics 3000 и 2000 мы еще обсудим, но, забегая вперед, скажем, что ядро Intel HD Graphics 3000 более производительное и решение интегрировать более производительное графическое ядро в разблокированные процессоры кажется нам абсолютно нелогичным. Дело в том, что разгон процессоров возможен только на материнских платах на базе чипсета Intel P67 Express. Но именно эти платы как раз не поддерживают встроенного в процессор графического ядра (то есть в платах на базе чипсета Intel P67 Express нет возможности воспользоваться встроенным графическим ядром). Использовать интегрированное графическое ядро можно только на платах с чипсетом Intel H67 Express, однако они не позволяют осуществлять разгон ядер процессора (об особенностях чипсетов мы расскажем чуть позже). Естественно, разблокированные процессоры K-серии имеет смысл применять только с платами на базе чипсета Intel P67 Express, но в этом случае нельзя использовать встроенное в них графическое ядро, и какой смысл оснащать более производительным графическим ядром именно разблокированные процессоры - совершенно непонятно.

Процессор Core i7-2600S отличается от двух других моделей семейства Core i7 пониженным энергопотреблением. Его TDP составляет 65 Вт. Ну и, кроме того, в этой модели процессора меньше базовая тактовая частота (2,8 ГГц), однако в режиме Turbo Boost тактовая частота может быть такой же, как и в моделях Core i7-2600 и Core i7-2600K, то есть 3,8 ГГц. Попутно отметим, что если в маркировке процессора присутствует буква «S», то это означает, что речь идет о процессоре с пониженным энергопотреблением.

Теперь рассмотрим семейство десктопных процессоров Core i5. Оно довольно странное, поскольку в него входят как двух-, так и четырехъядерные процессоры как с поддержкой Hyper-Threading, так и без нее. Точнее, если бы не модель Core i5-2390T, то всё было бы логично и Intel Core i5 можно было бы охарактеризовать как семейство четырехъядерных процессоров без поддержки технологии Hyper-Threading с L3-кэшем 6 Мбайт. Однако модель Core i5-2390T портит всю систему классификации, поскольку это двухъядерный процессор с поддержкой технологии Hyper-Threading и кэшем L3 размером 3 Мбайт. Возникает впечатление, что этот процессор попал в семейство Core i5 просто по ошибке - ему место в семействе Core i3. Однако отличительным признаком всех процессоров Core i3 является отсутствие поддержки режима Turbo Boost для ядер процессора, а модель Core i5-2390T поддерживает Turbo Boost. Одним словом, модель процессора Core i5-2390T просто не вписывается ни в одно семейство. Поэтому охарактеризуем Core i5 как семейство четырехъядерных процессоров без поддержки технологии Hyper-Threading с L3-кэшем 6 Мбайт, но с одним исключением в виде модели Core i5-2390T.

В семейство Core i5 сегодня входят три базовые модели в различных вариациях. Так, базовая модель Core i5-2500 представлена в четырех видах: Core i5-2500K, Core i5-2500, Core i5-2500S и Core i5-2500T. Модель Core i5-2500K - это разблокированный вариант процессора Core i5-2500, да еще с графикой Intel HD Graphics 3000.

Модель Core i5-2500S - это вариант процессора Core i5-2500 с пониженным энергопотреблением. Так, если для модели Core i5-2500 TDP составляет 95 Вт, то для модели Core i5-2500S - 65 Вт.

Модель Core i5-2500T - это процессор с еще более сниженным энергопотреблением. TDP этого процессора составляет 45 Вт, а кроме того, у него снижена частота ядер в штатном режиме и в режиме Turbo Boost.

Процессор Core i5-2400 представлен в двух вариантах: Core i5-2400 и i5-2400S. Разница между ними заключается в энергопотреблении и тактовой частоте.

А вот процессор Core i5-2300 вариаций пока не имеет.

Семейство процессоров Core i3 представлено в настоящее время тремя моделями. Все процессоры этого семейства являются двухъядерными, поддерживают режим Hyper-Threading, имеют кэш L3 размером 3 Мбайт и, как уже отмечалось, не поддерживают режим Turbo Boost для ядер процессора. Встроенное графическое ядро HD Graphics 2000 имеет максимальную частоту (в режиме Turbo Boost) 1100 МГц.

Технические характеристики всех десктопных процессоров Sandy Bridge представлены в табл. 2 .

Особенности графических ядер Intel HD Graphics 2000/3000

Как уже отмечалось, все процессоры Sandy Bridge имеют встроенное графическое ядро нового поколения, которое идеологически можно рассматривать как еще одно ядро процессора. Во всех мобильных процессорах, а также в десктопных процессорах K-серии (с разблокированным коэффициентом умножения) интегрируется графическое ядро Intel HD Graphics 3000, а в остальных процессорах - графическое ядро Intel HD Graphics 2000.

Конечно, графическое ядро в процессорах Sandy Bridge не может сравниться по производительности с дискретной графикой (кстати, поддержка DirectX 11 для нового ядра даже не заявлена), но справедливости ради отметим, что это ядро и не позиционируется как игровое.

Разница между ядрами Intel HD Graphics 3000 и Intel HD Graphics 2000 заключается в количестве исполнительных блоков (Execution Unit, EU). Так, в ядре Intel HD Graphics 3000 насчитывается 12 исполнительных блоков, а в ядре Intel HD Graphics 2000 - только 6.

Отметим, что исполнительные блоки в графических ядрах Intel HD Graphics 3000/2000 нельзя сравнивать с унифицированными шейдерными процессорами в графических процессорах NVIDIA или AMD, где их насчитываются сотни. Графическое ядро Intel ориентировано прежде всего не на 3D-игры, а на аппаратное декодирование и кодирование видео (включая HD-видео). То есть в конфигурацию графического ядра входят аппаратные декодеры. Их дополняют средства изменения разрешения (scaling), шумоподавления (denoise filtering), обнаружения и удаления чередования строк (deinterlace/film-mode detection) и фильтры улучшения детализации. Постобработка, позволяющая улучшить изображение при воспроизведении, включает функции STE (улучшение передачи телесных тонов), ACE (адаптивное повышение контраста) и TCC (общее управление цветом).

Мультиформатный аппаратный кодек поддерживает форматы MPEG-2, VC1 и AVC, выполняя все этапы декодирования с помощью специализированных аппаратных средств, тогда как в интегрированных графических процессорах текущего поколения за эту функцию отвечают универсальные исполнительные блоки EU (рис. 1).

Рис. 1. Сравнение возможностей по аппаратному декодированию графических
контроллеров нового и предыдущего поколений

Вообще, если сравнивать графические контроллеры Intel предыдущего поколения, интегрированные в процессоры Clarkdale/Arrandale, и графические контроллеры, интегрированные в процессоры Sandy Bridge, то нужно отметить, что разница между ними не только в поддержке аппаратного декодирования. Сравнение технических характеристик и функциональных возможностей графических контроллеров нового и предыдущего поколений представлено на рис. 2 и 3.

Рис. 2. Сравнение функциональных возможностей графических контроллеров нового
и предыдущего поколений

Рис. 3. Сравнение технических характеристик графических контроллеров нового и предыдущего поколений

Разгонные возможности декстопных процессоров Sandy Bridge

В семействе десктопных процессоров Sandy Bridge имеются как разблокированные процессоры, ориентированные на разгон, так и обычные процессоры. Однако обычные процессоры также можно (и нужно) разгонять. Вообще, все десктопные процессоры Sandy Bridge более правильно делить не на обычные и разблокированные, а на полностью разблокированные (Fully Unlocked) и ограниченно разблокированные (Limited Unlocked). Собственно, это одна из интереснейших особенностей процессоров Sandy Bridge - все они являются разблокированными в той или иной степени.

Прежде всего, во всех процессорах полностью разблокирована возможность по разгону памяти. В BIOS платы можно выбрать коэффициент умножения для памяти (8,00; 10,66; 13,33; 16,00; 18,66; 21,33). С учетом того, что штатная частота системной шины составляет 100 МГц, выбирая, к примеру, множитель 16,00, мы получим частоту памяти 1600 МГц.

Естественно, полностью разблокированной на всех процессорах является возможность устанавливать напряжение питания памяти и ядер процессора. Собственно, так было всегда.

Ну а теперь о главном. В полностью разблокированных процессорах (процессоры K-серии) можно устанавливать любой коэффициент умножения для тактовой частоты ядер процессора. Точнее, максимальный коэффициент умножения может быть равным 57, соответственно максимальная тактовая частота ядер процессора может достигать 5,7 ГГц (теоретически). В частично разблокированных процессорах (то есть в процессорах не К-серии) также можно менять коэффициент умножения, однако в меньшем диапазоне. Правило здесь работает такое. Максимальный коэффициент умножения для частично разблокированных процессоров может быть на четыре единицы выше, чем коэффициент умножения для максимальной частоты процессора в режиме Turbo Boost в штатном режиме.

Рассмотрим, к примеру, частично разблокированный процессор Core i5-2400. Его штатная тактовая частота составляет 3,1 ГГц, а в режиме Turbo Boost максимальная тактовая частота может быть равна 3,4 ГГц (при одном активном ядре). Соответственно для этого процессора коэффициент умножения для максимальной частоты в режиме Turbo Boost составляет 34. Значит, максимальный коэффициент умножения, который можно задать, равен 38.

И полностью разблокированные, и частично разблокированные процессоры Sandy Bridge позволяют настраивать режим Turbo Boost. То есть для процессоров Sandy Bridge можно задавать коэффициенты умножения для ядер процессора в режиме Turbo Boost. В случае четырехъядерных процессоров имеется возможность задавать коэффициенты умножения для четырех, трех, двух и одного активного ядра. Для полностью разблокированных процессоров коэффициенты умножения могут быть любыми (но менее 57), а для частично разблокированных процессоров действует то же правило: максимальный коэффициент умножения на четыре единицы выше, чем коэффициент умножения для максимальной частоты процессора в режиме Turbo Boost в штатном режиме (рис. 4).

Рис. 4. Сравнение разгонных возможностей полностью
и частично разблокированных процессоров Sandy Bridge

Рассмотрим для примера всё тот же частично разблокированный процессор Core i5-2400. По умолчанию (в штатном режиме) режим Turbo Boost для этого процессора настроен следующим образом. Если активны все четыре ядра, то коэффициент умножения может быть равным 32 (если не превышены ограничения по максимальному току и TDP процессора). Если активны три или два ядра процессора, то коэффициент умножения может быть равным 33, а если активно только одно ядро, то коэффициент умножения может достигать значения 34.

Поскольку максимальный коэффициент умножения для этого процессора на 4 единицы выше 34, то есть равен 38, режим Turbo Boost можно настроить так, чтобы для всех случаев активности ядер коэффициент умножения был не выше 38. К примеру, для одного активного ядра - 38, для двух - 37, для трех - 36 и для четырех - 35. А можно и так, чтобы для случаев одного, двух, трех и четырех активных ядер коэффициент умножения был равен 38.

Еще одна особенность настройки режима Turbo Boost заключается в том, что и для полностью разблокированных, и для частично разблокированных процессоров можно устанавливать значения максимального тока и энергопотребления. Напомним, что режим динамического разгона Turbo Boost реализуется лишь в том случае, если не превышен предел по максимальному току и энергопотреблению процессора. Так вот, значения максимального тока и энергопотребления можно устанавливать самостоятельно.

Говоря о разгонных возможностях процессоров Sandy Bridge, нужно отметить, что они действительно впечатляют. У нас была возможность протестировать три десктопных процессора: Core i7-2600K, Core i5-2500K и Core i5-2400, и нужно сказать, что все они отлично разгонялись. К примеру, процессор Core i7-2600K прекрасно работал на частоте 4,6 ГГц (при штатной частоте 3,4 ГГц), а час­тично разблокированный процессор Core i5-2400 при штатной частоте 3,1 ГГц отлично работал на частоте 3,8 ГГц. Более подробно о производительности и разгонных возможностях указанных процессоров мы расскажем в следующем номере нашего журнала. Напомним, что разгонять десктопные процессоры Sandy Bridge можно лишь в том случае, если используется материнская плата на базе чипсета Intel P67 Express. Платы на базе остальных чипсетов не позволяют разгонять процессоры.

Теперь самое время подробнее ознакомиться с новыми чипсетами для процессоров Sandy Bridge.

Чипсеты Intel 6-й серии

Компания Intel представила сразу десять чипсетов 6-й серии, из которых пять моделей - это чипсеты для ПК (P67, H67, Q65, Q67, B65), а еще пять (QS67, QM67, HM67, HM65, UM67) для ноутбуков.

Все новые чипсеты, или, в терминологии компании Intel, платформенные хабы (Platform Controller Hub, PCH), представляют собой однокристальные решения, которые заменяют собой традиционные северный и южный мосты.

В процессорах Sandy Bridge взаимодействие между процессором и чипсетом реализуется по шине DMI. Соответственно в чипсетах Intel 6-й серии имеется контроллер DMI.

Чипсеты для настольных ПК

Если говорить о чипсетах для настольных ПК, то наиболее широкое распространение получат чипсеты Intel P67 Express (P67) и Intel H67 Express (H67). Именно они ориентированы на домашние компьютеры. Остальные чипсеты (Q65, Q67, B65) предназначены для корпоративного сегмента рынка и не представляют интереса для конечных пользователей, а потому мы сосредоточимся прежде всего на рассмотрении чипсетов P67 и H67.

Как уже неоднократно упоминалось, ключевая разница между чипсетами P67 и H67 заключается в том, что чипсет P67, во-первых, позволяет разгонять процессоры, а во-вторых, не дает использовать встроенный в процессор графический контроллер. Чипсет H67, наоборот, не обеспечивает разгона процессоров, но позволяет применять встроенный в процессор графический контроллер. Для этого в чипсете H67 предусмотрена шина Intel FDI (Flexible Display Interface), по которой чипсет взаимодействует с процессором. А вот в чипсете P67 такой шины нет, и именно по этой причине воспользоваться встроенным графическим ядром процессора Sandy Bridge на платах с чипсетом P67 не удастся.

Остальные функциональные возможности чипсетов P67 и H67 практически совпадают. Оба чипсета поддерживают 14 портов USB 2.0. Кроме того, в них встроен 6-портовый SATA-контроллер, который поддерживает два порта SATA 6 Гбит/с (SATA III) и четыре порта SATA 3 Гбит/с (SATA II). Этот контроллер поддерживает технологию Intel RST с возможностью создания RAID-массивов уровня 0, 1, 5, 10 или JBOD.

Чипсеты P67 и H67 поддерживают восемь полноскоростных линий PCI Express 2.0, которые могут использоваться интегрированными на материнскую плату контроллерами и для организации слотов PCI Express 2.0 x1 и PCI Express 2.0 x4. А вот традиционную шину PCI чипсеты P67 и H67 не поддерживают.

Отметим также, что в чипсеты P67 и H67 уже встроен MAC-уровень гигабитного сетевого контроллера.

Структурные схемы чипсетов P67 и H67 показаны на рис. 5 и 6. В табл. 3 приведены технические характеристики чипсетов P67 и H67, а также чипсетов Q67 и B65.

Рис. 5. Структурная схема чипсета Intel P67 Express

Рис. 6. Структурная схема чипсета Intel H67 Express

Чипсеты для мобильных ПК

Из пяти чипсетов для мобильных ПК модели QM67 иQS67 ориентированы на корпоративный сегмент рынка и в ноутбуках для домашних пользователей встречаться не будут. А вот чипсеты HM67, HM65 и UM67 будут использоваться как раз в ноутбуках для домашних пользователей.

Вообще, если посмотреть на характеристики всех мобильных чипсетов (см. табл. 3), то можно заметить, что их характеристики различаются весьма незначительно. К примеру, чипсеты HM67 и UM67 отличаются друг от друга лишь разницей в энергопотреблении в 0,5 Вт, а их функциональные возможности полностью совпадают.

Все мобильные чипсеты имеют шину Intel FDI (Flexible Display Interface) и поддерживают интегрированный в процессор графический контроллер. Кроме того, эти чипсеты поддерживают выходы DVI, VGA, Display Port, HDMI 1.4 и LVD. Кроме того, поддерживаются технологии Intel Wireless Display, PAVP и SDVO.

Чипсеты QM67, QS67, HM67 и UM67 поддерживают 14 портов USB 2.0, а чипсет HM65 - только 12 портов. Однако напомним, что речь идет о ноутбуках и физически реализовать более четырех портов USB весьма проблематично. Так что разницу в количестве поддерживаемых портов USB в данном случае можно не принимать во внимание.

Кроме того, все мобильные чипсеты имеют встроенный 6-портовый SATA-контроллер, который поддерживает два порта SATA 6 Гбит/с (SATA III) и четыре порта SATA 3 Гбит/с (SATA II). В чипсетах QM67, QS67 и HM67 поддерживается технология Intel RST с возможностью создания RAID-массивов уровней 0 и 1, а чипсеты QM67 и HM67 поддерживают также создание RAID-массивов уровней 5 и 10, правда не очень понятно, зачем это нужно в ноутбуках.

Все мобильные чипсеты поддерживают восемь полноскоростных линий PCI Express 2.0, которые могут использоваться интегрированными контроллерами. Отметим также, что в мобильные чипсеты встроен MAC-уровень гигабитного сетевого контроллера.

Технические характеристики всех мобильных чипсетов представлены в

Наконец-то компания Intel официально анонсировала новые процессоры, работающие на новой микроархитектуре Sandy Bridge . Для большинства людей «анонс Sandy Bridge» всего лишь слова, но по большому счету, Intel Core ll поколения являются если не новой эпохой, то как минимум обновлением практически всего рынка процессоров.

Первоначально сообщалось о запуске всего семи процессоров, однако на полезнейшей страничке ark.intel.com уже появилась информация обо всех новинках. Процессоров, а точнее их модификаций, оказалось несколько побольше (в скобках я указал ориентировочную цену - во столько обойдется каждый процессор в партии из 1000 штук):

Мобильные:

Intel Core i5-2510E (~266$)
Intel Core i5-2520M
Intel Core i5-2537M
Intel Core i5-2540M

Наглядное детальное сравнение мобильных процессоров Intel Core i5 второго поколения.

Intel Core i7-2617M
Intel Core i7-2620M
Intel Core i7-2629M
Intel Core i7-2649M
Intel Core i7-2657M
Intel Core i7-2710QE (~378$)
Intel Core i7-2720QM
Intel Core i7-2820QM
Intel Core i7-2920XM Extreme Edition

Наглядное детальное сравнение мобильных процессоров Intel Core i7 второго поколения.

Настольные:

Intel Core i3-2100 (~117$)
Intel Core i3-2100T
Intel Core i3-2120 (138$)

Наглядное детальное сравнение настольных процессоров Intel Core i3 второго поколения.

Intel Core i5-2300 (~177$)
Intel Core i5-2390T
Intel Core i5-2400S
Intel Core i5-2400 (~184$)
Intel Core i5-2500K (~216$)
Intel Core i5-2500T
Intel Core i5-2500S
Intel Core i5-2500 (~205$)

Наглядное детальное сравнение настольных процессоров Intel Core i5 второго поколения.

Intel Core i7-2600K (~317$)
Intel Core i7-2600S
Intel Core i7-2600 (~294$)

Наглядное детальное сравнение настольных процессоров Intel Core i7 второго поколения.

Как видите, названия моделей теперь имеют четыре цифры в названии – это сделано для того, чтобы не было путаницы с процессорами предыдущего поколения. Модельный ряд получился достаточно полным и логичным – наиболее интересные серии i7 явно отделены от i5 наличием технологии Hyper Threading и увеличенным объемом кэша. А процессоры семейства i3 отличаются от i5 не только меньшим количеством ядер, но и отсутствием технологии Turbo Boost .

Наверное, вы так же обратили внимание на буквы в названиях процессоров, без которых модельный ряд сильно поредел. Так вот, буквы S и T говорят о пониженное энергопотребление, а К – свободный множитель.

Наглядная структура новых процессоров:

Как видите, помимо графического и вычислительных ядер, кэш-памяти и контроллера памяти, присутствует так называемый System Agent – туда свалено много чего, например контроллеры DDR3-памяти и PCI-Express 2.0, модель управления питанием и блоки, отвечающие на аппаратном уровне за работы встроенного GPU и за вывод изображения в случае его использования.

Все «ядерные» компоненты (в том числе графический процессор) связаны между собой высокоскоростной кольцевой шиной с полноценным доступом к L3-кэшу, благодаря чему выросла общая скорость обмена данными в самом процессоре; что интересно – такой подход позволяет увеличивать производительность в дальнейшем, попросту увеличивая количество ядер, добавленных к шине. Хотя и сейчас всё обещает быть на высоте - по сравнению с процессорами предыдущего поколения, производительность новых является более адаптивной и по заявлению производителя, во многих задачах способна продемонстрировать 30-50% прирост в скорости выполнения задач!

Если есть желание узнать более подробно о новой архитектуре, то на русском языке могу посоветовать эти три статьи – , , .

Новые процессоры целиком и полностью выполнены согласно нормам 32-нм техпроцесса и впервые обладают «визуально умной» микроархитектурой, сочетающей в себе лучшую в классе вычислительную мощность и технологию обработки 3D-графики на одном кристалле. В графике Sandy Bridge появилось действительно много нововведений, нацеленных главным образом на увеличение производительности при работе с 3D. Можно долго спорить о «навязывании» интегрированной видеосистемы, но другого решения пока нет как такового. Зато есть такой вот слайд из официальной презентации, который претендует на правдоподобность в том числе в мобильных продуктах (ноутбуках):

Частично о новых технологиях второго поколения процессоров Intel Core я уже рассказывал , поэтому повторяться не буду. Остановлюсь лишь на разработке Intel Insider , появление которой были многие удивлены. Как я понял, это будет своего рода магазин, который даст владельцам компьютеров доступ к фильмам высокой четкости, непосредственно от создателей данных фильмов – то, что раньше появлялось лишь спустя некоторое время после анонса и появления дисков DVD или Blu-ray. Для демонстрации этой функции вице-президент Intel Мули Иден (Mooly Eden) пригласил на сцену Кевина Тсужихару (Kevin Tsujihara), президента Warner Home Entertainment Group. Цитирую:

«Warner Bros. находит персональные системы самой универсальной и распространенной платформой для доставки высококачественного развлекательного контента, а сейчас Intel делает эту платформу еще более надежной и безопасной. Отныне мы при помощи магазина WBShop, а также наши партнеры, такие как CinemaNow, сможем предоставлять пользователям ПК новые релизы и фильмы из нашего каталога в настоящем HD-качестве » - работу данной технологии Мули Иден продемонстрировал на примере фильма «Начало». В сотрудничестве с ведущими студиями индустрии и гигантами медиаиконтента (такими как Best Buy CinemaNow, Hungama Digital Media Entertainment, Image Entertainment, Sonic Solutions, Warner Bros. Digital Distribution и другими), Intel создает безопасную и защищенную от пиратства (на аппаратном уровне) экосистему для дистрибуции, хранения и воспроизведения высококачественного видео.

Работа упомянутой выше технологии будет совместимой с двумя не менее интересными разработках, которые так же присутствуют во всех моделях процессоров нового поколения. Я говорю о (Intel WiDi 2.0) и Intel InTru 3-D . Первая предназначена для беспроводной передачи HD-видео (с поддержкой разрешения вплоть до 1080p), вторая предназначена для отображения стереоконтента на мониторах или телевизорах высокой четкости через соединение HDMI 1.4 .

Еще две функции, для которых я не нашел в статье более подходящего места - Intel Advanced Vector Extensions (AVX). Поддержка процессорами этих команд повышает скорость работы приложений с интенсивной обработкой данных, таких как аудиоредакторы и программное обеспечение для профессионального редактирования фотографий.

… и Intel Quick Sync Video - благодаря совместной работе с такими софтверными компаниями, как CyberLink, Corel и ArcSoft, процессорному гиганту удалось поднять производительность при выполнении этой задачи (транскодирование между форматами H.264 и MPEG-2) в 17 раз по сравнению с производительностью встроенной графики прошлого поколения.

Допустим, процессоры есть – как их использовать? Всё правильно – вместе с ними были так же анонсированы новые чипсеты (наборы логики), которые являются представителями «шестидесятой» серией. Судя по всего, для жаждущих новинок Consumer-ов отведено всего два набора, это Intel H67 и Intel P67 , на которых и будет построено большинство новых материнских плат. H67 способен работать с интегрированным в процессор видеоядром, в то время как P67 наделили функцией Performance Tuning для разгона процессора. Все процессоры будут работать в новом сокете, 1155 .

Радует, что вроде как в новые процессоры заложили совместимость с сокетами процессоров Intel с архитектурой следующего поколения. Этот плюс пригодится как обычным пользователям, так и производителям, которым не придется заново проектировать и создавать новые устройства.

В общей сложности Intel представила более 20 чипов, чипсетов и беспроводных адаптеров, включая новые процессоры Intel Core i7, i5 и i3, чипсеты Intel 6 Series и адаптеры Intel Centrino Wi-Fi и WiMAX. Помимо упомянутых выше, на рынке могут появиться и таких «бейджики»:

В текущем году на новых процессорах ожидается выпуск более 500 моделей настольных компьютеров и ноутбуков ведущих мировых брендов.

Ну и напоследок еще раз awesome-ролик, вдруг кто не видел:

Его детального обзора на нашем сайте (правда, поддержка состояния глубокого сна C6 и низковольтной памяти LV-DDR3 появилась только в Westmere). А что появилось в SB?

Во-первых - второй тип термодатчиков. Привычный термодиод, показания которого «видят» BIOS и утилиты, измеряет температуру для регулировки оборотов вентиляторов и защиты от перегрева (частотным троттлингом и, если не поможет, аварийным отключением ЦП). Однако его площадь весьма велика, потому их всего по одному в каждом ядре (включая ГП) и в системном агенте. К ним в каждом крупном блоке добавлено по нескольку компактных аналоговых -схем с термотранзисторами. У них меньший рабочий диапазон измерений (80–100 °C), но они нужны для уточнения данных термодиода и построения точной карты нагрева кристалла, без чего нереализуемы новые функции TB 2.0. Более того, силовой контроллер может использовать даже внешний датчик, если производитель системной платы разместит и подключит его - хотя не совсем ясно, чем он поможет.

Добавлена функция перенумерации C-состояний, для чего отслеживается история переходов между ними для каждого ядра. Переход занимает время тем большее, чем больше «номер сна», в который ядро входит или из которого выходит. Контроллер определяет, имеет ли смысл усыплять ядро с учётом вероятности его «пробудки». Если таковая ожидается скоро, то вместо затребованного ОС ядро будет переведено в C3 или C1, соответственно, т. е. в более активное состояние, быстрее выходящее в рабочее. Как ни странно, несмотря на большее потребление энергии в таком сне, общая экономия может не пострадать, т. к. сокращаются оба переходных периода, в течение которых процессор совсем не спит.

Для мобильных моделей перевод всех ядер в C6 вызывает сброс и отключение кэша L3 общими для банков силовыми ключами. Это ещё сильнее снизит потребление при простое, но чревато дополнительной задержкой при пробуждении, т. к. ядрам придётся несколько сотен или тысяч раз промахнуться в L3, пока туда подкачаются нужные данные и код. Очевидно, в совокупности с предыдущей функцией это произойдёт, лишь если контроллер точно уверен, что ЦП засыпает надолго (по меркам процессорного времени).

Core i3/i5 прошлого поколения являлись своеобразными рекордсменами по требованиям к сложности системы питания ЦП на системной плате, требуя аж 6 напряжений - точнее, все 6 были и ранее, но не все вели в процессор. В SB изменились не числом, а использованием:

• x86-ядра и L3 - 0,65–1,05 В (в Nehalem L3 отделён);
• ГП - аналогично (в Nehalem почти весь северный мост, который, напомним, являлся там вторым кристаллом ЦП, питается общей шиной);
• системный агент, у которого частота фиксирована, а напряжение - постоянное 0,8, 0,9 или 0,925 В (первые два варианта - для мобильных моделей), либо динамически регулируемое 0,879–0,971 В;
• - постоянное 1,8 В или регулируемое 1,71–1,89 В;
• драйвер шины памяти - 1,5 В или 1,425–1,575 В;
• драйвер PCIe - 1,05 В.

Регулируемые версии силовых шин используются в разблокированных видах SB с буквой K. В настольных моделях частота простоя x86-ядер повышена с 1,3 до 1,6 ГГц, судя по всему, без ущерба для экономии. При этом 4-ядерный ЦП при полном простое потребляет 3,5–4 Вт. Мобильные версии простаивают на 800 МГц и просят ещё меньше. Модели и чипсеты

Производительность

Что эта глава делает в теоретическом обзоре микроархитектуры? А то, что есть один общепризнанный тест, уже 20 лет (в разных версиях) использующийся для оценки не теоретической, а программно достижимой скорости компьютеров - SPEC CPU. Он может комплексно оценить производительность процессора, причём в наилучшем для него случае - когда исходный код тестов скомпилирован и оптимизирован для тестируемой системы (т. е. походя проверяется ещё и компилятор с библиотеками). Таким образом, полезные программы окажутся быстрее лишь с написанными вручную вставками на ассемблере, на что сегодня идут редкие смельчаки-программисты с большим запасом времени. SPEC можно отнести к полусинтетическим тестам, т. к. он и ничего полезного не вычисляет, и никаких конкретных цифр не даёт (IPC, флопсы, тайминги и пр.) - «попугаи» одного ЦП нужны только для сравнения с другими.

Обычно Intel предоставляет результаты для своих ЦП почти одновременно с их выпуском. Но с SB произошла непонятная 3-месячная задержка, а полученные в марте цифры всё ещё предварительны. Что именно их задерживает - неясно, однако это всё равно лучше, чем ситуация с AMD, вообще не выпустившей официальных результатов своих последних ЦП. Нижеуказанные цифры для Opteron даны производителями серверов, использовавшими компилятор Intel, так что эти результаты могут быть недооптимизированы: что программный инструментарий Intel может сделать с кодом, исполняемым на «чужом» ЦП, . ;)

Сравнение систем в тестах SPEC CPU2006. Таблица составлена Дэвидом Кантером с по данным на март"2011.

В сравнении с предыдущими ЦП SB показывает превосходные (в прямом смысле) результаты в абсолюте и вовсе рекордные на каждое ядро и гигагерц. Включение HT и добавление 2 МБ к L3 даёт +3% к вещественной скорости и +15% к целой. Однако самую высокую удельную скорость имеет 2-ядерная модель, и в этом - поучительное наблюдение: очевидно, Intel задействовала AVX, но т. к. целочисленного прироста пока получить нельзя, то можно ожидать резкое ускорение лишь вещественных показателей. Но и для них никакого скачка нет, что показывает сравнение 4-ядерных моделей - а результаты для i3-2120 раскрывают причину: имея те же 2 канала ИКП, каждое ядро получает вдвое бо́льшую ПСП, что отражается 34-процентным приростом удельной вещественной скорости. Видимо, кэш L3 на 6–8 МБ слишком мал, и масштабирование его собственной ПС за счёт кольцевой шины уже не спасает. Теперь ясно, зачем Intel планирует оснастить серверные Xeon 3- и даже 4-канальными ИКП. Только вот тамошним 8 ядрам уже и их не хватит, чтобы развернуться по полной…

Дополнение: В появились финальные результаты SB - цифры (ожидаемо) чуть подросли, но качественные выводы те же. Перспективы и итоги

О выходящем весной 2012 г. 22-нанометровом преемнике Sandy Bridge под названием Ivy Bridge («плющевый мост») уже многое известно. Ядра общего назначения будут поддерживать чуть обновлённый поднабор AES-NI; вполне возможно и «бесплатное» копирование регистров на стадии переименования. Улучшений в Turbo Boost не предвидится, зато ГП (который, кстати, заработает на всех версиях чипсета) нарастит максимальное число ФУ до 16, станет поддерживать подключение не двух, а трёх экранов, наконец-то обретёт нормальную поддержку OpenCL 1.1 (вместе с DirectX 11 и OpenGL 3.1) и улучшит возможности по аппаратной обработке видео. Скорее всего, уже и в настольных и мобильных моделях ИКП станет поддерживать частоту 1600 МГц, а контроллер PCIe - версию шины 3.0. Главное технологическое новшество - в кэше L3 будут использоваться (впервые в массовом микроэлектронном производстве!) транзисторы с вертикально расположенным многосторонним затвором-ребром (FinFET), имеющие радикально улучшенные электрические характеристики (детали - в одной из ближайших статей). Ходят слухи, что версии с ГП снова станут многочиповыми, только на этот раз к процессору добавят один или несколько кристаллов быстрой видеопамяти.

Ivy Bridge будет подключаться к новым чипсетам (т. е. южным мостам) 70-й серии: Z77, Z75 и H77 для дома (заменят Z68/P67/H67) и Q77, Q75 и B75 для офиса (вместо Q67/Q65/B65). Она (т. е. физическая микросхема под разными именами) по-прежнему будет иметь не более двух портов SATA 3.0, а поддержка USB 3.0 наконец-то появится, но на год позже, чем у конкурента. Встроенная поддержка PCI исчезнет (после 19 лет шине пора на покой), зато контроллер дисковой подсистемы в Z77 и Q77 получит технологию Smart Response для увеличения производительности кэшированием дисков с помощью SSD. Впрочем, наиболее волнительная новость заключается в том, что несмотря на старую добрую традицию, настольные версии Ivy Bridge не просто будут размещаться в том же разъёме LGA1155, что и SB, но и будут обратно совместимы с ними - т. е. современные платы подойдут и новому ЦП.

Ну а для энтузиастов уже в 4-м квартале этого года будет готов куда более мощный чипсет X79 (к 4–8-ядерным SB-E для «серверно-экстремального» разъёма LGA2011). Он пока не будет иметь USB 3.0, зато портов SATA 3.0 будет уже 10 из 14 (плюс поддержка 4 видов RAID), а 4 из 8 полос PCIe могут соединяться с ЦП параллельно с DMI, удваивая ПС связи «ЦП-чипсет». К сожалению, X79 не подойдёт к 8-ядерным Ivy Bridge.

В качестве исключения (а может быть, и нового правила) список того, что бы хотелось улучшить и исправить в Sandy Bridge, приводить не будем. Уже очевидно, что любое изменение является сложным компромиссом - строго по закону сохранения вещества (в формулировке Ломоносова): если где-то что-то прибыло, то где-то столько же и убудет. Если бы Intel кидалась в каждой новой архитектуре исправлять ошибки старой, то число наломанных дров и полетевших щепок могло бы превысить выгоду от полученного. Поэтому вместо крайностей и недостижимого идеала экономически выгодней искать баланс между постоянно меняющимися и подчас противоположными требованиями.

Несмотря на некоторые пятна, новая архитектура должна не только ярко засветить (что, судя по тестам, она и делает), но и затмить все предыдущие - как свои, так и соперника. Объявленные цели по производительности и экономности достигнуты, за исключением оптимизации под набор AVX, которая вот-вот должна проявиться в новых версиях популярных программ. И тогда Гордон Мур ещё раз удивится своей прозорливости. Судя по всему, Intel во всеоружии подходит к Эпической Битве между архитектурами, которую мы увидим в этом году.

Благодарности выражаются:

• Максиму Локтюхину, тому самому «представителю Intel», сотруднику отдела программной и аппаратной оптимизации - за ответы на многочисленные уточняющие вопросы.
• Марку Бакстону, ведущему программному инженеру и главе отдела оптимизации - за его ответы, а также за саму возможность получить какую-то официальную реакцию.
• Агнеру Фогу, программисту и исследователю процессоров - за независимое низкоуровневое тестирование SB, обнаружившее массу нового и загадочного.
• Внимательному Читателю - за внимательность, стойкость и громкий храп.
• Яростным фанатам Противоположного Лагеря - до кучи.

Практически всегда под любой публикацией, в которой так или иначе затрагивается тема производительности современных интеловских процессоров, рано или поздно появляется несколько сердитых читательских комментариев о том, что прогресс в развитии чипов у Intel давно забуксовал и нет смысла переходить со «старого доброго Core i7-2600K» на что-то новое. В таких репликах, скорее всего, будет раздражённо упоминаться про прирост производительности на неосязаемом уровне «не более пяти процентов в год»; про низкокачественный внутренний термоинтерфейс, который непоправимо испортил современные процессоры Intel; либо про то, что покупать в современных условиях процессоры с таким же, как и несколько лет назад, количеством вычислительных ядер вообще - удел недальновидных дилетантов, так как в них нет необходимого задела на будущее.

В том, что все такие реплики не лишены оснований, сомнений нет. Однако очень похоже, что они многократно преувеличивают имеющиеся проблемы. Лаборатория 3DNews подробно тестирует интеловские процессоры с 2000 года, и мы не можем согласиться с тезисом, что какому бы то ни было их развитию пришёл конец, а происходящее с микропроцессорным гигантом в течение последних лет иначе как стагнацией уже и не назовёшь. Да, какие-то кардинальные перемены с процессорами Intel происходят редко, но тем не менее они продолжают планомерно совершенствоваться. Поэтому те чипы серии Core i7, которые можно купить сегодня, заведомо лучше моделей, предлагавшихся несколько лет тому назад.

Поколение Core	Кодовое имя	Техпроцесс	Этап разработки	Время выхода
2	Sandy Bridge	32 нм	Так (Архитектура)	I кв. 2011
3	Ivy Bridge	22 нм	Тик (Процесс)	II кв. 2012
4	Haswell	22 нм	Так (Архитектура)	II кв. 2013
5	Broadwell	14 нм	Тик (Процесс)	II кв. 2015
6	Skylake	14 нм	Так (Архитектура)	III кв. 2015
7	Kaby Lake	14+ нм	Оптимизация	I кв. 2017
8	Coffee Lake	14++ нм	Оптимизация	IV кв. 2017

Собственно, этот материал как раз и является контраргументом для рассуждений о никчёмности выбранной Intel стратегии постепенного развития потребительских CPU. Мы решили собрать в одном тесте старшие интеловские процессоры для массовых платформ за последние семь лет и посмотреть на практике, насколько представители серий Kaby Lake и Coffee Lake ушли вперёд относительно «эталонных» Sandy Bridge, которые за годы гипотетических сравнений и мысленных противопоставлений в представлении обывателей стали настоящей иконой процессоростроения.

⇡ Что поменялось в процессорах Intel c 2011 года по настоящее время

Отправной точкой в новейшей истории развития процессоров Intel принято считать микроархитектуру Sandy Bridge . И это неспроста. Несмотря на то, что первое поколение процессоров под маркой Core было выпущено в 2008 году на базе микроархитектуры Nehalem, почти все основные черты, которые присущи современным массовым CPU микропроцессорного гиганта, вошли в обиход не тогда, а парой лет позднее, когда распространение получило следующее поколение процессорного дизайна, Sandy Bridge.

Сейчас компания Intel приучила нас к откровенно неторопливому прогрессу в разработке микроархитектуры, когда нововведений стало очень мало и они почти не приводят к росту удельной производительности процессорных ядер. Но всего лишь семь лет назад ситуация была кардинально иной. В частности, переход от Nehalem к Sandy Bridge был ознаменован 15-20-процентным ростом показателя IPC (числа исполняемых за такт инструкций), что обуславливалось глубокой переделкой логической конструкции ядер с прицелом на повышение их эффективности.

В Sandy Bridge были заложены многие принципы, которые с тех пор не менялись и стали стандартными для большинства процессоров сегодняшнего дня. Например, именно там появился отдельный кеш нулевого уровня для декодированных микроопераций, а также стал применяться физический регистровый файл, снижающий энергозатраты при работе алгоритмов внеочередного выполнения инструкций.

Но, пожалуй, самым главным нововведением стало то, что Sandy Bridge был спроектирован как унифицированная система-на-чипе, рассчитанная одновременно на все классы применений: на серверные, десктопные и мобильные. Скорее всего, в прадедушки современных Coffee Lake общественное мнение поставило именно его, а не какой-нибудь Nehalem и уж тем более не Penryn, именно из-за этой особенности. Впрочем, и итоговая сумма всех переделок в глубинах микроархитектуры Sandy Bridge тоже оказалась весьма значительной. В конечном итоге этот дизайн утратил все старые родственные связи с P6 (Pentium Pro), которые то здесь, то там проявлялись во всех предшествующих процессорах Intel.

Говоря об общей структуре, нельзя также не вспомнить и о том, что в процессорный кристалл Sandy Bridge впервые в истории интеловских CPU было встроено полноценное графическое ядро. Этот блок отправился внутрь процессора вслед за контроллером DDR3-памяти, разделяемым L3-кешем и контроллером шины PCI Express. Для соединения вычислительных ядер и всех остальных «внеядерных» частей инженеры Intel внедрили в Sandy Bridge новую на тот момент масштабируемую кольцевую шину, применяемую для организации взаимодействия между структурными единицами в последующих массовых CPU и по сей день.

Если же опуститься на уровень микроархитектуры Sandy Bridge, то одной из ключевых её особенностей стала поддержка семейства SIMD-инструкций, AVX, предназначенных для работы с 256-битными векторами. К настоящему моменту такие инструкции прочно вошли в обиход и не кажутся чем-то необычным, но их реализация в Sandy Bridge потребовала расширения части вычислительных исполнительных устройств. Инженеры Intel стремились сделать работу с 256-битными данными такой же быстрой, как и с векторами меньшей разрядности. Поэтому вместе с реализацией полноценных 256-битных исполнительных устройств потребовалось и увеличение скорости работы процессора с памятью. Логические исполнительные устройства, предназначенные для загрузки и сохранения данных, в Sandy Bridge получили удвоенную производительность, кроме того, симметрично была увеличена пропускная способность кеш-памяти первого уровня при чтении.

Нельзя не упомянуть и о сделанных в Sandy Bridge кардинальных изменениях в работе блока предсказания ветвлений. Благодаря оптимизациям в применяемых алгоритмах и увеличению размеров буферов, архитектура Sandy Bridge позволила сократить процент неверных предсказаний переходов почти вдвое, что не только заметно сказалось на производительности, но и позволило дополнительно снизить энергопотребление этого дизайна.

В конечном итоге с сегодняшних позиций процессоры Sandy Bridge можно было бы назвать образцово-показательным воплощением фазы «так» в интеловском принципе «тик-так». Как и предшественники, данные процессоры продолжили базироваться на техпроцессе с 32-нм нормами, но предложенный ими рост производительности оказался более чем убедителен. И подпитывала его не только обновлённая микроархитектура, но и увеличенные на 10-15 процентов тактовые частоты, а также внедрение более агрессивной версии технологии Turbo Boost 2.0. Если учесть всё это, хорошо понятно, почему многие энтузиасты до сих пор вспоминают Sandy Bridge самыми тёплыми словами.

Старшим предложением в семействе Core i7 на момент выхода микроархитектуры Sandy Bridge стал Core i7-2600K. Этот процессор получил тактовую частоту на уровне 3,3 ГГц с возможностью авторазгона при неполной нагрузке до 3,8 ГГц. Впрочем, отличали 32-нм представителей Sandy Bridge не только сравнительно высокие для того времени тактовые частоты, но и хороший разгонный потенциал. Среди Core i7-2600K нередко можно было встретить экземпляры, способные работать на частотах 4,8-5,0 ГГц, что во многом обуславливалось применением в них качественного внутреннего термоинтерфейса - бесфлюсового припоя.

Через девять месяцев после выпуска Core i7-2600K, в октябре 2011 года, компания Intel обновила старшее предложение в модельном ряду и предложила немного ускоренную модель Core i7-2700K, номинальная частота которой была доведена до 3,5 ГГц, а максимальная частота в турборежиме - до 3,9 ГГц.

Впрочем, жизненный цикл Core i7-2700K оказался коротким - уже в апреле 2012 года на смену Sandy Bridge пришёл обновлённый дизайн Ivy Bridge . Ничего особенного: Ivy Bridge относился к фазе «тик», то есть представлял собой перевод старой микроархитектуры на новые полупроводниковые рельсы. И в этом отношении прогресс действительно был серьёзным - кристаллы Ivy Bridge производились по 22-нм технологическому процессу, основанному на трёхмерных FinFET-транзисторах, которые в то время только входили в употребление.

При этом старая микроархитектура Sandy Bridge на низком уровне осталась практически нетронута. Были выполнены лишь отдельные косметические переделки, которые ускорили выполнение в Ivy Bridge операций деления и немного повысили эффективность технологии Hyper-Threading. Правда, попутно были несколько улучшены «внеядерные» компоненты. Контроллер PCI Express получил совместимость с третьей версией протокола, а контроллер памяти увеличил свои возможности и стал поддерживать скоростную оверклокерскую DDR3-память. Но в итоге рост удельной производительности при переходе от Sandy Bridge к Ivy Bridge составил не более 3-5 процентов.

Не дал серьёзных причин для радости и новый технологический процесс. К сожалению, внедрение 22-нм норм не позволило как-то принципиально нарастить тактовые частоты Ivy Bridge. Старшая версия Core i7-3770K получила номинальную частоту 3,5 ГГц с возможностью разгона в турборежиме до 3,9 ГГц, то есть с точки зрения частотной формулы она оказалась ничуть не быстрее Core i7-2700K. Улучшилась лишь энергоэффективность, однако пользователей настольных компьютеров этот аспект традиционно волнует слабо.

Всё это, конечно, вполне можно списать на то, что на этапе «тик» никаких прорывов происходить и не должно, но кое в чём Ivy Bridge оказались даже хуже предшественников. Речь - о разгоне. При выводе на рынок носителей этого дизайна Intel приняла решение отказаться от использования при финальной сборке процессоров бесфлюсовой пайки галлиевым припоем теплораспределительной крышки к полупроводниковому кристаллу. Начиная с Ivy Bridge для организации внутреннего термоинтерфейса стала использоваться банальная термопаста, и это сразу же ударило по максимально достижимым частотам. По разгонному потенциалу Ivy Bridge определённо стали хуже, и в результате переход от Sandy Bridge к Ivy Bridge стал одним из самых спорных моментов в новейшей истории потребительских процессоров Intel.

Поэтому на следующий этап эволюции, Haswell , возлагались особенные надежды. В этом поколении, относящемся к фазе «так», должны были появиться серьёзные микроархитектурные улучшения, от которых ожидалась способность как минимум продвинуть вперёд забуксовавший было прогресс. И в какой-то степени это произошло. Появившиеся летом 2013 года процессоры Core четвёртого поколения действительно приобрели заметные улучшения во внутренней структуре.

Основное: теоретическая мощность исполнительных устройств Haswell, выражающаяся в количестве исполняемых за такт микроопераций, по сравнению с прошлыми CPU выросла на треть. В новой микроархитектуре не только был проведён ребаланс имеющихся исполнительных устройств, но и появилось два дополнительных исполнительных порта для целочисленных операций, обслуживания ветвлений и генерации адресов. Кроме того, микроархитектура получила совместимость с расширенным набором векторных 256-битных инструкций AVX2, которые благодаря трёхоперандным FMA-командам увеличили пиковую пропускную способность архитектуры вдвое.

В дополнение к этому инженеры Intel пересмотрели ёмкость внутренних буферов и, где это было необходимо, увеличили их. Выросло в размере окно планировщика. Кроме того, были увеличены целочисленный и вещественночисленный физические регистровые файлы, что улучшило возможности процессора по переупорядочиванию порядка исполнения инструкций. В дополнение ко всему этому, существенно изменилась и подсистема кеш-памяти. L1- и L2-кеши в Haswell получили вдвое более широкую шину.

Казалось бы, перечисленных улучшений должно быть достаточно для того, чтобы заметно поднять удельную производительность новой микроархитектуры. Но как бы не так. Проблема дизайна Haswell состояла в том, что он оставил без изменений входную часть исполнительного конвейера и декодер x86-команд сохранил ту же производительность, что и раньше. То есть максимальный темп декодирования x86-кода в микроинструкции остался на уровне 4-5 команд за такт. И в результате при сопоставлении Haswell и Ivy Bridge на одинаковой частоте и при нагрузке, не использующей новые AVX2-инструкции, выигрыш в производительности оказался всего лишь на уровне 5-10 процентов.

Имидж микроархитектуры Haswell подпортила и первая волна процессоров, выпущенная на её основе. Опираясь на всё тот же 22-нм техпроцесс, что и Ivy Bridge, новинки не смогли предложить высокие частоты. Например, старший Core i7-4770K вновь получил базовую частоту 3,5 ГГц и максимальную частоту в турборежиме на уровне 3,9 ГГц, то есть по сравнению с прошлыми поколениями Core никакого продвижения не наметилось.

В то же время с внедрением следующего технологического процесса с 14-нм нормами у Intel стали возникать разного рода трудности, поэтому через год, летом 2014 года, на рынок было выведено не следующее поколение процессоров Core, а вторая очередь Haswell, которая получила кодовые имена Haswell Refresh, или, если говорить о флагманских модификациях, то Devil’s Canyon. В рамках этого обновления Intel смогла заметно увеличить тактовые частоты 22-нм CPU, что действительно вдохнуло в них новую жизнь. В качестве примера можно привести новый старший процессор Core i7-4790K, который по номинальной частоте взял отметку в 4,0 ГГц и получил максимальную частоту с учётом турборежима на уровне 4,4 ГГц. Удивительно, что подобное полугигагерцевое ускорение было достигнуто без каких-либо реформ техпроцесса, а лишь за счёт простых косметических изменений в схеме питания процессоров и благодаря улучшению теплопроводящих свойств термопасты, используемой под крышкой CPU.

Впрочем, даже представители семейства Devil’s Canyon особенно жалуемыми в среде энтузиастов предложениями стать не смогли. На фоне результатов Sandy Bridge их разгон нельзя было назвать выдающимся, к тому же достижение высоких частот требовало сложного «скальпирования» - демонтажа процессорной крышки с последующей заменой штатного термоинтерфейса каким-либо материалом с лучшей теплопроводностью.

Из-за сложностей, которые преследовали Intel при переводе массового производства на 14-нм нормы, выступление следующего, пятого по счёту поколения процессоров Core, Broadwell , получилось сильно скомканным. Компания долго не могла решить, стоит ли вообще выпускать на рынок десктопные процессоры с этим дизайном, поскольку при попытках изготовления крупных полупроводниковых кристаллов уровень брака превышал приемлемые значения. В конечном итоге предназначенные для настольных компьютеров четырёхъядерники Broadwell всё-таки появились, но, во-первых, произошло это лишь летом 2015 года - с девятимесячным опозданием относительно изначально запланированного срока, а во-вторых, уже через два месяца после их анонса Intel представила дизайн следующего поколения, Skylake.

Тем не менее с точки зрения развития микроархитектуры Broadwell трудно назвать вторичной разработкой. И даже более того, в настольных процессорах этого поколения применялись такие решения, к которым ни до того, ни после того Intel никогда не прибегала. Уникальность десктопных Broadwell определялась тем, что в них проникло производительное интегрированное графическое ядро Iris Pro уровня GT3e. И это значит не только то, что процессоры этого семейства обладали самым мощным на тот момент встроенным видеоядром, но и также то, что они комплектовались дополнительным 22-нм кристаллом Crystall Well, представляющим собой основанную на eDRAM кеш-память четвёртого уровня.

Смысл добавления в процессор отдельного чипа быстрой встроенной памяти вполне очевиден и обусловлен потребностями производительного встроенного графического ядра в фрейм-буфере с низкой латентностью и высокой пропускной способностью. Однако установленная в Broadwell память eDRAM архитектурно была выполнена именно как виктимный кеш, и ей могли пользоваться и вычислительные ядра CPU. В результате десктопные Broadwell стали единственными в своём роде массовыми процессорами с 128 Мбайт L4-кеша. Правда, при этом несколько пострадал объём расположенного в процессорном кристалле L3-кеша, который был сокращён с 8 до 6 Мбайт.

Некоторые улучшения были заложены и в базовой микроархитектуре. Несмотря на то, что Broadwell относился к фазе «тик», переделки коснулись входной части исполнительного конвейера. Было увеличено окно планировщика внеочередного исполнения команд, в полтора раза вырос объём таблицы ассоциативной трансляции адресов второго уровня, а, кроме того, вся схема трансляции приобрела второй обработчик промахов, что позволило обрабатывать по две операции преобразования адресов параллельно. В сумме все нововведения повысили эффективность внеочередного исполнения команд и предсказания сложных ветвлений кода. Попутно были усовершенствованы механизмы выполнения операций умножения, которые в Broadwell стали обрабатываться в существенно более быстром темпе. По итогам всего этого Intel даже смогла утверждать, что улучшения микроархитектуры повысили удельную производительность Broadwell по сравнению с Haswell на величину порядка пяти процентов.

Но несмотря на всё это, ни о каком существенном преимуществе первых десктопных 14-нм процессоров вести речь было невозможно. И кеш четвёртого уровня, и микроархитектурные изменения лишь пытались скомпенсировать главный изъян Broadwell - низкие тактовые частоты. Из-за проблем с технологическим процессом базовая частота старшего представителя семейства, Core i7-5775C, была установлена лишь на уровне 3,3 ГГц, а частота в турборежиме не превышала 3,7 ГГц, что оказалось хуже характеристик Devil’s Canyon на целых 700 МГц.

Подобная же история произошла и с разгоном. Предельные частоты, до которых удавалось раскочегаривать десктопные Broadwell без использования продвинутых методов охлаждения, находились в районе 4,1-4,2 ГГц. Поэтому нет ничего удивительного, что потребители восприняли выпуск Broadwell скептически, и процессоры этого семейства так и остались странным нишевым решением для тех, кто был заинтересован в производительном встроенном графическом ядре. Первым же полноценным 14-нм чипом для настольных компьютеров, который смог привлечь к себе внимание широких слоёв пользователей, стал только следующий проект микропроцессорного гиганта - Skylake .

Производство Skylake, как и процессоров предыдущего поколения, выполнялось по 14-нм техпроцессу. Однако здесь Intel уже смогла добиться нормальных тактовых частот и разгона: старшая десктопная версия Skylake, Core i7-6700K, получила номинальную частоту 4,0 ГГц и авторазгон в рамках турборежима до 4,2 ГГц. Это чуть более низкие значения, если сравнивать с Devil’s Canyon, однако более новые процессоры оказались определённо быстрее предшественников. Дело в том, что Skylake - это «так» в интеловской номенклатуре, что означает существенные изменения в микроархитектуре.

И они действительно есть. Улучшений в дизайне Skylake на первый взгляд было сделано не так много, но все они носили прицельный характер и позволили устранить имевшиеся слабые места в микроархитектуре. Если коротко, то Skylake получили увеличенные внутренние буфера для более глубокого внеочередного исполнения инструкций и более высокую пропускную способность кеш-памяти. Усовершенствования затронули блок предсказания переходов и входную часть исполнительного конвейера. Также был увеличен темп исполнения инструкций деления, и перебалансированы механизмы исполнения операций сложения, умножения и FMA-инструкций. В довершение разработчики потрудились над повышением эффективности технологии Hyper-Threading. В сумме это позволило добиться примерно 10-процентного улучшения производительности на такт в сравнении с процессорами прошлых поколений.

В целом Skylake можно охарактеризовать как достаточно глубокую оптимизацию исходной архитектуры Core, с таким расчётом, чтобы в дизайне процессора не оставалось никаких узких мест. С одной стороны, за счёт увеличения мощности декодера (с 4 до 5 микроопераций за такт) и скорости работы кеша микроопераций (с 4 до 6 микроопераций за такт) существенно увеличился темп декодирования инструкций. А с другой - выросла эффективность обработки получающихся микроопераций, чему поспособствовало углубление алгоритмов внеочередного исполнения и перераспределение возможностей исполнительных портов вместе с серьёзной ревизией темпа исполнения целого ряда обычных, SSE и AVX-команд.

Например, Haswell и Broadwell имели по два порта для исполнения умножений и FMA-операций над вещественными числами, но только один порт предназначался для сложений, что плохо соответствовало реальному программному коду. В Skylake этот дисбаланс был устранён и сложения стали выполняться уже на двух портах. Кроме того, количество портов, способных работать с целочисленными векторными инструкциями, выросло с двух до трёх. В конечном итоге всё это привело к тому, что практически для любого типа операций в Skylake всегда есть несколько альтернативных портов. А это значит, что в микроархитектуре наконец были успешно устранены практически все возможные причины простоя конвейера.

Заметные изменения затронули и подсистему кеширования: пропускная способность кеш-памяти второго и третьего уровня была увеличена. Кроме того, сократилась ассоциативность кеша второго уровня, что в конечном счёте позволило улучшить его КПД и уменьшить штраф при обработке промахов.

Существенные перемены произошли и на более высоком уровне. Так, в Skylake вдвое выросла пропускная способность кольцевой шины, которая соединяет все процессорные блоки. Кроме того, в CPU этого поколения обосновался новый контроллер памяти, который получил совместимость с DDR4 SDRAM. А в дополнение к этому для соединения процессора с чипсетом стала применяться новая шина DMI 3.0 с увеличенной вдвое пропускной способностью, что дало возможность реализовать скоростные линии PCI Express 3.0 в том числе и через чипсет.

Впрочем, как и все предшествующие версии архитектуры Core, Skylake представлял собой ещё одну вариацию на тему изначального дизайна. А это значит, что и в шестом поколении микроархитектуры Core разработчики Intel продолжили придерживаться тактики поэтапного внедрения улучшений на каждом цикле разработки. В целом это - не слишком впечатляющий подход, который не позволяет увидеть какие-то значимые изменения в производительности сразу - при сравнении CPU из соседних поколений. Но зато при модернизации старых систем ощутимый прирост производительности заметить совсем несложно. Например, сама Intel охотно сравнивала Skylake с Ivy Bridge, демонстрируя при этом, что за три года быстродействие процессоров выросло более чем на 30 процентов.

И в действительности это был достаточно серьёзный прогресс, потому что потом всё стало значительно хуже. После Skylake какое бы то ни было улучшение удельной производительности процессорных ядер прекратилось совсем. Те процессоры, которые представлены на рынке в настоящее время, всё ещё продолжают использовать микроархитектурный дизайн Skylake, несмотря на то, что с момента его появления в десктопных процессорах прошло уже почти три года. Неожиданный простой случился из-за того, что Intel не смогла справиться со внедрением следующей версии полупроводникового процесса с 10-нм нормами. В результате весь принцип «тик-так» рассыпался, вынудив микропроцессорного гиганта как-то выкручиваться и заниматься многократным перевыпуском старых продуктов под новыми именами.

Процессоры поколения Kaby Lake , которые появились на рынке в самом начале 2017 года, стали первым и очень ярким примером попыток Intel продать клиентам тот же Skylake во второй раз. Близкие родственные связи между двумя поколениями процессоров особо и не скрывались. Intel честно говорила, что Kaby Lake - это уже не «тик» и не «так», а простая оптимизация предыдущего дизайна. При этом под словом «оптимизация» понимались некие улучшения в структуре 14-нм транзисторов, которые открывали возможность увеличения тактовых частот без изменения рамок теплового пакета. Для видоизменённого техпроцесса был даже придуман специальный термин «14+ нм». Благодаря этой производственной технологии старший массовый десктопный процессор Kaby Lake, получивший наименование Core i7-7700K, смог предложить пользователям номинальную частоту 4,2 ГГц и частоту турборежима 4,5 ГГц.

Таким образом, рост частот Kaby Lake по сравнению с оригинальным Skylake составил примерно 5 процентов, и этим всё и ограничивалось, что, честно говоря, ставило под сомнение правомерность отнесения Kaby Lake к следующему поколению Core. До этого момента каждое последующее поколение процессоров, не важно, относилось оно к фазе «тик» или «так», обеспечивало хоть какой-то прирост показателя IPC. Между тем в Kaby Lake никаких микроархитектурных улучшений не было вообще, поэтому эти процессоры логичнее было бы считать просто вторым степпингом Skylake.

Однако новая версия 14-нм техпроцесса всё же смогла кое в чём положительно проявить себя: разгонный потенциал Kaby Lake по сравнению с Skylake подрос примерно на 200-300 МГц, благодаря чему процессоры данной серии оказались достаточно тепло встречены энтузиастами. Правда, Intel продолжила использовать под процессорной крышкой вместо припоя термопасту, поэтому для полноценного разгона Kaby Lake необходимо было проводить скальпирование.

Не справилась Intel и с вводом в строй 10-нм технологии и к началу текущего года. Поэтому в конце прошлого года на рынок была выведена ещё одна разновидность процессоров, построенных на всё той же микроархитектуре Skylake, - Coffee Lake . Но говорить о Coffee Lake как о третьем обличье Skylake не совсем правильно. Прошлый год стал периодом кардинальной смены парадигмы на процессорном рынке. В «большую игру» вернулась AMD, которая смогла переломить устоявшиеся традиции и создать спрос на массовые процессоры с числом ядер более четырёх. Внезапно Intel оказалась в роли догоняющей, и выход Coffee Lake стал не столько попыткой заполнить паузу до долгожданного появления 10-нм процессоров Core, сколько реакцией на выход шести- и восьмиядерных процессоров AMD Ryzen.

В результате процессоры Coffee Lake получили важное структурное отличие от своих предшественников: число ядер в них было увеличено до шести штук, что с массовой платформой Intel произошло впервые. Однако при этом никаких изменений на уровне микроархитектуры вновь введено не было: Coffee Lake по сути - шестиядерный Skylake, собранный на основе точно таких же по внутреннему устройству вычислительных ядер, которые снабжены увеличенным до 12 Мбайт L3-кешем (по стандартному принципу 2 Мбайт на ядро) и объединены привычной кольцевой шиной.

Впрочем, несмотря на то, что мы так запросто позволяем себе говорить о Coffee Lake «ничего нового», утверждать о полном отсутствии каких-то перемен не совсем справедливо. Хотя в микроархитектуре вновь ничего не поменялось, специалистам Intel пришлось потратить немало усилий для того, чтобы шестиядерные процессоры смогли вписаться в стандартную десктопную платформу. И результат вышел достаточно убедительным: шестиядерные процессоры остались верны привычному тепловому пакету и, более того, совсем не замедлились по тактовым частотам.

В частности, старший представитель поколения Coffee Lake, Core i7-8700K, получил базовую частоту 3,7 ГГц, а в турборежиме он может разгоняться до 4,7 ГГц. При этом оверклокерский потенциал Coffee Lake, несмотря на его более массивный полупроводниковый кристалл, оказался даже лучше, чем у всех предшественников. Core i7-8700K нередко выводятся их рядовыми владельцами на пятигигагерцевый рубеж, причём такой разгон бывает реален даже без скальпирования и замены внутреннего термоинтерфейса. И это значит, что Coffee Lake хоть и экстенсивный, но существенный шаг вперёд.

Всё это стало возможным исключительно благодаря очередному усовершенствованию 14-нм технологического процесса. На четвёртый год его использования для массового производства десктопных чипов Intel удалось добиться действительно впечатляющих результатов. Внедрённая третья версия 14-нм норм («14++ нм» в обозначениях производителя) и перекомпоновка полупроводникового кристалла позволили существенно улучшить производительность в пересчёте на каждый затраченный ватт и поднять суммарную вычислительную мощность. Внедрением шестиядерности Intel, пожалуй, смогла совершить даже более значительный шаг вперёд, чем любым из предшествующих тому улучшений микроархитектуры. И сегодня Coffee Lake смотрится весьма соблазнительным вариантом для модернизации старых систем, основанных на предыдущих носителях микроархитектуры Core.

Кодовое имя	Техпроцесс	Число ядер	GPU	L3-кеш, Мбайт	Число транзисторов, млрд	Площадь кристалла, мм 2
Sandy Bridge	32 нм	4	GT2	8	1,16	216
Ivy Bridge	22 нм	4	GT2	8	1,2	160
Haswell	22 нм	4	GT2	8	1,4	177
Broadwell	14 нм	4	GT3e	6	Н/д	~145 + 77 (eDRAM)
Skylake	14 нм	4	GT2	8	Н/д	122
Kaby Lake	14+ нм	4	GT2	8	Н/д	126
Coffee Lake	14++ нм	6	GT2	12	Н/д	150

⇡ Процессоры и платформы: спецификации

Для проведения сравнения семи последних поколений Core i7 мы взяли старших представителей в соответствующих сериях - по одному от каждого дизайна. Основные характеристики этих процессоров приведены в следующей таблице.

	Core i7-2700K	Core i7-3770K	Core i7-4790K	Core i7-5775C	Core i7-6700K	Core i7-7700K	Core i7-8700K
Кодовое имя	Sandy Bridge	Ivy Bridge	Haswell (Devil’s Canyon)	Broadwell	Skylake	Kaby Lake	Coffee Lake
Технология производства, нм	32	22	22	14	14	14+	14++
Дата выхода	23.10.2011	29.04.2012	2.06.2014	2.06.2015	5.08.2015	3.01.2017	5.10.2017
Ядра/потоки	4/8	4/8	4/8	4/8	4/8	4/8	6/12
Базовая частота, ГГц	3,5	3,5	4,0	3,3	4,0	4,2	3,7
Частота Turbo Boost, ГГц	3,9	3,9	4,4	3,7	4,2	4,5	4,7
L3-кеш, Мбайт	8	8	8	6 (+128 Мбайт eDRAM)	8	8	12
Поддержка памяти	DDR3-1333	DDR3-1600	DDR3-1600	DDR3L-1600	DDR4-2133	DDR4-2400	DDR4-2666
Расширения набора инструкций	AVX	AVX	AVX2	AVX2	AVX2	AVX2	AVX2
Интегрированная графика	HD 3000 (12 EU)	HD 4000 (16 EU)	HD 4600 (20 EU)	Iris Pro 6200 (48 EU)	HD 530 (24 EU)	HD 630 (24 EU)	UHD 630 (24 EU)
Макс. частота графического ядра, ГГц	1,35	1,15	1,25	1,15	1,15	1,15	1,2
Версия PCI Express	2.0	3.0	3.0	3.0	3.0	3.0	3.0
Линии PCI Express	16	16	16	16	16	16	16
TDP, Вт	95	77	88	65	91	91	95
Сокет	LGA1155	LGA1155	LGA1150	LGA1150	LGA1151	LGA1151	LGA1151v2
Официальная цена	$332	$332	$339	$366	$339	$339	$359

Любопытно, что за прошедшие с момента выпуска Sandy Bridge семь лет Intel так и не смогла заметно нарастить тактовые частоты. Несмотря на то, что дважды менялся технологический производственный процесс и дважды серьезно оптимизировалась микроархитектура, сегодняшние Core i7 почти не продвинулись вперёд по своей рабочей частоте. Новейший Core i7-8700K имеет номинальную частоту 3,7 ГГц, что всего лишь на 6 процентов выше частоты вышедшего в 2011 году Core i7-2700K.

Впрочем, такое сравнение не совсем корректно, ведь Coffee Lake имеет в полтора раза больше вычислительных ядер. Если же ориентироваться на четырёхъядерный Core i7-7700K, то рост частоты выглядит всё-таки убедительнее: этот процессор ускорился относительно 32-нм Core i7-2700K на достаточно весомые 20 процентов в мегагерцевом выражении. Хотя всё равно вряд ли это можно назвать впечатляющим приростом: в абсолютных величинах это конвертируется в прибавку по 100 МГц в год.

Нет никаких прорывов и в других формальных характеристиках. Intel продолжает снабжать все свои процессоры индивидуальной кеш-памятью второго уровня объёмом 256 Кбайт на ядро, а также общим на все ядра L3-кешем, размер которого определяется из расчёта 2 Мбайт на ядро. Иными словами, главный фактор, по которому произошёл самый большой прогресс, - это число вычислительных ядер. Развитие Core начиналось с четырёхъядерных CPU, а пришло к шестиядерным. Причём очевидно, что это ещё не конец и в ближайшей перспективе мы увидим и восьмиядерные варианты Coffee Lake (либо Whiskey Lake).

Впрочем, как нетрудно заметить, за семь лет у Intel почти не менялась и ценовая политика. Даже шестиядерный Coffee Lake по сравнению с предшествующими четырёхъядерными флагманами подорожал всего лишь на шесть процентов. Все же остальные старшие процессоры класса Core i7 для массовой платформы всегда обходились потребителям в сумму порядка $330-340.

Любопытно, что самые крупные перемены произошли даже не с самими процессорами, а с поддержкой ими оперативной памяти. Пропускная способность двухканальной SDRAM с момента выхода Sandy Bridge и до сегодняшнего дня выросла вдвое: с 21,3 до 41,6 Гбайт/с. И это - ещё одно немаловажное обстоятельство, определяющее преимущество современных систем, совместимых со скоростной DDR4-памятью.

Да и вообще, все эти годы вместе с процессорами эволюционировала и вся остальная платформа. Если вести речь о главных вехах в развитии платформы, то, помимо роста скорости совместимой памяти, отметить хочется и появление поддержки графического интерфейса PCI Express 3.0. Кажется, что скоростная память и быстрая графическая шина наряду с прогрессом в частотах и архитектурах процессоров выступают весомыми причинами того, что современные системы стали лучше и быстрее прошлых. Поддержка DDR4 SDRAM появилась в Skylake, а перевод процессорной шины PCI Express на третью версию протокола произошёл ещё в Ivy Bridge.

Кроме того, заметное развитие получили и сопутствующие процессорам наборы системной логики. Действительно, сегодняшние интеловские чипсеты трёхсотой серии могут предложить гораздо более интересные возможности в сравнении с Intel Z68 и Z77, которые использовались в LGA1155-материнских платах под процессоры поколения Sandy Bridge. В этом нетрудно убедиться по следующей таблице, в которой мы свели воедино характеристики флагманских интеловских чиспсетов для массовой платформы.

	P67/Z68	Z77	Z87	Z97	Z170	Z270	Z370
Совместимость с CPU	Sandy Bridge Ivy Bridge		Haswell	Haswell Broadwell	Skylake Kaby Lake		Coffee Lake
Интерфейс	DMI 2.0 (2 Гбайт/с)				DMI 3.0 (3,93 Гбайт/с)
Стандарт PCI Express	2.0				3.0
Линии PCI Express	8				20	24
Поддержка PCIe M.2	Нет			Есть	Есть, до 3 устройств
Поддержка PCI	Есть	Нет
SATA 6 Гбит/с	2		6
SATA 3 Гбит/с	4		0
USB 3.1 Gen2	0
USB 3.0	0	4	6		10
USB 2.0	14	10	8		4

В современных наборах логики существенно развились возможности для подключения высокоскоростных носителей информации. Самое главное: благодаря переходу чипсетов на шину PCI Express 3.0 сегодня в производительных сборках можно использовать быстродействующие NVMe-накопители, которые даже по сравнению с SATA SSD могут предложить заметно лучшую отзывчивость и более высокую скорость чтения и записи. И одно только это может стать веским аргументом в пользу модернизации.

Кроме того, современные наборы системной логики предоставляют гораздо более богатые возможности для подключения дополнительных устройств. И речь не только о существенном увеличении числа линий PCI Express, что обеспечивает наличие на платах нескольких дополнительных слотов PCIe, заменяющих обычные PCI. Попутно в сегодняшних чипсетах имеется также и врождённая поддержка портов USB 3.0, а многие современные материнские платы снабжаются и портами USB 3.1 Gen2.

Очередной обзор на тему нового продукта Intel, как правило, начинается с объяснения стратегии процессорного гиганта под названием Тик-Так. Смысл ее заключается в том, что каждые два года миру представляется новая архитектура с промежуточным переходом на более тонкий техпроцесс.

Благодаря ей, прогресс на рынке не останавливается и мы постоянно сталкиваемся с более функциональными и производительными решениями. Правда, некоторые нововведения не так сильно влияют на производительность, как того хотелось бы. Например, переход от архитектуры Core к Nehalem серьезной прибавки в скорости не принес, но позволил отказаться от привычной шины FSB и сделать ЦП более интегрированным, содержащим в себе не только контроллер памяти, но и графическое ядро. Последним оснащались очень медленные представители семейства Westmere. Следующий шаг Intel призван как раз исправить сложившуюся ситуацию и вывести будущие продукты на новый уровень производительности.

Семейство процессоров Intel, выполненных по 32-нм технологическим нормам (ядро Clarkdale) оказалось медленнее первых решений на базе архитектуры Nehalem (Bloomfield и Lynnfield). Исключением были шестиядерные Core i7-9xx (Gulftown), лишенные встроенного видеоядра. Такое поведение было обусловлено строением младших представителей Westmere, которые состояли из двух кристаллов. На одном из них располагались вычислительные блоки и кэш, а на другом — контроллеры памяти, шины PCI Express и графическое ядро. Связь между этими половинками осуществлялась за счет интерфейса QPI. Естественно, этот гибрид не смог демонстрировать чудес производительности, даже несмотря на поддержку технологии Hyper-Threading, благодаря которой он лишь конкурировал с младшими четырехъядерными моделями Core 2.

При такой высокой интеграции использование монолитного кристалла с внутренними широкими шинами для обмена информацией между блоками напрашивается само собой. Пройдя обкатку 32-нм техпроцесса, инженеры компании наконец-то смогли объединить все блоки в одном чипе и даже пересмотрели архитектуру, которая получила название Sandy Bridge.

Итак, что же в ней такого особенного? Во-первых, как уже отмечалось, все функциональные блоки теперь располагаются на одном кристалле, а количество ядер в производительных моделях процессоров увеличено до четырех. Во-вторых, разделяемая кэш-память третьего уровня стала общей для всех, включая видеоядро, и работает она на частоте процессора, что наилучшим образом скажется на производительности последнего. Кроме того, было увеличено быстродействие графического ядра, а часть северного моста, известная по старым процессорам как Uncore, теперь называется System Agent. И в-третьих, тактовый генератор встроен в чипсет и разгон по базовой частоте теперь потерял свою актуальность. Но обо всем по порядку.

Основные представители архитектуры Sandy Bridge содержат четыре ядра и поддерживают технологию Hyper-Threading, благодаря которой процессоры могут выполнять восемь потоков одновременно. Кэш-память третьего уровня (или LLC — last level cache, кэш последнего уровня) теперь работает на частоте процессора, имеет объем в восемь мегабайт и может использоваться всеми блоками ЦП, которые в нем нуждаются. Учитывая большое количество потребителей и возможный рост числа ядер в будущих процессорах, инженерам Intel пришлось отказаться от привычной топологии связи между узлами и отдать предпочтение 256-битной кольцевой шине, соединяющей вычислительные ядра, кэш, графический процессор и «системный агент». Пропускная способность такой шины за такт равна произведению количества процессорных ядер на ее ширину. Для четырехъядерного Sandy Bridge с 8 мегабайтами кэша и частотой 3,0 ГГц она составит 384 Гбайт в секунду (96 Гбайт/с на одно соединение), а для двухъядерного — лишь 192 Гбайт/с.

Объемы кэш-памяти остальных уровней остались без изменений (по 32 Кбайт для инструкций и данных, и 256 Кбайт второго уровня для каждого ядра), но скорость работы с ними теперь выше. Был еще добавлен так называемый L0-кэш на 1,5 тыс. декодированных микроопераций, позволяющий повысить быстродействие процессора и его энергоэффективность.

System Agent, пришедший на смену Uncore, является аналогом северного моста и содержит контроллеры памяти DDR3 и шин PCI Express, DMI, блок видеовыхода и модуль управления питанием (Power Control Unit, PCU). В отличие от того же Uncore, «системный агент» функционирует отдельно от L3-кэша и не зависит от его частоты и напряжения питания. Ранее связь с кэш-памятью третьего уровня накладывала сильные ограничения при разгоне процессоров, особенно на ядре Bloomfield. Двухканальный контроллер памяти был переработан и его производительность с латентностью теперь не хуже, чем у лучших представителей архитектуры Nehalem. Из поддерживаемой памяти заявлена DDR3-1066 и DDR3-1333, но при использовании материнских плат на чипсете Intel P67 Express можно будет устанавливать модули частотой до 2133 МГц. Количество линий PCI Express 2.0 по сравнению с предшественниками не изменилось и составляет 16 штук. При работе CrossFireX или SLI они могут комбинироваться по восемь линий для каждой видеокарты. «Системный агент», вычислительные ядра с кэшем и графический процессор трактуются отдельно друг от друга и имеют свои напряжения питания. Модуль PCU собирает данные по уровню энергопотребления и тепловыделения этих блоков и управляет их состоянием, переводя либо в экономичный режим работы, либо в производительный. Благодаря раздельной схеме тактования частот, ЦП и видеоядро за счет технологии Turbo Boost 2.0 могут разгоняться независимо друг от друга, и даже сверх нормы уровня TDP, но лишь на непродолжительное время и при условии, что процессор до этого простаивал некоторое время.

Помимо архитектурных изменений, в новых процессорах появилась поддержка 256-битных инструкций AVX (Advanced Vector Extensions), являющихся дальнейшим развитием SSE и позволяющих увеличить скорость вычислений с плавающей точкой в мультимедиа-приложениях, научных и финансовых задачах. Поддержка инструкций AES-NI, которые появились в Westmere и давали возможность повысить быстродействие шифрования и дешифрования по алгоритму AES, продолжила свое существование и в Sandy Bridge.

Новое графическое ядро Intel HD Graphics хоть и относится к новому поколению, но существенных архитектурных различий между ним и графическим процессором, встроенным в Clarkdale, нет. Это все те же 12 шейдерных блока (для HD Graphics 3000 и шесть для HD Graphics 2000), но уже с поддержкой DirectX 10.1 и OpenGL 3.0.

За счет переноса видеоядра на общий с процессором кристалл, выполненный по 32-нм технологическим нормам, стало возможным увеличивать тактовую частоту GPU до 1,35 ГГц. Это может положительно сказаться на быстродействии видеоподсистемы, вплоть до конкуренции с дискретными графическими адаптерами начального уровня AMD и NVIDIA. Но даже на такой частоте скорость в игровых приложениях все равно будет оставлять желать лучшего. В новой версии Intel HD Graphics скорее будет интересна возможность аппаратного кодирования видео формата MPEG2 и H.264, новые фильтры пост-обработки и поддержка HDMI 1.4 с Blu-Ray 3D.

Конечно, вышеперечисленные изменения призваны увеличить производительность новых решений, но самое серьезное нововведение в Sandy Bridge, пожалуй, будет перенесение генератора базовой частоты в набор системной логики. Он единственный и от него зависят все частоты различных узлов и блоков, как самого процессора, так и чипсета. По этой причине базовая частота составляет 100 МГц и при ее повышении будут расти частота не только процессора, но и всевозможных шин и контроллеров, а это серьезно скажется на стабильности системы во время разгона.

В связи с этим для новых процессоров потребовался и новый разъем — LGA 1155. И хотя он внешне похож на LGA 1156, в нем отсутствует один контакт, а ключ смещен ближе к краю разъема, что не позволяет вставить в него ЦП старого поколения.

Что качается разгона, то максимум чего можно добиться, так это поднятия базовой с номинальных 100 МГц до 105 МГц (+/- один-два мегагерца), чего явно будет недостаточно. Пожалуй, с таким подходом Intel энтузиасты могли бы поставить крест на платформе LGA1155, если бы не одно но — компания все же решила оставить возможность разгона своих процессоров, но только в K-серии и путем поднятия множителя, так как в них он не заблокирован (максимальный x57). Пользователи уже успели познакомиться с подобными моделями на ядрах Lynnfield и Clarkdale. Их аналогов на Sandy Bridge пока два и все они относятся к ценовому диапазону $200-300, что еще больше разочарует оверклокеров, большинство которых вряд ли смогут позволить себе такие процессоры.

Но для самых экономных все-таки была сделана поблажка — в любом обычном процессоре на базе новой архитектуры можно поднять множитель на четыре пункта, не считая турбо-режим. Например, если частота ЦП 3,1 ГГц, то он легко заработает на 3,5 ГГц, при этом технология Turbo Boost будет исправно функционировать. Это, конечно, не разгон в 1,5 раза по частоте, к которому уже привыкли, но все же лучше, чем ничего.

Помимо всего прочего, официальному разгону теперь поддается и графическое ядро, естественно, при использовании материнской платы на соответствующем чипсете. Для производительного ПК потребуется плата на Intel P67 Express, позволяющему разгонять сам процессор, а чтобы воспользоваться встроенным видеядром — на Intel H67 Express. К сожалению, последний лишен возможности управлять множителем ЦП.

Более подробно о них будет рассказано в ближайших материалах на нашем сайте, а в заключении об архитектуре Sandy Bridge стоит упомянуть о реализации поддержки памяти DDR3, максимальный объем которой доведен до 32 Гбайт. Дело в том, что с переходом на раздельное формирование частот основных блоков и разгон процессора путем повышения его множителя, частота памяти всегда постоянна и равна умножению определенного коэффициента на частоту 133 МГц, имеющую соотношение с базовой как 4:3. Количество множителей памяти позволяет использовать ее в режимах от DDR3-800 до DDR3-2400 с шагом 266 МГц. Если рабочая частота модулей не будет кратна 266, они автоматически (при использовании профилей XMP) переведутся в режим с ближайшей меньшей частотой.

После краткого описания архитектурных особенностей Sandy Bridge перейдем к продуктам на ее основе.
Модельный ряд

Процессоры на базе новой микроархитектуры в скором времени должны будут занять все ниши, включая решения начального уровня, где сейчас господствуют продукты с разъемом LGA775. Исключением станет высокопроизводительный сегмент рынка, который отдан на откуп моделям Bloomfield и Lynnfield, хотя в конце этого года все должно будет измениться в пользу Sandy Bridge и ее производных.

На данный момент компания Intel анонсировала 29 моделей новых процессоров, из которых 14 предназначены для настольного рынка. Среди них как обычные (95 Вт), так и с пониженным энергопотреблением (модели с суффиксом S — 65 Вт, и T — 45-35 Вт). Естественно, больший интерес для значительной части пользователей представляют процессоры со стандартным уровнем TDP. Тем более, что на отечественном рынке какие-либо другие вариации встречаются крайне редко.

В представленной ниже таблице приводится список всех стандартных моделей ЦП на базе Sandy Bridge, старшие из которых уже доступны на рынке.

	Intel Core i7-2600/2600K*	Intel Core i5-2500/2500K*	Intel Core i5-2400	Intel Core i5-2300	Intel Core i3-2120	Intel Core i3-2100
Семейство
Разъем	LGA1155	LGA1155	LGA1155	LGA1155	LGA1155	LGA1155
Техпроцесс CPU, нм	32	32	32	32	32	32
Число ядер	4 (8 потоков)	4 (4 потока)	4 (4 потока)	4 (4 потока)	2 (4 потока)	2 (4 потока)
Номинальная частота, ГГц	3,4	3,3	3,1	2,8	3,3	3,1
Turbo Boost (шаг поднятия частоты в зависимости от загрузки 1/2/3/4 ядер)	4/3/2/1	4/3/2/1	4/3/2/1	4/3/2/1	-	-
Объем L3 кэша, Мбайт	8	6	6	6	3	3
Графическое ядро	GMA HD 2000/3000	GMA HD 2000/3000	GMA HD 2000	GMA HD 2000	GMA HD 2000	GMA HD 2000
Частота графического ядра, МГц (номинанальная/турбо-режим)	850/1350	850/1100	850/1100	850/1100	850/1100	850/1100
Каналов памяти	2	2	2	2	2	2
Поддерживаемый тип памяти	DDR3-1333/ 1066	DDR3-1333/ 1066	DDR3-1333/ 1066	DDR3-1333/ 1066	DDR3-1333/ 1066	DDR3-1333/ 1066
Hyper-Threading	+	-	-	-	+	+
AES-NI	+	+	+	+	-	-
Intel vPro	+/-	+/-	+	-	-	-
TDP, Вт	95	95	95	95	65	65
Рекомендованная стоимость, $	294/317	205/216	184	177	138	117

* — множитель разблокирован на повышение.

Как видим, название серий остались прежние — Core i7, Core i5 и Core i3, но изменились номера процессоров, которые стали четырехзначными. Первая цифра обозначает второе поколение Intel Core, следующие три цифры относятся к рейтингу производительности, а суффикс, в данном случае K, означает разблокированный множитель.

В серии Core i7 пока представлены две модели с частотой 3,4 ГГц и кэш-памятью объемом восемь мегабайт. Технология Turbo Boost позволяет поднимать рабочую частоту на 1-4 шага в зависимости от количества загруженных ядер. В процессоре с разблокированным множителем используется более продвинутое видеоядро GMA HD 3000, частота которого может увеличиваться с номинальных 850 МГц до 1350 МГц. Такой ЦП оценен в 317 долларов в партиях по одной тыс. штук. Более доступное решения для энтузиастов относится к серии Core i5 и имеет номер 2500K со стоимостью порядка $216. Процессоры этого модельного ряда оснащены лишь шестью мегабайтами кэша и лишены поддержки технологии Hyper-Threading. Но как покажет наше тестирование, Sandy Bridge неплохо справляется и без нее. Как и в случае со старшими продуктами, режим Turbo Boost и графическое ядро используются аналогичные, только частота GPU может подниматься до 1100 МГц. Для менее производительных Core i5 авторазгон процессора не такой прыткий и имеет шаг 1-2-2-3 (для четырех, трех, двух и одного ядра соответственно). Самые недорогие представители нового поколения относятся к серии Core i3, обладают лишь двумя ядрами и кэш-памятью в три мегабайта, но зато поддерживают Hyper-Threading и могут обрабатывать четыре потока одновременно. Технология Turbo Boost недоступна и для компенсации низкой производительности их частота изначально высокая и стартует с отметки 3,1 ГГц. Поддержка новых инструкций AES-NI ими не предусмотрена. За такие лишения производитель назначил цену около 120-140 долларов за процессор. Осталось лишь дождаться замены нынешнему Celeron, который базируется на уже древней архитектуре пятилетней давности.

Оба они относятся к решениям для энтузиастов и рассчитаны на без проблемный разгон, благодаря разблокированному на повышение множителю. Внешне процессоры Sandy Bridge отличаются от Lynnfield и Clarkdale смещенными к краю ключами и меньшим количеством контактов на лицевой стороне подложки:

Core i7-2600K, Core i5-2500K (слева), Core i5-870 и Core i5-660 (справа)

Частота модели Core i7-2600K составляет 3,4 ГГц, но за счет технологии Turbo Boost она выше на 100 МГц. И чем меньше исполняется потоков, тем она больше растет.

При загрузке трех ядер их частота будет равна 3,6 ГГц, двух — уже 3,7 ГГц, а одного — достигнет своего максимума в 3,8 ГГц. На данный момент, это один из самых высокочастотных процессоров в активе Intel. И в будущих моделях этот предел безболезненно может быть доведен до 4,2-4,5 ГГц.

Следующий участник лишен поддержки Hyper-Threading, обладает объемом кэш-памяти шесть мегабайт и по спецификациям функционирует на 3,3 ГГц. За счет авторазгона фактическая частота, естественно, равна 3,4 ГГц.

В плане работы Turbo Boost ничего не изменилось и частота Core i5-2500K меняется с шагом 100 МГц, пока не достигнет максимальных 3,7 ГГц.

В простое процессоры функционируют на 1600 МГц, при этом напряжение питания снижается с 1,2 до 0,9 В. Во время работы авторазгона оно наоборот, немного повышается (до 1,24 В). В целом, ничего особенного и все характеристики рассматриваемых моделей полностью соответствуют спецификациям на них.

Система охлаждения

Прежде чем перейдем к разгону, стоит пару слов сказать о системах охлаждения для новых процессоров.

К нам на тестирование попали два кулера. Один из них простой, с алюминиевым радиатором и медным пяточком. Частота вращения вентилятора с ШИМ-управлением составляла около 1100-2000 об/мин. Им, вероятнее всего, будут оснащаться все представители архитектуры Sandy Bridge.

Второй охладитель — башенного типа, знакомый нам еще по шестиядерному Core i7-980X Extreme Edition, где он впервые был использован. С небольшими изменениями в его конструкции компания стала им оснащать продукты для энтузиастов прошлого поколения, и даже поставляла кулер на розничный рынок отдельной единицей по названием XTS100H.

В его конструкции применены три тепловые трубки (а не четыре, как у СО Core i7-980X), пронизывающие ряд тонких часто расположенных алюминиевых пластин. Вентилятор с ШИМ-управлением защищен проволочной решеткой и обладает скоростью 800-2600 об/мин (17-45 дБА). Для снижения уровня шума предусмотрен переключатель на крышке кулера, переводящий вентилятор в менее интенсивный режим работы — 800-1400 об/мин.

Основание кулера медное, небольших размеров, но отполировано до зеркального блеска. Крепление XTS100H к плате осуществляется за счет пластиковой усилительной пластины и четырех винтов, и оно вполне надежно.

По эффективности в номинальном режиме работы процессора Core i7-2600K данные системы охлаждения проявляют себя вполне неплохо на фоне недорогого Arctic Cooling Freezer 11 LP и даже Noctua NH-D14.

Но это касается функционирования процессора на стандартной частоте — с разгоном до 4,5-5 ГГц использовать такие кулеры, к сожалению, нельзя.

Разгон

Теперь самое интересное. Наверняка многие сталкивались с проблемой разгона процессоров архитектуры Nehalem на базе 45-нм техпроцесса, которым частоты свыше 4,2 ГГц при воздушном охлаждении давались с трудом. Но никого не удивляли 4,5 ГГц на 32-нм Clarkdale и Gulftown. Помимо самого потенциала ядра свою лепту в проблему разгона вносила высокая частота BCLK, которая получалась с младшими моделями ЦП. С Sandy Bridge повышать частоту можно лишь путем увеличения множителя, предел которого будет определяться уже возможностями процессора K-серии (максимум x57). Для достижения 4,5 ГГц достаточно будет поднять немного напряжение на ядрах, не затрагивая остальные параметры (Turbo Boost обязательно должен быть включен). Тестовые экземпляры Core i7-2600K и Core i5-2500K на такой частоте заработали при повышении напряжения до 1,28 и 1,35 В соответственно, чего вполне достаточно для режима работы системы 24/7. Прибавка еще 200 МГц потребовала увеличение напряжения до 1,3 В для старшей модели и 1,375 В для младшей. Пять гигагерц покорились лишь Core i7-2600K при 1,45 В:

Температура процессора в таком режиме с Noctua NH-D14 не превышала 78°C.

Core i5-2500K смог стабильно функционировать на 4,8 ГГц при напряжении 1,425 В (температура не выходила за рамки 71 градуса по Цельсию) — если младшие все такие, то для серьезных экспериментов с разгоном он явно не подходит.

Для достижения еще большего уровня разгона Sandy Bridge в обязательном порядке необходимо активировать в BIOS/UEFI материнских плат опцию Internal PLL Overvoltage. Можно также попытаться поднять различные напряжения питания. Максимально безопасное для процессора составляет 1,52 В (но есть мнение, что выше 1,38-1,4 В для режима 24/7 использовать не рекомендуется), для «системного агента» — 0,971 В, модулей памяти — 1,57 В. Параметр VCCIO (или Vtt — напряжение на контроллере памяти) позволяет добиться стабильности при работе с высокочастотной памятью, но выше 1,1 В поднимать не рекомендуется. CPU PLL ограничен 1,89 В, а графическое ядро, как и процессорное, может довольствоваться 1,52 В.

Помимо разгона процессора можно увеличить частоту памяти, причем, без каких-либо танцев с бубном, как того требовалось ранее. Достаточно выбрать необходимый режим и, возможно, немного поднять напряжение на контроллере.

Но у этой медали есть и обратная сторона. Так как предел разгона по базовой составляет около 105 МГц, определить максимальную конкретно возможную частоту теперь будет сложно. Придется либо ограничиваться фиксированными режимами, либо подбирать BCLK в пределах 100-105 МГц, что даст прибавку по 20 МГц на каждый мегагерц сверх номинала, что не так уж и много.
Тестовые конфигурации

Для сравнения производительности новых процессоров с решениями прошлого поколения и конкурентами была собрана следующая система:

• материнская плата: ASUS P8P67 Deluxe (Intel P67 Express, EFI 1053);
• память: Kingston KHX2000C8D3T1K3/6GX (3x2 ГБ, DDR3-2000@1333, 8-8-8-24-1T);
• кулер: Noctua NH-D14;
• видеокарта: ASUS ENGTX580/2DI/1536MD5 (GeForce GTX 580);
• жесткий диск: Seagate ST3500418AS (500 ГБ, 7200 об/мин, SATAII);
• блок питания: Seasonic SS-600HM (600 Вт);

• операционная система: Windows 7 Home Premium x64;
• драйвер чипсета: Intel Chipset Software Installation Utility 9.2.0.1019;
• драйвер видеокарты: GeForce 263.09.

В операционной системе брандмауэр, UAC и Windows Defender отключались, файл подкачки устанавливался в размере 4096 МБ. Настройки видеодрайвера не изменялись. Память работала на частоте 1333 МГц с задержками 8-8-8-24-1T. Остальные настройки в UEFI материнской платы оставлялись по умолчанию.

Конфигурации остальных участников отличались процессорами, материнскими платами и, по необходимости, памятью. Для платформы LGA1366 она была следующая:

• процессор: Intel Core i7-975 EE (3,33 ГГц, 8 Мбайт кэш);
• материнская плата: ASUS Sabertooth X58 (Intel X58 Express, BIOS 0603).

Платформа LGA1156 комплектовалась таким оборудованием:

• процессор: Intel Xeon X3470 (взамен Core i7-870; 2,93 ГГц, 8 МБайт кэш);
• процессор: Intel Core i5-660 (3,33 ГГц, 4 Мбайт кэш);
• материнская плата: ASUS Maximus III Extreme (Intel P55 Express, BIOS 1204).

Конкурирующий лагерь отстаивал честь следующим:

• процессор: AMD Phenom II X6 1100T (3,3 ГГц, 6 МБайт кэш);
• процессор: AMD Phenom II X6 1075T (3,0 ГГц, 6 МБайт кэш);
• материнская плата: ASUS Crosshair IV Extreme (AMD 890FX, BIOS 0502);
• память: Goodram Play GY1600D364L8/4GDC (2x2 ГБ, DDR3-1600@1333, 8-8-8-24-1T).

Такой выбор процессоров обусловлен как наличием их на момент тестирования, так и ценовым позиционированием каждой из моделей. Так, стоимость Core i7-2600K (а значит и обычной версии) почти соответствует Core i7-870, а с Core i5-2500K конкурируют Core i5-660 и AMD Phenom II X6 1075T. Модель Phenom II X6 1100T является флагманом компании AMD и занимает среднее положение между линейками Core i7 и Core i5.

Все процессоры тестировались как в номинальном режиме (частота Uncore у Core i7-975 EE составляла 2940 МГц) со всеми включенными технологиями, такими как Hyper-Threading, Turbo Boost и Turbo Core, так и при разгоне до 3,8 ГГц с отключенными функциями авторазгона. Частота памяти всегда держалась на уровне 1333 МГц, представитель AMD разгонялся лишь один, так как разницы при этом между ними фактически не было бы:

• Core i7-2600K — частота процессора 3800 МГц (38x100), память 1333 МГц (10x133);
• Core i5-2500K — частота процессора 3800 МГц (38x100), память 1333 МГц (10x133);
• Core i7-975 EE — частота процессора 3806 МГц (22x173), Uncore 3114 МГц (18x173), QPI 3114 МГц (18x173), память 1384 МГц (8x173);
• Core i7-870 — частота процессора 3806 МГц (22x173), Uncore 3114 МГц (18x173), QPI 3114 МГц (18x173), память 1384 МГц (8x173);
• Core i5-660 — частота процессора 3806 МГц (22x173), Uncore 3114 МГц (18x173), QPI 3806 МГц (22x173), память 1384 МГц (8x173);
• Phenom II X6 1100T — частота процессора 3813 МГц (15,5x246), NB и HT 2214 МГц (9x246), память 1311 МГц (5,33x246).

Результаты тестирования в прикладном ПО

Подсистема памяти

Судя по результатам в программе Aida64 контроллер памяти Sandy Bridge действительно был переработан и демонстрирует высокую производительность, особенно в тесте на запись. Копирование данных происходит быстрее у старшей модели, а Core i5-2500K в этом случае близок по показателям к процессорам предыдущего поколения.

Обойти по латентности контроллер Lynnfield пока не удалось, но разница при стандартном режиме работы минимальна и больше проявляется уже с разгоном. И скорее всего, она будет расти с дальнейшим повышением частоты. Но учитывая потенциал новинок, на это обращать особо не стоит.

Синтетика

В PCMark Vantage рассматриваемые процессоры превосходят своих предшественников. Даже урезанный Sandy Bridge оказался производительнее бывшего флагмана компании Intel. Также достойно себя ведет Core i5-660, хотя в большинстве тестов этого пакета результатами он не блистал. Например, в игровом он хуже остальных решений компании на 20-40%.

Но за счет поддержки инструкций AES-NI в тесте Communications он почти на равных соперничает с двухтысячными моделями.

Отсюда такой высокий итоговый балл. Отметим небольшой проигрыш Core i5-2500K в игровом тесте.

Архивирование

Тестирование в архиваторах осуществлялось путем сжатия папки с различными файлами общим объемом 600 Мбайт. Оба новых процессора демонстрируют чудеса производительности. Двухъядерник Clarkdale не очень приспособлен к такой работе и результат приходится ждать в 1,5 раза дольше, чем с остальными участниками.

Рендеринг

В однопроцессороном тесте Cinebench 11 видна вся мощь архитектуры Sandy Bridge, но с переходом к многопоточному вычислению младший представитель начинает сдавать позиции, хотя и не значительно — он совсем немного отстает от более дорогого Core i7-870. Решения AMD, до этого находившиеся в тени, неожиданно вырвались вперед за счет своих шести ядер.

С POV-Ray такая же ситуация, и чем больше ядер у процессора, тем он производительнее в программе рендеринга.

Математические расчеты

Расчет количества ходов в Fritz Chess Benchmark также зависит от количества ядер или исполняемых потоков и Core i5-2500K опять отстает от Lynnfield. Его даже умудряется обойти Phenom II X6 1075T, и с разгоном разница между ними только увеличивается, вплоть до 16%.

Еще один хорошо оптимизированный под многопоточность бенчмарк. Лидеров в wPrime как таковых нет — все высокоуровневые процессоры обоих производителей показывают одинаковые результаты, которые зависят от частоты той или иной модели. Лишенный Hyper-Threading Sandy Bridge опять отстает, но не так сильно, как Core i5-660.

Работа с видео

Интересная картина наблюдается в x264 HD Benchmark, который производит двухпроходное сжатие видеофайла кодеком H.264. Первый проход на дух не переваривает Hyper-Threading и без этой технологии результат обычно выше, что мы и наблюдаем с Core i5-2500K.

Второй проход наоборот, требует как можно больше вычислительных ядер и полноценный новичок забирает заслуженную пальму первенства назад. Продукты AMD в этом тесте ни чуть не хуже конкурентов. Перспективы Clarkdale на фоне решений новой архитектуры кажутся туманными — им явно осталось на рынке совсем недолго.
Результаты тестирования в игровых приложениях

Синтетика

Теперь перейдем к игровым тестам, начав с синтетики. В 3DMark Vantage расстановка сил была предсказуема, учитывая его оптимизацию под многоядерность. Core i7-2600K безоговорочный лидер, вслед за ним расположились продукты на базе архитектуры Nehalem. Нынешний флагман AMD соперничает лишь с новым четырехъядерником Core i5, немного отставая от него. Но с разгоном они выступают почти вровень.

Новый тест на наших страницах показывает неоднозначные результаты — новинки проигрывают своим предшественникам до 3%. В чем же дело? Почему же 3DMark 11 так не благосклонен к ним? Смотрим на результаты процессорного теста Physics. В нем все закономерно и ничего нового мы не видим.

А вот в графическом подтесте наблюдается падение производительности системы на базе Sandy Bridge, и она пасует даже перед Core i5-660, во что очень трудно поверить.

Возможно, проблема заключается в реализации интерфейса PCI Express или еще чего-нибудь и в будущих версиях тестового пакета или драйверов она будет решена. Пока же можем отметить первое поражение представителей платформы LGA1155.

Игры

В реальных игровых приложениях, например, Crysis, двухтысячные модели смотрятся более привлекательно, особенно, когда 200-долларовый Core i5-2500K не хуже дорогих Lynnfield и Bloomfield.

Стратегия реального времени World in Conflict оказалась не менее чувствительной к новинкам. На фоне таких результатов покупка устаревших решений себя не оправдает. Если, конечно, они прилично не подешевеют.

S.T.A.L.K.E.R.: Call of Pripyat сильно зависит от частоты процессора и емкости его кэша. Если в номинале Core i5-2500K обходит на десяток кадров Core i7-870, то с разгоном последний берет реванш. Но ведь Lynnfield не сможет без проблем работать на частотах 4,5 ГГц, а то и выше, не так ли?

Выводы

Проведя колоссальную работу над ошибками, компания Intel представила микроархитектуру Sandy Bridge с огромным потенциалом, решения на базе которой отличаются высокой производительностью и экономичностью. И хотя ничего революционного в ней нет, именно с нее начнется новый виток развития процессорного рынка. Высокая интеграция и низкий уровень энергопотребления станут неотъемлемой частью будущих продуктов, обрастающих все большим функционалом, что невольно мы уже замечаем сейчас.

Процессоры Sandy Bridge, несмотря на свою среднюю стоимость, предлагают нам новый уровень производительности, ранее доступный лишь с топовыми решениями. Благодаря переработанному контроллеру памяти и некоторым архитектурным изменениям удалось избавиться от многих ограничивающих факторов, сдерживающих дальнейшее развитие архитектуры Nehalem. Но платой за это стала необходимость в новой платформе с разъемом LGA1155, несовместимой с ранее выпущенными решениями. Несмотря на всю привлекательность Sandy Bridge переход на нее с LGA1156 или даже LGA1366 вряд ли оправдает затраты, но она даст возможность наконец-то избавиться от древней LGA775 или же перейти из конкурирующего лагеря. Тем более, что новинка действительно того стоит.

Помимо процессорного ядра было усовершенствовано графическое, расположенное теперь на одном кристалле с остальными блоками. Его функциональность и производительность позволяет конкурировать с дискретными картами начального уровня серии GeForce и Radeon. Пользователям теперь не придется задумываться о покупке недорого адаптера, когда возможности встроенного сильно ограничены.

Энтузиасты оценят разгонный потенциал процессоров на базе очередной микроархитектуры, который благодаря использованию 32-нм техпроцесса вырос до 4,5-5,0 ГГц и выше. Такие частоты доступны при воздушном охлаждении и небольшом повышении питающего напряжения. Для подобных подвигов ранее необходимо было прибегнуть к усиленному охлаждению и серьезному увеличению напряжения питания.

Но какой бы ни была идеальной новая платформа, определенный недостаток в ней обязательно найдется. И в данном случае он касается энтузиастов. Разгонять процессоры теперь можно определенной серии с разблокированным множителем, а не любой, как это было ранее. И все бы ничего, если бы не их стоимость, которая пока находится в пределах 250-350 долларов, что не каждому оверклокеру будет по карману. Здесь явно не хватает более доступной модели, позволяющей экономным энтузиастам, коих большинство, безболезненно перейти на новую платформу.
— процессоры Intel Core i7-2600K, Core i5-2500K, Core i7-975 EE, Xeon X3470 и Core i5-660;

Kingston — память Kingston KHX2000C8D3T1K3/6GX;

Noctua — кулер Noctua NH-D14 и термопаста Noctua NT-H1;

Syntex — блок питания Seasonic SS-600HM;

Wilk Elektronik — память Goodram Play GY1600D364L8/4GDC.