p>Меньше чем через четыре месяца микроархитектура Skylake отметит своё пятилетие, и это – весьма внушительный возраст для процессорного дизайна, предлагающегося для массовых и высокопроизводительных чипов. Тем не менее, компания Intel раз за разом продолжает выпускать основанные на ней чипы: подумать только, новейшие Comet Lake-S, о которых сегодня пойдёт речь, – это прямые аналоги процессоров Core i7-6700K.

Как получилось, что для настольных систем компания Intel до сих пор не смогла предложить ничего принципиально более нового, мы говорили уже не один раз. Вывод новых микроархитектур у микропроцессорного гиганта был всегда привязан к сменам производственных норм, а после запуска 14-нм технологии с дальнейшими техпроцессами дело не заладилось. Производственный процесс с разрешением 10 нм, согласно изначальном плану, должен был быть освоен ещё в далёком 2017 году, и, если бы всё сложилось, как задумывалось, сейчас в ходу были бы совсем другие процессоры. Однако внедрение 10-нм норм обернулось для Intel настоящей катастрофой, и даже сейчас, когда речь идёт о запуске уже второй версии этой проблемной технологии, использовать её при выпуске крупных и высокочастотных полупроводниковых кристаллов компания всё ещё не решается. Поэтому актуальные массовые процессоры до сих пор продолжают основываться на 14-нм технологии и снова и снова получают одну и ту же микроархитектуру Skylake, наращивая лишь число вычислительных ядер, частоты и число знаков «плюс» в официальном обозначении производственных норм.

Тем не менее, как бы нам ни надоели очередные воплощения Skylake в кремнии, нельзя отрицать, что это – безусловно удачное решение, которое имеет право на такое долгожительство. Сомнения в её актуальности могут возникать лишь в свете использования техпроцесса с крупными допусками, но серьёзные претензии к ней предъявить непросто. Во-первых, несмотря на ежегодное появление новых итераций AMD Ryzen, процессоры c микроархитектурой Skylake всё ещё выглядят вполне конкурентоспособно по удельной производительности на такт, то есть по показателю IPC. Во-вторых, Skylake оказалась легко масштабируемой микроархитектурой. Не меняя ничего в принципах её внутреннего устройства, Intel сумела в два с половиной раза нарастить число процессорных ядер, и не потерять при этом в эффективности их взаимодействия. Более того, очень неплохо выглядят и достигаемые современными процессорами Intel тактовые частоты. Актуальные 14-нм последователи Skylake уверенно преодолели отметку в 5 ГГц, в то время как конкурирующим решениям, выпускаемым по 7-нм техпроцессу, таких же вершин достичь так и не удалось.

К тому же сегодня мы сокрушаемся по поводу использования в новых процессорах Intel архитектуры пятилетней давности, вероятно, в последний раз. Последователи Comet Lake-S для массового сегмента смогут отказаться от этого наследия уже достаточно скоро. В следующем поколении чипов, которое фигурирует под кодовым именем Rocket Lake-S, компания Intel планирует использовать прогрессивную микроархитектуру Willow Cove из мобильных процессоров Tiger Lake, переложенную на 14-нм техпроцесс. Принципиальное обновление микроархитектуры попутно должно произойти и в сегменте HEDT, где через несколько месяцев появятся процессоры с дизайном Ice Lake-X, производимые по 10-нм технологии.

Но не будем забегать вперёд: пока нам предстоит жить с ещё одной реинкарнацией Skylake. И главный вопрос, который стоит перед сегодняшним тестированием, заключается в том, сможет ли Intel, опираясь исключительно на старый технологический фундамент, дать достойный ответ на процессоры Ryzen третьего поколения, которые довольно агрессивно стали теснить Coffee Lake-S на всех фронтах. Отстаивать свои позиции микропроцессорный гигант планирует очень простыми средствами: добавлением флагманским процессорам пары вычислительных ядер, а в процессорах среднего и младшего звена – включением технологии Hyper-Threading.

⇡#Что нового в Comet Lake-S

Казалось бы, мы знаем Skylake вдоль и поперёк, но Intel вновь нашла, как можно улучшить продукты прошлого поколения, не прибегая ни к новым производственным технологиям, ни к изменениям в микроархитектуре. И главное добавление такого рода – это два дополнительных вычислительных ядра, которые получили старшие модели процессоров Core i9, относящихся к семейству Comet Lake-S. Таким образом, теперь массовая платформа Intel может быть укомплектована процессором, обладающим сразу десятью вычислительными ядрами.

Пару дополнительных ядер прибавили в Comet Lake-S по уже отработанной схеме. Их фактически присоединили к имеющемуся кристаллу сбоку, подключив ко всё той же кольцевой шине, которая, кстати говоря, способна «вытянуть» и 12 ядер (такие конфигурации использовались в серверных процессорах Broadwell-E). Естественно, дополнительные ядра укомплектованы и положенными им сегментами кеш-памяти третьего уровня объёмом по 2 Мбайт. Соответственно, получившийся десятиядерник оснащён в общей сложности 20 Мбайт L3-кеша.

Всё это хорошо видно по снимку полупроводникового кристалла 10-ядерной версии Comet Lake-S: он очень похож на Coffee Lake-S, а разница лишь в числе ядер.

В конечном итоге площадь 10-ядерного кристалла Comet Lake-S составляет порядка 198 мм², и это  на 14 % (ожидаемо) больше площади восьмиядерного кристалла Coffee Lake-S. Для сравнения стоит напомнить, что восьмиядерный 7-нм чиплет CCD процессоров Zen 2 имеет площадь всего 74 мм², но площадь 12-нм I/O-чиплета достигает 125 мм². То есть, как это ни странно, по суммарным размерам кремния между 10-ядерным Comet Lake-S и 8-ядерным Zen 2 можно поставить знак примерного равенства.

Сплотку из десятка ядер, выполненных по 14-нм техпроцессу, трудно сделать экономичной, не прибегая к существенному урезанию тактовых частот. Поэтому старшие процессоры поколения Comet Lake-S заметно нарастили свои энергетические аппетиты и, соответственно, тепловыделение. Рамки теплового пакета, заявленные в спецификациях, отодвинулись с 95 до 125 Вт, а предел потребления при кратковременных нагрузках теперь может доходить  (у флагманской модели)до 250 Вт даже с официальной точки зрения. Столь значительной рост аппетитов не мог не отразиться на дизайне платформы в целом: совместимые с Comet Lake-S модели материнских плат с новым процессорным гнездом LGA 1200, как правило, обладают заметно более мощным, чем раньше, конвертером питания.

Но есть и другая сторона: инженерам Intel пришлось предпринять специальные усилия к тому, чтобы всё выделяемое кристаллом Comet Lake-S тепло было отведено с должной эффективностью. В прошлом поколении процессоров, Coffee Lake-S, Intel прибегла к увеличению теплопроводности применяемого термоинтерфейсного материала под процессорной крышкой и перешла с полимерной термопасты на индиевый припой. Сейчас же сделан ещё один шаг – с 800 до 500 мкм уменьшена толщина процессорного кристалла. Дело в том, что вся полупроводниковая начинка расположена на кристалле со стороны процессорной платы, а сам кремний имеет довольно высокую теплопроводность, поэтому уменьшение его слоя действительно способствует улучшению теплоотвода.

Как видно по иллюстрации, утончение кристалла сопровождается утолщением медной теплораспределительной крышки. Это сделано для того, чтобы сохранить толщину процессоров неизменной, и чтобы системы охлаждения, разработанные для прошлых поколений CPU, остались совместимыми и с представителями семейства Comet Lake-S.

Рост потребляемой новыми процессорами мощности связан не только с увеличением размера полупроводникового кристалла и с дополнительными ядрами. Он вызван ещё и тем, что Intel дополнительно нарастила тактовые частоты и снабдила новые чипы более хитрыми механизмами их регулировки.

Например, если сравнить старший 10-ядерник нового поколения со старшим 8-ядерником прошлого поколения, то окажется, что новинка выигрывает у предшественника в ширине диапазона частот. Сейчас рабочие частоты флагмана задаются интервалом 3,7-5,3 ГГц, в то время как для Core i9-9900K этот интервал выглядел как 3,6-5,0 ГГц. Одновременно с этим реальные рабочие частоты новых процессоров сильнее приблизились к верхней границе диапазона благодаря тому, что к стандартной и привычной технологии Turbo Boost 2.0 добавились два новых «усилителя» – Turbo Boost Max 3.0 и Thermal Velocity Boost.

Технология Turbo Boost 3.0 уже знакома нам по процессорам для HEDT-систем: она добавляет к стандартному турбо-режиму понятие «удачных» ядер, которые определяются Intel индивидуально для каждого процессора на этапе производства. Смысл этого в том, что при изолированной нагрузке на эти ядра они умеют ускоряться на 100 МГц сильнее по сравнению остальными ядрами. Предполагается, что диспетчер задач операционной системы будет переносить на такие ядра малопоточные нагрузки, позволяя получать дополнительное улучшение производительности по сравнению с Turbo Boost 2.0. И данный механизм действительно работает в версиях Windows 10, начиная со сборки 1609. В семействе процессоров Comet Lake-S «удачных» ядра обычно два, но в целом технология Turbo Boost 3.0 доступна исключительно для десяти- и восьмиядерных процессоров.

Другая реализованная в Comet Lake-S технология – Thermal Velocity Boost – в процессорах для настольных систем встречается впервые, и пока доступна лишь в старших моделях семейства, относящихся к серии Core i9. Она отвечает за дополнительный динамический рост частоты на 100 МГц – за пределы заданных турбо-режимом границ. Как предполагается, такой «последний рывок» процессор может сделать при соблюдении двух условий: если его потребление не выходит за определённые спецификацией рамки, и если его температура не превышает 70 градусов.

В сумме всё это приводит к тому, что старшие десятиядерники могут работать на поразительно высоких частотах, особенно при снятых пределах потребления и при использовании качественных систем охлаждения, способных удерживать их от перегрева.

В качестве примера можно посмотреть на таблицы частот представителей семейства Comet Lake-S, относящихся к классу Core i9 и Core i7 и сопоставить их с частотами восьмиядерных Coffee Lake-S.

	Ядра/ потоки	Частоты, ГГц						TDP, Вт
		База	Turbo 2.0, все ядра	TVB, все ядра	Turbo 2.0, 1-2 ядра	Turbo 3.0, 1-2 ядра	TVB, 1-2 ядра
Core i9-10900K	10/20	3,7	4,8	4,9	5,1	5,2	5,3	125
Core i9-10900	10/20	2,8	4,5	4,6	5,0	5,1	5,2	65
Core i7-10700K	8/16	3,8	4,7	-	5,0	5,1	-	125
Core i7-10700	8/16	2,9	4,6	-	4,7	4,8	-	65
Core i9-9900KS	8/16	4,0	5,0	-	5,0	-	-	127
Core i9-9900K	8/16	3,6	4,7	-	5,0	-	-	95
Core i9-9900	8/16	3,1	4,6	-	5,0	-	-	65

По таблице отлично видно, что благодаря этим ухищрениям новые процессоры получили более высокие частоты, чем были у восьмиядерных предшественников. Причём, более высокие частоты по сравнению с прошлым флагманом Core i9-9900K потенциально могут обеспечить даже 10-ядерные процессоры нового поколения, не говоря уже о восьмиядерниках. Но есть и исключения, например, Core i9-9900 выглядит по частотной формуле всё-таки интереснее, чем новый Core i7-10700 с восемью ядрами, а выпущенный лимитированной серией Core i9-9900KS так и остаётся единственным CPU, способным держать частоту 5 ГГц при нагрузке сразу на все ядра.

⇡#Новая платформа LGA 1200 и набор системной логики Z490

Как уже было сказано, процессоры Comet Lake-S получили новое исполнение корпуса LGA 1200 с увеличенным числом контактов. И это значит, что они не совместимы со старыми материнскими платами. В целом это полностью отвечает стратегии Intel – менять платформу каждые два поколения CPU, но в данном случае переход на обновлённые материнские платы действительно не лишён смысла.

Во-первых, между Comet Lake-S и их предшественниками существует заметная разница в энергопотреблении, и для новых CPU действительно нужны более мощные схемы питания, поскольку даже согласно официальным данным, в номинальном режиме они могут демонстрировать потребление вплоть до 250 Вт, а в реальности и того выше, особенно при разгоне. Поэтому неудивительно, что среди LGA 1200-плат встречаются и такие, которые оснащены 16-канальным конвертером питания и силовыми элементами, рассчитанными на ток в 90 А. Также закономерно, что платы нового поколения щеголяют более продвинутыми системами охлаждения VRM, которые в некоторых случаях могут даже снабжаться вентилятором.

Во-вторых, хотя об этом пока не говорится официально, в новой платформе Intel намеревается внедрить поддержку PCI Express 4.0. Произойдёт это лишь тогда, когда на рынке появится следующее поколение процессоров, Rocket Lake-S, но подготовить всю необходимую инфраструктуру Intel решила заранее. Иными словами, в платформе LGA 1200 сразу заложена возможность перевода шины PCI Express в более быстрые режимы, хотя на данный момент в новой платформе все слоты PCIе и M.2, как и раньше, будут максимально поддерживать лишь режим PCI Express 3.0.

Для платформы LGA 1200 компания Intel подготовила наборы логики четырёхсотой серии, включая старший чипсет Z490, который в контексте этой статьи нам наиболее интересен. С точки зрения характеристик материнские платы на базе этого чипсета не слишком сильно отличаются от привычных плат на Z390, но главное – они оборудуются новым процессорным разъёмом LGA 1200 и совместимы с Comet Lake-S, но не совместимы с Coffee Lake-S, как и с другими процессорами предшествующих поколений.

В то же время немаловажно, что все сегодняшние LGA 1200-платы гарантированно смогут принять на борт и следующее поколение процессоров Rocket Lake-S, где найдёт применение новая микроархитектура, PCI Express 4.0 и интегрированная графика Intel Xe. Выйдут эти любопытные CPU, как ожидается, в конце текущего или скорее в начале следующего года. Хотя конкретные реализации могут несколько различаться, общий подход производителей плат заключается в том, чтобы использовать в LGA 1200 платах элементную базу (усилители и коммутаторы), совместимую с четвёртым поколением PCI Express. Поддержка нового протокола, по всей видимости, будет в будущем активирована для первого слота PCIe x16, который логически подключен к внутрипроцессорному контроллеру.

Если же говорить о самом наборе логики Z490, то в его спецификациях вы вряд ли сможете найти какие-то отличия от Z390: чипсеты идентичны. Тем не менее, с точки зрения возможностей расширения материнские платы, построенные вокруг микросхемы Z490, могут иметь новые характерные признаки. Первейшим из них следует признать наличие 2,5-гигабитного сетевого интерфейса – его можно обнаружить у большинства платформ верхней и средней ценовых категорий. Также в список стандартного оснащения для добротных LGA 1200-плат входит беспроводной адаптер Wi-Fi 6, и увеличенное количество портов USB 3.2 Gen 2 (10 Гбит/с).

Стоит упомянуть, что вместе с Z490 на рынок приходят и два более простых набора логики: B460 и H410. Они не имеют функций разгона процессора, беднее по оснащению, а платы на их основе уже не смогут похвастать такими же мощными стабилизаторами питания. Однако подробнее о них мы поговорим позднее, когда будем заниматься тестами недорогих представителей семейства Comet Lake-S.

⇡#Подробности о Core i9-10900K

Для тестирования нам удалось получить старший процессор в семействе Comet Lake-S, десятиядерник Core i9-10900K. Сразу же нужно сказать, что полученный нами образец – это серийный экземпляр актуального степпига Q0, и именно его ожидание задержало данный обзор. За некоторое время до анонса Intel предлагала для тестов процессоры более раннего степпинга P1, но он в конечном итоге в серийные изделия не пошёл. Поэтому мы решили не тестировать предварительный образец и дождаться правильного, тем более что как потом выяснилось, процессоры предварительного степпинга действительно отличаются от финальных: они используют завышенные напряжение, сильнее греются и не достигают максимальных частот в турбо-режиме.

Характеристики Core i9-10900K можно посмотреть на скриншоте CPU-Z, приведённом ниже. Главное, что нужно знать про этот процессор: в нём есть 10 ядер с поддержкой технологии Hyper-Threading, 20 Мбайт L3-кеша, а рабочие частоты находятся в окрестности 5,0 ГГц. При этом тепловой пакет увеличен до 125 Вт при разрешённом пиковом потреблении вплоть до 250 Вт. То есть это – быстрый, но и горячий процессор.

Формально максимальные частоты, разрешённые турбо-режимом в зависимости от нагрузки на разное число вычислительных ядер, превышают 4,8 ГГц:

	Максимальная тактовая частота, ГГц
	База	1-2 ядра	3 ядра	4-5 ядер	6-10 ядер
Core i9-10900K	3,7	5,3	5,1	5,0	4,9

Но нужно понимать, что в реальной жизни частоты будут скорее всего ограничиваться не этими показателями, а пределами энергопотребления: 125 Вт для долговременных нагрузок (PL1) и 250 Вт – для кратковременных (PL2). Имейте в виду, что объявленная в спецификации величина TDP в 125 Вт – это, согласно определению Intel, среднее значение тепловыделения при сложной нагрузке на все ядра, когда процессор работает на базовой частоте 3,7 ГГц. Поэтому в реальности частоты будут сильно не дотягивать до тех, что указаны выше. Кроме того, табличные значения указаны с учётом Thermal Velocity Boost, то есть в предположении, что температура процессора не превышает 70 градусов. В противном случае они будут на 100 МГц ниже.

Проиллюстрировать сказанное можно следующим графиком, на котором отображены практически наблюдаемые частоты Core i9-10900K при прохождении теста рендеринга Cinebench R20 с различным числом используемых потоков. На нём приведены сразу две кривые – для ограничений потребления стандартными величинами PL1 и PL2, то есть 125 и 250 Вт. Таким образом при работе в номинальном режиме первые несколько секунд после запуска процесса частота Core i9-10900K соответствует точкам на верхней кривой, а затем спускается на нижнюю кривую.

Получается, что если не нарушать спецификаций Intel по энергопотреблению, то при длительных многопоточных нагрузках Core i9-10900K должен работать на частотах в окрестности 4,0 ГГц. А заявленные 4,9 ГГц он может взять лишь при кратковременных многопоточных нагрузках, когда для энергопотребления действует удвоенный относительно паспортного TDP предел. Кроме того, максимальное значение частоты для однопоточной нагрузки – 5,3 ГГц – на практике достигается совсем не часто. Оно возможно лишь при сложении усилий технологий Turbo Boost Max 3.0 и Thermal Velocity Boost и потому наблюдается эпизодически. Средняя же частота Core i9-10900K при нагрузке на одно-два ядра, которая наблюдается на практике, ближе к 5,2 ГГц. Но даже несмотря на некоторый разрыв между теоретическими и наблюдаемыми показателями, частоты Core i9-10900K не разочаровывают: в целом они повыше значений, которые мы наблюдали у Core i9-9900K с включёнными пределами потребления.

В дополнение к добавившимся ядрам и повышенным частотам в процессорах Comet Lake-S появилась официальная поддержка DDR4-2933 SDRAM. Это имеет значение для тех пользователей, которые захотят воспользоваться материнскими платами на базе младших чипсетов – теперь там память сможет работать на более высоких скоростях. Что же касается Z490, то в платах на его основе разгон памяти неограничен и возможен до очень высоких значений.

Рекомендованная цена Core i9-10900K составляет $488, версия этого же процессора с заблокированным GPU (Core i9-10900KF) обойдётся в $472. Это значит, что Intel решила противопоставить свой новый десятиядерник двенадцатиядерному процессору AMD Ryzen 9 3900X с официальной ценой $499. Если сопоставить характеристики этих двух CPU, то картина получается следующей (для наглядности мы добавили в таблице и прошлый флагманский восьмиядерник):

	Core i9-9900K	Core i9-10900K	Ryzen 9 3900K
Платформа	LGA 1151v2	LGA 1200	Socket AM4
Техпроцесс, мм	14	14	7/12
Ядра/потоки	8/16	10/20	12/24
Частота (номинал/турбо), ГГц	3,6-5,0	3,7-5,3	3,8-4,6
L3-кеш, Мбайт	16	20	64
TDP, Вт	95	125	105
Память	DDR4-2666	DDR4-2933	DDR4-3200
Линии PCIe	16 x Gen3	16 x Gen3	24 x Gen4
Встроенная графика	Есть	Есть	Нет
Цена	$488	$488	$499

Ryzen 9 3900X по сравнению с Core i9-10900K предлагает более развитую многопоточность, у него на 20 % больше вычислительных ядер, и это отражает парадигму AMD, которая делает упор на постоянное увеличение возможностей параллельной обработки. Подход Intel иной: «синяя» компания всё ещё продолжает уделять существенную часть своего внимания пиковым однопоточным скоростям. И хотя Intel в какой-то мере следует примеру AMD и ее флагман в очередной раз получил дополнительные ядра, главное его преимущество – в максимальной тактовой частоте, которая выше, чем у конкурирующего процессора AMD, на 15 %. Правда, не стоит забывать, что в пользу AMD здесь может сыграть некоторое преимущество в IPC: микроархитектура Zen 2 по этому показателю немного обошла Skylake. Но суммарно, глядя на характеристики, вполне можно утверждать, что процессоры Ryzen 9 3900X и Core i9-10900K заслуживают того, чтобы выступать в одной весовой категории. Хотя нельзя отрицать, что у Ryzen 9 3900X есть небольшое формальное преимущество благодаря поддержке PCI Express 4.0 и лучшей экономичности.

⇡#Температура и потребление

Потребление и нагрев для Core i9-10900K – это, очевидно, больной вопрос. До сих пор у Intel не было таких многоядерных и высокочастотных процессоров, но уже по прошлому поколению массовых CPU было понятно, что микроархитектура Skylake при приближении к 5 ГГц теряет всякие намёки на энергоэффективность. Масла в огонь подливают многочисленные публикации, в которых говорится о реальном потреблении нового десятиядерника на уровне 250, а то и 300 Вт. И на этом этапе у многих возникает недопонимание, почему Intel говорит о показателе TDP 125 Вт, и нет ли здесь явного обмана.

Но на самом деле всё честно. Дело в том, что существует два базовых варианта настройки любого процессора Intel: с прицелом на соблюдение заявленных параметров энергопотребления и тепловыделения и с прицелом на максимальную производительность. В случае с Core i9-10900K первый вариант предусматривает, что путём динамической подстройки частоты фактическое потребление процессора удерживается в рамках величины PL1, установленной для него в 125 Вт, и выходить за эту границу и повышать потребление до PL2, равной 250 Вт, ему разрешается лишь кратковременно. Второй вариант предполагает, что никакие пределы потребления PL1 и PL2 не действуют, и процессор всегда функционирует на максимальной частоте, определённой турбо-режимом для данного количества загруженных работой ядер. Переключение между этими вариантами выполняется в BIOS материнских плат.

В существовании этих двух подходов нет никакой новости – так было и раньше. Просто с процессорами Intel прошлых поколений производители материнских плат особо не задумывались о соблюдении каких-то там ограничений и по умолчанию врубали режим максимальных частот (за данной функцией закрепилось название MCE – Multi-Core Enhancements). Но теперь так уже не получится: тепловыделение Core i9-10900K со снятыми ограничениями может оказаться столь высоким, что процессор будет перегреваться даже с довольно мощными серийными системами охлаждения. К тому же Intel отняла у производителей материнских плат возможность отодвигать границу максимально разрешённого нагрева кристалла, и теперь она снова жёстко установлена в 100 градусов, тогда как для процессоров Coffee-Lake-S её почти всегда принудительно отодвигали до 115 градусов.

В результате платы для процессоров Comet Lake-S, скорее всего, будут предлагать какие-то компромиссы в части динамического управления частотами. По крайней мере, мы надеемся, что здравый смысл возобладает, и производители не будут без предупреждения отправлять частоты новых процессоров в стратосферу, обрекая пользователей на встречу с перегревом, троттлингом и тому подобными вещами, которые легко могут испортить впечатление о платформе LGA 1200. Например, тестируя Core i9-10900K на плате ASUS Maximus XII Hero (Wi-Fi), мы увидели такую реализацию: при первом старте системы после установки нового процессора BIOS предлагает выбор: либо использовать в дальнейшем максимальные частоты, либо всё-таки следовать спецификациям Intel.

И это – разумный подход: пользователь должен понимать, что отмена пределов потребления PL1 и PL2 сродни разгону, и стабильно работать в этом случае процессор всё-таки не обязан.

Но давайте проанализируем, насколько эти два режима настройки процессора (номинальный и безлимитный) различаются по реальным частотам, производительности, температурам и потреблению. Мы провели их практическое сравнение на примере нагрузки Cinebench R20 и Prime 95 AVX2 29.8 с использованием для охлаждения процессора суперкулера Noctua NH-D15.

Если посмотреть на графики частот, то кардинальная разница в двух режимах – с включёнными и отключёнными пределами энергопотребления – становится хорошо понятна. В номинальном режиме при длительных ресурсоёмких расчётах Core i9-10900K работает на частоте в окрестности 4,0 ГГц, разгоняясь до 4,9 ГГц лишь в первые несколько секунд, в течение которых для потребления действует вдвое более либеральное ограничение PL2, а не PL1. Если же пределы потребления отменить, то частота 4,9 ГГц сохраняется на всю продолжительность приложения нагрузки.

Вот что в это время происходит с энергопотреблением процессора.

Реальное долговременное энергопотребление десятиядерного процессора при многопоточной нагрузке, когда он работает на частотах, заявленных в спецификации, но без каких-либо ограничений, может составлять и 230 Вт (в Cinebench R20), и даже 300 Вт (в Prime95). Естественно, включение в частотную формулу отсечки частоты при росте потребления выше 125 Вт меняет всё кардинально.

Можно сказать, что «честный» Core i9-10900K и «безлимитный» Core i9-10900K – это два разных процессора, разница между которыми будет проявляться тем сильнее, чем сложнее и продолжительные исполняемые ими задачи. В то же время на относительно коротких нагрузках, в течение которых для процессора действует повышенная граница энергопотребления PL2, режим с активированными ограничениями почти не снижает производительность процессора. Максимальное время действия этого предела вместо консервативного PL1 также определено спецификацией и для Core i9-10900K составляет 56 секунд. Однако на практике промежутки высокого потребления не превышают 30-40 секунд, и то, при условии, что до этого процессор находился в состоянии простоя. Объясняется это тем, что помимо контроля моментального уровня потребления процессор удерживает в 125-ваттных рамках и величину скользящего экспоненциального среднего потребления, которая представляет собой интегральную характеристику потребления за некоторый предшествующий период времени.

Перспектива использовать Core i9-10900K без учёта всех этих многочисленных ограничений выглядит заманчиво. Однако проблема заключается в том, что «безлимитный» режим заставляет пользователя столкнуться с пугающе высокими температурами.

Даже с мощным двухбашенным кулером в Cinebench R20 процессор в «безлимитном» режиме может нагреваться до 83 градусов, а в более тяжелом в вычислительном плане тесте Prime95 температура может доходить до 93 градусов, что довольно близко к предельному значению. Основываясь на этих данных, логично предположить, что среди Core i9-10900K могут найтись такие экземпляры, которые не смогут функционировать без троттлинга в режиме со снятыми ограничениями.

Однако здесь нужно сделать важную ремарку о том, что если Core i9-10900K будет использоваться в системе, нацеленной исключительно на игровое применение, и он никогда не будет сталкиваться с приложениями для обработки контента, то безлимитный режим вполне допустим. Современные игры не создают таких нагрузок, которые были бы способны полностью задействовать все ресурсы десятиядерного CPU под тяжёлые вычислительные алгоритмы, поэтому нагрев и потребление в них заметно ниже.

На примере Shadow Of The Tomb Raider мы видим вдвое более низкое энергопотребление по сравнению с рендерингом и, соответственно, вполне комфортные для процессора температуры на уровне 50-60 градусов как в номинальном, так и в безлимитном режимах.

⇡#Разгон

К этому моменту уже понятно, что на какой-то значимый разгон Core i9-10900K можно не рассчитывать. Чего можно ожидать от процессора, который даже на штатных частотах (при отмене пределов потребления) нагревается до 92-93 градусов при допустимом максимуме в 100?

В том, что Core i9-10900K очень тяжело сдвинуть с номинальных частот вверх, мы легко убедились на практике. Максимальная частота, с которой нам удалось пройти между Сциллой перегрева и Харибдой нестабильности, составила 5,1 ГГц при условии добавления корректирующего коэффициента -2 для процессорного множителя при AVX-нагрузке.

Другими словами, процессор смог работать при 5,1 ГГц при обычной вычислительной нагрузке и проходил тесты стабильности, демонстрируя температуры не выше 95 градусов.

Но при AVX-нагрузке частоту приходилось сбрасывать до 4,9 ГГц во избежание перегрева. Но даже на такой частоте его температура доходила до 96 градусов.

Для достижения описанного результата в BIOS материнской платы ASUS Maximus XII Hero (Wi-Fi) напряжение процессора было снижено на 0,035 В относительно номинала (через настройку Offset) с одновременной активацией функции Load-Line Calibration в режиме Level 5. В результате применения этих настроек реальное напряжение CPU при стрессовой нагрузке устанавливалось на уровне 1,16-1,24 В.

Отвод тепла в нашем случае обеспечивал суперкулер Noctua NH-D15, к эффективности которого трудно предъявить какие-то претензии. А это значит, что радикальным оверклокерам, которые привыкли не удовлетворяться номинальным или близким к номинальному режиму работы процессора, придётся нацеливаться на оснащение своих сборок каким-то существенно более мощным охлаждением, например, самостоятельно собранными системами жидкостного охлаждения.

В этом случае им также могут пригодиться новые тонкие оверклокерские инструменты, которые появились в Core i9-10900K и в платформе LGA 1200 в целом. В частности, для этого процессора можно не только задавать свой собственный множитель для разного количества нагруженных работой ядер, но и поядерно отключать технологию Hyper-Threading.

Второе интересное нововведение – полный доступ к кривой зависимости между напряжением процессора и его частотой.

Всё это в конечном итоге открывает огромный простор по оптимизации настроек системы, но, к сожалению, не отменяет того факта, что Core i9-10900K работает почти на пределе возможностей 14-нм кремния, и даже для незначительного разгона сначала придётся решить задачу с отводом от чипа более 300 Вт тепла.

⇡#Описание тестовых систем и методики тестирования

С учётом стоимости и характеристик Core i9-10900K, вопросов о том, каким из имеющихся на рынке процессоров его следует противопоставлять, практически не возникает. Основной соперник для массового десятиядерного процессора Intel – двенадцатиядерный Ryzen 9 3900X, но кроме него мы включили в тесты и два других флагманских CPU компании AMD – Ryzen 9 3950X и Ryzen 7 3800X. Также со стороны Intel в тест был вовлечён предшественник Core i9-10900K — восьмиядерный процессор Core i9-9900K. И для полноты картины мы включили в тестирование 12-ядерный процессор из сегмента HEDT, Core i9-10920X.

В конечном итоге список задействованных в тестировании комплектующих получился таким:

• Процессоры:
  • AMD Ryzen 9 3950X (Matisse, 16 ядер + SMT, 3,5-4,6 ГГц, 64 Мбайт L3);
  • AMD Ryzen 9 3900X (Matisse, 12 ядер + SMT, 3,8-4,6 ГГц, 64 Мбайт L3);
  • AMD Ryzen 7 3800X (Matisse, 8 ядер + SMT, 3,9-4,5 ГГц, 32 Мбайт L3);
  • Intel Core i9-10920X (Cascade Lake-X, 12 ядер + HT, 3,5-4,8 ГГц, 19,25 Мбайт L3);
  • Intel Core i9-10900K (Comet Lake, 10 ядер + HT, 3,7-5,3 ГГц, 20 Мбайт L3);
  • Intel Core i9-9900K (Coffee Lake Refresh, 8 ядер + HT, 3,6-5,0 ГГц, 16 Мбайт L3).
• Процессорный кулер: Noctua NH-D15.
• Материнские платы:
  • ASRock X570 Taichi (Socket AM4, AMD X570);
  • ASRock Z390 Taichi (LGA 1151v2, Intel Z390);
  • ASUS ROG Maximus XII Hero (Wi-Fi) (LGA 1200, Intel Z490);
  • ASUS ROG Strix X299-E Gaming II (LGA 2066, Intel X299).
• Память:
  • 2 × 8 Гбайт DDR4-3600 SDRAM, 16-16-16-36 (G.Skill Trident Z RGB F4-3600C16D-16GTZR);
  • 4 × 8 Гбайт DDR4-3600 SDRAM, 16-16-16-36 (G.Skill Trident Z RGB F4-360016Q-32GTZR).
• Видеокарта: NVIDIA GeForce RTX 2080 Ti (TU102, 1350/14000 МГц, 11 Гбайт GDDR6 352-бит).
• Дисковая подсистема: Samsung 970 EVO Plus 2TB (MZ-V7S2T0BW).
• Блок питания: Thermaltake Toughpower DPS G RGB 1000W Titanium (80 Plus Titanium, 1000 Вт).

Обычно мы сравниваем процессоры с настройками, принятыми производителями плат «по умолчанию», поскольку в таком режиме эксплуатирует процессоры подавляющее большинство пользователей. Однако в случае Core i9-10900K тестирование было проведено с двумя вариантами настроек частот и потребления: в случае действия заданных спецификацией ограничений по потреблению PL1 = 125 Вт, PL2 = 250 Вт (на диаграммах этот вариант обозначен как 125W) и без них.

Все сравниваемые процессоры были протестированы с памятью, работающей в режиме DDR4-3600 с настройками таймингов по XMP.

Тестирование выполнялось в операционной системе Microsoft Windows 10 Pro (v1909) Build 18363.476 с использованием следующего комплекта драйверов:

• AMD Chipset Driver 2.04.04.111;
• Intel Chipset Driver 10.1.31.2;
• NVIDIA GeForce 445.87 Driver.

Описание использовавшихся для измерения вычислительной производительности инструментов:

Комплексные бенчмарки:

• Futuremark PCMark 10 Professional Edition 2.1.2177 – тестирование в сценариях Essentials (обычная работа среднестатистического пользователя: запуск приложений, сёрфинг в интернете, видеоконференции), Productivity (офисная работа с текстовым редактором и электронными таблицами), Digital Content Creation (создание цифрового контента: редактирование фотографий, нелинейный видеомонтаж, рендеринг и визуализация 3D-моделей).
• 3DMark Professional Edition 2.11.6846 — тестирование в сцене Time Spy Extreme 1.0.

Приложения:

• 7-zip 19.00 — тестирование скорости архивации. Измеряется время, затрачиваемое архиватором на сжатие директории с различными файлами общим объёмом 3,1 Гбайт. Используется алгоритм LZMA2 и максимальная степень компрессии.
• Adobe After Effects CC 2020 17.0.1 – тестирование скорости рендеринга анимационного ролика. Измеряется время, затрачиваемое системой на обсчёт в разрешении 1920 × 1080@30fps заранее подготовленного видеоролика.
• Adobe Photoshop CC 2020 21.0.2 — тестирование производительности при обработке графических изображений. Измеряется среднее время выполнения тестового скрипта Puget Systems Adobe Photoshop CC Benchmark 18.10, моделирующего типичную обработку изображения, сделанного цифровой камерой.
• Adobe Photoshop Lightroom Classic СС 9.1 – тестирование производительности при пакетной обработке серии изображений в RAW-формате. Тестовый сценарий включает постобработку и экспорт в JPEG с разрешением 1920 × 1080 и максимальным качеством двухсот 16-мегапиксельных изображений в RAW-формате, сделанных цифровой камерой Fujifilm X-T1.
• Adobe Premiere Pro CC 2020 14.0 — тестирование производительности при нелинейном видеомонтаже. Измеряется время рендеринга в формат YouTube 4K проекта, содержащего HDV 2160p30 видеоряд с наложением различных эффектов.
• Blender 2.82a – тестирование скорости финального рендеринга в одном из популярных свободных пакетов для создания трёхмерной графики. Измеряется продолжительность построения финальной модели pavillon_barcelona_v1.2 из Blender Benchmark.
• Corona 1.3 – тестирование скорости рендеринга при помощи одноимённого рендерера. Для измерения производительности используется стандартное приложение Corona 1.3 Benchmark.
• Microsoft Visual Studio 2017 (15.9.17) – измерение времени компиляции крупного MSVC-проекта – профессионального пакета для создания трёхмерной графики Blender версии 2.79b.
• Stockfish 11 – тестирование скорости работы популярного шахматного движка. Измеряется скорость перебора вариантов в позиции «1q6/1r2k1p1/4pp1p/1P1b1P2/3Q4/7P/4B1P1/2R3K1 w».
• SVT-AV1 v0.8.3 - тестирование скорости транскодирования видео в перспективный формат AV1. Для оценки производительности используется исходный 1080p@50FPS AVC-видеофайл, имеющий битрейт около 30 Мбит/с.
• Topaz Video Enhance AI v1.2.1 – тестирование производительности в основанной на ИИ программе для улучшения детализации видео. В тесте используется исходное видео в разрешении 320×240, разрешение которого увеличивается в два раза с использованием модели Artemis-HQ: P,HQ,MC.
• V-Ray 4.10.03 – тестирование производительности работы популярной системы рендеринга при помощи стандартного приложения V-Ray Benchmark Next;
• x265 3.2+9 10bpp — тестирование скорости транскодирования видео в формат H.265/HEVC. Для оценки производительности используется исходный 2160p@24FPS AVC-видеофайл, имеющий битрейт около 42 Мбит/с.

Игры:

• Assassin’s Creed Odyssey. Разрешение 1920 × 1080: Graphics Quality = Ultra High. Разрешение 3840 × 2160: Graphics Quality = Ultra High.
• Civilization VI: Gathering Storm. Разрешение 1920 × 1080: DirectX 12, MSAA = 4x, Performance Impact = Ultra, Memory Impact = Ultra. Разрешение 2560 × 1440: DirectX 12, MSAA = 4x, Performance Impact = Ultra, Memory Impact = Ultra.
• Far Cry 5. Разрешение 1920 × 1080: Graphics Quality = Ultra, HD Textures = On, Anti-Aliasing = TAA, Motion Blur = On. Разрешение 3840 × 2160: Graphics Quality = Ultra, Anti-Aliasing = Off, Motion Blur = On.
• Gears 5. Разрешение 1920 × 1080: Default Quality = Ultra. Разрешение 3840 × 2160: Default Quality = Ultra.
• Hitman 2. Разрешение 1920 × 1080: DirectX 12, Super Sampling = 1.0, Level of Detail = Ultra, Anti-Aliasing = FXAA, Texture Quality = High, Texture Filter = Anisotropic 16x, SSAO = On, Shadow Maps = Ultra, Shadow Resolution = High. Разрешение 3840 × 2160: DirectX 12, Super Sampling = 1.0, Level of Detail = Ultra, Anti-Aliasing = FXAA, Texture Quality = High, Texture Filter = Anisotropic 16x, SSAO = On, Shadow Maps = Ultra, Shadow Resolution = High.
• Shadow of the Tomb Raider. Разрешение 1920 × 1080: DirectX12, Preset = Highest, Anti-Aliasing = TAA. Разрешение 3840 × 2160: DirectX12, Preset = Highest, Anti-Aliasing = Off.
• Total War: Three Kingdoms. Разрешение 1920 × 1080: DirectX 12, Quality = Ultra, Unit Size = Extreme. Разрешение 3840 × 2160: DirectX 12, Quality = Ultra, Unit Size = Extreme.
• World War Z. Разрешение 1920 × 1080: DirectX11, Visual Quality Preset = Ultra. Разрешение 3840 × 2160: DirectX11, Visual Quality Preset = Ultra.

Во всех игровых тестах в качестве результатов приводится среднее количество кадров в секунду, а также 0,01-квантиль (первая перцентиль) для значений FPS. Использование 0,01-квантиля вместо показателей минимального FPS обусловлено стремлением очистить результаты от случайных всплесков производительности, которые были спровоцированы не связанными напрямую с работой основных компонентов платформы причинами.

⇡#Производительность в комплексных тестах

Комплексный тест PCMark 10, который претендует на то, чтобы стать индикатором производительности систем в повседневных задачах, явно даёт понять, что новый десятиядерник Intel сделал заметный шаг вперёд по сравнению с Core i9-9900K. Но нужно понимать, что приложения, на которых построен этот тест, невозможно отнести к числу требовательных к вычислительной производительности, поэтому прирост объясняется отнюдь не добавлением в Core i9-10900K дополнительных ядер Skylake, а скорее косвенными факторами. В их числе — рост тактовых частот и увеличение размера доступной кеш-памяти третьего уровня.

В то же время 3DMark Time Spy Extreme, хотя и носит характер игрового теста, более зависим от вычислительной мощности процессоров. И он показывает, что добавление к Core i9-9900K двух дополнительных ядер позволило Intel догнать актуальное 12-ядерное предложение конкурента, Ryzen 9 3900X. Однако вместе с этим 3DMark не может выявить различие в производительности Core i9-10900K с включёнными и отключёнными лимитами потребления, что несколько выхолащивает полученный результат. Дело в том, что нагрузки, создаваемые 3DMark, носят краткосрочный характер, и 10-ядерный процессор исполняет их на максимальной частоте, проецируя на диаграммы некую идеальную картину.

⇡#Производительность в приложениях

Процессоры с архитектурой AMD Zen 2 с самого начала  очень выигрышносмотрелись в ресурсоёмких приложениях для создания и обработки цифрового контента. Поэтому априори можно было быть уверенным в том, что десяти ядер, имеющихся у Core i9-10900K, ему  не хватит, чтобы совладать с 12-ядерным Ryzen 9 3900X. И результаты тестирования показывают, что так оно и получилось. Даже если десятиядерник Intel работает с отменёнными лимитами энергопотребления, он всё равно проигрывает Ryzen 9 3900X в большинстве приложений. Причём отставание может быть очень внушительным и составлять и 10, и 15, и даже 20 %.

В итоге получается, что хотя Core i9-10900K по быстродействию в приложениях превосходит Core i9-9900K где-то на четверть, относительно предложений AMD он занимает не слишком завидное место в промежутке между Ryzen 9 3900X и Ryzen 7 3800X.

Качественно иной результат наблюдается лишь единожды — в программе Topaz Video Enhance AI, которая занимается улучшением детализации видео с применением методов машинного обучения. В ней Core i9-10900K оказывается даже быстрее, чем 16-ядерный Ryzen 9 3950X. Но почему так, догадаться несложно: эта программа построена на базе фреймворка OpenVINO, разработанного компанией Intel. Впрочем, тем и хороши процессоры с архитектурой Skylake: количество программного обеспечения, специально оптимизированного под них, значительно выше.

Тесты в приложениях позволяют сделать и ещё один важный вывод: отключение установленных лимитов потребления (если это позволяет система охлаждения) — весьма действенный способ увеличения производительности. Разница в быстродействии Core i9-10900K в двух вариантах конфигурации может достигать 10-15 %.

Рендеринг:

Обработка фото:

Работа с видео:

Перекодирование видео:

Компиляция:

Архивация:

Шахматы:

⇡#Производительность в играх

⇡#Тесты в разрешении 1080p

Новый Core i9-10900K уверенно отбирает звание лучшего игрового процессора у прошлого флагмана Intel, восьмиядерного Core i9-9900K. Однако наивно было бы считать, что это произошло из-за добавления пары дополнительных ядер. Для современных игр и восьми ядер больше чем достаточно. Помогает же Core i9-10900K перехватить место лидера очередное увеличение тактовых частот и расширение объёма L3-кеша. Подобным приёмом пыталась воспользоваться и AMD, реализовав в последнем поколении Ryzen кеш-память третьего уровня объёмом 32 или 64 Мбайт (так называемый GameCache), но Intel пока выигрывает на этом поле. Хотя ёмкость L3-кеша в Core i9-10900K составляет всего 20 Мбайт, он заметно быстрее, что обусловлено применением в любых последователях Skylake для объединения компонентов CPU в единое целое высокоэффективной кольцевой шины с минимальными задержками.

В результате, если говорить о частоте кадров в разрешении Full HD, Core i9-10900K стал быстрее предшественника в среднем на 3-4 %. Соответственно, увеличился отрыв нового предложения Intel и от флагманских процессоров AMD для массового сегмента. Превосходство Core i9-10900K над Ryzen 9 3900X (и Ryzen 9 3950X тоже) достигло 15 % по средней частоте кадров и 17 % — по минимальной. И это — довольно весомый аргумент в пользу новинки Intel, поскольку в ближайшем будущем нас ожидает выход очередного поколения графических карт, процессорозависимость которых очевидно станет выше.

⇡#Тесты в разрешении 2160p

Тестирование в разрешении 4K мы проводим главным образом для того, чтобы поклонники процессоров AMD понимали: хотя представители серии Ryzen хуже подходят для игровых нагрузок, с современным поколением графических карт это не очень-то и заметно. С ростом разрешения разрыв между процессорами ожидаемо сокращается, так как основная нагрузка начинает ложиться на видеокарту. А это значит, что игровая производительность в 4K вряд ли может стать тем фактором, который способен повлиять на выводы о превосходстве тех или иных процессоров.

И действительно, в таком разрешении средний разрыв в производительности Core i9-10900K и Ryzen 9 3900X составляет лишь 3-5 %. Правда, в некоторых случаях, например, в Hitman 2, World War Z или даже в Assassin's Creed: Odyssey 12-ядерный процессор AMD умудряется проиграть новому игровому лидеру более 10 % с точки зрения минимального FPS, что уже довольно существенно.

⇡#Энергопотребление

Ситуация с экономичностью Core i9-10900K двоякая. Ясно, что если потребление этого процессора искусственно ограниченно пределом в 125 Вт, то и система на его основе будет относительно энергоэффективной. Однако нужно понимать, что соответствующий предел PL1, даже если он активирован, включается лишь по прошествии некоторого времени с момента возникновения высокой вычислительной нагрузки. Первые же 30-40 секунд Core i9-10900K использует предел PL2, который разрешает ему развивать вдвое большие аппетиты. Поэтому величины потребления системы, указанные на диаграмме для Core i9-10900K (125W) — процессора, ограниченного заложенными в его спецификацию рамками TDP — вступают в силу лишь по прошествии первого этапа, в течение которого потребление принципиально выше. Иными словами, даже зажатый по TDP процессор Core i9-10900K всё равно временами стремится к значениям, полученным для «безлимитного» варианта эксплуатации CPU.

-->