С тех пор, как в ассортименте компании AMD появились процессоры Ryzen, её доля на процессорном рынке растёт, не останавливаясь. Если, например, говорить о CPU для настольных систем, то в этом сегменте AMD уже располагает 20-процентной долей, в то время как на момент выхода Ryzen первого поколения её доля составляла лишь 11 %. Столь заметный рост продаж – явный показатель того, что процессоры компании нравятся потребителям, и они всё чаще предпочитают при покупке настольных компьютеров предложения AMD, а не Intel Core.
Почему так происходит, понять несложно. AMD раз за разом предлагает такие процессоры и платформы, которые пусть не всегда и не везде быстрее и лучше, но зато интереснее по соотношению цены и производительности. Именно такая стратегия – делать недорогие, но достойные процессоры, которые к тому же чаще отличаются и более развитой многопоточностью – привела AMD на то место, где она находится сегодня.
Но теперь компания намеревается сменить стратегию своей игры. Получив достаточный импульс пользовательских симпатий и разработав новую прогрессивную микроархитектуру Zen 3, AMD собралась двигаться другим путем – путём, которым обычно ходят не догоняющие, а лидеры рынка, которые способны предлагать продукты, превосходящие конкурирующие предложения по потребительским свойствам.
В результате, сегодня мы становимся свидетелями переломного момента, в который AMD заявляет о серьёзно возросших амбициях и превращении процессоров Ryzen из доступных в дорогие. Компания явно считает, что для такой кардинальной смены парадигмы она выбрала очень подходящее время. Дело в том, что прямо сейчас на рынок выходит новое поколение процессоров Ryzen, которое обещает солидный пакет улучшений: 19-процентное увеличение удельной производительности в пересчёте на такт и как результат – полную и безоговорочную победу над конкурентом не только по однопоточному и многопоточному быстродействию в ресурсоёмких приложениях, но и в играх, а заодно и по энергоэффективности. Более того, для пущей убедительности эти процессоры имеют возросшие сразу на две тысячи модельные номера: таким образом AMD как будто хочет показать, что совершённый с переходом на микроархитектуру Zen 3 шаг по сути двойной и непохож на всё то, что мы видели до этого.
Такой набор убийственных аргументов кажется AMD достаточным для того, чтобы попросить покупателей платить за новые процессоры на $50-100 больше, чем они привыкли. И мы даже склонны согласиться с такой постановкой вопроса, но при условии, что все утверждения относительно двойного шага и роста производительности на двузначное количество процентов соответствуют действительности. Именно проверкой этих тезисов мы и займёмся в данном материале, посвященном микроархитектуре Zen 3 и паре старших представителей нового модельного ряда Ryzen 5000, которые поступят в продажу с сегодняшнего дня и будут доступны за $800 и $550.
⇡#Главное в Zen 3 – удвоенные CCX
С разработкой и внедрением микроархитектур семейства Zen компания AMD взяла очень высокий темп внедрения обновлений. Первые Zen вышли совсем недавно – в 2017 году, а сегодня мы уже имеем дело с процессорами на микроархитектуре Zen 3, которые отстоят от родоначальников этого класса CPU на три полноценных поколения. И что самое интересное, как Zen, так и Zen 3, нам приходится сопоставлять с микроархитектурой Skylake, поскольку за всё это время компания Intel так и не сподобилась как-то заметно видоизменить свои процессоры. Всё это дало AMD хороший шанс не просто угнаться за конкурентом, но и превзойти его, ведь того, кто топчется на месте обогнать проще простого – было бы желание.
Zen 3 – это как раз и есть та самая точка, в которой разговоры о том, будто продукция AMD лучше там-то, но слабее вот там-то, придётся прекратить. Действуя методом последовательных приближений, разработчики Zen планомерно исправляли все узкие места своей первоначальной микроархитектуры и наконец-то пришли к тому, что на четвёртой итерации Zen 3 стали если не идеальны, то по крайней мере лучше Skylake в подавляющем большинстве реальных задач.
Собственно, для достижения этой цели оставалось недалеко ещё полтора года назад, когда на рынок пришла микроархитектура Zen 2. Тогда носители Zen 2 фактически уже превосходили Skylake во всех типах вычислительных нагрузок, уступая им лишь в одном случае – в играх. Эта проблема не была серьёзной с архитектурной точки зрения, но в глазах значительной доли пользователей капитально портила имидж Ryzen. И поэтому совершенно неудивительно, что все силы в разработке Zen 3 были направлены на то, чтобы устранить именно этот недостаток.
Впрочем, нужно понимать, что разработчики процессорных архитектур не оперируют понятиями уровня «недостаточная производительность в Shadow of the Tomb Raider», для них эта общая проблема должна быть формализована на более понятном им низкоуровневом языке – с объяснением того, что именно не давало Zen 2 достойно проявлять себя в играх, в то время как по удельной производительности они явно превосходили существующие процессоры Intel. И здесь AMD наверняка помогла помощь сообщества, которое неустанно указывало на наиболее критичные недостатки микроархитектуры.
Суть проблемы с играми заключается в том, что все приложения такого типа, даже хорошо оптимизированные под многоядерность, работают совсем не так, как традиционные многопоточные вычислительные алгоритмы, где исходная задача разбивается на несколько равноправных и параллельно решаемых подзадач. Игровая нагрузка характерна тем, что в ней всё равно остаётся один ярко выраженный центральный поток, который в конечном итоге управляет всем происходящим, в то время как все остальные создаваемые потоки носят вспомогательный характер и фактически работают на него. Это приводит к тому, что для игр оказывается важной как способность процессора быстро перебрасывать данные между разными ядрами, так и возможность эффективной обработки одного и того же массива данных разными ядрами одновременно. Причём речь в данном случае идёт о довольно значительных объёмах информации, что накладывает дополнительные требования на эффективность работы с памятью.
Всё перечисленное – это как раз то, с чем у Zen 2 дело обстояло не лучшим образом. Но корень проблем по большей части один – использование для построения процессора замкнутых в себе CCX-комплексов (Core Complex), которые содержат по четыре ядра и 16 Мбайт L3-кеша и объединяются в единое целое сравнительно медленной шиной Infinity Fabric. Из-за такого строения любой Zen 2 с числом ядер более четырёх неспособен эффективно работать с общим массивом данных: каждое ядро имеет доступ лишь к той части L3-кеша, которая находится в его собственном CCX-комплексе, а обращение к данным, хранящимся в кеш-памяти за его пределами, приводит к возникновению заметных паразитных задержек. Как раз поэтому и страдает производительность в современных играх: хотя процессоры Zen и Zen 2 наглядно пропагандируют многоядерность спецификациями, реализация этой многоядерности не предполагает гладкого взаимодействия между ядрами: какие-то ядра получаются «близкими» по отношению друг к другу, а какие-то – «далёкими», что для игровой нагрузки противопоказано.
Главное улучшение, сделанное в Zen 3, устраняет это неравноправие. Не полностью, но в той степени, чтобы ситуация в целом стала выглядеть заметно иначе. CCX-комплексы в Zen 3 стали конструироваться не из четырёх, а из восьми процессорных ядер с удвоением относящегося к ним размера разделяемой кеш-памяти до 32 Мбайт. И это – очень важная перемена, поскольку теперь самые ходовые Ryzen с шестью и восемью ядрами станут наконец-то единым целым – чипами с полностью равнозначными по отношению друг к другу ядрами и действительно общей разделяемой кеш-памятью третьего уровня, обращения к разным частям которой будут вызывать предсказуемые, равные и невысокие задержки.
То, что каждое из восьми ядер процессора, собранного из одного CCD-чиплета, сможет без проблем работать со всеми 32 Мбайт кеш-памяти, неминуемо выльется в ускорение межъядерного взаимодействия, снижение задержек при обращениях к закешированным данным и как следствие – в снижение общей латентности при многопоточной работе с большими массивами данных. Иными словами, с точки зрения топологии процессора CCX-комплекс в Zen 3 становится эквивалентом CCD-чиплета: один чиплет всегда содержит один комплекс, что делает ненужными все разговоры о том, в каком отношении между собой находятся ядра внутри чиплета.
Следовательно, шести- и восьмиядерные Zen 3 наконец-то получают возможность стать хорошим выбором для игр, поскольку они уходят от необходимости использования шины Infinity Fabric при межъядерном взаимодействии и при обращениях к L3-кешу. Вся работа внутри нового восьмиядерного CCX-комплекса происходит без привлечения универсальной, но сравнительно медленной Infinity Fabric, а вместо этого всегда будет использоваться быстрая специализированная внутренняя кольцевая шина, подобная той, которая уже много лет существует в процессорах Intel.
Вся же бывшая традиционной для процессоров AMD канитель с пересылками данных через Infinity Fabric и сегментированием кеш-памяти с выходом Zen 3 остаётся исключительно прерогативой процессоров с 12, 16 и большим числом ядер (когда они появятся на рынке). А в контексте потребительских Ryzen 5000 это значит, что покупатели четырех-, шести- и восьмиядерников нового поколения теперь будут получать структурно монолитный процессор, а не своебразный аналог двухпроцессорной системы в миниатюре.
Что же касается шины Infinity Fabric, то в третьем поколении микроархитектуры Zen она сохранила своё изначальное предназначение в качестве среды для связи ядер лишь только в старших 12- и 16-ядерных процессорах, где, как и ранее, используется по два CCD-чиплета. Но там без этой шины обойтись действительно не получится, по крайней мере пока AMD будет продолжать следовать выбранным ею принципам многочиплетного дизайна. В теории это может привести к тому, что многоядерные процессоры окажутся медленнее более простых моделей в каких-то специфических многопоточных приложениях, но в реальности такие ситуации возникают крайне редко.
Сделав ставку на сборку процессоров из нескольких полупроводниковых кристаллов – чиплетов, компания AMD оправдывала свой выбор в том числе и тем, что такие CPU проще обновлять, ведь их составные части можно совершенствовать по частям. Серия Ryzen 5000, построенная на архитектуре Zen 3, сделана в полном соответствии с этой концепцией. Из двух видов чиплетов, которые применяются для конструирования процессоров, – собственно процессорных CCD и интерфейсных I/O-чиплетов – в Ryzen 5000 новы только те кристаллы, которые содержат непосредственно вычислительные ядра.
Чиплет I/O в Ryzen 5000 остался точно тем же, что был в Ryzen 3000, и это означает идентичность новых и старых процессоров с точки зрения внешних интерфейсов. Не обновлять эту часть CPU – вполне закономерное решение в текущих условиях. Производимые на мощностях GlobalFoundries по 12-нм техпроцессу I/O чиплеты вполне соответствуют возлагаемым на них требованиям и по сей день. Со стороны процессора они отвечают за функционирование шины Infinity Fabric, а с наружной стороны – обеспечивают поддержку 24 линий PCI Express 4.0 для видеокарты, NVMe-накопителя и связи с набором системной логики, а также предлагают поддержку четырёх портов USB 3.2.
Кроме того, в I/O-чиплете находится и контроллер DDR4 SDRAM, который ещё в Ryzen 3000 получил вполне приемлемые для современных систем свойства, включая (наконец-то) предсказуемую и стабильную работу и официальную поддержку двухканальной DDR4-3200 с неофициальной возможностью разгона памяти до состояния DDR4-3733 в синхронном режиме. Справедливости ради стоит заметить, что некоторые пользователи выражали своё неудовольствие тем, как в Ryzen 3000 обстояло дело с поддержкой оверклокерской DDR4 SDRAM из-за того, что применение более скоростных, нежели DDR4-3733, модулей приводило к падению производительности из-за необходимости включения асинхронного режима работы Infinity Fabric. Но модернизировать I/O-чиплет ради улучшения совместимости со скоростными модулями памяти было бы бессмысленно. Корень проблемы находится не в отсутствии каких-то внутренних оптимизаций контроллера, а в достижении предела частоты шины Infinity Fabric, проложенной от CCD-чиплета до I/O-чиплета по текстолиту процессорной платы. Иными словами, предельная скорость памяти в синхронном режиме определяется самой чиплетной конструкцией процессора.
И тем не менее, даже при условии использования того же контроллера памяти и того же I/O чиплета AMD обещает, что в Ryzen 5000 память в целом сможет разгоняться немного лучше, чем в процессорах прошлого поколения. За счёт существенной разгрузки шины Infinity Fabric от межъядерных пересылок данных пределом стабильного разгона памяти в Zen 3 в синхронном режиме может оказаться режим DDR4-3800 или DDR4-3933, а если повезёт с экземпляром процессора и материнской платой, то реальностью может стать и режим DDR4-4000. По крайней мере, такие оценки даёт сама AMD.
Неизменность I/O-чиплета «притащила» за собой в Ryzen 5000 и ещё одну особенность конструкции прошлых процессоров: а именно, урезанную вдвое по ширине шину данных в направлении от CCD к I/O-чиплетам. Поэтому процессоры, построенные с участием одного CCD-чиплета, в тестах пропускной способности памяти будут продолжать показывать вдвое более низкую скорость записи по сравнению со скоростью чтения – точно так же, как это было у процессоров Ryzen 3000. Но на реальной производительности это вряд ли способно как-то отрицательно сказаться. Обеспечиваемое существующей схемой чтение из памяти со скоростью 32 байта за такт при скорости записи 16 байт за такт вполне соответствует потребностям существующих алгоритмов, которые в общем случае запрашивают данные из памяти чаще, чем туда их отправляют.
С учётом сказанного, мы совсем не удивимся, если вдруг выяснится, что AMD для Ryzen 5000 не стала даже переделывать процессорную плату – по большому счёту для этого нет никаких объективных предпосылок. А вот CCD-чиплеты в составе Ryzen 5000 действительно новые – это видно как минимум по их габаритам. Они стали побольше, что невольно наводит на мысли о том, что помимо оптимизации внутренней структуры в Zen 3 произошло нечто ещё. Подтверждают это и объективные показатели: если восьмиядерные CCD-чиплеты с микроархитектурой Zen 2 состояли из 3,8 млрд. транзисторов и занимали площадь 74 мм2, то при переходе на микроархитектуру Zen 3 их размер вырос до 80,7 мм2, а транзисторный бюджет увеличился до 4,15 млрд. Налицо примерно 10-процентное усложнение кристалла.
При этом прямое сравнение Zen 2 и Zen 3 по занимаемой чиплетом площади вполне корректно. Ходившие ранее слухи, будто при переходе на новую микроархитектуру AMD начнёт применять и улучшенный технологический процесс, не подтвердились. CCD-чиплеты Zen 3 продолжают печататься на предприятиях TSMC с применением ровно того же базового 7-нм техпроцесса, что использовался до того, без каких-то принципиальных усовершенствований и без литографии в сверхжёстком ультрафиолете. Единственное, что имеет место, так это достижение данным техпроцессом некоторой зрелости. Именно это и позволило открыть в Ryzen 5000 дополнительный частотный потенциал, плюс помогла более тонкая настройка адаптивной технологии Precision Boost 2.
Что же касается действительно новых техпроцессов, то их внедрения в процессорах AMD придётся подождать до 2022 года, когда компания представит последователей сегодняшних Zen 3, построенных на микроархитектуре Zen 4. Вот там будет применяться и технология с нормами 5 нм, и EUV-литография.
Ещё во время первой ознакомительной презентации новых Ryzen 5000 представители AMD заявили о том, что показатель IPC, то есть удельная производительность одного ядра в пересчёте на такт, выросла на 19 % по сравнению с предшественниками. Очевидно, что столь серьёзное ускорение обеспечить одним лишь реформированием CCX было бы невозможно, ведь от скорости работы с кешем и от латентности при межъядерном обмене данными зависят лишь избранные алгоритмы. А значит, в Zen 3 есть что-то ещё, и те самые добавочные 10 % транзисторов в процессорном ядре появились совсем не просто так.
И действительно, когда AMD заводила речь про выдающийся 19-процентный рост IPC, она демонстрировала недвусмысленный слайд, говорящий о том, что вклад изменения структуры кеша составляет лишь порядка 3 %, а за остальные 16 % несут ответственность разнообразные микроархитектурные улучшения, затрагивающими все этапы исполнительного конвейера, включая его входную часть, исполнительный домен и подсистему работы с данными.
Однако сразу же следует пояснить, что ни о каких кардинальных переменах речь всё-таки не идёт. Zen 3 остаётся типичным Zen, и в нём угадываются все черты изначальной микроархитектуры. Фактически инженеры AMD продолжают работать над устранением узких мест первоначального дизайна, а то, что у них это получается настолько эффективно, может объясняться эффектом низкой базы и служить показателем изначальной несбалансированности первых поколений Zen.
Если вернуться к приведённой AMD «разблюдовке» 19-процентного прироста IPC, то окажется, что усовершенствования во фронтальной части конвейера, включая блок предсказания ветвлений и кеш микроопераций, обуславливают почти его половину. При этом нельзя сказать, что в Zen 3 имеют место какие-то кардинальные перемены: диспетчер ядра отправляет на исполнение всё те же шесть микроопераций за такт, которые поставляются либо декодером с привычной производительностью четыре x86-инструкции за такт, либо кешем микроопераций, способным отдавать в очередь на исполнение по восемь ранее декодированных микроопераций. Не изменился и сам кеш микроопераций: как и в Zen 2, его объём рассчитан на четыре тысячи записей.
Перемены же стоит искать в первую очередь в том, как работает предсказание ветвлений. Буфер целей ветвления первого уровня расширился вдвое, до 1024 записей, а многоступенчатый статистический алгоритм предсказания TAGE (Tagged geometric) стал играть первоочередную роль. Вместе с увеличением размера массива целей непрямых переходов это позволило уменьшить задержки, возникающие при неправильном предсказании и фактически избавиться от «пузырей» при загрузке исполнительного конвейера.
Вместе с этим AMD удалось ускорить работу кеша микроопераций. Он получил способность выдавать результаты декодирования последовательных команд с лучшим темпом, а переключение диспетчера между ним и декодером происходит теперь с лучшей эффективностью. В дополнение AMD говорит и об улучшении алгоритмов кеша первого уровня для инструкций. Его 32-Кбайт размер не изменился, но предварительная выборка должна была стать более эффективной.
О том, что перечисленные меры при своей кажущейся незначительности дали весомый результат, говорят не только численные оценки эффективности, но и тот факт, что разработчикам архитектуры пришлось заняться существенным расширением исполнительного домена, как в целочисленной, так и в вещественночисленной его части. Целочисленный блок Zen 3 стал способен параллельно исполнять до десяти микроопераций вместо семи в Zen 2, а блок операций с плавающей запятой получил возможность обрабатывать параллельно по шесть инструкций вместо четырёх.
При этом особенно любопытно, что в целочисленном блоке Zen 3 появились не новые арифметико-логические ALU или генераторы адресов AGU (их количество осталось неизменным по сравнению с Zen 2), а выделенные исполнительные устройства для обработки ветвлений (одно добавленное устройство) и для записи данных (два добавленных устройства). Похоже, идея о необходимости выполнять такие операции отдельно от основного потока команд была подсмотрена разработчиками AMD в микроархитектуре Skylake, где данный подход вполне успешно применяется много лет.
Но это – далеко не единственное улучшение в механизме исполнения целочисленных инструкций. Полезным нововведением стало объединение планировщиков по парам устройств – ALU и AGU – вместе с увеличением их суммарной вместимости это послужило цели лучшей балансировки нагрузки. А кроме того, в Zen 3 с 180 до 192 записей вырос размер регистрового файла, и с 224 до 256 записей – буфера переупорядочивания инструкций.
Подобные изменения нашли место и в процессорном блоке, отвечающем за вещественные операции. Тут добавилось два новых исполнительных устройства, выделенных для сохранения данных и для целочисленной конвертации чисел с плавающей запятой. Дополнительно увеличилась и вместимость соответствующих планировщиков. А в качестве приятного бонуса AMD говорит и об ускорении темпа исполнения некоторых команд, в частности, совмещённых умножений-сложений.
Расширение параллелизма при исполнении инструкций влечёт за собой увеличение потребностей в обращении к данным. Это – ещё один важный аспект, на который обратили внимание разработчики Zen 3, и поэтому пропускная способность загрузки и сохранения данных в и из кеша данных первого уровня была увеличена. Zen 2 могли выполнять две операции загрузки и одну выгрузку, в Zen 3 же может выполняться до трёх загрузок и до двух сохранений за такт, правда, при условии, что общее число одновременно проводимых операций не превышает трёх. Иными словами, кеш L1D остался трёхпортовым (а заодно и 32-килобайтным с 8-кратной ассоциативностью), однако его интерфейс стал более гибким и за счёт этого более быстродействующим. Правда, нужно иметь в виду, что при обслуживании 256-битных пересылок его пропускная способность снижается до двух чтений и одной записи за такт.
Чтобы увеличить эффективность расширенного интерфейса данных, инженеры AMD провели и некоторые вспомогательные оптимизации. Среди них – увеличение с 48 до 64 записей глубины очереди выгрузки, а также ускоренная выборка при обращениях к разным страницам памяти.
В конечном итоге изменения в микроархитектуре ядра сводятся к трём принципиальным вещам: к улучшению предсказания переходов, 45-процентному расширению параллелизма в исполнительном домене и к росту пропускной способности при работе с данными в тыльной части конвейера. В сумме всё это – довольно весомые преобразования, которые сама AMD характеризует как наиболее значительные перемены за весь период эволюционного развития процессоров Zen с 2017 года.
Это как раз и подтверждается тем, что достигнутый в Zen 3 19-процентный прирост IPC по сравнению с прошлым поколением превышает тот прирост IPC, который произошёл при смене микроархитектур с Zen+ до Zen 2 – тогда он оценивался в 15 %. И более того, если смотреть на полную последовательность разных Zen, то IPC новой микроархитектуры Zen 3 превышает показатель изначального Zen на 41 %, и почти половина этого прогресса приходится на сегодняшний рывок.
AMD рассказывает много любопытных подробностей о том, как видоизменилась микроархитектура в новом поколении процессоров. Но пользователей, безусловно, больше всего будет заботить вопрос о том, удалось ли AMD наконец-то победить высокие задержки, возникающие при работе с памятью, при обращении в кеш-память соседних CCX и при межъядерных пересылках данных. Ведь именно они создавали основные проблемы с производительностью в играх, а потому и считались самыми неприятными.
Поэтому наше практическое знакомство с первыми носителями микроархитектуры Zen 3, процессорами Ryzen 5000, началось с запуска теста памяти AIDA64 Cachemem. Для наглядности мы сравнили между собой показатели двух 16-ядерных процессоров: Ryzen 9 3950X, относящегося к поколению Zen 2, и Ryzen 9 5950X нового поколения Zen 3. Чтобы это сравнение было максимально показательным, оба процессора были приведены к одинаковой тактовой частоте 4,0 ГГц. В тестовой платформе использовалась память DDR4-3600 с задержками 16-19-19-39.
Ryzen 9 5950X |
Ryzen 9 3950X |
И в показаниях Cachemem есть доля истины: латентность L3-кеша у Zen 3 действительно стала выше, что является закономерным результатом двукратного увеличения ёмкости его сегментов, относящихся к CCX-комплексам. Об этом говорит и сама AMD: в то время как теоретическая латентность L3 кеша Zen 2 составляла 39 тактов, у Zen 3 она достигла 46 тактов.Как это ни странно, по приведённым скриншотам однозначной победы процессора Ryzen нового поколения совершенно не прослеживается. Кеш первого и второго уровней у представителей семейств Ryzen 3000 и Ryzen 5000 работает с примерно одинаковой скоростью, но вот производительность L3-кеша у носителя микроархитектуры Zen 3, кажется, серьёзно пострадала.
Но что касается двукратного снижения пропускной способности L3-кеша, то это – не совсем правда, а побочный эффект изменения топологии процессора и ввода в обиход восьмиядерных CCX-комплексов вместо четырёхъядерных. В 16-ядерном Ryzen 9 3950X, который состоял из четырёх четырёхъядерных CCX, кеш-память третьего уровня фактически выглядела как четыре независимых кеша по 16 Мбайт. В 16-ядерном Ryzen 9 5950X, где CCX объединяют по восемь ядер, L3-кеш состоит уже из двух 32-Мбайт частей. Тест Cachemem – многопоточный, он измеряет совокупную пропускную способность при обмене данными с кешем всеми ядрами одновременно, поэтому и получается, что четыре сегмента кеша в старом процессоре выдают вдвое большую суммарную пропускную способность по сравнению с двумя сегментами кеша в новых CPU.
Такое преимущество в пропускной способности L3-кеша можно увидеть исключительно при многопоточном измерении производительности кеш-памяти. Если говорить про работу с L3-кешем в контексте отдельных ядер, то каждое из них как в Zen 2, так и в Zen 3 связывается с кешем линком с пропускной способностью 32 байт за такт. Поэтому при взаимодействии с кеш-памятью в одноядерном режиме никаких отличий в полосе пропускания у процессоров разных поколений наблюдаться не будет. Почувствовать снижение скорости L3-кеша могут только многопоточные приложения, но положительный эффект от объединения в CCX вдвое большего числа ядер и рост объёма кеш-памяти внутри CCX должны скомпенсировать все возможные негативные эффекты.
Положительные результаты перехода к восьмиядерным CCX видны, в частности, при измерении латентности основной памяти. Значение эффективной задержки, которые выдаёт Cachemem, у процессора с микроархитектурой Zen 3 заметно ниже. И это неудивительно: изменившаяся в Ryzen 9 5950X процессорная топология накладывает меньшие штрафы при проверке когерентности сегментов кеш-памяти и при передаче данных по шине Infinity Fabric, которая теперь разгружена от трафика по передаче данных и команд внутри CCD-чиплета.
Однако нужно понимать, что речь здесь идёт о снижении эффективной задержки в составе всей подсистемы памяти. На самом же деле контроллер памяти в Ryzen 9 5950X перекочевал из процессоров прошлого поколения без каких-либо изменений, поэтому латентность при прямых обращениях в память у Ryzen 9 5950X и Ryzen 9 3950X совершенно одинакова. Это видно по приведённым ниже графикам измерения латентности памяти этих процессоров (приведённых к частоте 4,0 ГГц) в зависимости от размеров блоков.
Различий в прямой латентности кеша и памяти у процессоров Zen 2 и Zen 3 в действительности не так много. Значимым фактически является вдвое больший объём доступной каждому ядру Zen 3 кеш-памяти третьего уровня, но при этом её немного более высокие задержки.
Гораздо важнее, что удвоение количества ядер, объединённых внутри одного CCX-комплекса и имеющих равноправный доступ к одному и тому же сегменту кеш-памяти означает, что быстро обмениваться информацией друг с другом теперь сможет вдвое большее количество ядер. Наглядно увидеть это на практике можно по результатам теста задержек, возникающих при пересылке данных между ядрами. Ниже приведены результаты измерений этих задержек для состоящего из четырёх четырёхъядерных CCX прошлогоднего процессора Ryzen 9 3950X и для новинки Ryzen 9 5950X, в которой ядра объединены по восемь штук в двух CCX.
Приведённая картина вполне ожидаема. Число ядер, которые имеют возможность быстро связываться друг с другом в Ryzen 9 5950X заметно выросло. И это значит, что задачи, которые работают с несколькими потоками с общими данными, смогут ощутимо нарастить свою производительность. К числу таких задач в первую очередь относятся игры, и AMD неспроста называет игровые приложения главными выгодоприобретателями от объединения в CCX вдвое большего числа ядер.
Попутно необходимо заметить, что у Ryzen 9 5950X наблюдается небольшое увеличение задержки межъядерного обмена как внутри CCX, так и между CCX. Этот эффект обусловлен описанным выше ростом латентности кеш-памяти третьего уровня. Но даже несмотря на это, по скорости обмена данными внутри CCX процессоры AMD выигрывают у многоядерников Intel, относящихся как к HEDT-серии Skylake-X, так и к семейству Comet Lake. И это даёт новым процессорам серии Ryzen 5000, особенно тем, которые основываются на одном CCD-чиплете и вообще не пользуются шиной Infinity Fabric для межъядерной коммуникации, хороший шанс сдвинуть решения вроде Core i9-10900K с пьедестала игровой производительности.
AMD пропустила в своей нумерации массовых процессоров для настольных систем все модельные номера из четвёртой тысячи и сразу перешла к индексам, начинающимся с пятёрки. Почему маркетинговый отдел компании принял такое решение, мы не знаем, но выглядит оно не слишком странным. В итоге четырёхтысячная серия оказалась целиком наполненной мобильными и настольными процессорами Renoir со встроенной графикой, а принципиально новые Vermeer для более производительных систем, построенные на более прогрессивной микроархитектуре Zen 3, открыли новую страницу.
С учётом сказанного идеологическими предшественниками новых Ryzen 5000 выступают представители серии Ryzen 3000 с кодовым именем Matisse. Именно от них новинки наследуют топологию, дизайн и принципы формирования модельного ряда. Так, ассортимент процессоров Ryzen 5000, построенных на новой микроархитектуре Zen 3, будет включать в себя модели с числом ядер до 16 штук. Это обуславливается как раз введённым в Ryzen 3000 многокристальным дизайном, в котором основными строительными блоками для CPU выступают восьмиядерные чиплеты CCD и I/O-чиплеты с контроллером памяти и внешними интерфейсами. На начальном этапе в семейство процессоров Ryzen 5000 войдут четыре представителя: шестиядерник Ryzen 5 5600X и восьмиядерник Ryzen 7 5800X, собранные с использованием I/O-чиплета и одного кристалла CCD; а также 12-ядерник Ryzen 9 5900X и флагманский 16-ядерник Ryzen 9 5950X, сделанные из I/O-чиплета и двух кристаллов CCD.
Как и раньше, для получения шестиядерного и 12-ядерного процессоров AMD будет прибегать к отключению в CCD пары ядер, но это не сказывается на объёме кеш-памяти третьего уровня: процессоры на базе одного CCD в любом случае обладают 32-Мбайт L3-кешем, а с двумя CCD – 64-Мбайт L3-кешем. По этому признаку их очень легко различать.
| Ядра/ Потоки | Базовая частота, МГц | Турбо-частота, МГц | L3-кеш, Мбайт | TDP, Вт | Чиплеты | Цена | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ryzen 9 5950X | 16/32 | 3,4 | 4,9 | 64 | 105 | 2×CCD + I/O | $799 |
| Ryzen 9 5900X | 12/24 | 3,7 | 4,8 | 64 | 105 | 2×CCD + I/O | $549 |
| Ryzen 7 5800X | 8/16 | 3,8 | 4,7 | 32 | 105 | CCD + I/O | $449 |
| Ryzen 5 5600X | 6/12 | 3,7 | 4,6 | 32 | 65 | CCD + I/O | $299 |
По сравнению с предыдущим поколением представители свежей серии Ryzen 5000 получили на 100-200 МГц более низкие базовые частоты, но зато почти во всех моделях нарастили максимальные частоты, достигаемые в турборежиме. Например, для флагмана Ryzen 9 5950X верхняя граница частоты установлена в 4,9 ГГц – и это на 200 МГц выше максимальной частоты процессоров из прошлого поколения.
Впрочем, прогресс в тактовых частотах в любом случае трудно назвать впечатляющим. Новые процессоры выпускаются на производственных мощностях TSMC по тому же самому технологическому процессу с нормами 7-нм, что и их предшественники, поэтому всё улучшение обусловлено исключительно достижением техпроцессом некоторой степени зрелости. Этим фактором AMD уже пользовалась при выпуске обновлённых Ryzen 3000XT, а теперь накопленный опыт применён ещё раз с немного большим усердием.
Все четыре процессора Ryzen 5000 официально совместимы с двухканальной DDR4-3200 SDRAM, то есть в части поддержки памяти не отличаются от своих предшественников. Это тоже неудивительно: I/O-чиплет с контроллером памяти и контроллером PCI Express 4.0 в новых процессорах остался старым. В этом есть и хорошая сторона: энтузиастам не придётся заново учиться оптимизировать настройки памяти: все старые методики подбора частот и таймингов можно сразу же перенести на новые CPU.
Тепловой пакет трех старших моделей с 8, 12 и 16 ядрами установлен в 105 Вт, а их предельное потребление ограничено традиционной величиной 142 Вт. Следовательно, с точки зрения практического энергопотребления и тепловыделения новинки вряд ли превзойдут предшественников. Однако в случае с Ryzen 9 5950X, Ryzen 9 5900X и Ryzen 7 5800X производитель отказался от комплектации их системами охлаждения, предлагая пользователям решать вопрос подбора кулеров самостоятельно. Связать это можно с тем, что используемый в современных Ryzen адаптивный алгоритм управления частотой Precision Boost 2 ставит производительность в зависимость в том числе и от рабочей температуры, поэтому использование недостаточно эффективных кулеров так или иначе приводит к снижению быстродействия. И AMD, похоже, хочет снять с себя ответственность за все эксцессы подобного рода, переложив её полностью на плечи пользователей.
Но шестиядерный Ryzen 5 5600X при этом всё-таки будет снабжаться комплектным кулером, в роли которого выступит Wraith Stealth. Но этот процессор получил и более строгий тепловой пакет – 65 Вт, поэтому с его температурным режимом никаких проблем вообще быть не должно.
AMD всегда старается подчеркнуть, что её процессоры существуют в рамках экосистемы с очень длительным временем жизни. Ryzen 5000 не стали исключением: они совместимы с имеющимися на рынке Socket AM4-материснкими платами, но с существенными оговорками. Для всех плат, построенных на наиболее современных наборах логики 500-й серии, поддержка Ryzen 5000 должна быть уже доступна: потребуется лишь обновить BIOS до версии, собранной на базе библиотек AGESA 1.1.0.0. Смогут обеспечить формальную совместимость с Ryzen 5000 и платы на базе 500-х чипсетов с версиями BIOS, построенными на более ранних библиотеках AGESA 1.0.8.0, однако в этом случае оптимальное функционирование системы не гарантируется.
Что же касается более старых плат на базе наборов логики 400-й серии, то для них совместимые прошивки появятся далеко не сразу. В качестве возможных сроков их выхода AMD называет начало следующего года, но тут возможны различные отклонения, связанные с политикой и возможностями каждого конкретного производителя материнских плат. А вот платы, построенные на чипсетах 300-й серии, с Ryzen 5000 работать скорее всего не смогут вообще, хотя какие-то отдельные модели, вероятно, всё-таки станут приятным исключением из этого правила.
Вы наверняка помните, что раньше AMD всегда представляла с новыми процессорами и новые наборы системной логики. Однако на этот раз никаких чипсетов 600-й серии не будет – об этом компания говорит явно. Наиболее актуальными наборами микросхем для Socket AM4-процессоров после выхода Ryzen 5000 останутся хорошо знакомые нам X570 и B550, которые и завершат эволюцию платформы с этим процессорным разъёмом. Следующее же поколение материнских плат выйдет лишь только тогда, когда AMD перейдёт на выпуск процессоров с архитектурой Zen 4 с поддержкой DDR5-памяти и под новый сокет.
Важный момент, который наверняка уже бросился вам в глаза, касается цен. Они, как нетрудно заметить, увеличились: каждая из новинок серии Ryzen 5000 дороже предшественника с таким же числом вычислительных ядер на $50 по официальной цене и на все $100 – по магазинной. AMD оправдывает такой шаг заметным улучшением новых CPU и тем, что, несмотря на наценку, они всё равно остаются лидерами по производительности в пересчёте на доллар. Однако есть и другая сторона: теперь самый дешёвый процессор в представленной четвёрке носителей микроархитектуры Zen 3 оказался оценён в $300, и это – довольно высокая планка, которая вряд ли позволит стать ему бестселлером, не говоря уже о более дорогих моделях. Получается, что пока AMD не рассчитывает быстро заменить старый модельный ряд новым: процессоры Ryzen 5000 пока будут позиционироваться в качестве вариантов для компьютеров уровня выше среднего. Модели же вроде Ryzen 5 3600 и Ryzen 7 3700X пока продолжат поставляться наряду с новинками.
Впрочем, в этом может быть своя логика, связанная с ограниченным тиражом первых партий новинок. Нет никаких сомнений в то, что рост IPC на 19 %, да ещё и с некоторым приростом тактовых частот, привлечёт к представителям серии Ryzen 5000 повышенное внимание. А это значит, что им вполне может грозить дефицит, особенно на старте продаж. Но как только AMD удовлетворит первую волну спроса на новинки, диапазон моделей начнёт расширяться, и среди основанных на микроархитектуре Zen 3 продуктов появятся более доступные варианты. По предварительным данным, ожидать этого момента придётся где-то до начала следующего года.
⇡#Ryzen 9 5950X и Ryzen 9 5900X подробнее
Для знакомства с представителями поколения Zen 3 компания AMD предоставила нам два образца старших процессоров – 12-ядерник и 16-ядерник. Оба эти процессора собраны по схеме «два CCD плюс I/O» и выделяются на фоне младших представителей серии не только большим числом ядер, но и вдвое более вместительным L3-кешем, а также повышенными тактовыми частотами.
Так, согласно спецификации, 16-ядерный и 32-поточный Ryzen 9 5950X имеет базовую частоту 3,4 ГГц и может разгоняться в турборежиме до 4,9 ГГц, а его L3-кеш имеет объём 64 Мбайт.
Второй процессор, Ryzen 9 5900X, обладает 12 ядрами и 24 потоками и сделан из 16-ядерного собрата отключением пары ядер в каждом из двух кристаллов CCD. При этом размер L3-кеша, равный 64 Мбайт, полностью сохранён. Оба процессора имеют одинаковый тепловой пакет 105 Вт и энергопотребление, ограниченное величиной 142 Вт. Поэтому неудивительно, что базовая паспортная частота Ryzen 9 5900X с меньшим арсеналом ядер заметно выше, чем у 16-ядерника, и установлена в 3,7 ГГц. Однако потолок этого процессора в турборежиме – не 4,9 ГГц, а лишь 4,8 ГГц.
Ранее процессоры Ryzen на базе ядер Zen 2 стабильно страдали неспособностью достигать заявленные максимальные частоты – об этом мы писали далеко не один раз. Но с Ryzen 9 5950X и Ryzen 9 5900X ситуация кардинально переменилась. Теперь они, напротив, частенько выходят за обозначенный в спецификации максимум частоты.
Для иллюстрации мы построили график изменения реальной рабочей частоты Ryzen 9 5950X и Ryzen 9 5900X в зависимости от числа загруженных работой потоков. Он приведён ниже. В качестве приложения для формирования нагрузки здесь использовался тест рендеринга Cinebench R20.
В целом можно говорить о том, что Ryzen 9 5950X и Ryzen 9 5900X придерживаются примерно одинаковой формулы изменения частоты с той разницей, что первый из них способен выполнять большее число потоков. При этом, несмотря на различия в максимальной турбочастоте, оба процессора демонстрируют среднюю частоту в однопоточной нагрузке на уровне 4925 МГц, что выше заявленных в спецификации значений: на 25 МГц – для Ryzen 9 5950X и на 125 МГц – для Ryzen 9 5900X. Более того, пики частоты для обоих процессоров в однопоточном режиме при практических испытаниях доходили порой до символической величины 5,0 ГГц.
При этом полная многопоточная нагрузка снижает реальную частоту Ryzen 9 5950X до примерно 3,8 ГГц, а Ryzen 9 5900X – до 4,1 ГГц. Аналогичные по числу ядер процессоры прошлого поколения работали в таком состоянии где-то на 100 МГц медленнее, что с учётом сохранения тех же самых ограничений по потреблению и тепловыделению может служить ещё одной иллюстрацией улучшения качества 7-нм кремния, сходящего с конвейера TSMC.
Ещё одним приятным нововведением стало то, что Ryzen 5000 перестали нуждаться в установке специальной схемы управления питанием Ryzen Balanced, которая внедрялась в операционную систему Windows 10 вместе с драйвером чипсета. Теперь оптимальная производительность и правильное распределение нагрузки по ядрам обеспечивается «из коробки», одними только средствами операционной системы.
Вместо собственной схемы питания AMD теперь добавляет в настройки энергосбережения Windows 10 ползунок Power and Energy, посредством которого пользователь может регулировать агрессивность перевода процессора в турборежим и в энергосберегающие состояния.
С учётом того, что многоядерные процессоры Ryzen 9 5950X и Ryzen 9 5900X функционируют в довольно широком диапазоне тактовых частот в зависимости от нагрузки, компания AMD сохранила такой же подход к выбору для них кристаллов CCD, как уже использовался в процессорах прошлого поколения, построенных на двух CCD-чиплетах. Этот подход предполагает подбор для процессоров двух разных по качеству кремния полупроводниковых кристаллов CCD: одного – отборного, способного работать на высоких частотах, а второго – похуже. Логика заключается в том, что первый кристалл ответственен за исполнение малопоточных нагрузок, когда технология Precision Boost 2 выводит процессор на предельные частоты. Второй же кристалл вступает в игру только при тяжелых нагрузках, когда частота всё равно будет искусственно занижена из-за ограничений по предельному тепловыделению и энергопотреблению.
Проиллюстрировать разницу в кристаллах очень просто, если посмотреть на предельные частоты, на которых могут стабильно работать при одном и том же напряжении разные CCD-чиплеты, входящие в состав Ryzen 9 5950X и Ryzen 9 5900X. Во время проверки мы воспользовались двумя уровнями VCORE – 1,1 и 1,2 В – при которых нашли пределы частоты для CCD0 и CCD1.
В 12-ядерном Ryzen 9 5900X качество CCD-чиплетов различается настолько, что их предельные частоты при одинаковом напряжении расходятся на существенные 150 МГц. Причём лучший первый кристалл CCD0 оказывается способен брать частоту 4,5 ГГц при напряжении 1,2 В и сохранять в таком состоянии стабильность даже при стресс-тестировании в Prime95.
На таком фоне параметры кристаллов в составе Ryzen 9 5950X стали некоторой неожиданностью. Лучший CCD-чиплет в этом процессоре продемонстрировал примерно такие же предельные частоты, как худший чиплет из Ryzen 9 5900X. А CCD1 16-ядерного процессора при 1,2 В вообще дотянул только до 4,25 ГГц.
Однако это вовсе не значит, что Ryzen 9 5950X собирается на базе отбраковки. В конце концов, как мы видели до этого, в однопоточной нагрузке этот CPU вполне может запираться на пятигигагерцевую высоту. Дело тут скорее в том, что в свой флагманский процессор компания AMD отправляет кристаллы с низкими статическими токами утечки. Такие кристаллы характеризуются меньшим нагревом, что безусловно критично для 16-ядерника, но при этом действительно требуют применения более высоких уровней напряжений.
Основываясь на том, что паспортные частоты Ryzen 5000 относительно Ryzen 3000 выросли совсем незначительно, логично предположить, что ситуация с разгонным потенциалам тоже особо не изменилась. И действительно: для производства процессоров серии Ryzen 5000 используется точно такой же техпроцесс с нормами 7 нм, что и в случае Ryzen 3000XT, поэтому рост предельной частоты разгона мог произойти главным образом благодаря микроархитектурным изменениям в Zen 3, которые могли привести к увеличению протяжённости исполнительного конвейера. Но, как показывает опыт, обычно в таких случаях никаких кардинальных изменений с частотами не происходит.
Впрочем, в случае с процессорами Ryzen 5000 определённые позитивные новости всё-таки есть. Побывавший в своё время в нашей лаборатории Ryzen 9 3900XT разгонялся до частоты 4,2 ГГц при сохранении полной стабильности в Prime95, а новые процессоры Ryzen 9 5900X и Ryzen 9 5950X, которые использовались при подготовке этого обзора, смогли похвастать способностью сохранять стабильность при частоте 4,4 ГГц.
Конкретнее, Ryzen 9 5900X продемонстрировал беспроблемную работоспособность на частоте 4,4 ГГц с использованием напряжения VCORE 1,25 В. И проверка стресс-тестом Prime95 30.3 разогрела этот процессор 88 градусов.
Ryzen 9 5950X тоже смог работать на частоте 4,4 ГГц, но необходимое для этого напряжение оказалось заметно более высоким – 1,325 В, что ещё раз подтверждает теорию о применении в этом процессоре кремния с низкими токами утечки. Высокое напряжение в данном случае позволяет добиваться полной стабильности, но не приводит к перегреву: температуры испытуемого Ryzen 9 5950X в Prime95 30.3 не выходили за 96 градусов при том, что критическим пределом считается величина 115 градусов.
Правда необходимо оговориться, что для отвода тепла от процессоров в оверклокерских экспериментах мы пользовались кастомной системой жидкостного охлаждения с радиатором форм-фактора 360 мм, построенной на компонентах EKWB. Это – очень эффективный вид теплоотвода, который превосходит по производительности традиционные воздушные кулеры и заводские СЖО замкнутого цикла. Поэтому в системах, где за охлаждение будут отвечать более простые системы, разгон новых Ryzen 5000 до 4,4 ГГц может оказаться невозможен из-за перегрева.
В наших экспериментах принимали участие старшие представители модельного ряда Ryzen 5000 – 12- и 16-ядерные процессоры, построенные на базе двух кристаллов CCD. Очевидно, что греются такие процессоры заметно сильнее моделей с меньшим числом ядер. Поэтому от Ryzen 7 5800X и Ryzen 5 5600X можно ожидать и лучших результатов разгона, и меньших температур, и не такой требовательности в отношении систем охлаждения. Всё это мы сможем проверить позднее – в следующих обзорах.
Говоря о разгоне, стоит упомянуть, что в целом набор оверклокерских инструментов, которые реализованы в процессорах нового поколения, не изменился, и все старые подходы успешно работают и с Ryzen 5000. При этом никаких полезных оверклокерских нововведений, по большому счёту, не появилось. Многие энтузиасты ждали от новинок появления возможности раздельного поядерного разгона, но это функция так и осталась нереализованной. Разные частоты в новых процессорах допускается задавать только лишь для индивидуальных CCX, которые теперь выросли до размеров CCD. А это значит, по факту Ryzen 5000 утратили заметную долю оверклокерской гибкости. Впрочем, раздельный разгон на уровне CCD-чиплетов может быть не лишён смысла, ведь как мы видели выше, первый CCD-чиплет в 12- и 16-ядерном процессоре вполне способен выдать на 100-200 МГц лучшую частоту, нежели второй. Единственное «но» – такой подход применим только для Ryzen 9 5950X и Ryzen 9 5900X, а процессоры серий Ryzen 7 и Ryzen 5 с одним CCD-чиплетом используют единую частоту для всех своих ядер.
Другой важный аспект разгона Ryzen 5000 касается работы памяти. Ещё до анонса этих процессоров появилась информация о том, что в них пределы разгона памяти отодвинутся выше, и AMD её не стала отрицать.
Напомним, что в современных процессорах AMD рационален лишь такой разгон памяти, при котором одновременно с частотой модулей DDR4 SDRAM синхронно увеличивается частота контроллера памяти и частота шины Infinity Fabric, связывающей контроллер памяти с процессорными ядрами и L3-кешем. Только в том случае, когда эти три частоты синхронизированы между собой, задержки получаются минимальны, и реальная производительность возрастает.
По этой причине разумным выбором для систем на базе Ryzen 3000 было использование модулей памяти DDR4-3600 или DDR4-3733. Предельная частота шины Infinity Fabric, при которой процессоры прошлого поколения работали стабильно, составляла 1800-1867 МГц, а при разгоне памяти до режимов дальше DDR4-3733 синхронное тактование памяти и шины Infinity Fabric приходилось нарушать, и в конечном итоге это приводило к замедлению, а не ускорению системы.
В процессорах Ryzen 5000 с шины Infinity Fabric часть нагрузки снялась – теперь она не несёт ответственности за соединение находящихся в одном CCD разных CCX, а занимается лишь коммуникацией между чиплетами. Эта перемена и позволила AMD начать говорить о том, что память в новых процессорах в синхронном режиме теперь будет гнаться лучше. Позволим привести себе цитату из руководства AMD по разгону:
«Опыт AMD показывает, что окно приемлемого разгона Infinity Fabric в процессорах Ryzen 5000 сдвинулось вверх таким образом, что DDR4-4000 (и частота Infinity Fabric 2000 МГц) теперь достижима для некоторого количества образцов процессоров. На наш взгляд режим DDR4-4000 для 5000-й серии процессоров возможен примерно так же часто, как в 3000-й серии удавалось получить DDR4-3800. Такие верхние режимы достижимы отборными экземплярами CPU, но не гарантируются во всех случаях и для всех процессоров».
AMD явно указывает на то, что синхронная работа модулей DDR4, контроллера памяти и Infinity Fabric теперь возможна на более высокой частоте. Однако настораживает оговорка относительно отборных экземпляров, и похоже, появилась она непроста. Два процессора – Ryzen 9 5900X и Ryzen 9 5950X, с которыми имели дело мы, – способностей к работе с DDR4-4000 не продемонстрировали. Более того, они вообще не показали каких-либо улучшений в части максимальной частоты Infinity Fabric по сравнению с тем, что было раньше.
Оба процессора были полностью стабильны при повышении частоты Infinity Fabric до 1867 МГц, но теряли способность к функционированию уже на следующем шаге – при повышении этой частоты до 1900 МГц. Таким образом, максимальной частотой рационального разгона памяти в нашем случае так и остался режим DDR4-3733.
Из этого опыта можно сделать вывод, что в действительности синхронный разгон памяти с Ryzen 5000 даже до состояния DDR4-3800, не говоря уже о более скоростных режимах, остаётся такой же лотереей, каким он был ранее. Возможно теперь вероятность запустить память с более высокой по сравнению с DDR4-3733 частотой станет выше, но никакой гарантии, к сожалению, нет.
Более того, режимы быстрее DDR4-3733 при сохранении синхронности с Infinity Fabric скорее всего заработают не в Ryzen 9 5900X и Ryzen 9 5950X, а в младших процессорах серии – Ryzen 7 5800X и Ryzen 5 5600X, которые основываются на одном CCD-чиплете. В таких процессорах шина Infinity Fabric полностью избавлена от какого-либо межъядерного трафика и нужна исключительно для связи CCD-чиплета с I/O-чиплетом. Логично предположить, что её невысокая загрузка станет отличным фундаментом для увеличения частоты. Но так ли это в действительности, пока говорить рано. Ясно лишь одно: целенаправленно запасаться скоростными комплектами памяти для систем на базе новых процессоров не имеет никакого смысла.
В этом месте напрашивается возражение, что AMD ещё может поправить ситуацию с разгоном памяти новыми версиями BIOS, как бывало почти каждый раз при выпуске очередного поколения Ryzen. Но хочется напомнить, что принципиальным изменениям в работе Ryzen 5000 с памятью взяться неоткуда. Чиплет I/O, в котором находится контроллер DDR4 SDRAM, в них унаследован от Ryzen 3000, а значит, новые процессоры в целом должны работать с памятью примерно так же, как и их предшественники.
⇡#Описание тестовой системы и методики тестирования
Решение AMD предоставить для первого знакомства Ryzen 9 5950X и Ryzen 9 5900X похоже на военную хитрость, которая заключается в том, что их по большому счёту не с чем сравнить. Процессоры с 12 и 16 ядрами, совместимые с массовой платформой, есть только у этого производителя, а старший потребительский процессор Intel, Core i9-10900K, предлагает лишь 10 ядер. Поэтому помимо флагманского Comet Lake для этого тестирования нам пришлось расчехлить и платформу Intel HEDT, в рамках которой существуют такие предложения как 18-ядерный Core i9-10980XE и 12-ядерный Core i9-10920X. Эти процессоры стоят дороже Ryzen сами по себе и требуют использования более дорогих материнских плат с четырехканальной памятью, а к тому же не ориентированы на применение в игровых компьютерах. Но ничего не поделаешь, агрессивная позиция AMD в массовом сегменте процессорного рынка требует идти на крайние меры.
Кроме того, в тестирование мы включили и Ryzen 9 3950X вместе с Ryzen 9 3900X – похожие на Ryzen 9 5950X и Ryzen 9 5900X процессоры с 16 и 12 вычислительными ядрами, но построенные на прошлой архитектуре Zen 2. Их участие позволит нам судить о том, действительно ли Zen 3 – столь значительный прорыв, как его обрисовывает AMD.
Таким образом, в состав тестовой системы вошли следующие комплектующие:
Все сравниваемые процессоры тестировались с настройками, принятыми производителями плат «по умолчанию». Это значит, что для платформ Intel обозначенные в спецификациях ограничения по энергопотреблению игнорируются, вместо чего используются предельно возможные частоты в целях получения максимальной производительности. В таком режиме эксплуатирует процессоры подавляющее большинство пользователей, поскольку включение лимитов по тепловыделению и энергопотреблению в большинстве случаев требует специальной настройки параметров BIOS. 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 (v2004) Build 18363.476 с использованием следующего комплекта драйверов:
Описание использовавшихся для измерения вычислительной производительности инструментов:
Комплексные бенчмарки:
Приложения:
Игры:
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
Проверка производительности процессоров в комплексных тестах вроде PCMark 10 – скорее дань традиции. Такие тесты оценивают, насколько хорошо системы решают распространённые пользовательские задачи, и выдают некий средневзвешенный результат, скорее характеризующий быстродействие процессоров при решении офисных задач, что трудно посчитать типичной активностью для предложений класса Ryzen 9 5950X и Ryzen 9 5900X. Но тем не менее, даже в PCMark 10 процессоры на микроархитектуре Zen 3 показывают свою силу. В то время как 10-ядерный Core i9-10900K в этом тесте обходил 12-ядерник AMD поколения Zen 2, Ryzen 9 3900X, теперь ситуация кардинально изменилась. На двух верхних местах на диаграммах ниже – новые Ryzen 9 5950X и Ryzen 9 5900X, что недвусмысленно говорит об улучшениях производительности Zen 3 именно в тех задачах, где ранее у процессоров AMD она хромала.
Удерживают лидерство новые Ryzen 9 5950X и Ryzen 9 5900X и в околоигровом бенчмарке 3DMark Time Spy. Процессорная составляющая этого теста имеет оптимизации под актуальные многопоточные архитектуры, и в нём на первом месте закрепляется новый 16-ядерник, который не только обходит своего предшественника на 2 %, но и побеждает 18-ядерный HEDT-процессор конкурента.
⇡#Производительность в приложениях
Начнём с плохого. Когда AMD высчитывала прирост IPC, который, по её заявлениям, в Zen 3 составляет 19 %, она выбрала для оценки какой-то особенный набор приложений, совершенно непохожий на те приложения, которые используем для тестирования мы. В результате при сравнении Ryzen 9 5950X и Ryzen 9 3950X в ресурсоёмких задачах мы не видим такого впечатляющего прироста, как обещала AMD, даже несмотря на то, что в наших тестах новый Ryzen 9 5950X работает на более высокой частоте по сравнению с Ryzen 9 3950X. Среднее преимущество носителей архитектуры Zen 3 над Zen 2 составляет около 13 %, что, впрочем, тоже весьма неплохо.
Позитивная же для новинок AMD сторона заключается в том, что они уверенно обходят все конкурирующие предложения компании Intel, причём с совершенно разгромным счётом. 12-ядерный Ryzen 9 5900X оказывается быстрее, чем Core i9-10900K, в среднем на 30 %, а 16-ядерный Ryzen 9 5950X уверенно обходит 18-ядерник Intel, перекрывая его производительность где-то на 20 %. Иными словами, у процессоров Intel в ресурсоёмких приложениях не осталось никаких шансов: микроархитектура Skylake устарела окончательно и бесповоротно.
Всё это значит, что Ryzen 9 5950X и Ryzen 9 5900X – это наилучшие современные процессоры для профессиональной и любительской работы с цифровым контентом, существующие в рамках массовой экосистемы. Составить им конкуренцию способны разве только представители семейства Threadripper, но их стоимость намного выше.
Рендеринг:
Обработка фото:
Работа с видео:
Перекодирование видео:
Компиляция:
Архивация:
Шахматы:
Майнинг:
⇡#Производительность в играх. Тесты в разрешении 1080p
А вот где настоящая жара! Изменение структуры CCX – это именно то, чего ой как недоставало процессорам Ryzen на протяжении первых трех поколений. Именно из-за этого их игровая производительность и вызывала постоянные нарекания. Теперь же проблема исправлена, причём настолько успешно, что кадровая частота в разрешении FullHD при переходе от Zen 2 к Zen 3 подскочила сразу на 25-30 %. И это сразу выводит процессоры Ryzen 5000 в положение безусловно подходящих для игровых систем.
Мы пока не видели, как показывают себя в играх младшие представители этого модельного ряда, но Ryzen 9 5950X и Ryzen 9 5900X смотрятся просто отлично. Например, тот же Ryzen 9 5900X по итогам тестирования в наборе из 12 игр демонстрирует некоторое превосходство как по среднему, так и по минимальному FPS над Core i9-10900K, который до сих пор считался лучшим геймерским CPU.
Однако справедливости ради нужно заметить, что крупномасштабного перевеса, как в случае ресурсоёмких приложений, тут всё-таки нет. Новые процессоры AMD лишь немного лучше Core i9-10900K, обходя его в семи играх из двенадцати. А это значит, что отправить Core i9-10900K в полный нокаут у Ryzen 9 5900X не получилось. Для производительных игровых сборок можно выбирать как один, так и другой CPU, причём вариант Intel внезапно может оказаться привлекательнее из-за более низкой цены.
Попутно нужно добавить, что декларируемый AMD рост показателя IPC в процессорах Zen 3 на 19 % очевидно был рассчитан на основе рабочих и игровых приложений. По факту же в ресурсоёмких приложениях прирост оказался ниже этой величины, а в играх – больше.
⇡#Производительность в играх. Тесты в разрешении 2160p
Если же выбирать лучший процессор для игровых систем, ориентированных на работу с разрешением Ultra HD, то в этом случае различия между Ryzen 9 5950X, Ryzen 9 5900X и Core i9-10900K почти полностью стираются, по крайней мере, если в системе установлена графическая карта GeForce RTX 3080. Однако игровая несостоятельность HEDT-процессоров Intel, как и отставание от новинок AMD процессоров Ryzen прошлого поколения хорошо прослеживается даже тут.
Ryzen 9 5950X и Ryzen 9 5900X помещены в рамки того же самого теплового пакета, в котором находились их предшественники – Ryzen 9 3950X и Ryzen 9 3900X: у всех них энергопотребление жёстко ограничено величиной 142 Вт, и при её достижении попросту сбрасывается частота. Поэтому никаких заметных изменений в энергопотреблении при переходе на микроархитектуру Zen 3 не произошло, однако в целом системы на базе Ryzen 9 5950X и Ryzen 9 5900X чуть более экономичны по сравнению с аналогичными системами на базе Ryzen 9 3950X и Ryzen 9 3900X при многопоточной нагрузке, но немного более прожорливы в случае однопоточной работы.
И это означает, что Ryzen 9 5950X и Ryzen 9 5900X очень явно превосходят процессоры Intel по удельной производительности на ватт, поскольку потребление 14-нм процессоров для LGA 1200 и LGA 2066 заметно выше при ощутимо более низкой производительности.
Приведённые ниже графики позволяют всё это оценить наглядно. На них приведено полное потребление систем (без мониторов) с соответствующими процессорами, измеренное «после» блока питания и представляющее собой сумму энергопотребления всех задействованных в системе компонентов. КПД самого блока питания в данном случае не учитывается.
Zen 3 – это мощно! В принципе, к этому можно было бы больше ничего и не добавлять, потому что достигнутый компанией AMD на четвёртой итерации развития микроархитектуры Zen прирост производительности оказался феноменально высок: увеличение показателя IPC на 19 %, о котором представители компании говорили на предварительных презентациях, – отнюдь не преувеличение. Всё выглядит так, как будто несколько лет разработка ядер поколения Zen всё разгонялась и разгонялась, а теперь AMD наконец «втопила на полную».
Но если отказаться от красивых метафор, то можно сказать, что AMD в Zen 3 начала делать то, что напрашивалось уже очень давно, и наконец-то пошла на конкретные шаги по борьбе с главным узким местом своей микроархитектуры – высокими задержками, порождёнными самой идеей модульного построения процессора из раздельных CCX-комплексов. И как только инженерами AMD было принято решение увеличить размер этого базового блока, из поля зрения сразу же исчезла масса проблем, а производительность буквально взмыла вверх, особенно если судить по программам, критично относящимся к внутрипроцессорным латентностям (тут речь в первую очередь об играх).
В итоге построенные на архитектуре Zen 3 процессоры Ryzen 5000 окончательно и бесповоротно обошли конкурирующие решения Intel Core, архитектура которых безнадёжно застряла в 2015 году. До недавних пор Intel удавалось поддерживать востребованность своих предложений, апеллируя к игровой производительности, которая у её процессоров все эти годы действительно оставалась на хорошем уровне благодаря высокоэффективной внутрипроцессорной кольцевой шине. Но Ryzen 5000 с архитектурой Zen 3, в которых плохо влияющая на игровую производительность шина Infinity Fabric перестала исполнять ключевую роль, лишают «синих» последнего козыря.
Фактически мы приходим к тому, что Ryzen 5000 – это самые быстродействующие на сегодняшний день CPU для настольных систем без каких-либо существенных оговорок. Конечно, мы далеки от мысли, что в комментариях под этой статьёй не всплывёт немалый список причин, почему AMD всё-таки «не смогла». И объективно у Ryzen 5000 действительно остались определённые недостатки, но у кого их нет? Например, вполне можно сослаться на то, что контроллер памяти новых процессоров AMD так и не получил полноценной поддержки скоростных типов DDR4 SDRAM, а достижимые новыми Ryzen частоты при разгоне продолжают навевать некоторое уныние. Но на фоне того, что произошло с удельной производительностью, всё это – лишь мелкие придирки, которые вряд ли способны испортить общее впечатление от триумфального прихода на рынок новой, правильной версии архитектуры Zen.
Несколько смазать впечатление, производимое Ryzen 5000, в массовом восприятии способны, пожалуй, лишь только две вещи: их сравнительно высокая стоимость и проблемы с доступностью в розничной продаже. Но нужно понимать, что и то, и другое – следствия качественного рывка, совершенного AMD. Представителям серии Ryzen 5000 нет нужды быть дешёвыми: они хороши настолько, что энтузиасты высокой производительности наверняка будут готовы покупать их и по более высокой цене. А то, что спрос на эти новинки превосходит предложение, служит наглядным подтверждением, что AMD не промахнулась и выпустила востребованный продукт высокого класса, вовсе не перегнув с его стоимостью. В конце концов рынок процессоров для ПК не является монопольным, и тем покупателям, которые считают, что Ryzen 5000 дороговаты, можно посоветовать остановить свой выбор либо на старых Ryzen 3000-й серии, которые с рынка пока не уходят, либо на процессорах Intel Core. Хотя, по нашему убеждению, рассмотренные в этом обзоре Ryzen 9 5900X и Ryzen 9 5950X своих денег явно стоят, и это же скорее всего будет справедливо и для двух других представителей модельного ряда, с которыми мы познакомимся чуть позднее.
Подводя финальную черту, остаётся выдать Ryzen 9 5950X и Ryzen 9 5900X нашу фирменную награду – медаль «Выбор редактора». Хотя здесь вполне могли бы подойти и другие значки отличия: как прагматичная медаль «За инновации и дизайн», так и более эмоциональная оценка «Hardcore».
