Обзор процессора Core i9-11900K: лидерство в игровой производительности возвращается к Intel

⇡#Подробнее о процессоре Core i9-11900K

Для первого знакомства с возможностями процессоров семейства Rocket Lake мы выбрали старшую модель – Core i9-11900K. Это – самый дорогой представитель в семействе, хотя в действительности не совсем понятно, почему он стоит на 35 % дороже Core i7-11700K, – характеристики у этих моделей почти одинаковые. Да и вообще, после того, как Intel не смогла уместить в Rocket Lake больше восьми ядер, с серией Core i9 произошло заметное вырождение. Раньше в ней предлагались десятиядерники, а новый Core i9-11900K — это восьмиядерный процессор, по числу ядер уступающий предшественнику. В результате Core i9-11900K обладает несколько странным позиционированием. Intel противопоставляет его не только десятиядернику прошлого поколения, но и 12-ядерному процессору Ryzen 9 5900X – именно исходя из этого для старшего Rocket Lake подобрана цена.

При этом разница между восьмиядерными Core i9-11900K и Core i7-11700K создана фактически лишь за счёт тактовой частоты. Благодаря дополнительному турборежиму Thermal Velocity Boost старший процессор получил максимальную однопоточную частоту 5,3 ГГц, в то время как максимальная частота Core i7-11700K на 300 МГц ниже.

Что же касается максимальной частоты Core i9-11900K при нагрузке на все ядра, то тут есть некоторая неоднозначность. Изначально она должна была быть 4,8 ГГц, однако в последний момент — за пару недель до начала продаж — Intel решила, что этого мало, и добавила процессорам Core i9-11900K и Core i9-11900KF ещё одну технологию авторазгона – Intel Adaptive Boost.

Данная технология, если это позволяет температурный режим и текущее потребление процессора, поднимает частоту ядер вплоть до 5,1 ГГц вне зависимости от нагрузки. Поэтому в конечном итоге максимальная возможная частота Core i9-11900K при полной многоядерной нагрузке – 5,1 ГГц, и его отрыв по рабочей частоте от более дешёвого восьмиядерника Core i7-11700K в этом случае достигает уже 500 МГц.

Но несмотря на все манипуляции с частотами, отодвинуть частотный предел 14-нм техпроцесса с выходом Rocket Lake у Intel по факту не получилось. Флагман прошлого поколения, Core i9-10900K, тоже разгонялся до 5,3 ГГц, а при нагрузке на все ядра мог держать частоту 4,9 ГГц. Поэтому владельцы Core i9-10900K отнесутся к Core i9-11900K, скорее всего, скептически: по числовым характеристикам старший Rocket Lake кажется не таким уж и интересным предложением рядом с предшественником: число ядер сократилось, L3-кеш уменьшился, а частоты остались почти такими же, как и были. Единственное, что явно указывает в спецификации на какой-то прогресс, — двукратное увеличение объёма L2-кеша, но это довольно слабый аргумент. Поэтому, говоря о преимуществах новинки, апеллировать так или иначе придётся к росту IPC и новой микроархитектуре Cypress Cove.

Микроархитектурные изменения, которые повлекли заметное усложнение ядра Cypress Cove, при использовании изъезженного 14-нм техпроцесса ставят вполне резонный вопрос о том, что же стало с тепловыми и электрическими характеристиками, ведь и более простые Comet Lake назвать холодными и экономичными было совершенно невозможно. Официальный ответ здесь таков: Core i9-11900K не более горячий, чем Core i9-10900K. Тепловой пакет новинки установлен в те же самые 125 Вт, что были присущи флагману прошлого поколения. Не отличаются и пределы потребления PL1 и PL2 – они равны 125 и 251 Вт соответственно при ограничении действия предела PL2 стандартным интервалом времени в 56 секунд.

Однако одно изменение, косвенно касающееся пределов потребления, всё-таки есть. В паспортном режиме Core i9-11900K положены пониженные множители при исполнении AVX2- и AVX-512-инструкций. Согласно спецификации, в случае исполнения AVX/AVX2-кода его частота должна снижаться на 100 МГц, а при исполнении команд AVX-512 – на 500 МГц.

Насколько действие пределов PL1 и PL2 сдерживает производительность Core i9-11900K, мы проверили в традиционном эксперименте, в котором запускали тест Cinebench R23 с нагрузкой на разное число потоков как при активации обоих ограничений потребления, так и без них. По приведённому графику можно оценить, насколько действие пределов потребления способно затормозить процессор во время его работы.

Как следует из графика, предел PL2 почти не ограничивает производительность Core i9-11900K. Снижение частоты заметно лишь при максимально многопоточной нагрузке и составляет в среднем порядка 50-100 МГц. А вот предел PL1 оказывает на частоту процессора гораздо более радикальное воздействие. Уже при нагрузке более чем на 4 потока Core i9-11900K, чтобы войти в 125-ваттные рамки, вынужден сбрасывать свою частоту. Причём при максимальной многопоточной нагрузке такое снижение частоты может достигать 800 МГц. То есть предел PL1 действует на Core i9-11900K явно удушающе – с его активацией мы получаем CPU, частота которого при решении ресурсоёмких задач будет находиться около 4,2 ГГц. Впрочем, флагманский процессор прошлого поколения Core i9-10900K при активации 125-ваттного предела нередко при аналогичной нагрузке съезжал ещё ниже – до 4,0 ГГц.

Однако производители материнских плат, как обычно, проигнорировали все рекомендации Intel по пределам потребления. По умолчанию платы включают режим Multi-Core Enhancements, то есть выбирают для Core i9-11900K режим максимально возможной частоты, без оглядки на какие-то там пределы и ограничения. Но есть нюанс: если c Comet Lake такой подход неплохо работал, с Rocket Lake это способно приводить к некоторым проблемам. Например, мы столкнулись с тем, что установленный в систему Core i9-11900K при всех настройках по умолчанию попросту не проходил тесты стабильности в Prime95.

И это не проблема с конкретным образцом Rocket Lake — не работали в Prime95 оба поступившие в нашу лабораторию экземпляра Core i9-11900K. Справедливости ради нужно отметить, что, если на процессоре не запускать программы типа Prime95, его нестабильность с настройками по умолчанию увидеть, скорее всего, не удастся – в обычных бытовых приложениях и играх он всё-таки работает без ошибок. Но с другой стороны, Prime95 — это не какая-то искусственно созданная утилита для прожарки процессоров, а счётная математическая программа поиска чисел Мерсенна, имеющих прикладное значение, например в криптографии.

Впрочем, имеющую место нестабильность Core i9-11900K пока ещё можно списать на плохую подготовку платформы LGA1200 к анонсу новых процессоров. Есть надежда, что производители материнских плат, в частности ASUS, на плате которой мы тестировали Rocket Lake, совместно с Intel обратят внимание на существующую проблему и внесут необходимые исправления в будущие версии BIOS, адаптировав автоматические настройки.

Но как бы то ни было, Core i9-11900K – очень горячий и прожорливый процессор, который переплёвывает по своим тепловым и энергетическим характеристикам все потребительские CPU, с которыми мы встречались до настоящего момента. На графике ниже можно посмотреть, как выглядит потребление Core i9-11900K в Cinebench R23 при нагрузке на различное число потоков, если процессор работает без учёта пределов PL1 и PL2, то есть в режиме по умолчанию.

Максимальное потребление Core i9-11900K в Cinebench R23 уходит за величину 250 Вт. И для массового процессора это очень много. Чтобы такой процессор мог обходиться без температурного троттлинга, с ним нужно использовать очень эффективные системы охлаждения. Нам, например, при тестировании Core i9-11900K в конечном итоге пришлось перейти на кастомную систему жидкостного охлаждения с радиатором типоразмера 360 мм, собранную на компонентах EKWB. Но даже в этом случае процессор нагревался в Cinebench R23 почти до 90 градусов. Более подробное представление о температурном режиме Core i9-11900K в тестах рендеринга можно получить из следующего графика.

Всё это наводит на мысли, что в Core i9-11900K компания Intel полностью закрыла глаза на вопросы потребления и тепловыделения. Похоже, данный процессор нужно воспринимать как экстремальное решение, в котором всё что можно выкручено на максимум, а какие у этого будут последствия, производителя совершенно не волнует. Наверное, поэтому этот процессор и имеет стоимость $539 при том, что почти такой же по базовым характеристикам Core i7-11700K продаётся на $140 дешевле. Intel как бы намекает, что Core i9-11900K – это вариант не для всех. Такой процессор подойдёт лишь для немногих энтузиастов, которые чувствуют в себе силы и желание воевать с запредельным нагревом.

При подробном знакомстве с Core i9-11900K всплыла и ещё одна особенность: его внеядерные компоненты используют частоту 4,1 ГГц, в то время как в процессорах Comet Lake эта частота была на 200 МГц выше. Это несколько ухудшает скоростные характеристики L3-кеша, о чём мы упоминали в соответствующем разделе.

Однако негативного влияния на задержки при пересылке данных по связывающей ядра кольцевой шине мы не заметили. Напротив, сокращение протяжённости этой шины при переходе от Comet Lake к Rocket Lake снизило латентности межъядерных пересылок данных, что подтверждается результатами соответствующего эксперимента.

Средняя латентность межъядерного обмена у восьмиядерника прошлого поколения составляла порядка 43 нс, а в Core i9-11900K она упала на 10-15 % — примерно до 37 нс. Это определённо позитивная перемена во внутренней топологии.

⇡#Материнская плата ASUS ROG Maximus XIII Hero

В качестве тестовой платформы для испытаний процессоров Rocket Lake в тестировании использовалась материнская плата ASUS ROG Maximus XIII Hero. Мы оговариваем этот момент отдельно по двум причинам. Во-первых, как выяснилось, реализовать поддержку Core i9-11900K на должном уровне пока смогли далеко не все производители плат, даже если речь идёт о платформах нового поколения. Во многих платах BIOS пока основывается на старых версиях микрокода и не поддерживает Adaptive Boost, что приводит к более низким результатам в тестах. Во-вторых, ROG Maximus XIII Hero предоставляет достаточный набор функций для того, чтобы в полной мере исследовать все особенности флагманского Rocket Lake.

Это касается как поддержки всех новых оверклокерских функций, появившихся в новом поколении процессоров Intel, так и обеспечения достаточного питания. Собственно, усиленная схема питания — одно из главных усовершенствований в ROG Maximus XIII Hero. На этот раз производитель реализовал VRM из 14+2 каналов на силовых каскадах, рассчитанных на ток 90 А. Столь мощная схема, которая питается одновременно от двух 8-контактных разъёмов, является гарантией того, что в работе с прожорливыми процессорами Rocket Lake она не будет перегреваться. И кстати, охлаждение самой схемы питания тоже вызывает уважение: ASUS не стала скупиться и установила на силовые элементы массивные алюминиевые радиаторы, соединённые тепловой трубкой.

Поскольку процессоры Rocket Lake способны практически неограниченно разгонять память по частоте, важным плюсом ROG Maximus XIII Hero стал дизайн подсистемы памяти OptiMem III. Он гарантирует стабильность самой платы даже при работе с модулями DDR4-5333.

Естественно, в Maximus XIII Hero воплощены все нововведения, касающиеся работы шины PCI Express 4.0. Плата забирает из процессора все 20 линий и распределяет их по двум слотам PCIe x16 и двум слотам M.2. Поддерживается гибкая бифуркация, что означает автоматическое распределение линий по слотам в зависимости от количества и типов устройств, установленных в систему. В общей сложности плата ASUS оснащена четырьмя слотами M.2, причём все они оборудованы неплохими в смысле эффективности радиаторами.

На ROG Maximus XIII Hero предусмотрены шесть разъёмов для вентиляторов, а также два специальных разъёма для подключения помп и три точки для подключения датчиков потока. Три разъёма для корпусных вентиляторов поддерживают протокол HydraNode для расширенного мониторинга совместимых вентиляторов. Поэтому с помощью платы ASUS нетрудно будет настроить для Rocket Lake продвинутую систему жидкостного охлаждения — возможностей для этого предостаточно.

На задней панели платы можно обнаружить ещё один атрибут новой платформы Intel – пару портов Thunderbolt 4 USB-C. По соседству с ними располагаются шесть портов USB 3.2 Gen 2 и два порта USB 2.0. Наряду с этим к плате через pin-коннекторы можно подключить порт USB 3.2 Gen 2×2 с пропускной способностью 20 Гбит/с, четыре порта USB 3.2 Gen 1 и два USB 2.0. Сетевые соединения реализованы двумя адаптерами Intel I225-V 2.5G Ethernet, а также беспроводным контроллером Intel AX210 WiFi 6E CNVi. Встроенный звук работает на базе USB-кодека SupremeFX ALC4082, который усилен ЦАП ESS Sabre 9018Q2C для аудиоразъёмов передней панели. Отдельно стоит сказать, что плата на задней панели имеет HDMI-гнездо для подсоединения монитора, которое даёт возможность пользоваться встроенной в процессор графикой.

ROG Maximus XIII Hero отличается приятным дизайном, применение RGB-подсветки в котором вписано вполне органично и сдержанно. Для тех же, кто захочет устроить световую феерию, материнка предлагает набор из четырёх RGB-коннекторов: три — для адресуемых лент и один — для обычных.

Отдельно стоит подчеркнуть, что, как и любая другая плата семейства ROG Maximus, рассматриваемая Hero обладает фирменным набором инструментов для тонкого конфигурирования процессора в BIOS, а также диагностическим дисплеем Q-Led Code и аппаратными кнопками Start, FlexKey, Reset и Clear CMOS, обеспечивающими удобство эксплуатации платформы в открытом стенде. Правда, ROG Maximus XIII Hero недёшева: её ориентировочная цена составляет порядка $500.

⇡#Разгон

В момент анонса Rocket Lake компания Intel пыталась создать впечатление, что новинка лучше предшественников не только архитектурно, но и за счёт каких-то дополнительных оверклокерских возможностей. По крайней мере, им было уделено достаточно много внимания. Однако не стоит думать, что 14-нм процессор, в котором друг на друга наложены четыре различных по алгоритму действия турборежима, может действительно порадовать кого-то разгонным потенциалом. Производитель выжал из Core i9-11900K практически всё.

Все же новые оверклокерские функции направлены на более гибкое конфигурирование процессора с тем, чтобы энтузиасты при его настройке под собственные нужды имели больше возможностей.

Поэтому главное с точки зрения практической ценности оверклокерское приобретение Rocket Lake непосредственно к разгону CPU отношения не имеет. Это — новый контроллер памяти, в котором появился режим Gear 2, позволяющий увеличивать частоту DDR4 SDRAM до очень высоких значений, не насилуя при этом внеядерную часть процессора. Благодаря этому с Core i9-11900K наверняка будут устанавливаться различные рекорды разгона памяти, хотя на практике привычный синхронный режим Gear 1 является более рациональным, потому что он обеспечивает лучшую производительность за счёт более низких латентностей.

Что же касается нововведений, относящихся непосредственно к разгону CPU, то их, по большому счёту, два. Во-первых, в Rocket Lake появилась возможность не только снижать частоту при выполнении AVX/AVX2 или AVX-512-инструкций, но и делать это одновременно с корректировкой напряжения питания в таких режимах. Во-вторых, в Rocket Lake реализовано раздельное тактование вычислительных ядер, что делает возможным поядерный разгон, подобный тому, который предлагают современные процессоры Ryzen.

Кроме того, в Rocket Lake добавлено некоторое количество минорных опций, которые вряд ли помогут в повышении производительности, но могут оказаться интересными для каких-то специальных сценариев. Например, новые процессоры допускают полное отключение поддержки AVX2 и AVX-512 или позволяют выключать технологию Hyper-Threading лишь для отдельных ядер.

Как бы то ни было, Core i9-11900K – это огромное поле для экспериментов, которыми можно заниматься бесконечно. Мы же провели простую проверку разгонного потенциала с использованием классического подхода и получили, что максимально достижимая частота для нашего экземпляра процессора – 5,1 ГГц. С переводом Load-Line Calibration в состояние Level 6 и при установке напряжения в режиме Offset в +0,05 В процессор продемонстрировал способность к стабильной работе.

Температура при прохождении стресс-тестирования в Prime95 не превышала 100 градусов. Однако надо иметь в виду, что здесь речь идёт лишь о работоспособности в режимах без AVX2- и AVX-512-инструкций.

Для того же, чтобы стабильность сохранялась и в случае AVX2- и AVX-512-нагрузок, приходится применять сбрасывающие частоту поправки для множителя CPU, активирующиеся при исполнении соответствующих векторных инструкций. В нашем случае помогло снижение частоты на 300 и 500 МГц соответственно. То есть стабильность при исполнении AVX2-инструкций достигалась при 4,8 ГГц, а при исполнении AVX-512 – при 4,6 ГГц. Рабочие температуры процессора в этом случае сохранялись на приемлемом уровне – около 100 градусов. Однако не нужно забывать, что в нашей тестовой системе использовалось довольно мощное кастомное жидкостное охлаждение с 360-мм радиатором в контуре.

В целом же про разгон Core i9-11900K можно сказать определённо: достичь лучших результатов, чем обеспечивает процессор в номинальном режиме, с ним не так-то просто. Rocket Lake – изначально очень горячий процессор. А добавив ему технологию Adaptive Boost, компания Intel фактически вывела Core i9-11900K на самый максимум его возможностей. И если из этого процессора и можно каким-то образом извлечь более высокую производительность, то явно не «в лоб». Здесь, скорее всего, потребуются длительные эксперименты с теми самыми второстепенными настройками, которые добавились в платформе LGA1200 с появлением Rocket Lake.