Обзор процессора AMD Ryzen 9 3900X: раздвоение личности

На прошлой неделе AMD устроила компьютерной прессе настоящий кошмар. Желание компании выпустить свои новые 7-нм продукты непременно в «красивую» дату 7 июля (7.07) привело к тому, что подготовка к их анонсам велась в дикой спешке и очень сумбурно. Например, образцы Ryzen 3000 приехали в нашу лабораторию всего за пять дней до «часа X», но даже в течение этих пяти дней мы то и дело получали обновления BIOS для тестовой материнской платы на базе набора логики X570, которые не только исправляли ошибки и добавляли платформе стабильности, но и серьёзно влияли на производительность.

Из-за этого мы были поставлены перед непростым выбором: либо заниматься непрерывным перетестированием новых процессоров на очередных версиях прошивок и отказаться от любых попыток успеть с публикацией обзора первых носителей микроархитектуры Zen 2 в момент окончания информационного эмбарго, либо использовать в публикации не самые актуальные данные о производительности. Но в итоге был выбран компромисс: обзор был разделён на две части. Первую часть, которая посвящена восьмиядерному Ryzen 7 3700X, вы, скорее всего, уже прочитали – она появилась на нашем сайте в тот самый момент, когда по всему миру стартовали продажи Ryzen 3000. А эта статья – вторая часть, и в ней речь пойдёт о старшем 12-ядерном представителе нового семейства, процессоре Ryzen 9 3900X.

Такое разделение позволило нам ещё раз перепроверить все результаты на последней (к текущему моменту) версии прошивки для материнской платы и гарантировать, что первые покупатели Ryzen 3000 получат в своё распоряжение именно тот уровень производительности, о котором идёт речь в данном материале.

Впрочем, никакой уверенности, что этот уровень производительности не подвергнется очередным корректировкам уже в самое ближайшее время, у нас нет. Дело в том, что те пять разных версий BIOS для нашей тестовой материнской платы, которые мы проверили за пять дней экспериментов, меняли в системе достаточно фундаментальные вещи. В них AMD не только занималась оптимизацией контроллера памяти, но и «подкручивала» переменные технологии Precision Boost 2, повышая реальные частоты процессоров в ущерб энергоэффективности. И вполне возможно, что впоследствии компания захочет как-то изменить рабочие параметры своих процессоров ещё раз. Иными словами, сегодняшние тесты Ryzen 3000 – это лишь предварительное знакомство, которое происходит на одном из ранних этапов жизненного цикла новинок.

Возможно, в сложившихся условиях правильным было бы подождать несколько недель и подробно протестировать новые чипы, когда ситуация с ними уже устаканится: производители материнских плат подготовят стабильные версии прошивок, основанные на библиотеках AGESA, которые имеют все необходимые оптимизации, а AMD придёт к конечному пониманию, какого баланса между производительностью и энергоэффективностью она хочет достичь в конечном итоге.

Однако поступать так было бы не слишком рационально. Ажиотаж, созданный вокруг новой версии микроархитектуры авторства AMD и первых десктопных процессоров на её основе, настолько велик, что компьютерное сообщество готово глотать любую информацию, пусть даже она носит характер грубой оценки. Поэтому обзор Ryzen 9 3900X всё-таки выходит на нашем сайте сразу после обзора Ryzen 7 3700X, несмотря на явную «сырость» этих продуктов. Позднее же, чтобы поставить финальную точку в теме производительности новинок, мы просто протестируем их ещё раз.

⇡#Из восьми — двенадцать: топология Ryzen 9 3900X

Вместе с новой микроархитектурой Zen 2 компания AMD вводит в употребление и новую топологию. Процессоры теперь представляют собой не монолитный кристалл, а собираются из нескольких составляющих. Это позволяет компании в рамках старой экосистемы Socket AM4 предложить новые мощные CPU, насчитывающие 12 и 16 ядер. Бюджет таких многоядерных процессоров состоит почти из 10 млрд транзисторов, но они распределены по нескольким полупроводниковым кристаллам, подобно тому, как это было сделано в HEDT-процессорах Ryzen Threadripper.

Однако в отличие от Threadripper десктопные процессоры нового поколения конструируются не из одинаковых компонентов, в них используются полупроводниковые кристаллы двух разных типов. Во-первых, это восьмиядерные «вычислительные» CCD-чиплеты, выпускаемые по 7-нм техпроцессу на предприятиях TSMC. Каждый такой чиплет объединяет в себе два CCX-комплекса, содержащих по четыре ядра и 16 Мбайт кеш-памяти третьего уровня. Во-вторых, дополнительный 12-нм I/O-чиплет с контроллером памяти, контроллером PCI Express 4.0 и элементами SoC, который отвечает за функции ввода-вывода.

С учётом того, что Ryzen 9 3900X – двенадцатиядерный процессор, он сконструирован сразу из трёх полупроводниковых кристаллов: из двух 7-нм CCD-чиплетов, насчитывающих по 3,9 млрд транзисторов площадью по 74 мм², и 12-нм I/O-чиплета площадью примерно 125 мм², состоящего из 2,09 млрд транзисторов. Соединяются чиплеты шиной Infinity Fabric, такой же, как используется для связи между CCX-комплексами внутри одного CCD-чиплета. Причём, что особенно важно, чиплеты с ядрами не имеют прямого связывающего их линка, а всё межъядерное взаимодействие строится через I/O-чиплет, который играет также и роль коммутатора.

Нетрудно сосчитать, что в 12-ядерном процессоре Ryzen 9 3900X должны быть активны не все ядра из доступных. И это действительно так: по одному вычислительному ядру в каждом имеющемся CCX-комплексе аппаратно заблокировано, что и делает из изначально 16-ядерной заготовки процессор с 12 ядрами. В данном случае ограничение количества ядер – мера отчасти вынужденная, поскольку 16 ядер достаточно трудно вписать в допустимые для Socket AM4 пределы энергопотребления. Но AMD всё же не отказывается от идеи выпуска и 16-ядерного Socket AM4-продукта. Такой проект запланирован на осень, он выйдет под именем Ryzen 7 3950X, но для него производителю придётся прибегнуть к специально организованному тщательному отбору полупроводниковых кристаллов.

Чиплетный подход позволяет получить сразу несколько преимуществ. Во-первых, он позволяет упростить дизайн и производство процессоров, а также предлагает пути для простой масштабируемости продуктов. Во-вторых, за счёт разделения функций по чиплетам разного типа AMD получила возможность обходиться без дублирования узлов, нужных в единичном количестве, например контроллера памяти или контроллера шины PCI Express 4.0. Благодаря тому, что все подобные блоки вынесены в единый I/O-чиплет, к которому CCD-чиплеты имеют равноправный доступ, логически процессор представляет собой монолитную структуру с централизованными механизмами обращения к памяти и к внешним устройствам. Никаких намёков на привычные пользователям Threadripper NUMA-режимы в Socket AM4-системах нет, все ядра в 12- и 16-ядерных процессорах имеют абсолютно одинаковый доступ ко всему массиву оперативной памяти.

Всё сказанное стоит проиллюстрировать результатами практических измерений. Что касается доступа к памяти, то с ним всё действительно в порядке. Ryzen 9 3900X показывает примерно те же латентности, что и восьмиядерный процессор Ryzen 7 3700X. А это значит, что подсоединение к I/O чиплету с контроллером памяти не одного, а сразу двух CCD-чиплетов не влечёт за собой никаких негативных эффектов. Благодаря чиплетной компоновке память для всех ядер действительно представляется единым массивом с одинаковыми задержками.

И кстати, обратите внимание, Ryzen 9 3900X не подвержен той самой проблеме с пониженной вдвое пропускной способностью записи, которую мы обнаружили у Ryzen 7 3700X. Получается, что контроллер памяти в I/O-чиплете Ryzen 3000 как раз оптимизирован для работы с двумя CCD-чиплетами и при подключении одного чиплета полную производительность выдать не может.

Но гораздо большее беспокойство, чем скорость работы памяти, вызывают латентности межъядерного взаимодействия. Кажется, что расположение ядер в различных CCD-чиплетах должно налагать существенный штраф при пересылках данных между ними. Например, латентность при обмене информацией между ядрами, находящимися в разных кристаллах в процессорах Threadripper, в полтора раза выше, чем при пересылках между ядрами разных CCX-комплексов внутри одного кристалла. Однако, как это ни удивительно, подобной проблемы у Ryzen 9 3900X вообще не существует. Здесь межъядерное взаимодействие между ядрами, относящимися к разным CCX-комплексам, приводит к одинаковым задержкам вне зависимости от того, идёт речь про CCX в одном и том же или в различных CCD-чиплетах.

И это – действительно серьёзное достижение. Благодаря централизованной схеме взаимного соединения ядер, многокристальный процессор Ryzen 9 3900X со стороны выглядит как полностью цельное решение. Никаких дополнительных штрафов при межчиплетной коммуникации в нём действительно нет. И следовательно, нет никаких причин для сравнения Ryzen 9 3900X с Threadripper. То, что предлагает AMD на этот раз, – полноценный 12-ядерный процессор, а не сборка из двух шестиядерников в одном корпусе.

⇡#Подробнее о характеристиках Ryzen 9 3900X

В обзоре Ryzen 7 3700X мы сопоставляли его со старшими LGA1151-процессорами Intel. Это было логично, исходя из числа ядер и потоков: Ryzen 7 3700X – восьмиядерный и шестнадцатипоточный CPU, равно как и Core i9-9900K. Однако на самом деле AMD продолжает следовать своему принципу «у нас будет больше ядер за те же деньги, чем у конкурента» и противопоставляет Core i9-9900K совсем другой свой процессор. Рекомендованную стоимость на уровне $499 в новом модельном ряду получил 12-ядерный и 24-поточный Ryzen 9 3900X, и именно он позиционируется в качестве альтернативы для пятисотдолларового восьмиядерника Core i9-9900K.

Уже при простом сопоставлении характеристик Ryzen 9 3900X против Core i9-9900K процессор AMD выглядит очень внушительно. Ведь помимо полуторакратного превосходства в числе ядер и потоков Ryzen 9 3900X может предложить и гигантский L3-кеш суммарным объёмом 64 Мбайт, в то время как в конкурирующем процессоре кеш-память третьего уровня меньше в четыре раза. Кроме того, Ryzen 9 3900X может похвастать официальной поддержкой DDR4-3200 и ускоренного варианта шины PCI Express 4.0.

Единственное, в чём Ryzen 9 3900X пока не смог превзойти процессоры Intel, так это тактовые частоты. Они для 12-ядерника заявлены в диапазоне 3,8-4,6 ГГц, хотя в реальности он будет стремиться приблизиться к его верхней границе за счёт агрессивно настроенной технологии Precision Boost 2. Впрочем, более низкие частоты Ryzen 3000 вполне компенсируются его выдающимся показателем IPC (числом исполняемых за такт инструкций): как мы уже могли убедиться, во многих случаях на одинаковых частотах ядра Zen 2 работают даже быстрее ядер Coffee Lake Refresh.

В итоге, чтобы найти в стане Intel подходящего соперника для Ryzen 9 3900X с таким же числом ядер, нам неминуемо придётся обращаться к тяжеловесной HEDT-платформе LGA2066. Только в её составе есть 12-ядерник Core i9-9920X, но он оценивается в $1 199, то есть в 2,4 раза дороже флагманской новинки AMD, относящейся к массовой платформе Socket AM4. Тут, конечно, можно возразить, что HEDT-платформа предлагает четырёхканальный контроллер памяти и большее количество линий PCI Express, однако такие возможности вряд ли можно отнести к жизненно необходимым для большинства пользователей вещам. И это значит, что Ryzen 9 3900X фактически стирает грань между HEDT и Socket AM4. Благодаря такому подарку от AMD пользователи обычных массовых систем могут теперь получить тот уровень многопоточности, который совсем недавно был доступен только обладателям тяжеловесных и дорогостоящих платформ LGA2066 или Socket TR4.

Давайте посмотрим на характеристики Ryzen 9 3900X подробнее. Среди процессоров потребительского сегмента этот процессор смотрится как пришелец из иного мира. Так получается за счёт наличия увеличенного числа ядер и огромного кеша, а эти характеристики приобретены им благодаря внедрению чиплетного дизайна. Иными словами, правомерно говорить, что Ryzen 9 3900X – яркая демонстрация правильности взятого AMD курса. Инженеры компании «лёгким движением руки» собрали из двух CCD-чиплетов массовый процессор, догнать который по базовым характеристикам Intel в ближайшее время явно не сумеет.

Ещё одна особенность Ryzen 9 3900X – сравнительно неплохие частоты. Обычно процессоры с большим числом ядер получают меньшие тактовые частоты, но в этом случае получилось наоборот. И по номинальной, и по максимальной частоте Ryzen 9 3900X превосходит восьмиядерник Ryzen 7 3700X и даже опережает восьмиядерный Ryzen 7 3800X с точки зрения максимальной частоты. А это значит, что Ryzen 9 3900X будет хорош как в многопоточных приложениях, так и при более простой нагрузке на ограниченное число ядер. То есть данный процессор должен быть универсальным, а не узкоспециализированным решением для рабочих ресурсоёмких нагрузок, за это отвечает технология Precision Boost 2, в агрессивности которой в Ryzen 3000 мы уже убедились.

Посмотрите, например, как распределяются реальные рабочие частоты Ryzen 9 3900X в Cinebench R20 при нагрузке на различное число вычислительных ядер. Минимальные частоты, которые наблюдаются при полной загрузке процессора рендерингом, начинаются от 4,025 ГГц.

А например, при восьмиядерной нагрузке процессор уже способен работать на частоте 4,1 ГГц, то есть как минимум не медленнее, чем Ryzen 7 3700X. При этом в случае загрузки работой небольшого числа ядер Ryzen 9 3900X выходит на частоты выше 4,3-4,4 ГГц.

При знакомстве с Ryzen 7 3700X мы обратили внимание на его высокие рабочие температуры. Ryzen 9 3900X, в котором ядер в полтора раза больше, тоже оказался подвержен этой проблеме, причём даже в большей степени.

Стресс-нагрузка, полученная при помощи утилиты Prime95 29.8, поднимает температуру CPU в номинальном режиме вплоть до 95 градусов (с кулером Noctua NH-U14S), а конвертер питания материнской платы рапортует о потреблении процессором порядка 190 Вт электроэнергии.

Выглядит это несколько ненормально, и нам уже удалось получить неофициальные подтверждения, что в последних версиях BIOS, пришедших для X570-материнских плат перед анонсом Ryzen 3000, технология Precision Boost 2 настроена с сильным завышением допустимых пределов по потреблению и тепловыделению, что автоматически обеспечивает дополнительный прирост рабочих частот. Однако, судя по всему, инициатором такого «разгона из коробки» выступает сама AMD, и непонятно, то ли этот режим теперь станет стандартным, то ли его ввели лишь на время выхода первой волны обзоров, чтобы получить более положительные отзывы в прессе, и впоследствии он будет убран.

⇡#Разгон

Про разгон Ryzen 9 3900X рассказать особо нечего. Тут уже всё сделано до нас. Параметры технологии Precision Boost 2 у 12-ядерника выкручены до предела, и этот процессор работает на максимально возможных при динамическом разгоне частотах без какой-либо дополнительной настройки.

Если же говорить о разгоне статическом, то с установкой напряжения питания 1,2 В оказалось возможным добиться стабильной работы на частоте 4,0 ГГц. К сожалению, процессор сильно греется, и это практически полностью связывает руки при оверклокинге.

Очень сомнительно, что в таком статическом разгоне есть какой-то практический смысл. Технология Precision Boost 2 даже при 100-процентной нагрузке на процессор обеспечивает незначительно более низкую частоту, зато при загрузке работой лишь части ядер она способна обеспечить для Ryzen 9 3900X заметно лучшее быстродействие.