Тестирование процессора AMD Ryzen 9 3900XT на материнской плате MSI MAG B550 Tomahawk. Потенциал и секреты оптимизации

Около года назад дебютировала линейка первых представителей архитектуры Zen 2. Эти процессоры мгновенно стали фаворитами продаж Mindfactory и других больших ритейлеров, которые публикуют периодически статистику продаж. Процессоры Ryzen 3000 продемонстрировали существенный скачок IPC и подросшие частоты, что позволило им стать впервые полноценной альтернативой процессорам Intel даже в игровых задачах. Это стало первым серьезным звонком для конкурента. Спустя год компании Intel все же удалось представить кое-какой прогресс. Нет, это не была новая архитектура или новый техпроцесс, это был очередной Skylake с двумя дополнительными ядрами. Тем не менее, пользователи выигрыш получили, вся линейка обзавелась дополнительными ядрами за более низкий ценник. Дабы сохранить прямую конкуренцию AMD выпускает Zen 2 «рефреш» для ключевых процессоров с индексом XT, попутно снижая стоимость процессоров с индексом X.

Matisse Refresh включает в себя три модели: 12-ядерный Ryzen 9 3900XT, восьмиядерный Ryzen 7 3800XT и шестиядерный Ryzen 5 3600XT.

Год оптимизации производственных линий TSMC стали фундаментом для новых процессоров.

Они работают на более высоких тактовых частотах, что, казалось, должно благоприятно сказаться на итоговой производительности процессора, но этого не произошло. Во всех обзорах, которые мне удалось рассмотреть, рост производительности или отсутствовал, или даже был ниже, чем у предшественника. Довольное странное явление, которое вызвало ряд вопросов на подобие «а что это было и зачем?». В рамках сегодняшнего материала я поведаю, из-за чего это произошло и как получить даже больше, чем обещала сама AMD.

В качестве платформы для экспериментов я использовал MSI MAG B550 Tomahawk, материнскую плату с огромным потенциалом при меньшей стоимости, чем старшие собратья из семейства X570. Как это оценивалось, также будет рассказано в этом материале.

AMD Ryzen 9 3900XT

Характеристики AMD Ryzen 9 3900XT за исключением частоты не изменились. Перед нами все тот же 3900X, который я обозревал ранее. AMD Ryzen 9 3900XT основан на трёх чиплетах: двух 7-нм восьмиядерных CCD с вычислительными ядрами и одном 12-нм IOD, в котором находится контроллер памяти, Infinity Fabric, контроллеры PCI Express и прочая обвязка.

AMD утверждает, что серия XT построена на 7-нм транзисторах «с определённо лучшими свойствами» по сравнению с транзисторами обычных процессоров Ryzen 3000 с суффиксом X и без. Эти «определенно лучшие свойства» иначе называются образец с высокими статическими токами утечки (High SIDD). Отличительная черта — это более низкое рабочее напряжение для достижения той же самой частоты. При этом они имеют возросшие токи утечки, греются больше и у них напряжение пробоя гораздо ниже.

Как видно из графика, статические токи утечки возросли довольно существенно. И это еще одно объяснение, почему большинство материнских плат на основе чипсета B550 имеют столь внушительный VRM.

Подобный вид кремния очень любит невысокую температуру и, в частности, кастомное водяное охлаждение, поскольку высокая температура запускает цепную реакцию: повышение температуры –> рост токов утечки –> повышение температуры и так далее. То есть, если вы не сможете удержать процессор в пределах 65 градусов, вам придется добавить напряжение, что вызовет дополнительный нагрев. Да, безусловно, цепная реакция ограниченная, но возможна и такая ситуация, когда вы, к примеру, уже имеете 4500 МГц при 1,2 В и чтоб получить 4525 МГц вам придется поднять напряжение, в лучшем случае, до 1,25 В, а в худшем — до 1,3В. В итоге +100 Вт за 25 МГц. Ужасно, не так ли?

Благодаря использованию кремния с высокими статическими токами утечки удалось достичь стабильной частоты в 4,7 ГГц даже для Cinebench R20. Тестовый пакет продемонстрировал невероятный результат в однопоточном режиме.

Многопоток же остался с такой же частотой, равной 4050–4075 МГц, присущей для Ryzen 9 3900X. Выглядит это как минимум странно, поскольку нам обещали транзисторы с «лучшими свойствами». Дабы проверить почему это происходит, я был вынужден использовать для этого обзора еще не реализованный до конца проект ClockTuner for Ryzen.

Если говорить кратко, то данное ПО позволит задействовать все резервы частоты индивидуально для каждой системы без угрозы для самого процессора. Данный «запас» всегда присутствовал и его размеры зависели от банальной лотереи.

Первый эксперимент базировался на напряжении 1,1 В — в нем требовалось разогнать оба процессора до максимальной стабильной частоты, на которой пользователь комфортно сможет как рендерить, так и запускать программы с относительно небольшой AVX-нагрузкой (любые игры, само собой). Результат был впечатляющим.

Процессор AMD Ryzen 9 3900XT обладал невероятным частотным запасом. При рабочем напряжении в 1,1 В вместо 1,26 В удалось получить куда меньшую рабочую температуру и куда большую производительность чем в стоке. Безусловно, 1,1 В это пониженное напряжение, которое зачастую требует особых возможностей от VRM (более низкий КПД преобразователя питания из-за ряда вытекающих физических эффектов). Этот экзамен MSI MAG B550 Tomahawk сдала на отлично.

Второй эксперимент был идентичен первому за исключением используемого напряжения, теперь оно составило 1,2 В.

4525 МГц для лучшего CCX и 4400 МГц для худшего CCX при напряжении 1,2 В. Самое интересное, что даже в этом режиме энергопотребление процессора составило всего 136 Вт (напомню, что стоковый процессор «кушает» 142 Вт), а арифметическая производительность выросла почти на 10%. Это ровно то самое число, которое компании Intel удавалось достигать за три поколения процессоров и три поколения сокетов.

Тем не менее, вся эта вся прелесть оказалась спрятана от пользователей и чтобы раскрыть этот потенциал, потребуется использовать стороннее программное обеспечение. Возможно, вы подумаете, что это попался образец столь успешный, увы, но нет. Тестовая команда CTR располагала более 10-ю процессорами XT, которые имеют схожие SIDD-характеристики и герой нашего материала не является исключением. Почему так произошло? Все довольно просто, каждое новое поколение процессоров проходит определённый ряд «обрядов», связанных с тестированием и моделированием дальнейшего поведения кремнями под влиянием разных факторов. Первоочередной задачей этого масштабного тестирования является определение оптимальных рабочих параметров, которые позволят и удачным и неудачным процессорам выполнять свои задачи. В случае с AMD Ryzen 9 3900XT — ими никто не занимался, единственное, что было сделано, так это измененный частотный предел для одного и двух потоков. Да, это чистого рода маркетинговая война, во главе которой стоит получение красивой частотной циферки. Также стоит учитывать тот факт, что в октябре будет представлен Zen 3 и для него тоже потребуются красивые маркетинговые цифры, которые, в свою очередь, не должны быть испорчены представителями Zen 2 в лице процессоров с суффиксом XT.

Еще один сюрприз, о котором мало кто знает, это то, что XT и «определённо лучшие свойства» — это тоже своего рода маркетинговый ход. Процессоры Ryzen 3000, даже без суффикса X, также базируются на том же самом «особом» кремнии, что и процессоры с суффиксом X и в большинстве случаев они ничем не уступают «рефрешу». Как их найти — просто купить процессор 2020 года производства. В качестве примера я покажу, что может обычный Ryzen 5 3600, который был выпущен в этом году.

Заветные 4500 МГц, как оказалось, довольно легко достижимы.

MSI MAG B550 Tomahawk

Разгон оперативной памяти

Поскольку маркетинговые цифры зачастую далеки от реальных, я получил от пользователей предсказуемый запрос — тестировать каждую материнскую плату на предмет пределов разгона ОЗУ.

Напомню, что MAG B550 Tomahawk использует топологию Daisy Chain и основана на 6-слойной печатной плате, при этом сигнальные трассы ОЗУ имеют дополнительное экранирование, что в свою очередь должно благоприятно сказаться на разгоне. Испытания проводились на том самом AMD Ryzen 9 3900XT.

Были протестированы три варианта. Максимальная частота для двух 8-гигабайтных модулей ОЗУ составила 4400 МГц при CL16.

Двум модулям по 16 Гбайт удалось без проблем покориться 4000 МГц при СL16.

А четырем 16 ГБ модулям — 3600 МГц с CL14.

Интересной находкой оказалось программное ограничение разгона ОЗУ, увеличение частоты на шаг относительно вышеприведённых цифр не давало даже зайти в UEFI. Шаманство с RTT, CAD_BUS и procODT так же не дало результатов. Скорее всего, новые пределы разгона буду разблокированы с процессорами поколения Zen 3, ну а на данный момент текущие результаты достойны похвалы, поскольку перед нами представитель среднего сегмента, на котором довольно просто разгонять ОЗУ.

Еще одна интересная находка — это твикинг настроек контроллера памяти, который добавили с новой AGESA для представителей процессоров XT, а также будущих Zen 3. Тут MSI даже подготовила для пользователей свой собственный пресет.

От включения/выключения результаты не изменялись. Поскольку версия микрокода носит бета-статус, данная функция еще тестируется, но ее уже начали вносить в UEFI некоторые производители материнских плат. В этом плане MSI является пионером, им всегда удавалось радовать дата-майнеров и пользователей свежими прошивками и четкими планами относительно выпуска новых UEFI.

VRM

MSI MAG B550 Tomahawk использует очень мощную подсистему питания. Основана она на базе контроллера Renesas RAA229004 и силовых сборок ISL99360 с рабочими токами до 60 А. Напомню, что данное значение является лабораторным для температуры компонента в 25 градусов. В реальности характеристики силовых элементов в 1,5–2 раза хуже, поскольку пользовательские температуры зоны VRM зачастую колеблются в диапазоне 60–70 градусов.

Характеристики новинки напоминают сборки ISL99227, поэтому воспользуемся данными этих компонентов. Максимальный КПД ISL99360 в 93% достигается при использовании рабочего напряжения 1,2–1,35 В и нагрузки на силовой элемент, равной в 15–17 А.

Если удержать процессор в рамках 85 А, мы получим максимально-энергоэффективный режим работы подсистемы питания в целом, в котором будут также минимальны потери на преобразовании, они составят всего 2 Вт на элемент, что в свою очередь положительно отразится на температуре VRM. То есть мы выходим на текущий проектный TDC процессоров Ryzen 9 3900XT, 3900X и 3950X.

Контроллер Renesas RAA229004 8-ми канальный, но в случае MAG B550 Tomahawk он функционирует в режиме «5+2», этого вполне достаточно чтобы обеспечить любой high-end процессор АМ4 стабильным питанием.

Накрыты силовые элементы массивными алюминиевыми радиаторами без каких-либо пластмассовых вставок, что, безусловно, положительно отражается на их температурном состоянии в высокоинтенсивных режимах работы. Пожалуй, единственным недостатком, который можно найти у MSI MAG B550 Tomahawk — наличие одного 8-контактного разъем питания процессора, хотя и этого за глаза даже для разгона с использованием чиллеров.

Поскольку AMD Ryzen 9 3900XT основан на кремнии с высокими токами утечки это, пожалуй, будет лучшим вариантом для тестирования VRM, поскольку пристрастие к току у него значительно выше, чем у собрата 2019-го года выпуска. Тестовые условия — это 1,275 В, множитель x44 и стресс тест AIDA в режиме FPU (AVX2-числодробилка). Также хочу упомянуть, что для адекватного теста VRM был сделан предварительный 20-минутный прогрев его в том же стресс-пакете.

Пиковое значение EDC составило 245 A, что немного не дотянуло до показателей Threadripper, которые составляют не малых 280 А. В итоге зону VRM удалось прогреть только до впечатляющих 53,5 градусов! Данное значение является лучшим для 200-долларовых материнских плат, при этом позволяет наступать на пятки даже таким дорогим решениям, как ASUS ROG Crosshair VIII.

Load Line Calibration также смогло удивить — в режиме Auto Vdroop составил всего 1% при напряжении в 1,3 В и нагрузке, генерируемой тестовым пакетом Cinebench R20. Режим LLC Auto полностью соответствует режиму LLC 3 и при желании агрессивность компенсации может быть увеличена пользователем еще на 1–2 ступени, но я не рекомендую этого делать, поскольку обратный выброс (спайки) значительно превысит установленное значение VID в UEFI и может повредить процессор.

Тестовый стенд

Тестирование проводилось на следующей конфигурации:

• процессор: AMD Ryzen 9 3900XT;
• материнская плата: MSI MAG B550 Tomahawk (UEFI 7C91vA3);
• охлаждение: EKWB Velocity + EKWB CoolStream PE 360 + EKWB XRES 140 Revo D5 PWM;
• память №1: Corsair Vengeance LPX CMW16GX4M2D3600C18;
• память №2: Corsair Vengeance RGB Pro CMK16GX4M2K4133C19;
• видеокарта: ASUS TUF Gaming X3 Radeon RX 5600 XT EVO;
• накопитель: ADATA XPG Gammix S11 Pro 512 GB;
• блок питания: Corsair HX750i;
• операционная система: Windows 10 x64 2004;
• драйвер для чипсета: AMD Chipset Drivers 2.07;
• драйвер для видеокарты: AMD Radeon Adrenalin Edition 20.8.1.

Тестирование

Поскольку AMD Ryzen 9 3900XT не получил никаких частотных оптимизаций (за исключением однопотока) я не решился делать для него массовое сводное тестирование, но сделал ряд тестов при ручной настройке частот каждого CCX. Напряжение было выставлено на отметке 1,2 В, а частоты составили 4250/4250/4075/4100 МГц для Ryzen 9 3900X и 4450/4475/4375/4325 МГц для Ryzen 9 3900XT соответственно. Это позволило обоим процессорам легко укладываться в базовую спецификацию энергопотребления, при этом быть ощутимо производительнее. Память, разумеется, была при полном параде в режиме 3800С16 (1:1). Тестовые пакеты Y-cruncher и Visual Studio 2019 выступали в качестве представителей смешанной нагрузки. Что из этого вышло — смотрим дальше.

Выводы

AMD Ryzen 9 3900XT оказался довольно специфическим продуктом, который в некоторых тестах мог даже продемонстрировать ухудшение производительности относительно предшественника. Случилось все это из-за отсутствия должного внимания к SMU, поскольку рабочее напряжение не изменилось, а физические свойства кремния — да. Единственным адекватным выходом из этой сложившейся ситуации будет разгон процессора через CCX. В таком случае он сможет продемонстрировать всю мощь от кремния с «улучшенными свойствами» и порадовать пользователя 10% дополнительной математической производительностью, но при этом предъявит не абы какие требования к VRM материнской платы.

К счастью материнские платы на чипсете B550 подоспели весьма вовремя. Они лишены горячего хаба с вентилятором, имеют улучшенный разгонный потенциал DRAM относительно всей массы плат на X570 и самое главное — у них есть весомый запас по питанию. Одной из таких добротных плат является MSI MAG B550 Tomahawk. Возможности данной материнской платы полностью оправдывают свою цену (нынче это редкость) и позволяют заложить серьезный фундамент для будущих процессоров Zen 3, аппетиты которых (по EDC) опять возрастут. А на сегодня все и мы снова встретимся через пару недель тут, с релизом ClockTuner for Ryzen (CTR)!