Процессоры Haswell-E
Для производства Haswell-E используется проверенный 22-нм литографический процесс. Добавление пары ядер и дополнительного массива кэш-памяти не могло не сказаться на сложности процессора: полупроводниковый кристалл занимает площадь не менее 355 кв.мм и насчитывает порядка 2,6 млрд. транзисторов. Напомню, что для Ivy Bridge-E соответствующие показатели составляют 257 кв. мм и 1,86 млрд. транзисторов соответственно, тогда как кремниевое ядро четырехъядерных процессоров Haswell состоит из 1,4 млрд. транзисторов и занимает 177 кв. мм.
В максимальной конфигурации процессоры Haswell-Е могут содержать восемь ядер, каждое из которых способно выполнять два потока вычислений, и до 20 МБ кэш-памяти третьего уровня. По сравнению с Ivy Bridge-E микроархитектура новичка получила множество улучшений: были доработаны механизмы выборки и предсказания ветвлений, оптимизирован размер буфера TLB (translation lookaside buffer) кэша L2, улучшено быстродействие диспетчера задач путем добавления двух дополнительных портов ввода-вывода и сокращена латентность при работе аппаратной виртуализации. Блоки обработки векторных инструкций получили поддержку инструкций AVX2, повышающих быстродействие в операциях криптографии и обработки мультимедиа. Кроме того, по сравнению с Ivy Bridge, вдвое увеличилась глубина выборки данных из кэшей L1 и L2 за такт, что может обеспечить прирост производительности новых CPU в некоторых оптимизированных задачах. В отличие от процессоров для платформы LGA1150 Haswell-E не имеет встроенного графического ядра, но преобразователь напряжения точно также находится на полупроводниковом кристалле, что позволяет более точно управлять электропитанием всех узлов процессора. Это дает возможность оптимизировать энергосбережение в моменты простоя и улучшить работу технологии Intel Turbo Boost, которая регулирует тактовую частоту вычислительных модулей в зависимости от уровня потребления электроэнергии.
Помимо флагманского процессора Core i7-5960X продуктовая линейка Haswell-E включает две младшие модификации, спецификации которых представлены в следующей таблице. Вместе с ними приведены технические характеристики актуальных моделей Intel Core i7 в исполнениях LGA1150 и LGA2011.
| Intel Core i7-5960X | Intel Core i7-5930K | Intel Core i7-5820K | Intel Core i7-4960X | Intel Core i7-4930K | Intel Core i7-4820K | Intel Core i7-4790K | Intel Core i7-4770K | |
| Семейство | Haswell-E | Haswell-E | Haswell-E | Ivy Bridge-E | Ivy Bridge-E | Ivy Bridge-E | Haswell | Haswell |
| Разъем | LGA2011-3 | LGA2011-3 | LGA2011-3 | LGA2011 | LGA2011 | LGA2011 | LGA1150 | LGA1150 |
| Техпроцесс CPU, нм | 22 | 22 | 22 | 22 | 22 | 22 | 22 | 22 |
| Число ядер | 8 (16 потоков) | 6 (12 потоков) | 6 (12 потоков) | 6 (12 потоков) | 6 (12 потоков) | 4 (8 потоков) | 4 (8 потоков) | 4 (8 потоков) |
| Номинальная частота, ГГц | 3,0* | 3,5* | 3,3* | 3,6* | 3,4* | 3,7* | 4,0* | 3,5* |
| Частота Turbo Boost, ГГц | 3,5 | 3,7 | 3,6 | 4,0 | 3,9 | 3,9 | 4,4 | 3,9 |
| L1-кеш, Кбайт | 8 x (32+32) | 6 x (32+32) | 6 x (32+32) | 6 x (32+32) | 6 x (32+32) | 4 x (32+32) | 4 x (32+32) | 4 x (32+32) |
| L2-кеш, Кбайт | 8 x 256 | 6 x 256 | 6 x 256 | 6 x 256 | 6 x 256 | 4 x 256 | 4 x 256 | 4 x 256 |
| L3-кеш, Мбайт | 20 | 15 | 15 | 15 | 12 | 10 | 8 | 8 |
| Количество линий PCI-E 3.0 | 40 | 40 | 28 | 40 | 40 | 40 | 16 | 16 |
| Графическое ядро | – | – | – | – | – | – | Intel HD Graphics 4600 | Intel HD Graphics 4600 |
| Частота графического ядра, МГц | – | – | – | – | – | – | 1250 | 1250 |
| Каналов памяти | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 2 | 2 |
| Поддерживаемый тип памяти | DDR4-2133 | DDR4-2133 | DDR4-2133 | DDR3-1333 DDR3-1866 | DDR3-1333 DDR3-1866 | DDR3-1333 DDR3-1866 | DDR3-1333 DDR3-1600 | DDR3-1333 DDR3-1600 |
| Hyper-Threading | + | + | + | + | + | + | + | + |
| AES-NI | + | + | + | + | + | + | + | + |
| TDP, Вт | 140 | 140 | 140 | 130 | 130 | 130 | 88 | 84 |
| Рекомендованная стоимость, $ | 999 | 583 | 389 | 990 | 555 | 310 | 339 | 339 |
Процессоры Intel Core i7-5930K и Core i7-5820K имеют по шесть вычислительных ядер, размер кэша третьего уровня уменьшен до 15 МБ, а для младшей модели дополнительно сокращено до 28 количество линий PCI-E, тогда как в старших модификациях контроллер обеспечивает работу 40 линий PCI Express. По сравнению с предшественниками для Haswell-E значение TDP выросло до 140 Вт, а их тактовые частоты даже несколько снизились. Розничная стоимость флагманской модели установлена на уровне 999 долларов, Core i7-5930K будет стоить не менее $583, а самым выгодным смотрится приобретение младшего Haswell-E: «всего» за 389 долларов можно стать обладателем шестиядерного процессора Intel с широкими возможностями для разгона.
Процессоры Haswell-E не комплектуются кулерами, эффективности которых зачастую хватает лишь для работы в штатном режиме. Вместо этого чипмейкер дает возможность приобрести отдельно компактную необслуживаемую систему водяного охлаждения Intel TS13X, оригинальным изготовителем которой является компания Asetek. Впрочем, зная о посредственном уровне производительности большинства заводских СВО для разгона лучше вооружиться хорошим воздушным кулером.
Платформа LGA2011-3
Процессоры Haswell-E получили поддержку ОЗУ стандарта DDR4 с эффективной тактовой частотой 2133 МГц, которая обеспечивает максимальную пропускную способность 17 064 МБ/c. Модули DIMM DDR4 имеют 288 контактов, их минимальная емкость составляет 2 ГБ, а максимальная — 128 ГБ. Также, оперативная память нового типа получила дополнительный контроль четности на шинах адресов и команд, что повысило ее надежность работы.
В связи с использованием нового типа оперативной памяти Haswell-E получил оригинальный разъем LGA2011-3, который, несмотря на одинаковое количество контактов и схожее конструктивное исполнение, не совместим с процессорами Ivy Bridge-E и Sandy Bridge-E.
В то время как для платформы LGA2011 предлагается системная логика Intel Х79 Express, функциональность которой уже не отвечает современным требованиям, материнские платы для процессоров Haswell-E получили новейший чипсет Intel X99.
Системная логика состоит из единственной микросхемы, выполняющей функции «южного моста», тогда как «северный мост», в состав которого входят диспетчер 40 линий PCI Express 3.0 и четырехканальный контроллер ОЗУ, интегрирован в кристалл центрального процессора. Между собой компоненты чипсета общаются с помощью интерфейса DMI 2.0 с пропускной способностью 20 Гбит/с. Системная логика позволяет подключить десять накопителей с интерфейсом SATA 6 Гбит/с, для работы с разнообразной периферией имеются 14 портов USB 2.0 и шесть USB 3.0, а функционирование плат расширения и дополнительных контроллеров обеспечивают восемь линий PCI-E 2.0. Кроме того, Intel X99 позволяет увеличивать базовую частоту со штатных 100 МГц до 125 МГц, 167МГц и 250 МГц. В итоге, спецификации чипсета вместе с характеристиками системных логик Intel X79 Express и Intel Z97 представлены в следующей таблице:
| Модель | X99 | X79 Express | Z97 |
| Процессорный разъем | LGA2011-3 | LGA2011 | LGA1150 |
| Поддержка процессоров серии K | + | + | + |
| Возможность повышения BCLK | + | + | + |
| Поддержка CrossFireX/SLI | + | + | + |
| Конфигурация PCI-Express 3.0 | x16+x16+x8 x8+x8+x8+x8+x8 |
x16+x16+x8 x16+x8+x8+x8 x16+x8+x8+x4+x4 |
x16 x8+x8 8+x4+x4 |
| Количество линий PCI-Express 2.0 | 8 | 8 | 8 |
| Порты USB | 14 (6х USB3.0, 8x USB2.0) | 14х USB2.0 | 14 (6х USB3.0, 8x USB2.0) |
| Serial ATA | 10x SATA 6Gb/s | 2x SATA 6Gb/s, 4x SATA 3Gb/s | 6x SATA 6Gb/s |
| SATA Express | + | – | + |
| RAID 0/1/5/10 | + | + | + |
| Smart Response | + | – | + |
На момент анонса процессоров Haswell-E ведущие производитель материнских плат представили свои модели, преимущественно верхнего ценового диапазона, но в будущем можно рассчитывать на появление продуктов среднего уровня, которые вместе с младшим Intel Core i7-5820K могут стать отличной основой для мощного игрового ПК или рабочей станции. Процессор Intel Core i7-5960X
Как обычно, в нашу тестовую лабораторию прибыл инженерный образец Intel Core i7-5960X, лишенный какого-либо комплекта поставки. Полупроводниковый кристалл Haswell-E накрыт металлической крышкой, которая совсем не похожа на те, что применяются на процессорах в исполнении LGA2011. Что касается типа термоинтерфейса, используемого между теплораспределителем и кремниевым ядром, то официальной информации по этому поводу нет, но есть надежда, что для продукта из серии Extreme Edition чипмейкер применил материал с высокой теплопроводностью.
С обратной стороны процессоры отличаются расположением контактных площадок и набором вспомогательных компонентов, а механические ключи не позволят установить Haswell-E в разъем LGA2011 и наоборот.
Диагностические утилиты безошибочно определяют технические характеристики Core i7-5960X, в составе которого работают восемь ядер, выполняющие при поддержке Hyper Threading одновременно 16 вычислительных потоков. Согласно спецификациям штатная тактовая частота процессора составляет 3000 МГц, но благодаря технологии Intel Turbo Boost большую часть времени старший Haswell-Е функционирует в режиме 3300 МГц с напряжением 0,938 В, тогда как кольцевая шина всегда работает на частоте 3000 МГц. При работе приложений, не оптимизированных для многопоточного вычисления, процессор разгоняется до 3500 МГц, а напряжение незначительно повышается до 0,943 В.
В моменты простоя функция EIST снижает тактовую частоту процессорных ядер и кольцевой шины до 1200 МГц при одновременном уменьшении Vcore до 0,681 В, что обеспечивает экономию электроэнергии.
Как и следовало ожидать, разгон Intel Core i7-5960X оказался весьма непростой задачей. На ряду с возросшим энергопотреблением, которое накладывает жесткие требования к эффективности VRM системных плат, была отмечена очень высокая температура вычислительных ядер при относительно небольшом напряжении Vcore. Этот факт может служить косвенным признаком, что в качестве термоинтерфейса в новых процессорах используется отнюдь не припой, а в лучшем случае материал NGPTIM (Next-Generation Polymer Thermal Interface Material), появившийся в в Devil's Canyon. В итоге, после многочисленных экспериментов тактовая частота Core i7-5960X была увеличена до 4200 МГц, в то время как кольцевая шина функционировала в режиме 3500 МГц. Для этого соответствующие напряжения были увеличены до 1,2 В, а на вход iVR подавалось 1,8 В. Небольшому разгону подверглась и подсистема ОЗУ, для которой вместо штатной работы на частоте 2133 МГц с таймингами 15-15-15-36-2Т был задан режим 2400 МГц с задержками 16-16-16-37-2Т.
C такими настройками система проходила полный цикл бенчмарков, а также длительный стресс-тест в программе LinX 0.6.5. При этом температура самого горячего ядра легко достигала 95° C, а сам процессор балансировал на грани включения режима пропуска тактов. Остается надеяться, что нам попался неудачный экземпляр и в розничных образцах ситуация с разгоном будет куда лучше. В противном случае, скальпирование «камня» стоимостью около 1000 долларов — занятие не для слабонервных. Тестовый стенд
Тестирование быстродействия и разгонного потенциала процессора Intel Core i7-5960X проходило в составе следующего набора комплектующих:
- материнская плата: MSI X99S Gaming 7 (Intel X99, ATX, UEFI Setup H.13 от 26.08.2014);
- кулер: Noctua NH-D15 (вентилятор NF-A15 PWM, 140 мм, 1300 об/мин);
- термопаста: Noctua NT-H1;
- оперативная память: Crucial CT4K8G4DFD8213 (4x8 ГБ, DDR4-2133, CL15-15-15-36-2T);
- видеокарта: MSI N770 TF 2GD5/OC (GeForce GTX 770);
- накопитель: Kingston HyperХ SSD 120GB (120 ГБ, SATA 6Gb/s);
- блок питания: Seasonic X-650 (650 Вт).
- материнская плата: ASUS Rampage IV Black Edition (Intel X79 Express, ATX, UEFI Setup 0602 от 12.03.2014);
- кулер: Noctua NH-D15 (вентилятор NF-A15 PWM, 140 мм, 1300 об/мин);
- термопаста: Noctua NT-H1;
- оперативная память: Kingston KHX24C11X3K4/16X (4x4 ГБ, DDR3-2400, CL11-13-13-30);
- видеокарта: MSI N770 TF 2GD5/OC (GeForce GTX 770);
- накопитель: Kingston HyperХ SSD 120GB (120 ГБ, SATA 6Gb/s);
- блок питания: Seasonic X-650 (650 Вт).
- материнская плата: ASUS Maximus IV Hero (Intel Z97, ATX, UEFI Setup 1002 от 16.06.2014);
- кулер: Noctua NH-D15 (вентилятор NF-A15 PWM, 140 мм, 1300 об/мин);
- термопаста: Noctua NT-H1;
- оперативная память: G.Skill TridentX F3-2400C10D-8GTX (2x4 ГБ, DDR3-2400, CL10-12-12-31);
- видеокарта: MSI N770 TF 2GD5/OC (GeForce GTX 770);
- накопитель: Kingston HyperХ SSD 120GB (120 ГБ, SATA 6Gb/s);
- блок питания: Seasonic X-650 (650 Вт).
| Core i7-5960X | Core i7-5960X OC | Core i7-4960X | Core i7-4960X OC | Core i7-4770K | Core i7-4770K OC | |
| Частота CPU, МГц | 3000 | 4200 | 3600 | 4500 | 3400 | 4500 |
| Напряжение Vcore, В | 0,938 | 1,2 | 1,184 | 1,35 | 1,024 | 1,35 |
| Частота ОЗУ, МГц | 2133 | 2400 | 1600 | 2400 | 1600 | 2400 |
| Тайминги | 15-15-15-36-2Т | 16-16-16-37-2T | 9-9-9-24-1T | 11-13-13-30-2Т | 9-9-9-24-1T | 10-12-12-31-1T |
Для оценки производительности использовался следующий набор программного обеспечения:
- AIDA64 4.60.3129 (Cache & Memory benchmark);
- SuperPI XS 1.5;
- wPrime Benchmark 2.10;
- Futuremark PCMark 8 v2.0.2028
- Adobe Photoshop CS5 (Retouch Artist Benchmark);
- Cinebench R11,5 (64bit);
- TrueCrypt 7.1a (встроенный тест);
- WinRAR 5.2 x64 (встроенный тест);
- x264 HD Benchmark v5.0;
- Futuremark 3DMark v 1.3.708;
- Batman: Arkham City;
- Hitman: Absolution;
- F1 2012;
- Metro: Last Light;
- Sleeping Dogs;
- Total War: Rome II.
Результаты тестирования
Синтетические бенчмарки
В штатном режиме использование высокоскоростной памяти DDR4 приносит Haswell-E победу в подтестах чтения и копирования, тогда как при записи результаты Core i7-5960X находятся на одном уровне с Core i7-4960X, который работает с четырехканальной памятью DDR3, функционирующей на частоте 1600 МГц. Кроме того, контроллер ОЗУ новичка демонстрирует наибольшую латентность. В разгоне, когда подсистема ОЗУ всех трех тестовых стендов работает на одинаковой частоте 2400 МГц, в сценарии чтения оба процессора Extreme edition показывают одинаковые результаты, при копировании наблюдается небольшое преимущество платформы LGA2011-3 и лишь в тестах записи Core i7-5960X уверенно опережает старший Ivy Bridge-E. Что касается подсистемы ОЗУ Core i7-4770K, то двухканальный контроллер Haswell демонстрирует наименьшую латентность, но заметно отстает от соперников во всех остальных подтестах.
Тестирование в программе SuperPI XS 1.5 позволяет оценить эффективность выполнения однопоточных арифметических задач. В данной дисциплине преимущество на стороне четырехъядерного Haswell, который как в номинальном режиме, так и после разгона работает на большей, чем Core i7-5960X тактовой частоте. Из-за меньшей удельной производительности вычислительных ядер Ivy Bridge-E отстаёт от Core i7-4770K, но за счет преимущества в частоте немного опережает новичка. В то же время, синтетический бенчмарк wPrime отлично оптимизирован для многопоточного вычисления, поэтому, в нем восьмиядерный Haswell-E не имеет конкурентов.
Измерение быстродействия в комплексном тестовом пакете Futuremark PCMark 8 позволяет спрогнозировать уровень продуктивности тестовых стендов при выполнении типичных повседневных задач. Во всех без исключения подтестах лучшие результаты показывает Core i7-5960X, очевидно, сказывается оптимизация бенчмарка для многопоточного вычисления. Второе место достается четырехъядерному Haswell, но только в штатном режиме, тогда как после разгона его опережает Core i7-4960X.
Прикладное ПО
Для оценки быстродействия конкурсантов в графическом редакторе Adobe Photoshop CS5 использовался сценарий Retouch Artist Benchmark, включающий множество манипуляций с изображением и наложение разнообразных фильтров. Результаты Core i7-5960X в данной дисциплине просто великолепны: новичок двое быстрее Core i7-4960X и почти в три раза опережает Core i7-4770К! Очевидно, сказывается гигантский объем кэш-памяти третьего уровня у старшего Haswell-E.
Построение трехмерных изображений с использованием профессионального движка CINEMA 4D силами центрального процессора позволяет задействовать все доступные вычислительные ядра, что обеспечивает уверенную победу героя сегодняшнего тестирования. Скромному Core i7-4770К не по силам бороться с «монстрами» из семейства Extreme Edition, а шестиядерный Ivy Bridge-E только после разгона может соперничать с Core i7-5960X, работающем в штатном режиме. Зато при анимации с использованием API OpenGL четырехъядерный процессор в исполнении LGA1150 без труда расправляется с Haswell-E за счет большей тактовой частоты, а последнее место достается Core i7-4960X, очевидно, из-за плохой оптимизации теста для микроархитектуры Ivy Bridge.
Все три процессора поддерживают аппаратное шифрование AES, поэтому, результаты тестирования в программе TrueCrypt 7.1a определяются количеством вычислительных ядер и их частотой. Как говорится, комментарии излишни!
Сжатие данных — весьма ресурсоемкая задача, которая, к тому же, отлично подходит для многопоточного вычисления. Именно поэтому в архиваторе WinRAR версии 5.2 безоговорочная победа достается Core i7-5960X, который на 25% опережает шестиядерный Ivy Bridge-E, и оказывается вдвое быстрее Core i7-4770К.
Преобразование видео формата Full HD с помощью кодека H.264, который оптимизирован для выполнения на многоядерных процессорах, в очередной раз демонстрирует неоспоримое преимущество старшего Haswell-E. Даже после разгона соперники не могут приблизиться к результатам Core i7-5960X.
Тестирование в 3D-играх
Прежде чем приступить к измерению fps в игровых приложениях был выполнен цикл тестов в полусинтетическом бенчмарке Futuremark 3DMark. Во всех без исключения сценариях новичок одержал победу, что говорит об отличном быстродействии графической подсистемы, а преимущество над соперниками обеспечивают лучшие результаты в подтестах моделирования физики. Что ж, тем интереснее взглянуть на результаты в реальных игровых приложениях.
Движки шутера Batman: Arkham City и гоночного симулятора F1 2012 имеют хорошую оптимизацию под многоядерные процессоры, поэтому, Core i7-5960X демонстрирует наибольшую частоту смены кадров. Аналогичное поведение можно наблюдать и в игровых проектах Hitman: Absolution и Total War: Rome II, правда, разница между участниками уже не столь велика. В популярном отечественном шутере Metro: Last Light и экшене Sleeping Dogs оба процессора с микроархитектурой Haswell немного опережают Core i7-4960X, тогда как разница между Core i7-5960X и Core i7-4770К редко превышает 1–2 fps.
Энергопотребление
Для оценки энергоэффективности тестовых стендов использовался прибор Basetech Cost Control 3000, с помощью которого было измерено среднее потребление электроэнергии «от розетки» при отсутствии нагрузки, а также пиковые значения потребляемой мощности во время прохождения стресс-теста LinX 0.6.5.
В штатном режиме при простое старший процессор Haswell-E показал заметно меньшее, чем Core i7-4960X, потребление электроэнергии, хотя, до результатов платформы LGA1150 ему все-таки далеко. Настоящим сюрпризом стал тот факт, что в нагрузке Core i7-5960X оказался даже экономичнее, чем шестиядерный Ivy Bridge-E, хотя TDP последнего на целых 10 Вт меньше. Что касается разгона, то здесь новичок установил своеобразный «антирекорд» энергоэффективности, оказавшись на 86 Вт прожорливее, чем Core i7-4960X. Интересно выглядят результаты измерения для Core i7-4770K, который по части энергопотребления почти догнал шестиядерный Core i7-4960X.
Выводы
Выпуская процессоры Extreme Edition, компания Intel всегда демонстрировала весь технологический потенциал и самые передовые технологии, которые имеются в арсенале чипмейкера. Так произошло и на этот раз. Внедрение прогрессивной микроархитектуры Haswell-E вместе с увеличением количества вычислительных ядер и объема кэш-памяти третьего уровня, а также переход на быструю ОЗУ стандарта DDR4 позволили процессору Core i7-5960X опередить флагмана предыдущего поколения Core i7-4960X в среднем на 20%, даже несмотря на значительное преимущество последнего в таковой частоте. Кроме того, перенос регулятора напряжения на полупроводниковый кристалл процессора позволил заметно улучшить энергоэффективность новичка в сравнении с предшественником. Однако неприятной новостью стала несовместимость процессоров Haswell-E с инфраструктурой LGA2011, зато, использование в новой платформе системной логики Intel X99 вывело возможности расширения материнских плат LGA2011-3 на самый современный уровень. Что касается разгонного потенциала, то в этой части Core i7-5960X немного разочаровал высокими температурами вычислительных ядер. Неужели производитель снова сэкономил на термоинтерфейсе между полупроводниковым кристаллом и металлической крышкой, применив вместо припоя композитный материал сомнительной эффективности? Ответ на это вопрос мы надеемся получить несколько позже, а пока факт остается фактом. Но, несмотря на все перипетии тактовую частоту новейшего Intel Extreme Edition удалось увеличить почти на 1 ГГц, что позволило нарастить и без того высочайшее быстродействие еще на 15%.
Таким образом, Core i7-5960X вправе носить почетное звание «Самого быстрого процессора для настольных систем», но при всех своих преимуществах он, увы, останется недоступным подавляющему большинству пользователей из-за своей астрономической стоимости. Зато младший Haswell-E — Core i7-5820K вместе с качественной недорогой материнской платой LGA2011-3 может стать новым эталоном быстродействия среди энтузиастов, геймеров и любителей разгона.