Обзор и тестирование процессора AMD Ryzen 5 1600X. Часть 1 – THG.RU

Обзор процессора AMD Ryzen 5 1600X | Введение

Атаку на десктопные процессоры класса high-end в AMD начали с выпуска серии Ryzen 7. И хотя седьмое семейство продемонстрировало вероломный ценник и впечатляющую производительность в многопоточных приложениях для рабочих станций (особенно по сравнению с Intel Core i7 на базе Broadwell-E), реализованная в них конфигурация 8 ядер/16 потоков оказалась недостаточно востребованной многими популярными программами, в том числе и играми. Частота кадров ниже ожидаемой, особенно в низких разрешениях, заставила многих представителей технологической прессы задуматься над судьбой этой архитектуры. Однако даже если у Ryzen 5 была бы та же проблема, более доступные цены и неизменное преимущество по числу ядер позволили бы AMD жёстко конкурировать на рынке более массовых платформы.

Как и у Ryzen 7, у процессоров Ryzen 5 нет встроенного графического контроллера. Это значит, что они обречены попасть в персональные компьютеры с дискретными видеокартами, поэтому они прекрасно подготовлены для игрового рынка. Все транзисторы в этом чипе распределены между ядрами, кэшем, связью и коммуникациями, что позволяет Ryzen 5 бросить вызов Core i5 и Core i7 большим объёмом вычислительных ресурсов.

Ryzen 5 1600X стоит ровно столько же, сколько и Intel Core i5-7600K — $249. В этом чипе шесть ядер с поддержкой технологии SMT, способные параллельно обрабатывать 12 потоков. Как и во флагманском Ryzen 7 1800X, в 1600X 16 Мбайт кэш-памяти третьего уровня и 3,6 ГГц базовой частоты, которая может повышаться до 4 ГГц в турборежиме. Термопакет чипа – 95 Вт. В нём предусмотрена точно такая же установка 4,1 ГГц расширенного турборежима eXtended Frequency Range для двух ядер, автоматически активируемая, если такой разгон допускает используемая система охлаждения. Технология XFR позволяет всем ядрам работать на частоте 3,7 ГГц при нагрузках с тяжёлой многопоточностью.

У процессора Intel Core i5-7600K только четыре физических ядра, 6 Мбайт кэша последнего уровня и терпомакет 91 Вт — на фоне Ryzen 5 1600X он выглядит задохликом.

Спецификации

В новой линейке есть ещё один шестиядерный чип Ryzen 5 1600 за $219, который отличается сниженным до 65 Вт термопакетом, базовой частотой 3,4 ГГц с возможность разгона до 3,8 ГГц. Все прочие характеристики, включая 100-мегагерцевый разгон всех и двух ядер XFR, те же, что и у 1600X.

AMD также представила четырёхъядерные Ryzen 5. Чипы с индексами 1500X ($189) и 1400 ($169) потребляют по 65 Вт. Первый работает на базовой частоте 3,5 ГГц с разгоном до 3,7 ГГц, второй — на 3,2 ГГц с разгоном до 3,4 ГГц. Кроме того, в 1500X заложена возможность 200-мегагерцевого разгона в режиме XFR и 16 Мбайт кэша L3, в то время как в 1400-й довольствуется 50-мегагерцевым разгоном и 8 Мбайтами L3. В AMD позиционируют Ryzen 5 1500X как соперника для двухсотдолларового Intel Core i5-7500, и это может стать интересным сражением.

Во всех Ryzen 5 реализован знакомый набор функций, представленных во флагманских Ryzen 7: это и разблокированный множитель во всех чипах модельного ряда, пакет технологий SenseMI, двухканальный контроллер памяти и совместимость с разъёмом AM4. Любой Ryzen 5 можно разогнать на системной плате на базе чипсетов X370 или B350, но мы уверены, что большая часть этих недорогих процессоров будут использоваться на более доступной платформе B350.

Продолжая тему доступности, Ryzen 5 1400 комплектуется кулером AMD Wraith Stealth, а 1600 и 1500X — более производительным Wraith Spire. Старший 1600X продаётся без радиатора и кулера: в AMD предполагают, что большинство энтузиастов воспользуется решением третьих производителей.

Мы подробно описывали микроархитектуру Zen ещё в прошлом году в статье Everything Zen: AMD Presents New Microarchitecture At HotChips (англ.). Семейство Ryzen 5 построено на том же самом кристалле, что и Ryzen 7, то есть на базе тех же самых четырёхъядерных процессорных блоках CCX. Два CCX соединяются с помощью шины Infinity Fabric, которая также отвечает за интерфейс PCI Express и связь с северным мостом системной логики.

При рождении у всех Ryzen 5 восемь физических ядер. Затем AMD отключает некоторые из них — либо из-за производственных дефектов, либо по соображениям распределения выпущенной продукции, что даёт нам шести- и четырёхъядерные чипы. В AMD
подчёркивают, что в Ryzen 5 ядра расположены симметрично, чтобы избежать снижения производительности из-за неравномерного распределения. В шестиядерных моделях в каждом блоке CCX активны три ядра (3 + 3), в четырёхъядерных — два (2 + 2). Каждый блок CCX снабжён 8 Мбайтами кэш-памяти L3, причём вся она полностью задействована на большинстве моделей. Только на четырёхъядерном Ryzen 5 1400 кэш L3 урезан до 8 Мбайт на весь чип.

В результате физического сходства, многие характеристики Ryzen 5 похожи на те, с которыми мы уже сталкивались при тестированиии Ryzen 7. К примеру, Ryzen 5 можно разогнать максимум до 3,9-4,1 ГГц. Это заметно ниже, чем у процессоров Intel семейства Kaby Lake.

У процессоров Ryzen 5 такие же требования к оперативной памяти, как и у Ryzen 7, которые варьируются в зависимости от типа памяти и количества устанавливаемых модулей. Известно, что игровая производительность процессоров AMD масштабируется с пропускной способностью оперативной памяти лучше, чем у чипов Intel, поэтому хорошая память имеет для Ryzen 5 особое значение. Мы уже видели, как оперативно производители материнских плат выпускают обновления BIOS для решения таких проблем, как поддержка разогнанной памяти, но процесс продолжается и некоторые моменты ещё ждут своего решения. К примеру, по нашим измерениям, среднее время загрузки Windows от подачи питания до появления рабочего стола на наших экземплярах Ryzen составило порядка 65 секунд, в то время как системы на чипах Intel делают это примерно за 20 секунд.

В любом случае, теперь дела AMD могут пойти только лучше, особенно с новой линейкой процессоров, рассчитанных на ещё больший круг компьютерных энтузиастов. Станет ли Ryzen 5 лучшим предложением по соотношению цены и производительности, чем Ryzen 7 или отключение ресурсов кристалла потянет эту архитектуру назад? Наш сегодняшний обзор посвящён только модели Ryzen 5 1600X. Впрочем, отчёт о тестировании 1500X уже на подходе (мы даже использовали здесь некоторые из его показателей тепловыделения). В скором времени последуют и обзоры моделей 1600 и 1400.

Обзор процессора AMD Ryzen 5 1600X | Infinity Fabric: благословение и проклятье

Есть много предположений (и масса доказательств) о том, что более скоростная память повышает игровую производительностьб Ryzen. Теория заключается в том, что скорость шины Infinity Fabric связана с тактовой частотой памяти, и результаты наших тестов свидетельствуют о том, что это похоже на правду.

Напомним, что в основу архитектуры Zen положены четырёхядерные процессорные блоки CPU Complex (CCX). Каждый CCX снабжён 16-полосной ассоциативной кэш-памятью L3 объёмом 8 Мбайт, поделенной на четыре части. Каждое ядро в CCX имеет доступ к кэшу с одинаковой средней латентностью. Два CCX образуют восьмиядерный кристалл Ryzen 7 (см. фотографию ниже) и их соединяет шина AMD Infinity Fabric. Оба CCX пользуются общим контроллером памяти. Фактически это два четырёхъядерных процессора, общающихся через выделенную шину: Infinity Fabric — это 256-битная двунаправленная магистраль, на которую также возложена связь с северным мостом и передача трафика PCI Express. Для обеспечения высокого качества обслуживания при работе с такими объёмами данных требуются особо изощрённые методы диспетчеризации. Логично было бы предположить, что шести- и четырёхядерные модели менее нагружены трафиком между блоками CCX, чем восьмиядерные.

Данные, перемещающиеся между модулями CCX, приводят к повышению латентности, поэтому в идеале следует избегать по возможности подобных путешествий. Однако потоки могут принудительно распределяться между CCX, что вызывает потери на локальном кэше L3 каждого из них. Потоки могут также зависеть от данных, обрабатываемых в потоках на соседнем CCX, что также повышает латентность и снижает общую производительность.

В процессорах Intel для тех же целей служит двойная кольцевая шина, которая расположена справа на кристале Broadwell — её подробное описание можно прочитать здесь. При этом она не подвержена подобным проблемам с латентностью благодаря смежной конструкции и двум независимым кольцам. В AMD этого не подтверждали, но мы предполагаем, что Infinity Fabric — однополосная магистраль.

Шина AMD Infinity Fabric выступает ключевым стратегическим преимуществом для компании, поскольку она позволяет выпустить 32-ядерные процессоры Naples, состоящие из четырёх блоков CCX. Эта шина более масштабируема, чем кольцевая шина Intel, латентность которой повышается с каждым дополнительным ядром. Однако у неё тоже есть слабые места (что очевидно). Конструкция Intel может быть ограниченной в плане масштабируемости, однако для решения проблемы они уже используют ячеистую топографию в серверных продуктах Knights Landing. Подозреваем, что что-то подобное мы увидим и в десктопных процессорах Intel следующего поколения.

Обзор процессора AMD Ryzen 5 1600X | Подтверждаем теорию числами

Весьма непросто измерить точную латентность процессорной шины. К счастью, компания SiSoftware недавно выпустила очередную версию теста Sandra Business Platinum, в состав которой вошёл новый бенчмарк эффективности многоядерных процессоров. Эта программа способна измерять межядерную, межмодульную и межчиповую латентность в нескольких различных конфигураций с помощью тестов на многопоточность, многоядерность и однопоточность. Для наших целей мы воспользовались тестом многопоточности с настройками “наилучшей пары”, которые обеспечивают наименьшую латентность.

Прежде всего, мы измерили латентность на процессоре Intel Core i7-7700K с технологией Hyper-Threading, чтобы установить отправную точку для чипов AMD Ryzen с технологией SMT. Результаты процессоров Intel чрезвычайно стабильны — в полной противоположности от Ryzen, которые демонстрировали различные показатели при каждом очередно прогоне теста.

Показатель латентности в пределах ядра измеряет задержку между потоками, которые обрабатываются на одном и том же физическом ядре, в то время как показатель латентности между ядрами отражает латентность между потоками, обрабатываемыми на двух разных физических ядрах. Как видим, с повышением частоты оперативной памяти на неразогнанном Core i7 немного растёт и латентность — всего в пределах 4%. Это по крайней мере частично объясняет тот факт, почему мы не фиксируем взрывного роста производительности процессоров Intel при работе с разогнанной памятью.

После разгона Core i7-7700K до тактовой частоты 5 ГГц мы наблюдаем заметное снижение латентности как в пределах физического ядра, так и между ядрами.

Повторные тесты на неразогнанном Ryzen 5 1600X выявили большую вариативность, поэтому приведённые нами числа представляют собой среднее из двух прогонов. Значения в пределах ядра означают латентность между двумя логическими потоками, обрабатываемыми на одном физическом ядре, и скорость памяти на них не влияет. Измерения между ядрами одного CCX означают латентность между потоками на одном и том же CCX, но на разных ядрах. Здесь мы видим небольшие колебания, но эти значения также в целом не зависят от скорости памяти.

Латентность между ядрами разных CCX — это задержка между потоками, обрабатываемыми на ядрах различных CCX и, как мы видим, здесь возникает большая проблема, связанная с использованием шины Infinity Fabric. Переход на память с более высокой тактовой частотой снижает латентность Infinity Fabric. Удвоение частоты с 1333 до 2666 МТ/с даёт 46% выигрыш в производительности. Однако дальнейшее повышение частоты на 20% до 3200 МТ/с приводит лишь к 4-процентному преимуществу в латентности между ядрами CCX. Кроме того, мы протестировали Ryzen 5 1600X, разогнанный с 3,7 до 4 ГГц, и разгон практически не повлиял на показатели латентности.

Мы также измерили пропускную способность в пределах ядра, и она растёт по мере того, как кэш-память первого уровня заполняют небольшие порции данных. С ростом объёма блоков они занимают кэш уровней L2 и L3 и в конечном счёте встречаются с основной системной памятью — в правой части нашего графика.

Этот короткий эксперимент касается только Ryzen 5 1600X, но мы планируем провести его со всеми доступными сегодня чипами серии Ryzen. Есть множество возможных комбинаций, включая разные настройки SMT и профили энергосбережения, которые способны повлиять на производительность Infinity Fabric. Так что оставайтесь с нами.

Обзор процессора AMD Ryzen 5 1600X | Мы всё ещё не можем измерить производительность кэш-памяти

Во время презентации Ryzen 7 1800X выяснилось, что в AMD не согласны с методикой тестирования скорости кэш-памяти, которая используется в бенчмарках ведущих разработчиков. И это всё ещё так, несмотря на недавние обновления этих утилит. Вот что говорится в справочнике для тестировщиков AMD Ryzen 5:

Несмотря на недавние обновления приложений, общедоступные инструменты для анализа кэш-памяти продолжат выдавать недостоверные результаты при тестировании семейства процессоров AMD Ryzen. Проблема будет непременно изучена, но нам представляется, что эти инструменты используют большие блоки данных, чем доступные объёмы кэш-памяти, и/или непреднамеренно добавляют результаты доступа к ОЗУ к данным кэш-памяти.

На первом графике представлены результаты наших измерений, на второй диаграмме приводятся эталонные данные от AMD. Мы использовали тест латентности кэш-памяти из пакета Sandra, которые выдаёт такие же показатели, как и данные от AMD. Как можно видеть, латентность L1 (крайняя слева) составляет 1,1 нс, задержка кэш-памяти второго уровня — 4,8 нм, а латентность L3 достигает 10,2 нм. Процессор Intel имеет значительное преимущество по этому параметру.

Мы попытались получить результаты, сходные с данными AMD, и с помощью других утилит, но столкнулись с существенными расхождениями в данных о кэш-памяти L2 и L3. Мы приводим собственные данные AMD и ведём переговоры с независимыми разработчиками ПО, чтобы помочь в получении более точных результатов.

Обзор процессора AMD Ryzen 5 1600X | Разгон

Как мы уже упоминали, семейства Ryzen 5 и Ryzen 7 имеют одинаковую конфигурацию кристалла, поэтому мы разгоняли наш экземпляр до тех же самых максимальных значений 3,9-4,1 ГГц. В AMD рекомендуют устанавливать напряжение 1,35 В для долговременного разгона, и хотя там утверждают, что чип может выдержать 1,45 В, такое напряжение может негативно сказаться на его долговечности. В любом случае, напряжение выше номинального не покрывается гарантией на Ryzen, поэтому риск любых повреждений лежит на вас. Это не значит, что в AMD хотят, чтобы вы отказались от попыток улучшить производительность вашего чипа. Они даже предлагают бесплатную загрузку специальной разгонной утилиты AMD Ryzen Master. Её последняя версия более корректно информирует о температуре и не требует включения таймера HPET для точных измерений.

Мы добились стабильной работы в Prime95 на тактовой частоте 4 ГГц при напряжении ядра 1,375 В и автоматической настройкой LLC (калибровки цепей питания). В ходе стресс-тестов в нашей американской лаборатории мы зафиксировали температуру 87°C (в AIDA) с кулером Noctua NH-U12S SE-AM4. Располагая внушительным запасом по температуре, мы попытались преодолеть барьер в 4 ГГц, но нам так и не удалось заставить наш экземпляр работать стабильно на таких частотах.

Производительность процессоров Ryzen хорошо масштабируется с ростом частот оперативной памяти, о чём мы говорили в предыдущих разделах. К сожалению, стабильность разогнанной памяти DDR4 на материнских платах с ранними прошивками оставляет желать лучшего. Впрочем, ситуация улучшается. Мы успешно добились скорости 3200 МТ/с на платах MSI B350 Tomahawk и Asus B350-Plus при помощи XMP-эквивалентов нашей памяти (A-XMP и D.O.C.P. соответственно) с таймингами 14-14-14-34. Чтобы преодолеть барьер в 3200 МТ/с, требуется изменение штатных частот — и на данный момент нам не удалось добиться стабильного разгона выше этого показателя с изменёнными тактовыми частотами.

С теми же XMP-настройками 3200 МТ/с мы разогнали наш экземпляр Core i5-7600 до 5 ГГц при напряжении 1,375 В. При этом мы отключали штатную функцию Enhanced Turbo Boost, позволяющую всем ядрам работать на максимальной тактовой частоте Turbo Boost. Эта технология обеспечивает значительный прирост производительности в некоторых приложениях, она поддерживается почти всеми системными платами и широко распространена. Но мы считаем её читерством, которому не место в обзоре процессора.

Обзор процессора AMD Ryzen 5 1600X | Windows 10 Creators Update

Недавно Microsoft выпустила обновление операционной системы Windows 10 под названием Creators Update (здесь: “обновление для творческих профессий”). Сегодня оно доступно через обычные каналы обновления Windows. До проведения тестов Ryzen 5 1600X оно предлагалось в качестве загрузки для ручной установки, и мы инсталлировали его на все наши системы перед прогоном всех тестовых пакетов.

Самое значительное нововведение в Windows 10 Creators Update — это игровой режим, оптимизирующий производительность графического ускорителя и процессора. В этом режиме улучшается использование ресурсов путем улучшенной диспетчеризации в сочетании с изоляцией и уменьшением числа фоновых задач. Среди прочих плюсов — улучшенная стабильность производительности. Игровой режим включается по умолчанию для всех игр, входящих в “белый список”, но его также можно включить для любых игр для UWP или Win32.

Игровой режим прост в использовании. Выбрав игру, откройте игровую панель сочетанием Win+G и выберите в меню игровой режим. После этого игра будет всегда запускаться в игровом режиме до тех пор, пока вы не отключите эту функцию. Мы зафиксировали выигрыш в несколько FPS в большинстве игр, а также повышенную стабильность фреймрейта. Мы также обновили драйверы для нашей видеокарты GeForce GTX 1080 Founders Edition до версии Nvidia 381.65.

Обзор процессора AMD Ryzen 5 1600X | Тестовая конфигурация

У новой архитектуры AMD есть несколько уникальных характеристик, которые способны повысить частоту кадров в некоторых играх — при условии их поддержки на программном уровне. Заметной слабостью Ryzen 7 на момент его презентации была посредственная производительность в сбалансированном режиме энергосбережения Windows. Однако мы выяснили, что проблема нередко решалась после перехода на высокопроизводительный профиль.

У современных процессоров есть несколько предустановок напряжения и тактовой частоты (P-states), которые могут быть применены к каждому ядру в отдельности. В целях сохранения производительности и одновременного обеспечения экономичности процессор может динамически переключать режимы работы отдельных ядер в зависимости от нагрузки. К сожалению, на выход из режимов пониженного энергопотребления требуется больше времени. Такие переключения могут происходить во время игр, и если во время работы приложения происходит переключение в режим сна, от этого страдает производительность.

Профиль энергосбережения и сбалансированный профиль питания Windows позволяют операционной системе управлять переключениями между состояниями P-states. Такой подход более эффективен, но он приводит к 30-миллисекундной задержке между подачей команды и её выполнением. Переключение на профиль высокой производительности передаёт управлением питанием обратно на уровень процессора. В этом случае современный процессор способен переключаться между режимами за 1 мс, сводя к минимуму потери в производительности.

В AMD разработали сбалансированный режим специально для процессоров Ryzen, управляющий таймерами и пороговыми значениями P-states. Этот режим должен войти в состав драйверов для чипсетов следующего поколения, но его можно скачать и установить уже сегодня. В наших тестах мы использовали высокопроизводительный режим, поскольку он обеспечивает наилучшую частоту кадров, но в AMD утверждают, что их сбалансированный режим также улучшает производительность в нескольких играх.

При тестировании Ryzen 7 мы зафиксировали более высокую производительность в некоторых играх при отключении технологии многопоточности SMT. Мы не считаем это приемлемым способом решения проблемы (пользователь не должен включать и отключать эту функцию в зависимости от приложения), но мы прогнали аналогичные тесты и с Ryzen 5 1600X, чтобы изучить несколько уникальных характеристик.

Тестирование Ryzen 5 1600X проходило в наших немецкой и американской лабораториях. Американская команда проводила игровые тесты, а немецкая измеряла производительность в приложениях для рабочих станций и снимала данные о температуре и питании. В обеих лабораториях использовалась материнская плата MSI B350 Tomahawk.

Если вам интересно, как выглядит и работает немецкая тестовая система Tom’s Hardware, отсылаем вас к статье “Как мы тестируем видеокарты“.

Продолжение обзора процессора AMD Ryzen 5 1600X читайте на сайте THG.ru в ближайшее время.