Разгон Core i7-3770K: учимся идти на компромиссы – THG.RU

Разгон Core i7-3770K | Что это влечёт за собой?

Пониженное энергопотребление, предположительно пониженное выделение тепла, уменьшенный размер кристалла, уменьшенные затраты на производство, всё это характерно для нового 22-нанометровго дизайна Ivy Bridge. Но не привело ли уменьшение техпроцесса к сокращению потенциала для разгона? В нашем первом обзоре новой архитектуры (Обзор Ivy Bridge и Intel Core i7-3770K: максимально подробно) мы выяснили, что разгон новых процессоров оказался не лучше чем у флагманского процессора Core i7-2700K на архитектуре Sandy Bridge с техпроцессом 32 нм. Хотя температура на базовых частотах была низкой, она быстро поднялась, когда мы начали увеличивать напряжение чтобы получить 5 ГГц на воздушном охлаждении.

Разгон: что для этого нужно?

Время переключения транзистора в цифровой схеме зависит от его размера, производственного процесса, компоновки, температуры и рабочего напряжения. Максимальная частота работы чипа зависит от этой задержки и количества логических уровней, которые сигналу приходится преодолевать за один такт. Последний показатель фиксирован и зависит от архитектуры процессора. Поэтому для разгона мы концентрируем наше внимание на том, как уровень напряжения влияет на задержку транзистора. Более высокое напряжение может сократить задержку, но при этом увеличить энергопотребление. Увеличение тактовой частоты также повышает динамическое энергопотребление за единицу времени, а это, в свою очередь, повышает энергопотребление цепи, что приводит к увеличению температуры чипа.

Оба эффекта вместе объясняют, почему разгон с увеличенным напряжением CPU повышает потребление электроэнергии и тепловыделение, и почему охлаждение разогнанного процессора может стать затруднительным. Как и в спорте, вытянуть последние несколько очков – самая трудная задача.

Производители CPU стараются предохраняться от необдуманного разгона, который могут сделать неопытные пользователи (и безответственные сборщики систем). Несколько лет назад AMD и Intel начали поставки процессоров с заблокированным множителем, а для разгона выпускают более продвинутые модели.

В случае процессоров Intel серии K на архитектуре Ivy Bridge, самый высокий множитель CPU был увеличен до 63x (с 57x на Sandy Bridge), что в теории может обеспечить частоту 6,3 ГГц, если не затрагивать BCLK 100 МГц. Чтобы получить больше, необходимо изменить базовую частоту, что довольно тяжело. Выше показателя 110 МГц большинство систем теряют стабильность. Как бы там ни было, для охлаждения вам понадобится более продвинутый кулер. В реальности, предельные частоты для архитектуры вы, скорее всего, увидите только в соревнованиях по разгону и в видеороликах на YouTube.

Разгон: ожидания

В прошлом уменьшение производственного техпроцессора увеличивало разгонный потенциал. Маленькие транзисторы требовали более низкого напряжения и потребляли меньше энергии, что обычно проявлялось в увеличенных показателях разгона. Процессоры Intel серии К на базе архитектуры Sandy Bridge с лёгкостью достигали 4,3-4,6 ГГц с помощью воздушных кулеров, а иногда и больше. Исходя их этого, от Ivy Bridge мы ожидали цифру ближе к 5 ГГц (как и многие другие энтузиасты).

Однако этого не случилось, несмотря на множество экспериментов в различных странах и на различных образцах процессоров. Но мы также получали сообщения, что чипы Intel с техпроцессом 22 нм можно разогнать до рекордных показателей с помощью более экстремальных систем охлаждения при использовании жидкого азота.

Понимая, что жидкий азот применяется в единичных случаях для установки рекордов, мы намерены получить максимальный разгон с помощью традиционного воздушного охлаждения, при этом мы будем обсуждать причины ограничений архитектуры Ivy Bridge.

Разгон Core i7-3770K | Справляемся с температурой

Наши образцы Core i7-3770K и Core i7-2600K работают на очень близких частотах. Номинальная частота CPU на базе Ivy Bridge составляет 3,5 ГГц и может повышаться до 3,9 ГГц при одном активном ядре с помощью функции Turbo Boost, если позволяет тепловой запас. Это совпадает с показателями флагманского процессора у Sandy Bridge – Core i7-2700K. К сожалению, образец Core i7-2700K есть только в нашей американской лаборатории, а немецкая команда будет тестировать Core i7-2600K, работающий на частоте 3,4 ГГц, которую Turbo Boost может повысить до 3,8 ГГц.

Первые успехи в разгоне

Об этом говорят не часто, но каждый оверклокер должен признать, что Intel позволяет процессорам Ivy Bridge серии K изменять множитель во время работы. Поэтому необходимость перезагрузки после каждой модификации отпадает. Чипы AMD уже используют такую возможность, и Intel наконец в этом их догнала. С помощью хорошо спроектированной утилиты Intel Extreme Tuning Utility мы можем настраивать наш процессор Core i7-3770K прямо в Windows.

С помощью Extreme Tuning Utility очень удобно разгонять процессоры на материнских платах Intel

Мы с лёгкостью разогнали Core i7-3770K выше 4 ГГц. По сути, получить 4,6 ГГц тоже было не сложно. Затем мы столкнулись с первыми угрозами стабильности и попытались решить их с помощью повышения напряжения ядра.

Сброс на высокой таковой частоте

Продолжая увеличивать разгон независимо от того, использовали ли мы более высокое напряжение ядра или нет, кое-что нас огорчило: на подходе к 4,5 ГГц наш процессор Core i7-3770K начал включать температурный троттлинг. То есть начинает пропускать такты, чтобы понизить температуру. Другими словами, наш разогнанный Core i7-3770K уже работает при слишком высокой температуре даже на настройках напряжения по умолчанию.

По данным утилиты Core Temp 1.0 RC3 температура внутри процессора Core i7-3770K достигает 90-100°C при разгоне до 4,5 ГГц. Не удивительно, что температурный монитор чипа включает троттлинг. В итоге эффективная частота чипа составляет приблизительно 3,5 ГГц, что соответствует его номиналу.

Для сравнения давайте посмотрим на показатели Core Temp процессоров на архитектуре Sandy Bridge и Sandy Bridge-E.

Процессор Core i7-2600K с техпроцессом 32 нм также оказался довольно горячим в таких же тестовых условиях. Однако каждое ядро осталось ниже уровня 90°C. В результате, система стабильно работала при разгоне до частоты 4,8 ГГц. Это, между прочим, на 300 МГц больше чем у нового чипа на Ivy Bridge!

Даже шестиядерный процессор Core i7-3960X (Sandy Bridge-E, у которого более 2,2 миллиарда транзисторов) демонстрирует более низкие показатели температуры. Ни одно из шести ядер не перешагивает за 81°C притом, что частота чипа 4,7 ГГц.

Мы хотим поделиться с вами некоторыми наблюдениями, которые помогут объяснить, что происходит.

Разгон Core i7-3770K | Выше напряжение – выше температура

Наши тесты говорят о том, что на одинаковых частотах процессоры Sandy Bridge с техпроцессом 32 нм нагреваются меньше, чем чипы Ivy Bridge с техпроцессом 22 нм. В результате Core i7-3770K быстрее сбрасывает повышенную частоту, чтобы защитить целостность CPU, сводя к нулю наши попытки разгона. Увеличение напряжения ядра тоже не поощряется, так как это только усугубляет ситуацию.

Таким образом, троттлинг можно обойти, если получить целевую частоту при наиболее низком напряжении ядра. Тем не менее, напряжение должно быть достаточно высоким, чтобы транзисторы работали стабильно. Бытующее мнение, что увеличение напряжения обеспечивает более высокую частоту, с чипами на базе Ivy Bridge не работает. После включения троттлинга, средняя тактовая частота падает до 3,6 ГГц. Это существенное понижение по сравнению целевой частотой 4,6 ГГц.

Мы думаем, что наиболее успешный разгон процессоров Ivy Bridge вы получите, если будете как можно ближе придерживаться рекомендуемых настроек напряжения CPU или же установите мощную систему охлаждения, чтобы справиться с повышенной температурой, вызванной более агрессивными настройками напряжения. На 4,6 ГГц необходимые для стабильно работы настройки напряжения быстро приводят к включению троттлинга, поэтому мы вынуждены остановиться на частоте 4,5 ГГц при поднятии напряжения ядра на 70 мВ, чтобы стабильно провести все бенчмарки.

Как и в нашем первом обзоре новой архитектуры, частота 4,5 ГГц оказалась наиболее стабильной, и на таком уровне у нас не возникало проблем. Было не сложно увеличить этот показатель до 4,7 ГГц (а на одном из образцов даже до 4,9 ГГц), но в некоторых тестах система постоянно давала сбой.

Разгон Core i7-3770K | Разбираемся в проблемах с разгоном Ivy Bridge

Почему процессоры Ivy Bridge ведут себя таким образом? Почему процессоры Sandy Bridge остаются более холодными даже при более высоких частотах и параметрах напряжения? Может быть, это серьёзная промашка Intel? Мы так не думаем, давайте рассмотрим факторы, которые заставили нас в этом сомневаться.

Больше тепла на квадратный миллиметр

Процессор Core i7-3770K имеет 1,4 миллиарда транзисторов на кристалле площадью 160 мм². Площадь кристалла Sandy Bridge составляет 216 мм², и на нём расположено 995 миллионов транзисторов. Сравнивая их нужно учесть, что графический движок HD Graphics 4000 занимает более трети всего кристалла Ivy Bridge. На Sandy Bridge HD Graphics 3000 занимал примерно четверть всего пространства. В общей сложности, площадь процессора сократилась почти на 40%.

Теперь давайте сравним площадь процессора без графических ресурсов:

• Ivy Bridge: ~105 мм²
• Sandy Bridge: ~160 мм²

TDP процессора Core i7-2600K на базе Sandy Bridge составляет 95 Вт, а у Core i7-3770K – 77 Вт. Теперь мы начинаем понимать, что из-за разгона меньший кристалл Ivy Bridge излучает столько же тепла на квадратный миллиметр, что и Sandy Bridge. Естественно это влияет на то, какую от Ivy Bridge можно ожидать частоту сверх Sandy Bridge.

Новая технология транзисторов

Нужно учесть ещё один компонент, а именно новые транзисторы tri-gate. Как заявляет Intel, при обычном использовании они потребляют на 50% меньше электроэнергии, чем традиционные транзисторы, поскольку их трёхмерная структура, состоящая из одного горизонтального и двух вертикальных затворов, эффективно увеличивает полевой эффект затвора, что резко понижает токи утечки.

В данном случае мы бы хотели сделать ударение на фразе “при обычном использовании”, поскольку, чем выше разгон, тем мы дальше от нормальных условий. Мы действительно можем подтвердить снижение мощности для типичного использования (дождитесь тестов), однако на данный момент не совсем понятно, как эти транзисторы ведут себя на гораздо более высоких частотах. Может быть, они просто ещё не оптимизированы для скоростей, характерных для разогнанного чипа. Возможно, необходимо дождаться последователя Ivy Bridge – архитектуры Haswell, тогда мы узнаем, можно ли расширить пределы 22-нанометрового техпроцесса.

22 нм Ivy Bridge: если не считать GPU, то по сравнению с Sandy Bridge 32 нм, площадь CPU сократилась более чем на половину прежнего размера

Распределение тепла

Увеличение плотности транзисторов и новая технология вполне могут быть ответственны за повышенную температуру. Но мы и прежде видели такое, и каждый раз, технологии охлаждения и упаковки справлялись с результатами. Что же может сдерживать Ivy Bridge? Возможно тот факт, что Intel решила использовать термопасту вместо обычного припоя между кристаллом CPU и теплораспределительной крышкой.

С помощью ножа для бумаги (мы не рекомендуем делать этого дома), автор статьи отделил крышку от чипа и заменил термопасту, которую использовали инженеры Intel, поочередно на две другие – OCZ Freeze Extreme и Coollaboratory Liquid Pro. Паста OCZ позволила разогнать процессор до 4,9 ГГц при напряжении 1,55 В, а паста Coollaboratory обеспечила стабильную частоту в 5,0 ГГц. Такие показатели были получены с воздушным кулером, хотя автор не использовал стандартный, взяв вместо этого Thermalright Silver Arrow SB-E (от редактора: эта информация взята с сайта Impress PC Watch и переведена через Google Translate). Мы считаем, что именно это решение виновно в повышенной температуре, особенно если учесть, что исследователи из Impress PC Watch смогли увеличить эффективность охлаждение на 20%.

Разгон Core i7-3770K | Практический совет: Sandy Bridge или Ivy Bridge?

Мы выяснили, что Ivy Bridge рассеивает тепло с меньшего, чем у Sandy Bridge, кристалла и, затем, использует менее эффективную технологию для передачи его на теплоотводную крышку. Когда нагружаются четыре ядра разогнанного процессора, температура возрастает так быстро, что монитор температуры процессора сразу включает троттлинг, и мы даже не успеваем сделать скриншот в Core Temp. Скачок действительно впечатляет, от режима бездействия до температуры, при которой включается троттлинг, проходит меньше секунды. И чтобы получить скриншот нам пришлось использовать скрипт.

Избавляемся от лишнего тепла

В ходе исследования мы выяснили одно препятствие, которые не позволяет получить более высокие тактовые частоты на процессорах Ivy Bridge, а именно, подсистема охлаждения, которая должна работать эффективно и без задержек. С воздушным кулером троттлинг включается до того как вентилятор успевает раскрутиться. Мы не можем позволить себе испортить чипы, снимая с них крышку, и не рекомендуем этого делать остальным. Но мы можем посоветовать использовать систему жидкостного охлаждения с замкнутым циклом. Конечно, экстремалы могут использовать и более продвинутые технологии.

Платформа X79 с водяным охлаждением

Рекомендации

Без всяких колебаний мы можем заявить, что процессоры Ivy Bridge с воздушным охлаждением нельзя разогнать сильнее, чем модели на архитектуре Sandy Bridge. Это следует принять к вниманию оверклокерам, которые охотятся за последними и лучшими в разгоне процессорами с целью получить высокие показатели тактовой частоты. Вероятно, даже в свете новой архитектуры Ivy Bridge, чипы на базе Sandy Bridge всё ещё являются лучшим вариантом.

Если масштабируемость для вас не важна, то естественно вам подойдёт процессор Ivy Bridge. Если рассматривать две архитектуры в контексте одинаковой частоты, то производительность на такт новых чипов на несколько процентов выше. Не забывайте, что CPU на архитектуре Ivy Bridge, работающий на частоте 4,5 ГГц, обходит модели на Sandy Bridge с чуть большей частотой. Если ограничиться разгоном Core i7-3770K до 4,2-4,3 ГГц, то ваш процессор будет работать гораздо стабильнее. Проблем с температурой не будет, а производительность останется на высоком уровне. С другой стороны, такая система будет не особо быстрее, чем при работе на базовых частотах.

Разгон Core i7-3770K | Конфигурация и тесты

Для наших тестов мы настроили каждую систему на максимально возможную тактовую частоту при условии стабильной работы. Для охлаждения процессора мы использовали воздушный кулер Freezer 13 от Arctic Cooling. Для справедливости сравнения на всех системах мы установили память DDR3-1600. Несмотря на то, что более быстрая память могла бы добавить несколько очков в некоторых тестах, в целом она не сильно влияет на производительность разогнанного CPU.

Разгон Core i7-3770K | Результаты тестов

Профессиональные приложения

3ds Max использует все доступные ядра процессора. И хотя в архитектуре Ivy Bridge были сделаны некоторые усовершенствования IPC по сравнению с Sandy Bridge, более высокий разгон предшествующей архитектуры обеспечивает более высокий уровень производительности. В то же время, два дополнительных ядра процессора на Sandy Bridge-E обеспечивают ему ещё большую скорость в этой задаче, несмотря на более низкую тактовую частоту.

Такую же ситуацию мы наблюдаем в FineReader в тесте по распознаванию текста. Процессор Ivy Bridge с частотой 4,5 ГГц не может угнаться за Core i7-2600K с частотой 4,8 ГГц. Однако Core i7-3960X превосходит обе модели.

Похожая тенденция проявляется в Blender. Ivy Bridge снова заканчивает на последнем месте, причём разогнанный Core i7-3960X значительно обгоняет двух соперников.

Adobe CS 5.5

Тут картина повторяется. Sandy Bridge-E во всех трёх тестах занимает первое место, затем следует процессор на архитектуре Sandy Bridge, при этом отрыв зависит от степени оптимизации приложения под многопоточность. Ни в одном из приложений пакета Adobe четырёхядерный процессор Core i7-3770K с частотой 4,5 ГГц не смог опередить Core i7-2600K с частотой 4,8 ГГц.

Аудио/видео

iTunes конвертирует аудио файлы в однопоточном режиме и пользуется преимуществом архитектурных усовершенствований Ivy Bridge. Наконец Core i7-3770K с частотой 4,5 ГГц показал более высокий результат, чем Core i7-2600K с частотой 4,8 ГГц.

Lame тоже однопоточной тест, но здесь новый процессор не смог обойти модель на базе Sandy Bridge работающую на 300 МГц быстрее. Между платформами разница не так велика, и если у вас уже есть быстрый процессор Core i7, переход на Ivy Bridge вам определённо не поможет.

Разогнанный Core i7-3770K достигает почти незаметного преимущества в три секунды над процессором Core i7-2600K. Но ни одни из этих четырёхъядерных CPU даже близко не подобрался к шестиядерному Core i7-3960X.

В приложении MainConcept, мы снова видим близкие результаты между процессорами Sandy Bridge на 4,8 ГГц и Ivy Bridge на 4,5 ГГц.

Matlab

В Matlab различия между разогнанными процессорами практически неразличимы.

Сжатие файлов и энергопотребление

7-Zip отлично использует дополнительные ядра и улучшения IPC. Поэтому процессор Ivy Bridge на 4,5 ГГц забирает победу у чипа на базе Sandy Bridge с частотой 4,8 ГГц.

WinRAR выигрывает от увеличенной тактовой частоты и дополнительных ядер, поэтому Ivy Bridge финиширует последним, несмотря на более высокую производительность на такт.

Потребление энергии

Даже в разогнанном состоянии Core i7-3770K является наиболее экономичным процессором для энтузиастов. Несмотря на высокую производительность, при бездействии вся система потребляет 52 Вт, включая видеокарту Radeon HD 6850. Результат действительно впечатляет.

При максимальной нагрузке в тестах производительности процессору на архитектуре Ivy Bridge тяжело одержать победу над Core i7-2600K, поскольку его частота на 300 МГц ниже. Но в остальном, улучшения в производительности на ватт ставят эти процессоры довольно близко друг к другу.

Но как мы можем видеть, энергопотребление Ivy Bridge существенно ниже. Естественно, это хорошо отражается на результатах эффективности процессора Core i7-3770K. Core i7-3960X явно демонстрирует преимущество в производительности, но при этом ему необходимо на 68% больше мощности. Очевидно, что его эффективность гораздо ниже. Однако такую цену приходится платить за максимальную производительность.

Эффективность в многопоточных и однопоточных приложениях

Однопоточные приложения.

Общее время выполнения для всех однопоточных приложений не сильно различается. Но в конечном итоге, более высокая частота обеспечивает процессору Sandy Bridge победу. Однако тесты энергопотребления указывают в пользу Ivy Bridge.

Многопоточные приложения.

В оптимизированных под многопоточность приложениях мы наблюдаем похожую картину. Тем не менее, шестиядерная архитектура обеспечивает Core i7-3960X победу по производительности. Но если учитывать энергопотребление, то выигрывает процессор на архитектуре Ivy Bridge.

Разгон Core i7-3770K | Общая эффективность

На диаграмме видно, что процессор Intel Core i7-3770K с частотой 4,5 ГГц обходит соперников в тесте эффективности, который состоит почти из всех приложений, использованных в данной статье.

Чтобы завершить весь цикл, процессору Core i7-3770K понадобилось лишь немного больше времени, чем чипу на Sandy Bridge, работающему на более высокой частоте, и процессору на базе Sandy Bridge-E у которого больше ядер. Но архитектура Ivy Bridge явно выигрывает по эффективности, что перевешивает незначительные недостатки по производительности.

Можно сделать вывод, что под нагрузкой Ivy Bridge лидирует по производительности на Вт-ч. Разогнанный Core i7-3770K стал новым чемпионом по эффективности среди процессоров для энтузиастов.

График эффективности подтверждает наши выводы.

Разгон Core i7-3770K | Ivy Bridge получает бронзу за разгон и золото за эффективность

Не будем преуменьшать, процессоры на новой архитектуре Ivy Bridge с техпроцессом 22 нм обеспечивают высокий уровень производительности при низком энергопотреблении. Их можно довольно сильно разогнать. Но с другой стороны, предыдущие поколения процессоров Intel обеспечивают более высокий разгон, и мы ожидали от нового поколения большего. Первый розничный CPU на архитектуре Ivy Bridge нельзя разогнать также высоко как предшествующие модели с помощью обычного воздушного охлаждения. Тем не менее, разница в частоте практически не влияет на показатели производительности, которые с самым быстрым чипом Sandy Bridge очень близки.

На практике существуют чёткие пределы частоты

Небольшой размер кристалла Ivy Bridge даёт как положительный, так и отрицательный эффект. Четыре ядра, увеличенный GPU и 8 Мбайт кэша L3 располагаются на чипе площадью 160 мм², который на 26% меньше, чем аналогичный процессор Sandy Bridge. Если не считать GPU, который, кстати, увеличился, CPU уменьшился приблизительно на 40%.

Уменьшённому кристаллу Intel противопоставляет уменьшенный тепловой пакет. Однако при разгоне чипу Ivy Bridge приходится рассеивать столько же тепла, что и CPU на базе Sandy Bridge, но на меньшей поверхности. Вполне очевидно, что решив использовать термопасту вместо теплопроводного припоя, Intel сильно ограничила максимальную стабильную частоту новых процессоров. В результате температура поднимается очень быстро, и решить эту проблему можно только с помощью более продвинутых систем охлаждения. В целом, типичный пользователь-энтузиаст ощутит явные ограничения в разгоне Ivy Bridge. Подождём и посмотрим, будет ли в будущих процессорах Intel использоваться более эффективный материал между кристаллом процессора и теплораспределительной крышкой.

Реальные преимущества

Учитывая всё вышесказанное, несмотря на свой ограниченный потенциал для разгона, Core i7-3770K лишь немного медленнее, чем Core i7-2600K с техпроцессом 32 нм, когда оба процессора разогнаны до своих максимальных частот. Однако на практике различия не заметны.

Тем не менее, при бездействии и под нагрузкой чип на базе Ivy Bridge потребляет значительно меньше электроэнергии. Профессиональные пользователи, которым достаточно частоты 4,5 ГГц, могут получить неплохой уровень производительности при уменьшенном энергопотреблении с процессором Core i7-3770K. Однако наша рекомендация, которую мы сделали ещё в первом обзоре новой архитектуры остаётся неизменной: если вы послушались нашего совета и купили чип на базе архитектуры Sandy Bridge в прошлом году, то не стоит рассматривать процессор Ivy Bridge в качестве апгрейда. Модели на новой архитектуре больше подойдут людям, которые до сих пор используют процессоры двумя поколениями старше или еще более древние.