Ми часто бачимо порівняння нових процесорів з минулими поколіннями в їхньому початковому стані, де виробники, маркетологи і тестові лабораторії з лишком малюють заповітне зростання продуктивності новинки, що вийшла. Найчастіше, щоправда, замовчуючи за рахунок чого вийшло це зростання, і опускаючи за дужками такий важливий параметр, як Instructions Per Cycle (IPC), кількість виконуваних інструкцій за такт або питому продуктивність процесора.
Що таке IPC ?
IPC (Instructions Per Cycle) — являє собою стандарт, кількість інструкцій, що виконуються процесором за один процесорний такт. Не варто плутати IPC із продуктивністю на ядро. IPC є однією з його складових.
У двох різних процесорів може бути рівна продуктивність, але різний IPC.
Наприклад, процесор з IPC, що дорівнює 1.0 і частотою 4000 МГц, матиме однакову продуктивність із процесом, у якого IPC 0.8, але який працює на частоті 5000 МГц.
Іншими словами, що вищий IPC показник, то краща підсумкова продуктивність процесора.
Щоб підвищити продуктивність процесора, виробнику потрібно розробити нову мікроархітектуру або провести оптимізації у вже існуючій архітектурі, а можна просто наростити тактову частоту і видати бажане за дійсне.
Розробити нову архітектуру це досить трудомісткий у виконанні процес, і він вимагає значних фінансових вливань на розробку, при цьому результат цих зусиль не завжди може бути виправданий, як це сталося з мікроархітектурою Bulldozer від компанії AMD.
Сьогодні ми подивимося, як змінювалася питома продуктивність, IPC процесорів Intel Core при зміні мікроархітектури, від Lynnfield до Alder Lake.
Мікроархітектура та учасники тестування
З моменту виходу першого покоління процесорів Intel Core i «Ай» минуло вже 14 років. Їхній народний дебют відбувся в далекому 2009 році, коли був представлений новий сокет 1156 і мікроархітектура Nehalem. З цим сокетом до нас прийшов зараз уже звичний поділ процесорів Intel на i3, i5, i7.
Саме з архітектури Nehalem і процесора Intel Core i7-870 на ядрі Lynnfield ми і почнемо наше сьогоднішнє дослідження, щоправда на серверному аналогу Intel Xeon X3470.
Intel Core i7-870 випускався за 45 нм. техпроцесом. Він мав чотири фізичні ядра з підтримкою технології HT. Восьмипотоковий процесор у 2009 році, погодьтеся, це було потужно.
Процесори з архітектурою Sandy Bridge були представлені в січні 2011 року, а разом з ними і новий сокет 1155.
Intel Core i7-2700K випускався за 32 нм. техпроцесом. Sandy Bridge це великий успіх Intel, завдяки оптимізації архітектури Core, яка принесла серйозне зростання продуктивності на частоту і помітно знизило енергоспоживання процесора.
Друге покоління процесорів Core вперше обзавелося підтримкою векторних AVX інструкцій і вбудованим iGPU з апаратним прискоренням обробки мультимедіа завдяки технології Intel Quick Sync Video. Як і i7 870, 2700K і має чотири фізичні ядра з підтримкою технології HT.
На сокеті 1155 випускали 2 і 3 покоління процесорів Intel, і, хоча формально 3 покоління процесорів випускали з використанням мікроархітектури Ivy Bridge, це була та сама архітектура Sandy Bridge на новому 22 нм. техпроцесі і з підтримкою PCI-Express 3.0.
Тим часом настав 2013 рік. А intel представляла новий сокет 1150 і нову мікроархітектуру Haswell на все тому ж 22 нм. техпроцесі. З особливостей архітектури можна відзначити підтримку інструкції AVX2, FMA і апаратне шифрування AES-N, а вбудоване відео ядро вперше отримало підтримку API DirectX 12.0.
Через рік і проблеми з освоєнням 14 нм. техпроцесу, що виникли, було випущено оновлений Haswell Refresh на все тому ж сокеті 1150.
Intel Core i7-4790K випускався за 22 нормами і має все ті ж чотири ядра з технологією HT.
Трохи пізніше компанія все ж освоїла виробництво процесорів за 14-нм нормами і перенесла мікроархітектуру Haswell Refresh на новий техпроцес, так на світ з’явилися процесори Broadwell, які більше мали знакове значення, ніж практичне. Broadwell це, можна сказати, перший APU від компанії Intel у десктопі, його особливістю є L4 кеш об’ємом 128 МБ.
У 2015 році за кілька місяців після анонсу процесорів Broadwell компанія intel випускає новий сокет 1151 і процесори з мікроархітектурою Skylake, які принесли підтримку пам’яті стандарту DDR4, але водночас залишилася можливість використовувати і пам’ять стандарту DDR3.
Архітектура Skylake стала основою для 6-7-8-9 і 10 поколінь процесорів Intel (Skylake, Kaby Lake, Coffee Lake, Coffee Lake Refresh і Comet Lake), хоч формально в компанії і заявляли про проведену оптимізацію архітектури, за фактом це було лише планомірне нарощування процесорних ядер для конкуренції з процесорами Zen від компанії AMD. Незважаючи на те, що у всіх п’яти поколінь процесорів була одна архітектура, з кожним новим поколінням компанії Intel представляла новий сокет.
Intel Core i5-10600K випускали за 14 нм+++ техпроцесом, він має у своєму розпорядженні шість ядер із підтримкою технології HT.
І тільки в березні 2021 року було представлено абсолютно нову мікроархітектуру Cypress Cove і процесори з кодовим ім’ям Rocket Lake. Назвати архітектуру Cypress Cove проривом було складно, але початком руху після шести років застою цілком можна було. Особливістю процесорів Rocket Lake стала підтримка PCI-Express 4.0, а також набір інструкцій AVX-512 і Intel Deep Learning Boost, що досить незвично для процесорів десктопового сегмента.
Intel Core i7-11700K все ще випускається за 14 нм+++ техпроцесом, він має вісім ядер і підтримку технології HT.
Через 5 місяців компанія Intel представляє 12 покоління процесорів на абсолютно новій гібридній мікроархітектурі Golden Cove і Gracemont з кодовою назвою Alder Lake. Крім нової архітектури процесори отримали і новий техпроцес Intel 7. Особливістю Alder Lake стала підтримка оперативної пам’яті DDR5 і стандарту PCI-Express 5.0.
Intel Core i5-12600K має шість продуктивних ядер з підтримкою технології HT і 4 енергоефективних ядра.
Ми коротко згадали історію процесорів Intel і познайомилися з учасниками тестування.
Тестовий стенд
Процесори:
- Intel Core i7-870 (Nehalem, 4 ядра + HT, 2933-3600 МГц, 8 Мбайт L3, 2009 рік);
- Intel Core i7-2700K (Sandy Bridge, 4 ядра + HT, 3500-3900 МГц, 8 Мбайт L3, 2011 рік);
- Intel Core i7-4790K (Haswell Refresh, 4 ядра + HT, 4000-4400 МГц, 8 Мбайт L3, 2014 рік);
- Intel Core i5-10600K (Comet Lake, 6 ядер + HT, 4100-4800 МГц, 12 Мбайт L3, 2020 рік);
- Intel Core i7-11700K (Rocket Lake, 8 ядер + HT, 3600-5000 МГц, 16 Мбайт L3, 2021 рік);
- Intel Core i5-12600K (Alder Lake, 6 P-ядер + HT, 3700-4900 МГц, + 4 E-ядра 2800-3600 МГц, 20 Мбайт L3, 2021 рік);
Материнські плати:
- ASUS P7P55D Premium (LGA1156, Intel P55);
- Gigabyte G1.Sniper M3 (LGA1155, Intel Z77);
- Gigabyte GA-Z97X-SOC Force (LGA1150, Intel Z97);
- MSI MPG Z590 Gaming Carbon WiFi (LGA1200, Intel Z590);
- ASUS Prime Z690M-PLUS D4 (LGA1700, Intel Z690);
Оперативна пам’ять:
- DDR3 Crucial Ballistix Elite 16 Гб 1866 МГц (BLE2KIT8G3D1869DE1TX0) разом 2 × 8 ГБ із таймінгами з XMP профілю 9-9-9-27;
- DDR4 Crucial Ballistix 16 ГБ 3600 МГц (BL16G36C16U4R) разом 2 × 16 Гб із таймінгами з XMP профілю 16-18-18-36;
Система рідинного охолодження: Arctic Liquid Freezer II 360;
Відеокарта: PowerColor AMD Radeon RX 6900 XT Red Devil Limited edition;
SSD Sata накопичувач №1: Samsung 960 PRO [MZ-V6P512] об’ємом 512 Гб під операційну систему і програми;
SSD Sata накопичувач №2: Samsung 960 PRO [MZ-V6P2T0] об’ємом 2 Тб під ігри;
Блок живлення: Corsair HX750i Platinum, [CP-9020072-EU] 750 Вт.
Методика тестування
У всіх учасників тестування була зафіксована тактова частота ядер на частоті 4000 МГц. У процесорів із кількістю фізичних ядер понад чотири (Core i5-10600K, Core i7-11700K, Core i5-12600K), додаткові ядра вимикалися, це стосується і енергоефективних ядер у процесора Alder Lake.
У підсумку кількість активних ядер усіх учасників тестування склала чотири ядра з підтримкою технології HT.
Intel Core i7-870
Intel Core i7-2700K
Intel Core i7-4790K
Intel Core i5-10600K
Intel Core i7-11700K
Intel Core i5-12600K
На платформах з оперативною пам’яттю стандарту DDR3 було встановлено частоту 1866 МГц із таймінгами з XMP профілю 9-9-9-27. Винятком є платформа з процесором Intel Core i7 870, зважаючи на особливість платформи і можливості її розгону, пам’ять у даного процесора працювала на частоті 1824 МГц з таймінгами 9-9-9-27.
Intel Core i7-870
Intel Core i7-2700K
Intel Core i7-4790K
На платформах з оперативною пам’яттю стандарту DDR4 було встановлено частоту 3600 МГц із таймінгами з XMP профілю 17-19-19-39.
Intel Core i7-11700K
Intel Core i5-12600K
Тестова система працює під управлінням ОС Microsoft Windows 10 з усіма останніми оновленнями на момент тестування.
Для кожної тестової конфігурації заново встановлювали операційну систему і драйвери.
Було встановлено драйвер для відеокарт AMD Radeon Adrenalin Edition 22.5.2.
Запис відео проводився зовнішньою картою захоплення і ніяк не впливав на процес тестування.
Результати тестів багаторазово повторювалися і усереднювалися.
Результати тестування, бенчмарки та програми
Почнемо порівняння архітектур з бенчмарка AIDA64 і тестового пакета GPGPU Benchmark.
У тесті процесора наочно проглядається різниця між архітектурами, щоправда більшою мірою вона зумовлена наявністю нових інструкцій у сучасних процесорів.
Intel Core i7-870
Intel Core i7-2700K
Intel Core i5-12600K
Intel Core i7-11700K
Intel Core i5-12600K
У тесті GPU, а конкретно в операціях з відеопам’яттю так само можна помітити досить велику різницю в продуктивності між процесорами. Вся справа в тому, що 1 і 2 покоління процесорів має шину PCI Express 2.0, що серйозно обмежує можливості сучасних відеокарт, а ось процесор Core i7-4790K вже має підтримання стандарту PCI Express 3.0, який здатний забезпечити в двоє більшу пропускну спроможність, ніж версія 2.0. Що ми власне і можемо бачити. Аналогічний стрибок продуктивності спостерігається і при переході на PCI Express 4.0 у процесорів 11 і 12 покоління.
Схожу картину можна спостерігати і в бенчмарку 3DMark Fire Strike, щоправда перехід на PCI Express 4.0 вже не дає так багато.
У тестовому пакеті CPU Profile від 3DMark так само можна наочно побачити, як зростає питома потужність процесора, але знову ж таки в даному випадку більшу роль відіграють нові інструкції.
А ось у комплексному бенчмарку PCMark, де найчастіше використовуються повсякденні програми користувача, які не наділені підтримкою тих самих інструкцій, вже не так сильно простежується ефект від зміни поколінь. Зокрема пакет Essentals, до якого входить запуск офісних програм, серфінг і спілкування на конференції в інтернеті, і зовсім доволі слабко помітне зростання продуктивності під час зміни процесора Intel з 1 на 12 покоління, але ж між ними різниця в 13 років. Можна з упевненістю сказати старички ще відмінно підходять як робоча машина в офіс.
А ось у бенчмарках, де саме питома потужність ядра відіграє важливу роль, а не інструкції, ми спостерігаємо планомірне зростання продуктивності від архітектури до архітектури в розмірі 10-15%.
Результати тестування, ігри
В Assassin’s Creed: Valhalla можна спостерігати величезний розрив між процесорами 1 і 2 покоління, можна було б сказати, що вся справа в архітекторі, але на жаль, всьому виною відсутність підтримки AVX інструкцій у першого покоління процесорів Core.
Благо таких ігор ще не дуже багато, і Shadow of the Tomb Raider тому відмінний доказ.
Watch Dogs: Legion досить важка багатоточна гра, особливо для процесорів Intel 1 і 2. Основна причина їх такого жалюгідного становища криється в шині PCI Express 2.0.
Cyberpunk 2077 одна з небагатьох нових ігор яка далася всім учасникам тестування без особливих труднощів. Бачачи такі результати, мимоволі задаєшся питанням, де ж прогрес?
Ігри розраховані на велику аудиторію, такі як Fortnite, Counter-Strike: Global Offensive, Dota 2, Worl Of Tanks, досить добре оптимізовані під старі процесори. Саме в них можна наочно побачити як змінювати продуктивність архітектур компанії Intel з роками. Ось він і прогрес, різниця в продуктивності між 1 і 12 поколінням процесорів Intel доходить до 100, а то й 150 %, на одній частоті і з однаковою кількістю потоків.
Висновки
Якщо раніше під час виходу нових процесорів можна було говорити про міфічні 3-5 % переваги над минулим поколінням, то за останній рік в умовах серйозної конкуренції ми можемо спостерігати 15% зростання питомої продуктивності між 11 і 12 поколінням процесорів Intel, і це за однакової кількості ядер і частоти. Не варто забувати, що нові процесори в переважній більшості мають більшу кількість ядер і часто здатні працювати на більш високих частотах.
Нова архітектура, як правило, несе в собі і підтримку нових інструкцій, а також стандартів підключення, як наприклад DDR5 і PCI-Express 5.0. Що так само позитивно позначається на продуктивності, і хоч зараз вони ще можуть бути не надто поширеними і затребуваними, то через рік, два вони можуть бути просто необхідними.
Що ж стосується нашого порівняння, то за 14 років компанії Intel вдалося підвищити IPC своєї архітектури в 2, а місцями і 3 рази.