Тест трех поколений процессоров Ryzen: I Love You 3000

С момента появления AMD Ryzen 7 1800X прошло уже более двух лет, и за это время на процессорном рынке поменялось многое. Но как сильно изменилась сама архитектура Zen с течением времени?

На данный момент настольные процессоры Ryzen насчитывают целых три поколения, каждое из которых основано на отдельной архитектуре. Ryzen 1000-й серии основаны на архитектуре Zen, к становлению которой приложили руки опытнейшие инженеры компании, включая уже бывшего сотрудника AMD Джима Келлера. Ryzen 2000-й серии получили улучшенную архитектуру Zen+, которая является, скорее, работой над ошибками, обновлением, а не шагом вперед.

С приходом Ryzen 3000-й серии мы познакомились с Zen2. Огромный шаг вперед, но не в росте частотного потенциала, а в энергоэффективности (переход на технологический процесс 7 нм), производительности на такт (по разным подсчетам - до 15%), улучшении контроллера памяти, технологичности и росте числа ядер, доступных для сокета AMD AM4. Несомненно, такие улучшения повлияли и на стоимость процессоров, но спрос рождает предложение.

Сегодня мы с вами в одном обзоре проделаем двухлетний путь развития архитектуры процессоров Ryzen от Zen до Zen2 и найдем ответы на вопросы о росте IPC, влиянии многокристальной структуры Ryzen 3xxx на межъядерные задержки, улучшении энергопотребления и многом другом.

Проведение тестов будет проводиться в трех направлениях:

Несмотря на то, что между Zen и Zen+ практически не было изменений в частотных характеристиках, появление Precision Boost 2, XFR2 и Precision Boost Overdrive изменило сам алгоритм работы процессоров при различных нагрузках.

Также долгий путь и широкий спектр исправлений преодолели драйверы системной логики, микрокоды материнских плат и планировщик Windows 10. В версии 1903 уже заявлены оптимизации для Ryzen, позволяющие при малопоточных нагрузках выполнять задачу в пределах одного CCX, что должно значительно повлиять на конечную производительность ценой неравномерного распределения нагрева.

На примере Cinebench R20 посмотрим, как работают Ryzen 5 1600X, 2600X и 3600X при разнокалиберных нагрузках.

При полной нагрузке Ryzen первого поколения показывает довольно простой алгоритм работы: частота ядер не опускается и не поднимается выше отметки в 3700 МГц, при этом рабочее напряжение большую часть времени составляло 1.26 В, а температура составила от 47 до 49 °С при энергопотреблении по показателям SVI2/SMU 105 Вт.

Ryzen 2600X обладает системой умного ускорения частоты, и как результат – скачки от 3825 до 3900 МГц. Напряжение в автоматическом режиме соответствует VID процессора, поэтому аналогичные изменения состояния мы наблюдаем и здесь. Несмотря на лучший техпроцесс по числовым показателям, в реальности никакой магии не произошло: повышенные частоты увеличили рост энергопотребления до 115 Вт, за ним пошли вверх и температуры – от 52 до 55 °С.

Третье поколение Ryzen и блок SMU для работы с ними находится в процессе модернизации, и на данный момент мы наблюдаем одно из переходных состояний: средняя частота процессора колеблется в районе 4150 МГц при напряжении 1.35 В, и по данным SVI2 энергопотребление процессора составило всего лишь 56 Вт, что больше похоже на ошибку мониторинга. При этом нельзя сравнить все три процессора по нагреву: площадь кристаллов процессоров первого и второго поколения Ryzen практически в три раза больше, чем CCD у 3000-й серии. Выше тепловой поток – выше и требования к теплоотводу, менее приятны температуры.

Но увидев результат забываешь о всех нюансах: между Ryzen 5 1600X и 3600X невероятные 35% разницы в производительности! При этом 2600X всего на 8% опережает своего предшественника.

Перейдем к одноядерной производительности. Этот тест длится уже заметно дольше, и за это время можно провести анализ работы планировщика Windows и драйвера системной логики по отношению к «ветерану» в лице Ryzen 5 1600X.

И в данном случае не видно никаких улучшений: выход на максимальную частоту ускорения у процессора случался очень редко, да и нет никакой привязки к ядру. Неужели все эти улучшения, о которых нам рассказывали в интернете – неправда? А может сказывается отсутствие Precision Boost 2? Достаточно посмотреть на усредненные показатели частот ядер и увидеть, что никакого «любимчика» во время тестирования нет.

В остальном же видны работа XFR и соблюдение паспортных характеристик: частота при малопоточной нагрузке повышается до 4100 МГц при каких-то 1.5 В и выше.

Ryzen 5 2600X говорит однозначно – планировщик работает, нагрузка сосредоточена на 1-2 ядрах в пределах одного CCX. Как следствие – частота четвертого ядра в среднем составила 4000 МГц, а максимальное значение отдельных ядер достигало 4250 МГц при напряжениях не выше 1.487 В. Отклонений от обещанного нет, при этом потребляет и греется процессор весьма умеренно.

Отлично планировщик справляется и с 3600X, позволяя двум ядрам работать на 4250-4300 МГц в среднем. Пиковое напряжение еще ниже, чем у 2600Х, температура немного выше. Стоит отметить, что паспортные 4400 МГц процессор не достигал ни разу за всё время теста. Компания AMD в курсе проблемы, и уже в скором времени нам будут доступны новые версии BIOS с исправленным блоком SMU. Пока что же 4350 МГц выглядят пределом мечтаний.

Одни превышают заявленную частоту, другие ее не достигают. Как итог – в одноядерной производительности отрыв Ryzen 5 3600X от предшественников сократился, а между первым и вторым поколением всё те же 8%.

Но как же без поисков AVX? Найти его я смог в LinX 0.7.0, адаптированном под процессоры Ryzen. Объем задачи 23118, что позволяет неплохо «прожарить» кристаллы.

С Ryzen 5 1600X всё предельно ясно, никаких изменений в работе.

Для 2600Х всё несколько иначе: в попытках оставаться в рамках теплопакета частота сбрасывается до 3700 МГц при напряжении 1.16-1.22 В. Энергопотребление в итоге немного ниже, чем у 1600Х, а температуры – выше.

Процессоры с архитектурой Zen2 получили удвоенное количество регистров для операций с плавающей запятой, поэтому операции с AVX2 для 3600X создают заметно большую нагрузку, нежели Cinebench R20, который тоже использует данные инструкции. В среднем частота ядер составила 4100 МГц, оставляя процессор в рамках безопасных температур.

Потенциал Zen2 раскрылся: более чем двукратное превосходство над предшественниками по конечной производительности!

Но разница в частотах и напряжениях не даёт оценить всю пользу прогресса. Пора исправлять!

Частота всех трех процессоров была установлена на 4000 МГц с минимальным напряжением, которое обеспечивало стабильную работу системы. Ее непоколебимость проверялась в LinX 0.7.0 с объемом задачи 34000.

Для Ryzen 5 1600X рабочее напряжение составило 1.3 В. При этом температура процессора не превысила 58 °С, а энергопотребление – 127 Вт.

2600X для 4 ГГц потребовалось на 0.1 В меньше, но повышенная производительность привела к одинаковому с 1600Х тепловыделению и энергопотреблению.

Если для данных процессоров планка в 4 ГГц является разгоном, то 3600Х работал в режиме сниженной частоты. Напряжение 1.137 В обеспечило стабильную работу при 60 Вт и 63 °С в максимуме.

Снижение рабочей частоты 3600Х сократило отрыв от предшественников, но двойное превосходство никуда не исчезло.

SiSoftware Sandra позволяет изучить «внутренности» процессоров с точки зрения машинной производительности: как быстро и в каком объеме за единицу времени можно передать данные из точки А в точку В.

Межъядерные задержки из-за модульной структуры Zeppelin были главной проблемой процессоров Ryzen: обмен данными между ядрами из разных CCX порождал высокие задержки. В процессорах Ryzen третьего поколения контроллер памяти и прочие элементы ввода/вывода были вынесены в отдельный кристалл. Это позволило решить проблему неравномерного доступа к памяти при использовании нескольких CCD (Ryzen 9 3900X/3950X), которая мучала нас два поколения AMD Threadripper. И как показала практика – обмен между ядрами в процессорах на архитектуре Zen2 проводится значительно быстрее.

Если Zen+ улучшил задержку между ядрами из разных ССХ на 10 нс, то в Zen2 улучшение достигает 40 нс!

Увеличилась и межъядерная пропускная способность.

Кэш первого уровня стал быстрее более чем в 2 раза, объем кэша третьего уровня в расчете на CCX также удвоился. Однако с увеличением обращений в оперативную память превосходство Zen2 сменяется на отставание, и данный случай мы рассмотрим чуть позже.

Несмотря на отличные показатели межъядерного обмена, скорости доступа в оперативную память снизились. Хотя и разница с монолитным кристаллом у чиплетной структура и не такая внушительная.

Так же хорошо видна разница в задержках между Zen и Zen+: все объявленные исправления действительно имеют место быть, а снижения латентности кэшей L2 и L3 говорят о какой-то проблеме в дизайне первого поколения Ryzen.

Комплекс тестов 3DMark говорит однозначно о том, что улучшения между Zen и Zen+ на одной частоте не превышают 5-6%, зачатую показывая меньшую разницу. Zen2 же демонстрирует до 20% улучшения производительности относительно Zen, особенно это заметно в комбинированных тестах.

Работа с памятью у 3600X при прочих равных с предшественниками заметно хуже, что мы можем видеть в тесте кэшей и памяти AIDA64. Сказываются и контроллер памяти в отдельном кристалле, и ограничение шины записи в 16 Байт на CCD, что привело к двукратному падению пропускной способности в соответствующих задачах. В версиях с 2 CCD такой проблемы нет, да и общие показатели ПСП выше из-за многопоточности операций.

В прочих тестах ухудшение в пропускной способности и задержках памяти сказались только в Photoworxx, который и завязан на производительность подсистемы памяти. В остальных случаях при использовании операций с плавающей запятой благодаря увеличенному объему L3 прирост был существенным и достигал 100%.

В Cinebench R20 разницу между первым и вторым поколением Ryzen можно назвать косметической, а Zen2 блеснул приростом до 15% в однопоточных операциях и до 22% в многопоточных.

Corona не присущи многие улучшения новой архитектуры, но всё равно отрыв впечатляет.

В CPU-Z версии 1.90 Ryzen 5 1600X и 2600X показывают абсолютно одинаковый результат, а вот 3600X уходит в отрыв на 7-9%.

PCMark 10 отражает производительность процессоров в реальных задачах, которые мы проводим ежедневно: серфинг, обработка фото и видео, работа с документами, игры и проигрывание мультимедиа. И снова Zen2 показывает себя в отличном свете.

В V-Ray 3600Х покажет на 10% лучиков больше, чем 2600Х. Так и до RTX 2080 Ti недалеко.

WinRAR чувствителен к производительности памяти, а удвоенный объем L3 нивелирует уменьшение пропускной способности.

Тестирование в играх проводилось в разрешение 1920х1080, настройки графики – максимальные, кроме сглаживания. Тем не менее, производительность видеокарты практически во всех случаях оказывалась достаточной для того, чтобы она не была ограничивающим фактором.

Ryzen 5 3600X показывает ощутимый прирост производительности, который особенно заметен по случайным событиям. А стабильность framerate обеспечивает лучшие игровые впечатления.

В некоторых играх заметна значительная разница между 1600X и 2600X. Возможно, не последнюю роль в этом играет планировщик Windows 10 1903, симпатизирующий второму и третьему поколениям Ryzen.

Для моего экземпляра Ryzen 5 1600X частота 4000 МГц при напряжении 1.3 В является максимальной, дальнейшее повышение напряжения не являлось целесообразным. Поэтому 1.3 В стали отправной точкой для прочих участников тестирования.

Ryzen 5 2600 X покорилась частота 4200 МГц, что является неплохим результатом.

Для 3600Х, несмотря на 7 нм и более высокие частоты в спецификациях, выше 4300 МГц добиться не удалось. Да и данный результат является отличным.

При этом я не мог не воспользоваться еще одним новшеством Zen2 – улучшенным контроллером памяти. Добиться 3800 МГц в режиме uclk=mem (1:1) не составило труда даже с таймингами 14-16-14-14-28.

Комплексный разгон положительно сказался на задержках и пропускной способности системы в целом.

Процессоры Ryzen и архитектура Zen, несомненно, прогрессируют. Если добавить к рабочей частоте Ryzen 5 3600X всего 500 МГц и на столько же поднять частоту Infinity Fabric (fclk) – мы получим беспрецедентное соотношение одноядерной и многоядерной производительности в процессорах с количеством ядер до 16! Если на данном этапе Zen2 показывает внушительный рост производительности относительно своего прародителя с двухлетней историей, то чего можно ожидать от будущих решений? Как говорится – был бы IPC, а частота нарастет.

Конкуренция – двигатель прогресса. Для нас, конечных пользователей, противостояние процессорных гигантов является отличным поприщем для дальнейших апгрейдов, ведь застой – это всегда плохо.