Поколения процессоров intel core. Архитектуры процессора intel за все время

В данной статье будут подробно рассмотрены последние поколения процессоров Intel на основе архитектуры Core. Данная компания занимает ведущее положение на рынке компьютерных систем. Большинство современных компьютеров собираются на чипах именно этой компании.

Intel: стратегия развития

Предыдущие поколения процессоров от компании Intel были подчинены двухлетнему циклу. Такая стратегия выпуска новых процессоров данной компании получила название «Тик-Так». Первый этап под названием «тик» заключается в переводе процессора на новый технологический процесс. Так, например, поколения «Иви бридж» (2-е поколение) и «Санди бридж» (3-е поколение) в плане архитектуры были идентичными. Однако технология производства первых базировалась на норме 22 нм, а вторых – 32 нм. То же самое можно сказать и про «Броад Велл» (5-го поколения) и «Хас Велл» (4-ое поколение). Этап «так» в свою очередь предполагает кардинальное изменение архитектуры полупроводниковых кристаллов и значительный прирост производительности. Можно привести следующие переходы в качестве примера:

— 1-ое поколение West merre и 2-ое поколение «Санди Бридж». В данном случае технологический процесс был идентичным (32 нм), а вот архитектура претерпела существенные изменения. На центральный процессор были перенесены северный мост материнской платы и встроенный графический усилитель;

— 4-е поколение «Хас Велл» и 3-е поколение «Иви Бридж». Был оптимизирован уровень энергопотребления компьютерной системы, а также повышены тактовые частоты чипов.

— 6-ое поколение «Скай Лайк» и 5-ое поколение «Броад Велл»: также были повышены тактовые частоты и улучшен уровень энергопотребления. Было добавлено несколько новых инструкций, улучшающих быстродействие.

Процессоры на базе архитектуры Core: сегментация

ЦПУ от компании Intel позиционируются на рынке следующим образом:

— Celeron– наиболее доступные решения. Подходят для использования в офисных компьютерах, предназначенных для решения наиболее простых задач.

— Pentium – практически полностью идентичны процессорам Celeron в архитектурном плане. Однако более высокие частоты и увеличенный кэш третьего уровня дают данным процессорным решениям определенное преимущество с точки зрения производительности. Данный ЦПУ относится к сегменту игровых ПК начального уровня.

— Corei3 – занимают средний сегмент ЦПУ от компании Intel. Два предыдущих типа процессоров, как правило, имеют два вычислительных блока. То же можно сказать про Corei3. Однако для двух первых семейств чипов отсутствует поддержка технологии «ГиперТрейдинг». У процессоров Corei3 она имеется. Таким образом на программном уровне два физических модуля могут быть преобразованы в четыре потока обработки программы. Это позволяет обеспечить существенное увеличение уровня быстродействия. На основе таких продуктов можно собрать собственный игровой персональный компьютер среднего уровня, сервер начального уровня или даже графическую станцию.

— Corei5 – занимают нишу решений выше среднего уровня, но ниже премиального сегмента. Данные полупроводниковые кристаллы могут похвастаться наличием сразу четырех физических ядер. Данная архитектурная особенность обеспечивает им преимущество в плане производительности. Более свежее поколение процессоров Corei5 обладает высокими тактовыми частотами, что позволяет постоянно получать прирост производительности.

— Corei7 – занимают нишу премиум-сегмента. В них количество вычислительных блоков такое же, как и в Corei5. Однако у них, так же, как и у Corei3 имеется поддержка технологии «Гипертрейдинг». По этой причине четыре ядра на программном уровне преобразуются в восемь обрабатываемых потоков. Именно эта особенность позволяет обеспечить феноменальный уровень производительности, которым может похвастаться любой персональный компьютер, собранный на основе Intel Corei7. Данные чипы имеют соответствующую стоимость.

Процессорные разъемы

Поколения процессоров Intel Coreмогут устанавливаться в различные типы сокетов. По этой причине не получится установить первые чипы на основе данной архитектуры в материнскую плату ЦПУ 6-го поколения. А чип с кодовым названием «СкайЛайк» не получится установить в системную плату для второго и первого поколения процессоров. Первый процессорный разъем носит название Сокет Н или LGA 1156. Цифра 1156 здесь указывает на количество контактов. Данный разъем был выпущен в 2009 году для первых центральных процессоров, изготовленных по нормам технологического процесса 45 нм и 32 нм. На сегодняшний день данный сокет считается уже морально и физически устаревшим. На смену LGA 1156 в 2010 году пришел LGA 1155 или Сокет Н1. Материнские платы данной серии поддерживают чипы Coreвторого и третьего поколений. Их кодовые названия соответственно «Санди Бридж» и «Иви Бридж». 2013 год был ознаменован выходом третьего сокета для чипов, созданный на основе архитектуры Core – LGA 1150 или Сокет Н2. В данный процессорный разъем можно было установить процессор четвертого и пятого поколений. В 2015 году на смену сокету LGA 1150 пришел актуальный сокет LGA 1151.

Чипы первого поколения

Наиболее доступными процессорами являлись чипы Celeron G1101 (работает с частотой 2.27 ГГц), Pentium G6950 (2,8 ГГц), Pentium G6990 (2.9 ГГц). У всех этих решений было по два ядра.Сегмент решений среднего уровня был занят процессорами Corei 3 с обозначением 5XX (два ядра/четыре потока для обработки информации). Выше на одну ступень находились процессоры с обозначением 6XX. Они имели идентичные параметры с Corei3, однако частота была выше. На той же ступени располагался процессор 7XX с четырьмя реальными ядрами. Самые производительные компьютерные системы были собраны на базе процессора Corei7. Данные модели обозначались как 8XX. В этом случае наиболее скоростной чип имел маркировку 875 К. Такой процессор за счет разблокированного множителя можно было разогнать. Однако и цена у него была соответствующая. Для данных процессоров можно получить значительный прирост быстродействия. Наличие приставки К в обозначении центрального процессорного устройства означает, что множитель процессора разблокирован и данная модель поддается разгону. Приставка S добавлялась в обозначение энергоэффективных чипов.

«Санди Бридж» и плановое обновление архитектуры

На смену первому поколению чипов на базе архитектуры Coreв 2010 году пришло новое решение с кодовым названием Sandy Bridge. Ключевой особенностью данного устройства являлся перенос встроенного графического ускорителя и северного моста на кремниевый кристалл процессора.

В нише более бюджетных процессорных решений был процессоры Celeron серий G5XX иG4XX. В первом случае использовалось сразу два вычислительных блока, а во втором кэш третьего уровня был урезан и присутствовало только одно ядро. На одну ступень выше расположились процессоры Pentiumмоделей G6XX иG8XX. В данном случае разница в производительности была обеспечена более высокими частотами. G8XX именно из за этой важной характеристики выглядели намного предпочтительнее в глазах пользователя. Линейка процессоров Corei3 была представлена моделями 21XX. У некоторых обозначений на конце появлялся индекс Т. Он обозначал наиболее энерго эффектиные решения, имеющие уменьшенную производительность. Решения Corei5 имели обозначения 25XX, 24XX, 23XX. Чем более высокую маркировку имеет модель, тем больший уровень производительности имеет ЦПУ. Если в конце наименования добавлена буква «S», то это означает промежуточный вариант по уровню энергопотребления между «Т»-версией и штатным кристаллом. Индекс «P»обозначает, что в устройстве отключен графический ускоритель. Чипы с индексом «К» обладали разблокированным множителем. Подобная маркировка остается актуальной и для третьего поколения данной архитектуры.

Новый прогрессивный технологический процесс

В 2013 году вышло третье поколение процессоров на основе данной архитектуры. Ключевым нововведением стал новый технологический процесс. В остальном никаких существенных нововведений не было. Все они физически совместимы с предыдущим поколением процессором. Их можно было устанавливать в те же самые материнские платы. Структура обозначений осталась прежней. Celeron имели обозначение G12XX, а Pentium–G22XX. В начале вместо «2» была «3». Это указывало на принадлежность к третьему поколению. Линейка Corei3 имела индексы 32XX. Более продвинутые процессоры Corei5 имели обозначения 33XX, 34XXи 35XX. Флагманские аппараты Core i7 имели маркировку 37XX.

Четвертое поколение архитектуры Core

Четвертое поколение процессоров Intel стало следующим этапом. В данном случае использовалась следующая маркировка. Центральные процессорные устройства эконом-класса обозначались как G18XX. Те же индексы имели и процессоры Pentium – 41XX и 43XX. Процессоры Corei5 можно было бы узнать по аббревиатурам 46XX, 45XXи 44XX. Для обозначения процессоров Corei7 использовалось обозначение 47XX. Пятое поколение процессоров Intel на базе этой архитектуры ориентировалось в основном на использование в мобильных устройствах. Для стационарных персональных компьютеров были выпущены только чипы, относящиеся к линейкам i7 иi5, причем только ограниченное число моделей. Первые из них обозначались как 57XX, а вторые – 56XX.

Перспективные решения

В начале осени 2015 года дебютировало шестое поколение процессоров Intel. На данный момент это наиболее актуальная процессорная архитектура. В этом случае чипы начального уровня обозначаются как G39XX для Celeron, G44XX и G45XX для Pentium. Процессоры Corei3 имеют обозначение 61XX и 63XX. Corei5 в свою очередь обозначаются как 64XX, 65XXи 66XX. На обозначение флагманских моделей выделено всего одно решение 67XX. Новое поколение процессорных решений от компании Intelпребывает только в начале разработки, так что такие решения будут оставаться актуальными еще долгое время.

Особенности разгона

Все чипы на основе данной архитектуры обладают заблокированным множителем. По этой причине разгон устройства может быть выполнен только за счет увеличения частоты системной шины. В последнем шестом поколении данную возможность увеличения быстродействия системы производители материнских плат должны будут отключить в BIOS. В данном плане процессоры серий Corei7 иCorei5 с индексом К являются исключением. У данных устройств множитель разблокирован. Это позволяет существенно увеличить производительность компьютерных систем, построенных на базе таких полупроводниковых продуктов.

Мнение пользователей

Все поколения процессоров Intel, перечисленные в данном материале, обладают высокой степенью энергоэффективности и феноменальным уровнем быстродействия. Их единственным недостатком является слишком высокая стоимость. Причина здесь заключается только в том, что прямой конкурент компании Intel компания AMD не может противопоставить стоящие решения. По этой причине компания Intel устанавливает ценник на свою продукцию исходя из собственных соображений.

Заключение

В данной статье были подробно рассмотрены поколения процессоров Intelдля настольных персональных компьютеров. Такого перечня будет вполне достаточно, чтобы разобраться в обозначениях и наименования процессоров. Также существуют варианты для компьютерных энтузиастов и различные мобильные сокеты. Это все сделано для того, чтобы конечный пользователь смог получить наиболее оптимальное процессорное решение. На сегодняшний день наиболее актуальными являются чипы шестого поколения. При сборке нового ПК стоит обращать внимание именно на эти модели.

2 июня компания Intel анонсировала десять новых 14-нанометровых процессоров для настольных и мобильных ПК семейства Intel Core пятого поколения (кодовое наименование Broadwell-С) и пять новых 14-нанометровых процессоров семейства Intel Xeon E3-1200 v4.

Из десяти новых процессоров Intel Core пятого поколения (Broadwell-С) для настольных и мобильных ПК только два процессора ориентированы на настольные ПК и имеют разъем LGA 1150: это четырехъядерные модели Intel Core i7-5775C и Core i5-5675C. Все остальные процессоры Intel Core пятого поколения имеют BGA-исполнение и ориентированы на ноутбуки. Краткие характеристики новых процессоров Broadwell-С представлены в таблице.

Из пяти новых процессоров семейства Intel Xeon E3-1200 v4 только три модели (Xeon E3-1285 v4, Xeon E3-1285L v4, Xeon E3-1265L v4) имеют разъем LGA 1150, а еще две модели выполнены в BGA корпусе и не предназначены для самостоятельной установки на материнскую плату. Краткие характеристики новых процессоров семейства Intel Xeon E3-1200 v4 представлены в таблице.

Таким образом, из 15 новых процессоров Intel лишь пять моделей имеют разъем LGA 1150 и ориентированы на настольные системы. Для пользователей выбор, конечно, небольшой, особенно если учесть, что процессоры семейства Intel Xeon E3-1200 v4 ориентированы на серверы, а не на пользовательские ПК.

В дальнейшем мы сосредоточимся на рассмотрении новых 14-нанометровых процессоров с разъемом LGA 1150.

Итак, основными особенностями новых процессоров Intel Core пятого поколения и процессоров семейства Intel Xeon E3-1200 v4 является новая 14-нанометровая микроархитектура ядер с кодовым названием Broadwell. В принципе, никакого принципиального отличия между процессорами семейства Intel Xeon E3-1200 v4 и процессорами Intel Core пятого поколения для настольных систем нет, поэтому в дальнейшем все эти процессоры мы будем обозначать как Broadwell.

Вообще, нужно отметить, что микроархитектура Broadwell - это не просто Haswell в 14-нанометровом исполнении. Скорее, это немного улучшенная микроархитектура Haswell. Впрочем, Intel так делает всегда: при переходе на новый техпроцесс производства вносятся и изменения в саму микроархитектуру. В случае с Broadwell речь идет о косметических улучшениях. В частности, увеличены объемы внутренних буферов, есть изменения в исполнительных блоках ядра процессора (изменена схема выполнения операций умножения и деления чисел с плавающей запятой).

Подробно рассматривать все особенности микроархитектуры Broadwell мы не будем (это тема для отдельной статьи), но еще раз подчеркнем, что речь идет лишь о косметических изменениях микроархитектуры Haswell, а потому, не стоит ожидать, что процессоры Broadwell окажутся более производительными, чем процессоры Haswell. Конечно, переход на новый техпроцесс позволил снизить энергопотребление процессоров (при равной тактовой частоте), но никаких существенных приростов производительности ожидать не стоит.

Пожалуй, наиболее существенное отличие новых процессоров Broadwell от Haswell заключается в кэше четвертого уровня (L4-кэш) Crystalwell. Уточним, что такой кэш L4 присутствовал в процессорах Haswell, но лишь в топовых моделях мобильных процессоров, а в процессорах Haswell для настольных ПК c разъемом LGA 1150 его не было.

Напомним, что в некоторых топовых моделях мобильных процессоров Haswell было реализовано графическое ядро Iris Pro с дополнительной памятью eDRAM (embedded DRAM), что позволяло решить проблему с недостаточной пропускной способностью памяти, используемой для GPU. Память eDRAM, представляла собой отдельный кристалл, который располагался на одной подложке с кристаллом процессора. Этот кристалл получил кодовое наименование Crystalwell.

Память eDRAM имела размер 128 МБ и изготовлялась по 22-нанометровому техпроцессу. Но самое главное, что эта eDRAM память использовалась не только для нужд GPU, но и для вычислительных ядер самого процессора. То есть фактически, Crystalwell представлял собой L4-кэш, разделяемый между GPU и вычислительными ядрами процессора.

Во всех новых процессорах Broadwell также присутствует отдельный кристалл памяти eDRAM размером 128 МБ, который выступает в роли кэша L4 и может использоваться графическим ядром и вычислительными ядрами процессора. Причем, отметим, что память eDRAM в 14-нанометровых процессорах Broadwell точно такая же, как и в топовых мобильных процессорах Haswell, то есть выполняется по 22-нанометровому техпроцессу.

Следующая особенность новых процессоров Broadwell заключается в новом графическом ядре с кодовым наименованием Broadwell GT3e. В варианте процессоров для настольных и мобильных ПК (Intel Core i5/i7) - это Iris Pro Graphics 6200, а в процессорах семейства Intel Xeon E3-1200 v4 - это Iris Pro Graphics P6300 (за исключением модели Xeon E3-1258L v4). Углубляться в особенности архитектуры графических ядер Broadwell GT3e мы не станем (это тема для отдельной статьи) и лишь вкратце рассмотрим его основные особенности.

Напомним, что графическое ядро Iris Pro до этого присутствовало лишь в мобильных процессорах Haswell (Iris Pro Graphics 5100 и 5200). Причем, в графических ядрах Iris Pro Graphics 5100 и 5200 присутствует по 40 исполнительных устройств (EU). Новые графические ядра Iris Pro Graphics 6200 и Iris Pro Graphics P6300 наделены уже 48 EU, причем изменилась и система организации EU. Каждый отдельный блок графического процессора содержит по 8 EU, а графический модуль объединяет по три графических блока. То есть в одном графическом модуле содержится 24 EU, а в самом графическом процессоре Iris Pro Graphics 6200 или Iris Pro Graphics P6300 объединяются по два модуля, то есть в сумме получаем 48 EU.

Что касается разницы между графическими ядрами Iris Pro Graphics 6200 и Iris Pro Graphics P6300, то на уровне «железа» это одно и то же (Broadwell GT3e), а вот драйвера у них разные. В варианте Iris Pro Graphics P6300 драйвера оптимизированы под задачи, специфические для серверов и графических станций.

Прежде чем переходить к детальному рассмотрению результатов тестирования Broadwell, расскажем еще о нескольких особенностях новых процессоров.

Прежде всего, новые процессоры Broadwell (включая и Xeon E3-1200 v4) совместимы с материнскими платами на базе чипсетов Intel 9-серии. Мы не можем утверждать, что любая плата на базе чипсета Intel 9-серии будет поддерживать эти новые процессоры Broadwell, но большинство плат их поддерживают. Правда, для этого придется обновить BIOS на плате, причем BIOS должна поддерживать новые процессоры. К примеру, для тестирования мы использовали плату ASRock Z97 OC Formula и без обновления BIOS система работала только при наличии дискретной видеокарты, а вывод изображения через графическое ядро процессоров Broadwell был невозможен.

Следующая особенность новых процессоров Broadwell в том, что модели Core i7-5775C и Core i5-5675С имеют разблокированный коэффициент умножения, то есть ориентированы на разгон. В семействе процессоров Haswell такие процессоры с разблокированным коэффициентом умножения составляли K-серию, а в семействе Broadwell вместо буквы «К» используется буква «C». А вот процессоры Xeon E3-1200 v4 разгон не поддерживают (у них невозможно увеличить коэффициент умножения).

Теперь познакомимся поближе с теми процессорами, которые попали к нам на тестирование. Это модели , и . Фактически, из пяти новых моделей с разъемом LGA 1150 не хватает лишь процессора Xeon E3-1285L v4, который отличается от модели Xeon E3-1285 v4 лишь более низким энергопотреблением (65 Вт вместо 95 Вт) и тем, что номинальная тактовая частота ядер у него чуть ниже (3,4 ГГц вместо 3,5 ГГц). Кроме того, для сравнения мы добавили также Intel Core i7-4790K, который является топовым процессором в семействе Haswell.

Характеристики всех протестированных процессоров представлены в таблице:

А теперь, после нашего экспресс-обзора новых процессоров Broadwell, перейдем непосредственно к тестированию новинок.

Тестовый стенд

Для тестирования процессоров мы использовали стенд следующей конфигурации:

Методика тестирования

Тестирование процессоров проводилось с использованием наших скриптовых бенчмарков , и . Если точнее, то за основу мы взяли методику тестирования рабочих станций, но расширили ее, дополнив тестами из пакета iXBT Application Benchmark 2015 и игровыми тестами iXBT Game Benchmark 2015.

Таким образом, для тестирования процессоров использовались следующие приложения и бенчмарки:

• MediaCoder x64 0.8.33.5680
• SVPmark 3.0
• Adobe Premiere Pro CC 2014.1 (Build 8.1.0)
• Adobe After Effects CC 2014.1.1 (Version 13.1.1.3)
• Photodex ProShow Producer 6.0.3410
• Adobe Photoshop CC 2014.2.1
• ACDSee Pro 8
• Adobe Illustrator CC 2014.1.1
• Adobe Audition CC 2014.2
• Abbyy FineReader 12
• WinRAR 5.11
• Dassault SolidWorks 2014 SP3 (пакет Flow Simulation)
• SPECapc for 3ds max 2015
• SPECapc for Maya 2012
• POV-Ray 3.7
• Maxon Cinebench R15
• SPECviewperf v.12.0.2
• SPECwpc 1.2

Кроме того, для тестирования использовались игры и игровые бенчмарки из пакета iXBT Game Benchmark 2015. Тестирование в играх производилось при разрешении 1920х1080.

Дополнительно мы измерили энергопотребление процессоров в режиме простоя и стрессовой загрузки. Для этого использовался специализированный программно-аппаратный комплекс, подключаемый в разрыв цепей питания системной платы, то есть между блоком питания и системной платой.

Для создания стрессовой загрузки процессора мы использовали утилиту AIDA64 (тесты Stress FPU и Stress GPU).

Результаты тестирования

Энергопотребление процессоров

Итак, начнем с результатов тестирования процессоров на энергопотребление. Результаты тестирования представлены на диаграмме.

Самым прожорливым в плане энергопотребления, как и следовало ожидать, оказался процессор Intel Core i7-4790K с заявленным TDP 88 Вт. Его реальное энергопотребление в режиме стрессовой загрузки составило 119 Вт. При этом, температура ядер процессора составляла 95 °C и наблюдался троттлинг.

Следующим по энергопотреблению был процессор Intel Core i7-5775C с заявленным TDP 65 Вт. Для этого процессора энергопотребление в режиме стрессовой загрузки составило 72,5 Вт. Температура ядер процессора достигала 90 °C, но троттлинг не наблюдался.

Третье месте по энергопотреблению занял процессор Intel Xeon E3-1285 v4 c TDP 95 Вт. Его энергопотребление в режиме стрессовой загрузки составило 71 Вт, а температура ядер процессора составляла 78 °C

А самым экономичным в плане энергопотребления оказался процессор Intel Xeon E3-1265L v4 c TDP 35 Вт. В режиме стрессовой загрузки энергопотребление этого процессора не превосходило 39 Вт, а температура ядер процессора составляла всего 56 °C.

Что ж, если ориентироваться на энергопотребление процессоров, то нужно констатировать, что Broadwell имеет существенно более низкое энергопотребление в сравнении с Haswell.

Тесты из пакета iXBT Application Benchmark 2015

Начнем с тестов, входящих в состав бенчмарка iXBT Application Benchmark 2015. Отметим, что интегральный результат производительности мы рассчитывали как среднее геометрическое результатов в логических группах тестов (видеоконвертирование и видеообработка, создание видеоконтента и т. д.). Для расчета результатов в логических группах тестов использовалась та же самая референсная система, что и в бенчмарке iXBT Application Benchmark 2015.

Полные результаты тестирование приведены в таблице. Кроме того, мы приводим результаты тестирования по логическим группам тестов на диаграммах в нормированном виде. За референсный принимается результат процессора Core i7-4790K.

Итак, как видно по результатам тестирования, по интегральной производительности процессор Intel Xeon E3-1285 v4 практически не отличается от процессора Intel Core i7-4790K. Однако, это интегральный результат по совокупности всех используемых в бенчмарке приложений.

Тем не менее, есть ряд приложений, в которых преимущество на стороне процессора Intel Xeon E3-1285 v4. Это такие приложения, как MediaCoder x64 0.8.33.5680 и SVPmark 3.0 (видеоконвертирование и видеообработка), Adobe Premiere Pro CC 2014.1 и Adobe After Effects CC 2014.1.1 (создание видеоконтента), Adobe Photoshop CC 2014.2.1 и ACDSee Pro 8 (обработка цифровых фотографий). В этих приложениях более высокая тактовая частота процессора Intel Core i7-4790K не дает ему преимущества над процессором Intel Xeon E3-1285 v4.

А вот в таких приложениях, как Adobe Illustrator CC 2014.1.1 (векторная графика), Adobe Audition CC 2014.2 (аудиообработка), Abbyy FineReader 12 (распознавание текста) преимущество оказывается на стороне более высокочастотного процессора Intel Xeon E3-1285 v4. Тут интересно отметить, тесты на основе приложений Adobe Illustrator CC 2014.1.1 и Adobe Audition CC 2014.2 в меньшей степени (в сравнении с другими приложениями) загружают ядра процессора.

И конечно же, есть тесты, в которых процессоры Intel Xeon E3-1285 v4 и Intel Core i7-4790K демонстрируют одинаковую производительность. Например, это тест на основе приложения WinRAR 5.11.

Вообще, нужно отметить, что процессор Intel Core i7-4790K демонстрирует более высокую производительность (в сравнении с процессором Intel Xeon E3-1285 v4) именно в тех приложениях, в которых задействуются не все ядра процессора или загрузка ядер оказывается не полной. В то же время в тестах, где загружены на 100% все ядра процессора, лидерство на стороне процессора Intel Xeon E3-1285 v4.

Расчеты в приложении Dassault SolidWorks 2014 SP3 (Flow Simulation)

Тест на основе приложения Dassault SolidWorks 2014 SP3 с дополнительным пакетом Flow Simulation мы вынесли отдельно, поскольку в этом тесте не используется референсная система, как в тестах бенчмарка iXBT Application Benchmark 2015.

Напомним, что в данном тесте речь идет о гидро/аэродинамических и тепловых расчетах. Всего рассчитывается шесть различных моделей, а результатами каждого подтеста является время расчета в секундах.

Подробные результаты тестирования представлены в таблице.

Кроме того, мы также приводим нормированный результат скорости расчета (величина, обратная суммарному времени расчета). За референсный принимается результат процессора Core i7-4790K.

Как видно по результатам тестирования, в этих специфических расчетах лидерство на стороне процессоров Broadwell. Все четыре процессора Broadwell демонстрируют более высокую скорость расчета в сравнении с процессором Core i7-4790K. По всей видимости, в этих специфических расчетах сказываются те улучшения исполнительных блоков, которые были реализованы в микроархитектуре Broadwell.

SPECapc for 3ds max 2015

Далее рассмотрим результаты теста SPECapc for 3ds max 2015 для приложения Autodesk 3ds max 2015 SP1. Подробные результаты этого теста представлены в таблице, а нормированные результаты для CPU Composite Score и GPU Composite Score - на диаграммах. За референсный принимается результат процессора Core i7-4790K.

В тесте SPECapc 3ds for max 2015 лидируют процессоры Broadwell. Причем, если в подтестах, зависящих от производительности CPU (CPU Composite Score), процессоры Core i7-4790K и Xeon E3-1285 v4 демонстрируют равную производительность, то в подтестах, зависящих от производительности графического ядра (GPU Composite Score), все процессоры Broadwell существенно опережают процессор Core i7-4790K.

SPECapc for Maya 2012

Теперь посмотрим на результат еще одного теста трехмерного моделирования - SPECapc for Maya 2012. Напомним, что данный бенчмарк запускался в паре с пакетом Autodesk Maya 2015.

Результаты этого теста представлены в таблице, а нормированные результаты - на диаграммах. За референсный принимается результат процессора Core i7-4790K.

В этом тесте процессор Xeon E3-1285 v4 демонстрирует немного более высокую производительность в сравнении с процессором Core i7-4790K, однако, разница не столь существенна, как в пакете SPECapc 3ds for max 2015.

POV-Ray 3.7

В тесте POV-Ray 3.7 (рендеринг трехмерной модели) лидером является процессор Core i7-4790K. В данном случае более высокая тактовая частота (при равном количестве ядер) дает преимущество процессору.

Cinebench R15

В бенчмарке Cinebench R15 результат оказался неоднозначным. В тесте OpenGL все процессоры Broadwell существенно превосходят процессор Core i7-4790K, что естественно, поскольку в них интегрировано более производительное графическое ядро. А вот в процессорном тесте, наоборот, более производительным оказывается процессор Core i7-4790K.

SPECviewperf v.12.0.2

В тестах пакета SPECviewperf v.12.0.2 результаты определяются преимущественно производительностью графического ядра процессора и, кроме того, оптимизацией видеодрайвера к тем или иным приложениям. Поэтому, в этих тестах процессор Core i7-4790K существенно отстает от процессоров Broadwell.

Результаты тестирования представлены в таблице, а также в нормированном виде на диаграммах. За референсный принимается результат процессора Core i7-4790K.

Нельзя сказать, что в этом тесте все однозначно. В некоторых сценариях (Media and Entertaiment, Product Development, Life Sciences) более высокий результат демонстрируют процессоры Broadwell. Есть сценарии (Financial Services, Energy, General Operation), где преимущество на стороне процессора Core i7-4790K либо результаты примерно одинаковые.

Игровые тесты

И в заключение рассмотрим результаты тестирования процессоров в игровых тестах. Напомним, что для тестирования мы использовали следующие игры и игровые бенчмарки:

• Aliens vs Predator
• World of Tanks 0.9.5
• Grid 2
• Metro: LL Redux
• Metro: 2033 Redux
• Hitman: Absolution
• Thief
• Tomb Raider
• Sleeping Dogs
• Sniper Elite V2

Тестирование проводилось при разрешении экрана 1920×1080 и в двух режимах настройки: на максимальное и минимальное качество. Результаты тестирования представлены на диаграммах. В данном случае результаты не нормируются.

В игровых тестах результаты таковы: все процессоры Broadwell демонстрируют очень близкие результаты, что естественно, поскольку в них используется одно и то же графическое ядро Broadwell GT3e. И самое главное, что при настройках на минимальное качество процессоры Broadwell позволяют комфортно играть (при FPS более 40) в большинство игр (при разрешении 1920×1080).

С другой стороны, если в системе используется дискретная графическая карта, то особого смысла в новых процессорах Broadwell просто нет. То есть нет смысла менять Haswell на Broadwell. Да и цена у Broadwell-ов не так, что бы очень привлекательная. К примеру, Intel Core i7-5775C стоит дороже Intel Core i7-4790K.

Впрочем, Intel, похоже, и не делает ставки на настольные процессоры Broadwell. Ассортимент моделей крайне скромный, да и на подходе процессоры Skylake, так что вряд ли процессоры Intel Core i7-5775C и Core i5-5675С будут пользоваться особым спросом.

Серверные процессоры семейства Xeon E3-1200 v4 - это отдельный сегмент рынка. Для большинства обычных домашних пользователей такие процессоры не представляют интереса, а вот в корпоративном секторе рынка эти процессоры, возможно, и будут пользоваться спросом.

Практически вся современная техника не может существовать без процессора - ядра электронной составляющей. Несмотря на достаточное многообразие современных производителей - наиболее популярными являются процессоры Intel, история которых насчитывает уже почти полвека.

Первые CPU появились еще в 40-х годах прошлого века, но лишь в 1964 году с выходом на рынок вычислительных устройств IBM System/360 можно было утверждать о начале эпохи компьютеров.

4-х битные процессоры

В 1971 году Intel представила первый 4-битный процессор, имеющий маркировку 4004 и изготовленный с применением 10 мкм технологии. Количество транзисторов в составе чипа составляло 2300, а тактовая частота - 740 кГц.

В 1974 году был произведен апгрейд до модели 4040. При этом количество транзисторов выросло до 3000 с сохранением максимальной тактовой частоты.

Обе модели применялись фирмой Nippon при изготовлении калькуляторов.

8-битные процессоры

Пришли на смену 4-х битным процессорам и имели маркировку 8008, 8080, 8085. Выпуск был начат в 1972 году, а последняя модель появилась на рынке в 1976 году. С появлением этих моделей началось заметное повышение тактовой частоты процессора от 500 кГц до 5 МГц. При этом, количество транзисторов увеличилось с 3500 до 6500. При производстве применялись 3, 6 и 10 мкм технологии.

16-битные процессоры

Производство 16-битных процессоров началось в 1978 году и изначально рассматривалась как промежуточный этап перед началом разработки и запуском в производство 32-битной архитектуры, как наиболее полно отвечающей современным требованиям, тем более, что возрастающая конкуренция требовала более новые и мощные модели процессоров для производителей электроники.

Выпуск 16-битных процессоров начался с модели 8086, созданной при помощи 3мкм технологии и имеющей тактовую частоту до 10МГц. Разработка этого типа процессоров закончилась в 1982 году с выпуском модели 80286, имеющей максимальную тактовую частоту 16МГц. Из особенностей можно отметить возможность использования аппаратной защиты для многозадачных систем.

32-битные процессоры

Старт разработки 32-битных процессоров положил началу разработки и широкому внедрению ЭВМ. Именно они послужили основой для создания персональных компьютеров, так широко используемых в настоящее время. Стоит также отметить, что еще имеется достаточно большое количество рабочих компьютеров, работающих под управлением процессоров 32-битной архитектуры.

В состав 32-битной архитектуры входят несколько линеек и микроархитектур:

• He-x86 процессоры
• линии 80386 и 80486
• архитектура и микроархитектура Pentium, Celeron и Xeon
• микроархитектура NetBurst

В 1981 годы впервые был представлен iAPX 432 как первый 32-битный He-x86 процессор от компании Intel. Обладал рабочей частотой до 8МГц. Дальнейшее развитие этой линейки включает в себя процессоры i860 и i960, выпущенные в 1988-89 годах. В эту же линейку входила и серия процессоров XScale, представленная на суд покупателей в 2000 году. Широкое распространение процессоры XScale получили в производстве карманных компьютеров.

Линии 80386 и 80486 были представлены в 1985 и в 1989 годах соответственно. Чаще всего обозначались как 386 и 486 процессоры. Тактовые частоты начинались с 20МГц, а в производстве использовалась 1мкм технология.

Впервые Pentium был представлен в 1993 году и представлял собой процессор с тактовой частотой от 75 Мгц, изготовленный по 0,6мкм процессу. Производство всех Pentium, а также более простых моделей Celeron продолжалось вплоть до 2006 года. Последней моделью представленной линейки является Pentium Dual-Core, изготовленный по 65нм технологии и обладающий тактовой частотой 1,86ГГц.

Микроархитектура NetBurst впервые была представлена в 2000 году моделью Pentium 4 с тактовой частотой 1,3МГц. В результате дальнейшей модернизации частота поднялась до 3,6ГГц, а используемый технологический процесс от 0,18 до 0,13 мкм.

64-битные процессоры

Включает в свой состав несколько микроархитектур:

• NetBurst
• IntelCore
• Intel Atom
• Nehalem
• Sandy Bridge
• Ivy Bridge
• Haswell
• Broadwell
• Skylake
• Kaby Lake

Начало производства 64-битных процессоров в Intel началось в 2004 году, а в 2005 году был выпущен Pentium 4D, предназначенный для широкого применения. При его производстве использовался 90нм процесс, а частота составляла 2,66ГГц. Дальнейшее развитие включает в себя модели 955 EE и 965 EE с частотами 3,46 и 3,73ГГц.

IntelCore включает в себя процессоры, изготовленные по 65нм технологическому процессу. Впервые представлены в 2006 году и обладают частотами от 1,86 ГГц до 3,33 ГГц с разными размерами кеша и частотой шины.

Серия IntelAtom производится с 2008 года и выполнена по 45нм технологическому процессу. Обладает частотой от 800Мгц до 2,13ГГц. Достаточно простые и дешевые процессоры, используемые в производстве нетбуков.

Серия Nehalem представлена на суд покупателей в 2010 году. Процессоры серии обладают тактовыми частотами от 1,07ГГц до 3,6ГГц и включает в себя процессоры с 2, 4 и 6 ядрами.

SandyBridge и IvyBridge выпускаются с 2011 года и включают в себя модели от 1-ядерных до 15-ядерных с частотами от 1,6ГГц до 3,6ГГц.

Haswell, Broadwell, Skylake и Kaby Lake включают в себя модели с 2, 4 и 6 ядрами с частотами от 3 ГГц до 4,4 ГГц.

Практически всегда под любой публикацией, в которой так или иначе затрагивается тема производительности современных интеловских процессоров, рано или поздно появляется несколько сердитых читательских комментариев о том, что прогресс в развитии чипов у Intel давно забуксовал и нет смысла переходить со «старого доброго Core i7-2600K» на что-то новое. В таких репликах, скорее всего, будет раздражённо упоминаться про прирост производительности на неосязаемом уровне «не более пяти процентов в год»; про низкокачественный внутренний термоинтерфейс, который непоправимо испортил современные процессоры Intel; либо про то, что покупать в современных условиях процессоры с таким же, как и несколько лет назад, количеством вычислительных ядер вообще - удел недальновидных дилетантов, так как в них нет необходимого задела на будущее.

В том, что все такие реплики не лишены оснований, сомнений нет. Однако очень похоже, что они многократно преувеличивают имеющиеся проблемы. Лаборатория 3DNews подробно тестирует интеловские процессоры с 2000 года, и мы не можем согласиться с тезисом, что какому бы то ни было их развитию пришёл конец, а происходящее с микропроцессорным гигантом в течение последних лет иначе как стагнацией уже и не назовёшь. Да, какие-то кардинальные перемены с процессорами Intel происходят редко, но тем не менее они продолжают планомерно совершенствоваться. Поэтому те чипы серии Core i7, которые можно купить сегодня, заведомо лучше моделей, предлагавшихся несколько лет тому назад.

Собственно, этот материал как раз и является контраргументом для рассуждений о никчёмности выбранной Intel стратегии постепенного развития потребительских CPU. Мы решили собрать в одном тесте старшие интеловские процессоры для массовых платформ за последние семь лет и посмотреть на практике, насколько представители серий Kaby Lake и Coffee Lake ушли вперёд относительно «эталонных» Sandy Bridge, которые за годы гипотетических сравнений и мысленных противопоставлений в представлении обывателей стали настоящей иконой процессоростроения.

⇡ Что поменялось в процессорах Intel c 2011 года по настоящее время

Отправной точкой в новейшей истории развития процессоров Intel принято считать микроархитектуру Sandy Bridge . И это неспроста. Несмотря на то, что первое поколение процессоров под маркой Core было выпущено в 2008 году на базе микроархитектуры Nehalem, почти все основные черты, которые присущи современным массовым CPU микропроцессорного гиганта, вошли в обиход не тогда, а парой лет позднее, когда распространение получило следующее поколение процессорного дизайна, Sandy Bridge.

Сейчас компания Intel приучила нас к откровенно неторопливому прогрессу в разработке микроархитектуры, когда нововведений стало очень мало и они почти не приводят к росту удельной производительности процессорных ядер. Но всего лишь семь лет назад ситуация была кардинально иной. В частности, переход от Nehalem к Sandy Bridge был ознаменован 15-20-процентным ростом показателя IPC (числа исполняемых за такт инструкций), что обуславливалось глубокой переделкой логической конструкции ядер с прицелом на повышение их эффективности.

В Sandy Bridge были заложены многие принципы, которые с тех пор не менялись и стали стандартными для большинства процессоров сегодняшнего дня. Например, именно там появился отдельный кеш нулевого уровня для декодированных микроопераций, а также стал применяться физический регистровый файл, снижающий энергозатраты при работе алгоритмов внеочередного выполнения инструкций.

Но, пожалуй, самым главным нововведением стало то, что Sandy Bridge был спроектирован как унифицированная система-на-чипе, рассчитанная одновременно на все классы применений: на серверные, десктопные и мобильные. Скорее всего, в прадедушки современных Coffee Lake общественное мнение поставило именно его, а не какой-нибудь Nehalem и уж тем более не Penryn, именно из-за этой особенности. Впрочем, и итоговая сумма всех переделок в глубинах микроархитектуры Sandy Bridge тоже оказалась весьма значительной. В конечном итоге этот дизайн утратил все старые родственные связи с P6 (Pentium Pro), которые то здесь, то там проявлялись во всех предшествующих процессорах Intel.

Говоря об общей структуре, нельзя также не вспомнить и о том, что в процессорный кристалл Sandy Bridge впервые в истории интеловских CPU было встроено полноценное графическое ядро. Этот блок отправился внутрь процессора вслед за контроллером DDR3-памяти, разделяемым L3-кешем и контроллером шины PCI Express. Для соединения вычислительных ядер и всех остальных «внеядерных» частей инженеры Intel внедрили в Sandy Bridge новую на тот момент масштабируемую кольцевую шину, применяемую для организации взаимодействия между структурными единицами в последующих массовых CPU и по сей день.

Если же опуститься на уровень микроархитектуры Sandy Bridge, то одной из ключевых её особенностей стала поддержка семейства SIMD-инструкций, AVX, предназначенных для работы с 256-битными векторами. К настоящему моменту такие инструкции прочно вошли в обиход и не кажутся чем-то необычным, но их реализация в Sandy Bridge потребовала расширения части вычислительных исполнительных устройств. Инженеры Intel стремились сделать работу с 256-битными данными такой же быстрой, как и с векторами меньшей разрядности. Поэтому вместе с реализацией полноценных 256-битных исполнительных устройств потребовалось и увеличение скорости работы процессора с памятью. Логические исполнительные устройства, предназначенные для загрузки и сохранения данных, в Sandy Bridge получили удвоенную производительность, кроме того, симметрично была увеличена пропускная способность кеш-памяти первого уровня при чтении.

Нельзя не упомянуть и о сделанных в Sandy Bridge кардинальных изменениях в работе блока предсказания ветвлений. Благодаря оптимизациям в применяемых алгоритмах и увеличению размеров буферов, архитектура Sandy Bridge позволила сократить процент неверных предсказаний переходов почти вдвое, что не только заметно сказалось на производительности, но и позволило дополнительно снизить энергопотребление этого дизайна.

В конечном итоге с сегодняшних позиций процессоры Sandy Bridge можно было бы назвать образцово-показательным воплощением фазы «так» в интеловском принципе «тик-так». Как и предшественники, данные процессоры продолжили базироваться на техпроцессе с 32-нм нормами, но предложенный ими рост производительности оказался более чем убедителен. И подпитывала его не только обновлённая микроархитектура, но и увеличенные на 10-15 процентов тактовые частоты, а также внедрение более агрессивной версии технологии Turbo Boost 2.0. Если учесть всё это, хорошо понятно, почему многие энтузиасты до сих пор вспоминают Sandy Bridge самыми тёплыми словами.

Старшим предложением в семействе Core i7 на момент выхода микроархитектуры Sandy Bridge стал Core i7-2600K. Этот процессор получил тактовую частоту на уровне 3,3 ГГц с возможностью авторазгона при неполной нагрузке до 3,8 ГГц. Впрочем, отличали 32-нм представителей Sandy Bridge не только сравнительно высокие для того времени тактовые частоты, но и хороший разгонный потенциал. Среди Core i7-2600K нередко можно было встретить экземпляры, способные работать на частотах 4,8-5,0 ГГц, что во многом обуславливалось применением в них качественного внутреннего термоинтерфейса - бесфлюсового припоя.

Через девять месяцев после выпуска Core i7-2600K, в октябре 2011 года, компания Intel обновила старшее предложение в модельном ряду и предложила немного ускоренную модель Core i7-2700K, номинальная частота которой была доведена до 3,5 ГГц, а максимальная частота в турборежиме - до 3,9 ГГц.

Впрочем, жизненный цикл Core i7-2700K оказался коротким - уже в апреле 2012 года на смену Sandy Bridge пришёл обновлённый дизайн Ivy Bridge . Ничего особенного: Ivy Bridge относился к фазе «тик», то есть представлял собой перевод старой микроархитектуры на новые полупроводниковые рельсы. И в этом отношении прогресс действительно был серьёзным - кристаллы Ivy Bridge производились по 22-нм технологическому процессу, основанному на трёхмерных FinFET-транзисторах, которые в то время только входили в употребление.

При этом старая микроархитектура Sandy Bridge на низком уровне осталась практически нетронута. Были выполнены лишь отдельные косметические переделки, которые ускорили выполнение в Ivy Bridge операций деления и немного повысили эффективность технологии Hyper-Threading. Правда, попутно были несколько улучшены «внеядерные» компоненты. Контроллер PCI Express получил совместимость с третьей версией протокола, а контроллер памяти увеличил свои возможности и стал поддерживать скоростную оверклокерскую DDR3-память. Но в итоге рост удельной производительности при переходе от Sandy Bridge к Ivy Bridge составил не более 3-5 процентов.

Не дал серьёзных причин для радости и новый технологический процесс. К сожалению, внедрение 22-нм норм не позволило как-то принципиально нарастить тактовые частоты Ivy Bridge. Старшая версия Core i7-3770K получила номинальную частоту 3,5 ГГц с возможностью разгона в турборежиме до 3,9 ГГц, то есть с точки зрения частотной формулы она оказалась ничуть не быстрее Core i7-2700K. Улучшилась лишь энергоэффективность, однако пользователей настольных компьютеров этот аспект традиционно волнует слабо.

Всё это, конечно, вполне можно списать на то, что на этапе «тик» никаких прорывов происходить и не должно, но кое в чём Ivy Bridge оказались даже хуже предшественников. Речь - о разгоне. При выводе на рынок носителей этого дизайна Intel приняла решение отказаться от использования при финальной сборке процессоров бесфлюсовой пайки галлиевым припоем теплораспределительной крышки к полупроводниковому кристаллу. Начиная с Ivy Bridge для организации внутреннего термоинтерфейса стала использоваться банальная термопаста, и это сразу же ударило по максимально достижимым частотам. По разгонному потенциалу Ivy Bridge определённо стали хуже, и в результате переход от Sandy Bridge к Ivy Bridge стал одним из самых спорных моментов в новейшей истории потребительских процессоров Intel.

Поэтому на следующий этап эволюции, Haswell , возлагались особенные надежды. В этом поколении, относящемся к фазе «так», должны были появиться серьёзные микроархитектурные улучшения, от которых ожидалась способность как минимум продвинуть вперёд забуксовавший было прогресс. И в какой-то степени это произошло. Появившиеся летом 2013 года процессоры Core четвёртого поколения действительно приобрели заметные улучшения во внутренней структуре.

Основное: теоретическая мощность исполнительных устройств Haswell, выражающаяся в количестве исполняемых за такт микроопераций, по сравнению с прошлыми CPU выросла на треть. В новой микроархитектуре не только был проведён ребаланс имеющихся исполнительных устройств, но и появилось два дополнительных исполнительных порта для целочисленных операций, обслуживания ветвлений и генерации адресов. Кроме того, микроархитектура получила совместимость с расширенным набором векторных 256-битных инструкций AVX2, которые благодаря трёхоперандным FMA-командам увеличили пиковую пропускную способность архитектуры вдвое.

В дополнение к этому инженеры Intel пересмотрели ёмкость внутренних буферов и, где это было необходимо, увеличили их. Выросло в размере окно планировщика. Кроме того, были увеличены целочисленный и вещественночисленный физические регистровые файлы, что улучшило возможности процессора по переупорядочиванию порядка исполнения инструкций. В дополнение ко всему этому, существенно изменилась и подсистема кеш-памяти. L1- и L2-кеши в Haswell получили вдвое более широкую шину.

Казалось бы, перечисленных улучшений должно быть достаточно для того, чтобы заметно поднять удельную производительность новой микроархитектуры. Но как бы не так. Проблема дизайна Haswell состояла в том, что он оставил без изменений входную часть исполнительного конвейера и декодер x86-команд сохранил ту же производительность, что и раньше. То есть максимальный темп декодирования x86-кода в микроинструкции остался на уровне 4-5 команд за такт. И в результате при сопоставлении Haswell и Ivy Bridge на одинаковой частоте и при нагрузке, не использующей новые AVX2-инструкции, выигрыш в производительности оказался всего лишь на уровне 5-10 процентов.

Имидж микроархитектуры Haswell подпортила и первая волна процессоров, выпущенная на её основе. Опираясь на всё тот же 22-нм техпроцесс, что и Ivy Bridge, новинки не смогли предложить высокие частоты. Например, старший Core i7-4770K вновь получил базовую частоту 3,5 ГГц и максимальную частоту в турборежиме на уровне 3,9 ГГц, то есть по сравнению с прошлыми поколениями Core никакого продвижения не наметилось.

В то же время с внедрением следующего технологического процесса с 14-нм нормами у Intel стали возникать разного рода трудности, поэтому через год, летом 2014 года, на рынок было выведено не следующее поколение процессоров Core, а вторая очередь Haswell, которая получила кодовые имена Haswell Refresh, или, если говорить о флагманских модификациях, то Devil’s Canyon. В рамках этого обновления Intel смогла заметно увеличить тактовые частоты 22-нм CPU, что действительно вдохнуло в них новую жизнь. В качестве примера можно привести новый старший процессор Core i7-4790K, который по номинальной частоте взял отметку в 4,0 ГГц и получил максимальную частоту с учётом турборежима на уровне 4,4 ГГц. Удивительно, что подобное полугигагерцевое ускорение было достигнуто без каких-либо реформ техпроцесса, а лишь за счёт простых косметических изменений в схеме питания процессоров и благодаря улучшению теплопроводящих свойств термопасты, используемой под крышкой CPU.

Впрочем, даже представители семейства Devil’s Canyon особенно жалуемыми в среде энтузиастов предложениями стать не смогли. На фоне результатов Sandy Bridge их разгон нельзя было назвать выдающимся, к тому же достижение высоких частот требовало сложного «скальпирования» - демонтажа процессорной крышки с последующей заменой штатного термоинтерфейса каким-либо материалом с лучшей теплопроводностью.

Из-за сложностей, которые преследовали Intel при переводе массового производства на 14-нм нормы, выступление следующего, пятого по счёту поколения процессоров Core, Broadwell , получилось сильно скомканным. Компания долго не могла решить, стоит ли вообще выпускать на рынок десктопные процессоры с этим дизайном, поскольку при попытках изготовления крупных полупроводниковых кристаллов уровень брака превышал приемлемые значения. В конечном итоге предназначенные для настольных компьютеров четырёхъядерники Broadwell всё-таки появились, но, во-первых, произошло это лишь летом 2015 года - с девятимесячным опозданием относительно изначально запланированного срока, а во-вторых, уже через два месяца после их анонса Intel представила дизайн следующего поколения, Skylake.

Тем не менее с точки зрения развития микроархитектуры Broadwell трудно назвать вторичной разработкой. И даже более того, в настольных процессорах этого поколения применялись такие решения, к которым ни до того, ни после того Intel никогда не прибегала. Уникальность десктопных Broadwell определялась тем, что в них проникло производительное интегрированное графическое ядро Iris Pro уровня GT3e. И это значит не только то, что процессоры этого семейства обладали самым мощным на тот момент встроенным видеоядром, но и также то, что они комплектовались дополнительным 22-нм кристаллом Crystall Well, представляющим собой основанную на eDRAM кеш-память четвёртого уровня.

Смысл добавления в процессор отдельного чипа быстрой встроенной памяти вполне очевиден и обусловлен потребностями производительного встроенного графического ядра в фрейм-буфере с низкой латентностью и высокой пропускной способностью. Однако установленная в Broadwell память eDRAM архитектурно была выполнена именно как виктимный кеш, и ей могли пользоваться и вычислительные ядра CPU. В результате десктопные Broadwell стали единственными в своём роде массовыми процессорами с 128 Мбайт L4-кеша. Правда, при этом несколько пострадал объём расположенного в процессорном кристалле L3-кеша, который был сокращён с 8 до 6 Мбайт.

Некоторые улучшения были заложены и в базовой микроархитектуре. Несмотря на то, что Broadwell относился к фазе «тик», переделки коснулись входной части исполнительного конвейера. Было увеличено окно планировщика внеочередного исполнения команд, в полтора раза вырос объём таблицы ассоциативной трансляции адресов второго уровня, а, кроме того, вся схема трансляции приобрела второй обработчик промахов, что позволило обрабатывать по две операции преобразования адресов параллельно. В сумме все нововведения повысили эффективность внеочередного исполнения команд и предсказания сложных ветвлений кода. Попутно были усовершенствованы механизмы выполнения операций умножения, которые в Broadwell стали обрабатываться в существенно более быстром темпе. По итогам всего этого Intel даже смогла утверждать, что улучшения микроархитектуры повысили удельную производительность Broadwell по сравнению с Haswell на величину порядка пяти процентов.

Но несмотря на всё это, ни о каком существенном преимуществе первых десктопных 14-нм процессоров вести речь было невозможно. И кеш четвёртого уровня, и микроархитектурные изменения лишь пытались скомпенсировать главный изъян Broadwell - низкие тактовые частоты. Из-за проблем с технологическим процессом базовая частота старшего представителя семейства, Core i7-5775C, была установлена лишь на уровне 3,3 ГГц, а частота в турборежиме не превышала 3,7 ГГц, что оказалось хуже характеристик Devil’s Canyon на целых 700 МГц.

Подобная же история произошла и с разгоном. Предельные частоты, до которых удавалось раскочегаривать десктопные Broadwell без использования продвинутых методов охлаждения, находились в районе 4,1-4,2 ГГц. Поэтому нет ничего удивительного, что потребители восприняли выпуск Broadwell скептически, и процессоры этого семейства так и остались странным нишевым решением для тех, кто был заинтересован в производительном встроенном графическом ядре. Первым же полноценным 14-нм чипом для настольных компьютеров, который смог привлечь к себе внимание широких слоёв пользователей, стал только следующий проект микропроцессорного гиганта - Skylake .

Производство Skylake, как и процессоров предыдущего поколения, выполнялось по 14-нм техпроцессу. Однако здесь Intel уже смогла добиться нормальных тактовых частот и разгона: старшая десктопная версия Skylake, Core i7-6700K, получила номинальную частоту 4,0 ГГц и авторазгон в рамках турборежима до 4,2 ГГц. Это чуть более низкие значения, если сравнивать с Devil’s Canyon, однако более новые процессоры оказались определённо быстрее предшественников. Дело в том, что Skylake - это «так» в интеловской номенклатуре, что означает существенные изменения в микроархитектуре.

И они действительно есть. Улучшений в дизайне Skylake на первый взгляд было сделано не так много, но все они носили прицельный характер и позволили устранить имевшиеся слабые места в микроархитектуре. Если коротко, то Skylake получили увеличенные внутренние буфера для более глубокого внеочередного исполнения инструкций и более высокую пропускную способность кеш-памяти. Усовершенствования затронули блок предсказания переходов и входную часть исполнительного конвейера. Также был увеличен темп исполнения инструкций деления, и перебалансированы механизмы исполнения операций сложения, умножения и FMA-инструкций. В довершение разработчики потрудились над повышением эффективности технологии Hyper-Threading. В сумме это позволило добиться примерно 10-процентного улучшения производительности на такт в сравнении с процессорами прошлых поколений.

В целом Skylake можно охарактеризовать как достаточно глубокую оптимизацию исходной архитектуры Core, с таким расчётом, чтобы в дизайне процессора не оставалось никаких узких мест. С одной стороны, за счёт увеличения мощности декодера (с 4 до 5 микроопераций за такт) и скорости работы кеша микроопераций (с 4 до 6 микроопераций за такт) существенно увеличился темп декодирования инструкций. А с другой - выросла эффективность обработки получающихся микроопераций, чему поспособствовало углубление алгоритмов внеочередного исполнения и перераспределение возможностей исполнительных портов вместе с серьёзной ревизией темпа исполнения целого ряда обычных, SSE и AVX-команд.

Например, Haswell и Broadwell имели по два порта для исполнения умножений и FMA-операций над вещественными числами, но только один порт предназначался для сложений, что плохо соответствовало реальному программному коду. В Skylake этот дисбаланс был устранён и сложения стали выполняться уже на двух портах. Кроме того, количество портов, способных работать с целочисленными векторными инструкциями, выросло с двух до трёх. В конечном итоге всё это привело к тому, что практически для любого типа операций в Skylake всегда есть несколько альтернативных портов. А это значит, что в микроархитектуре наконец были успешно устранены практически все возможные причины простоя конвейера.

Заметные изменения затронули и подсистему кеширования: пропускная способность кеш-памяти второго и третьего уровня была увеличена. Кроме того, сократилась ассоциативность кеша второго уровня, что в конечном счёте позволило улучшить его КПД и уменьшить штраф при обработке промахов.

Существенные перемены произошли и на более высоком уровне. Так, в Skylake вдвое выросла пропускная способность кольцевой шины, которая соединяет все процессорные блоки. Кроме того, в CPU этого поколения обосновался новый контроллер памяти, который получил совместимость с DDR4 SDRAM. А в дополнение к этому для соединения процессора с чипсетом стала применяться новая шина DMI 3.0 с увеличенной вдвое пропускной способностью, что дало возможность реализовать скоростные линии PCI Express 3.0 в том числе и через чипсет.

Впрочем, как и все предшествующие версии архитектуры Core, Skylake представлял собой ещё одну вариацию на тему изначального дизайна. А это значит, что и в шестом поколении микроархитектуры Core разработчики Intel продолжили придерживаться тактики поэтапного внедрения улучшений на каждом цикле разработки. В целом это - не слишком впечатляющий подход, который не позволяет увидеть какие-то значимые изменения в производительности сразу - при сравнении CPU из соседних поколений. Но зато при модернизации старых систем ощутимый прирост производительности заметить совсем несложно. Например, сама Intel охотно сравнивала Skylake с Ivy Bridge, демонстрируя при этом, что за три года быстродействие процессоров выросло более чем на 30 процентов.

И в действительности это был достаточно серьёзный прогресс, потому что потом всё стало значительно хуже. После Skylake какое бы то ни было улучшение удельной производительности процессорных ядер прекратилось совсем. Те процессоры, которые представлены на рынке в настоящее время, всё ещё продолжают использовать микроархитектурный дизайн Skylake, несмотря на то, что с момента его появления в десктопных процессорах прошло уже почти три года. Неожиданный простой случился из-за того, что Intel не смогла справиться со внедрением следующей версии полупроводникового процесса с 10-нм нормами. В результате весь принцип «тик-так» рассыпался, вынудив микропроцессорного гиганта как-то выкручиваться и заниматься многократным перевыпуском старых продуктов под новыми именами.

Процессоры поколения Kaby Lake , которые появились на рынке в самом начале 2017 года, стали первым и очень ярким примером попыток Intel продать клиентам тот же Skylake во второй раз. Близкие родственные связи между двумя поколениями процессоров особо и не скрывались. Intel честно говорила, что Kaby Lake - это уже не «тик» и не «так», а простая оптимизация предыдущего дизайна. При этом под словом «оптимизация» понимались некие улучшения в структуре 14-нм транзисторов, которые открывали возможность увеличения тактовых частот без изменения рамок теплового пакета. Для видоизменённого техпроцесса был даже придуман специальный термин «14+ нм». Благодаря этой производственной технологии старший массовый десктопный процессор Kaby Lake, получивший наименование Core i7-7700K, смог предложить пользователям номинальную частоту 4,2 ГГц и частоту турборежима 4,5 ГГц.

Таким образом, рост частот Kaby Lake по сравнению с оригинальным Skylake составил примерно 5 процентов, и этим всё и ограничивалось, что, честно говоря, ставило под сомнение правомерность отнесения Kaby Lake к следующему поколению Core. До этого момента каждое последующее поколение процессоров, не важно, относилось оно к фазе «тик» или «так», обеспечивало хоть какой-то прирост показателя IPC. Между тем в Kaby Lake никаких микроархитектурных улучшений не было вообще, поэтому эти процессоры логичнее было бы считать просто вторым степпингом Skylake.

Однако новая версия 14-нм техпроцесса всё же смогла кое в чём положительно проявить себя: разгонный потенциал Kaby Lake по сравнению с Skylake подрос примерно на 200-300 МГц, благодаря чему процессоры данной серии оказались достаточно тепло встречены энтузиастами. Правда, Intel продолжила использовать под процессорной крышкой вместо припоя термопасту, поэтому для полноценного разгона Kaby Lake необходимо было проводить скальпирование.

Не справилась Intel и с вводом в строй 10-нм технологии и к началу текущего года. Поэтому в конце прошлого года на рынок была выведена ещё одна разновидность процессоров, построенных на всё той же микроархитектуре Skylake, - Coffee Lake . Но говорить о Coffee Lake как о третьем обличье Skylake не совсем правильно. Прошлый год стал периодом кардинальной смены парадигмы на процессорном рынке. В «большую игру» вернулась AMD, которая смогла переломить устоявшиеся традиции и создать спрос на массовые процессоры с числом ядер более четырёх. Внезапно Intel оказалась в роли догоняющей, и выход Coffee Lake стал не столько попыткой заполнить паузу до долгожданного появления 10-нм процессоров Core, сколько реакцией на выход шести- и восьмиядерных процессоров AMD Ryzen.

В результате процессоры Coffee Lake получили важное структурное отличие от своих предшественников: число ядер в них было увеличено до шести штук, что с массовой платформой Intel произошло впервые. Однако при этом никаких изменений на уровне микроархитектуры вновь введено не было: Coffee Lake по сути - шестиядерный Skylake, собранный на основе точно таких же по внутреннему устройству вычислительных ядер, которые снабжены увеличенным до 12 Мбайт L3-кешем (по стандартному принципу 2 Мбайт на ядро) и объединены привычной кольцевой шиной.

Впрочем, несмотря на то, что мы так запросто позволяем себе говорить о Coffee Lake «ничего нового», утверждать о полном отсутствии каких-то перемен не совсем справедливо. Хотя в микроархитектуре вновь ничего не поменялось, специалистам Intel пришлось потратить немало усилий для того, чтобы шестиядерные процессоры смогли вписаться в стандартную десктопную платформу. И результат вышел достаточно убедительным: шестиядерные процессоры остались верны привычному тепловому пакету и, более того, совсем не замедлились по тактовым частотам.

В частности, старший представитель поколения Coffee Lake, Core i7-8700K, получил базовую частоту 3,7 ГГц, а в турборежиме он может разгоняться до 4,7 ГГц. При этом оверклокерский потенциал Coffee Lake, несмотря на его более массивный полупроводниковый кристалл, оказался даже лучше, чем у всех предшественников. Core i7-8700K нередко выводятся их рядовыми владельцами на пятигигагерцевый рубеж, причём такой разгон бывает реален даже без скальпирования и замены внутреннего термоинтерфейса. И это значит, что Coffee Lake хоть и экстенсивный, но существенный шаг вперёд.

Всё это стало возможным исключительно благодаря очередному усовершенствованию 14-нм технологического процесса. На четвёртый год его использования для массового производства десктопных чипов Intel удалось добиться действительно впечатляющих результатов. Внедрённая третья версия 14-нм норм («14++ нм» в обозначениях производителя) и перекомпоновка полупроводникового кристалла позволили существенно улучшить производительность в пересчёте на каждый затраченный ватт и поднять суммарную вычислительную мощность. Внедрением шестиядерности Intel, пожалуй, смогла совершить даже более значительный шаг вперёд, чем любым из предшествующих тому улучшений микроархитектуры. И сегодня Coffee Lake смотрится весьма соблазнительным вариантом для модернизации старых систем, основанных на предыдущих носителях микроархитектуры Core.

⇡ Процессоры и платформы: спецификации

Для проведения сравнения семи последних поколений Core i7 мы взяли старших представителей в соответствующих сериях - по одному от каждого дизайна. Основные характеристики этих процессоров приведены в следующей таблице.

Любопытно, что за прошедшие с момента выпуска Sandy Bridge семь лет Intel так и не смогла заметно нарастить тактовые частоты. Несмотря на то, что дважды менялся технологический производственный процесс и дважды серьезно оптимизировалась микроархитектура, сегодняшние Core i7 почти не продвинулись вперёд по своей рабочей частоте. Новейший Core i7-8700K имеет номинальную частоту 3,7 ГГц, что всего лишь на 6 процентов выше частоты вышедшего в 2011 году Core i7-2700K.

Впрочем, такое сравнение не совсем корректно, ведь Coffee Lake имеет в полтора раза больше вычислительных ядер. Если же ориентироваться на четырёхъядерный Core i7-7700K, то рост частоты выглядит всё-таки убедительнее: этот процессор ускорился относительно 32-нм Core i7-2700K на достаточно весомые 20 процентов в мегагерцевом выражении. Хотя всё равно вряд ли это можно назвать впечатляющим приростом: в абсолютных величинах это конвертируется в прибавку по 100 МГц в год.

Нет никаких прорывов и в других формальных характеристиках. Intel продолжает снабжать все свои процессоры индивидуальной кеш-памятью второго уровня объёмом 256 Кбайт на ядро, а также общим на все ядра L3-кешем, размер которого определяется из расчёта 2 Мбайт на ядро. Иными словами, главный фактор, по которому произошёл самый большой прогресс, - это число вычислительных ядер. Развитие Core начиналось с четырёхъядерных CPU, а пришло к шестиядерным. Причём очевидно, что это ещё не конец и в ближайшей перспективе мы увидим и восьмиядерные варианты Coffee Lake (либо Whiskey Lake).

Впрочем, как нетрудно заметить, за семь лет у Intel почти не менялась и ценовая политика. Даже шестиядерный Coffee Lake по сравнению с предшествующими четырёхъядерными флагманами подорожал всего лишь на шесть процентов. Все же остальные старшие процессоры класса Core i7 для массовой платформы всегда обходились потребителям в сумму порядка $330-340.

Любопытно, что самые крупные перемены произошли даже не с самими процессорами, а с поддержкой ими оперативной памяти. Пропускная способность двухканальной SDRAM с момента выхода Sandy Bridge и до сегодняшнего дня выросла вдвое: с 21,3 до 41,6 Гбайт/с. И это - ещё одно немаловажное обстоятельство, определяющее преимущество современных систем, совместимых со скоростной DDR4-памятью.

Да и вообще, все эти годы вместе с процессорами эволюционировала и вся остальная платформа. Если вести речь о главных вехах в развитии платформы, то, помимо роста скорости совместимой памяти, отметить хочется и появление поддержки графического интерфейса PCI Express 3.0. Кажется, что скоростная память и быстрая графическая шина наряду с прогрессом в частотах и архитектурах процессоров выступают весомыми причинами того, что современные системы стали лучше и быстрее прошлых. Поддержка DDR4 SDRAM появилась в Skylake, а перевод процессорной шины PCI Express на третью версию протокола произошёл ещё в Ivy Bridge.

Кроме того, заметное развитие получили и сопутствующие процессорам наборы системной логики. Действительно, сегодняшние интеловские чипсеты трёхсотой серии могут предложить гораздо более интересные возможности в сравнении с Intel Z68 и Z77, которые использовались в LGA1155-материнских платах под процессоры поколения Sandy Bridge. В этом нетрудно убедиться по следующей таблице, в которой мы свели воедино характеристики флагманских интеловских чиспсетов для массовой платформы.

В современных наборах логики существенно развились возможности для подключения высокоскоростных носителей информации. Самое главное: благодаря переходу чипсетов на шину PCI Express 3.0 сегодня в производительных сборках можно использовать быстродействующие NVMe-накопители, которые даже по сравнению с SATA SSD могут предложить заметно лучшую отзывчивость и более высокую скорость чтения и записи. И одно только это может стать веским аргументом в пользу модернизации.

Кроме того, современные наборы системной логики предоставляют гораздо более богатые возможности для подключения дополнительных устройств. И речь не только о существенном увеличении числа линий PCI Express, что обеспечивает наличие на платах нескольких дополнительных слотов PCIe, заменяющих обычные PCI. Попутно в сегодняшних чипсетах имеется также и врождённая поддержка портов USB 3.0, а многие современные материнские платы снабжаются и портами USB 3.1 Gen2.

При выборе процессора от компании Intel встает вопрос: а какой чип от этой корпорации выбрать? У процессоров есть множество характеристик и параметров, которые влияют на их производительность. И в соответствии с ней и некоторыми особенностями микроархитектуры производитель дает соответствующее название. Нашей задачей является освещение этого вопроса. В этой статье вы узнаете, что именно означают названия процессоров Intel, а также узнаете про микроархитектуры чипов от этой компании.

Указание

Надо заранее отметить, что здесь не будут рассматриваться решения раньше 2012 года, так как технологии идут быстрыми темпами и эти чипы имеют слишком малую производительность при большом энергопотреблении, а также их трудно купить в новом состоянии. Также здесь не будут рассмотрены серверные решения, так как они имеют специфичную сферу применения и не предназначены для потребительского рынка.

Внимание номенклатура изложенная ниже может оказаться недействительной для процессоров старее, чем обозначенный выше срок.

А также при возникновении трудностей можете посетить сайт . И прочесть вот эту статью, где рассказано про . А если хотите узнать про интегрированную графику от Intel, то вам .

Тик-Так

У Intel особая стратегия выпуска своих «камней», называющаяся Тик-Так (Tick-Tock). Она заключается в ежегодных последовательных улучшениях.

• Тик означает смену микроархитектуры, которая ведет к смене сокета, улучшению производительности и оптимизации энергопотребления.
• Так означает , что ведет к уменьшению энергопотребления, возможности расположения большего числа транзисторов на чипе, возможному поднятию частот и увеличению стоимости.

Вот так выглядит данная стратегия у десктопных и ноутбучных моделей:

А вот у маломощных решений (смартфоны, планшеты, нетбуки, неттопы) платформы выглядят следующим образом:

Надо отметить, что Bay Trail-D сделана для десктопов: Pentium и Celeron с индексом J. А Bay Trail-M для – это мобильное решение и также будет обозначаться среди Pentium и Celeron своей буквой – N.

Судя по последним тенденциям компании, сама производительность прогрессирует достаточно медленно, в то время как энергоэффективность (производительность на единицу потребленной энергии) растет год от года, того и гляди скоро в ноутбуках будут такие же мощные процессоры, как и на больших ПК (хотя такие представители есть и сейчас).