Сравнение AMD Ryzen 9 5900X с GeForce RTX 3090 против Ryzen 9 3900XT и Core i7-10700K: архитектура Zen 3 в деталях

И для начала немного интересной теории вперемешку с практическими тестами. 5 ноября в продажу поступили первые четыре представителя десктопной линейки Ryzen 5000. Как и ожидалось, их мгновенно раскупили. Среди покупателей оказалось много спекулянтов, которые сразу же принялись перепродавать их по завышенной стоимости.

Это уже четвертое поколение архитектуры Zen, несмотря на тройку в названии. В лаборатории AMD уже кипит работа над 5-нм Zen 4. Ее релиз ожидается в следующем году.

За последние 3 года AMD в отличном темпе сокращала отставание своих процессоров от конкурентных аналогов в однопоточном режиме и в играх. Zen 3 может похвастать ростом динамической частоты до 4,9 ГГц и бонусом IPC в 19% по сравнению с Zen 2.

Эти 19% достигнуты за счет улучшений в трех блоках: Front-End, Выполнения и Загрузки/Хранения. AMD сделала информативные и красивые слайды, чтобы подробно объяснить все проделанные изменения, включая более быстрое предсказание ветвления, ускорение модуля FMAC, повышение количества структурных блоков и многое другое. Но для большинства – это абсолютно ненужная информация, по важности где-то между путями миграции стрижей и особенностями политической системы западно-тюркского каганата.

Лучше уделить внимание тому, что можно пощупать или измерить. Первым делом это касается кеш-памяти L3. В архитектуре Zen 2 каждый модуль CCX включал в себя 4 ядра и 16 МБ общего кеша L3. Два таких модуля объединялись в один блок CCD, но они были разделены между собой, а коммуникация отдельных CCX в составе одного CCD происходила с помощью модуля IoD. Это приводило к дополнительным задержкам и снижало производительность в однопоточном режиме и в играх.

В Zen 3 модуль CCX включает в себя все 8 ядер и 32 МБ общего кеша L3. То есть каждое ядро получило доступ к удвоенному объему кеш-памяти, и общаться они могут между собой напрямую.

В теории – все отлично! Давайте проверим на практике. В AIDA64 скорость работы кеш-памяти L1 поднялась максимум на 10%, а L2 – на 5%. Зато L3 теперь медленнее на 30-45%! И как это понимать? Где обещанный прирост? Паниковать не стоит – бенчмарк определяет пропускную способность при одновременной работе с кешем всех ядер: 4 мелких CCX быстрее справляются с этой задачей, чем 2 больших. И если программа по максимуму использует этот кеш, то действительно производительность может пострадать.

В однопоточном режиме также не ждите большого ускорения от работы с L3, ведь шина для связи каждого ядра осталась 32-байтной. Но в целом объединение 8 ядер и 32 МБ L3, а также увеличение количества структурных блоков снижает задержки в межъядерном взаимодействии и компенсирует снижение пропускной способности кеша последнего уровня.

Идем дальше. Контроллер оперативной памяти в Zen 3 не поменялся. Частота шины Infinity Fabric, контроллера и модулей ОЗУ соотносятся между собой как 1:1:1. Хотите ускорить систему – повышайте частоту. Рубикон в данном случае находится на отметке DDR4-4000: дальнейший рост частоты нивелируется повышенными таймингами.

Опять смотрим в AIDA64: на частоте DDR4-3600 у процессоров AMD скоростные показатели почти одинаковые. Зато задержка доступа при работе с ОЗУ снизилась у новинки на 12%. До уровня Intel еще далеко, но позитивную тенденцию мы отметили.

Позаботилась AMD и об усилении защиты клиентских систем. Zen 3 теперь не страшны атаки методом возвратно-ориентированного программирования. Архитектура ISA также пополнилась новыми инструкциями.

Еще один интересный момент касается рабочих напряжений, которые можно мониторить с помощью различных программ. Если вы вообще не меняете его в BIOS, то оно может находиться в диапазоне от 200 мВ до 1,5 В. В рабочих задачах – от 1,1 до 1,35 В, а в играх – от 1 до 1,5 В.

Чтобы снизить энергопотребление, процессор активно использует режим C6, при котором одно или несколько ядер полностью отключены от питания. Но сторонние утилиты могут неверно вести подсчет. Например, 10-е ядро на слайде 40% времени провело в режиме C6. За остальные 60% времени среднее напряжение составило 1,283 В. Но если учитывать первый отрезок, то реальное среднее напряжение составляет 769 мВ.

Другой пример. При запуске однопоточного теста Cinebench R20 лишь 2 из 12 ядер процессора работали в максимальном режиме, а 9 находились в режиме C6. Утилита CPU-Z рапортует, что напряжение Core Voltage превышает 1,4 В. И можно подумать, что процессор потребляет очень много. На самом же деле среднее напряжение с учетом всех ядер составляет всего 528 мВ.

Это важно для понимания высокой энергоэффективности новинок. Например, согласно данным AMD, Ryzen 9 5900X в 2,4 раза эффективнее Core i9-10900K по показателю производительность/Вт.

Еще важнее знать нормальный диапазон температур. Если мониторинг говорит о 90°С для 105-ваттных чипов или 95°С для 65-ваттных, то это не причина для паники. Такой результат вы можете увидеть с простенькими кулерами. С топовыми воздушными кулерами или 2-х либо 3-х секционными водянками показатели будут в районе 60-80°С.

Например, у нас с 2-секционной водянкой температуры на ядрах не превышали 65°.

Обязательно нужно вспомнить о технологии Precision Boost 2. Она включена по умолчанию. Инженеры AMD сделали ее максимально адаптивной, чтобы она сама определяла степень повышения частоты для нужного количества ядер. И, конечно же, чем лучше у вас кулер, тем эффективнее будет работать эта технология.

Надеемся, вы не устали – еще немного, и перейдем к тестам. Но пока напомним о ситуации с BIOS. Для раскрытия максимального потенциала новинок AMD рекомендует использовать платы с чипсетами 500-й серии и BIOS на базе микрокода AGESA 1.1.0.0. Правда, в нем пока нет андервольтинга – его и другие плюшки завезут в будущих обновлениях.

Поддержка Ryzen 5000 на платах с чипсетами AMD 400 ожидается в январе 2021 года, но полностью зависит от желания вендоров. MSI и BIOSTAR уже подтвердили такую возможность для своих плат. Новые прошивки для 32 плат линеек ASUS B450 и GIGABYTE B450 недавно слили в интернет – можете рискнуть на свой страх либо подождать официального анонса. Энтузиасты даже запустили Ryzen 9 5900X на чипсете A320, но не факт, что новые прошивки для 300-й серии официально увидят свет.

Также AMD рекомендует использовать с новинками ОС Windows 10 2004 и обновить драйвер чипсета. Ведь разработанный весной 2017 года план AMD Ryzen Balanced для линейки Ryzen 5000 уже устарел. Windows сама настроит оптимальный режим его работы. Вы же можете в настройках сместить фокус в сторону повышенной производительности или энергоэффективности.

И в завершении обзора нововведений исследуем вопрос прироста IPC. AMD взяла для этого два процессора с архитектурой Zen 3 и Zen 2, зафиксировала их частоту на 4 ГГц и протестировала в 25 синтетических бенчмарках и играх. Средний прирост составил 19%.

У нас в трех бенчмарках и двух играх средний прирост достиг 12%. Если считать отдельно синтетику и игры, то получаем 10% и 19% соответственно.

Теперь давайте представим тестовую модель и пройдемся по конфигурации стенда. Первым мы протестировали Ryzen 9 5900X. Он имеет в своем составе 12 ядер в 24 потока с базовой частотой 3,7 ГГц и динамическим разгоном до 4,8 ГГц. Также на борту 64 МБ кеш-памяти L3, 20 линий PCIe 4.0 и 2-канальный контроллер памяти с гарантированной поддержкой модулей DDR4-3200. Множитель разблокирован, а тепловой пакет составляет 105 Вт.

Для ускорения процесса добавили лишь два конкурента. На роль внешнего напрашивается топовый 10-ядерный 20-поточный Core i9-10900K. Рекомендованные ценники у них почти на одинаковом уровне: $499 для Intel и $549 для AMD. Но у нас его не было в наличии. Поэтому взяли 8-ядерный 16-поточный Core i7-10700K с динамическим разгоном до 5,1 ГГц и 125-ваттным TDP.

Внутренним оппонентом выступает 12-ядерный Ryzen 9 3900XT. У него очень похожая частотная формула по сравнению с 5900X: базовая скорость выше на 100 МГц, а максимальная динамическая – ниже на те же 100 МГц. Но он создан на архитектуре Zen 2.

Ryzen 9 5900X тестировался на плате ASUS ROG Crosshair VIII Hero (Wi-Fi) с чипсетом X570 и самой свежей версией BIOS. Для внешнего оппонента взяли MSI MAG Z490 Tomahawk.

За охлаждение процессоров отвечала 2-секционная водянка ID-COOLING Zoomflow 240X ARGB с яркой подсветкой и вентиляторами на гидравлическом подшипнике.

Чтобы не полагаться на Фортуну в вопросе разгона оперативки, установили топовый 16-гигабайтный комплект DDR4-5000 CORSAIR VENGEANCE LPX для использования на нужных частотах.

К флагманской видеокарте Palit GeForce RTX 3090 GamingPRO OC у нас было лишь одно требование – не быть узким местом при сравнении процессоров.

Дисковая подсистема состояла из двух SSD Apacer AS340. Вариант на 240 ГБ взяли для ОС, бенчмарков и игровых клиентов. Сами игры записаны на версию объемом 960 ГБ.

Palit рекомендует использовать с ее RTX 3090 минимум 750-ваттный блок питания. Мы решили перестраховаться и установили киловаттный Seasonic PRIME GX-1000 с сертификатом 80 PLUS Gold. Он получил одну мощную линию +12В, которая при необходимости может выдать 996 Вт. Также в активе полностью модульная система кабелей, тихий вентилятор на FDB-подшипнике, полный перечень защит и 12 лет гарантии.

Все компоненты собрали в хорошо проветриваемых корпусах Cougar MX330-G. Для улучшения температурного режима добавили в каждый вертушку Cougar FW 120 White.

Геймплеи записаны внешней системой с AVerMedia Live Gamer 4K, т.е. без потери производительности. Она позволяет захватывать HDR-видео в разрешении 4K при частоте 60 FPS, а затем стримить его на разные платформы с помощью программы RECentral. В Quad HD максимальная частота развертки повышается до 144, а в Full HD – до 240 Гц. [MORE]

Тестирование проходило при частоте оперативной памяти DDR4-3600 для всех систем. В синтетике преимущество Ryzen 9 5900X над предшественником составляет 11%, а над внешним оппонентом – 18%. Особенно хорошо новинка смотрится в мультизадачном режиме и в бенчмарках на рендеринг сцены.

В игровых тестах в Full HD ситуация выглядит следующим образом. В RDR 2 при максимальных настройках средняя скорость находится на одном уровне для всех систем, но по остальной статистике новинка обходит конкурентов максимум на 30-40%. При снижении настроек видим разницу и по среднему фреймрейту: прирост в 29% по сравнению с 3900XT и 17% с 10700K.

Shadow of the Tomb Raider в обоих случаях выводит 5900X в лидеры по средней скорости. Преимущество над внутренним оппонентом составляет 35-37%, а над внешним – 5-9%. Статистика 1% Low у процессора Intel немного лучше: во время теста все его потоки загружены равномерно, чего нельзя сказать о новинке – местами 5-7 потоков загружены менее чем на 10%.

В The Division 2 при максимальных настройках 5900X минимально обходит 10700K по среднему фреймрейту. По остальной статистики разрыв достигает 17%. Переход к средним настройкам увеличивает разрыв между этими системами до 19-26%.

В тяжелой Total War Saga: Troy при максимальном пресете показатели редких и очень редких событий находятся на одном уровне. Зато по средней скорости новинка обходит предшественника на 26%, а Core i7 – на 18%. При средних настройках 5900X уходит в отрыв на 36-38%.

Watch Dogs: Legion плохо оптимизирована под процессоры AMD. 9-10 потоков 5900X загружены на пару процентов или вообще бездействуют. Нагрузка на остальные в основном держится в районе 40-60%. Этого хватило, чтобы обойти предшественника на 18%. У Core i7 почти равномерно загружены все потоки, и именно он с минимальным отрывом победил в этом тесте.

В финальной части мы попробовали немного разогнать Ryzen 9 5900X. Стабильной работы системы удалось добиться при частоте 4,5 ГГц и пиковом напряжении 1,25 В. Если поднять частоту еще выше, то любая высокая нагрузка в виде бенчмарка или игры приводила к перезагрузке системы.

После разгона POST рапортовал о перегреве процессора на старте, хотя по данным AIDA64 в стресс-тесте температура не превышала 80°С.

Для сравнения мы также разогнали Core i7-10700K до 5,1 ГГц. Память не трогали.

Результаты в синтетике прямо говорят, что разгон Ryzen 9 5900X ниже 4,8 ГГц не приносит положительных результатов в однопоточных тестах. Технология Precision Boost 2 лучше справляется с этой задачей, поднимая частоты отдельных ядер выше. В многопоточных задачах есть небольшой прирост, но он не превышает 5%.

В играх также наблюдается падение производительности. Например, в Total War Saga: Troy в стоке большинство потоков работает на частоте около 4,6 ГГц, хотя бывают кратковременные просадки в район 3 ГГц. После фиксации частоты ядер на 4,5 ГГц показатели просели максимум на 6%.

В Watch Dogs: Legion ситуация также не изменилась к лучшему. В основном лишь половина потоков загружены на 50-60%. Остальные либо простаивают, либо работают с минимальной нагрузкой. В итоге показатели остались на прежнем уровне.

Стоит отметить, что у коллег по цеху результаты разгона также не особо большие. Например, больше всего повезло Pro Hi-Tech: «бородачам» удалось разогнать 5900X до 5 ГГц в играх и 4,8 ГГц в рабочих задачах при охлаждении «водянкой» NZXT Kraken X63. У i2Hard под кастомной СЖО один CCD работал на частоте 4,875 ГГц, а второй – при 4,725 ГГц. Специалистам 3DNews покорилась планка в 4,4 ГГц.

Итоги

В первую очередь хочется поздравить AMD – линейка Ryzen 5000 на Zen 3 действительно сделана не для галочки. Инженеры во многом улучшили внутреннюю структуру, чтобы добиться заявленного 19%-го роста IPC. По нашим измерениям он составил 12%, но лишь из-за гораздо меньшей выборки бенчмарков и игр.

В целом Ryzen 9 5900X оказался на 11% быстрее своего предшественника в синтетике и на 25% в играх. Если с предыдущей линейкой AMD уверенно побеждала в большинстве синтетических бенчмарков, но проигрывала Intel в играх, то теперь она быстрее в обоих случаях. Например, преимущество над Core i7-10700K достигает 11%. Да, желательно было бы сравнивать с топовым Core i9, но у нас его не было в наличии, да и разница между 10700K и 10900K в играх будет небольшой.

Есть ли у новой линейки минусы? Да, есть. Первый из них касается кеш-памяти L3. Она работает медленнее, хотя это будет ощущаться лишь в тех программах и играх, которые используют ее по максимуму.

Во-вторых, разгон остается слабым местом топовых чипов. AMD опять выжала из них максимум. Ручной разгон имеет смысл лишь тогда, когда вы значительно превышаете динамическую частоту. Например, при разгоне всех ядер Ryzen 9 5900X до 4,5 ГГц показатели в основном падают, ведь динамическая частота для отдельных ядер может подниматься до 4,8 ГГц. Поэтому в большинстве случаев лучше довериться автоматическим алгоритмам.

Автор: Сергей Будиловский