Intel HD Graphics 3000 и 2000 против дискретных видеокарт бюджетного сегмента

Всем известно, что компания Intel является самым крупным производителем центральных процессоров, но мало кто замечал её 50 процентную долю на рынке видеокарт. Залогом успеха стало грамотное продвижение интегрированных графических решений. Они широко востребованы и обширно применяются в мобильных системах, и в персональных ПК. Для поддержания этой существенной доли мирового рынка компания Intel постоянно совершенствует свои решения. Так, в прошлом году были выпущены новые серии производительных процессоров Clarkdale и Arrandale, которые обладают встроенным видеоядром. Залогом успеха этого направления компании Intel стал и тот факт, что пользователь получает видеокарту сразу вместе с приобретённым процессором и в дальнейшем не видит смысла в её замене. Новые графические решения, получают еще более высокое быстродействие, и оснащаются дополнительными узлами с аппаратной реализацией выполнения популярных задач.

Ядро прошлого поколения Intel HD Graphics позволило не только играть в старые 3D игры, но и благодаря своему быстродействию обеспечило пользователям возможность насладиться большим количеством современных стратегических игр. Второе поколение процессоров серий Intel Core i3, Intel Core i5, Intel Core i7 (Sandy Bridge), по утверждениям компании Intel, уже может обеспечить нормальную работу современных 3D игр. С полным списком игр, которые совместимы с новыми интегрированными в процессор графическими системами Intel HD Graphics 3000/2000, можно ознакомиться здесь.

Во многом такое повышение быстродействия графической подсистемы стало возможным за счет размещение графического ядра на одном полупроводниковом кристалле с остальными узлами процессора и возможностью прямого взаимодействия между ними. Еще одним плюсом нового решения от Intel стала его высокая энергоэффективность, что существенно увеличивает экономичность систем, построенных на его основе. Это является важным фактором для современных ноутбуков и экономных настольных систем, таких как домашние кинотеатры и медиацентры.

Однако все эти утверждения компании Intel о новых графических системах Intel HD Graphics 3000/2000 заслуживают детального анализа. В этом материале мы постараемся подробно рассмотреть реальные возможности этих продуктов и сопоставить их быстродействие с конкурентами из рынка дискретных видеокарт.

Intel HD Graphics второго поколения

Новые графические ядра Intel HD Graphics 3000/2000 очень похожи на своего предшественника предыдущего поколения Ironlake, который используется в процессорах Clarkdale и Arrandale. Однако их возможности существенно увеличились. Всё дело в измененном строении самого процессора в целом.

Использование 32-нм технологического процесса и интеграция графического ядра в единый кристалл с вычислительными ядрами процессора, кэш-памятью и контроллером памяти существенно увеличило их суммарную эффективность работы. Был устранен основной недостаток встроенной графики, это относительно низкая скорость работы с памятью. Раньше интегрированные графические ядра, работая с системной памятью, получали существенно ограниченную скорость доступа к ней. Да и используемая память значительно уступала по пропускной способности специализированной видеопамяти.

Большая часть этих проблем была решена в процессорах семейства Sandy Bridge. Новые процессоры предоставляют графическому ядру свои внутренние ресурсы, что стало доступным за счет тесной интеграции.

Структура процессоров Sandy Bridge такова, что все внутренние блоки, в том числе и графическое ядро, связаны между собой единой кольцевой шиной Ring Interconnect.

Она является следующим этапом развития шины QPI (QuickPath Interconnect), которая после «обкатки» в серверных процессорах с обновленной 8-ядерной архитектурой Nehalem-EX, перекочевала и в ядро процессоров для настольных и мобильных систем. Посредством Ring Interconnect образуются четыре 32-разрядных кольца для шин Данных (Data Ring), Запросов (Request Ring), Мониторинга состояния (Snoop Ring) и Подтверждения (Acknowledge Ring). Функционирует кольцевая шина на частоте ядер, поэтому её пропускная способность, задержки и энергопотребление полностью зависят от частоты работы вычислительных блоков процессора.

Кольцевая шина Ring Interconnect позволяет графическому ядру пользоваться системной памятью, так же, как и вычислительным ядрам процессора, через высокоскоростную кэш-память третьего уровня. Её объём у процессоров Sandy Bridge вырос до 6-8 МБ. Использование графическим ядром процессорного кэша L3 значительно повышает быстродействие его исполнительных блоков, снижая время простоя от задержек трансляции данных.

Эти изменения нельзя назвать единственными. В графических ядрах Intel HD Graphics 3000/2000 разработчикам удалось в разы повысить эффективность выполнения целого ряда задач, а также был улучшен параллелизм их работы. Так к возможностям нового графического ядра прибавились поддержка инструкций OpenGL 3.0, Shader Model 4.1 и DirectX 10.1.

Однако многие характеристики графических ядер Intel HD Graphics 3000/2000 и их архитектура остались неизменными. Intel HD Graphics содержит 6 или 12 скалярных 128-битных исполнительных блоков. В процессорах Sandy Bridge благодаря более тонкому технологическому процессу была увеличена рабочая частота графического ядра. Интегрированная графика процессоров Clarkdale и Arrandale, выполненная на отдельном кристалле по 45-нм технологии, обладала частотами до 900 МГц. Современный же 32-нм технологический процесс, который используется при выращивании процессоров Sandy Bridge, обеспечил возможность работы графического ядра на частотах превышающих 1 ГГц. Например для Intel Core i7-2600K частота работы может подниматься с 850 до 1350 МГц, а для Core i5-2500K с 850 до 1100 МГц. Это дает еще один существенный плюс к увеличению скорости выполнения графических задач обновленной версией Intel HD Graphics.

Процессор	Тип графи- ческого ядра	Количество исполни- тельных блоков	Intel Quick Sync Video, InTru 3D, Insider, Clear Video HD	Максимальная частота работы GPU, МГц	Базовая частота работы GPU, МГц
Core i7-2600K	3000	12	+	1350	850
Core i7-2600	2000	6	+	1350	850
Core i7-2600S	2000	6	+	1350	850
Core i5-2500K	3000	12	+	1100	850
Core i5-2500	2000	6	+	1100	850
Core i5-2500S	2000	6	+	1100	850
Core i5-2500T	2000	6	+	1250	650
Core i5-2400	2000	6	+	1100	850
Core i5-2400S	2000	6	+	1100	850
Core i5-2405S	3000	12	+	1100	850
Core i5-2300	2000	6	+	1100	850
Core i5-2390T	2000	6	+	1100	650
Core i5-2310	2000	6	+	1100	850
Core i3-2120	2000	6	+	1100	850
Core i3-2100	2000	6	+	1100	850
Core i3-2100T	2000	6	+	1100	650
Core i3-2105	3000	12	+	1100	850
Pentium G850	2000	6	-	1100	850
Pentium G840	2000	6	-	1100	850
Pentium G620	2000	6	-	1100	850
Pentium G620T	2000	6	-	1100	650

Рабочая частота графического ядра процессоров Sandy Bridge может изменяться в зависимости от загруженности в этот момент процессорных ядер с 650-850 МГц (базовые частоты для некоторых моделей) до 1100-1350 МГц (максимальные частоты для некоторых моделей). Так же как технология Intel Turbo Boost, которая изменяет тактовую частоту процессора в зависимости от его текущей нагрузки, новая технология Graphics Dynamic Frequency and Power Sharing отвечает за динамическое регулирование частоты графического ядра. Это позволяет менять частоту работы в зависимости от общего энергопотребления и тепловыделения вычислительных блоков процессора. При существенной нагрузке на вычислительные ядра частота графического ядра уменьшается и наоборот при пониженной активности вычислительных блоков частота GPU увеличивается. Это сделано для контроля и стабилизации общего теплового пакета процессора.

Новое графическое ядро позволяет по независимой специализированной шине FDI (Flexible Display Interface), которая работает по протоколу DisplayPort, передать изображение от процессора к чипсету, и потом дальше, к цифровым и аналоговым выводам на материнской плате.

Основным отличием версий графических ядер Intel HD Graphics 2000 и 3000, конечно же, является их быстродействие. Это стало следствием использования различных частот работы и, главное, количества исполнительных блоков. Intel HD Graphics 3000 обладает 12 исполнительными конвейерами, а Intel HD Graphics 2000 получила всего шесть. Это должно привести к отличию по производительности, в отдельных задачах, почти в два раза.

Однако сама архитектура графического ядра претерпела не так много изменений в сравнении с решением прошлого поколения Intel HD Graphics. Вместо ожидаемой поддержки DirectX 11 была просто добавлена поддержка DirectX 10.1. Соответственно и не многие приложения с поддержкой OpenGL ограничены аппаратной совместимостью только с 3-й версией спецификации этого свободного API. При этом, хотя и говорится об усовершенствовании вычислительных блоков, но их осталось столько же – 12, и то только для старших процессоров. Однако увеличение тактовой частоты до 1350 МГц обещает заметный прирост производительности в любом случае.

Новый медиапроцессор также получил расширенный набор пост-процессинговых функций аппаратной реализацией алгоритмов для автоматической подстройки контрастности изображения (ACE – Adaptive Contrast Enhancement), корректировки цветов (TCC – Total Color Control) и улучшения отображения кожи (STE – Skin Tone Enhancement). Повышает перспективность использования встроенной видеокарты реализованная поддержка интерфейса HDMI версии 1.4, совместимого с Blu-ray 3D (Intel InTru 3D).

Новая технология Quick Sync

В графическом ядре второго поколения, которое встраивается в процессоры Sandy Bridge, присутствуют новые аппаратные модули. Они обеспечивают работу технологии Quick Sync, которая позволяет значительно ускорить обработку видео потока – аппаратное ускорение кодирования и декодирования видео высоких разрешений.

В процессе кодирования и декодирования используются узкоспециализированные обрабатывающие модули. Выделенные аппаратные видеокодер и видеодекодер существенно увеличивают скорость выполнения этих операций.

В состав Quick Sync входят аппаратный декодер, который применяется для ускорения воспроизведения видеоконтента форматов MPEG-2, VC-1 и AVC. Он может полностью забрать на себя все функции декодирования, включая компенсацию движения и loop-фильтрацию. Его многопоточность позволяет декодировать видео в несколько потоков и даже в режимах «картинка в картинке», стерео 3D Blu-ray или MVC.

Также Quick Sync включает в себя аппаратный кодек, который выполняет операцию кодирования видео потока. В работе кодека могут быть задействованы и традиционные исполнительные модули графического ядра. Он поддерживает операцию кодирования для самого распространенного формата AVC.

Основной особенностью технологии Quick Sync является её способность декодировать видео из одного формата одновременно с кодированием его в другой. Это существенно уменьшает общее время операций конвертации видео, а именно они является одними из самых ресурсоемких для современных процессоров. Уменьшение времени обработки видео контента существенно влияет на общие затраты электроэнергии в работающей системе. При работе технологии Quick Sync пользователь не только может быстро конвертировать видео файлы, но и свободно использовать освобожденные ресурсы процессорных ядер для параллельного выполнения других задач.

Среди большого количества положительных качеств новой технологии Quick Sync в ней есть и не очень удобные особенности. Блоки кодирования и декодирования помещены именно в графическое ядро, что в большинстве материнских плат не позволяет их использовать при работе вашего компьютера от дискретной видеокарты. Задействовать технологию Quick Sync одновременно c работой на дискретной видеокарте стало возможным только с выходом программного обеспечения от компании LucidLogix – технология Lucid Virtu. И только на материнских платах, которые прошли сертификацию для работы с этой технологией.

Lucid Virtu

Сама возможность одновременного использования обеих видеокарт доступна только на лицензированных платах с системной логикой Intel Z68 Express. Программная функция Lucid Virtu, предназначена для виртуализации графического ядра. За счет этой технологии пользователям, установившим дискретную видеокарту, останутся доступными возможности встроенного в процессор Sandy Bridge графического ядра. Особенно такая виртуализация заметна при использовании интегрированного ядра в качестве кодера и декодера с применением технологии Intel Quick Sync. Отметим, что Intel Quick Sync должна работать более эффективно, чем технологии AMD Stream или NVIDIA CUDA.

Технология Lucid Virtu имеет два режима i-Mode и d-Mode. В режиме i-Mode подключение дисплея производится к выходу встроенного GPU процессора, то есть к материнской плате. В таком режиме функции основного ускорителя выполняет интегрированное ядро, а дискретная видеокарта включается в работу только в 3D-приложениях. За счет этого происходит экономия электроэнергии. В режиме d-Mode дискретная видеокарта является основной, а интегрированное ядро используется в случае кодирования по технологии Intel Quick Sync в определенных приложениях. На данный момент к таким приложениям относятся Cyberlink MediaEspresso, ArcSoft MediaConverter 7.

Тестирование

В нашем тестировании примут участие четыре процессора с разными возможностями графической подсистемы.

Модель процессора	Intel Pentium G840	Intel Pentium G620	Intel Core i5-2500K	Intel Core i5-2300
Маркировка	SP05P	SR05R	SR008	SR00D
Тактовая частота, ГГц	2,8	2,6	3,3	2,8
Максимальная частота  Turbo Boost, ГГц	-	-	3,7	3,1
Множитель	28	26	33	28
Частота шины, МГц	100	100	100	100
Объем кэш-памяти L1 (Данные / Инструкции), КБ	2x32 / 2x32	2x32 / 2x32	4x32 / 4x32	4x32 / 4x32
Объем кэш-памяти L2, КБ	2x256	2x256	4x256	4x256
Объем кэш-памяти L3, КБ	3072 (3 МБ)	3072 (3 МБ)	6144  (6 МБ)	6144 (6 МБ)
Количество ядер / потоков	2/2	2/2	4/4	4/4
Рассеиваемая мощность, Вт	65	65	95	95
Критическая температура, °C	69,1	69,1	72,6	72,6
Техпроцесс	32 нм	32 нм	32 нм	32 нм
Встроенное графическое ядро	Intel HD Graphics 2000	Intel HD Graphics 2000	Intel HD Graphics 3000	Intel HD Graphics 2000
Вычислительных конвейеров, шт	6	6	12	6
Рабочая частота, МГц	850	850	850	850
Максимальная динамическая частота, МГц	1100	1100	1100	1100
Объем используемой памяти, ГБ	до 1,7	до 1,7	до 1,7	до 1,7

Официальные характеристики графического ядра процессора Intel Pentium G620

Официальные характеристики графического ядра процессора Intel Pentium G840

Официальные характеристики графического ядра процессора Intel core i5 2300

Официальные характеристики графического ядра процессора Intel core i5 2500k

В линейках процессоров второго поколения (для разъема LGA1155) компании Intel на данный момент используется три варианта графических ядер. Это Intel HD Graphics 3000, Intel HD Graphics 2000 и, как называет его разработчик, Intel HD Graphics (облегченный вариант Intel HD Graphics 2000). Именно последняя модификация графического ядра используется в таких моделях процессоров как Intel Pentium G620 и Intel Pentium G840, а также других решениях для разъема LGA1155, которые представлены в серии «Pentium G». Базовые рабочие частоты всех графических ядер колеблются в одинаковых диапазонах. Однако при рассмотрении их архитектуры главным отличием интегрированной графики бюджетной линейки процессоров «Pentium G» от Intel HD Graphics 2000 станет отсутствие блоков отвечающих за работу технологиq Quick Sync Video, InTru 3D, Insider, Clear Video HD. Это должно существенно увеличить нагрузку на основной процессор при работе с видеоконтентом.

Именно практический вес таких возможностей, которые появились вследствие некоторых изменений архитектуры, мы и хотим исследовать, сравнив новое решение с самыми бюджетными дискретными ускорителями.

Для того чтобы корректно оценить возможности Intel HD Graphics 3000 и Intel HD Graphics 2000 частоты процессоров Intel Core i5 2300 и Intel Core i5 2500K были приведены к значению 2,8 ГГц и отключены режимы технологии энергосбережения и Turbo Boost. Эти тестовые результаты подписаны как «Intel core i5 2300 without Turbo Boost» и «Intel core i5 without Turbo Boost». При этом дискретные видеокарты тестировались на этой же системе с процессором Intel Core i5 2300, который работал на тактовой частоте 2,8 ГГц.

В тестировании принимал участие тестовый стенд с такими компонентами:

Материнская плата	MSI P67A-GD55 (Intel P67A Express, LGA 1155, mATX)
Кулер	Scythe Kama Angle rev.B (LGA 1156/1366 support)
Оперативная память	2x DDR3-2000 1024 МБ Kingston HyperX KHX16000D3T1K3/3GX
Жесткий диск	Seagate Barracuda 7200.12 ST3500418AS, 500 ГБ, SATA-300, NCQ
Блок питания	Seasonic SS-650JT, 650 Вт, Active PFC, 80 PLUS, 120 мм вентилятор

Изучив результаты, сразу хочется отметить некоторое превосходство Intel HD Graphics 2000 над рядом наиболее бюджетных видеокарт, которые еще имеются в продаже на нашем рынке. Полученное быстродействие во многом является следствием архитектурных улучшений, в частности более быстрой работы с памятью. Так же отметим, что графические ускорители ASUS GeForce GT 520 SILENT 1GB DDR3 и HIS Radeon HD 6450 Silence 1GB GDDR5, выполненные на младших графических процессорах новых поколений от компаний AMD и NVIDIA, являются более производительными, чем современная интегрированная графика от компании Intel.

Сравнивая модификации Intel HD Graphics 2000 и 3000 между собой, можно подтвердить получение прироста производительности на 50 процентов за счет удвоенного количества исполнительных блоков. Однако также стоит отметить и более высокое энергопотребление процессоров с Intel HD Graphics 3000. Что же касается «урезанных» версий линейки процессоров Sandy Bridge серии «Pentium G», то производительность используемого в них графического ядра в игровых приложениях сходна с таковой у Intel HD Graphics 2000.

Если заглянуть в наше тестирование графического ядра Intel HD Graphics прошлого поколения, то в нем была отмечена меньшая производительность Intel HD Graphics прошлого поколения в сравнении с простейшими дискретными ускорителями на ATI Radeon HD 4350 и NVIDIA GeForce 210, а современные решения от компании Intel существенно их превосходят. Конечно, можно, и нужно, заметить, что покупка дополнительной карты увеличивает стоимость системы, а также немного ее энергопотребление, поэтому если не предполагается играть на новом ПК в требовательные игры, то встроенное решение будет выгоднее во всех отношениях. К тому же на включенных в тестирование внешних видеокартах не очень то и поиграешь в современные игры, особенно если у владельца широкоформатный монитор с разрешением Full HD и есть желание увидеть все эффекты. А покупка действительно игровой видеокарты это уже совсем другой вопрос, как и выбора в такую систему процессора.

Воспроизведение видео высокой четкости

Одним из значимых изменений в структурах графических ядер нового поколения Intel HD Graphics 2000 и 3000 стало использование для обработки видеопотока специализированных аппаратных блоков, что должно существенно повысить скорость выполнения этих операций. Аппаратное декодирование позволяет значительно уменьшить нагрузку на процессор, сэкономив, таким образом, системные ресурсы.

Для оценки возможностей видеоускорителей Intel HD Graphics второго поколения мы воспользовались процессорами Intel Pentium G630 и Intel Celeron G530, предполагая, что если эти модели справятся с аппаратным декодированием HD Video, то и графические ядра Intel HD Graphics 2000 и 3000 в полноценных процессорах семейства Intel Sandy Bridge тем более должны выполнять эту задачу.

Для теста мы выбрали два фильма. В одном видеопоток был закодировано в формате H.264, а в другом - VC-1. Причем в обоих файлах использовался контейнер mkv (Matroska).

Данные о файлах:

Фильм «Jumper»
контейнер: Matroska
Размер: 9,45 ГБ
Формат видео: AVC
Кодек: H.264/AVC
Разрешение: 1920x816
Аудио дорожка №1: 6-канальный звук в формате AC-3

Фильм «Хроники Риддика»
Формат файла: Matroska
Размер: 16,6 ГБ
Битрейт: 16 Мб/c
Формат видео: VC-1
Кодек: WVC1
Разрешение: 1920 х 1080
Аудио дорожка №1: 6-канальный звук в формате AC-3

Сразу стоит отметить, что для аппаратного воспроизведения необходимо обновить установленное ПО в компьютере. В частности компания Intel предлагает «использовать последние версии media player приложения, системного BIOS и драйвер для Intel Graphics Media Accelerator». Но, как выяснилось, даже эти условия не позволяют автоматически проигрывать HD-видео. Со второй попытки нам таки удалось добиться аппаратного воспроизведения видео закодированного в H.264 с помощью проигрывателя «Windows Media Player», обновив при этом кодеки K-Lite Codec Pack 7.8.0 в операционной системе.

Настройки проигрывателя Windows Media Player во вкладке «Options» выглядели следующим образом:

Результаты, в итоге были получены следующие.

Нагрузка на процессоры Intel Pentium G620 и Intel Celeron G530 при проигрывании фильма «Jumper» в среднем находилась на уровне 10%, при этом процессоры работали в экономном режиме с частотой 1600 МГц.

При изменении настроек в Windows Media Player и отключении, таким образом, аппаратного ускорения, наблюдалось увеличение частоты работы процессоров до максимальной и увеличение загрузки процессора в диспетчере задач до 40%.

Для воспроизведения видео в формате VC-1 пришлось воспользоваться проигрывателем KMPlayer 3.0.0.1442, который с настройками по умолчанию аппаратно декодировал фильм «Хроники Риддика».

Нагрузка на процессор Intel Celeron G530 при аппаратном воспроизведении формата VC-1 в контейнере mkv составляла в среднем около 12%, при этом процессор находился в режиме энергосбережения, работая с частотой 1600 МГц. Такая же ситуация наблюдалась и при использовании процессора Intel Pentium G630.

При отключении аппаратного декодирования, в нашем случае использовании проигрывателя Windows Media Player, частота процессора неминуемо возрастала до максимальной, а процесс воспроизведения видео с помощью Intel Pentium G630 занимал половину его ресурсов.

Таким образом, для построения медиацентра можно рекомендовать абсолютно все модели процессоров линейки Intel Sandy Bridge, но при этом желательно правильно настроить приложение для проигрывания медиаконтента с высоким разрешением.

Итоги

В первую очередь хочется отметить, что новые графические ядра Intel HD Graphics 2000 и Intel HD Graphics 3000 обеспечивают в 2-2,5 раза большую производительность по сравнению с графическим ядром прошлого поколения Intel HD Graphics. Такой прирост обеспечивает этим решениям комфортную поддержку работы практически всех современных стратегических игр и даже некоторых 3D игр на минимальных настройках. Однако эти интегрированные графические решения не смогут стать достойной заменой даже самых слабых дискретных решений последних поколений (AMD Radeon HD 6000 и NVIDIA GeForce 500). Имеющиеся возможности графических ядер Intel HD Graphics 2000 и HD Graphics 3000 позволяют превратить вашу систему в полноценный домашний медиацентр с минимально необходимым быстродействием для всех современных задач и даже нетребовательных игр. Если учесть общие накладные расходы на приобретение интегрированной графики, которая достается условно бесплатно при покупке процессора, то по сравнению с дискретными картами такой подход существенно более экономный. Но при желании насладиться современными играми на больших разрешениях или при высоких настройках, улучшающих качество игровой сцены, придется задуматься о приобретении дискретной видеокарты минимум среднего ценового диапазона. Но если игры это второстепенные или даже третьестепенные задачи для вашей системы, то использование Intel HD Graphics в процессорах линейки Sandy Bridge даже в самом медленном варианте, внутри процессора Intel Pentium G620, можно считать оптимальным выбором.

Автор: Валерий Паровышник

Выражаем благодарность компаниям Intel, Kingston, Scythe и Sea Sonic за предоставленное для тестирования оборудование.