Обзор AMD Ryzen 5900X: «красные» снова на коне

Долгий путь к совершенству

Прежде чем говорить о новых процессорах и изменениях в микроархитектуре, придётся рассказать о проблемах прошлого поколения. Начнём с конкурента «красных». Процессоры Intel 10-й серии мало отличаются от Intel Core 6-го поколения: со времён появления Skylake «синие» наращивали производительность количественно, а не качественно. Добавили ядра, повысили мегагерцы, в третий раз оптимизировали техпроцесс… и попутно поменяли пару раз системный сокет, ведь пользователь должен платить за новинки. При этом, по сути, система не изменилась — те же ядра, PCI-E 3.0 и DDR4. Спасибо, что хотя бы перестали выдавать четырёхъядерники за вершину эволюции процессоростроения.

Правда, благодарить за это стоит AMD.

Появление первых версий Ryzen дало народу производительный и сравнительно недорогой восьмиядерник на консьюмерском сокете. Конечно, были недоработки, но от каждой обнаруженной проблемы AMD методично избавлялась в последующих обновлениях линейки. В итоге к 2020 году чуть более высокие fps в киберспортивных дисциплинах и гейминг в Full HD — едва ли не единственные сценарии использования десктопов, где Intel демонстрировала заметное преимущество над AMD.

Причины изменений в микроархитектуре

С игровым быстродействием всё неоднозначно. В случае хорошо оптимизированных ААА-релизов, поддерживающих многопоточный рендеринг, Ryzen и Intel Core выдавали сопоставимый средний fps. Тем не менее просадки фреймрейта, если они случались, были заметнее на «красной» платформе. Всё дело в чиплетной многоядерности, которую AMD выбрала для упрощения проектирования и производства процессоров на новой архитектуре. Например, восьмиядерник состоял из пары 4-ядерных модулей, а двенадцатиядерник — из трёх.

Второй проблемой игровой производительности стали максимальные частоты в одноядерном режиме. Процессоры AMD не могли угнаться за Intel. Чипы Ryzen было практически невозможно разогнать по максимальным частотам, куда охотнее система поднимала минимальные, равномерно распределяя нагрузку на все ядра. С рабочими приложениями подобный подход работал на ура — многопоточная нагрузка получала заметный прирост. Аналоги Intel, напротив, легко выдавали свыше 5 ГГц в одноядерном режиме. А значит, плохо оптимизированные задачи и старые или криво написанные игровые движки лучше работали именно на «синей» платформе.

Изменения и нововведения в Zen 3

Проблема с четырёхъядерными модулями, они же CCX (Core Complex), оказалась простой. Каждый такой блок обладал собственной кэш-памятью третьего уровня. Если вычислениям в одном CCX требовались результаты другого CCX, процессор хранил дубликат данных сразу в двух четырёхъядерных модулях, тратил драгоценные такты на копирование этой информации из одного блока в другой и так далее. Когда CPU был загружен на 100% чем-то серьёзным, например рендерингом видео или архивацией файлов, подобные недостатки практически не влияли на качество работы — результат вычислений нужен был не здесь и сейчас, а для чего-то большего. В играх же подобные задержки вызывали неприятные просадки fps.

Сейчас ситуацию решили радикально. Поскольку самый ходовой вариант — шестиядерники и восьмиядерники, один блок теперь содержит не 4, а 8 ядер и 32 МБ общего L3-кэша. При таком раскладе в большинстве случаев проблема данных в чужом сегменте памяти просто не возникнет: у мейнстримовых процессоров будет стоять один большой CCX. Да, у флагманских Ryzen 9 пара таких блоков, но это всё равно лучше, чем 3 или 4 модуля.

Чуть менее заметные по спецификациям, но тоже важные изменения произошли внутри структуры ядер. 

В Zen 3 улучшили один из важнейших элементов процессора х86-64: так называемый предсказатель ветвлений — блок, который на основе статистики делает предположения по следующим вычислениям. Причём выполняет их, не дожидаясь момента, когда они потребуются. Вероятность предсказания высокая (больше 90%), так что зачастую чип не простаивает в ожидании задач, программы функционируют быстрее, пользователь счастлив. Ошибки же в предсказании приводят к сбросу всех результатов и повторным вычислениям, что сильно замедляет выполнение расчётов. Поэтому улучшение даже на десятые доли процента повышает коэффициент загрузки железа.

Попутно оптимизировали работу математической части CPU: избавились от обнаруженных за годы эксплуатации архитектуры Zen «бутылочных горлышек» — увеличили число исполняемых операций за такт там, где это требовалось, снизили задержки, улучшили операции по чтению/записи и тому подобное. Если сравнивать с процессором прошлого поколения, эти изменения дают огромный прирост: около 19% на той же тактовой частоте.

Но Zen 3 способен на большее. Потому что AMD разобралась с главными проблемами однопоточных вычислений — максимальной тактовой частотой и авторазгоном.

Современные чипы давно не работают на фиксированных гигагерцах. Для достижения наилучшей производительности в разных условиях система динамически перераспределяет питание и ресурсы внутри процессора, чтобы обеспечить и высокие частоты, и приемлемые температуры при пиковой нагрузке. 

Инженеры Zen 2 пытались сыграть на этом свойстве, внедрив в CPU несколько точек мониторинга температуры и добавив функцию Precision Boost Overdrive. В теории она должна по-умному разгонять процессор, основываясь не только на показателях нагрузки, но и на тепловыделении различных зон внутри кристалла. Чуда не случилось: процессоры нагревались, как печки, зато быстродействие не повышалось. Поэтому про технологию забыли. До выхода Zen 3.

В Ryzen 5000 увеличили число точек мониторинга температуры и напряжений. 

Система научилась не только кипятить процессор ради сомнительного прироста мегагерц, но и реально повышать частоты на лету — порой даже выше, чем заявлено в boost-спецификациях. С достойным охлаждением, разумеется.

В итоге модели Zen 3 оказываются до 30% шустрее на фоне предшественников с тем же количеством ядер. На бумаге. Так ли это на практике? Давайте выяснять. Для наиболее эффектного сравнения мы взяли два процессора буквально одного уровня: прошлогодний Ryzen 9 3900X (12 ядер, 24 потока) и свежий Ryzen 9 5900X (12 ядер, 24 потока). Сопоставлять производительность старого и нового Ryzen 7 в подобном исследовании несколько нечестно: у новой модели всего один CCX вместо двух у старой, поэтому мы бы не увидели, насколько эффективны улучшения в межкристальном взаимодействии. Здесь же всё сравнимо — оба процессора модульные. Итак, демостенд. 

Процессоры

AMD Ryzen 9 3900X
AMD Ryzen 9 5900X

Материнская плата

Gigabyte X570 AORUS Xtreme

Оперативная память

32 GB DDR4 @ 3333 МГц CL17

Система охлаждения

Супербашня Scythe Fuma Rev.B
Необслуживаемая СВО Aerocool Mirage L360

Накопитель

NVMe SSD Samsung 970 Pro 2 TB 

Видеокарта

GeForce RTX 2080 Ti Founders Edition

Блок питания

BeQuiet DarkPower 850W

Корпус

Aerocool Quartz Pro

Начнём с простого — синтетических тестов. Увидеть полную нагрузку на процессоре можно разными способами, но лучше воспользоваться Cinebench R20. Трассировка лучей на CPU позволяет загрузить его на 100% как в мультипотоке, так и в однопоточном режиме — так можем сравнить прирост производительности во всех сценариях. Оба процессора функционируют на штатных частотах без разгона, СВО работает с выставленными на 60% оборотами вентиляторов и 100-процентной мощностью помпы.

Ryzen 9 3900X
Scythe Fuma Rev.B

6884 multi-core
509 single-core

Ryzen 9 3900X
Aerocool Mirage L360

6890 multi-core
507 single-core

Ryzen 9 5900X
Scythe Fuma Rev.B

8180 multi-core
626 single-core

Ryzen 9 5900X
Aerocool Mirage L360

8389 multi-core
633 single-core

Второй бенчмарк — популярный архиватор 7z. Его тестовая нагрузка — тяжелейшее испытание для чипа: загружены все ядра разом, работает мультипоточность, энергопотребление системы предельное. Температуры взлетают моментально. Однако новый процессор не просто показывает больший счёт, но и не настолько сильно сбрасывает рабочие частоты.

Ryzen 9 3900X
Aerocool Mirage L360

Compressing 84 428 MIPS
Decompressing 128 166 MIPS

Ryzen 9 5900X
Aerocool Mirage L360

Compressing 111 506 MIPS
Decompressing 168 241 MIPS

Наконец, проверим общую производительность системы с помощью утилиты 3D Mark TimeSpy. У неё есть выделенный CPU-бенчмарк и нагрузки, связанные с графикой. Так мы узнаем, оказывает ли влияние более мощный чип на скорость видеокарты, ну и получим отдельные цифры для процессорного теста.

Ryzen 9 3900X
Aerocool Mirage L360

14 028 балла
14 349 GPU
11 941 CPU

Ryzen 9 5900X
Aerocool Mirage L360

14 464 балла
14 653 GPU
13 567 CPU

Изначально оба чипа тестировались с воздушным охлаждением Scythe Fuma Rev.B. Это отличная супербашня, результаты Ryzen 3000 с ней и с «водянкой» не отличаются. А вот Ryzen 5000 на «воздухе» хоть и оказался заметно быстрее предшественника, но не выдавал обещанных баллов в однопоточном режиме. Выяснилось, что Fuma Rev.B «оптимизирована» под Intel: имеет выпуклое основание. 

Замена на «водянку» Mirage L360 от Aerocool моментально поставила всё на свои места — результат бенчмарка вырос, Ryzen 5000 сразу показал цифры, заявленные AMD на презентации.

Отсюда можно сделать вывод: увеличение энергоэффективности Zen 3 столь высоко, что в однопоточном режиме важна не просто максимальная теплоёмкость системы охлаждения, а качество контакта термораспределителя.

Логика следующая: при одинаковом прогреве всех ядер процессора до средней температуры неравномерный прижим радиатора к крышке не играет значительной роли. В случае же локального нагрева конкретного участка CPU важно как можно скорее отвести тепло от этой точки. Плоское основание кулера, обладающее хорошим контактом по всей площади крышки процессора, позволяет сделать это быстрее. А значит, процессор сможет достичь больших частот. Вот почему с «водянкой» штатный boost был на 50 МГц выше заявленного с завода, а на «кривом», но мощном воздухе не дотягивал до обещанных 4,9 ГГц — порой расхождение составляло 200-250 МГц.

Прирост производительности в реальных задачах 

В качестве симуляции реальной нагрузки мы выбрали компиляцию игрового движка UE4 из исходных кодов. Вполне подходящий сценарий для 12-ядерного монстра. Для всех случаев выполняли по 3 прогона с минутной паузой между ними и очисткой результата компиляции. Разброс от замера к замеру составил менее 5 секунд, так что импровизированный бенчмарк можно назвать репрезентативным. В таблицу попал средний результат.

Ryzen 9 3900X
Aerocool Mirage L360

Сборка UE 4.0 — 19 минут 48 секунд

Ryzen 9 5900X
Aerocool Mirage L360

Сборка UE 4.0 — 17 минут 11 секунд

Геймерскую производительность, как правило, тестируют в двух вариантах: однопользовательском и киберспортивном. Вряд ли кто-то будет покупать 12-ядерный чип для заруб в CS: GO и Apex Legends. Но поскольку AMD заявляет о превосходстве над Intel, грех не проверить. В обычных условиях также испытаем высокое разрешение на наилучших и средних настройках графики.

В случае максимальных пресетов мы проверим, как обстоят дела с просадками fps у 3900Х и современных моделей Intel. То есть так узнаем, повлияли ли изменения в микроархитектуре на главную проблему игровых сборок на Ryzen. Cредние же настройки (с упором на нагрузку CPU, а не видеокарты) в высоком разрешении потребуют большое число команд на отрисовку от процессора. Таким образом мы сравним чистую производительность новинки в играх на фоне предшественника — здесь уже должен увеличиться не минимальный, а средний fps.

Игры в FULL HD (1080p)
(среднее по 4 тайтлам)

R9 5900X — 185 fps средний, 120 fps 1% худших кадров
R9 3900X — 135 fps средний, 97 fps 1% худших кадров
i9 10900K — 160 fps средний, 110 fps 1% худших кадров

Игры в WQHD (1440p)
(среднее по 8 тайтлам)

R9 5900X — 140 fps средний, 103 fps 1% худших кадров
R9 3900X — 120 fps средний, 86 fps 1% худших кадров
i9 10900K — 130 fps средний, 98 fps 1% худших кадров

Игры в 4K (2160p)
(среднее по 8 тайтлам)

R9 5900X — 128 fps средний, 101 fps 1% худших кадров
R9 3900X — 117 fps средний, 80 fps 1% худших кадров
i9 10900K — 121 fps средний, 90 fps 1% худших кадров

Результаты в таблице говорят сами за себя. Объединение ядер в более крупные кластеры, а также внутренние улучшения позволили процессорам серии Ryzen 5000 не только исправить ситуацию, но и лишить сборки на Intel последнего козыря.

Итоги

AMD Ryzen 5900X — потрясающий пример того, как многолетняя усердная работа может превратить аутсайдера в лидера рынка. Несколько лет назад все смеялись над «фуфыксами» и шутили про электровафельницу из процессоров FX 8350. А сегодня уже иронизируют над Intel. Процессорам 10-й серии нечего противопоставить новым AMD, кроме цены. У них нет поддержки современного PCI-Express, они проигрывают в энергоэффективности. А теперь ещё и уступают новинкам в однопоточном режиме. У Intel остаётся единственный выход — демпинговать.

Актуальные цены на Ryzen 9 5900X

Поделиться ссылкой: