Долгожданный Broadwell. Обзор процессора Intel Core i5-5675C

Сергей Плотников, 

Выпускать процессоры становится все сложнее и сложнее. AMD все никак не может «перебраться» с устаревших 28- и 32-нанометровых технологий. А Intel столкнулась с реальными проблемами по выпуску первых 14-нанометровых десктопных чипов. Однако выставка Computex 2015 подарила нам долгожданные центральные процессоры семейства Broadwell. На примере четырехъядерной модели Intel Core i5-5675C мы изучили возможности новой архитектуры, а также выяснили, стоило ли так долго ждать эти настольные решения.

Оглавление

Процессорный гигант — лидер среди всех чипмейкеров — продолжает реализовывать стратегию «тик-так», согласно которой каждый год (вот тут-то и появляются загвоздки — прим. автора) компания выпускает пакет решений, построенных на новой архитектуре. Под «тиком» подразумеваются процессоры, выполненные по старой архитектуре, но переведенные на новый техпроцесс. Под «таком» — чипы, выполненные по уже отработанным технормам, но с новой архитектурой. Центральные процессоры Broadwell — это именно «тик»-процессоры. Грубо говоря, Intel взяла архитектуру Haswell и поставила ее на 14-нм «рельсы». Хотя вы прекрасно понимаете, что все здесь условно. Каждое семейство чипов Intel претерпевает определенные изменения. И настольные Broadwell не являются исключением.

Поколение

Год

Техпроцесс

«Тик» или «Так»?

Conroe/Merom

2006

65 нм

Так

Penryn

2007

45 нм

Тик

Nehalem

2008

45 нм

Так

Westmere

2010

32 нм

Тик

Sandy Bridge

2011

32 нм

Так

Ivy Bridge

2012

22 нм

Тик

Haswell

2013

22 нм

Так

Broadwell

2015

14 нм

Тик

Skylake

2015

14 нм

Так

И все же новые 14-нанометровые решения можно смело назвать выстраданными. Дело в том, что при проектировании и производстве Broadwell в Intel столкнулись с серьезными проблемами. В итоге релиз был отложен больше, чем на год. Первые решения на архитектуре Broadwell были показаны еще на выставке IFA 2014 в сентябре прошлого года. Но это касалось исключительно систем-на-кристалле Core M, предназначенных для планшетов и ноутбуков. В итоге временной отрезок между появлением настольных версий Haswell и Broadwell составил приблизительно два года.

Прошлой весной Intel даже презентовала набор логики Z97/H97 Express, предназначенный как раз для Broadwell. Однако задержки с производством побудили компанию выпустить линейку процессоров Devil’s Canyon (Haswell Refresh). Получилось неплохо, ведь Intel представила свой первый в мире центральный процессор, функционирующий на тактовой частоте 4 ГГц. Так и было заполнено время в ожидании 14-нанометровых Broadwell. Парадокс заключается в том, что уже совсем скоро (предположительно, в конце августа) будет представлена линейка настольных центральных процессоров Skylake и платформы LGA1151.

Особенности архитектуры и технические характеристики

Настольные процессоры Broadwell были представлены на выставке Computex 2 июня. На данный момент есть пять моделей: две Core i7 и три Core i5. Также были представлены три Xeon под LGA1150: E3-1285 v4, E3-1285L v4 и E3-1265L v4. Литера C в названии означает два факта. Во-первых, эти решения имеют упаковку LGA. То есть мы имеем дело с классическими центральными процессорами, устанавливаемыми в гнездо LGA1150. Во-вторых, они оснащены разблокированным множителем, хотя Intel уже приучила нас к тому, что оверклокерские решения имеют в названии либо букву K, либо X. Есть предположение, что таким образом Intel сопоставляет Core i7-5775C с TDP, равным 65 Вт, не с 88-ваттным Core i7-4790K, но с 65-ваттным Core i7-4790S. Оно и понятно: в таком случае Broadwell-решение оказывается на 35% быстрее в x86-вычислениях, плюс обладает вдвое более производительной встроенной графикой.

R-процессоры имеют упаковку BGA, то есть намертво припаиваются к материнской плате. Очевидно, что эти чипы будут использоваться в уже готовых системах. Например, в моноблоках.

Ниже приведена подробная таблица с техническими характеристиками настольных процессоров Broadwell.

 

Intel Core i7-5775C

Intel Core i7-5775R

Intel Core i5-5675C

Intel Core i5-5675R

Intel Core i5-5575R

Число ядер/потоков

4/8

4/8

4/4

4/4

4/4

Тактовая частота (в режиме Turbo Boost)

3,3 (3,7) ГГц

3,3 (3,8) ГГц

3,1 (3,6) ГГц

3,1 (3,6) ГГц

2,8 (3,3) ГГц

Разблокированный множитель

Есть

Нет

Есть

Нет

Нет

Кэш третьего уровня

6 Мбайт

6 Мбайт

4 Мбайт

4 Мбайт

4 Мбайт

Кэш четвертого уровня (eDRAM)

128 Мбайт

128 Мбайт

128 Мбайт

128 Мбайт

128 Мбайт

Контроллер памяти

DDR3, двухканальный, 1333-1600 МГц

DDR3, двухканальный, 1333-1600 МГц

DDR3, двухканальный, 1333-1600 МГц

DDR3, двухканальный, 1333-1600 МГц

DDR3, двухканальный, 1333-1600 МГц

Встроенное графическое ядро

Iris Pro 6200 (GT3e), 1150 МГц

Iris Pro 6200 (GT3e), 1150 МГц

Iris Pro 6200 (GT3e), 1100 МГц

Iris Pro 6200 (GT3e), 1100 МГц

Iris Pro 6200 (GT3e), 1050 МГц

Уровень TDP

65 Вт

65 Вт

65 Вт

65 Вт

65 Вт

Упаковка

LGA

BGA

LGA

BGA

BGA

Цена

$366

$348

$276

$265

$244

Как я уже говорил, то, что процессор относится к поколению «тик», отнюдь не означает, что никаких изменений в архитектуре произведено не было. У Intel существует определенный подход. А именно внедряемое улучшение применяется только в том случае, если оно резко положительно сказывается на производительности — как минимум вдвое сильнее, чем вызванный этим рост энергопотребления.

Большинство микроархитектурных изменений сосредоточилось во входной части исполнительного конвейера. Точнее, были увеличены объемы буферных зон. Так, увеличилось окно планировщика. Ровно в полтора раза вырос объем таблицы ассоциативной трансляции адресов второго уровня (L2 TLB) — до 1500 записей. Плюс вся схема трансляции обзавелась вторым обработчиком промахов. Все эти изменения позволили процессорам Broadwell лучше справляться с предсказанием сложных ветвлений кода.

Скорость исполнения операций умножения увеличилась с пяти тактов до трех тактов. Операции деления ускорили темп за счет использования 10-битного делителя. Наконец, были оптимизированы векторные gather-инструкции из набора AVX2.

В итоге при одинаковой частоте архитектура Broadwell оказывается быстрее Haswell в среднем на 5%. Впрочем, сравнению производительности архитектур я посвящу целый параграф далее.

Фотография кристалла настольного процессора Intel Broadwell
Фотография кристалла настольного процессора Intel Broadwell

Новые 14-нанометровые чипы обзавелись встроенным графическим модулем Iris Pro 6200. Уже было сказано, что он вдвое производительнее HD Graphics 4600. Встроенный GPU занимает львиную долю полезной площади кристалла. Однако основной фишкой, внедренной специально в том числе и для Iris Pro 6200, стало использование дополнительных 128 Мбайт памяти eDRAM. Технически она реализована при помощи распайки на стеклотекстолите еще одного кристалла. Таким образом, в Intel постарались решить проблему недостатка пропускной способности памяти. Кристалл eDRAM, выполненный по 22-нанометровой технологии, получил название Crystalwell. Хотя мы сейчас и говорим о нем применительно к встроенной графике Iris Pro 6200, но эту память смело можно назвать кэшем четвертого уровня. Отмечу, что eDRAM использовался в некоторых решениях поколения Haswell. Так что эту технологию нельзя назвать новой. При этом именно в настольных Broadwell использование Crystalwell становится стандартом де-факто.

Собственно говоря, ничего и не изменилось. Кэш, выполненный по 22-нм техпроцессу, функционирует со скоростью 1600 МГц. Он имеет 16-кратную ассоциативность и сообщается с CPU при помощи 256-битной двунаправленной шины. В итоге максимальная пропускная способность между eDRAM и процессором может достигать 102,4 Гбайт/с суммарно (по 51,2 Гбайт/с в каждую сторону). Использование Crystalwell в теории даст хороший прирост производительности в задачах, связанных с обработкой больших данных.

Intel Core i5-5675C
Intel Core i5-5675C

Как известно, Intel старается в каждом новом поколении настольных процессоров интегрировать в них все более и более производительную графику. У Sandy Bridge это была HD Graphics 3000 с 12 исполнительными устройствами, у Ivy Bridge — HD Graphics 4000 с 16 исполнительными устройствами. В настольные чипы Haswell в основном «устанавливалось» видео HD Graphics 4600 (вариант GT2 с 20 исполнительными устройствами). В некоторые модели (с BGA-упаковкой) внедрялась графика уровня HD Graphics 5000, Iris Pro Graphics 5100 или 5200 (GT3 и GT3e), располагающая 40 исполнительными устройствами. В настольные процессоры Broadwell, как мы уже выяснили, интегрирована графика Iris Pro 6200 — самая мощная на сегодняшний день вариация GT3e, оснащенная 48 исполнительными устройствами. При этом несколько изменилась их компоновка. Отныне в каждый отдельный блок GPU входит не 10 исполнительных устройств, но восемь. В одном графическом модуле находится три таких блока GPU. Например, в мобильных процессорах Core M используется графика GT2, которая имеет в своем арсенале один модуль на 24 исполнительных устройства.

Блок-схема встроенного графического ядра Iris Pro 6200
Блок-схема встроенного графического ядра Iris Pro 6200

К нам в тестовую лабораторию прибыл образец под названием Core i5-5675C — возможно, самая ходовая модель среди всех, построенных на базе архитектуры Broadwell. «Камень» имеет четыре ядра, но не имеет поддержки технологии Hyper-Threading. Классическая ситуация для любого современного Core i5. Если сравнивать этот процессор с Core i5-4690K, вышедшим весной прошлого года, то сразу же обращает на себя внимание разница в скорости работы. Номинальная тактовая частота Core i5-5675C составляет 3,1 ГГц, которая может быть увеличена до 3,6 ГГц в режиме Turbo Boost. Core i5-4690K работает на 400 МГц быстрее, что может стать основополагающим в сравнении между этими кристаллами. Очевидно, что такая ситуация с тактовыми частотами обусловлена теми проблемами, с которыми пришлось столкнуться Intel при переходе на 14-нанометровый техпроцесс. Если бы настольные Broadwell вышли год назад, то тот же Core i5-5675C правильно было бы сравнивать с Core i5-4670K (3,4 (3,8) ГГц). Тогда разница в частоте ощущалась бы не так сильно.

 

Intel Core i5-5675C

Intel Core i5-4690K

Кодовое имя

Broadwell-C

Haswell Refresh (Devil’s Canyon)

Техпроцесс

14 нм

22 нм

Сокет

LGA1150

LGA1150

Поддерживаемы наборы логики

Z97/H97 Express

Z97/H97/Z87/H87/B85 Express

Число ядер/потоков

4/4

4/4

Тактовая частота (в режиме Turbo Boost)

3,1 (3,6) ГГц

3,5 (3,9) ГГц

Разблокированный множитель

Есть

Есть

Кэш третьего уровня

4 Мбайт

6 Мбайт

Кэш четвертого уровня (eDRAM)

128 Мбайт

Нет

Контроллер памяти

DDR3, двухканальный, 1333/1600 МГц

DDR3, двухканальный, 1333/1600 МГц

Встроенное графическое ядро

Iris Pro 6200, 1100 МГц

HD Graphics 4600, 1200 МГц

Уровень TDP

65 Вт

88 Вт

Цена

$276

$242

Уменьшился и кэш третьего уровня. Казалось бы, с использованием 14-нм техпроцесса можно было, наоборот, его увеличить. Однако интеграция Crystalwell, мощного встроенного GPU, да и, видимо, не такой высокий процент выхода годных чипов и так не в лучшую сторону сказались на итоговой стоимости настольных Broadwell. Они заметно дороже моделей семейства Devil’s Canyon. Так вот, у Core i7 вместо 8 Мбайт теперь 6 Мбайт кэша третьего уровня. У Core i5 — 4 Мбайт вместо 6 Мбайт. Много это или мало? Например, у Core i3 тоже 4 Мбайт L3. Компенсируется ли такое уменьшение наличием 128 Мбайт eDRAM? Вряд ли. Кэш третьего уровня имеет латентность в размере приблизительно 20 тактов, плюс он оснащен шиной примерно вдвое более высокой частотой. Crystalwell попросту медленнее, существенно медленнее.

Скриншот CPU-Z центрального процессора Intel Core i5-5675C
Скриншот CPU-Z центрального процессора Intel Core i5-5675C

Broadwell-процессоры с LGA-упаковкой совместимы с материнскими платами для платформы LGA1150. Но только с чипсетами девятого семейства, то есть с Z97/H97 Express. Решения на основе Z87 Express и иже с ним новых «камней» поддерживать не будут. Об этом стало известно еще год назад, однако все равно грустно. Отсюда получаем еще одно заключение: Настольные Core i7-5775C и Core i5-5675C, по всей видимости, станут последними решениями для этой платформы. Дальше наступит эпоха LGA1151, Z170 Express и Skylake-S с блэк-джеком и DDR4.

Кстати, о памяти. Настольные Broadwell оснащены стандартным двухканальным контроллером памяти DDR3-1333/1600. Здесь ничего нового нет.

Наконец, Core i5-5675C имеет TDP в размере всего 65 Вт. Скажем спасибо все тому же 14-нм техпроцессу и FinFET-транзисторам второго поколения, которые уменьшились в своих размерах на треть. В итоге площадь кристалла Broadwell составляет всего 167 мм2 против 177 мм2 у Haswell.

Что ж, вот, пожалуй, все, что необходимо знать о линейке настольных процессоров Broadwell. Плюсы и минусы подобных решений уже сейчас ясны. Остается только узнать, на что способен предоставленный нам образец Core i5-5675C.

Страница №2: «Тестирование», «Подведение итогов»


Автор
Сергей Плотников

Комментарии

Обсуждаемое