Особенности микроархитектуры Broadwell
В соответствии со стратегией «Тик-так» новейшие процессоры должны были унаследовать микроархитектуру Haswell с минимальными изменениями, как это было при переходе с кристаллов Sandy Bridge на Ivy Bridge, при одновременном уменьшении норм производства до 14 нм. В принципе, для экономичных Broadwell-U так оно и произошло, однако, для настольных моделей чипмейкер сделал неожиданный разворот в сторону максимального повышения быстродействия графической подсистемы. Ни для кого не секрет, что гибридные процессоры AMD всегда превосходили продукцию конкурента по части быстродействия интегрированной видеокарты. Теперь, похоже, гегемонии APU настал конец, поскольку анонсированные Core i5-5675C и Core i7-5775C — первые продукты Intel в исполнении LGA1150, оснащенные производительным графическим ускорителем Iris Pro Graphics 6200. К слову, для их эксплуатации подойдет любая материнская плата на базе системной Intel 9-й серии после обновления управляющего микрокода, без которого корректная работа новейших процессоров не гарантируется.
Как уже было сказано, дизайн вычислительных ядер Broadwell-H не претерпел существенных изменений по сравнению с процессорами предыдущего поколения. Между тем производитель существенно переработал компоновку полупроводникового кристалла, который, несмотря на применение 14-нм технологического процесса, получился едва ли компактнее, чем 22-нм чипы Haswell. Как оказалось, почти 50% площади ядра занимает графический ускоритель Iris Pro Graphics 6200, тогда как на все остальные блоки процессора, в том числе четыре вычислительных ядра, кэш-память 3-го уровня и Uncore-часть, отводится примерно половина транзисторного бюджета. Следует отметить, что ради размещения мощного видеоядра «под нож» пошел даже кэш L3, который уменьшился на 25% по сравнению с 22-нм моделями.
В состав графического ускорителя входят два кластера по 24 исполнительных модулей в каждом, так что суммарно видеоакселератор Iris Pro Graphics 6200 насчитывает 48 юнитов, тогда как графическое ядро Intel HD Graphics 4600, которым оснащаются старшие процессоры Haswell в исполнении LGA1150, содержит только 20 унифицированных шейдерных процессоров. Кроме того, в Iris Pro Graphics 6200 улучшена работа блока Quick Sync, в частности, обеспечена поддержка аппаратного ускорения для кодирования/декодирования формата HEVC (H.265) и VP9, в том числе в разрешении 4К.
Контроллер памяти Broadwell-H рассчитан на работу с двумя каналами ОЗУ стандарта DDR3L 1333/1600 МГц, что, впрочем, отнюдь не мешает эксплуатировать новые процессоры в паре с «обычной» DDR3 с напряжением питания 1,5 В и выше. Но самой большой неожиданностью стало то, что Intel оснастила процессоры для настольных систем памятью eDRAM объемом 128 МБ, под которую выделен отдельный полупроводниковый кристалл, установленный на органической подложке центрального процессора. Впрочем, эти нюансы у модификаций в исполнении LGA1150 скрыты от пользователей под металлической крышкой распределителя, зато, они отлично видны на примере моделей в конструктивном исполнении BGA для ноутбуков и встраиваемых систем.
Массив памяти eDRAM играет роль кадрового буфера с минимальным временем доступа для графического ускорителя и выполняет функцию емкого кэша 4-го уровня для процессорных ядер, который может пригодиться при математическом моделировании, работе архиваторов и других приложений, требующих временного хранения больших объемов данных. Буферная память даже получила собственное кодовое имя Crystal Well, которое, очевидно, объясняет наличие буквы «С» в наименовании моделей Broadwell-H для настольных систем.
Процессор Core i5-5675C
Линейка процессоров Broadwell-H состоит из пяти моделей, из которых три выполнены в конструктивном исполнении FCBGA1364, и только два продукта — Core i5-5675C и Core i7-5775C — предназначены для установки в системные платы с разъемом LGA1150. Их характеристики в сравнении со спецификациями Haswell Refresh серии «К» приведены в следующей таблице.
| Процессор | Core i7-5775C | Core i5-5675C | Core i7-4790K | Core i5-4690K |
| Ядро | Broadwell-H | Broadwell-H | Haswell | Haswell |
| Разъем | LGA1150 | LGA1150 | LGA1150 | LGA1150 |
| Техпроцесс, нм | 14 | 14 | 22 | 22 |
| Число ядер (потоков) | 4(8) | 4 | 4(8) | 4 |
| Номинальная частота, МГц | 3300 | 3100 | 4000 | 3500 |
| Частота Turbo boost, МГц | 3700 | 3600 | 4400 | 3900 |
| L1-кэш, Кбайт | 32 x 4 + 32 x 4 | 32 x 4 + 32 x 4 | 32 x 4 + 32 x 4 | 32 x 4 + 32 x 4 |
| L2-кэш, Кбайт | 256 x 4 | 256 x 4 | 256 x 4 | 256 x 4 |
| L3-кэш, Мбайт | 6 | 4 | 8 | 6 |
| L4-кэш, Мбайт | 128 | 128 | – | – |
| Графическое ядро | Iris Pro Graphics 6200 | Iris Pro Graphics 6200 | Intel HD Graphics 4600 | Intel HD Graphics 4600 |
| Частота графического ядра, МГц | 1150 | 1100 | 1250 | 1200 |
| Число унифицированных шейдерных процессоров | 48 | 48 | 20 | 20 |
| Поддерживаемый тип памяти | DDR3L-1600 DDR3L-1333 |
DDR3L-1600 DDR3L-1333 |
DDR3-1600 DDR3-1333 |
DDR3-1600 DDR3-1333 |
| TDP, Вт | 65 | 65 | 88 | 88 |
| Рекомендованная стоимость, $ | 377 | 277 | 350 | 243 |
Глядя на характеристики процессоров несложно заметить, что 14-нм модели заметно уступают старшим Haswell в частоте, причем, для пары Core i7 разница достигает 700 МГц, тогда как для младших модификаций преимущество не превышает 300–400 МГц в зависимости от нагрузки. Впрочем, Core i5-5675C и Core i7-5775C имеют незаблокированные коэффициенты умножения, что делает их привлекательными для любителей разгона. По графической подсистеме: меньшая на 100 МГц частота Iris Pro Graphics 6200 компенсируется в 2,4 раза большим количеством исполнительных блоков. Также, благодаря снижению тактовых частот и переходу на тонкий 14-нм процесс производителю удалось снизить потребление электроэнергии, в результате чего оба Broadwell-H укладываются в TDP 65 Вт. Несколько огорчает уменьшение на 2 МБ объема кэша 3-го уровня в новых процессорах, впрочем, они оснащаются гигантским кэшем L4 объемом 128 МБ, влияние которого на производительность мы обязательно попробуем выяснить на этапе тестирования. Наконец, нельзя не обратить внимание на возросшую примерно на 10% относительно Haswell розничную стоимость новых моделей, так что Broadwell-H следует рассматривать скорее не как замену продуктам предыдущего поколения, а в качестве расширения модельного ряда Intel для платформы LGA1150.
Прибывший в нашу тестовую лабораторию процессор Core i5-5675C, как обычно, оказался инженерным образцом, так что судить о его комплекте поставки не приходится. Внешне новинка ничем не отличается от 22-нм моделей, за исключением шрифта, которым нанесена маркировка на металлическую крышку теплораспределителя, под которой находятся полупроводниковые кристаллы. Что касается типа термоинтерфейса, то вопрос о его составе — сугубо риторический, точных данных на этот счет нет, но, вряд ли производитель стал использовать «жидкий металл» в массовых продуктах.
Intel Core i5-5675C (слева), Core i5-4690K (справа)
Оба процессора имеют идентичное конструктивное исполнение LGA1150. Отличаются они по расположению электронных компонентов на обратной стороне.
Intel Core i5-5675C (слева), Core i5-4690K (справа)
Несмотря на то, что с момента анонса новейших 14-нм процессоров Intel прошло чуть больше 2-х недель популярные диагностические утилиты безошибочно определяют спецификации Broadwell-H. От своего 22-нм прародителя Core i5-5675C унаследовал поддержку инструкций AVX, AVX2.0, FMA и аппаратное ускорение шифрования AES. Четыре вычислительных ядра, каждое из которых оснащено 32+32 КБ кэша 1-го уровня и 512 КБ кэша L2, работают на частоте 3100 МГц, которая под действием технологии Intel Turbo Boost может повышаться до 3600 МГц при условии сохранения тепловыделения в рамках TDP 65 Вт. Кстати, напряжения питания новичка 1,120–1,168 В нельзя назвать низким, во всяком случае, среди 22-нм моделей часто встречаются экземпляры, способные работать с меньшими значениями Vcore. При отсутствии вычислительной нагрузки технология Intel Enhanced SpeedStep уменьшает частоту процессорных ядер до 800 МГц при одновременном снижении напряжения питания до 0,34 В, что позволяет существенно экономить электроэнергию в простое.
Процессор оснащен кэшем 3-го уровня объемом 4 МБ, а также массивом памяти eDRAM 128 МБ. Последний работает на частоте 1800 МГц и в штатном режиме демонстрирует пропускную способность около 44 ГБ/с при записи данных и около 32 ГБ/с в операциях чтения, что заметно превышает скорость работы ОЗУ DDR3, функционирующей на частоте 1600 МГц в двухканальном режиме.
Что касается графической подсистемы Broadwell-H, то большинство специализированных программ, в том числе GPU-Z последней версии, пока что неспособны правильно определять технические характеристик Iris Pro Graphics 6200 за исключением ее названия. По информации от производителя видеоускоритель поддерживает API DirectX 11.2 и OpenGL 4.2, а также аппаратное ускорение неграфических вычислений OpenCL и DirectCompute 5.0.
Конечно, продвинутых пользователей и любителей разгона интересуют не только штатные характеристики процессора, но и его частотный потенциал, тем паче, что Core i5-5675C имеет разблокированные на повышение коэффициенты умножения. Здесь следует отметить, что не все системные платы оказались готовы к оверклокингу Broadwell-H, наилучшие результаты были получены при использовании «материнки» MSI Z97S SLI Krait Edition. С ее помощью Intel Core i5-5675C разогнался со штатных 3100 МГц до 4200 МГц простым повышением коэффициента умножения. Для обеспечения стабильности напряжение Vcore было увеличено до 1,33 В, а на вход встроенного преобразователя подавалось 1,8 В. Модули оперативной памяти функционировали в режиме 2400 МГц с таймингами 10-12-12-31-1Т при напряжении 1,65 В, так что нет никаких оснований опасаться несовместимости 14-нм процессоров с оверколкерсками комплектами ОЗУ. Несколько разочаровал разгон Uncore-части, для которой удалось добиться стабильной частоты 3600 МГц, что всего на 500 МГц выше штатного значения, а вот разгонять память eDRAM я так и не решился, поскольку в текущей прошивке отсутствует управление и контроль соответствующего напряжения. Ниже приведены настройки UEFI Setup, которые были уставлены при оверклокинге.
В результате система на базе разогнанного Intel Core i5-5675C без сбоев проходила длительное испытание в стресс-тесте LinX 0.6.5 в режиме AVX 2.0, температура самого горячего ядра не превышала 92° С при охлаждении с помощью мощного воздушного кулера. Впрочем, не следует забывать, что вопрос долговечности работы 14-нм полупроводниковых кристаллов еще мало изучен, поэтому, во избежание деградации не стоит чрезмерно завышать Vcore. Что же до нашего экземпляра, то дальнейший рост напряжения не позволил добиться увеличения частоты, а только приводил к повышению температуры процессора и включению режима пропуска тактов, который наступал по достижению 95° С.
Для оценки частотного потенциала и уровня быстродействия процессора Intel Core i5-5675C использовался следующий набор аппаратного и программного обеспечения:
- материнская плата: MSI Z97S SLI Krait Edition (Intel Z97, ATX, UEFI Setup 10.5 от 01.06.2015);
- кулер: Noctua NH-D15 (два вентилятора NF-A15 PWM, 140 мм, 1300 об/мин);
- термопаста: Noctua NT-H1;
- оперативная память: G.Skill TridentX F3-2400C10D-8GTX (2x4 ГБ, DDR3-2400, CL10-12-12-31);
- видеокарта: MSI N770 TF 2GD5/OC (GeForce GTX 770);
- накопитель: Intel SSD 320 Series (300 ГБ, SATA 3Gb/s);
- блок питания: Seasonic X-650 (650 Вт);
- операционная система: Windows 8.1 64 bit;
- драйвер чипсета: Intel Management Engine 10.0.30.1054, Intel INF Update Utility 10.0.22.0;
- драйвер видеокарты: NVIDIA GeForce 340.43, Intel Graphics Accelerator Driver 15.36.21.64.4222.
| Core i5-5675С OC | Core i5-4690K OC | Core i5-5675С | Core i5-4690K | |
| Частота CPU, МГц | 4200 | 4400 | 3100 | 3600 |
| Напряжение Vcore, В | 1,33 | 1,275 | 1,12 | 1,124 |
| Частота Uncore, МГц | 3600 | 4000 | 3100 | 3600 |
| Напряжение Uncore, В | 1,2 | 1,23 | 1,15 | 1,1 |
| Частота ОЗУ, МГц | 2400 | 2400 | 1600 | 1600 |
| Тайминги | 10-12-12-31-2T | 10-12-12-31-2T | 9-9-9-24-1T | 9-9-9-24-1T |
Что касается перечня тестового ПО, то он претерпел серьезные изменения, особенно, в части игровых бенчмарков, и приобрел следующий вид:
- AIDA64 5.20.3449 (Cache & Memory Benchmark);
- Futuremark PCMark 8 2.4.304;
- WebXPRT 2015 (Internet Explorer 11);
- Adobe Photoshop CC 14.2.1;
- Cinebench R15 64bit;
- TrueCrypt 7.1 (встроенный тест);
- WinRAR 5.21 (встроенный тест);
- x264 HD Benchmark v5.0;
- Futuremark 3DMark 1.5.893;
- Alien: Isolation;
- BioShock Infinity;
- Counter Strike: Global Offensive;
- DotA 2;
- GRID Autosport;
- StarCraft II;
- WarThunder;
- World of Tanks.
Результаты тестирования
Тесты в синтетических программах и прикладном ПО
Прежде всего, при помощи программы AIDA64 была измерена пропускная способность подсистем ОЗУ тестовых стендов.
В штатном режиме в операциях чтения и копирования наличие кэша L4 обеспечило новичку небольшое преимущество, тогда как при записи данных в ОЗУ быстрее оказался Haswell, у которого выше частота Uncore-части. При разгоне Core i5-5675С заметно опередил своего соперника в подтесте копирования, тогда как в двух других дисциплинах более высокая частота обусловили преимущество Core i5-4690K. Что же до латентности, то у Broadwell-H она несколько выше, очевидно, за счет дополнительной задержки на выборку данных из буфера eDRAM.
Тестирование в популярном бенчмарке Futuremark PCMark 8 позволяет с большой точностью определить быстродействие центральных процессоров при выполнении типичных повседневных задач. Несмотря на заметное отставание по тактовой частоте Broadwell-H совсем немного уступил своему визави в трех тестах из четырех, видимо, сказался положительный эффект от использования кэша L4, тогда как в четвёртом сценарии Office процессор Core i5-5675С отстал от своего предшественника на 3–5%, которые вряд ли будут заметны при работе.
Различные облачные сервисы и Web-приложения предъявляют все более строгие требования к быстродействию персональных компьютеров, поэтому, была проверена скорость работы тестовых стендов в онлайн-бенчмарке WebXPRT 2015, запущенном в браузере Internet Explorer 11. В режиме по умолчанию новичок уступил сопернику не более 3%, тогда как после оверклокинга младший Broadwell-H взял реванш и заметно опередил Core i5-4690K.
С помощью программы Cinebench R15 была оценена скорость рендеринга трёхмерных изображений с применением графического движка Maxon CINEMA 4D. При выполнении задачи в один вычислительный поток новичок уступил Core i5-4690K, тогда как при задействовании всех четырех процессорных ядер Broadwell-H, несмотря на ощутимое отставание по частоте, сравнялся со своим соперником. Что же до анимации в режиме реального времени, то при задействовании видеокарты, работающей под управлением API OpenGL, Core i5-5675С показал на 10% лучшие результаты, чем Haswell, но с разгоном последний сократил отставание за счет «грубой» вычислительной мощи.
Судя по результатам в программе TrueCrypt алгоритму шифрования AES+Twofish «пришелся по вкусу» емкий кэш 4-го уровня у новичка, наличие которого позволило Core i5-5675С обыграть Core i5-4690K во всех режимах.
Итоги тестирования скорости сжатия данных в архиваторе WinRAR — отличный пример эффективного использования буфера eDRAM, в данной дисциплине преимущество Broadwell-H достигло 45%.
Однако, не все программы способны извлечь выгоду от конструктивных особенностей Core i5-5675С и яркое тому подтверждение — x264 HD Benchmark, в котором результаты тестирования расположились в четком соответствии с тактовыми частотами соперников.
Тесты в 3D-играх
Перед тем как запускать игровые тесты был проведен цикл измерений в популярном графическом бенчмарке Futuremark 3DMark. Во всех трех тестовых дисциплинах Core i5-5675С одержал уверенную победу. Похоже, видеоигры благосклонно относятся к наличию в составе процессора Broadwell-H кэша L4, посмотрим, как поведет себя новичок в реальных игровых приложениях.
В достаточно требовательной к быстродействию графической подсистеме игре Alien: Isolation оба процессора показали близкие результаты вне зависимости от режима работы, а в шутере от первого лица BioShock Infinity герой сегодняшнего обзора заметно опередил своего соперника на штатных частотах, но после разгона разрыв между ними сократился до минимума.
Популярный онлайн-шутер Counter Strike: Global Offensive — единственная игра, в которой победа досталась Core i5-4690K, зато, в онлайн-баталии DotA 2 преимущества архитектуры Broadwell-H проявились самым наилучшим образом. В штатном режиме Core i5-5675С обеспечил на 40% больший fps, тогда как в разгоне его преимущество не превысило 15%.
И в гоночном симуляторе GRID Autosport, и в стратегии реального времени StarCraft II новичок одержал очередную убедительную победу, прямо таки разгромив четырехъядерный Haswell, который до сих пор считался лучшим выбором для построения игрового ПК.
Многопользовательский военный симулятор WarThunder не отличается высокими требованиями к аппаратному обеспечению, тем не менее, даже в этом случае Core i5-5675С заметно превзошел Core i5-4690K. Что же до аркадного танкового симулятора World of Tanks, то в нем разница не так велика, очевидно, в этом случае частота смены кадров ограничивалась возможностями графического акселератора.
Энергопотребление
Для оценки энергопотребления тестовых стендов использовалось устройство Basetech Cost Control 3000, с помощью которого было измерено среднее потребление электроэнергии «от розетки» при отсутствии нагрузки, а также максимальное значения потребляемой мощности во время 20 проходов стресс-теста LinX 0.6.5 с объемом задачи 4096 МБ.
По части энергоэффективности Broadwell-H оказался недосягаем для процессора предыдущего поколения, изготовленного с применением 22-нм технологического процесса. При работе на штатных частотах в простое разница между соперниками составила 15%, а в нагрузке Core i5-5675С продемонстрировал на 30% меньшее энергопотребление, что в абсолютных цифрах вылилось в экономию около 36 Вт, тогда как разница в TDP процессоров составляет всего 23 Вт. Но еще более впечатляющие показатели энергоэффективности новичок показал после оверклокинга, где разница с разогнанным Core i5-4690K в пике достигала 56 Вт.
Быстродействие встроенной видеокарты в 3D-играх
Так как мощное графическое ядро Iris Pro Graphics 6200 является одним из главных конкурентных преимуществ Intel Core i5-5675С, то было бы глупо упустить шанс и не оценить его быстродействие, тем более, очень кстати в нашей тестовой лаборатории оказался новейший APU AMD A10-7870K, известный под кодовым именем Godavari. От предыдущего флагмана AMD A10-7850K этот гибридный процессор отличается повышенными тактовыми частотами вычислительных модулей и графической подсистемы, с его подробным обзором вы сможете познакомиться на страницах нашего ресурса в самом ближайшем будущем. А чтобы оценить преимущество Broadwell-H над процессорами Haswell в тестах компанию Core i5-5675С составил Core i5-4690K. Все измерения быстродействия проводились при работе процессоров в штатных режимах, а в 3D-играх, где это было возможным, выставлялось высокое качество изображения при разрешении Full HD.
По результатам тестирования в Alien: Isolation и BioShock Infinity процессор Core i5-5675С обеспечил самую высокую частоту смены кадров, опередив даже APU AMD. Тем временем быстродействие графической подсистемы Haswell оказалось почти вдвое ниже, чем у Broadwell-H.
В онлайн-играх Counter Strike: Global Offensive и DotA 2 новичок вновь одержал убедительную победу, оставив далеко позади флагманский AMD A10-7870K, не говоря уже про Core i5-4690K.
При измерении частоты смены кадров в гоночном симуляторе GRID Autosport и StarCraft II процессор Broadwell-H и старший APU показали примерно одинаковые результаты.
В онлайн-баталиях WarThunder и World of Tanks повторилась знакомая картина: победа досталась Core i5-5675С, за ним с заметным отрывом — AMD A10-7870K, а вот Haswell похвастаться совершенно нечем, его отставание от лидера достигло более двух раз.
Что касается энергопотребления тестовых стендов при работе со встроенными видеокартами, то измерения, проведенные на протяжении всего цикла прохождения графических тестов, дали следующие результаты.
Самым экономичным неожиданно оказался… Core i5-4690K, но, он же показал и минимальный уровень быстродействия. Если же сравнивать энергоэффективность Core i5-5675С и AMD A10-7870K, то APU продемонстрировал на 34% большее энергопотребление в нагрузке, но оказался гораздо экономичнее в моменты простоя.
Выводы
Судя по результатам сегодняшнего тестирования, в новейших Broadwell-H чипмейккер сделал ставку, в первую очередь, на улучшение энергоэффективности, вследствие чего TDP новинок не превышает 65 Вт даже для старшей модели Core i7, а также на повышение быстродействия графической подсистемы. В итоге продуктивность встроенной видеокарты в современных видеоиграх выросла более чем в два раза по сравнению с процессорами Intel предыдущего поколения, что сразу же обеспечило Сore i5-5675С преимущество над самым производительным гибридным процессором AMD A10-7870K. Что касается буферной памяти eDRAM, то положительный эффект от ее использования наблюдался практически во всех приложениях: как минимум, ее наличие компенсировало меньшие тактовые частоты новичка относительно Core i5-4690K, а в отдельных случаях, таких как архивация или большинство видеоигр, прирост был виден невооруженным глазом. Увы, сегодняшнее тестирование показало, что Broadwell-H не могут похвастаться высоким уровнем разгона, поскольку их частотный потенциал немного уступает аналогичным показателям процессоров Haswell. Возможно, это говорит о недостаточной еще отладке нового 14-нм процесса производства, но этот факт может объясняться и сыростью управляющего микрокода материнской платы, а также индивидуальными особенностями нашего инженерного образца CPU. Впрочем, как показала практика, конструктивные решения Core i5-5675C почти всегда компенсировали отставание в тактовой частоте, и в большинстве случаев быстродействие новичка ничуть не уступало разогнанному Haswell.
Что касается рыночных перспектив Core i5-5675С, то его более высокая, чем у Core i5-4690K розничная стоимость полностью оправдывается только в том случае, если не планируется приобретение дискретного графического ускорителя. В этом случае младший Broadwell-H исключительно хорош: он не только обеспечивает отличное быстродействие в самых ресурсоемких приложениях, но также позволяет играть в современные видеоигры в разрешении Full HD при средне-высоких настройках качества. Таким образом, подтверждается высказанная ранее мысль, что младший Broadwell-H не становится заменой для Core i5-4690K, а, скорее, является его дополнением, нацеленным на несколько другую целевую аудиторию. А настоящего прорыва в быстродействии придется ждать до момента выхода Skylake!
