Обзор процессора AMD Ryzen 7 5800X: горячий парень

Знакомство с процессорами AMD на базе микроархитектуры Zen 3 мы начали со старших представителей семейства Ryzen 5000 – 12-ядерного Ryzen 9 5900X и 16-ядерного Ryzen 9 5950X. Именно эти модели мы получили в первую очередь от производителя на тесты, но, возможно, они были не лучшими кандидатурами, чтобы составить базовое представление о преимуществах нового поколения CPU компании AMD. Кроме того, что Ryzen 9 5950X и 5900X относятся к числу элитных предложений с довольно внушительной стоимостью, они отягощены многочиплетным строением: в их состав входит сразу два равноправных полупроводниковых кристалла с процессорными ядрами и третий кристалл, отвечающий за функции ввода-вывода. Это не только делает их более сложными объектами для исследования, но и неоднозначно сказывается на функциональных возможностях. В частности, кеш третьего уровня таких процессоров состоит из двух разрозненных сегментов; задержки межъядерного взаимодействия различаются в зависимости от того, идёт речь о ядрах в одном кристалле или в соседних; а шина Infinity Fabric, которая отвечает за соединение составных частей CPU в единое целое, серьёзно загружена межчиплетным трафиком. По этой логике начинать стоило бы с Ryzen 7 5800X – процессора, который гораздо проще по топологии и объединяет в своей конструкции лишь два полупроводниковых кристалла: один восьмиядерный процессорный чиплет и второй чиплет, реализующий внешние интерфейсы. Однако такой CPU приехал в нашу лабораторию немного позже, поэтому его обзор выходит на нашем сайте вторым, в тот момент, когда мы уже знакомы со всеми основными особенностями новой микроархитектуры Zen 3. Чтобы освежить познания в этой области, вы можете обратиться к нашему обзору Ryzen 9 5950X и 5900X – там с достаточной степенью подробности рассказывается о том, откуда берётся пресловутый 19-процентный прирост показателя IPC (числа исполняемых за такт инструкций). Что же касается Ryzen 7 5800X, то это не только простое и эффективное воплощение микроархитектуры Zen 3 в потребительском CPU, но и один из самых подходящих вариантов для массового пользователя, который предлагает 8 ядер и 16 потоков – достаточную мощность для ресурсоёмких приложений и игр с хорошим запасом на будущее. Тем более что помимо привлекательной ядерной формулы этот процессор может предложить внушительные тактовые частоты, помноженные на максимальный среди x86-десктопных процессоров показатель IPC. Проблема с Ryzen 7 5800X лишь одна – его стоимость. Даже по официальной цене он всего на $100 дешевле 12-ядерного Ryzen 9 5900X, что выливается в откровенно завышенную стоимость одного ядра. В то время как одно ядро восьмиядерного процессора оценено производителем примерно в $56, в 12-ядернике или шестиядернике каждое ядро обойдётся пользователю в $46 или $50 соответственно, что уже при первом знакомстве с Ryzen 7 5800X вызывает некоторое непонимание. Похоже, что отбор бездефектных восьмиядерных кристаллов Zen 3, способных работать на высокой частоте, представляет для AMD на данном этапе какую-то проблему, и компания, задрав ценовую планку, хочет искусственно ограничить спрос на Ryzen 7 5800X и перенаправить внимание потребителей на те модели, в которых используются чиплеты с деактивированными ядрами. Впрочем, рассуждать о принципах составления официального прайс-листа – довольно бессмысленное занятие, поскольку реальные цены представителей серии Ryzen 5000 в рознице определяются совсем не им, а уровнем спроса, многократно превосходящим скудное предложение, которым смогла обеспечить розницу компания AMD. Например, на российском рынке за Ryzen 7 5800X придётся заплатить более 45 тысяч рублей, а процессоров Ryzen 9 5900X попросту нет в наличии в большинстве магазинов. Тем не менее рано или поздно проблемы с недопоставками будут решены, и к этому моменту нужно соответствующим образом подготовиться. В этом обзоре мы посмотрим, насколько уверенно выглядит восьмиядерник AMD нового поколения, который, по изначальной задумке, должен был стать конкурентом для старших LGA1200-процессоров Intel Comet Lake. ⇡ #Ryzen 7 5800X подробнее Ryzen 7 5800X – это средний процессор в семействе Vermeer, основанном на микроархитектуре Zen 3, который имеет в своём составе два полупроводниковых кристалла: 7-нм чиплет CCD с восемью вычислительными ядрами и 12-нм чиплет I/O, в котором находятся контроллеры памяти и PCI Express, а также реализуются прочие внешние интерфейсы. С учётом поддержки технологии SMT этому процессору свойственна ядерная формула 8/16, что делает его идеологическим последователем Ryzen 7 3800X с новой микроархитектурой. Но есть важный нюанс: в Zen 3 процессорные CCX-комплексы стали объединять сразу по восемь ядер, и это значит, что Ryzen 7 5800X, в отличие от своего предшественника, – топологически монолитный восьмиядерник, в котором все ядра абсолютны равноправны по отношению друг к другу, а 32-мегабайтный L3-кеш представляет собой единое целое и полностью доступен для каждого отдельного ядра. Ryzen 7 5800X можно было бы образно представить себе как половину рассмотренного нами ранее 16-ядерника Ryzen 9 5950X, но между этими процессорами есть заметные различия в тактовых частотах. Базовая частота Ryzen 7 5800X составляет 3,8 ГГц против 3,4 ГГц у 16-ядерного собрата, но максимальная частота в турборежиме ограничена величиной 4,7 ГГц, в то время как флагману семейства Ryzen 5000 официально разрешается автоматически разгоняться до 4,9 ГГц. Впрочем, реальные частоты процессоров AMD сильно отличаются от паспортных. С одной стороны, при полной многопоточной нагрузке они работают быстрее, чем заложено в спецификации. С другой – частота при однопоточной нагрузке в новом поколении тоже получила возможность превышать записанный в спецификациях предел. Для получения реальной картины мы посмотрели, на какой частоте работает наш экземпляр Ryzen 7 5800X в тесте рендеринга Cinebench R23 при нагрузке на разное число потоков. Результаты этого эксперимента приводятся на графике. Получается, что Ryzen 7 5800X вполне свободно может брать частоту 4,85 ГГц при работе одного ядра, а при максимальной нагрузке рендерингом его частота выдерживается на уровне 4,55-4,6 ГГц. То есть на практике это процессор, реальные частоты которого довольно близко подошли к частотам старших Comet Lake. Прогресс по сравнению с Ryzen 7 3800XT здесь огромен: новинка прибавила от 200 до 400 МГц. Ryzen 7 5800X оценивается производителем в $450, то есть он стоит заметно дороже других современных восьмиядерников для энтузиастов — AMD Ryzen 7 3800X и Intel Core i7-10700K. Однако при этом он предлагает и более продвинутые характеристики, в чём можно убедиться по таблице. Ryzen 7 5800X Ryzen 7 3800XT Core i7-10700K Платформа Socket AM4 Socket AM4 LGA1200 Микроархитектура Zen 3 Zen 2 Skylake Техпроцесс, нм 7/12 7/12 14 Ядра/потоки 8/16 8/16 8/16 Частота (номинал/турбо), ГГц 3,8-4,7 3,9-4,7 3,8-5,1 L3-кеш, Мбайт 32 2 × 16 16 TDP, Вт 105 105 125 Память DDR4-3200 DDR4-3200 DDR4-2933 Линии PCIe 24 × Gen4 24 × Gen4 16 × Gen3 Встроенная графика Нет Нет Есть Цена $449 $399 $374 Даже если не вдаваться в подробности, сразу видно, что Ryzen 7 5800X превосходит конкурента из синего лагеря по объёму L3-кеша и функциональности контроллера PCIe, который у AMD давно перешёл на четвёртую версию протокола. Но самое главное — с переходом на микроархитектуру Zen 3 в процессорах AMD заметно выросла удельная производительность: на одинаковой частоте Ryzen 7 5800X должен быть быстрее Ryzen 7 3800XT в среднем на 19 %. С учётом этого новый восьмиядерник AMD действительно кажется значительно более интересным вариантом. К тому же в Zen 3 исправлен и другой серьёзный недостаток предыдущих дизайнов AMD – высокие задержки при межъядерном взаимодействии, благодаря чему процессоры серии Ryzen 5000 сразу воспрянули в играх. В рассматриваемом сегодня восьмиядернике это должно проявиться особенно явно, ведь в состав Ryzen 7 5800X входит всего один CCD-чиплет и, в соответствии с изменениями, проведёнными в новой микроархитектуре, всего один CCX-комплекс. Таким образом, не слишком быстрая шина Infinity Fabric в этом процессоре вообще не используется при межъядерном взаимодействии, она нужна лишь для связи CCD-чиплета с контроллером памяти и контроллерами внешних интерфейсов. Это не только увеличивает эффективность работы процессора с собственным кешем третьего уровня, все 32 Мбайт которого доступны для любого ядра без каких-либо дополнительных задержек, но и увеличивает эффективность работы с памятью, поскольку шина Infinity Fabric освобождена от трафика между CCX. В конечном итоге получается так, что по эффективности всей подсистемы памяти Ryzen 7 5800X оказывается лучше процессоров Intel, предлагая и больший объём кеша на втором и третьем уровнях, и меньшие задержки. Современные представители семейства Core немного выигрывают лишь по задержкам при обращении к памяти, поскольку контроллер памяти в Zen 3 остался отделён от процессорного кристалла. Иллюстрируют сказанное следующие графики, которые сравнивают задержки при работе с блоками памяти различного размера у Ryzen 7 5800X и Core i7-10700K, работающих на одинаковой частоте 4,0 ГГц с одинаковой двухканальной памятью DDR4-3600. Невероятно, но факт: подсистема кеш-памяти в Ryzen 7 5800X действительно работает эффективнее, чем у Core i7-10700K, хотя поверить в возможность такого раньше было очень сложно. При этом не стоит расстраиваться и по поводу латентности памяти: гигантский монолитный L3-кеш объёмом 32 Мбайт, который AMD удалось реализовать благодаря использованию «тонкого» 7-нм техпроцесса, в большинстве случаев компенсирует и не самую быструю подсистему памяти, и то, что запись в память у процессоров с одним CCD осуществляется по шине шириной 16 байт, то есть с вдвое более низкой скоростью, чем чтение. Несмотря на то, что в Ryzen 7 5800X установлен лишь один полупроводниковый кристалл CCD, для этого процессора назначен такой же тепловой пакет 105 Вт, как и для Ryzen 9 с двумя CCD. Максимальное энергопотребление восьмиядерника по спецификации тоже составляет 142 Вт. Это позволяет AMD применять в составе Ryzen 7 5800X наиболее горячий кремний с наивысшими токами утечки. В своё время мы нарекли восьмиядерный Ryzen 7 3800X чемпионом по нагреву, потому что он отличался уж очень высокими рабочими температурами даже при работе в номинальном режиме. Новый Ryzen 7 5800X выступает его достойным наследником. Простой пример: во время тестирования в Cinebench R23 мы наблюдали температуры процессорного кристалла до 85-90 градусов, несмотря на то, что для отвода тепла от CPU использовалась кастомная система жидкостного охлаждения на компонентах EKWB с 360-мм радиатором. И это, напомним, номинальный режим, для которого 90 градусов – максимум, разрешённый спецификацией. Конечно, это не значит, что с более слабыми системами охлаждения Ryzen 7 5800X перегревается. Нет, этого не происходит. В рамках технологии Precision Boost срабатывает ограничение по температуре и процессор попросту сбавляет частоту, немного снижая своё быстродействие. Кроме того, Cinebench R23 – многопоточная ресурсоёмкая задача, а если говорить о более привычных массовому пользователю сценариях, например об играх, то такого пугающего нагрева, конечно, не наблюдается. Хотя 85-градусные пики мы отмечали и во время игровых тестов. Неудивительно, что высокие рабочие температуры, свойственные Ryzen 7 5800X, заставили AMD отказаться от его комплектации штатным кулером. Кулера лишена даже коробочная версия, и этот момент при планировании сборки на базе Socket AM4-восьмиядерника обязательно нужно иметь в виду. ⇡ #Разгон По правде говоря, от процессора, работающего при 90 градусах в номинале, трудно ожидать каких-то оверклокерских рекордов. Именно это и подтвердилось при попытках ручного разгона: добиться от такого CPU стабильной работы без перегрева на частотах, сколько-нибудь заметно превышающих номинальные, практически невозможно. Если опираться на проверку стабильности в Prime95 – программе, которую мы всегда используем для создания предельной процессорной нагрузки, то максимально достижимым оверклокерским результатом для нашего экземпляра Ryzen 7 5800X оказалась частота 4,55 ГГц. Стабильная работа на этой частоте была достигнута при напряжении питания (по данным мониторинга) 1,225 В. В BIOS при этом выбиралось напряжение 1,25 В и третий уровень Load-Line Calibration. И это – предел: при дальнейшем повышении частоты терялась стабильность, а при повышении напряжения возникал перегрев CPU с последующим аварийным отключением системы. Особенно удивительно, что нагрев процессора достигал почти 100-градусной величины при сравнительно невысоком напряжении и даже несмотря на то, что за отвод тепла отвечала достаточно производительная система жидкостного охлаждения. Впрочем, в высоких температурах здесь явно повинна не недостаточная производительность теплоотвода, а скорее тот факт, что тепло приходится снимать с 7-нм кристалла с очень небольшой площадью — 80,7 мм2. Справедливости ради нужно заметить, что по сравнению с теми же 12- и 16-ядерными процессорами восьмиядерный Ryzen 7 5800X разгоняется на 100-200 МГц получше. Более высокий результат показал Ryzen 7 5800X и по сравнению с восьмиядерным предшественником с микроархитектурой Zen 2. Техпроцесс TSMC, по которому изготавливаются кристаллы Zen 3, понемногу совершенствуется, и это видно, однако соперничать по результативности разгона с процессорами Intel представители серии Ryzen 5000 всё ещё не могут. Да и вообще, выходит, что практически такой же частоты, которая получается в результате разгона вручную, процессор может автоматически достичь сам с помощью технологии Precision Boost. При этом автоматическая технология ещё и превосходит ручной разгон, потому что она легко выводит процессор на более высокие частоты при несложных нагрузках. И это значит, что разгон с использованием фиксированной частоты с практической точки зрения нецелесообразен и может быть интересен лишь для установления предела кремния, а для увеличения производительности в реальных условиях его применять, скорее всего, бессмысленно. На практике же с процессорами Ryzen 5000, как и с их предшественниками, лучше обходиться функцией Precision Boost Override, которая позволяет изменить или совсем отменить пределы потребления. Есть и другой вариант – попытаться отредактировать кривую напряжений для снижения потребления и увеличения частоты в рамках заданных температурных и электрических лимитов. Последняя функциональность реализуется новым разделом настроек BIOS Curve Optimizer. Впрочем, и при таком подходе на какой-то серьёзный прирост частоты рассчитывать не приходится. По крайней мере, для нашего экземпляра Ryzen 7 5800X включение функции Precision Boost Override приводило к не слишком заметному увеличению рабочих частот. На графике ниже, который построен при помощи теста Cinebench R23, показан получаемый прирост во всём диапазоне нагрузок – от однопоточной до 16-поточной. В связи с тем, что Ryzen 7 5800X работает фактически на предельных температурах, его частота при высоких нагрузках от отмены пределов потребления не возрастает. Впрочем, и при малопоточных нагрузках прирост частоты воображение не поражает. Активация Precision Boost Override для восьмиядерного процессора увеличивает частоту не более чем на 50 МГц. Не слишком заметные улучшения наметились и на направлении синхронного разгона памяти. Разгруженная от межъядерного трафика шина Infinity Fabric, связывающая чиплеты CCD и I/O, в Ryzen 7 5800X оказалась способна работать на частоте 1900 МГц. А это значит, что с таким процессором память можно перевести в режим DDR4-3800 с сохранением синхронности Infinity Fabric и контроллера памяти, то есть без получения штрафа в производительности. Это, конечно, не обещанный AMD режим DDR4-4000, возможность достижения которого в синхронном режиме остаётся под вопросом, но всё же – определённый прогресс по сравнению с тем, на что были способны процессоры прошлого поколения. К тому же существует надежда, что с выходом новых версий AGESA граница синхронного разгона памяти всё-таки отодвинется выше.