После выхода нового поколения процессоров Intel Core остается открытым вопрос их потенциала разгона. В тесте Core i9-9900K мы уже поделились первыми результатами. Но, как и в раньше, с помощью оптимизации можно выжать из процессора больше. В нашей статье мы найдем "золотую середину", которая обеспечит оптимальный уровень разгона с учетом других характеристик.
Осенью 2017 мы провели тест разгона процессоров Coffee Lake, но на другой тестовой системе. Использовалась другая материнская плата, на что сегодня следует обращать больше внимания, чем в прошлом году. Intel обещает, что процессор Core i9-9900K, как и другие CPU в линейке Coffee Lake Refresh, будут работать на всех материнских платах с чипсетами серии 300 - при условии обновления BIOS или UEFI. Но вот для разгона следует использовать уже новую материнскую плату на чипсете Z390. Дело в том, что подсистема питания здесь уже будет оптимизирована под новые процессоры. Поэтому для разгона мы взяли новую материнскую плату ASUS ROG Maximus XI Hero (Wi-Fi). Она радует высококачественными компонентами и убедительным набором функций, для работы в открытом тестовом стенде и быстрого тестирования настроек будут весьма полезны выделенные кнопки старта системы, сброса и Retry.
Традиционно мы привлекли к тестам разгона и наших форумчан. Процессоры Core i9-9900K купить пока весьма сложно, но в ветке немецкого форума Hardwareluxx пользователи уже обсуждают результаты разгона. Конечно, для оценки результатов разгона Coffee Lake Refresh важно опираться на как можно большее количество чипов. Из-за разброса качества и характеристик кристаллов CPU любой разгон - дело случая. Кому-то везет больше, кому-то меньше. Все это верно и для Coffee Lake Refresh.
Пока оценить разброс характеристик отдельных CPU сложно. Причина кроется не только в том, что процессоры до сих пор сложно купить, но и в изменении техпроцесса. Intel вновь говорит о 14 nm++, но в случае Coffee Lake Refresh были внесены оптимизации по сравнению Coffee Lake. К сожалению, Intel их не поясняет. Но разброс наверняка будет близок к восьмому поколению Core. Конечно, если вы хотите получить наилучший чип, то придется протестировать несколько CPU.
Для тестов разгона у нас на руках был тот же самый экземпляр CPU, что мы использовали для стандартного обзора. А именно инженерный образец - данный чип предназначен для тестирования, но его свойства полностью соответствуют розничной версии CPU. Использует ли Intel отбор чипов при предоставлении инженерных образцов - неизвестно. Но ничто в наших тестах на это не указывало. Материнская плата ASUS ROG Maximus XI Hero (Wi-Fi) уже представляет собой стандартную розничную модель. Поэтому, с учетом обычных флуктуаций, результаты можно использовать для оценки других систем.
Основы разгона и напряжения
Девятое поколение Core является лишь обновлением предыдущего, Intel внесла в архитектуру минимальные изменения. Поэтому теоретические основы разгона здесь не отличаются от процессоров Skylake, Kaby Lake и Coffee Lake. Следовательно, максимальная тактовая частота, которую удастся получить с помощью процессора, зависит от материнской платы. Если бы стабилизатор напряжения был интегрирован в процессор (Fully Integrated Voltage Regulator), то данная задача была бы вновь перенесена с материнской платы на CPU. Если раньше все зависело от качества процессора или FIVR, то сейчас материнская плата снова имеет значение.
Если вы разгоняли процессоры Skylake, Kaby Lake или Coffee Lake, то вряд ли столкнетесь с какими-либо существенными изменениями. С другой стороны, если ранее вы занимались чипами Haswell, то теоретические знания не мешает обновить. Пусть даже процедура разгона сегодня не такая сложная, и хорошие результаты можно получить довольно быстро. Впрочем, даже опытным оверклокерам не мешает ознакомиться с теорией. Производители материнских плат вполне могли пересмотреть некоторые параметры применительно к процессорам Coffee Lake Refresh.
Vdrop, Vdroop и LLC
Независимо от используемого процессора или материнской платы, для разгона недостаточно просто поднять тактовую частоту, например, увеличив множитель. С какого-то момента придется поднимать напряжение процессора Vcore. Иногда подобное увеличение выполняется автоматически в UEFI, если выставлена соответствующая опция. Но рано или поздно придется вмешиваться и указывать напряжение вручную. Вместе с тем здесь все усложняют два параметра: Vdrop и Vdroop.
Vdrop - разница между напряжением Vcore, выставленным в UEFI, и реальным напряжением процессора при очень малой нагрузке или в режиме бездействия. Например, если в UEFI выставлено напряжение Vcore 1,2 В, на практике в режиме бездействия Windows напряжение может составить всего 1,175 В. Разница в 0,025 В как раз и называется Vdrop. Если нагрузка будет увеличиваться, то и напряжение начнет падать - например, до 1,135 В. И эта разница как раз и называется Vdroop.
На первый взгляд, такой подход кажется потерей точности, но на самом деле он вполне обоснован. Intel предполагает, что напряжение Vcore в UEFI соответствует самой высокой штатной частоте. Но поскольку частота зависит от нагрузки, теплового бюджета и некоторых других факторов, требуемое напряжение тоже меняется. В результате Vdrop снижает Vcore при малых нагрузках, а при увеличении нагрузки Vdroop обеспечивает необходимую защиту для процессора, стабилизаторов напряжения и других компонентов. Vdrop и Vdroop работают как своего рода ограничители, в диапазоне которых напряжение может меняться. Что сглаживает возможные пики напряжений при изменении нагрузки.
Но Vdrop и Vdroop на самом деле можно менять. Intel предлагает соответствующий параметр Load Line Calibration (LLC). Здесь сложно дать какую-то общую рекомендацию LLC, которая подходила бы для всех систем. Каждый производитель материнской платы может сам определять число уровней LLC и их эффект. Также сказывается и качество процессора. Поэтому идеальную настройку для системы A не получится перенести на систему B.
ASUS в меню UEFI материнской платы Maximus XI Hero (Wi-Fi) предусматривает восемь уровней LLC. Для измерения эффекта мы выставили напряжение Vcore 1,3 В. В зависимости от выбранного уровня LLC, мы получили следующие результаты.
- LLC Level 1: 1,252 В бездействие (48 мВ Vdrop) и 1,154 В под нагрузкой (98 мВ Vdroop)
- LLC Level 2: 1,279 В бездействие (21 мВ Vdrop) и 1,163 В под нагрузкой (116 мВ Vdroop)
- LLC Level 3: 1,288 В бездействие (12 мВ Vdrop) и 1,810 В под нагрузкой (-522 мВ Vdroop)
- LLC Level 4: 1,296 В бездействие (4 мВ Vdrop) и 1,208 В под нагрузкой (88 мВ Vdroop)
- LLC Level 5: 1,296 В бездействие (4 мВ Vdrop) и 1,225 В под нагрузкой (71 мВ Vdroop)
- LLC Level 6: 1,296 В бездействие (4 мВ Vdrop) и 1,252 В под нагрузкой (44 мВ Vdroop)
- LLC Level 7: 1,296 В бездействие (4 мВ Vdrop) и 1,279 В под нагрузкой (17 мВ Vdroop)
- LLC Level 8: 1,296 В бездействие (4 мВ Vdrop) и 1,314 В под нагрузкой (-18 мВ Vdroop)
Оптимальный уровень LLC, в соответствие с рекомендациями Intel, составляет 1. В нем мы получаем самое низкое напряжение под нагрузкой. В случае уровня 8 картина обратная. Если вы изменяете напряжение Vcore вручную, на уровень LLC следует обращать внимание. Выпадение на уровне LLC 3 может быть связано с нашим инженерным образцом CPU.
Ограничение по энергопотреблению (Power Limit)
LLC, Vcore и множитель знакомы по предыдущим поколениям Core, но Intel сейчас добавляет планку Power Limit. Вернее, даже две планки, что для процессоров LGA 1151 встречается впервые. Первый TDP соответствует 95 Вт, второй - 210 Вт, но на нем CPU может работать лишь доли секунды. В UEFI материнской платы ASUS ROG Maximus XI Hero (Wi-Fi) можно увеличивать вторую планку до 255,5 Вт, при этом можно указывать и время работы эффекта. Intel указывает минимум 2 мс, максимальное значение в UEFI можно увеличивать до 4.096 мс.
В отличие от прошлого года, мы не стали собирать для разгона специальную систему, а взяли нашу сборку для тестов CPU, немного ее модифицировав. Как раз такую сборку мы использовали для тестов Intel Core i9-9900K. Ниже приведены компоненты тестовой системы.
- ASUS ROG Maximus Hero XI Hero (Wi-Fi), UEFI-Version 0506
- G.Skill F4-3200C14-8GSX, 2x 8 GB
- Corsair H100i PRO
- Zotac GeForce GTX 1070 AMP!
- Samsung SSD 960 EVO 500 GB
- Seasonic Prime Ultra Titanium 750 Вт (тест)
- Windows 10 Pro x64 Build 1803
Тесты стабильности
Для тестов стабильности мы вновь использовали утилиту Prime95. Но, по сравнению с прошлым годом, мы взяли новую версию 29.4 Build 8 и другие настройки (Small FFTs, с активными AVX и FMA3 и без). Поддержка FMA3 по-прежнему не так много значит на практике, но мы все же хотели гарантировать абсолютно стабильную работу на высоких тактовых частотах. По времени проведения отдельных тестов изменений нет: системе необходимо выдержать под нагрузкой с активными командами FMA3 не менее 30 минут. Только после этого можно говорить о полной стабильности.
Все результаты энергопотребления в ваттах указаны для всей системы вместе с блоком питания. Установленная в целях совместимости GeForce GTX 2070 не нагружалась, на долю видеокарты приходится 15-20 Вт, которые можно вычесть.
Следующие две диаграммы можно использовать как стартовые. Vcore и LLC были выбраны автоматически, уровень Power Limit отдельно не регулировался.
Vcore CPU-Z
штатная частота, нагрузка (Prime95 29.4 Build 9, Small FFTs)
Энергопотребление системы
штатная частота, нагрузка (Prime95 29.4 Build 9, Small FFTs)
Как можно видеть, дополнительные наборы инструкций почти не влияют на напряжение Vcore даже у Coffee Lake Refresh. Но разница по энергопотреблению весьма велика. Еще без разгона вся система потребляла до 265 Вт мощности. Так что для разгона необходима эффективная система охлаждения. Во время тестов мы не выставляли параметр AVX Offset в UEFI.
Как обычно, мы выполняли разгон поэтапно, с шагом в 100 МГц. Благодаря нынешней изоляции BCLK можно выполнять разгон и повышением данной частоты. Но отделение базовой частоты от PCIe на самом деле играет роль только при экстремальном разгоне, когда необходимо выжать последние мегагерцы. Все же путь через увеличение множителя намного проще. Да и на производительность не влияет выбранный метод достижения высокой тактовой частоты, через повышение BCLK или множителя.
Разгон до 4,8 ГГц
С первым этапом повышения частоты CPU Core i9-9900K уже обогнал предшественника. Штатно Core i7-8700K работал, максимум, на 4,7 ГГц, да и то лишь при нагрузке на одно ядро. Сейчас же флагману Coffee Lake Refresh предстоит выдержать 4,8 ГГц на всех восьми ядрах. Хотя штатно данная частота выставляется при нагрузке, максимум, на четыре ядра.
Vcore UEFI
4,8 GHz
Vcore CPU-Z Бездействие
4,8 GHz
Vcore CPU-Z Нагрузка
4,8 GHz (Prime95 29.4 Build 8, Small FFTs)
Как можно видеть, под нагрузкой напряжение всех трех тестовых прогонов (без AVX, AVX2, FMA3) почти не меняется. Иная ситуация получается в режиме бездействия и в UEFI. Хотя система стартует и с меньшими напряжениями в UEFI, стабильность работы теряется.
Package Power
4,8 GHz (Prime95 29.4 Build 8, Small FFTs)
Энергопотребление системы
4,8 GHz (Prime95 29.4 Build 8, Small FFTs)
По потребляемой мощности упаковки на 4,8 ГГц сюрпризов нет. Более интересно энергопотребление всей системы. Уровень почти 198 Вт в режиме без AVX ненамного выше штатных 195,5 Вт с автоматической регулировкой напряжений. Здесь видно, что небольшой ручной разгон может повысить эффективность. То же самое верно и в случае большей нагрузки. В режимах AVX2 и FMA3 энергопотребление оказалось даже чуть ниже штатных настроек.
Температура ядер под нагрузкой
4,8 GHz (Prime95 29.4 Build 8, Small FFTs)
Даже небольшой разгон приводит к существенному нагреву Core i9-9900K. При штатных частотах и высокой нагрузке температура ядер на считанные градусы превышает уровень 60 °C, здесь без AVX на 4,8 ГГц мы получили уже до 74 °C. Если же активировать AVX или FMA3, то температура превышает планку 80 °C.
Разгон до 4,9 ГГц
Частота 4,9 ГГц для всех восьми ядер Core i9-9900K соответствует максимальному уровню Core i7-9700K без SMT при нагрузке на одно ядро. Из предыдущего поколения такой частоты достигал лишь Core i7-8086K - тоже при нагрузке на одно ядро.
Vcore UEFI
4,9 GHz
Vcore CPU-Z Бездействие
4,9 GHz
Vcore CPU-Z Нагрузка
4,9 GHz (Prime95 29.4 Build 8, Small FFTs)
Чтобы все ядра заработали на 4,9 ГГц, в UEFI пришлось выставить довольно высокое напряжение VCore. Конечно, система стартует и с меньшим напряжением, но даже на средних нагрузках возникают проблемы со стабильностью. Высокие требования заметны по реальному напряжению, которое прикладывается под нагрузкой.
Package Power
4,9 GHz (Prime95 29.4 Build 8, Small FFTs)
Энергопотребление системы
4,9 GHz (Prime95 29.4 Build 8, Small FFTs)
По сравнению с предыдущим этапом мы получили прирост тактовой частоты на 2%, при этом энергопотребление упаковки оказалось выше вплоть до 18%. Даже без AVX2 упаковка CPU потребляла больше 156 Вт, на 6% выше, чем на 4,8 ГГц. Общее энергопотребление увеличилось до 20%. В случае FMA3 энергопотребление системы превысило планку 300 Вт.
Температура ядер под нагрузкой
4,9 GHz (Prime95 29.4 Build 8, Small FFTs)
Разгон всех ядер до 4,9 ГГц показывает, что планка 5 ГГц вряд ли достижима в домашних условиях. По крайней мере, если нужны инструкции FMA3. Уровень 94 °C можно назвать уже слишком высоким. Но даже под нагрузкой AVX мы получили 89 °C.
Разгон до 5,0 ГГц
Выше планки 4,9 ГГц нам уже пришлось внести изменения в тестовую процедуру. Поскольку на данном этапе процессор, который по обещаниям Intel должен соответствовать обычным версиям, стал качественно отличаться от розничных CPU. ASUS UEFI указывает, что "качество кремния" довольно низкое - 87%, хотя у розничных CPU в Интернете пользователи приводят значение до 98%. В случае 5,0 ГГц нам пришлось отказаться от использования FMA3 из-за температуры и энергопотребления. А в тестах на 5,1 ГГц мы отказались и от AVX из-за высоких температур.
Для многих Core i7-8700K частота 5,0 ГГц является финальной. Архитектура, техпроцесс и качество кристалла обычно не дают поднять частоту выше без приложения серьезных усилий. Поскольку у процессоров Coffee Lake Refresh серьезных изменений не произошло, если не считать припаянный распределитель тепла, мы ожидали прежних результатов разгона.
Vcore UEFI
5,0 GHz
Vcore CPU-Z Бездействие
5,0 GHz
Vcore CPU-Z Нагрузка
5,0 GHz (Prime95 29.4 Build 8, Small FFTs)
Сначала отметим, что нам потребовалось в UEFI более серьезно поднять напряжение для режима не-AVX, чем в случае перехода с 4,8 на 4,9 ГГц. С другой стороны, в режиме AVX увеличение небольшое. В обоих случаях система стабильно работала и с меньшим напряжением - длительное время и без "вылетов", но при полной нагрузке на все потоки стабильность терялась.
Package Power
5,0 GHz (Prime95 29.4 Build 8, Small FFTs)
Энергопотребление системы
5,0 GHz (Prime95 29.4 Build 8, Small FFTs)
Увеличение энергопотребления при нагрузке на все ядра остается не таким большим по сравнению с работой на 4,9 ГГц. Без AVX энергопотребление упаковки CPU составило около 173 Вт, для всей системы - 234,5 Вт, примерно на 10 и 11% выше, чем на множитель ниже. В случае ACX мы получаем менее выраженное увеличение, намного ниже 10% для упаковки CPU и системы. В любом случае, 226,5 Вт у процессора довольно близки к 255 Вт, выставленным в UEFI. В случае FMA3 данная планка уже была бы наверняка превышена.
Температура ядер под нагрузкой
5,0 GHz (Prime95 29.4 Build 8, Small FFTs)
В режиме FMA3 ограничивающим фактором становится не только энергопотребление, но и температура. Без AVX мы получили нагрев более 80 °C, с активными инструкциями AVX - более чем на 10 °C выше. В случае FMA3 процессор превысил бы предельную планку 100 °C, которую называет Intel.
Разгон до 5,1 ГГц
Частота 5,1 ГГц на все ядра стала предельной для нашего тестового процессора, учитывая используемое охлаждение (СВО). Возможно, качество кристалла все равно не позволило бы выжать больше.
Vcore UEFI
5,1 GHz
Vcore CPU-Z Бездействие
5,1 GHz
Vcore CPU-Z Нагрузка
5,1 GHz (Prime95 29.4 Build 8, Small FFTs)
По напряжению, которое необходимо для стабильной работы на 5,1 ГГц, верны те же наблюдения, что и в случае 5,0 ГГц: если в UEFI было выставлено напряжение меньше 1,32 В, система долгое время работала стабильно, но с полной нагрузкой уже не справлялась. Все же флуктуации напряжения были слишком велики. Что видно и по высоким напряжениям в режиме бездействия и под нагрузкой.
Package Power
5,1 GHz (Prime95 29.4 Build 8, Small FFTs)
Энергопотребление системы
5,1 GHz (Prime95 29.4 Build 8, Small FFTs)
Энергопотребление увеличилось на 20% по сравнению с режимом 5,0 ГГц, так что цена небольшого увеличения частоты слишком велика. С уровнем 206 Вт энергопотребление упаковки остается ниже предельного, так что здесь можно рассчитывать на 5,2 ГГц. Но эффективность наверняка снизится еще сильнее. По сравнению со штатным режимом прирост частоты не достиг и 9%, при этом энергопотребление системы увеличилось на 47%.
Температура ядер под нагрузкой
5,1 GHz (Prime95 29.4 Build 8, Small FFTs)
Впрочем, из-за температуры более высокая частота не представляется возможной. Процессор нагрелся до 97 °C, почти достигнув предельной температуры.
Мы уже сетовали на эффективность Core i9-9900K, которая начинает существенно снижаться при увеличении тактовых частот. Но и на штатных тактовых частотах энергопотребление при увеличении нагрузки со средней до максимальной растет слишком стремительно, намного быстрее прироста производительности. Поэтому и чудес от разгона мы не ждали. Из-за ограничений режимов AVX и FMA3, графики ниже приведены для режима не-AVX.
ZНачнем с напряжения, которое необходимо выставить в UEFI. Если взять за 100% штатную тактовую частоту (4,7 ГГц на все ядра под нагрузкой), увеличение Vcore до 5,0 ГГц остается пропорциональным приросту частоты. Для прироста частоты около 6% мы получаем увеличение напряжения на 9%.
Иная ситуация с энергопотреблением упаковки. Прирост частоты на 4% (до 4,9 ГГц) приводит к увеличению энергопотребления на 12%, увеличение на 6% (до 5,0 ГГц) дает более 20%.
Package Power
5,1 GHz (Prime95 29.4 Build 8, Small FFTs)
Если обратиться к энергопотреблению системы, то здесь результаты иные, "золотая середина" располагается чуть выше. Прирост частоты на 2% (4,8 ГГц) приводит к росту энергопотребления всего на 1%. Даже на 4,9 ГГц увеличение составило всего около 7,5%. Но затем энергопотребление начинает расти более стремительно. Увеличение частоты на 6% до 5,0 ГГц приводит к росту почти на 20%. 8,5% прирост частоты увеличивает энергопотребление на 47%.
Энергопотребление системы Non-AVX
5,1 GHz (Prime95 29.4 Build 8, Small FFTs)
Энергопотребление всей системы в ваттах.
Масштабирование в процентах. Синий - Vcore, оранжевый - энергопотребление системы, серый - энергопотребление упаковки, желтый - частота.
Если учесть Vcore, энергопотребление и тактовые частоты, оптимальный уровень составляет 4,9 ГГц. Причем он будет верен для всех CPU, без учета качества кристалла. Даже в случае Coffee Lake, а именно Core i7-8700K, частота 4,9 ГГц стала оптимальной, учитывая производительность и энергопотребление. Intel вряд ли настолько существенно изменила архитектуру и техпроцесс, чтобы это сказалось на разгоне.
Заключение
Конечно, наши тесты нельзя назвать идеальными из-за качества имеющегося CPU и отсутствия в нашем распоряжении нескольких процессоров, но общую тенденцию они отражают. Процессор Coffee Lake Refresh в виде Core i9-9900K показал такой же потенциал разгона, что и предыдущее поколение Coffee Lake, а именно Core i7-8700K. Мы смогли без проблем выставить частоту 4,9 ГГц на всех ядрах без появления температурного троттлинга или отключения наборов команд. Конечно, могут возникнуть опасения насчет качества кристалла и подсистемы питания материнской платы. В случае нашей ASUS ROG Maximus Hero XI Hero подсистема питания с разгоном справилась отлично. Если посмотреть на результаты тестов, инструкции AVX можно было задействовать на частоте до 5,0 ГГц. Розничные версии CPU наверняка будут использовать более качественные кристаллы, нежели наш инженерный образец. Смогут ли более качественные кристаллы работать на меньших напряжениях? В таком случае процессор можно было бы разогнать до 5,1 ГГц с сохранением стабильной работы и активными наборами инструкций AVX и FMA3.
Впрочем, если обратиться к результатам наших форумчан, чудес ожидать не стоит. На конец октября максимальная частота составила 5,0 ГГц - без скальпирования CPU, с воздушным кулером или СВО с замкнутым контуром. Но при этом пришлось отключить инструкции AVX, а напряжение увеличить до 1,217 В. Более высокие тактовые частоты удалось достичь только после скальпирования CPU, чтобы улучшить отведение тепла от кристалла, также с помощью более мощной самосборной СВО. Один из форумчан смог разогнать процессор до 5,2 ГГц без активации AVX, напряжение составило 1,36 В.
Все это показывает, что Intel так и не смогла существенно улучшить потенциал разгона новых Coffee Lake Refresh по сравнению с Coffee Lake. Конечно, если не прибегать к таким экстремальным мерам, как жидкий азот. В результате и в этом году мы смогли добиться частоты 5,0 ГГц на всех ядрах, но затем возможности разгона стремительно снижаются. Также стоит учитывать и более высокую штатную частоту Core i9-9900K при нагрузке на все ядра - 4,7 ГГц. В результате разгон до 5,0 ГГц соответствует приросту всего 300 МГц, хотя в случае Core i7-8700K он более внушителен - 700 МГц из-за штатной частоты 4,3 ГГц. Вместе с тем оптимальное значение составляет 4,9 ГГц, так что мы говоримо о разгоне всего на 200 МГц. По крайней мере, Core i9-9900K отлично показывает себя на 4,9 ГГц.
Существенное влияние оказывает выбор материнской платы. На материнских платах нового дизайна было изменено расположение компонентов, а в UEFI обновлены опции. Так что отличия в результатах разгона могут быть заметны. Мы использовали ASUS ROG Maximus XI Hero, которая справилась со своей задачей. Что касается наших форумчан, то опубликованные до сих пор результаты тоже были получены на данной модели тайваньского производителя.
Возможно, в ближайшие месяцы потенциал разгона CPU улучшится. Производители материнских плат обновят UEFI, на рынке появятся новые модели материнских плат. Intel постоянно работает над улучшением производства, так что у более поздних партий CPU качество кристалла может быть и выше.
Пока что мы получили следующие результаты разгона:
- Несмотря на припаянный распределитель тепла, относительный потенциал разгона Coffee Lake Refresh оказался ниже, чем в случае Coffee Lake
- "Золотой серединой" можно считать 4,9 ГГц, при более высоких тактовых частотах энергопотребление увеличивается намного быстрее производительности
- На данный момент скальпирование CPU и мощные СВО не дают ощутимого преимущества
- Выбор материнской платы может повлиять на потенциал разгона