Intel Coffee Lake: разгон Core i7-8700K

Опубликовано:

logo i7 skylakeМы уже опубликовали руководство по разгону процессоров Skylake и Kaby Lake, теперь настало время нового поколения процессоров Intel под названием Coffee Lake. Мы проверим, насколько хорошо разгоняются новые процессоры Intel, и какой выигрыш можно получить от техпроцесса 14nm++ по тактовым частотам. Мы взяли три процессора Intel Core i7-8700K из розницы. Мы проведем тесты разгона, в том числе и тесты после снятия распределителя тепла и замены TIM. 

Хотя шесть ядер и 12 потоков можно назвать новшеством платформы Intel для массового рынка, многие характеристики остались прежними. С новым поколением по-прежнему наблюдается проблема разброса качества чипов, с чем хорошо знакомы опытные пользователи. Для всех остальных повторим: даже в одной серии может наблюдаться серьезный разброс качества чипов, поэтому они демонстрируют разные результаты разгона. И вынести общий вердикт проблематично. Чтобы улучшить значимость наших тестов, мы провели тесты трех розничных моделей Intel Core i7-8700K. Будет интересно посмотреть, не усложнят ли разгон два дополнительных ядра. Мы использовали материнскую плату ASUS ROG Maximus X Apex, которая не только оснащена мощной подсистемой питания, но и хорошо подходит для разгона, в том числе экстремального. На плате имеются многочисленные точки прямого измерения напряжений, также имеются встроенные кнопки и тумблеры разных функций OC для облегчения работы с платой в открытом тестовом стенде.

Мы вновь добавим результаты разгона пользователей нашего международного форума, чтобы статья была как можно более полезной. Все же соответствующая тема форума насчитывает уже более 100 страниц, на которых пользователи делятся своими результатами разгона. Неслучайно среди пользователей выбор процессора называют лотереей ("Silicon Lottery"): в зависимости от поколения, оптимизаций техпроцесса внутри поколения, качества кристаллов и других факторов каждый чип дает разные результаты разгона.

Распределитель тепла нового Intel Core i7-8700K вблизи

Для Coffee Lake остается верным следующее: существуют отдельные партии или группы процессоров (с определенным серийным номером), которая считаются лучше разгоняемыми. Оверклокеры часто ищут в магазинах процессоры нужных партий, но и здесь нет никаких гарантий. Только тесты разгона могут показать, насколько хорошо разгоняется конкретный чип. Кроме того, за последние годы процессоры Intel стали более однородными по качеству, поэтому существенных отличий ждать не приходится. И, судя по нашим наблюдениям, данная тенденция продолжается и с Coffee Lake.

Наконец, в рамках нашей статьи мы удалим распределитель тепла с одного из процессоров, после чего оценим влияние нового теплового интерфейса TIM (Thermal Interface Material) на результаты разгона CPU и температуры. Действительно ли подобная рискованная процедура оправдывает себя?

Для тестов разгона мы приобрели три процессора Intel Core i7-8700K со следующими идентификаторами партий:

Мы приобрели три обычных розничных образца процессоров, заказав их в разных магазинах.


Стабилизация напряжений и Loadline/LLC

Еще с процессорами Skylake Intel отказалась от интегрированного стабилизатора напряжений (FIVR, Fully Integrated Voltage Regulator). После Kaby Lake2 то же самое верно и для Coffe Lake. Поэтому производителям материнских плат приходится добавлять собственные стабилизаторы напряжений, которые должны обеспечивать достаточные возможности для разгона. В результате разгон вновь существенно зависит от возможностей материнской платы – по сравнению, например, с процессорами Haswell.

Вместе с тем изменение схемы питания означает, что некоторые напряжения и взаимосвязи, которые оказывали существенное влияние на поведение Haswell и ограничивали разгон, теперь остались в прошлом. Можно сказать, что разгон вновь стал несколько проще (сравним со старыми поколениями Sandy Bridge и Ivy Bridge). Также вернулись эффекты Loadline Vdrop или Vdroop. Новичков могут несколько запутать "разные" значения VCore (UEFI и Windows Idle, реальные значения Windows в режиме бездействия и Windows под нагрузкой).

Начнем с эффекта Vdrop. Под Vdrop понимают разницу между напряжением, выставленным в UEFI BIOS, и реальным напряжением под Windows в режиме бездействия. Например, если в UEFI выставлено фиксированное напряжение Vcore (скажем, 1,2 В), под Windows мы получим несколько иное значение, как правило, немного меньше (скажем, 1,176 В вместо 1,2 В, выставленных в BIOS). Данный феномен и называется Vdrop. Что касается Vdroop, то под этим термином понимают падение напряжения VCore в режиме бездействия и под полной нагрузкой. Если взять наш пример, то напряжение 1,176 В в режиме бездействия под нагрузкой может упасть до 1,120 В. Падения Vdrop/Vdroop сделаны намеренно, чтобы "сгладить" пики напряжений при изменении нагрузок, а также продлить срок службы CPU и подсистемы питания.

Данной особенности противодействует технология LLC (Load Line Calibration). Она предотвращает падение напряжений под нагрузкой или даже повышает напряжение в зависимости от выставленного уровня.

Функция LLC довольно полезна, поскольку при активной LLC в UEFI достаточно выставить 1,3 В, чтобы получить реальные 1,3 В, иначе пришлось бы выставлять 1,4 В в UEFI (при нормальном режиме Intel Loadline). Но не следует забывать, что при использовании LLC и изменении нагрузки возможны пики напряжений, которые существенно превышают уровень, выставленный в UEFI. И они могут быть больше, чем в обычном режиме UEFI с завышенным напряжением (с Intel Loadline).

На материнской плате ASUS ROG Maximus X Apex, которая используется в статье, технология ASUS Loadline реализована следующим образом:

В UEFI для тестов Load Line Calibration мы выставляли напряжение VCore 1,30 В.

Мы получили следующие значения:

Как можно видеть, в режиме LLC Level 1 мы получаем работу Load Line в соответствие со спецификациями Intel. В случае LLC Level 8 мы получаем обратный эффект относительно Intel Load Line (особенно под нагрузкой), напряжение VCore увеличивается, а не падает. Так что уровни LLC от 6 до 8 лучше избегать, особенно на высоких напряжениях VCore.

На материнской плате ASRock Fatal1ty Z370 Gaming K6 технология LLC с процессорами Coffee Lake реализована следующим образом:

skylake1s

В UEFI для тестов Load Line Calibration мы выставляли напряжение Vcore 1,30 В.

Мы получили следующие значения:

Как можно видеть, ASUS и ASRock реализовали LoadLine Calibration по-разному. У ASRock LLC Level 5 соответствует спецификациям Intel Loadline, а в LLC Level 1 напряжение даже увеличивается по сравнению со спецификациями Intel (под нагрузкой). Так что мы рекомендуем избегать LLC Level 1 при выставлении VCore на очень высокие значения.

Важные напряжения

Перейдем к рассмотрению напряжений и их корректного использования.

Конечно, основным напряжением можно назвать VCore, то есть напряжение ядер CPU. Оно обеспечивает питание вычислительных ядер и напрямую влияет на результаты разгона (тактовую частоту CPU). В документации 7-го поколения процессоров Core (она верна и для Coffee Lake) указано максимально допустимое напряжение ядер 1,52 В, однако оно соответствует состоянию без разгона, а также значению в UEFI без LLC. Если учитывать технологию Intel Loadline, то в Windows под нагрузкой напряжение составляет около 1,4 В. Но все же с учетом 14-нм техпроцесса стоит подстраховаться. Для работы в режиме 24/7 лучше не превышать планки VCore 1,35 В (даже если CPU хорошо охлаждается). Кроме того, даже при таком уровне следует помнить о возможном выходе из строя CPU и существенном снижении срока службы.

Следующие значимые напряжения – VCCIO и VCCSA, влияющие на оперативную память и ее частоту, а также встроенный контроллер памяти IMC в CPU. Дополнительного входного напряжения (которое значилось VCCin или Input Voltage), знакомого нам по процессорам Haswell и Haswell Refresh (Devil's Canyon), больше нет. Отдельного напряжения кэша тоже не предусмотрено – кэш и ядра работают на одном напряжении VCore.

Ниже мы привели краткий обзор отдельных напряжений, а также стандартные и максимальные рекомендованные значения:

Напряжения
VCore (напряжение ядер) Зависит от CPU (макс. рекомендованное ~1,35 В)
VCCIO (VTT/IMC/I/O) 0,95 В (макс. рекомендованное от 1,15 до 1,20 В)
VCCSA (SA/IMC) 1,05 В (макс. рекомендованное от 1,15 до 1,20 В)
VDIMM (RAM) 1,2 В (макс. рекомендованное от 1,25 до 1,4 В)
PCH Voltage (чипсет) 1 В (макс. рекомендованное до 1,15 В)
VCCPLL (PLL) 1 В (макс. рекомендованное до 1,1 В)
VCCST (Standby) 1 В (макс. рекомендованное до 1,1 В)

Судя по нашему опыту, напряжения VCCIO и VCCSA можно оставлять на значениях по умолчанию до частоты памяти 3.200 МГц. Только при повышении тактовой частоты памяти напряжения имеет смысл увеличить до уровня 1,1-1,15 В. Вторичные напряжения имеет смысл смотреть, если в тестах нагрузки Prime будут наблюдаться частые "вылеты" или завершения процессов по отдельным ядрам.

Новый уровень свободы – отвязка BCLK и AVX Offset

Ещё одним новшеством платформы Skylake (и всех последующих платформ, в том числе Coffee Lake) стала отвязка базовой эталонной частоты от частоты PCIe. Подобная привязка серьезно ограничивала возможности разгона, в зависимости от CPU и материнской платы можно было рассчитывать на разгон BCLK всего на 3-8%. Сейчас частота PCIe не связана с базовой частотой. В результате BCLK можно выставлять сравнительно свободно, поскольку влияния на другие частоты нет. Возможно, скажем, увеличение BCLK до 300-350 МГц с воздушным или водяным охлаждением.

Самое большое преимущество подобной отвязки заключается в разнообразии способов, с помощью которых можно достичь нужной тактовой частоты. Например, если вы хотите разогнать CPU до 4.500 МГц, то можно выбрать множитель 15 (и частоту 300 МГц BCLK) или множитель 53 (и частоту 85 МГц BCLK). Так что оверклокеры получают больше свободы, чем раньше. Можно выставлять и непривычные тактовые частоты, например, 4.550 МГц.

Разницу по производительности между двумя способами вряд ли стоит ожидать. Но мы получаем интересные возможности для экстремального разгона и тестов, так как можно пытаться выжимать последние мегагерцы. Для обычных пользователей, как мы уже упомянули, мы получаем просто больше степеней свободы.

Еще одной инновацией после процессоров Kaby Lake и материнских плат на чипсете Z270 с кодовым названием Union Point стала функция AVX Offset. Она автоматически снижает тактовую частоту на определенное значение, если приложение задействует инструкции AVX2. В результате можно провести стрессовые тесты без инструкций AVX2, а если приложение задействует AVX2, то частота будет снижена. Дело в том, что требования к стабильности при использовании инструкций AVX2 обычно намного выше, чем в случае приложений, которые эти инструкции не используют.


Тестовая система для разгона

Наша тестовая система состояла из следующих компонентов:

Тестовая конфигурация
Процессор Intel Core i7-8700K
Кулер CPU Noctua NH-D15
Материнская плата ASUS ROG Maximus X Apex
Оперативная память 16GB Corsair Vengeance LED DDR4-3200 CL16
Видеокарта Zotac GeForce GT 640
Накопитель Kingston SSDNow V300 120GB
Блок питания Seasonic Platinum Series Fanless 400W
Корпус Streacom BC1
Термопаста Arctic Cooling MX-4
Операционная система Windows 10 Professional x64

Тесты стабильности и измерения

Для проверки стабильности мы выполняли получасовой прогон Prime 27.9 (Custom FFT 1344k). Как показывает опыт, данный прогон отличается довольно высокими требованиями, он подходит для проверки стабильности при выбранном напряжении ядер (VCore), причем вердикт получается вынести за сравнительно короткое время. Как правило, дополнительных исследований стабильности VCore уже не требуется. Если система работает стабильно в данном прогоне, то в повседневных сценариях вряд ли возникнут проблемы.

skylake1s

Prime 27.9 может использовать инструкции AVX2, что весьма актуально для некоторых сценариев. Более свежую версию Prime 29 мы не использовали, поскольку инструкции FMA3 пока что не имеют особой практической значимости для большинства пользователей, поэтому нагрузка на CPU будет далека от реальности. То же самое касается и тестов стабильности, которые накладывают слишком высокие требования, имеющие мало отношения к реальности. Конечно, никто не мешает вам использовать данный тест, если возникнет желание.

Во всех тестах энергопотребления мы измеряли энергопотребление от розетки, то есть на результате сказывалось не только энергопотребление CPU, но и остальных компонентов системы, а также эффективность блока питания.

Дополнительный тест: инструкции CPU

Чтобы оценить влияние более свежих версий Prime на разгон и стабильность системы, мы провели отдельный тест, в рамках которого не использовали AVX, после чего активировали AVX и FMA3. Разницу между версиями Prime 27.9 и 29.3 при активации идентичных инструкций (AVX2) мы не обнаружили.

VCore в CPU-Z

4,8 GHz, нагрузка (Prime 29.3 1344k)

1.152 XX


1.168 XX


1.168 XX


В (вольты)
Меньше - лучше

VCore в UEFI

4,8 GHz, нагрузка (Prime 29.3 1344k)

1.330 XX


1.365 XX


1.415 XX


В (вольты)
Меньше - лучше

Энергопотребление (вся система)

4,8 GHz, нагрузка (Prime 29.3 1344k)

169 XX


207 XX


225 XX


Вт (ватты)
Меньше - лучше

Как можно видеть, реальное значение VCore почти идентичное, но значения напряжений, которые необходимо выставлять в UEFI для стабильной работы, существенно отличаются. Широко распространенное мнение, что для AVX и FMA3 требуется "больше" напряжения, верно лишь отчасти, поскольку при увеличении нагрузки требуется лишь компенсировать большее падение Vdroop. Что можно достичь путем выставления более высокого уровня LLC, пусть даже при смене нагрузки это может привести к большим скачкам напряжения. Но по напряжению, которое прикладывается во время нагрузки, мы получаем близкие результаты, что как раз и важно.


Снижение напряжения (Undervolting)

Материнские платы Coffee Lake в автоматическом режиме зачастую довольно существенно завышают напряжения, чтобы подстраховаться. Но подобные высокие напряжения редко бывают необходимы, особенно это касается напряжений ядер. Материнская плата обычно выставляет напряжение на довольно высоком уровне, чтобы процессор всегда работал абсолютно стабильно (учитывая разброс по характеристикам CPU при производстве). С точки зрения стабильности подобный шаг имеет смысл, но вместе с тем мы получаем потенциал ручной оптимизации. Напряжения ядер VCore зависит от характеристики VID (Voltage Identification Definition) процессора, но, как правило, выставляется в UEFI с приличным запасом.

Поэтому имеет смысл понизить напряжение ядер/VCore вручную, при этом система будет работать по-прежнему стабильно, пусть даже и вплотную к порогу стабильности. С помощью такого шага (Undervolting) получается не только существенно снизить температуры, но и уменьшить энергопотребление CPU (и всей системы).

Поэтому мы начали с поиска минимального стабильного напряжения. Мы выбрали процессор #L729C231 #1. По умолчанию материнская плата для штатной частоты 4,3 ГГц выставляет напряжение CPU 1,216 В. Энергопотребление всей системы получается 140 Вт.

VCore (напряжение ядер)

4,3 GHz, Нагрузка (Prime 27.9 1344k)

1.088 XX


1.216 XX


В (вольты)
Меньше - лучше

Подобное напряжение для стабильной работы CPU не требуется. Мы смогли достичь такой же частоты 4,3 ГГц при напряжении всего 1,088 В. Что касается температур, то мы не заметили существенной разницы.

Как мы отметили в прошлогоднем тесте разгона Kaby Lake, материнские платы перестраховываются по напряжению, поэтому выигрыш от ручного снижения напряжения довольно велик.

Посмотрим, как снижение напряжения CPU повлияло на энергопотребление всей системы.

Эффективность

Снижение напряжения CPU сказалось на энергопотреблении всей системы. Энергопотребление уменьшилось с уровня 140 Вт до 117 Вт благодаря снижению напряжения ядер до минимума.

Энергопотребление

4,3 GHz, Нагрузка (Prime 27.9 1344k)

117 XX


140 XX


Вт (ватты)
Меньше - лучше

Несколько забегая вперед, отметим, что данный процессор заработал на частоте 4,8 ГГц с близким энергопотреблением 148 Вт при стандартном напряжении 1,216 В.

Более подробную информацию о разгоне и масштабируемости напряжения и энергопотребления мы представим ниже.


Разгон до 4,4 ГГц

Мы начали тесты разгона с умеренного уровня +100 МГц. 4,4 ГГц входят в диапазон Turbo процессора Intel i7-8700k, но только при полной нагрузке четырех ядер. При нагрузке на все шесть ядер Intel предусматривает частоту лишь 4,3 ГГц. Хотя многие производители материнских плат реализуют режим "AllCore Turbo", который позволяет получить более высокие частоты при нагрузке на все ядра.

Частота 4,4 ГГц довольно близка к штатной, но уже становится хорошо видно, что у разных CPU мы получаем разные требования по напряжению.

VCore (напряжение ядер)

4,4 GHz, Нагрузка (Prime 27.9 1344k)

1.104 XX


1.104 XX


1.120 XX


В (вольты)
Меньше - лучше

Два процессора смогли выдержать стрессовые тесты с напряжением всего 1,104 В, но третьему CPU потребовалось 1,120 В.

Энергопотребление

4,4 GHz, Нагрузка (Prime 27.9 1344k)

118 XX


122 XX


127 XX


Вт (ватты)
Меньше - лучше

Энергопотребление всей системы составило между 118 и 127 Вт, в зависимости от CPU.

Разгон до 4,5 ГГц

Частоту 4,5 ГГц тоже можно назвать весьма уверенной, большинство процессоров Coffee Lake заработают на ней без проблем, разве что может потребоваться небольшое увеличение VCore по сравнению с первыми тестами на 4,4 ГГц.

VCore (напряжение ядер)

4,5 GHz, Нагрузка (Prime 27.9 1344k)

1.104 XX


1.120 XX


1.136 XX


В (вольты)
Меньше - лучше

Хотя частота 4,5 ГГц довольно близка к штатной, становится хорошо заметно, что по энергопотреблению и масштабированию CPU показывают себя по-разному.

Процессор из партии L729C229 смог заработать на данной частоте с напряжением всего 1,104 В, двум другим чипам для шага на 100 МГц потребовалось на 16 мВ больше – 1,12 В и 1,136 В, соответственно.

Энергопотребление

4,5 GHz, Нагрузка (Prime 27.9 1344k)

121 XX


125 XX


130 XX


Вт (ватты)
Меньше - лучше

Энергопотребление всей системы составило 121 Вт, 125 Вт и 130 Вт, соответственно.

Разгон до 4,6 ГГц

4,6 ГГц для процессоров Coffee Lake тоже можно назвать весьма умеренным разгоном, по сравнению с тестами на 4,5 ГГц напряжение не придется существенно увеличивать. Но позвольте представить результаты:

VCore (напряжение ядер)

4,6 GHz, Нагрузка (Prime 27.9 1344k)

1.136 XX


1.136 XX


1.152 XX


В (вольты)
Меньше - лучше

Два тестовых процессора Batch L729C229 и L729C231 #1 показали одинаковый результат: им потребовалось напряжение 1,136 В для работы на 4,6 ГГц. Третьему CPU в связке – 1,152 В.

Энергопотребление

4,6 GHz, Нагрузка (Prime 27.9 1344k)

129 XX


130 XX


136 XX


Вт (ватты)
Меньше - лучше

Интересно посмотреть, как изменилось энергопотребление системы. Наши тесты показали 129 Вт, 130 Вт и 136 Вт, соответственно. То есть энергопотребление оказалось на 5-8 Вт больше, чем в тестах на 4,5 ГГц.


Разгон до 4,7 ГГц

С дополнительной прибавкой 100 МГц, которая по силам почти всем процессорам Coffee Lake, мы приближаемся к более интересному диапазону, который Intel определила в качестве частоты Turbo для нагрузки на одно ядро.

VCore (напряжение ядер)

4,7 GHz, Нагрузка (Prime 27.9 1344k)

1.168 XX


1.168 XX


1.186 XX


В (вольты)
Меньше - лучше

Двум лучшим процессорам потребовалось напряжение всего 1,168 В, третьему – 1,186 В, после чего они успешно выдержали частоту 4,7 ГГц.

Что касается масштабирования, прирост на 100 МГц потребовал увеличения напряжения яде на 32 мВ у всех трех процессоров. Масштабирование линейное и пока что гуманное.

Энергопотребление

4,7 GHz, Нагрузка (Prime 27.9 1344k)

135 XX


136 XX


144 XX


Вт (ватты)
Меньше - лучше

Энергопотребление всей системы составило 135 Вт, 136 Вт или 144 Вт – уровни довольно близки друг к другу, мы получаем увеличение всего на 5-8 Вт по сравнению с предыдущим тестом на 4,6 ГГц.

Разгон до 4,8 ГГц

С частотой 4,8 ГГц мы вступили в диапазон, который для большинства процессоров Kaby Lake станет разумный компромиссом между высокой производительностью и приемлемым энергопотреблением. Кроме того, частота 4,8 ГГц станет предельной для менее удачных образцов CPU.

VCore (напряжение ядер)

4,8 GHz, Нагрузка (Prime 27.9 1344k)

1.216 XX


1.216 XX


1.232 XX


В (вольты)
Меньше - лучше

Два лучших процессора из трех заработали на 4,8 ГГц при напряжении ядер 1,216 В, следом идет третий CPU с напряжением 1,232 В.

Что касается масштабирования, для прироста частоты на 100 МГц нам потребовалось дополнительное напряжение 48 мВ. Шаг стал больше, чем прежде. Это говорит о том, что мы достигли "золотой середины" или переступили за нее.

Энергопотребление

4,8 GHz, Нагрузка (Prime 27.9 1344k)

144 XX


148 XX


156 XX


Вт (ватты)
Меньше - лучше

Энергопотребление всей системы теперь составило 144 Вт, 148 Вт или даже 156 Вт, здесь мы тоже получаем существенный прирост. Системе требуется на 9-12 Вт больше, чем на 4,7 ГГц.

Если сравнивать три тестируемых процессора между собой, то разница между CPU проступает более существенно, но три образца по-прежнему близки друг к другу. Особенно если сравнивать с предыдущим поколением, где на 4,8 ГГц мы получали более существенные отличия.


Разгон до 4,9 ГГц

Частота 4,9 ГГц является предельной для многих процессоров Coffee Lake, менее удачные CPU до нее вообще не доберутся.

VCore (напряжение ядер)

4,9 GHz, Нагрузка (Prime 27.9 1344k)

1.248 XX


1.264 XX


1.280 XX


В (вольты)
Меньше - лучше

До сих пор два тестовых процессора выступали всегда на одном уровне, но теперь CPU из партии L729C231 #1 вышел на первое место, поскольку ему потребовалось напряжение всего 1,248 В, за ним следует чип из партии L729C229, которому для работы на 1,264 В потребовалось всего 4,9 ГГц. Третий CPU заработал лишь при 1,28 В.

Как можно догадаться, расстояние между образцами CPU становится все больше, а масштабируемость – все хуже. Лучший CPU показал разумный прирост напряжения +32 мВ, но два остальных процессора потребовали уже +48 мВ, чтобы достичь 4,9 ГГц. Впрочем, масштабирование по-прежнему можно назвать приемлемым.

Энергопотребление

4,9 GHz, Нагрузка (Prime 27.9 1344k)

155 XX


157 XX


168 XX


Вт (ватты)
Меньше - лучше

Энергопотребление всей системы составило 155 Вт, 157 Вт и 168 Вт, соответственно. То есть на 11-12 Вт больше предыдущих тестов на 4,8 ГГц. Интересно отметить, что тестовый процессор из партии L729C229 привел к меньшему энергопотреблению системы по сравнению с L729C231 #1, хотя у последнего мы получили меньшее напряжение. Причина кроется в более высоком VID чипа – перед нами хороший пример того, что VID вносит важный вклад в результаты разгона. Напряжение – лишь один индикатор, важно учитывать разницу между напряжением и VID, то есть стандартным напряжением чипа.

Разгон до 5,0 ГГц

Планка 5,0 ГГц для процессоров Coffee Lake остается "магической" по нескольким критериям. Во-первых, она смотрится красиво, поэтому многие оверклокеры пытаются достичь именно ее. Во-вторых, она "отделяет зерна от плевел". Температура на данной частоте уже становится ограничивающим фактором, поэтому рекомендуются мощные воздушные кулеры или СВО с замкнутым контуром (или самосборные решения, конечно). С нашей тестовой системой мы уже достигли температуры 80°C на данной частоте, поэтому возможности повышения частоты осталось не так много – по крайней мере, без скальпирования CPU. Тесты с набором команд FMA3 уже не проходили.

Но нам повезло, все три тестируемых CPU справились с частотой 5,0 ГГц. Все три процессора достигли финишной линии, хотя только для одного CPU результат можно назвать отличным.

VCore (напряжение ядер)

5,0 GHz, Нагрузка (Prime 27.9 1344k)

1.296 XX


1.312 XX


1.344 XX


В (вольты)
Меньше - лучше

Первому и лучшему процессору на 5,0 ГГц потребовалось напряжение всего 1,296 В, второму CPU в той же партии – уже 1,344 В, третьему – 1,312 В. Масштабирование для двух процессоров из трех осталось прежним – 48 мВ, третьему потребовалось уже на 64 мВ больше. Температура у всех процессоров превратилась в ограничивающий фактор, поэтому без скальпирования вряд ли получится достичь более высоких тактовых частот.

Энергопотребление

5,0 GHz, Нагрузка (Prime 27.9 1344k)

174 XX


175 XX


194 XX


Вт (ватты)
Меньше - лучше

Энергопотребление всей системы составило 174 Вт, 175 Вт и 194 Вт, мы получаем заметный рост для всех трех процессоров. Особенно в случае третьего наихудшего CPU. Конечно, можно долго спорить о том, оправдывает ли прирост производительности такое увеличение энергопотребления.

Как и можно было ожидать, разница между тремя процессорами в последних тестах стала более ощутимой. Мы получили разницу между самым лучшим и самым худшим чипами по напряжению до 48 мВ, а по энергопотреблению – до 20 Вт. Подобная высокая частота покажет, удалось ли вам выиграть в "лотерею". Конечно, можно сразу же покупать уже протестированный на такой частоте CPU, чтобы избежать сюрпризов.

По сравнению с предыдущими поколениями Intel Kaby Lake, отличия оказались меньше. По крайней мере, в рамках трех протестированных процессоров.


После проведения отдельных тестов настало время проанализировать результаты. Для удобства восприятия мы свели их на один график. Он позволяет наглядно оценить масштабируемость процессоров.

Начнем с масштабирования напряжения всех трех процессоров, то есть VCore:

Масштабирование VCore

Мы получаем графическое отображение того, что уже знаем по тестам разгона. Масштабирование наших тестовых процессоров, за исключением CPU L729C231 #2, было почти линейным. Оно намного лучше, чем мы ожидали. Даже уже весьма неплохие результаты предыдущего поколения Kaby Lake оказались заметно превзойдены.

До целевой частоты 4,9 ГГц все три CPU показывали почти линейную масштабируемость с шагом 16-32 мВ. От "золотой середины" 4,9 ГГц мы получаем уже большую разницу по масштабированию, что "отделяет зерна от плевел". Но все три тестовых CPU достигли частоты 5 ГГц с воздушным охлаждением – хороший результат, как нам кажется.

Два тестовых процессора из партии L729C229 и L729C231 #1 долгое время шли "голова в голову". Только на частоте 4,9 ГГц процессор L729C231 #1 смог выделиться, ему потребовалось на 16 мВ меньшее напряжение VCore. Интересно отметить, что CPU из партии L729C229 потреблял на 1-2 Вт меньше, несмотря на большее на 16 мВ напряжение VCore. Причина кроется в более высоком VID чипа L729C229, поэтому для оценки CPU полезно использовать не только чистое напряжение VCore, но и разницу между VID и VCore, поскольку она влияет на энергопотребление и температуры.

Перейдем к энергопотреблению и его масштабированию в зависимости от частоты:

Масштабирование мощности

По графику энергопотребления хорошо видно, что "золотая середина" для всех трех чипов находится между 4,8 и 4,9 ГГц. За достижение магической планки 5,0 ГГц, к которой стремятся многие оверклокеры, придется заплатить довольно высоким энергопотреблением. Особенно это заметно по наихудшему образцу, чипу из партии L729C231 #2: за прирост 100 МГц чип потребовал почти 30 Вт мощности. До этого мы "платили" около 12 Вт за каждые 100 МГц.

"Золотая середина", на которой обеспечивается баланс между энергопотреблением и производительностью, у всех трех тестовых процессоров составляет 4,9 ГГц. Если разгонять процессоры выше данного уровня, то эффективность энергопотребления снижается, за каждый шаг по частоте придется расплачиваться существенным ростом потребляемой мощности.


Проблема

Еще одной популярной темой обсуждения можно назвать "скальпирование" - удаление распределителя тепла CPU и замена TIM при разгоне, чтобы можно было охлаждать кристалл процессора более эффективно.

После представления третьего поколения процессоров Core с кодовым названием Ivy Bridge, Intel больше не припаивает распределитель тепла к кристаллу процессора, а опирается на специальный теплопроводящий материал TIM (Thermal Interface Material).

Чтобы разобраться в данном вопросе, позвольте сначала рассмотреть структуру CPU. Нам поможет следующий рисунок:

Delid Draft

CPU состоит из нескольких компонентов. В основе находится печатная плата PCB, к которой прикреплен кристалл CPU. В печатной плате проходит множество чувствительных дорожек и соединений, поэтому ее нельзя повредить – иначе CPU или его части не будут работать корректно.

Чтобы эффективно отводить тепло от кристалла процессора, CPU снабжен распределителем тепла IHS (Integrated Heat Spreader). Металлическая крышка равномерно распределяет тепло для передачи ее основанию кулера, а также защищает хрупкий кристалл CPU. Зазор между IHS и кристаллом заполнен материалом TIM (Thermal Interface Material), обеспечивающим передачу тепла.

Здесь как раз и возникает проблема, из-за которой пользователи процессоров "Ivy Bridge" (и последующих поколений) столкнулись с высокими температурами ядер. В предыдущем поколении "Sandy Bridge" кристалл и IHS были припаяны друг к другу. В случае пайки материал обладал высоким коэффициентом теплопроводности, тепло эффективно передавалось на IHS и затем кулеру CPU.

Материал, который Intel использовала, начиная с процессоров "Ivy Bridge", обладает меньшим коэффициентом теплопроводности, пусть даже со временем Intel его немного улучшила. В результате температуры ядер процессоров оказываются существенно выше, процессоры хуже поддаются разгону.

Решение своими руками/ удаление распределителя тепла CPU

Решением описанной проблемы является замена оригинального TIM на материал с лучшей теплопроводностью, например, на жидкий металл - Coollaboratory Liquid Ultra, Phobya LM или Thermal Grizzly Conductonaut. Но данное решение придется принимать на свой страх и риск: сначала придется удалить крышку распределителя тепла с процессора, разделив его, таким образом, на две части.

Замена TIM на жидкий металл позволяет получить намного меньшие температуры

Для замены TIM необходимо отделить IHS от подложки процессора. Существует несколько способов снятия распределителя тепла, мы рекомендуем ознакомиться с веткой нашего международного форума. Многие пользователи в форуме сняли IHS еще несколько лет назад, что позволило наслаждаться существенно меньшими температурами CPU.

Существуют несколько способов снятия IHS, которые приведены на следующих трех видео. Все способы нельзя назвать абсолютно безопасными, хотя дополнительные инструменты значительно облегчают весь процесс. Вам потребуется определенный опыт, умения и навыки. Подобную модификацию CPU придется выполнять на свой страх и риск, мы не несем ответственности за возможные повреждения CPU, которые могут возникнуть при выполнении данной процедуры.

Для первого способа потребуется деревянный брусок и молоток. При должной подготовке данный способ позволяет снять IHS с процессора за пару минут, не прибегая к помощи лезвия с риском повредить подложку. Но опасность данного метода кроется в существенно более тонкой подложке процессоров Skylake и Kaby Lake. Важно не прикладывать к подложке слишком большую силу, иначе ее можно легко сломать. Намного легче, чем PCB предыдущих поколений "Ivy Bridge" и "Haswell".

Второй способ кроется в использовании очень тонкого лезвия или бритвы. Для данного способа требуется аккуратность и умелые руки, поскольку небольшой наклон лезвия может повредить подложку и испортить CPU. На видеоролике ниже наш эксперт Романт Хартунг с ником "der8auer" демонстрирует процесс снятия IHS.

На рынке появились специальные инструменты, облегчающие процесс снятия распределителя тепла и делающие его более безопасным. Тот же Роман Хартурнг разработал Delid Die Mate и Delid Die Mate 2, побывавшие в нашей тестовой лаборатории. На видеоролике выше показан процесс снятия распределителя тепла с процессора с помощью Delid Die Mate, затем процессор оснащался новым TIM и собирался обратно.

Ниже мы приводим фотогалерею, в которой показано снятие распределителя тепла с нашего процессора Kaby Lake (процессоры Coffee Lake идентичны, за исключением чуть более крупного кристалла).

Результат

Чтобы оценить потенциал снижения температур и улучшения разгона, мы сняли распределитель тепла с самого горячего процессора – из партии L729C231 #1, после чего заменили TIM и провели дальнейшие тесты.

Мы получили следующие температуры:

Температура ядер (средняя)

5,0 GHz, Нагрузка (Prime 27.9 1344k)

градусы Цельсия
Меньше - лучше

Температуры ядер снизились, в среднем, на 18,5 °C (мы учитывали разницу в комнатной температуре, если она была). Результат отличный, хотя и на 3,75 °C уступает прошлогоднему результату Core i7-7700k (с разницей 22,25 °C). Меньшая разница, несмотря на дополнительные два ядра/четыре потока, говорит о некоторых улучшениях, которые Intel внесла в TIM.

Но как меньшие температуры скажутся на разгоне процессора и энергопотреблении?

VCore (напряжение ядер)

5,0 GHz, Нагрузка (Prime 27.9 1344k)

В (вольты)
Меньше - лучше

Энергопотребление (вся система)

5,0 GHz, Нагрузка (Prime 27.9 1344k)

Вт (ватты)
Меньше - лучше

Требуемое напряжение VCore снизилось на 16 мВ с 1,296 В до 1,280 В, энергопотребление удалось снизить на 13 Вт, со 175 Вт до всего 162 Вт.

Также мы впервые достигли стабильной частоты CPU 5,2 ГГц. Но пришлось повысить напряжение до 1,37 В.

Мы получили меньшие температуры, небольшое снижение энергопотребления и чуть лучший потенциал разгона. Оправдывают ли данные преимущества риск повредить процессор и потерять гарантию? Здесь каждый должен решить за себя. Мы не будем выносить какие-либо общие рекомендации.


В заключении статьи мы учтем не только результаты тестов, но и опыт наших читателей. В том числе и ветку форума на международном Hardwareluxx.

Наши результаты, по большей части, совпадают с тем, что получили наши читатели. Почти все процессоры Core i7-8700k достигают частоты 4,9 ГГц с напряжением VCore до 1,4 В – даже с воздушными кулерами или слабыми СВО с замкнутым контуром. На частоте 5,0 ГГц удается запустить не все процессоры – по крайней мере, если не превышать планку напряжения 1,4 В. Здесь важную роль играет охлаждение чипа – мощный воздушный кулер или СВО обязательны. Также имеет смысл снизить температуры путем скальпирования CPU, что мы рассмотрели на предыдущей странице. Но такой шаг может потенциально привести к повреждению CPU, поэтому следует понимать все риски.

Важную роль играют тесты, с помощью которых пользователь проверяет стабильность чипа. Разница между прогонами не-AVX, AVX и FMA3 весьма существенна по энергопотреблению и тепловыделению, процессоры следует сравнивать только при использовании стрессовых тестов с одинаковым набором инструкций.

"Магическая планка" 5 ГГц, которая так желанна для многих пользователей, в реальности достижима лишь для 50% всех CPU. Опять же, здесь важную роль играет система охлаждения, поскольку чем больше температура, тем большее напряжение приходится прикладывать для работы CPU на заданной частоте. Некоторые качественные чипы смогут работать и на более высоких тактовых частотах – но после скальпирования и с мощной СВО. Если повезет, процессор может работать на 5,2 ГГц, причем даже с инструкциями AVX2.

Выбор материнской платы для разгона CPU тоже довольно важен. Мы рекомендуем брать материнскую плату, ориентированную на разгон, такую как ASUS ROG Maximus X Apex в нашей статье. По сравнению с дешевыми материнскими платами вы зачастую сможете получить меньшее напряжение при одинаковых тактовых частотах или большую частоту при одинаковых напряжениях. Причина кроется в более качественных компонентах, более мощной подсистеме питания и оптимизации UEFI.

Сложно предсказать, как результаты разгона будут меняться с новыми партиями процессоров. Мы рекомендуем узнавать данную информацию в форумах.

Процессор Intel Core i7-8700K показал отличный потенциал разгона

Наконец, позвольте подвести итог нашей статье.

В ходе наших тестов разгона мы сделали следующие выводы: