Разгон Haswell по-взрослому: снятие крышки и замена термоинтерфейса
Напоминаем, что попытки повторить действия автора могут привести к потере гарантии на оборудование и даже к выходу его из строя. Материал приведен исключительно в ознакомительных целях. Если же вы собираетесь воспроизводить действия, описанные ниже, настоятельно советуем внимательно прочитать статью до конца хотя бы один раз. Редакция 3DNews не несет никакой ответственности за любые возможные последствия.
Выход процессоров нового поколения Haswell — одно из самых ярких событий этого лета. Однако стали они притчей во языцех совсем не из-за микроархитектурных улучшений и роста производительности, а из-за проблем с разгоном. Описанию случившегося казуса мы уже посвятили отдельную статью, суть которой сводится к тому, что разгонный потенциал Haswell оказался хуже, чем у Ivy Bridge, и существенно хуже, чем у Sandy Bridge. В результате многие энтузиасты приняли решение пока не переходить на новую платформу LGA1150 и повременить с приобретением процессоров Core четвёртого поколения, так как почти не уступающую Haswell производительность вполне можно получить и в системах со старыми процессорами, использующими предыдущие версии дизайна Core.
Проблемы с низким частотным потенциалом Haswell при разгоне возникли не на пустом месте, они унаследованы от процессоров Ivy Bridge, но теперь им удалось отравить жизнь оверклокерам гораздо серьёзнее, чем раньше. Внедрение технологического процесса, использующего трёхмерные транзисторы и 22-нм нормы, привело к существенному уменьшению геометрических размеров полупроводниковых кристаллов. Например, при переходе от Sandy Bridge к Ivy Bridge кристалл процессора уменьшился по площади на четверть, и это неминуемо вылилось в увеличение плотности выделяемого новыми процессорами при своей работе теплового потока. Однако вместо того, чтобы позаботиться об эффективном теплоотводе, Intel сделала шаг в обратную сторону и в Ivy Bridge изменила используемый при сборке процессоров внутренний термоинтерфейс. Если в Sandy Bridge процессорная крышка припаивалась к полупроводниковому кристаллу с применением специального припоя с высокой теплопроводностью на основе индия, то в 22-нм процессорах Ivy Bridge и Haswell между кристаллом и крышкой проложена термопаста, причём с достаточно посредственными характеристиками. Поэтому при разгоне, сопряжённом с увеличением напряжений на процессорных ядрах, рабочие температуры современных процессоров Intel зашкаливают.
TIM (Thermal Interface Material) — камень преткновения в отводе тепла от кристалла Haswell
Причём бороться с этим явлением очень сложно, так как «бутылочное горлышко» в цепочке передачи тепла от кристалла CPU к кулеру оказалось в недоступном для пользователя месте — внутри процессорной сборки. И если с Ivy Bridge негативный эффект плохого внутреннего термоинтерфейса проявлялся ещё не слишком сильно, то теперь, с выходом очередного поколения процессоров, он стал настоящей проблемой. Носители дизайна Haswell выделяют больше тепла, нежели их предшественники, из-за перемещения внутрь процессорного кристалла преобразователя напряжения, и в результате без применения специальных методов охлаждения разогнать их удаётся лишь до скромных 4,2–4,4 ГГц, а дальше приходится сталкиваться с перегревом и троттлингом.
Однако сколько не говори «халва», во рту слаще не станет. Очевидно, что от сетований на изменения в технологии сборки процессоров Intel надо переходить к делу и как-то решать возникшую проблему. Один из путей преодоления искусственно созданных трудностей с разгоном кроется в увеличении эффективности охлаждения: замене традиционных воздушных кулеров на производительные системы жидкостного охлаждения или даже на системы фазового перехода. Но это сложно, дорого и вообще не всегда применимо по целому ряду причин. Поэтому в центре нашего внимания оказался второй путь — замена термоинтерфейса внутри процессорной сборки. Тем более что демонтаж крышки процессора стал в определённых кругах весьма популярным средством улучшения разгонного потенциала Haswell, и наши читатели просили обратиться к этой теме.
⇡#Готовимся к операции: суть метода
Совершенно очевидно, что для улучшения теплоотвода от полупроводникового кристалла в процессоре, у которого под крышкой проложен низкоэффективный тепловой интерфейс, крышку придётся снять. Однако что делать после удаления старой, находящейся под крышкой термопасты, — вопрос уже не столь очевидный. Стоит ли проложить новый интерфейс и собрать процессор в исходном виде, или же лучше просто установить кулер на полупроводниковый кристалл?
Наша рекомендация заключается именно в замене термоинтерфейса и обратной сборке процессора. Эксплуатация процессора без крышки имеет право на жизнь — например именно в таком виде процессоры вполне нормально работают внутри ноутбуков. Но в высокопроизводительных десктопах идея использования процессора без крышки наткнётся на несколько серьёзных препятствий. Во-первых, сразу же придётся демонтировать стандартное крепление процессора в гнезде, так как его рамка окажется выше поверхности кристалла. Во-вторых, для кулера потребуется новое специальное крепление, так как крышка имеет достаточно большую толщину и добавляет к высоте процессора как минимум пару миллиметров. В-третьих, открытый кремниевый кристалл хрупок, поэтому за прижимом подошвы кулера и отсутствием её перекосов придётся тщательно следить, причём без права на ошибку. И, в-четвёртых, при правильном подходе процессорная крышка для охлаждения не вредна. Напротив, она играет роль теплорассеивателя, равномерно распределяя тепло по поверхности полупроводникового кристалла и не допуская его точечного перегрева.
Поэтому гораздо проще обойти все перечисленные трудности стороной и вернуть после смены термоинтерфейса процессорную крышку на законное место. Так что главный вопрос заключается не в том, что делать со снятой крышкой, а в том, чем заменить штатную термопасту, чтобы добиться лучшей эффективности охлаждения.
Конечно, идеальным решением было бы соединение теплорассеивателя с процессорным кристаллом подобно тому, как это сделано в отлично разгоняющихся Sandy Bridge. Там крышка припаяна к кристаллу специальной безфлюсовой пайкой, а в качестве припоя используется легкоплавкий сплав индия с оловом. Такой сплав имеет очень высокую теплопроводность, порядка 80 Вт/(м·К), которая существующим термопастам даже и не снилась. Проблема лишь в том, что припаять крышку к кристаллу без специального оборудования вряд ли получится. Неужели придётся ограничиться сменой одной термопасты на другую, просто более эффективную?
Не совсем, ведь в арсенале у оверклокеров есть альтернативное решение — жидкий металл. Сразу несколько производителей термоинтерфейсов могут предложить субстанции, представляющие собой металлические сплавы с высокой теплопроводностью и низкой (ниже комнатной температуры) температурой плавления. Все подобные вещества в своей основе содержат галлий, который отлично подходит для замены термопасты благодаря своим физическим свойствам и, главным образом, пластичности. Самым известным поставщиком галлиевых сплавов для компьютерщиков-энтузиастов выступает компания Coollaboratory, имеющая в своём арсенале два привлекательных предложения: Liquid Pro и Liquid Ultra. Для наших целей из этой пары лучше подойдёт Coollaboratory Liquid Pro — жидкий металл с наиболее высокой теплопроводностью.
Coollaboratory не особо распространяется о составе и характеристиках своего сплава, но известно, что в Liquid Pro помимо базового компонента — галлия — входят индий, родий, серебро, цинк и олово. Теплопроводность такого сплава примерно вдвое ниже, чем у припоя на основе индия, но всё равно на порядок лучше, чем у любой термопасты. (Заметим, в Интернете можно встретить утверждения о том, что теплопроводность Coollaboratory Liquid Pro недалека от 80 Вт/(м·К), но это действительности не соответствует). Таким образом, заменив в Haswell штатную термопасту на Coollaboratory Liquid Pro, по эффективности снятия тепла с процессорного кристалла можно попытаться приблизится к Sandy Bridge. И получить в итоге процессор с более высоким разгонным потенциалом за счёт снижения типичных рабочих температур вычислительных ядер.
⇡#Пациент: бедолага Core i5-4670K
Пора переходить к практике. В качестве объекта для тестирования был взят самый обычный серийный экземпляр Core i5-4670K c номинальным напряжением под нагрузкой около 1,15 В.
В штатном состоянии в системе с односекционным воздушным кулером башенного типа Noctua NH-U14S нагрев этого процессора при тестировании в LinX-AVX 0.6.4 достигал 67 градусов.
Более слабая нагрузка реальными многопоточными приложениями, например для перекодирования видео, прогревала этот процессор до температур порядка 55 градусов.
Разгонный потенциал нашего экземпляра оказался достаточно типичным. Максимальная частота, при которой процессор сохранял полную стабильность при прохождении LinX-AVX 0.6.4, составила 4,4 ГГц.
Для обеспечения надёжного функционирования без зависаний и вылетов напряжение питания процессора пришлось поднять до 1,275 В, и в результате температуры во время тестов стабильности достигали 90 градусов, что всего лишь на 10 градусов ниже границы Tj max, при которой срабатывает троттлинг. Иными словами, дальнейший разгон ограничивается неуёмным ростом температуры при повышении частоты и напряжения. Однако, несмотря на значительный нагрев процессора, кулер на нём остаётся холодным. Это можно рассматривать как ещё одно подтверждение «застревания» теплового потока на его пути от полупроводникового кристалла к системе охлаждения.
Для того чтобы получить более обширную экспериментальную базу при оценке эффективности термоинтерфейсов до и после их смены, мы провели дополнительные тесты температурного режима Core i5-4670K в его исходном состоянии при различных уровнях напряжения и рабочей частоты. На графиках ниже приводятся зависимости температуры процессора от напряжения и частоты при перекодировании видео кодером x264 версии 2345 (с поддержкой AVX-инструкций) и при прохождении бенчмарка Linpack 11.0.5.009 (с поддержкой набора команд AVX2).
Linpack 11.0.5 нагружает процессор гораздо сильнее, чем видеокодер, это — лучший на сегодняшний день программный инструмент для прогрева. Данный бенчмарк раскаляет процессор даже на несколько градусов сильнее, чем входящая в LinX-AVX версия Linpack 10.3.10. Если использовать в тестах стабильности этот бескомпромиссный вариант, то наш экземпляр Core i5-4670K неожиданно оказывается неспособен к работе на частоте 4,4 ГГц: увеличение напряжения более чем до 1,2 В с одновременным превышением частоты 4,2 ГГц неминуемо влечёт перегрев.
Если же целью экстремального прогрева процессора не задаваться и довольствоваться стабильностью в общеупотребительных приложениях, то частота 4,4 ГГц оказывается вполне достижима при уровнях напряжения 1,25–1,3 В. Температура в кодере x264 при этом доходит до 70 градусов. Таким образом, то, что разгонный потенциал ограничивается именно проблемами с теплоотводом, очень хорошо заметно. Процессор вроде бы и может стабильно работать при напряжении выше 1,2 В, однако высокая нагрузка в этом случае сразу же приводит к перегреву. А при более низких напряжениях процессор теряет стабильность при высокой частоте.
Со стандартным термоинтерфейсом под крышкой увеличение напряжения на каждые 0,05 В отзывается ростом температуры на 3–5 градусов при перекодировании видео в x264 и на 6–8 градусов — в Linpack 11.0.5. Рост же тактовой частоты на каждые 200 МГц при сохранении постоянного напряжения увеличивает температуру на 1–2 градуса в x264 и на 3–4 градуса — в Linpack. Совершенно неудивительно, что, стартуя с 60–70 градусов в номинальном режиме, температура при разгоне быстро выходит за пределы допустимых значений.
Итак, решено — будем разбирать процессор и менять штатный термоинтерфейс на Coollaboratory Liquid Pro.
⇡#Хирургическое вмешательство
При всей кажущейся сложности и опасности мероприятия по демонтажу процессорной крышки и замене штатного термоинтерфейса, на самом деле ничего из ряда вон выходящего в этой процедуре нет. Да, гарантия на процессор в теории будет нарушена, но если всё делать не спеша и аккуратно, то риск сломать что-либо не слишком велик. Тем более что к настоящему времени энтузиасты опытным путём выявили достаточно простой способ снятия процессорного теплораспределителя, заключающийся в «сдвиге» крышки с процессора в тисках. Этот способ даёт лучшие шансы на успех, нежели срезание крышки лезвием или отбитие её молотком, так что мы пользовались именно им.
Если вкратце, суть методики заключается в приложении к процессорной плате и приклеенной к ней крышке сил, действующих в разных направлениях вдоль плоскости процессора. Практически это реализуется зажатием процессора в тисках таким образом, чтобы одна губка упиралась в торец процессорной платы, а другая — в боковую поверхность процессорной крышки.
При этом необходимо учитывать лишь один нюанс. Под крышкой, помимо собственно процессорного кристалла, находится и ряд навесных элементов, который располагается от него слева. Поэтому усилие тисков надо направлять таким образом, чтобы съехавшая крышка случайно не срезала эти элементы.
Любопытный момент: крышка на процессорах Haswell немного смещена к нижнему краю
Две минуты страха — и готово. Под возрастающим давлением слесарного инструмента крышка неминуемо отделится от процессора.
Как это происходило в динамике в нашем конкретном случае, можно посмотреть на видео:
Две рекомендации для тех, кто захочет повторить наш опыт. Для размягчения резинистого материала, удерживающего теплораспределитель на процессоре, мы советуем в процессе сдвига прогревать его феном. Кроме того, дополнительно придерживайте процессор рукой, чтобы в случае внезапного отделения крышки он не отлетел и не повредился.
Под крышкой обнаруживается причина всех бед — штатная термопаста. Внешний вид обычно мало говорит об эффективности, но в данном случае качество термоинтерфейса недвусмысленно иллюстрирует его консистенция. Он совершенно не пластичен и даже крошится, то есть по своей густоте и плотности на хорошую термопасту совсем не похож. Более того, процессорная крышка приклеена к плате не по всему периметру, а значит, эта полупересохшая субстанция будет засыхать и дальше, постепенно увеличивая температуры процессорного кристалла с течением времени. Иными словами, прямой путь ей — в мусорное ведро.
Однако отчистить разобранный процессор — не такая простая задача. Если обычная термопаста достаточно легко смывается, например спиртом, то вот интеловский клеевой состав поддаётся гораздо хуже. Фактически освободить поверхность процессорной платы и крышки от остатков чёрной резиноподобной массы — это, пожалуй, самая трудоёмкая часть операции. И, скорее всего, наиболее простой способ — это просто отскоблить её пластиковым или деревянным заострённым инструментом.
Чистый Haswell выглядит гораздо привлекательнее. Однако устанавливать этого красавца в материнскую плату ещё рано, впереди предстоит нанесение на ядро жидкого металла и обратное приклеивание крышки. Предварительно лишь надо позаботиться о том, чтобы электропроводящий жидкий металл случайно не попал на расположенные по соседству с ядром элементы. Их нетрудно обезопасить, например покрыв лаком.
Теперь можно, не боясь, наносить жидкий металл. Руководств по применению Coollaboratory Liquid Pro в Сети великое множество, поэтому подробно останавливаться на этом этапе не будем. Отметим лишь, что поверхности перед нанесением термоинтерфейса должны быть тщательно обезжирены, а размазывать металл удобнее всего ватной палочкой.
Следующее видео позволяет посмотреть на то, как протекало нанесение термоинтерфейса на ядро Haswell и на процессорную крышку в нашей лаборатории.
Дело за малым: приклеиваем крышку по контуру на процессорную плату — и готово. Для монтажа теплорассеивателя годятся любые герметики и клеи, сохраняющие свои свойства при температурах до 100 градусов. Например, можно использовать обычный силиконовый герметик. Его плюс в том, что излишки после высыхания легко удаляются, возвращая процессору полностью первозданный и аккуратный вид. Плотное же прижатие крышки к процессору для лучшего склеивания удобнее всего обеспечить уже в сокете. Нужно только иметь в виду, что при своём запирании разъём LGA1150 может чуть сдвинуть ещё не полностью приклеенную крышку. Поэтому мы рекомендуем перед фиксацией процессора чуть ослабить винты, которыми крепление процессорного гнезда привёрнуто к плате.
⇡#Помогло?
Итак, термоинтерфейс под процессорной крышкой заменён на Coollaboratory Liquid Pro, а сам Core i5-4670K собран в исходное состояние. Давайте посмотрим, что же получилось.
Практический эффект проведённой процедуры хорошо заметен даже в номинальном режиме. Разброс между минимальной и максимальной температурой процессора заметно сократился. И даже в LinX 0.6.4 предельная температура снизилась до 58 градусов.
Напомним, изначально процессор в аналогичных условиях нагревался на 9 градусов сильнее — до 68 градусов.
Куда более впечатляющую иллюстрацию того, что замена термоинтерфейса под процессорной крышкой чрезвычайно полезна, можно увидеть при разгоне. Со штатной термопастой при максимальном разгоне до 4,4 ГГц процессор прогревался до 90 градусов, что ставило крест на попытках дальнейшего повышения частоты. После замены её на жидкий металл максимальная температура при таких же настройках упала на 20 градусов и не превышает 70-градусной величины.
Значит, вся эпопея со снятием крышки была затеяна не напрасно: эффективность теплоотвода существенно выросла, и перед дальнейшим разгоном уже нет никаких препятствий.
Однако необходимо понимать, что смена термоинтерфейса сама по себе частотный потенциал не увеличивает. Она лишь облегчает теплоотвод, что даёт возможность выставлять на процессоре более высокие напряжения и не сталкиваться при этом с перегревом. То есть на результаты разгона, проводимого без увеличения напряжения на процессорных ядрах, смена термоинтерфейса влияет в минимальной степени, а для извлечения практической пользы из присутствия под процессорной крышкой жидкого металла требуется серьёзное поднятие питающего напряжения.
В нашем случае модернизированный Core i5-4670K легко разогнался до 4,6 ГГц, но напряжение при этом пришлось повысить до 1,4 В.
Рабочие температуры ядер при тестировании на стабильность в LinX-AVX не выходили за 81 градус, что выглядит как весьма комфортный температурный режим. Однако, к сожалению, к покорению более высоких частот наш экземпляр процессора оказался неспособен. Выбор частоты 4,7 ГГц приводил к нестабильности, которая не лечилась и увеличением напряжения вплоть до 1,5 В. Дальше же повышать напряжение питания процессора мы не стали, так как для 22-нм CPU это уже слишком.
Улучшение температурного режима, обеспечиваемое заменой термоинтерфейса, можно проиллюстрировать и графиками зависимости температуры от напряжения и частоты в видеокодере x264 версии 2345 и в алгебраическом бенчмарке Linpack 11.0.5.
Любопытно, что при кодировании видео максимальные температуры, достигаемые «улучшенным» нами процессором, работающим на частоте 4,6 ГГц и при напряжении 1,45 В, всё равно оказываются ниже, чем у того же процессора в исходном состоянии, когда он работал на частоте 4,4 ГГц и при напряжении 1,3 В. В целом же разница температур, обусловленная сменой термопасты, при прочих равных достигает 15-16 градусов. Однако наибольшее различие проявляется именно при разгоне с увеличением напряжения питания. В состояниях, близких к штатному, эффект от замены стандартного термоинтерфейса на жидкий металл практически незаметен.
Зато беспощадная грелка Linpack 11.0.5 демонстрирует плюсы термоинтерфейса из жидкого металла более чем рельефно. В этом бенчмарке, безжалостно разогревающем процессоры Haswell благодаря поддержке новых инструкций AVX2, выигрыш в температуре достигает внушительных 30 градусов. Причём эффект от смены термоинтерфейса виден не только при разгоне, но и в номинальном режиме, где снижение температуры составляет порядка 10 градусов.
Для наглядности приведём пару графиков, демонстрирующих зависимость температуры процессора с различными внутренними термоинтерфейсами от напряжения при фиксированной тактовой частоте 3,6 и 4,2 ГГц.
Известно, что зависимость температуры полупроводникового прибора от напряжения — квадратичная. Однако замена штатной термопасты на жидкий металл трансформирует характер этой зависимости. Прирост температуры при увеличении напряжения замедляется, то есть внедрение в процессорную сборку эффективного теплового интерфейса из жидкого металла уменьшает температурный градиент.
Любопытно посмотреть и на связь температуры и частоты процессора при фиксированном напряжении 1,25 В.
В данном случае зависимость близка к линейной, об этом говорит и теория. Однако мы вновь наблюдаем, что эффективность внутрипроцессорного термоинтерфейса оказывает непосредственное влияние на скорость роста температуры при увеличении частоты. На основании этого можно сделать вывод и о том, что остановленный Intel рост тактовых частот современных процессоров объясняется в том числе и неудачным выбором внутреннего термоинтерфейсного материала.
И последний график, на котором мы отобразили предельную температуру процессора при максимальном разгоне, достижимом при том или ином уровне напряжения:
Здесь наглядно видно, что замена штатной термопасты на более эффективный жидкий металл почти не отодвигает верхнюю границу разгона при фиксированном уровне напряжения на процессоре. Однако значительный выигрыш в рабочей температуре позволяет сильнее наращивать это напряжение, что, в свою очередь, влечёт за собой рост предельной частоты, при которой процессор не перегревается и сохраняет непоколебимую стабильность.
В заключение исследования давайте обратимся к тестам производительности, на примере которых попытаемся понять, насколько серьёзный практический смысл имеет проведённая хирургическая операция.
⇡#Описание тестовых систем и методики тестирования производительности
В этот раз мы решили сравнить производительность разогнанного и модифицированного Core i5-4670K с быстродействием процессора более высокого класса, Core i7-4770K, поэтому список задействованных в тестировании аппаратных компонентов выглядит следующим образом:
- Процессоры:
- Intel Core i7-4770K (Haswell, 4 ядра + HT, 3,5-3,9 ГГц, 4×256 Кбайт L2, 8 Мбайт L3);
- Intel Core i5-4670K (Haswell, 4 ядра, 3,4-3,8 ГГц, 4×256 Кбайт L2, 6 Мбайт L3).
Тестирование выполнялось в операционной системе Microsoft Windows 8 Enterprise x64 с использованием следующего комплекта драйверов:
- Intel Chipset Driver 9.4.0.1017;
- Intel Graphics Media Accelerator Driver 15.31.3.64.3071;
- Intel Management Engine Driver 9.5.0.1345;
- Intel Rapid Storage Technology 12.5.0.1066;
- NVIDIA GeForce 320.49 Driver.
Описание использовавшихся для измерения инструментов:
- Бенчмарки:
- Futuremark PCMark 8 Professional Edition 1.0.0 — тестирование в сценариях Home (обычное домашнее использование PC), Creative (использование PC для развлечений и для работы с мультимедийным контентом) и Work (использование PC для типичной офисной работы).
- Futuremark 3DMark Professional Edition 1.1 — тестирование в сценах Cloud Gate и Fire Strike.
- Adobe After Effects CS6 — тестирование скорости рендеринга. Измеряется время, затрачиваемое системой на обсчёт в разрешении 1920×1080@30fps заранее подготовленного видеоролика.
- Adobe Photoshop CS6 — тестирование производительности при обработке графических изображений. Измеряется среднее время одной операции в тестовом скрипте Futuremark, моделирующем набор типовых действий над изображением высокого разрешения.
- Autodesk 3ds max 2014 — тестирование скорости финального рендеринга. Измеряется время, затрачиваемое на рендеринг в разрешении 1920×1080 с применением рендерера mental ray одного кадра стандартной сцены Space_Flyby из тестового пакета SPEC.
- TrueCrypt 7.1a — тестирование криптографической производительности. Прогоняется встроенный в программу бенчмарк, использующий тройное шифрование AES-Twofish-Serpent.
- WinRAR 5.0 — тестирование скорости архивации. Измеряется время, затрачиваемое архиватором на сжатие директории с различными файлами общим объёмом 1,7 Гбайт. Используется максимальная степень компрессии.
- x264 r2345 — тестирование скорости транскодирования видео в формат H.264/AVC. Для оценки производительности используется исходный 1080p-видеофайл из теста x246 FHD Benchmark 1.0.1.
- Company of Heroes 2. Настройки для разрешения 1280х800: Maximum Image Quality, Anti-Aliasing = Off, Higher Texture Detail, High Snow Detail, Physics = Off. Настройки для разрешения 1920×1080: Maximum Image Quality, High Anti-Aliasing, Higher Texture Detail, High Snow Detail, Physics = High.
- Hitman: Absolution. Настройки для разрешения 1280х800: Ultra Quality, MSAA = Off, High Texture Quality, 16x Texture Aniso, Ultra Shadows, High SSAO, Global Illumination = On, High Reflections, FXAA = On, Ultra Level of Detail, High Depth of Field, Tesselation = On, Normal Bloom. Настройки для разрешения 1920×1080: Ultra Quality, 4x MSAA, High Texture Quality, 16x Texture Aniso, Ultra Shadows, High SSAO, Global Illumination = On, High Reflections, FXAA = On, Ultra Level of Detail, High Depth of Field, Tesselation = On, Normal Bloom.
- Metro: Last Light. Настройки для разрешения 1280х800: DirectX 11, High Quality, Texture Filtering = AF 16X, Motion Blur = Normal, SSAA = Off, Tesselation = Off, Advanced PhysX = Off. Настройки для разрешения 1920×1080: DirectX 11, High Quality, Texture Filtering = AF 16X, Motion Blur = Normal, SSAA = On, Tesselation = On, Advanced PhysX = On. При тестировании используется сцена D6.
⇡#Производительность в комплексных тестах
Достижимый с заменой внутреннего термоинтерфейса разгон процессора Core i5-4670K до 4,6 ГГц на самом деле даёт не слишком большой эффект, если сравнивать с работой этого же процессора на частоте 4,4 ГГц, которая доступна безо всяких хитроумных модификаций. То, что дополнительные 200 МГц частоты вряд ли могут что-то принципиально изменить, вполне естественно. Фактически речь идёт лишь о 2-3-процентном приросте быстродействия. Однако именно эти единицы процентов играют решающую роль: благодаря им разогнанный Core i5-4670K обходит Core i7-4770K во всех сценариях PCMark 8.
⇡#Производительность в приложениях
В ресурсоёмких приложениях эффективность замены внутреннего процессорного термоинтерфейса вновь иллюстрируется лишь небольшим преимуществом разогнанного до 4,6 ГГц Core i5-4670K над самим собой, но с частотой 4,4 ГГц. Однако суммарно оверклокинг со скальпированием процессора выливается примерно в 22-процентный прирост производительности относительно номинального режима, благодаря которому Core i5-4670K часто удаётся обойти по скорости процессор Core i7-4770K с более вместительной кеш-памятью и поддержкой технологии Hyper-Threading.
⇡#Производительность в играх
Тестирование в играх предваряют результаты синтетического бенчмарка 3DMark, который выдаёт некую усреднённую метрику игровой 3D-производительности систем.
Приведём также и диаграммы производительности в нескольких реальных игровых приложениях, которые для лучшей иллюстративности построены как для типичного Full HD-разрешения с включённым полноэкранным сглаживанием, так и для разрешения 1280х800.
Характерно, что в новых играх даже разогнанному до 4,6 ГГц Core i5-4670K далеко не всегда удаётся дотянуться до уровня Core i7-4770K. Современные игры стали качественно оптимизироваться под многопоточность, потому поддержка Hyper-Threading нередко дает заметный эффект. И, очевидно, данная тенденция будет только усугубляться, особенно в свете выбора для перспективного поколения игровых консолей восьмиядерных процессоров с низким удельным быстродействием на ядро. Впрочем, это не значит, что скорости Core i5-4670K, тем более в разогнанном виде, может в каких-то случаях не хватить. Даже в номинальном режиме этот процессор прекрасно справляется с ролью надёжного фундамента геймерской конфигурации, а производительность в Full HD-разрешениях ограничивается быстродействием графической подсистемы даже несмотря на то, что мы пользуемся флагманским видеоускорителем GeForce GTX 780.
⇡#Выводы
Нет никаких сомнений, что тот термоинтерфейс, который Intel стала размещать под процессорной крышкой при сборке десктопных процессоров поколения Haswell, ужасно плох. Его теплопроводность и другие физические характеристики явно хуже, чем у распространённых качественных термопаст, не говоря уже о более продвинутых вариантах, которые Intel применяла ранее. Тем самым компания лишила себя возможности наращивания тактовых частот современных процессоров, пусть и ценой некоторого увеличения тепловыделения. И одновременно она воздвигла мощное препятствие на пути многочисленных энтузиастов, желающих эксплуатировать свои системы при повышенных напряжениях и частотах. Поэтому замена штатной термопасты под процессорной крышкой на другой термоинтерфейс с более высокой теплопроводностью способна снизить температуры процессорных ядер под нагрузкой на десятки градусов. А какой мощный охлаждающий эффект могла бы дать спайка кристалла с процессорной крышкой, применявшаяся в Sandy Bridge, вообще невозможно себе представить.
К счастью, как показал наш практический опыт, исправить (намеренную?) ошибку интеловских инженеров вполне возможно, было бы желание. Крышка процессоров семейства Haswell достаточно просто демонтируется с помощью тисков, а замена стандартного термоинтерфейса на общедоступный и принципиально более эффективный жидкий металл — дело пары часов. Конечно, при этом придётся рискнуть здоровьем процессора и распрощаться с гарантией, но результат может окупить все переживания. Ликвидация главного препятствия на пути теплового потока от процессорного кристалла неминуемо повлечёт за собой серьезное падение рабочих температур процессора. А это, в свою очередь, откроет прямой путь к дополнительному увеличению напряжения и более полному раскрытию частотного потенциала. Например, в нашем случае замена штатного термоинтерфейса на Coollaboratory Liquid Pro позволила увеличить максимальную частоту разогнанного Core i5-4670K на 200 МГц — до 4,6 ГГц, сделав при этом его температурный режим заметно более комфортным.
Конечно, не стоит ожидать от скальпирования и замены внутреннего процессорного термоинтерфейса особых чудес. При использовании воздушных кулеров максимальная частота разгона вырастет всего лишь на 5-10 процентов, но даже этого вполне достаточно для того, чтобы перечеркнуть все сомнения и сделать процессоры Haswell действительно привлекательным вариантом для использования в основе оверклокерских систем. Кроме того, исправление проблемы с передачей тепла от полупроводникового кристалла к процессорной крышке убирает в Haswell самое узкое место на пути теплового потока. А это значит, что модернизированный процессор станет восприимчив к улучшению эффективности системы охлаждения, и применение мощных воздушных кулеров или СВО сможет обрести реальный смысл и открыть дополнительное пространство для роста частотного потенциала.
Хочу снять крышку с процессора. Как и стоит ли?
Coollaboratory Liquid Pro
Является сплавом который имеет свойства быть жидким при комнатной температуре. Производитель заявляет, что Coollaboratory Liquid Pro содержит галлий, индий и другие не ядовитые цветные металлы которые предотвращают возникновение оксидных пленок.
Паста не содержит никаких не металлических примесей (например силикон) и её испарения не ядовиты.Coollaboratory Liquid Pro это лучший, после галлия, термоинтерфейс , который оправдывает свою цену, потому как при нанесении Coollaboratory Liquid Pro расходуется крайне мало материала.
Вариации поставки:
Существуют версии Coollaboratory Liquid Pro в Retail & Bulk компоновках. Retail-набор содержит шприц с термопастой упакованной в блистер и содержит печатную инструкцию и набор для снятия термоинтерфейса, Bulk содержит лишь шприц с термоинтерфейсом в полиэтиленовом пакете.
т.е.:
— Coollaboratory Liquid Pro Retai он же CLP CS= Cleaning Set = т.е. с набором для очистки.
— Coollaboratory Liquid Pro Bulk = OEM = только термопаста в шприцеВажно!
— ЖМ нельзя использовать с алюминиевыми кулерами. Только медь, серебро, никель!
— ЖМ может привести крышку процессора или охладитель в непригодный вид!
— ЖМ очень легко удаляется с кремния, т.е. с чипов незащищенных heat spreader_омМожно ли снимать крышку процессора?
Приветствую
Можно ли в бытовых условиях снимать крышку процессора? Зачем? – просто интересно)
Когда то видел видео о том, как собирают процессоры на фабрике и помнится (вероятно | возможно), что собирают их в герметичных условиях. Сейчас увидел в сети как люди самостоятельно снимают крышки процессоров тисками или с помощью лезвий для замены термоинтерфейсов. При прикреплении крышки к процу может же попасть влажный воздух и при нагреве | остывании внутри может образоваться конденсат со всеми вытекающими последствиями. Так ли это? Если так, то существуют же мастерские, которые делают подобные операции. Они так же кустарно делают или есть какое то специальное оборудование?Снимаем крышку процессора со Skylake
Intel уже несколько поколений своих процессоров, для контакта между теплораспределительной крышкой и кристаллом CPU, применяет жвачку не с лучшей теплопроводностью.
Умельцы используют подручные средства (тиски, лезвия и т.д.), что бы снять крышку процессора и заменить пасту на ЖМ. Учитывая уменшенную толщину текстолита у CPU Intel, повредить его этой процедурой становится проще, чем прошлые поколения.
На помощь пришли умельцы, придумавшие приспособления, облегчающие этот процесс. Оба варианта от немецких ребят: 1й доступен для скачивания и печати на 3Д принтере: https://www.youmagine.com/designs/skylake-delid-tool
второй вариант скоро будет доступен на https://www.caseking.de
Это мой первый пост, спасибо за внимание
Иногда мне кажется, что скальпирование процессора популяризируют сами интеловцы ,чтобы как можно больше народу сломало свой камень и купило ещё один 🙂
Спасибо афтору. снял все крышечки с процессоров. Жизнь заиграла новыми красками! Нужно больше идей.
это настолько специфическая, спорная хуйня, что пиздец просто
А тут автор поста предлагает (!) снять крышку процессора. Ещё и при помощи какого-то устройства. Которое:
а) надо напечатать (!) на 3D-принтере
Затея сия, надо сказать, весьма-весьма сомнительная. Современные камушки от Интела обладают настолько низким TDP, что без разгона спокойно могут охлаждаться обычными боксовыми кулерами.
«что бы, уменшенную, видио»
Ну всё, Intel капут
Топовый AMD Athlon 64 4000+ не оставит от Intel Pentium 4 и следа
Компьютерная ретроспектива
Привет Пикабу! В комментариях попросили сделать развернутый пост, ну что же, давайте вернемся туда где всё начиналось. Туда, где все эти сокеты, процессоры и видеокарты только зарождались и посмотрим, что изменилось за эти несколько десятилетий.
Socket 1
Начнем с разъема для процессора. Самое сложное здесь провести красную черту. Формально самым-самым первым сокетом можно назвать DIP, или по-русски двухрядный корпус.
Два ряда отверстий прямо в плате, куда втыкался процессор, и в случае с x86-решениями впервые использовался еще в 70-ых, с такими легендарными процессорами как Intel 8086 и 8088.
Но это что-то совсем древнее и вообще не похоже на современный сокет, пропускаем. Начало 80-ых, двух рядов уже не хватает – появляется PLCC, или пластиковый держатель чипа. Теперь контакты были со всех четырех сторон, но все еще на современные сокеты он походит лишь отдаленно.
Какое же крепление процессора на плате можно назвать первым сокетом? PGA 169. Да, существовал PGA 168, который неформально называют Socket 0.
Он поддерживал ранние Intel 486-ые и был достаточно быстро заменен уже официальным Socket 1, который прибавил ровно одну контактную ножку – что-то забыли, ДА, идея быстрой смены сокета у Intel это по канону. Так что именно Socket 1 логично считать первым сокетом. И по современным меркам он поддерживался довольно долго, аж 5 лет, с 1989 по 1994 год, на нем работали множество процессоров вплоть до топовых Intel 486DX4, а также клонов от AMD и Сайрикс.
Это была паразитическая гармония, у процессоров Intel и AMD были общие платы, и «красные» занимались по сути копированием процессоров «синих». К слову, и внешне большой разницы Socket 1 с тем же AMD AM4 почти нет – конечно, возросло число контактов, но основная идея крепления за 30 лет не поменялась.
И да, тогда процессоры от Intel не были бракованными и тоже имели ножки.
Материнские платы под Socket 1
Но как выглядели платы с таким разъёмом для процессора? Абсолютно не так, как мы привыкли. Это такой ардуино на максималках.
Более-менее привычный нам сейчас вид с процессором в центре, слотами ОЗУ и модулями расширения снизу стали получать лишь на Socket 370 в конце 90-ых, когда ПК стали достаточно массовыми и на рынке уже присутствовали крупные игроки, такие как ASUS, вынужденные договариваться о стандартизации. Производители более ранних плат размещали процессор и ОЗУ так, как было удобно с точки зрения компоновки и производства.
В платах с Socket 1 из начала 90-ых вы не найдете привычной 24-pin колодки питания. Того коннектора, который легко подключить, но очень сложно потом выдрать, появился он лишь в 1995 году с принятием стандарта ATX, и то в форме 20-pin . И это важная точка отсечения: к платам из 1995 года современные БП подключить можно, а к более старым – без танцев с бубном уже нет.Также на плате не было разъема для подключения питания процессора. 486-ые потребляли десяток ватт, поэтому и не требовали дополнительной запитки.
Также на плате не было разъема для подключения питания процессора. 486-ые потребляли десяток ватт, поэтому и не требовали дополнительной запитки.
А вместо привычной нам батарейки BIOS стоял небольшой бочонок. От долгого неиспользования такие никель-кадмиевые батарейки могли подтекать, что только усложняло задачу восстановления работоспособности плат. Также у плат тогда было очень мало выходов – нередко один-единственный AT-порт для подключения клавиатуры (мышь тогда была не обязательным атрибутом).
Никаких вам USB и даже LPT с COM – тогда использовался несколько другой подход: минимум всего на плате, зато максимум слотов для подключения – это позволяло здорово сэкономить, так как нередко хорошая звуковая карта стоила как весь ПК. А вместо PCI Express тогда использовалась его бабуля, шина ISA, которая в максимуме выдавала умопомрачительные 4 мбайта/с.
И вот именно в слоты ISA можно было пихать все что душе угодно. Звуковые карты, сетевухи, дисководы для дискет и конечно же видеокарту. По этой причине ISA-слотов на материнской плате было много, нередко по 6-7 штук, чтобы была возможность разместить всю необходимую периферию.
Да, сейчас таким количеством PCI может похвастаться разве что серверная плата, или майнерские никому не нужные франкенштейны.
Процессоры Intel 486
Платы с тех пор изменились сильно. А что насчет процессоров? Тут как посмотреть – если снизу, то 486й Intel слабо отличается даже от современных Ryzen – ну разве что ножек стало на порядок больше.
А вот вид сверху поменялся значительно – все современные процессоры имеют медные крышки, а вот решения из 90-ых обычно было керамическими. Причина тут лежит на поверхности: это сейчас процессоры требуют серьезного охлаждения, тогда же нередко хватало обычного радиатора. Собственно, именно поэтому на платах и не было отверстий для крепления кулеров – они если и использовались, то были максимально простыми и легкими, и просто приклеивались на керамику.
Из интересного стоит отметить, что тогда кэш второго уровня находился на самой плате, а максимальная частота процессоров 486-ой серии не превышала сотню мегагерц. Зато у них уже был встроенный математический сопроцессор, он же FPU – предшественники в лице 386-ых были без него. Также можно прикинуть рост производительности за 30 лет. Например, 50-мгц 486DX2 имел производительность около 0.05 ГФЛОПС, а народный Ryzen 5 3600 набирает около 500 ГФЛОПС, то есть он в 10 000 раз быстрее.
ОЗУ FPM
А вот что несильно внешне изменилось за 30 лет, так это модули ОЗУ. По сути разве что сами модули стали больше, чтобы вместить больше контактов и банок памяти. Конечно, внутреннее устройство серьезно отличалось от привычного нам стандарта DDR SDRAM, который появился лишь в 1998 году.Если же мы откатимся еще лет на 6-7 назад во времена Socket 1, то самым прогрессивным стандартом памяти был 30 pin SIMM FPM, что переводится как модуль памяти с однорядным расположением выводов, поддерживающий быстрый страничный режим. До 200 мбит/с на частоте 25 МГц – вероятно скорость вашего интернета выше.
Емкость тоже не удивляет – 1-2, реже 4 МБ на модуль. А вот количество слотов под ОЗУ внушает уважение – нередко на плате их было по 8 штук. Сейчас таким количеством могут похвастаться в лучшем случае серверные или HEDT-платы. В итоге с 8 модулями по 4 МБ можно было получить 32 МБ – и на начало 90-ых это нереальный объем.
2D-видеокарты
Многие уже заметили, что у плат начала 90-ых не было видеовыхода. Встроенные видеоядра появились лишь в начале 2000х. Тогда дискретная видеокарта была обязательна, без неё полюбоваться на цветную Windows 3 не получится.
И да, никакого ускорения 3D – карты тех лет умели работать только с 2D. Никакого 32-битного цвета – даже 256 цветов было счастьем, которое нередко требовало снижение разрешение до 320х200.
Королём по разрешению было VGA, или 640*480 – нередко всего при 16 цветах. Современные мониторы к таким картам подключить их едва ли получится: скорее всего вы увидите картинку типа «вне диапазона».Так что если вы планируете собрать себе ПК тех лет – запаситесь ЭЛТ-пушкой.
А как же Wolfenstein 3D из 92 года? В те далекие уже времена был софтверный рендеринг, то есть картинку полностью обрабатывал процессор. Разумеется, осилить высокие разрешения он не мог, но тогда это мало кого смущало. У видеокарты была единственная цель – вывести картинку на монитор.
Какой была RTX 4090 в начале 90-ых? Например, S3 911 – могла выводить целых 256 цветов и имела до 1 МБ памяти. К слову, тогда была фишка, которая пригодилась бы сейчас пользователям многих видеокарт – видеопамять можно было самостоятельно увеличить без всякого паяльника, на карте для этого были слоты.
Окей, картинку из «вульфа» мы вывели. Но хочется же еще и звук? Самым простым вариантом было подключение PC speaker.
Да, издаваемые им звуки сложно назвать музыкой – но это в любом случае было лучше чем ничего. А вот для зажиточных ПК-бояр тех лет существовали ISA-аудиокарты – например, популярные решения Sound Blaster, первая версия которого вышла в далеком 1989 году. Такая карта могла выдавать монозвук с частотой дискретизации в 22 кГц, что вдвое меньше минимально принятых сейчас 44.1 кГц.
К слову, даже по сегодняшим меркам это не так плохо – качество, выдаваемое такой карты, вполне сравнимо с FM-радио, которое до сих пор массово слушают многие водители. Ну а уж в 89 оно вызывало истинный восторг у меломанов, ведь до начала эры MP3 оставалось еще 5 лет.
Еще одним интересным и ожидаемым нюансом аудиокарт тех лет было отсутствие стандартизации, то есть разработчикам тех же игр приходилось оптимизировать их под каждую конкретную карточку – разумеется, обычно брались лишь самые популярные. Именно тогда началась эпоха так называемых Sound Blaster совместимых карт, которые были дешевле оригиналов, но при этом также позволяли насладиться звуком в большинстве проектов.
Сетевая карта
Сейчас нам сложно представить свою жизнь без интернета, компьютер без интернета уже не полноценен. Но 30 лет назад все было иначе. Самый первый HTTP-сайт, который работает до сих пор работает появился лишь в 1991 году . Тогда же появился первый браузер Mosaic, но в целом выход в сеть тогда был необязательным, и тот же Internet Explorer появился лишь в 95.
Однако это не значит, что сетевыми технологиями никто не пользовался. И до интернета существовало множество компьютерных сетей, так называемых BBS или по-русски бордов, самой известной из которых был Фидонет – который, кстати, тоже работает до сих пор, и к нему можно подключиться через обычный эмулятор терминала. Обычно в таких сетях узлами были сами ПК пользователей, на которых хранилась общедоступная информация. Ну и разумеется чтобы обеспечить подключение к таким сетям нужна была сетевая карта.
Лимит картинок на Пикабу закончился, если интересно, будет вторая часть. Полное видео пропитанное подробностями и ностальгическими звуками:
Когда ты богат
Новые процессоры Intel на старых кристалах
Не все «новые» Intel Core 13-го поколения оказались новыми
Процессоры Core i5-13600 и ниже основаны на кристалле Alder Lake
Современные чипмейкеры борятся не за производительность, а с тепловыделением.
Читайте наши новости в Telegram — https://t.me/mknewsru
Маркетологи AMD тоже любят красивые графики
Производительный процессор(6/12) мутант в каждый дом
Собирал давеча рабочий компьютер с необычным процессором. Решил поделиться.
Пост будет актуален для владельцев материнских плат на чипсетах H110 и некоторых других.
Полный список — H110, B150, Q150, Q170, H170, Z170, C232, C236, B250, Q270, H270, Z270, H310C, B365, Z370.
Речь пойдет об оптимальном на мой взгляд процессоре QTJ2. 6 ядер, 12 потоков. Частота 4ГГц при загрузке всех ядер, 4.2 одного. Почему мутант, спросите вы. Изначально это инженерный процессор для ноутбуков с сокетом FCBGA1440, который ушлые китайцы распаяли на переходник для 1151.
Производительность что-то между i7 7700k и i7 8700k.
И это с учетом теплопакета 45 ватт. Подойдет ваша старая материнская плата на h110 с любым питанием. Процессор полноценен — работает видеоядро HD630 и все инструкции.
Из минусов. При работе в двухканальном режиме, максимальная частота памяти у меня 2400МГц.
В продаже находил два вида. С крышкой и без. Выбрал второй вариант. Получилось урвать за 4200.
Китаец оперативно ответил на все вопросы и скинул уже модифицированный биос. Если будете покупать материнскую плату — берите со съемной микросхемой памяти биоса.
У меня biostar, купил за 1900 в отличном состоянии.
Для перепрошивки биоса, вам понадобится программатор на CH341. Цена 300 рублей. В хозяйстве очень полезен.
Для прошивки рекомендую использовать программу Colibri_1.0.1.59 — работает максимально стабильно. Для начала стоит сделать бэкап вашего биоса. И если надо, то с помощью утилиты coffetime перенести mac и прочую сервисную информацию из бэкапа на прошивку отправленную китайцем. Далее полностью очищаем флэшку и записываем биос от китайца. После имеет смысл сравнить — таким образом вы убедитесь, что все записалось без ошибок.
Осталось установить процессор.
Аккуратно откручиваем три винта и снимаем штатный зажим. Главное здесь не уронить болтики на контакты.
Устанавливаем новый процессор мутант.
Встает как родной.
Устанавливаем зажим от китайцев на штатное место.
Здесь нужно закрутить новые болты без чрезмерного усердия. Затянуть еле еле. Если не заведется сразу, то немного подтянуть.
Убираем защитную наклейку и устанавливаем куллер. Использовать только варианты на винтах с пружинами без голых теплотрубок. То есть, только те кулеры, у которых снизу ровная площадка, желательно медная. Просто накидываем охлаждение с термопастой и подключаем в штатный разъем.
Пробуем запускать с одной установленной планкой памяти. Первый запуск может произойти не с первого раза. Это нормально. Ждем.
Если попытка неудачная — отключаем питание, чуть подтягиваем зажим процессора и повторяем. Обычно все получается с первого раза. Рекомендую сразу проверить работу линий pci и встроенного видеоядра. На всякий случай.
Бывает, что кулер идет прям вровень, без выступа.
Такие не брать. А мне пришлось колхозить.
Упирался в дроссели на материнской плате.
После первого запуска, выставляем частоту памяти максимум 2400 и добавляем вторую планку. С одноканалом у меня работало отлично на частоте памяти 3200.
Пробуем запускать. Если все хорошо, закручиваем охлаждение на штатное крепление. Аккуратно, по диагонали. Я затянул достаточно крепко, но не через чур.
profit. Радуемся производительной системе с минимальный теплопакетом за смешные деньги. Вариант может быть вполне игровым, но учитывая встроенную графику — отлично подойдет для работы.
p.s. пост писал на скорую руку, если есть замечания — дополню. Да, все делать аккуратно, на свой страх и риск.
p.p.s. помните, ваши плюсы помогают продвигать пост вверх в горячее. Не стесняйтесь ставить, особенно если посчитали информацию полезной. За рейтингом не гонюсь после отключения рекламы. Спасибо тем, кто дочитал. Мне включили донаты) которых я совсем не жду из поста про экономию денег на железе. Но приятно.
p.p.p.s не все материнские платы одинаково подходят. Еще раз повторю, нужные ровные руки. Будьте внимательны. Я прошивал 4 платы, и все отлично работают. Ссылка на полезную тему на оверклокерс про модификацию биоса.
Intel вливает деньги в Европу
Италия близка к заключению сделки на $5 млрд с Intel по строительству современного завода по производству процессоров. Правительство уходящего премьера Марио Драги собирается заключить соглашение с Intel к концу августа.
Необычные архитектуры процессоров
Привет Пикабу! В 1978 году Intel представляет первый процессор на архитектуре x86 (Intel 8086), уже к концу 80х она захватывает мир и используется в процессорах Intel и AMD до сих пор. Но этот набор команд и аппаратных решений с самого зарождения процессоров — не единственный.
В 1985 году выходит первый процессор Acorn RISC Machine, тогда еще сырой, но на очень перспективной архитектуре APM. Сейчас в вашем смартфоне да и во многих лучших суперкомпьютерах мира трудятся именно ARM процессоры. Знакомые всем Snapdragon, MediaTek и конечно же Apple, все они успешно используют ARM в своих гаджетах. За многие десятилетия эти две архитектуры сумели пробить себе дорогу среди конкурентов и стать буквально монополистами.
Но это не значит, что на рынке нет других интересных кремниевых решений. Десятки миллионов людей по всеми миру продолжают играть на консолях с чипами PowerPC, а многие страны, такие как Россия и Китай, активно развивают собственные процессоры Эльбрус и Loongson. Сейчас, вооружившись знаниями, любой человек может сам сконструировать процессор на опенсорс архитектуре RISC-V. На связи МК, сегодня мы заглянем в мир необычных кремниевых чипов, активно развивающихся вместе с ARM и х86.
Китайские чипы х86
Но начнем мы со всем знакомой архитектуры х86. Про двух американских товарищей AMD и Intel знают все. Но производителей х86-чипов не два, а целых 4. И несложно догадаться, что еще два относятся к Китаю.
Олдовые ПК гики помнят, что еще 30 лет назад на рынке была компания VIA — неожиданно организованная на Тайване китайцем который 3 года провел в лабораториях Intel.
Компания известна в первую очередь по чипсетам, своего производства не было, но именно она продвинула шину PCI. В конце 90-ых она покупает американского производителя сопроцессоров Cyrix, что дает ей возможность производить х86-процессоры. В начале нулевых к тандему присоединилась Калифорнийская S3 Graphics – тогда еще Тайваньская VIA получает доступ еще и к видеокартам.
Но все еще полноценно конкурировать с AMD, Intel и Nvidia не получалось. Последней попыткой, предпринятой десять лет назад, был вывод на рынок процессоров VIA Nano с интегрированной графикой Chrome. Они совершенно не радовали производительностью, но зато были достаточно дешевыми и энергоэффективными — эдакие аналоги Intel Atom. Но массовыми такие процессоры не стали, и к 2013 году у компании все было плохо.
Не дать VIA исчезнуть вместе со всеми патентами помогло правительство Китая — совместно с городской администрацией Шанхая, куда пришлось переехать с недружественного острова, была организована компания Zhaoxin для производства х86-процессоров на внутренний рынок Китая. И, надо сказать, сотрудничество оказалось весьма плодотворным. В 2020 году в руки обзорщикам попали платы с процессором KX-U6780A, который смог приятно удивить.
Все универсально — есть поддержка DDR4 и PCI Express, то есть можно поставить обычную память и видеокарту. А так как это x86-процессор, то без всяких танцев с бубном на него устанавливается привычная Windows 10. Что касается характеристик, то на бумаге они смотрелись отлично: 8 ядер с частотой до 2.7 ГГц, поддержка инструкций SSE 4 и AVX, да и теплопакет в 70 Вт не выглядит пугающим.
Увы, на деле производительность была в среднем на уровне 2-ядерных Intel Skylake, то есть ближе к офисным ПК. Но все еще поиграть в онлайн-игры типа Dota 2, посидеть в интернете и посмотреть фильмы на таком процессоре можно без проблем, что и показали обзоры.
И все это, повторюсь, на обычной Windows без эмуляции и шаманских танцев. Более того, останавливаться на достигнутом VIA-Zhaoxin не планирует, и в этом году хочет выпустить обновленное семейство KX-7000 на 7-нм техпроцессе с поддержкой PCIe 4.0 и DDR5. Конечно, до уровня топовых Core i9 или Ryzen 9 такие решения скорее всего не допрыгнут, но все еще третий активный игрок на рынке x86 явно не помешает.
Четвертый производитель x86-чипов — Hygon. Ситуация тут схожа с VIA, однако на ее месте выступила AMD – в 2018 году было образовано совместное с китайцами производство процессоров на базе имеющихся у «красных» решений Ryzen и Epyc на архитектуре Zen. Так и появились два семейства: Dhyana для обычных пользователей с числом ядер до 8, и Dhyana Plus c количеством ядер до 32 и возможностью создания многопроцессорных серверов. Главным отличием этих чипов стал встроенный тормоз в виде криптографического движка – таково требование правительства Китая к государственным серверам. От этого выигрывали все: AMD получила деньги на дальнейшей развитие своих процессоров, а Китай – крутые «американские» чипы, заточенные под местные правила и гарантированно лишенные закладок.
Во всем другом чипы Dhyana максимально схожи с Ryzen и Epyc первых поколений, они даже внешне выглядят одинаково. При этом так как Ryzen имеют множество встроенных контроллеров, для работы PCIe и USB не нужен чипсет – и это можно заметить на китайских платах под процессоры от Hygon. По тестам тоже все ожидаемо: в задачах, связанных с шифрованием, Dhyana ощутимо проседают. Во всех других сценариях они выступают около обычных Ryzen 1000-ой линейки с поправкой на более низкие частоты.
В 2020 году перед самым началом экономической войны США и Китая, было объявлено, что Hygon совместно с AMD продолжит выпускать процессоры, переведя их на 7-нм техпроцесс – видимо, это адаптация уже более мощных Ryzen 3000. Но тут ситуация похожая на наш Эльбрус, о нем мы еще поговорим. В 2019 году правительство США запретила AMD делиться технологиями с Hygon и что с ними будет дальше, пока не известно.
Экзотика – open source архитектура RISC-V
Окей, с x86 все понятно – архитектура эта привычная, и многие обычные пользователи ПК даже не почувствуют разницу, если их Ryzen вдруг заменится на Zhaoxin. Давайте уйдем в экзотику и поговорим про полностью открытую архитектуру RISC-V. В отличие от софта, где open source уже не является чем-то удивительным, в железе все не так – например, японо-британская ARM зарабатывает миллиарды долларов в год на лицензировании своих ядер Cortex сторонним компаниям.
И это проблема: если вы не являетесь компанией уровня MediaTek или Huawei, у вас просто не хватит денег на покупку нужной лицензии, а с торрента гайд как собрать процессор в гараже вы не скачаете. Именно поэтому в России, например, есть лишь один производитель ARM-процессоров – это Байкал, который тратит на каждый свой ARM-чип миллиарды рублей.Вот и получается, что если небольшая группа энтузиастов вполне может написать собственную утилиту или игру, которая может стать популярной, создать свой конкурентоспособный чип до последнего времени они не могли. Все изменилось в 2010 году, когда исследователями из отделения информатики Калифорнийского университета в Беркли была создана архитектура RISC-V.
Она базируется на двух столпах – это простота и полная открытость без всяких лицензий. В базовом обязательном наборе команд всего 53 инструкции – для сравнения, в современных чипах Intel их уже под тысячу, и количество неуклонно растет, удваиваясь за 13 лет. Разумеется, присутствуют расширенные наборы команд для различных применений, что позволяет сделать на базе RISC-V чип, подходящий для любых задач.
В итоге такой подход всем понравился: в 2015 году был создан международный фонд RISC-V. Через три года к нему присоединился Linux Foundation. В 2022 году даже Intel признала этот подход, вложив в развитие RISC-V миллиард долларов. В России уже есть микроконтроллеры на базе этой архитектуры – их создают на заводах Микрона для задач отечественного шифрования.
Всего на RISC-V уже создается несколько десятков микроконтроллеров, и, что важно, благодаря открытости и бесплатности в дело идут совсем небольшие игроки, такие как, например, ONiO – небольшой стартап, создающий на базе этой архитектуры собственные чипы для устройств умного дома, фишка которых – питание от откружающих беспроводных сетей. Да, они настолько энергоэффективные, что не требуют наличия батарейки.
Более того, архитектура RISC-V достаточно продвинута, чтобы уже создавать вполне взрослые чипы. Например, в 2019 году Alibaba представила свой 16-ядерный процессор XuanTie 910. Он поддерживает Linux, а удельная производительность каждого ядра выше, чем у ARM Cortex-A73 (это уровень мобильных процессоров из 2016 года). Есть даже новомодный встроенный нейропроцессор.
Две другие китайские компании, DeepComputing и Xcalibyte, пошли еще дальше и пару недель назад представили ноутбук на 4-ядерном RISC-V процессоре. Точных характеристик нет, но обещают поддержку Linux, памяти DDR4 и неплохое встроенное видеоядро. Он должен поступить в продажу уже осенью.
И глядя на такое стремительное развитие RISC-V хочется даже назвать ее архитектурой будущего. Посудите сами – open source софт стал максимально популярным, про тот же GitHub слышали буквально все. Так почему бы не выстрелить бесплатной и открытой архитектуре, особенно с учетом того, что в ее разработку вкладывают большие деньги даже крупные игроки кремниевого рынка?
SPARC – неудачный опенсорс
Однако реальность сурова – об этом невольно вспоминаешь, когда речь заходит об архитектуре SPARC. Она была разработана в конце 80-ых годов американской Sun Microsystems с прицелом на серверный сегмент рынка, и при этом также была открытой. Успех не заставил себя долго ждать: в 90-ых про SPARC и Fujitsu слышал любой сисадмин, и даже Microsoft хотела перенести свою серверную Windows NT на эту архитектуру, однако в итоге все же отказалась от таких планов. В конце нулевых открытость привлекла даже внимание МЦСТ – так появились отечественные процессоры, например, R1000, предлагающий в 2010 году 4 ядра по 1 ГГц и поддержку DDR2. Не самые выдающиеся характеристики – зато 90-нм техпроцесс позволял производить их в России.
Пик SPARC пришелся на 2011 год, когда суперкомпьютер Fujitsu K на архитектуре SPARC64 с 700 000 ядер стал самым быстрым суперкомпьютером в мире. И казалось что, у архитектуры отличное будущее в серверном сегменте – но нет.
В 2017 году Oracle, один из крупнейших поставщиков серверного ПО и оборудования, прекращает разрабатывать процессоры на архитектуре SPARC. Fujitsu планировала в 20 году показать обновление своей архитектуры SPARC64 XII, представленной в 2017 году, но не сделала этого до сих пор.
Судя по всему сейчас разработкой решений на этой архитектуре не занимается ни один крупный игрок, а жаль – в позднем SPARC есть интересные фичи: к примеру поддержка 8 виртуальных потоков на 1 ядре.
POWER10 – да, IBM продолжает создавать процессоры
Казалось бы, если такой мастодонт серверного рынка как SPARC находится на последнем издыхании, то куда уж там архитектуре Power. Пик ее популярности пришелся на начало нулевых – именно на ней работали процессоры G-серии в компьютерах Apple тех лет, и даже Sony с Microsoft в своих PS3 и Xbox 360 использовали ЦП именно на этой архитектуре.Но, как мы знаем, уже в середине нулевых Apple перебралась на более быстрые и энергоэффективные x86 процессоры Intel, от которой сейчас открещивается отдав предпочтение собственным APM.
А игроделам на Power приходилось показывать чудеса оптимизации, чтобы заставить на консолях тех лет работать шедевры игропрома, включая GTA V.
Казалось бы – все, Power Off. А вот и нет, IBM так просто сдаваться не привыкла. Компания здраво рассудила, что раз в десктопах и консолях бой с x86 и ARM проигран – пора продолжать развивать серверный сегмент. И, надо сказать, IBM угадала. Последние ее процессоры представлены в 2021 году и основаны на архитектуре Power10. 7 нм, 15 ядер и 120 потоков, частота под 4 ГГц, огромный кэш L3 в 120 МБ, поддержка до 16 ТБ памяти DDR4 с пропускной способностью в 410 ГБ/с – выглядит внушительно.
И, к слову, серверы на базе Power10 действительно стали популярны – они отлично подходят для задач ИИ и при этом имеют хороший показатель производительности на ватт. Вполне возможно, что именно архитектура Power в итоге и выдавила опенсорсный SPARC с рынка.
Loongson – прямой конкурент десктопным Intel и AMDНо что-то мы ушли в серверы. Да, там хватает интересных решений, но что насчет массового пользователя? Китайцы говорят – есть да. Компания которая изначально называла себя как Godson или крестный сын, а теперь уже Loongson или сын дракона уже 20 лет в стенах Академиии наук Китая пытается создать конкурента Intel и AMD. Несколько лет назад Loongson рассказала о архитектуре LoongArch.
Она поддерживает около 2000 инструкций, сочетает лучшие функции MIPS и RISC-V, а также включает в себя все необходимые расширения, в том числе векторные инструкции, а также виртуализацию и двоичную трансляцию. Разумеется, работать процессоры Loongson будут в основном под Linux, но благодаря трансляции x86 может появиться возможность запускать и Windows.
Год назад в руки энтузиастов даже попал процессор Loongson 3A5000. 4 ядра, 2.5 ГГц и 16 МБ кэша L3 – да звучит не очень бодро и в среднем китайское решение на 30% отстает от 10-летнего Core i7-2600. Но нужно учесть, что у последнего и потоков вдвое больше, и частота на треть выше.
Loongson двигается дальше и в июне анонсировала новую линейку чипов, 3C6000 и 3D6000. Первый получит уже 16 ядер и также частоту около 2.5 ГГц, при этом компания заявляет, что по IPC, или производительности на герц, новинки не будет отличаться от свежих Ryzen 5000. Второй же процессор получит вдвое больше ядер и будет по сути склейкой из двух 3C6000. Выйдут эти процессоры в 2023 году – тогда и узнаем, смогли ли китайцы догнать AMD и Intel.
Эльбрусы
Ну и под конец – конечно же Эльбрусы. Про них сказано много хорошего и много плохого – кто-то хейтит их за то, что они работают только на определенных дистрибутивах Linux и не поддерживают современные игрушки. Кто-то возражает, что архитектура e2k создана для работы, и в этом плане современные Эльбрусы хороши.
В любом случае одно неоспоримо – их уже стали использовать в России, например, компания «Норси-Транс» в 2020 году выпустила 5 тысяч систем хранения данных именно на Эльбрусах.
Так чем же интересны Эльбрусы? Во-первых, своей архитектурой e2k, которая, как и LoongArch, разработана с нуля и не опирается на популярные x86 или ARM. Это позволяет реализовывать интересные фичи: например, у эльбрусов нет микрокода как у x86-процессоров, компилятор переводит исходный код сразу в двоичный код, выигрывая тем самым время.
Также можно отметить возможность выполнять несколько операций за один такт операций, что обеспечивает высокую производительность при умеренной тактовой частоте, и поддержку трансляции архитектуры x86, благодаря которой два ядра Эльбруса можно превратить в одно ядро Core 2 Duo. В таком режиме на Эльбрус можно без всяких проблем поставить хоть Windows 10, хотя скорость работы радовать вас не будет. Более того, что важно, комплектующие для работы современных Эльбрусов, таких как 8с, вполне стандартны: нужна обычная память DDR4, более-менее новая видеокарта от AMD и любой жесткий диск или SSD.
Первые тесты топового пока еще инженерного Эльбрус-16С радуют. Он может похвастаться 16 ядрами на частоте в 2 ГГц, 32 МБ кэша L3, поддержкой DDR4-3200 и 32 линиями PCIe 3.0. В тесте перекодирования видео (стр. 93) в ffmpeg он не так уж и сильно отстает от 4-ядерного мобильного Core i7 и Apple M1 в режиме эмуляции. В тесте рендера в Blender ситуация схожая: да, современные чипы x86 и ARM лучше, но отставание уже не драматическое (стр. 117), как в случае, например, с китайским Loongson.
Так что Эльбрусы вполне могут стать заменой обычным десктопным ПК. Если конечно компания сможет приспособиться и переезд производства из Тайваньской TSMC в Зеленоградский Микрон не помешает планам. Они без проблем справятся с серфингом в интернете и просмотром фильмов, на них вполне можно заняться несложным редактированием видео и фото. Пожалуй, единственный камень преткновения – игры, но нужно понимать, что Эльбрусы позиционируются именно как рабочие машины.