Порівняння AMD Ryzen 9 5900X з GeForce RTX 3090 проти Ryzen 9 3900XT і Core i7-10700K: архітектура Zen 3 в деталях

І для початку трохи цікавої теорії разом з практичними тестами. 5 листопада до продажу надійшли перші чотири представники десктопної лінійки Ryzen 5000. Як і очікувалося, їх миттєво розкупили. Серед покупців виявилося багато спекулянтів, які відразу ж почали перепродувати їх за завищеною вартістю.

Це вже четверте покоління архітектури Zen, незважаючи на трійку в назві. У лабораторії AMD вже кипить робота над 5-нм Zen 4. Її реліз очікується в наступному році.

За останні 3 роки AMD у відмінному темпі скорочувала відставання своїх процесорів від конкурентних аналогів в однопотоковому режимі і в іграх. Zen 3 може похвалитися зростанням динамічної частоти до 4,9 ГГц і бонусом IPC у 19% в порівнянні з Zen 2.

Ці 19% досягнуті за рахунок поліпшень в трьох блоках: Front-End, Виконання і Завантаження/Зберігання. AMD зробила інформативні і красиві слайди, щоб докладно пояснити всі зроблені зміни, включаючи більш швидке пророкування розгалуження, прискорення модуля FMAC, підвищення кількості структурних блоків і багато іншого. Але для більшості - це абсолютно непотрібна інформація, за важливістю десь між шляхами міграції стрижів і особливостями політичної системи західно-тюркського каганату.

Краще приділити увагу тому, що можна помацати або виміряти. Насамперед це стосується кеш-пам'яті L3. В архітектурі Zen 2 кожен модуль CCX містить 4 ядра і 16 МБ загального кешу L3. Два таких модулі об'єднувалися в один блок CCD, але вони були розділені між собою, а комунікація окремих CCX у складі одного CCD відбувалася за допомогою модуля IoD. Це призводило до додаткових затримок і знижувало продуктивність в однопотоковому режимі і в іграх.

У Zen 3 модуль CCX містить всі 8 ядер і 32 МБ загального кешу L3. Тобто кожне ядро ​​отримало доступ до подвоєному обсягом кеш-пам'яті, і спілкуватися вони можуть між собою безпосередньо.

У теорії - все відмінно! Давайте перевіримо на практиці. У AIDA64 швидкість роботи кеш-пам'яті L1 піднялася максимум на 10%, а L2 - на 5%. Зате L3 тепер повільніше на 30-45%! І як це розуміти? Де обіцяний приріст? Панікувати не варто - бенчмарк визначає пропускну здатність при одночасній роботі з кешем всіх ядер: 4 дрібних CCX швидше справляються з цим завданням, ніж 2 великих. І якщо програма по максимуму використовує цей кеш, то дійсно продуктивність може постраждати.

У однопотоковому режимі також не чекайте великого прискорення від роботи з L3, адже шина для зв'язку кожного ядра залишилася 32-байтною. Але в цілому об'єднання 8 ядер і 32 МБ L3, а також збільшення кількості структурних блоків знижує затримки в між'ядерній взаємодії і компенсує зниження пропускної здатності кеша останнього рівня.

Йдемо далі. Контролер оперативної пам'яті в Zen 3 не змінився. Частота шини Infinity Fabric, контролера і модулів ОЗП співвідносяться між собою як 1:1:1. Хочете прискорити систему - підвищуйте частоту. Рубікон у даному разі знаходиться на позначці DDR4-4000: подальше зростання частоти нівелюється підвищеними таймінгами.

Знову дивимося в AIDA64: на частоті DDR4-3600 у процесорів AMD швидкісні показники майже однакові. Зате затримка доступу при роботі з ОЗП знизилася у новинки на 12%. До рівня Intel ще далеко, але позитивну тенденцію ми відзначили.

Подбала AMD і про посилення захисту клієнтських систем. Zen 3 тепер не страшні атаки методом зворотно-орієнтованого програмування. Архітектура ISA також поповнилася новими інструкціями.

Ще один цікавий момент стосується робочих напруг, які можна моніторити за допомогою різних програм. Якщо ви взагалі не міняєте його в BIOS, то воно може перебувати в діапазоні від 200 мВ до 1,5 В. У робочих завданнях - від 1,1 до 1,35 В, а в іграх - від 1 до 1,5 В.

Щоб знизити енергоспоживання, процесор активно використовує режим C6, при якому одне або кілька ядер повністю відключені від живлення. Але сторонні утиліти можуть невірно вести підрахунок. Наприклад, 10-е ядро ​​на слайді 40% часу провело в режимі C6. За останні 60% часу середня напруга склала 1,283 В. Але якщо враховувати перший відрізок, то реальне середнє напруга становить 769 мВ.

Інший приклад. При запуску однопотокового тесту Cinebench R20 лише 2 з 12 ядер процесора працювали в максимальному режимі, а 9 перебували в режимі C6. Утиліта CPU-Z рапортує, що напруга Core Voltage перевищує 1,4 В. І можна подумати, що процесор споживає дуже багато. Насправді ж середня напруга з урахуванням всіх ядер складає всього 528 мВ.

Це важливо для розуміння високої енергоефективності новинок. Наприклад, згідно з даними AMD, Ryzen 9 5900X у 2,4 рази ефективніше Core i9-10900K за показником продуктивність/Вт.

Ще важливіше знати нормальний діапазон температур. Якщо моніторинг свідчить про 90°С для 105-ватних чіпів або 95°С для 65-ватних, то це не причина для паніки. Такий результат ви можете побачити з простенькими кулерами. З топовими повітряними кулерами або 2-х або 3-х секційними водянками показники будуть в діапазоні 60-80°С.

Наприклад, у нас з 2-секційною водянкою температури на ядрах не перевищували за 65°.

Обов'язково потрібно згадати про технології Precision Boost 2. Вона додана за замовчуванням. Інженери AMD зробили її максимально адаптованою, щоб вона сама визначала ступінь підвищення частоти для потрібної кількості ядер. І, звичайно ж, чим краще у вас кулер, тим ефективніше буде працювати ця технологія.

Сподіваємося, ви не втомилися - ще трохи, і перейдемо до тестів. Але поки нагадаємо про ситуацію з BIOS. Для розкриття максимального потенціалу новинок AMD рекомендує використовувати плати з чіпсетами 500-ї серії і BIOS на базі мікрокода AGESA 1.1.0.0. Правда, у ньому поки немає андервольтінга - його і інші плюшки завезуть у майбутніх оновленнях.

Підтримка Ryzen 5000 на платах з чіпсетами AMD 400 очікується в січні 2021 року, але повністю залежить від бажання вендорів. MSI і BIOSTAR уже підтвердили таку можливість для своїх плат. Нові прошивки для 32 плат лінійок ASUS B450 і GIGABYTE B450 недавно злили до інтернету - можете ризикнути на свій страх або почекати офіційного анонсу. Ентузіасти навіть запустили Ryzen 9 5900X на чіпсеті A320, але не факт, що нові прошивки для 300-ї серії офіційно побачать світло.

Також AMD рекомендує використовувати з новинками ОС Windows 10 2004 і оновити драйвер чіпсета. Адже розроблений навесні 2017 року план AMD Ryzen Balanced для лінійки Ryzen 5000 уже застарів. Windows сама відрегулює ідеальний режим його роботи. Ви ж можете в налаштуваннях змістити фокус у бік підвищеної продуктивності або енергоефективності.

І в завершенні огляду нововведень досліджуємо питання приросту IPC. AMD взяла для цього два процесори з архітектурою Zen 3 і Zen 2, зафіксувала їх частоту на 4 ГГц і протестувала в 25 синтетичних бенчмарках і іграх. Середній приріст склав 19%.

У нас в трьох бенчмарках і двох іграх середній приріст досяг 12%. Якщо вважати окремо синтетику і ігри, то отримуємо 10% і 19% відповідно.

Тепер давайте уявимо тестову модель і пройдемося по конфігурації стенду. Першим ми протестували Ryzen 9 5900X. Він має в своєму складі 12 ядер в 24 потоки з базовою частотою 3,7 ГГц і динамічним розгоном до 4,8 ГГц. Також на борту 64 МБ кеш-пам'яті L3, 20 ліній PCIe 4.0 і 2-канальний контролер пам'яті з гарантованою підтримкою модулів DDR4-3200. Множник розблокований, а тепловий пакет складає 105 Вт.

Для прискорення процесу додали лише два конкуренти. На роль зовнішнього напрошується топовий 10-ядерний 20-потоковий Core i9-10900K. Рекомендовані цінники у них майже на однаковому рівні: $499 для Intel і $549 для AMD. Але у нас його не було в наявності. Тому взяли 8-ядерний 16-потоковий Core i7-10700K з динамічним розгоном до 5,1 ГГц і 125-ватним TDP.

Внутрішнім опонентом виступає 12-ядерний Ryzen 9 3900XT. У нього дуже схожа частотна формула в порівнянні з 5900X: базова швидкість вище на 100 МГц, а максимальна динамічна - нижче на ті ж 100 МГц. Але він створений на архітектурі Zen 2.

Ryzen 9 5900X тестувався на платі ASUS ROG Crosshair VIII Hero (Wi-Fi) з чіпсетом X570 і найсвіжішою версією BIOS. Для зовнішнього опонента взяли MSI MAG Z490 Tomahawk.

За охолодження процесорів відповідала 2-секційна водянка ID-COOLING Zoomflow 240X ARGB з яскравим підсвічуванням і вентиляторами на гідравлічному підшипнику.

Щоб не покладатися на фортуну в питанні розгону оперативки, встановили топовий 16-гігабайтний комплект DDR4-5000 CORSAIR VENGEANCE LPX для використання на потрібних частотах.

До флагманській відеокарті Palit GeForce RTX 3090 GamingPRO OC у нас була лише одна вимога - бути вузьким місцем при порівнянні процесорів.

Дискова підсистема складалася з двох SSD Apacer AS340. Варіант на 240 ГБ взяли для ОС, бенчмарків і ігрових клієнтів. Самі ігри записані на версію об'ємом 960 ГБ.

Palit рекомендує використовувати з її RTX 3090 мінімум 750-ватний блок живлення. Ми вирішили перестрахуватися і встановили кіловатний Seasonic PRIME GX-1000 із сертифікатом 80 PLUS Gold. Він отримав одну потужну лінію +12В, яка при необхідності може видати 996 Вт. Також в активі повністю модульна система кабелів, тихий вентилятор на FDB-підшипнику, повний перелік захистів і 12 років гарантії.

Усі компоненти зібрали в добре провітрюваних корпусах Cougar MX330-G. Для поліпшення температурного режиму додали в кожен пропелер Cougar FW 120 White.

Геймплеї записані зовнішньою системою з AVerMedia Live Gamer 4K, тобто без втрати продуктивності. Вона дозволяє захоплювати HDR-відео з роздільною здатністю 4K при частоті 60 FPS, а потім стрімити його на різні платформи за допомогою програми RECentral. У Quad HD максимальна частота розгортки підвищується до 144, а в Full HD - до 240 Гц. 

Тестування проходило при частоті оперативної пам'яті DDR4-3600 для всіх систем. У синтетиці перевага Ryzen 9 5900X над попередником становить 11%, а над зовнішнім опонентом - 18%. Особливо добре новинка виглядає в мультизадачному режимі і в бенчмарках на рендеринг сцени.

В ігрових тестах у Full HD ситуація виглядає так. У RDR 2 при максимальних налаштуваннях середня швидкість знаходиться на одному рівні для всіх систем, але по іншій статистиці новинка обходить конкурентів максимум на 30-40%. При зниженні налаштувань бачимо різницю і за середнім фреймрейтом: приріст в 29% в порівнянні з 3900XT і 17% з 10700K.

Shadow of the Tomb Raider в обох випадках виводить 5900X у лідери за середньою швидкістю. Перевага над внутрішнім опонентом становить 35-37%, а над зовнішнім - 5-9%. Статистика 1% Low у процесора Intel трохи краще: під час тесту всі його потоки завантажені рівномірно, чого не можна сказати про новинку - місцями 5-7 потоків завантажені менш ніж на 10%.

У The Division 2 при максимальних налаштуваннях 5900X мінімально обходить 10700K за середнім фреймрейтом. За іншою статистикою розрив досягає 17%. Перехід до середніх налаштувань збільшує розрив між цими системами до 19-26%.

У важкій Total War Saga: Troy при максимальному пресеті показники рідкісних і дуже рідкісних подій знаходяться на одному рівні. Зате по середній швидкості новинка обходить попередника на 26%, а Core i7 - на 18%. При середніх налаштуваннях 5900X йде у відрив на 36-38%.

Watch Dogs: Legion погано оптимізована під процесори AMD. 9-10 потоків 5900X завантажені на пару відсотків або взагалі не діють. Навантаження на інші в основному тримається в діапазоні 40-60%. Цього вистачило, щоб обійти попередника на 18%. У Core i7 майже рівномірно завантажені всі потоки, і саме він з мінімальним відривом переміг у цьому тесті.

У фінальній частині ми спробували трохи розігнати Ryzen 9 5900X. Стабільної роботи системи вдалося домогтися при частоті 4,5 ГГц і піковій напрузі 1,25 В. Якщо підняти частоту ще вище, то будь-яке високе навантаження у вигляді бенчмарка або гри приводила до перезавантаження системи.

Після розгону POST рапортував про перегрів процесора на старті, хоча за даними AIDA64 в стрес-тесті температура не перевищувала за 80°С.

Для порівняння ми також розігнали Core i7-10700K до 5,1 ГГц. Пам'ять не чіпали.

Результати в синтетиці прямо говорять, що розгін Ryzen 9 5900X нижче за 4,8 ГГц не приносить позитивних результатів в однопотокових тестах. Технологія Precision Boost 2 краще справляється з цим завданням, піднімаючи частоти окремих ядер вище. У багатопотокових завданнях є невеликий приріст, але він не перевищує за 5%.

В іграх також спостерігається падіння продуктивності. Наприклад, у Total War Saga: Troy в стоці більшість потоків працює на частоті близько 4,6 ГГц, хоча бувають короткочасні просідання в діапазоні 3 ГГц. Після фіксації частоти ядер на 4,5 ГГц показники просіли максимум на 6%.

У Watch Dogs: Legion ситуація також не змінилася на краще. В основному лише половина потоків завантажені на 50-60%. Інші або простоюють, або працюють з мінімальним навантаженням. У результаті показники залишилися на колишньому рівні.

Варто зазначити, що у колег по цеху результати розгону також не особливо великі. Наприклад, найбільше пощастило Pro Hi-Tech: «бороданів» вдалося розігнати 5900X до 5 ГГц в іграх і 4,8 ГГц в робочих завданнях при охолодженні «водянкою» NZXT Kraken X63. У i2Hard під кастомним СВО один CCD працював на частоті 4,875 ГГц, а другий - при 4,725 ГГц. Фахівцям 3DNews підкорилася планка в 4,4 ГГц.

Підсумок

Першочергово хочеться привітати AMD - лінійка Ryzen 5000 на Zen 3 дійсно зроблена не для галочки. Інженери багато в чому поліпшили внутрішню структуру, щоб домогтися заявленого 19%-го зростання IPC. За нашими вимірами він становив 12%, але лише через набагато меншої вибірки бенчмарків та ігор.

У цілому Ryzen 9 5900X виявився на 11% швидше від свого попередника в синтетиці і на 25% в іграх. Якщо з попередньою лінійкою AMD впевнено перемагала в більшості синтетичних бенчмарків, але програвала Intel в іграх, то тепер вона швидше в обох випадках. Наприклад, перевага над Core i7-10700K досягає 11%. Так, бажано було б порівнювати з топовим Core i9, але у нас його не було в наявності, та й різниця між 10700K і 10900K в іграх буде невеликою.

Чи є у новій лінійці мінуси? Так є. Перший з них стосується кеш-пам'яті L3. Вона працює повільніше, хоча це буде відчуватися лише в тих програмах та іграх, які використовують її по максимуму.

По-друге, розгін залишається слабким місцем топових чипів. AMD знову вичавила з них максимум. Ручний розгін має сенс лише тоді, коли ви значно перевищуєте динамічну частоту. Наприклад, при розгоні всіх ядер Ryzen 9 5900X до 4,5 ГГц показники в основному падають, адже динамічна частота для окремих ядер може підніматися до 4,8 ГГц. Тому в більшості випадків краще довіритися автоматичним алгоритмам.

Автор: Сергій Буділовський 
Переклад: Лілія Масюк