Intel HD Graphics 3000 і 2000 проти дискретних відеокарт бюджетного сегменту

Всім відомо, що компанія Intel є найбільшим виробником центральних процесорів, але мало хто помічав її 50 процентну частку на ринку відеокарт. Запорукою успіху стало розумне просування інтегрованих графічних рішень. Вони широко використовуються і в мобільних системах, і в персональних ПК. Для підтримки цієї значної частки світового ринку компанія Intel постійно вдосконалює свої рішення. Так, торік були випущені нові серії продуктивних процесорів Clarkdale і Arrandale, які мають вбудоване відеоядро. Запорукою успіху цього напрямку компанії Intel став і той факт, що користувач одержує відеокарту одразу разом з придбаним процесором і надалі не бачить сенсу в її заміні. Нові графічні рішення, одержують ще більш вищу швидкодію, і оснащуються додатковими вузлами з апаратною реалізацією виконання популярних завдань.

Ядро минулого покоління Intel HD Graphics дозволило не тільки грати в старі 3D ігри, але і завдяки своїй швидкодії забезпечило користувачам можливість насолодитися великою кількістю сучасних стратегічних ігор. Друге покоління процесорів серій Intel Core i3, Intel Core i5, Intel Core i7 (Sandy Bridge), згідно ствердженням компанії Intel, вже може забезпечити нормальну роботу сучасних 3D ігор. З повним переліком ігор, які сумісні з новими інтегрованими в процесор графічними системами Intel HD Graphics 3000/2000, можна ознайомитися тут.

Багато в чому таке підвищення швидкодії графічної підсистеми стало можливим за рахунок розміщення графічного ядра на одному напівпровідниковому кристалі з іншими вузлами процесора і можливістю прямої взаємодії між ними. Ще одним плюсом нового рішення від Intel стала його висока енергоефективність, що суттєво збільшує економічність систем, побудованих на його основі. Це є важливим чинником для сучасних ноутбуків і ощадливих настільних систем, таких як домашні кінотеатри і медіацентри.

Однак всі ці ствердження компанії Intel про нові графічні системи Intel HD Graphics 3000/2000 заслуговують детального аналізу. У цьому матеріалі ми постараємося докладно розглянути реальні можливості цих продуктів і порівняти їх швидкодію з конкурентами з ринку дискретних відеокарт.

Intel HD Graphics другого покоління

Нові графічні ядра Intel HD Graphics 3000/2000 дуже схожі на свого попередника попереднього покоління Ironlake, який використовується в процесорах Clarkdale і Arrandale. Однак їх можливості суттєво збільшилися. Вся справа в зміненій будові самого процесора взагалі.

Використання 32-нм технологічного процесу та інтеграція графічного ядра в єдиний кристал з обчислювальними ядрами процесора, кеш-пам'яттю і контролером пам'яті суттєво збільшило їх сумарну ефективність роботи. Був усунутий основний недолік вбудованої графіки, це відносно низька швидкість роботи з пам'яттю. Раніше інтегровані графічні ядра, працюючи з системною пам'яттю, одержували суттєво обмежену швидкість доступу до неї. Та і використана пам'ять значно поступалася по пропускній здатності спеціалізованій відеопам'яті.

Більша частина цих проблем була вирішена в процесорах сімейства Sandy Bridge. Нові процесори надають графічному ядру свої внутрішні ресурси, що стало доступним завдяки тісній інтеграції.

Структура процесорів Sandy Bridge така, що всі внутрішні блоки, також і графічне ядро, поєднані між собою єдиною кільцевою шиною Ring Interconnect.

Вона є наступним етапом розвитку шини QPI (Quickpath Interconnect), яка після «обкатування» у серверних процесорах з оновленою 8-ядерною архітектурою Nehalem-EX, перекочувала і у ядро процесорів для настільних і мобільних систем. За допомогою Ring Interconnect утворюються чотири 32-розрядних кільця для шин Даних (Data Ring), Запитів (Request Ring), Моніторингу стану (Snoop Ring) і Підтвердження (Acknowledge Ring). Функціонує кільцева шина на частоті ядер, тому її пропускна здатність, затримки і енергоспоживання повністю залежать від частоти роботи обчислювальних блоків процесора.

Кільцева шина Ring Interconnect дозволяє графічному ядру користуватися системною пам'яттю, також, як і обчислювальним ядрам процесора, через високошвидкісну кеш-пам'ять третього рівня. Її об'єм у процесорів Sandy Bridge виріс до 6-8 МБ. Використання графічним ядром процесорного кешу L3 значно підвищує швидкодію його виконавчих блоків, знижуючи час простою від затримок трансляції даних.

Ці зміни не можна назвати єдиними. У графічних ядрах Intel HD Graphics 3000/2000 розробникам вдалося підвищити ефективність виконання цілого ряду завдань, а також був поліпшений паралелізм їх роботи. Так, до можливостей нового графічного ядра додалися підтримка інструкцій OpenGL 3.0, Shader Model 4.1 і DirectX 10.1.

Однак багато характеристик графічних ядер Intel HD Graphics 3000/2000 і їх архітектура залишилися незмінними. Intel HD Graphics містить 6 або 12 скалярних 128-бітних виконавчих блоків. У процесорах Sandy Bridge завдяки більш тонкому технологічному процесу була збільшена робоча частота графічного ядра. Інтегрована графіка процесорів Clarkdale і Arrandale, виконана на окремому кристалі по 45-нм технології, мала частоту до 900 МГц. Сучасний же 32-нм технологічний процес, який використовується при виробництві процесорів Sandy Bridge, забезпечив можливість роботи графічного ядра на частотах, що перевищують 1 ГШц. Наприклад для Intel Core i7-2600K частота роботи може змінюватися з 850 до 1350 МГц, а для Core i5-2500K з 850 до 1100 МГц. Це дає ще один істотний плюс до збільшення швидкості виконання графічних завдань оновленою версією Intel HD Graphics.

Процесор	Тип графічного ядра	Кількість виконавчих блоків	Intel Quick Sync Video, Intru 3D, Insider, Clear Video HD	Максимальна частота роботи GPU, МГц	Базова частота роботи GPU, МГц
Core i7-2600K	3000	12	+	1350	850
Core i7-2600	2000	6	+	1350	850
Core i7-2600S	2000	6	+	1350	850
Core i5-2500K	3000	12	+	1100	850
Core i5-2500	2000	6	+	1100	850
Core i5-2500S	2000	6	+	1100	850
Core i5-2500T	2000	6	+	1250	650
Core i5-2400	2000	6	+	1100	850
Core i5-2400S	2000	6	+	1100	850
Core i5-2405S	3000	12	+	1100	850
Core i5-2300	2000	6	+	1100	850
Core i5-2390T	2000	6	+	1100	650
Core i5-2310	2000	6	+	1100	850
Core i3-2120	2000	6	+	1100	850
Core i3-2100	2000	6	+	1100	850
Core i3-2100T	2000	6	+	1100	650
Core i3-2105	3000	12	+	1100	850
Pentium G850	2000	6	-	1100	850
Pentium G840	2000	6	-	1100	850
Pentium G620	2000	6	-	1100	850
Pentium G620T	2000	6	-	1100	650

Робоча частота графічного ядра процесорів Sandy Bridge може змінюватися залежно від завантаженості в цей момент процесорних ядер з 650-850 МГц (базові частоти для деяких моделей) до 1100-1350 МГц (максимальні частоти для деяких моделей). Так само як технологія Intel Turbo Boost, яка змінює тактову частоту процесора залежно від його поточного навантаження, нова технологія Graphics Dynamic Frequency and Power Sharing відповідає за динамічне регулювання частоти графічного ядра. Це дозволяє змінювати частоту роботи залежно від загального енергоспоживання і тепловиділення обчислювальних блоків процесора. При значному навантаженні на обчислювальні ядра частота графічного ядра зменшується і навпаки при зниженій активності обчислювальних блоків частота GPU збільшується. Це зроблено для контролю і стабілізації загального теплового пакета процесора.

Нове графічне ядро дозволяє по незалежній спеціалізованій шині FDI (Flexible Display Interface), яка працює по протоколу DisplayРort, передати зображення від процесора до чіпсету, і потім далі, до цифрових і аналогових виходів на материнській платі.

Основною відмінністю версій графічних ядер Intel HD Graphics 2000 і 3000, звичайно ж, є їх швидкодія. Це стало наслідком використання різних частот роботи і, головне, кількості виконавчих блоків. Intel HD Graphics 3000 має 12 виконавчі конвеєри, а Intel HD Graphics 2000 одержала всього шість. Це повинно обумовити відмінності у продуктивності, в окремих завданнях, майже вдвічі.

Однак сама архітектура графічного ядра має не так багато змін у порівнянні з рішенням минулого покоління Intel HD Graphics. Замість очікуваної підтримки DirectX 11 була просто додана підтримка DirectX 10.1. Відповідно і не багато додатків з підтримкою OpenGL обмежені апаратною сумісністю тільки з 3-ю версією специфікації цього вільного API. При цьому, хоча і сказано про вдосконалення обчислювальних блоків, але їх залишилося стільки, скільки було – 12, і то тільки для старших процесорів. Однак збільшення тактової частоти до 1350 МГц обіцяє помітний приріст продуктивності.

Новий медіапроцесор також одержав розширений набір пост-процесінгових функцій апаратною реалізацією алгоритмів для автоматичного налаштування контрастності зображення (ACE – Adaptive Contrast Enhancement), коригування кольору (TCC – Total Color Control) і поліпшення відображення шкіри (STE – Skin Tone Enhancement). Підвищує перспективність використання вбудованої відеокарти реалізована підтримка інтерфейсу HDMI версії 1.4, сумісного з Blu-ray 3D (Intel Intru 3D).

Нова технологія Quick Sync

У графічному ядрі другого покоління, яке вбудовується в процесори Sandy Bridge, присутні нові апаратні модулі. Вони забезпечують роботу технології Quick Sync, яка дозволяє значно прискорити обробку відеопотоку – апаратне прискорення кодування і декодування відео високої роздільної здатності.

В процесі кодування і декодування використовуються вузькоспеціалізовані обробні модулі. Виділені апаратні відеокодер і відеодекодер суттєво збільшують швидкість виконання цих операцій.

До складу Quick Sync входять апаратний декодер, який застосовується для прискорення відтворення відеоконтенту форматів MPEG-2, VC-1 і AVC. Він може повністю забрати на себе всі функції декодування, включаючи компенсацію руху і loop-фільтрацію. Його багатопоточність дозволяє декодувати відео в декілька потоків і навіть у режимах «зображення в зображенні», стерео 3D Blu-ray або MVC.

Також Quick Sync містить у собі апаратний кодек, який виконує операцію кодування відео потоку. У роботі кодека можуть бути задіяні і традиційні виконавчі модулі графічного ядра. Він підтримує операцію кодування для найпоширенішого формату AVC.

Основною особливістю технології Quick Sync є її здатність декодувати відео з одного формату одночасно з кодуванням його в іншій. Це суттєво зменшує загальний час операцій конвертації відео, а саме вони є одними з самих ресурсномістких для сучасних процесорів. Зменшення часу обробки відео контенту суттєво впливає на загальні витрати електроенергії в працюючій системі. При роботі технології Quick Sync користувач не тільки може швидко конвертувати відео файли, але і вільно використати звільнені ресурси процесорних ядер для паралельного виконання інших завдань.

Серед великої кількості позитивних якостей нової технології Quick Sync у ній є і не дуже зручні особливості. Блоки кодування і декодування поміщені саме в графічне ядро, що в більшості материнських плат не дозволяє їх використовувати при роботі вашого комп'ютера від дискретної відеокарти. Задіяти технології Quick Sync одночасно c роботою на дискретній відеокарті стало можливим тільки з виходом програмного забезпечення від компанії LucidLogix – технологія Lucid Virtu. І тільки на материнських платах, які пройшли сертифікацію для роботи з цією технологією.

Lucid Virtu

Сама можливість одночасного використання обох відеокарт доступна тільки на ліцензованих платах з системною логікою Intel Z68 Express. Програмна функція Lucid Virtu, призначена для віртуалізації графічного ядра. За рахунок цієї технології користувачам, що встановили дискретну відеокарту, залишаться доступними можливості вбудованого в процесор Sandy Bridge графічного ядра. Особливо така віртуалізація помітна при використанні інтегрованого ядра в якості кодера і декодера з застосуванням технології Intel Quick Sync. Відзначимо, що Intel Quick Sync повинна працювати більш ефективно, ніж технології AMD Stream або NVIDIA CUDA.

Технологія Lucid Virtu має два режими i-Mode і d-Mode. У режимі i-Mode підключення дисплея проводиться до виходу вбудованого GPU процесора, тобто до материнської плати. У такому режимі функції основного прискорювача виконує інтегроване ядро, а дискретна відеокарта включається в роботу тільки в 3D-додатках. За рахунок цього відбувається економія електроенергії. У режимі d-Mode дискретна відеокарта є основною, а інтегроване ядро використовується у випадку кодування за технологією Intel Quick Sync у певних додатках. На даний момент до таких додатків належать Cyberlink MediaEspresso, ArcSoft MediaConverter 7.

Тестування

У нашому тестуванні візьмуть участь чотири процесори з різними можливостями графічної підсистеми.

Модель процесора	Intel Pentium G840	Intel Pentium G620	Intel Core i5-2500K	Intel Core i5-2300
Маркування	SP05P	SR05R	SR008	SR00D
Тактова частота, ГГц	2,8	2,6	3,3	2,8
Максимальна частота  Turbo Boost, ГГц	-	-	3,7	3,1
Множник	28	26	33	28
Частота шини, МГц	100	100	100	100
Об'єм кеш-пам'яті L1 (Дані / Інструкції), КБ	2x32 / 2x32	2x32 / 2x32	4x32 / 4x32	4x32 / 4x32
Об'єм кеш-пам'яті L2, КБ	2x256	2x256	4x256	4x256
Об'єм кеш-пам'яті L3, КБ	3072 (3 МБ)	3072 (3 МБ)	6144  (6 МБ)	6144 (6 МБ)
Кількість ядер / потоків	2/2	2/2	4/4	4/4
потужність, що розсіюється, Вт	65	65	95	95
Критична температура, °C	69,1	69,1	72,6	72,6
Техпроцес	32 нм	32 нм	32 нм	32 нм
Вбудоване графічне ядро	Intel HD Graphics 2000	Intel HD Graphics 2000	Intel HD Graphics 3000	Intel HD Graphics 2000
Обчислювальних конвеєрів, шт	6	6	12	6
Робоча частота, МГц	850	850	850	850
Максимальна динамічна частота, МГц	1100	1100	1100	1100
Об'єм використовуваної пам'яті, ГБ	до 1,7	до 1,7	до 1,7	до 1,7

Офіційні характеристики графічного ядра процесора Intel Pentium G620

Офіційні характеристики графічного ядра процесора Intel Pentium G840

Офіційні характеристики графічного ядра процесора Intel core i5 2300

Офіційні характеристики графічного ядра процесора Intel core i5 2500k

У лінійках процесорів другого покоління (для роз’єму LGA1155) компанії Intel на даний момент використовується три варіанти графічних ядер. Це Intel HD Graphics 3000, Intel HD Graphics 2000 і, як називає його розробник, Intel HD Graphics (полегшений варіант Intel HD Graphics 2000). Саме остання модифікація графічного ядра використовується в таких моделях процесорів як Intel Pentium G620 і Intel Pentium G840, а також інших рішеннях для роз’єму LGA1155, які представлені в серії «Pentium G». Базові робочі частоти всіх графічних ядер коливаються в однакових діапазонах. Однак при розгляді їх архітектури головною відмінністю інтегрованої графіки бюджетної лінійки процесорів «Pentium G» від Intel HD Graphics 2000 стане відсутність блоків відповідальних за роботу технології Quick Sync Video, Intru 3D, Insider, Clear Video HD. Це повинно суттєво збільшити навантаження на основний процесор при роботі з відеоконтентом.

Саме практичну користь таких можливостей, які з'явилися внаслідок деяких змін архітектури, ми і хочемо дослідити, порівнявши нове рішення з самими бюджетними дискретними прискорювачами.

Для того щоб коректно оцінити можливості Intel HD Graphics 3000 і Intel HD Graphics 2000 частоти процесорів Intel Core i5 2300 і Intel Core i5 2500K були приведені до значення 2,8 ГГц і відключені режими технології енергозбереження і Turbo Boost. Ці тестові результати підписані як «Intel core i5 2300 without Turbo Boost» і «Intel core i5 without Turbo Boost». При цьому дискретні відеокарти тестувалися на цій же системі з процесором Intel Core i5 2300, який працював на тактовій частоті 2,8 ГГц.

У тестуванні брав участь тестовий стенд з такими компонентами:

Материнська плата	MSI P67A-GD55 (Intel P67A Express, LGA 1155, matx)
Кулер	Scythe Kama Angle rev.B (LGA 1156/1366 support)
Оперативна пам'ять	2x DDR3-2000 1024 МБ Kingston HyperХ KHX16000D3T1K3/3GX
Жорсткий диск	Seagate Barracuda 7200.12 ST3500418AS, 500 ГБ, SATA-300, NCQ
Блок живлення	Seasonic SS-650JT, 650 Вт, Active PFC, 80 PLUS, 120 мм вентилятор

Вивчивши результати, одразу хочеться відзначити деяку перевагу Intel HD Graphics 2000 над низкою найбільш бюджетних відеокарт, які ще є в продажі на нашому ринку. Отримана швидкодія багато в чому є наслідком архітектурних покращень, зокрема быльш швидка робота з пам'яттю. Також відзначимо, що графічні прискорювачі ASUS GeForce GT 520 SILENT 1GB DDR3 і HIS Radeon HD 6450 Silence 1GB GDDR5, виконані на молодших графічних процесорах нових поколінь від компаній AMD і NVIDIA, є більш продуктивними, ніж сучасна інтегрована графіка від компанії Intel.

Порівнюючи модифікації Intel HD Graphics 2000 і 3000 між собою, можна підтвердити одержання приросту продуктивності на 50 відсотків за рахунок подвоєного кількості виконавчих блоків. Однак також варто відзначити і більш вище енергоспоживання процесорів з Intel HD Graphics 3000. Що ж стосується «спрощених» версій лінійки процесорів Sandy Bridge серії «Pentium G», то продуктивність використаного в них графічного ядра в ігрових додатках подібна з такою у Intel HD Graphics 2000.

Якщо подивитися наше тестування графічного ядра Intel HD Graphics минулого покоління, то в ньому була відзначена менша продуктивність Intel HD Graphics минулого покоління в порівнянні з найпростішими дискретними прискорювачами на ATI Radeon HD 4350 і NVIDIA GeForce 210, а сучасні рішення від компанії Intel суттєво їх перевершують. Звичайно, можна, і потрібно зауважити, що покупка додаткової карти збільшує вартість системи, а також трохи її енергоспоживання, тому якщо не передбачається грати на новому ПК у вимогливі ігри, то вбудоване рішення буде вигідніше у всіх відносинах. До того ж на включені в тестування зовнішніх відеокартах не дуже і пограєш у сучасні ігри, особливо якщо у власника широкоформатний монітор з роздільною здатністю Full HD і є бажання побачити всі ефекти. А покупка дійсно ігрової відеокарти це вже зовсім інше питання, як і вибір в таку систему процесора.

Відтворення відео високої чіткості

Однією із значних змін в структурах графічних ядер нового покоління Intel HD Graphics 2000 і 3000 стало використання для обробки відеопотоку спеціалізованих апаратних блоків, що повинно суттєво підвищити швидкість виконання цих операцій. Апаратне декодування дозволяє значно зменшити навантаження на процесор, заощадивши, таким чином, системні ресурси.

Для оцінки можливостей відеоприскорювачів Intel HD Graphics другого покоління ми скористалися процесорами Intel Pentium G630 і Intel Celeron G530, припускаючи, що якщо ці моделі впораються з апаратним декодуванням HD Video, то і графічні ядра Intel HD Graphics 2000 і 3000 в повноцінних процесорах сімейства Intel Sandy Bridge тим більше повинні виконати це завдання.

Для тесту ми вибрали два фільми. В одному відеопотік був закодовано у форматі H.264, а в іншому - VC-1. Причому в обох файлах використовувався контейнер mkv (Matroska).

Дані про файли:

Фільм «Jumper»
контейнер: Matroska
Розмір: 9,45 ГБ
Формат відео: AVC
Кодек: H.264/AVC
Роздільна здатність: 1920x816
Аудіо доріжка № 1: 6-канальний звук у форматі AC-3

Фільм «Хроніки Ріддіка»
Формат файлу: Matroska
Розмір: 16,6 ГБ
Бітрейт: 16 Мб/c
Формат відео: VC-1
Кодек: WVC1
Роздільна здатність: 1920 х 1080
Аудіо доріжка № 1: 6-канальний звук у форматі AC-3

Відразу варто відзначити, що для апаратного відтворення необхідно оновити встановлене ПЗ в комп'ютері. Зокрема компанія Intel пропонує «використовувати останні версії media player програм, системної BIOS і драйверів для Intel Graphics Media Accelerator». Але, як з'ясувалося, навіть ці умови не дозволяють автоматично програвати HD-відео. З другої спроби нам таки вдалося домогтися апаратного відтворення відео закодованого в H.264 за допомогою програвача «Windows Media Player», оновивши при цьому кодеки K-Lite Codec Pack 7.8.0 в операційній системі.

Установки програвача Windows Media Player у вкладці «Options» виглядали таким чином:

Результати були отримані наступні.

Навантаження на процесори Intel Pentium G620 і Intel Celeron G530 при програванні фільму «Jumper» в середньому знаходилася на рівні 10%, при цьому процесори працювали в економному режимі з частотою 1600 МГц.

При зміні налаштувань в Windows Media Player та відключення, таким чином, апаратного прискорення, спостерігалося збільшення частоти роботи процесорів до максимальної і збільшення завантаження процесора в диспетчері завдань до 40%.

Для відтворення відео в форматі VC-1 довелося скористатися програвачем KMPlayer 3.0.0.1442, який з налаштуваннями за замовчуванням міг апаратно декодувати фільм «Хроніки Ріддіка».

Навантаження на процесор Intel Celeron G530 при апаратному відтворенні формату VC-1 в контейнері mkv становило в середньому близько 12%, при цьому процесор знаходився в режимі енергозбереження, працюючи з частотою 1600 МГц. Така ж ситуація спостерігалася і при використанні процесора Intel Pentium G630.

При відключенні апаратного декодування, у нашому випадку використанні програвача Windows Media Player, частота процесора неминуче зростала до максимальної, а процес відтворення відео за допомогою Intel Pentium G630 займав половину його ресурсів.

Таким чином, для побудови медіацентру можна рекомендувати абсолютно всі моделі процесорів лінійки Intel Sandy Bridge, але при цьому бажано правильно настроїти програму для програвання медіаконтенту з високою роздільною здатністю.

Підсумки

В першу чергу хочеться відзначити, що нові графічні ядра Intel HD Graphics 2000 і Intel HD Graphics 3000 забезпечують в 2-2,5 рази більшу продуктивність у порівнянні з графічним ядром минулого покоління Intel HD Graphics. Такий приріст забезпечує цим рішенням комфортну підтримку роботи практично всіх сучасних стратегічних ігор і навіть деяких 3D ігор на мінімальних налаштуваннях. Однак ці інтегровані графічні рішення не зможуть стати гідною заміною навіть самих слабких дискретних рішень останніх поколінь (AMD Radeon HD 6000 і NVIDIA GeForce 500). Наявні можливості графічних ядер Intel HD Graphics 2000 і HD Graphics 3000 дозволяють перетворити вашу систему в повноцінний домашній медіацентр з мінімально необхідною швидкодією для всіх сучасних завдань і навіть невимогливих ігор. Якщо врахувати загальні накладні витрати на придбання інтегрованої графіки, яка дістається умовно безкоштовно при покупці процесора, то в порівнянні з дискретними картами такий підхід суттєво більш ощадливий. Але при бажанні насолодитися сучасними іграми на високій роздільній здатності або при високих налаштуваннях, що поліпшують якість ігрової сцени, доведеться задуматися про придбання дискретної відеокарти мінімум середнього цінового діапазону. Але якщо ігри це другорядні або навіть третьорядні завдання для вашої системи, то використання Intel HD Graphics у процесорах лінійки Sandy Bridge навіть у самому повільному варіанті, всередині процесора Intel Pentium G620, можна вважати оптимальним вибором.

Автор: Валерій Паровишник
Переклад: Анна Смірнова

Висловлюємо подяку компаніям Intel, Kingston, Scythe і Sea Sonic за надане для тестування обладнання.