Test czterordzeniowych procesorów Intel Ivy Bridge
24/04/2012
Pod koniec kwietnia 2012 roku Intel wprowadził nową generację procesorów przeznaczonych do laptopów. Ivy Bridge, jednostki wykonane w technologii 22 nm, stanową trzecią odsłonę procesorów Core. W niniejszym artykule zajęto się procesorami czterordzeniowymi, które zadebiutowały jako pierwsze.
W stosunku do ubiegłorocznej architektury Sandy Bridge - określanej jako "tak" (ang. "tock") w zegarowym żargonie Intela - Ivy Bridge jest przejściem na niższy proces technologiczny, czyli "tik" (ang. "tick"). Ze względu na wyjątkowo duże zmiany, szczególnie w zakresie podsystemu graficznego, Intel mówi o "tiku z kawałkiem" (ang. "tick+").
W niniejszym artykule przybliżono pokrótce te modyfikacje, a w jego drugiej części omówiono wyniki przeprowadzonych testów referencyjnych.
Technologia
W procesorach Ivy Bidge wykorzystano po raz pierwszy tranzystory trzybramkowe (Tri-Gate), które zastąpiły klasyczne płaskie tranzystory. Intel obiecuje, że znacząco poprawiono wydajność na niskich napięciach, co jest szczególnie ważne dla procesorów przeznaczonych do laptopów. Nowe tranzystory wyróżniają się wyjątkowo małymi prądami upływu (co oznacza mniejsze straty energii). Inną korzyścią, wynikającą z miniaturyzacji, jest zwiększenie gęstości elementów. W czterordzeniowym Sandy Bridge zmieszczono około 1,16 mld tranzystorów na powierzchni 212 mm², a w Ivy Bridge - 1,4 mld tranzystorów na 160 mm²; oznacza to wzrost o około 60% na milimetr kwadratowy.
Architektura
Podobnie jak Sandy Bridge, procesory Ivy Bridge mają maksymalnie cztery rdzenie CPU, którym towarzyszą zintegrowany układ graficzny, do 8 MB pamięci podręcznej trzeciego poziomu i tzw. blok System Agent (zawiera kontroler pamięci, DMI i kontrolery łączy I/0).
Podstawowe dane techniczne są następujące:
- proces 22 nm
- 1,4 mld tranzystorów
- powierzchnia układu 160 mm²
- 32 + 32 kB pamięci podręcznej L1 Cache (na rdzeń)
- 256 kB pamięci podręcznej L2 Cache (na rdzeń)
- 6 lub 8 MB pamięci podręcznej L3 Cache (dla wszystkich rdzeni i GPU)
- układ grafiki HD Graphics 4000 (GT2, DirectX 11, 16 jednostek wykonawczych)
- kontroler pamięci DDR3(L), do 800 MHz (PC3-12800)
- 16 linii PCIe 3.0
- wsparcie MMX, SSE, (1, 2, 3, 3S, 4.1, 4.2), AVX, AES-NI, Intel 64
- TDP 35, 45 lub 55 W
CPU
Procesor Ivy Bridge jest podobny do swojego poprzednika, toteż również on posiada Hyper-Threading i Turbo Boost 2.0. Modyfikacje, o których mowa w niniejszym artykule, przyniosły zwiększenie wydajności na MHz o około 5%.
W Ivy Bridge zmieniono wykonywanie instrukcji kopiowania danych między rejestrami, co odciąża jednostki wykonawcze.
Modyfikacje dotyczą też dzielnika (zwiększona przepustowość), operacji przesunięcia danych oraz poleceń AVX i SSE przez dodanie sześciu rejestrów ładowania dla pamięci podręcznej.
Zmieniono też funkcję wstępnego wczytywania. Wykorzystanie pamięci podręcznej jest dopasowywane dynamicznie, przy czym priorytet mają operacje najbardziej obciążające przepustowość.
W Ivy Bridge dodano kolejne instrukcje. Nowością jest generator liczb losowych (Digital Random Number Generator, DRNG) o prędkości 2-3 Gb/s. Instrukcja RDRAND powinna poprawić wydajność szyfrowania danych.
Wprowadzone zostało też zabezpieczenie w postaci SMEP (Supervisor Mode Execution Protection), które w zamierzeniu ma chronić przed wykonaniem kodu znajdującego się w pamięci dostępnej z trybu użytkownika (zabezpieczenie systemu operacyjnego przed wykonaniem nieautoryzowanego kodu z najwyższymi uprawnieniami).
GPU
Nowy układ graficzny (HD Graphics 4000) i jego wydajność zostały opisane w odrębnym artykule, Test Intel HD Graphics 4000.
System Agent
To jedna z ważnych składowych procesora, która wraz z GPU pamięcią podręczną zajmuje dużą część jego powierzchni.
Kontroler pamięci obsługuje RAM DDR3-1600 (taktowanie rzeczywiste 800 MHz). Pojawiło się oficjalnie wsparcie modułów DDR3L o napięciu 1,35 V. Zmniejszenie zużycia energii (a tym samym wydłużenie czasów pracy na akumulatorze) ma przynieść także bramkowanie zasilania pamięci.
Standardem w procesorach Ivy Bridge jest wsparcie PCI Express 3.0.
Chipsety
Tuż przed premierą procesorów Ivy Bridge Intel przedstawił chipsety z serii 7, do której należy pięć różnych modeli przeznaczonych do laptopów.
Z wyjątkiem podstawowego HM75 posiadają one natywne wsparcie czterech portów USB 3.0, co prawdopodobnie przyczyni się do popularyzacji tego standardu.
Zasadniczo procesory Sandy Bridge są kompatybilne z chipsetami z serii 7, a procesory Ivy Bridge są kompatybilne wstecznie z chipsetami z serii 6. Nie jest jednak pewne, czy można będzie zmieniać procesory na jednostki nowej generacji w laptopach z Sandy Bridge.
Platforma testowa
Do testowania procesorów Ivy Bridge posłużył kadłubek Clevo P170EM (Schenker XMG P702 PRO). Co istotne, przetestowane CPU były wersjami próbnymi (engineering sample), więc egzemplarze z produkcji seryjnej mogą się zachowywać nieco inaczej.
Konfiguracja testowa:
- chipset Intel HM77
- procesory Intel Core i7 Ivy Bridge
- 8 GB RAM DDR3 (1333 MHz)
- karta grafiki Nvidia GeForce GTX 670M
- dysk Intel SSD 320 Series (80 GB)
- matryca 17,3" Full HD
- system operacyjny Windows 7 Home Premium 64
Przegląd czterordzeniowych procesorów Ivy Bridge
Podstawowe dane techniczne zostały wyszczególnione w poniższej tabelce. Więcej informacji i wyniki testów dla poszczególnych procesorów Ivy Bridge znajdzie Czytelnik na stronach stworzonych dla każdego z nich (prowadzą do nich linki również zamieszczone w tabeli).
Szczególnie ciekawym modelem jest Core i7-3612QM, pierwszy procesor czterordzeniowy Intela o TDP na poziomie 35 W, który może być dzięki temu stosowany w mniejszych laptopach, z ekranem o przekątnej 12-14". Niestety nie udało się go pozyskać na testy.
| oznaczenie | r/w | takt. bazowe | Turbo QC / DC / SC | L3C | TDP | zegar GPU | cena hurtowa |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Core i7-3920XM | 4/8 | 2,9 GHz | 3,6 / 3,7 / 3,8 GHz | 8 MB | 55 W | 650-1300 MHz | $1096 |
| Core i7-3820QM | 4/8 | 2,7 GHz | 3,5 / 3,6 / 3,7 GHz | 8 MB | 45 W | 650-1250 MHz | $568 |
| Core i7-3720QM | 4/8 | 2,6 GHz | 3,4 / 3,5 / 3,6 GHz | 6 MB | 45 W | 650-1250 MHz | $378 |
| Core i7-3615QM | 4/8 | 2,3 GHz | 3,1 / 3,2 / 3,3 GHz | 6 MB | 45 W | 650-1200 MHz | OEM |
| Core i7-3610QM | 4/8 | 2,3 GHz | 3,1 / 3,2 / 3,3 GHz | 6 MB | 45 W | 650-1100 MHz | OEM |
| Core i7-3612QM | 4/8 | 2,1 GHz | 2,8 / 3,0 / 3,1 GHz | 6 MB | 35 W | 650-1100 MHz | OEM |
Testy syntetyczne
Cinebench R10
Nowym procesorom nie udało się uzyskać dużo lepszych wyników w teście jednowątkowym. W zależności od modelu notowano rezultaty o 4-10% wyższe, a zegar w zegar wydajność była o około 3% lepsza.
Większe różnice zaobserwowano w teście wielowątkowym. Najsłabszy z przetestowanych Ivy Bridge, i7-3610QM, okazał się o 13% lepszy od i7-2670QM.
Cinebench R11.5
Podobnie wygląda to w aplikacji Cinebench R11.5. W teście wielowątkowym odnotowano wzrost wydajności o 12-15%. Przeznaczony do komputerów stacjonarnych procesor i7-2700K uzyskuje około 7,0 pkt., a więc jest odrobinę słabszy od i7-3920XM.
3DMark (CPU Score)
3DMark06 i 3DMark Vantage w dużej mierze potwierdziły ustalenia z wyżej przytoczonych testów. Najmocniejszy Sandy Bridge, i7-2960XM, uplasował się pomiędzy i7-3720QM a i7-3820QM. Najwydajniejszy Ivy Bridge, ekstremalny i7-3920XM, okazał się o 15-21% lepszy od najsłabszego i7-3610QM.
x264 HD Benchmark 4.0
Procesory Ivy Bridge wypadły w tym teście przetwarzania materiału wideo bardzo korzystnie. Podstawowy model i7-3610QM okazał się lepszy od i7-2670QM o 17-26%, a w przypadku szybszych jednostek różnice są jeszcze większe.
WinRAR
WinRAR jest znany z tego, że jest wymagający względem pamięci operacyjnej, a testowana konfiguracja nie była idealna ze względu na RAM DDR3-1333. Podstawowy Ivy Bridge, i7-3610QM, wypadł nawet nieco gorzej od i7-2670QM, przedstawiciela generacji Sandy Bridge.
Super PI
Core i7-3920XM zbliżył się w próbce 1M do magicznej bariery 10 s na odległość 0,1 s. Procesor ten powinien ją przebić, gdyby laptop był wyposażony w szybsze moduły pamięci RAM DDR3-1600.
wPrime
W tym teście przewaga najsłabszego przetestowanego Ivy Bridge (i7-3610QM) nad podstawowym obecnie czterordzeniowym Sandy Bridge (i7-2670QM) okazała się niewielka.
Pobór mocy
Choć TDP na papierze właściwie nie zmieniło się w porównaniu do procesorów Sandy Bridge, sprawdzono, jak wygląda kwestia poboru mocy procesorów Ivy Bridge. Pomiarów tego parametru dokonano między zasilaczem a gniazdkiem, a więc ich wyniki dotyczą całego komputera, a nie tylko procesora.
Wygląda na to, że częstotliwość taktowania w spoczynku została zwiększona z 800 MHz w Sandy Bridge do 1200 MHz w Ivy Bridge, co może mieć pewien wpływ na pobór mocy. W każdym razie wszystkie procesory Ivy Bridge pobierały w spoczynku o około 2 W więcej, niż porównywany z nimi w tym teście Sandy Bridge (i7-2760QM).
Przy obciążeniu jednego rdzenia poszczególne procesory uzyskały zbliżone wyniki. Tu trzeba odnotować, że Ivy Bridge lepiej wykorzystują tryb Turbo. W procesorze Sandy Bridge, i7-2760QM, częstotliwość taktowania wynosiła po pewnym czasie tylko 3,2 GHz zamiast możliwych 3,5 GHz. W przypadku i7-3610QM było to również 3,2 GHz, z tym że jego maksimum to 3,3 GHz. Modele i7-3720QM, i7-3820QM i i7-3920XM również pracowały z taktowaniem o 100 MHz niższym od teoretycznego maksimum.
Podobnie wygląda to przy pełnym obciążeniu. Pobór mocy pod obecność w laptopie procesora Sandy Bridge wynosił o kilka watów mniej, ale też niższe było taktowanie CPU. Podczas gdy taktowanie i7-2760QM spadło do 2,8 i 2,6 GHz (odpowiednio w testach Cinebench i Prime95), i7-3610QM utrzymał taktowanie 3,1 GHz; to znacząca korzyść z przejścia na proces 22 nm.
Podsumowanie
Procesory Sandy Bridge wniosły do laptopów znaczący skok wydajności. Kolejna generacja, Ivy Bridge, nie zapewniła podobnego postępu. Zwiększenie osiągów o kilka-kilkanaście procent nie jest czymś, czym można by się ekscytować, szczególnie że większość użytkowników laptopów spodziewała się prawdziwego przełomu.
W takich okolicznościach wyniki testów Ivy Bridge mogą być rozczarowaniem. Jeżeli jednak szukamy laptopa z możliwie wydajnym procesorem, to i tak jedynym słusznym będzie nadal wybór procesora Intela. Po drugie, za jakiś czas pojawią się prawdopodobnie procesory o wyższym zegarze, więc różnica względem starszej generacji się zwiększy. Na razie godny polecenia jest Core i7-3610QM, który z powodu niskiej ceny i relatywnie dobrych osiągów stanie się zapewne najpopularniejszym modelem. Jeśli jednak jest się użytkownikiem laptopa z procesorem Sandy Bridge, zmiana na Ivy Bridge nie jest koniecznością.
Autor: Till Schönborn
Tłumaczenie: Tomasz Cyba
