Intel против AMD: чем отличаются процессоры Ryzen и Core i

Уже 50 лет Intel и AMD являются главными игроками на рынке, но разобраться в них сложно, особенно после релиза Ryzen и резкого подъема AMD. Так в чем основные отличия самых популярных процессоров?

Ни для кого не секрет, что где-то с середины 00-х AMD сильно отстала от Intel. В числе причин принято называть низкий прирост скорости IPC (межпроцессного взаимодействия) у процессоров и неэффективные инженерные решения.

Скорее всего, сыграли и проблемы с управленцами – иначе история AMD не поделилась бы на жизнь до и после прихода Лизы Су, ставшей исполнительным директором AMD в 2014 году и до сих пор ведущую корпорацию к новому величию.


А с Intel после кризиса AMD ничего особенного не происходило, и подлинную романтику вокруг развития компании найти тяжело. Линейка Core росла и развивалась стабильно, разве что в какой-то момент ценовая политика «синих» перестала устраивать многих сознательных фанатов железа.

Эпоха Zen

Поговорим о развитии микроархитектур х86. Кратко: K8 была отличной и востребованной; во времена K10 пошел явный упадок, приведший к этакому застою конца десятилетия. Но и релиз Zen не то чтобы взорвал умы потребителей.

Несмотря на сегодняшний успех, первое и второе поколения Ryzen не смогло конкурировать с актуальным на тот момент Core i5-7600K. Преимущество большего количества ядер и многопоточности было нивелировано аппаратными ошибками, в том числе проблемами с откликом процессора.


Естественно, учитывая тематику Coop-Land.ru, грубо будет не упомянуть мизерное количество видеоигр, оптимизированных под Ryzen – решения Intel рвали конкурента по всем фронтам в геймерском сегменте.

Настоящий толчок к происходящему в данный момент перевороту на рынке дали процессоры Ryzen 3000 с 7-нм кристаллами и архитектурой Zen 2. Значительное усовершенствование реализации IPC позволило увеличить число ядер, а чистая однопоточная производительность Zen 2 оказалась даже выше, чем у Coffee Lake.


Таким образом «красные» сравнялись с основной силой Intel. После релиза от вернувшихся конкурентов Intel почувствовала угрозу, особенно со стороны AMD Ryzen Threadripper, но волнение касалось разработок для профи. Ответ оказался невнятным: процессоры Skylake Refresh оставили многих экспертов в смешанных чувствах и разбитых ожиданиях нового технологического прорыва.

Но Intel предлагала все больше ядер и больше потоков в каждой ценовой категории. У Intel Core i3 10-го поколения производительность выше, чем у Kaby Lake Core i7-7700K 7 поколения. Мощнейшие представители i9 по числу ядер сравнимы с Intel Xeon, что не может не поражать.

Монолиты Intel против чиплетов AMD

Больше десяти лет назад, еще во времена первых процессоров Phenom, у обеих корпораций был сложный выбор. Intel, несмотря на протесты некоторых инженеров, предпочла развивать монолитные 45-нм кристаллы против перспективной многочиповой компоновки.

Что это за монолиты? Если вкратце, то все ядра, кэш и прочие компоненты физически расположены на одном кристалле. Благодаря выбранной уютной компоновке снижается задержка, быстрее осуществляется доступ любого ядра к кэшу и системной памяти, что позволяет оптимизировать производительность и даже повысить энергоэффективность.

Монолитные процессоры эффективней, но как-то дороже и вообще...

Производители процессоров и других изделий с использованием кремния, по статистике, никогда не имеют стопроцентного выхлопа с произведённой продукции. Доход зависит от количества брака на производстве. Например, 90% процессоров Intel свыше 14-нм готовы к полноценному использованию (ну, плюс-минус). Звучит круто, но 1 процессор из 10 окажется с дефектом, 10 процессоров из 100 не принесут профит.

Это немного грустно для производителя, который вынужден нанимать специалистов по ценообразованию, и совсем грустно для конечного покупателя, который оплачивает эти дефектные продукты из своего кармана по законам рыночка.



Причина роста? Очевидно, что каждое ядро в используемой монолитной схеме должно быть функциональным. Вы наверняка уже разобрались, что монолит-монолитом, но каждое ядро является отдельным компонентом и объединяет их лишь пресловутый кристалл, и сделали простейший вывод: чем сложнее единая схема, тем вероятнее поломка в ней.

Получается, что если в вашей 8-ядерной монолитной штуковине работоспособны лишь только 7 ядер, можно выбрасывать весь процессор. Разбавим нашу воду изящными цифрами: каждое дополнительное ядро добавляет 10% шанс к браку.


Тогда на один готовый к продаже 20-ядерный Xeon приходится до 2-х непригодных для использования. Естественно, инженеры тоже слышали эту историю и трудятся над повышением эффективности производства. Но обычная математика работает против них.

Компоновка Chiplet от AMD

Да, вернемся от монолитов к чиплетам. Приятное, хрустящее название можно развернуть на огромное и громоздкое «многокристальный (многочиповый) модуль (MCM)», отдающее советскими словарями технических терминов.

Так как процессоры Ryzen не так давно ворвались в поле зрения обычных пользователей, многие используемые решения все еще не переведены в признанные обществом термины. Поэтому связь между блоками в процессорах AMD Ryzen приходится называть Infinity Fabric.

Эта самая Infinity Fabric дает повод представить Ryzen как несколько отдельных процессоров, связанных между собой коммутатором 256-разрядных двунаправленных шин.


Тут требуется уточнение – это не гирлянда из случайно болтающихся ядер, а упорядоченные кластеры 4 ядер и их кэшей, называемые CCX. Два кластера (или комплекса, как хотите) CCX объединяются в CCD, создавая основу процессоров Ryzen и Epyc на архитектуре Zen. Пойдем до конца – 8 CCD позволяют Threadripper 3990X использовать до 64 ядер. Вау.

Такие «наборы» позволяют снизить количество идущих в утиль процессоров – каждый 4-ядерный блок отличается максимальной функциональностью и не выходит из строя при исключении ядер из работы. То есть два блока с дефектными ядрами, грубо говоря, можно пихнуть в сборку для 6-ядерного процессора и снизить его цену.





Скорость шины Infinity Fabric также напрямую зависит от тактовой частоты и разгона памяти, что давало ощутимую производительность процессора в руках грамотных оверклокеров при стабильных 1800 МГц у Ryzen 3000.

AMD исправила указанный недостаток (который и не все наши соотечественники считают недостатком из-за Precision Boost) в Ryzen 3000 с помощью огромного кэша третьего уровня L3, назвав его «кэшем» для гейминга. Воззовем к цифрам: у Intel i7 9700K всего 12 Мбайт L3. А AMD же объединила 3700X с 32 Мбайт L3 и 3900X с 64 Мбайт L3.

L3 равномерно распределяется между ядер и не вытесняет общие данные; увеличенный кэш позволяет ядрам использовать больше кэша по своим надобностям при низком уровне автоматического планирования ядер и обращаться к любому блоку L3 за приблизительно одинаковое время.



Тогда можно заявить, что Ryzen 3000 при практически любой нагрузке показывают равную или лучшую производительность, чем Coffee Lake, справляясь с основными трудностями еще до их возникновения.

Не так давно все интернеты были забиты тестами от восторженных техноблогеров, которые радовались возвращению «красных» на рынок потребительских процессоров и наперебой сравнивали Ryzen 3000, кажется, даже с подобранными на улице камнями. В пользу Ryzen, конечно. Так что наверняка в памяти читателей еще остались впечатления от техноистерии и уточнений не требуется.

Но не все блогеры упоминали о том, что из-за особенностей сборки Ryzen 3000 самые горячие места процессора смещены относительно центра и требуют несколько иного подхода к охлаждению процессора по сравнению с монолитными.

Чиплет или монолитный кристалл: что лучше?

Очевидно, что каждый из рассмотренных подходов к проектированию имеет место быть. Решения Intel и AMD справедливы для конкретных ситуаций – понятно, что в обеих корпорациях работаю неглупые люди, которые видели перспективы того или иного способа.

Вряд ли, правда, AMD рассчитывала на 10 лет упадка и внезапного возвращения, но точно известно, что Intel выбирала между компановками.

Вполне вероятно, что процессоров с многочиповой компановкой станет больше из-за так называемого «конца эпохи Мура», то есть увеличения интервалов удвоения производительности процессоров – ядра уже не становятся вдвое быстрее каждые два года, что приводит к необходимости использования большего количества ядер для сохранения темпа роста.

Ради справедливости, конечно, надо упомянуть о работе AMD над монолитными решениями для мобильных платформ. Но не более, мы же вроде тут нормальные геймеры, которые «привет герц-гигагерц, почему один, сейчас будет три».

Sunny Cove против Zen 2

И мы все ближе к основной теме статьи – прямому сравнению процессоров. Очевидно, что микроархитектуры последних процессоров Intel и AMD значительно различаются.

В AMD Zen 2 блок кэш-памяти 3-го уровня имеет функцию обратной записи, а кэш-памяти 2-го уровня использует блок предсказателя переходов (ветвлений) TAGE. Sunny Cove и Skylake используют стандартные предсказатели и сказать об этом больше нечего – Intel хранит подробности в тайне.

Предсказания ветвления звучит ведь красивее, чем переходов? Правда? И «инструкция» понятнее «команды?

Поэтому некоторые группы спецов как будто находят кайф в нахождении новых проблем с процессорами Intel и раздувают скандалы. Так, в 2015 году группа ученых обнаружила, что Skylake намертво зависает на математических операциях.

Intel о проблеме знала и игнорировала ее, так как 99,99% пользователей даже не помышляют о подобных операциях, но процессоры были признаны дефектными со всеми вытекающими.

Перейдем к блоку декодеров: в решениях Intel с декодером инструкций на пять полос и с предсказателем ветвлений обеспечивается до 6 микроопераций за такт. У Zen 2 четыре полосы и обрабатываются до 8 инструкций из кэша в планировщик за цикл.

Intel использует стандартный – когда используется слово «стандартный», помните, что стандарты до недавнего времени задавала Intel – планировщик для работы с числами.

AMD отдельные планировщики для целых чисел (INT) и чисел с плавающей запятой (FP), то есть разбивает в две очереди для переименования и одну распределяемую очередь на удаление.


Только вообразите, но серверная часть – это совершенно разные истории в процессорах Intel и AMD. AMD почти сразу разделяет очереди целых чисел и векторов, в то время как у Intel единый планировщик.

Одним из основных отличий в исполнительных блоках заключается в том, что ядро Sunny Cove поддерживает инструкции AVX-512, а ядро Zen 2 ограничено инструкциями AVX-256, но выполняет две операции за один прием.

Первый может выполнять один 512-битный набор команд FMA (умножение-сложение c однократным округлением) или два 256-битных FMA за такт, а второй поддерживает четыре 256-битные инструкции за такт (2 умножения и 2 сложения) вместе с четырьмя параллельными выполнениями INT. В Sunny Cove есть четыре блока для арифметических инструкций ALU, каждый с iMUL, iDIV и MULHi.

AMD Zen 2 имеет гораздо более широкую пропускную способность инструкций load–store по сравнению с 10-нм процессором Sunny Cove от Intel, у которого хоть и больше портов, но с общей пропускной способностью 128 бит. А у AMD, как вы могли понять ранее, пропускная способность 512-бит, 256-бит загрузки L2-кэша и 256-битная пропускная способность L2.

---

Заключение

В конце этого года AMD и Intel собираются выпустить Zen 3 и Willow Cov, планируя увеличить IPC и улучшить автоматическое регулирование тактовой частоты при разных нагрузках, особенно низких.

Intel наверняка использует 10-нм для Tiger Lake, в то время как AMD сделает ставку на TSMC 7 нм+ (не EUV) для настольных компьютеров Ryzen 4000 и процессоров Epyc Milan.


Вероятно, это будет решающая схватка производителей процессоров. И что именно «схватка», сомневаться не приходится – Intel задета популярностью процессоров AMD и громкими высказываниями владельцев торговых точек о том, что процессоры «синих» пылятся на прилавках.

Но AMD может позволить себе резать цену, а вот Intel – нет. Возможной проблемой, прямо-таки критическим испытанием прочности может стать вспышка коронавируса.

Так что в итоге?

Основные базовые различия описаны, остается вопрос о том, что лучше. И это совершенно неверный вопрос – AMD едва вступила в плотную конкуренцию с Intel, так что вы можете выбирать чисто по своему вкусу, возможностям кошелька, по совместимости с уже имеющимися приборами и, например, по нужде в каком-нибудь QuickSync.

Отстранимся от технических показателей и попробуем узнать в чем заключается разница между покупкой одного из процессоров для простого потребителя.


Так что и здесь корпорации достойны друг друга.


Кстати, у нас на сайте вы найдете добротные сборки и с теми, и с другими процессорами.

Опрос

А какую линейку процессоров предпочитаете лично вы?

AMD Ryzen

Intel Core i

Проголосовало: 1040