Как выбрать процессор?

Если материнская плата является платформой, на которой строится современный ПК, то его сердцем будет центральный процессор (ЦП или CPU, англ). Современные процессоры различаются по ряду характеристик, которые необходимо учесть. А именно: количество ядер, архитектура, сокет, теплопакет. У двух главных конкурентов на рынке CPU AMD и INTEL все модели распределены по сериям, каждая из которых предназначена под определенные задачи. Это немного упрощает выбор. 

В данной статье мы поговорим о том на что ориентироваться выбирая процессор и какие нюансы обязательно стоит учесть. Если вы не хотите углубляться в эти вопросы – смотрите наш ТОП-15 процессоров 2021 года.

Содержание:

• что представляет из себя современный процессор. Его функции;

• Intel или AMD? Семейства процессоров;

• микроархитектура процессора. Что это, и как выбрать подходящую?;

• сокет (конструктивный разъем);

• встроенная графика;

• количество ядер и потоков;

• базовая тактовая частота и частота в режиме Boost;

• кэш память 2 и 3 уровней;

• тепловыделение и охлаждение процессоров. Ноутбучные и десктопные модели;

• разгон, нужен ли?;

• итоги

Что представляет из себя современный процессор?

Процессор – основа любого современного ПК, он отвечает за большинство операций: от простейших математических вычислений до запуска требовательных компьютерных игр. От его выбора зависит концепция будущего компьютера и сфера его применения. Основные функции ЦП:

• считывание данных из оперативной памяти, обработка и передача на внешние устройства;

• временное хранение результатов всех вычислений, сигналов и переданных данных в кэш-памяти.

Устройство процессора

CPU представляет собой печатную плату, на которой, с одной стороны прикреплен полупроводниковый кристалл и металлический термокожух, а с другой контактная площадка для соединения со специальным разъемом на материнской плате – сокетом.

Техпроцесс

Главным элементом процессора является кремниевый кристалл, на который методом фотолитографии нанесены транзисторы. Фактически – техпроцесс это разрешительная способность или, иными словами точность оборудования, указывающая на то, какого минимального размера транзисторы можно использовать при создании чипа. Измеряется эта величина в нанометрах нм.

Что дает нам более современный и “тонкий” техпроцесс?

• рост производительности за счет увеличения количества транзисторов на единицу площади кристалла;

• рост энергоэффективности. За счет утоньшения кристалла и увеличения плотности транзисторов на нем снижается энергопотребление и тепловыделение;

• с ростом техпроцесса повышается цена разработки, за счет увеличения точности оборудования.

Для примера, переход с 32 нм на 22 нам дал 100% прирост по плотности транзисторов, что позволило разместить на кристалле такой же площади не 4, а 8 ядер. В настоящий момент большинство продукции Intel работает на 14 нм техпроцессе, в разработке переход на 10 нм, у AMD первые серии Ryzen стартовали с 14 нм, потом перешли на 12 нм, а два последних поколения построены на 7 нм техпроцессе. 

Intel или AMD? Семейства процессоров

Подход к построению CPU у двух главных конкурентов на рынке совершенно разный. Так у Интел кристалл процессора является единым целым, что удорожает производство и увеличивает количество брака. У АМД, в свою очередь, архитектура “чиплетная”, на микросхеме размещаются несколько кристаллов с ядрами, и блок управления. Такая конструкция приводит к необходимости увеличивать кэш память, чтобы снизить потери при передаче команд между кристаллами и серьезно удешевляет производство.  Но различия существуют не только в микроархитектуре CPU, из приведенной ниже таблицы мы можем увидеть что именно нужно учесть при сборке на одной из этих платформ. 

Давайте разберем по пунктам каждый из этих критериев:

• Платформы на процессорах Intel позволяют “из коробки” работать с оперативной памятью высокого уровня (на частотах 3600-4200 Мгц) и сразу получить максимально возможные частоты процессора и памяти, без дополнительной настройки в BIOS. Также, достижение высоких показателей при разгоне процессоров Intel практически не зависит от того, насколько дорогую и быструю оперативную память вы используете. Проще говоря, вы можете взять ОЗУ классом ниже (чем тот, который поддерживает плата) и получите при этом производительность почти такую же, как и с флагманскими планками. Процессорам AMD, чтобы раскрыться на максимум возможностей, требуется оперативная память с частотами близкими к максимально возможным. Это особенности чиплетной архитектуры, которая, в первых поколениях Zen и Zen+ была ограничена частотами до 3200 Мгц, сейчас, в Zen 3 уже доступны частоты до 4200 Мгц. К тому же, чтобы грамотно настроить работу процессора АМД в разгоне придется повозится с настройками BIOS и подобрать оптимальные тайминги оперативной памяти. У Intel, для разгона достаточно подобрать множитель (коэффициент на который умножается частота шины процессора при разгоне);

• У АМД поддержка PCIe 4.0 появилась еще в 2015 году. Платформы на Интел, начали работать с этим интерфейсом только в 2019, и появился он только на отдельных Hi-End платах флагманского Z490 чипсета. О том, как выбрать материнскую плату и об их особенностях мы уже писали в нашем блоге;

• Стоимость сборок на примерно аналогичных процессорах. До 2019 бюджетней всего было собирать на AMD. Однако, с появлением новых Ryzen 5000, цены на все новинки подняли примерно на 40-50 $, относительно аналогов предыдущих поколений. Так что теперь, с примерно одинаковыми комплектующими и процессорами одного класса разницы в цене практически нет;

• Наличие решений для корпоративных и профессиональных ПК. Ранее здесь лидировала компания Intel, занимавшая своими процессорами Xeon львиную долю рынка, но к 2017 конкуренцию им успешно составляют AMD Ryzen Threadripper;

• Передовой технологический процесс. Здесь лидирует AMD, последнее поколение построено на 7 нм процессе, тогда как у Intel 10 нм только в разработке. 

Семейства процессоров

Для того чтобы облегчить пользователю выбор, лидеры рынка выпускают процессоры семействами. В семейство входят модели объединенные единой архитектурой и сокетом, но с разными параметрами частоты, количеством ядер, тепловыделением и т.д. 

У AMD все актуальные модели процессоров созданы для одного сокета – AM4.

У Интел сокеты для разных семейств отличаются, некоторые сокеты совместимы с двумя поколениями, некоторые только с одним.

Микроархитектура процессора. Что это, и как выбрать подходящую?

Микроархитектура это ключевые особенности группы процессоров, свойственные моделям с разными характеристиками. Все процессоры с одной архитектурой могут входить в несколько семейств и совместимы с одним и тем-же сокетом. Например у разных архитектур будет разный техпроцесс и, соответственно, различная энергоэффективность, производительность и тепловыделение.

То есть, мы можем апгрейдить систему начиная с самых бюджетных AMD Ryzen 3 и вплоть до Ryzen 7. К сожалению 9-я серия уже может не подойти если вы взяли материнскую плату из бюджетного сегмента. В этом случае может не хватить ресурсов подсистемы питания материнской платы для поддержки работы мощного многоядерного процессора.

Выбирать стоит архитектуру которая является актуальной на данный момент (не снята с производства). А выбранная под эту архитектуру модель процессора должна соответствовать концепции собираемого ПК: домашний, офисный, игровой, профессиональный и т.д. Если собираете систему без перспективы апгрейда, можно сэкономить и присмотрется к архитектурам предыдущих поколений.

Сокет 

Сокет – это конструктивный разъем на материнской плате, куда устанавливается процессор. Но, когда мы употребляем этот термин, мы подразумеваем не просто гнездо для установки, а совместимость группы процессоров с конкретным сокетом.

Выбор сокета процессора важен, если планируется апгрейд. Например, под выбранный сокет подходят процессоры на 4-12 ядер и вы выбрали материнку с подходящей подсистемой питания. Значит, в рамках этой системы вы можете сначала купить бюджетный процессор – а потом уже проапгрейдится до более продвинутой модели.

Особенно важно выбирать подходящий сокет у Intel, так как эта компания очень редко выпускает платформы совместимые с двумя разными поколениями процессоров. 

Встроенная графика

Часто производители встраивают в начальные, средние и даже в пред флагманские процессоры видеочип. Встроенная графика проигрывает практически любым дискретным решениям, но будет полезна в ряде ситуаций:

• бюджетная сборка, на которой не предполагается гейминг (офисные, ПК кассовые аппараты и т.д). Это удешевляет сборку и снижает требования по охлаждению – начальным процессорам со встройкой будет достаточно даже пассивного охлаждения (а значит не будет шума от кулера);

• когда вы хотите сменить видеокарту и вам необходимо “переждать” какое-то время, пока вы не купите новую. В этом случае встроенная графика выручит;

• в ноутбуках, где толщина корпуса не всегда позволяет установить нормальное охлаждение и, пускай даже мобильную, дискретную видеокарту.

Что стоит понимать выбирая процессор со встроенной графикой?

• если вы хотите играть на встроенном видеочипе, вам придется увеличить размер оперативной памяти, так как встройка берет необходимый объем из ресурсов ПК. К примеру, если у вас 8 Гб одной планкой, то лучше добавить еще одну планку на 8 Гб, чтобы было комфортно играть;

• даже самые продвинутые встроенные чипы типа Vega 11 у AMD работают примерно на уровне простенькой NVIDIA 1030 Ti, и позволяют комфортно играть либо в старые игры, либо в многопользовательские игры с хорошей оптимизацией типа World of Tanks, Dota 2  и то на средних настройках графики;

• некоторые графические редакторы, например Adobe Premier, позволяют использовать ресурс встроенной видеокарты вместе с процессором и дискретным графическим ядром – в таком случае его наличие будет явным преимуществом.

Количество ядер и потоков

Чтобы разобраться как они влияют на производительность процессора определим что же это такое. 

Ядро – это единица производительности процессора. Одно ядро выполняет одну последовательность команд за раз. Если на единственное ядро поступает одновременно много команд, оно последовательно, по приоритету важности, выполняет их.

Отсюда следует вывод: чем больше ядер, тем больше задач может выполнять процессор параллельно. 

Потоки или виртуальные ядра – это способ программно распараллелить одно ядро на 2 потока, чтобы оно могло выполнять две команды за раз. У Intel подобная технология называется  Hyper Threading, а у компании AMD – SMT. Гиперпоточность не увеличивает производительность CPU, но позволяет ему рациональнее расходовать вычислительные ресурсы на комплексные команды требующие многозадачности.
 

Примерно, по количеству ядер, можно разделить все процессоры по назначению:

• 4 ядра – для ноутбуков и офисных ПК невысокой мощности, также, некоторые специальные серии процессоров, например AMD Ryzen 3 3300X могут применятся для сборки средних игровых ПК – так как у них увеличена максимальная частота в бусте на одно ядро;

• 6 ядер – своеобразный игровой стандарт последнего времени. Устанавливают на домашние и рабочие ПК для лайтовой работы в редакторах и гейминга. 

• 8 ядер – лучше всего показывают себя в рабочих приложениях требующих сложных вычислений;

• 12-16 ядер – ультимативные модели лучше всего подходящие для сложных вычислений в производственных масштабах. В игровых системах их возможности избыточны;

• Threadripper.  Многоядерные процессоры созданные специально для серверных решений. У них ниже частоты на ядро, но ядер может быть 32-128.

Базовая тактовая частота и частота в режиме Boost

Тактовая частота процессора показывает нам сколько вычислений он может произвести за единицу времени. Она измеряется в Гигагерцах (Ггц, Ghz). Чем выше частота, тем, при прочих равных, производительнее процессор. Но, подобное сравнение по частотам, будет корректным только в рамках одного семейства процессоров и то не всегда, так на быстродействие влияет еще ряд факторов:

• размер кэш памяти;

• архитектура;

• наличие гиперпоточности.

Распространенная ошибка считать, что 4-ядерный процессор с частотой ядра, например 3 Ггц, обладает общей частотой 12-ть Ггц. Общая производительность у CPU будет такая же – 3 Ггц, просто 4 ядра смогут одновременно выполнять 4-8 пакетов вычислений. 

Высокая тактовая частота была одним из главных критериев производительности в играх, именно для этого был создан режим Boost, позволяющий резко увеличить частоту одного или нескольких ядер многоядерного процессора, задействуя ресурсы тех ядер, которые в данный момент не используются. Сейчас высокая “частота на ядро” уже не так актуальна в гейминге, так как все больше проектов создаются под многоядерные процессоры.

Кэш память 2 и 3 уровней

Кэш память 0-1-2-3 уровней является своеобразным буфером, в котором хранятся вычисления производимые процессом в данный момент. Это сверхбыстрая память, которая позволяет уменьшить задержки при передаче и хранении вычислений в режиме реального времени. Чем больше размер и скорость такой памяти, тем быстрее процессор в целом. В процессорах AMD размер кэша 3-го уровня, обычно, вдвое больше, чем у аналогов от Intel, так как это особенность чипа Infinity Fabric. Увеличенный размер кэша здесь компенсирует задержки по обмену данными между сегментами чиплетной архитектуры.
 

1-ый уровень кэша самый быстрый, он связывается напрямую с CPU, его размер не превышает 10-20 Кб. 2-ой уровень уже медленнее, его объем больше (сотни килобайт), здесь хранятся данные запросов, приоритет которых ниже чем для L1.  Далее идет еще более медленный третий уровень который является общим для всех ядер процессора. Здесь хранятся данные запросов которые выполняются намного реже. Таким образом, 3 уровня кэша распределяют запросы по приоритетности и частоте, обеспечивая наиболее рациональный доступ процессора к ним.
 

Тепловыделение и охлаждение процессоров. Ноутбучные и десктопные модели

Тепловыделение процессора – одна из важнейших характеристик, под которую необходимо подбирать соответствующее охлаждение и определенное оснащение материнской платы для его корректной работы.

TDP (англ. – thermal design power) – расчетная тепловая мощность. Это усредненные показатели тепловыделения процессора при работе под штатными нагрузками. Производители рассчитывают этот параметр по различным формулам: все ядра на максимальной частоте, в режиме гипертрейдинга, в режиме Boost и тд.

Чем выше тепловыделение процессора, тем более мощную систему охлаждения необходимо под него подобрать, и тем выше требования к подсистеме питания на материнской плате.

Например, ноутбучные мобильные процессоры с TDP 15 Вт не требуют кулера, им достаточно пассивного охлаждения от радиатора через специальную термопрокладку. Мощному десктопному процессору с TDP 150 Вт, для полноценной работы в разгоне потребуется продвинутая воздушная или водяная охладительная система. Выбор “воздухом” или “водянкой” зависит от того, предполагается ли разгон процессора. 

Боксовый или покупной кулер?

Обычно процессоры выпускают в двух версиях: box – c комплектным кулером и OEM без кулера. Доплатить за “боксовую” версию придется от 15 до 30 долларов. Часто за эти деньги можно купить воздушную систему охлаждения на порядок лучше. 

Имеет смысл покупать “боксовые” процессоры только когда речь идет о сборке домашнего или офисного ПК в котором 100% не планируется разгон.

Ноутбучные и десктопные модели процессоров

Для ноутбуков выпускают модели процессоров с уменьшенным TDP, так как в корпусах, даже специализированных игровых ноутбуков слишком мало места, для того чтобы разместить мощную систему охлаждения.

В названиях ноутбучных (или мобильных) процессоров встречается: 

• индекс U – модели со сниженным параметром входного напряжения. Их еще называют низковольтными;

• индекс H – модели повышенной производительности требующие продвинутой системы охлаждения.

Нужен ли разгон?

Разгон процессора – одна из мер, помогающих увеличить его тактовую частоту. Комплекс таких мер называется overclocking – то есть повышение штатных характеристик не только процессора но и оперативной памяти, уменьшения таймингов задержек.

В современных процессорах Intel 9-х и 10-х поколений разгонять можно только модели с индексом K в названии модели. Обычно такие CPU на 15-25% дороже прочих. У AMD изначально разблокирован множитель на всех процессорах. Но, начиная с Ryzen 3000 в моделях с индексом X в конце названия – разгон практически бесполезен. Так как процессоры уже разогнаны до максимума на заводе.

Разгон процессора, вместе с незначительным повышением тактовой частоты, почти на 50% повышает его тепловыделение. Кроме того, производители не предоставляют гарантии на CPU которые пользователи разгоняют в ручном режиме. Например, в Ryzen 1600 можно добиться повышения частоты с 3,6 Ггц (штатный максимум в режиме Boost) до 4-4,1 Ггц, при этом TDP вырастет с 65 Вт до 125-130 Вт. Так что если вы планируете разгон, необходимо сразу же докупить кулер, способный справиться с подобным тепловыделением. 

Итоги

Процессор стоит выбирать исходя из задач, которые вы ставите перед своим ПК. Также нужно запланировать под него соответствующую систему охлаждения.

Выбор конкретного сокета и производителя зависит от того планируется ли апгрейд в дальнейшем. В случае с AMD, поддержка сокета AM4 заканчивается на последней серии Ryzen 5000. 6000-е Райзены, которые появятся, предположительно, в конце 2021 года, будут представлены одновременно с новым сокетом. Поэтому планировать сборку под апгрейд на процессорах AMD стоит либо ближе к концу 2021, либо выбирать процессор из тех 4-х поколений которые совместимы с AM4.

В этой таблице мы примерно сопоставили аналоги от главных конкурентов на рынке, и, усредненно, описали их специализацию, чтобы ориентироваться было проще.