正在閱讀:為什麼Rocket Lake-S在Geekbench 5中提升極大?新結構的性能如何判斷?為什麼Rocket Lake-S在Geekbench 5中提升極大?新結構的性能如何判斷?

2020-12-31 16:11 出處:PConline原創 作者:鑽石灣 責任編輯:guanyingjie

  2020年末的台式機DIY市場無比精彩,AMD Zen 3微結構如期上市,發佈了代號為Vermeer的銳龍5000系列處理器,帶來了高達19%的平均IPC同頻性能提升,讓桌面處理器的生產力和游戲性能達到了新高度!自從2017年AMD發佈初代銳龍起,歷經5年共4代產品,微結構從Zen\Zen+進化到Zen 2再進化到Zen 3,總IPC提升幅度約40%,完成了對Intel Skylake微結構的趕超。

  而說到高性能處理器,Intel則是永遠繞不開的話題,作為全球年營業額最大的半導體公司,Intel曾經的領先優勢無與倫比!在2014年底成功量產14nm制程工藝Broadwell-Y後,Intel在2015年利用良率逐步走向成熟的14nm制程工藝將Skylake微結構產品(第6代酷睿)全面推向市場,此時AMD還在泥潭中掙扎,推土機結構的FX系列面對Skylake簡直就是“高頻低能多核低能且高功耗”的大火爐,幾乎一無是處。

  但是英雄終有落幕之時,時間可以磨滅一切。如果Intel一切順利,能按照此前正確的Tick-Tock節奏來推進路線圖更新產品,那麼Intel會將在2016年量產10nm制程工藝的Cannon Lake(微結構繼承Skylake,工藝制程換代),在2017年則進行下一輪微結構陞級,將Ice Lake(Sunny Cove)推向市場,在高性能處理器市場繼續維持對AMD及ARM的壓制。

  可惜由於10nm制程工藝的種種問題,Intel遲遲不能將新結構的產品推向桌面市場,本該在2017年退役的Skylake結構在桌面平台沿用了5年之久,而AMD則在5年期間順利執行路線圖,更新了4代產品;最終結果就是:Skylake微結構的馬甲衍生物(Kaby Lake\Coffee Lake\Comet Lake等)在2017-2018年全面領先Zen/Zen+結構的第一代第二代銳龍,在2019-2020年上半年憑藉高頻率在游戲中壓制Zen 2,但到了2020年底,面對IPC在Zen 2基礎上繼續提高19%的Zen 3結構已經無能為力......

  Skylake從2015年全面碾壓推土機,到2019年與Zen 2打的難分難解,再到2020年底則自己變成為“高頻低能高功耗”,逆水行舟不進則退的故事又一次上演。

   

第11代酷睿Rocket Lake-S採用的結構是什麼?

  面對AMD Zen 3,Intel顯然已經意識到了Skylake已經廉頗老矣,再靠官方極限灰燼超頻也無能為力,無論如何新結構都必須儘快上市了!如果10nm制程工藝還是不行,那就解綁微結構與制程工藝,先用14nm制程工藝來做!基於此背景,代號為Rocket Lake-S的第11代酷睿處理器桌面版誕生了!

  前文中提到過。Intel雖然受制於10nm制程工藝的產能、良率、頻率等問題,沒有將新結構推向桌面端;但在移動端,Intel在2019年推出了第10代酷睿處理器Ice Lake-U,雖然代號還叫XX Lake,但微結構陞級為Sunny Cove,帶來了顯著的IPC提升;而到了2020年,Intel則推出面向輕薄本的第11代酷睿處理器Tiger Lake-UP3,採用的Willow Cove微結構則在Sunny Cove的基礎上繼續小幅增強,增大了L2及L3緩存、並提升安全性。

  至於第11代酷睿桌面處理器Rocket Lake-S,官方曾在新聞稿中說明它與移動端Ice Lake和Tiger Lake有很深的關係;雖然還是14nm制程工藝,但Rocket Lake-S的內在變化極大,可以說是脫胎換骨。其中核顯部分拋棄了祖傳好幾代的UHD 630、更新為和Tiger Lake相同的Xe結構;而處理器部分則徹底拋棄Skylake,採用了全新設計的Cypress Cove,官方表示全新的結構可帶來多達兩位數的IPC提升。

  換句話說,Rocket Lake-S可以當作是14nm制程工藝的Ice Lake-S,Cypress Cove則是Sunny Cove移植到14nm制程工藝的產物,除了頻率以外,結構本身高度趨同。

  在2019年Ice Lake發佈時,Intel曾對Sunny Cove微結構進行了詳細的介紹,總結來說Sunny Cove對比Skylake,做到了更深的流水線、更大的緩衝區、以及更多的執行單元,當然還有例如AVX-512指令集及其拓展等新特性加成,是一次完整的結構迭代。

  Haswell、Skylake、Ice Lake(Sunny Cove)三大微結構特性對比:

  最終intel官方表示,Sunny Cove對比Skylake在通用計算中可穫得18%的平均IPC性能提升,而在一些專用計算中提升會更大。而之前提到過,Rocket Lake-S所採用的Cypress Cove與Sunny Cove二者在設計方面高度趨同,Rocket Lake-S在採用成熟14nm制程工藝的後,可以同時滿足高頻率和高IPC,單核性能方面可穫得很大提升。

   

Geekbench 5性能測試成績分析

  根據可靠消息,Intel將在2021年1月的CES 2021展會上發佈,距離正式上市越來越近,目前已經有一些關於Rocket Lake-S的性能測試洩露出來。

  前兩天的一顆酷睿i7-11700K的測試成績被上傳到Geekbench5資料庫中,單核測試成績為1813分(後台數據查詢為默認睿頻5.0GHz),可謂非常亮眼,超過了Zen 3結構的銳龍9 5950X默頻成績,也成功將蘋果M1和A14等ARM處理器斬落馬下。

  網頁截圖:

  後台鏈接:https://browser.geekbench.com/v5/cpu/5572561.gb5

  在這個跑分洩露出後,立刻引發了媒體們的廣泛報道和玩家們熱烈討論,在距離Rocket Lake-S產品正式發佈還有不到一個月的情況下,筆者將對這個測試成績進行簡單分析,由於是QS版的睿頻未必穩定、且記憶體頻率\時序對Geekbench 5成績影響極大,因此本次分析僅供參考。

  Geekbench 5是一個知名度跨平台性能測試軟體,此前在蘋果IOS設備及Android手機中被廣泛使用,幾乎是手機平板等ARM設備的性能測試標杆;隨著近些年ARM結構電腦越來越多,尤其是蘋果M1的Mac系列產品在實際應用中的出色表現(對得起超高的Geekbench 5跑分),Geekbench 5也逐漸被部分DIY愛好者所接受,成為了處理器性能測試中的一項參考項目。不過為了避免額外的爭議,本次分析僅限X86平台處理器內部對比,參與對比的處理器包含一顆默認睿頻5GHz的酷睿i9-9900K(Skylake微結構)、以及PBO開啟後單核睿頻可達5GHz的銳龍7 5800X(Zen 3微結構)。

  Geekbench 5是一項綜合性測試,包含三個大項目(Crypto 加密解密、Integer 整數、Floating Point 浮點)。其中Crypto 加密解密主要測試AES-XTS性能,調用處理器的AES、SHA以及AVX2 Vector AES、AVX-512 Vector AES等指令集,佔總分權重較低,為5%。

  Integer 整數項目則包含了數個子項目,分別為Text Compression 文本壓縮、Image Compression 圖像壓縮、Navigation 導航、HTML5 網頁、SQLite 資料庫、PDF Rendering、Text Rendering、Clang 編譯、Camera等,佔總分權重65%;Floating Point 浮點測試中的子項目更多,包含N-Body Physics N體模擬、Rigid Body Physics 剛體模擬、Gaussian Blur 高斯模糊、Face Detection 人臉識別、Horizon Detection 視界偵測、Image Inpainting 圖像修復、HDR 高動態範圍圖像、Ray Tracing 光線追蹤、Structure from Motion 三維重建、Speech Recognition 語音識別、Machine Learning 機器學習,佔總分權重30%。

  如果從測試覆蓋類型上來看,Geekbench 5包含的工作負載非常廣,由於軟體免費,且測試需要的技術門檻低,因此Geekbench 5 Integer 整數測試和Floating Point 浮點測試,在手機圈甚至充當著“平民版”的SPEC CPU 2006的來使用。

  而回到本次流出的酷睿i7-11700K,在Geekbench 5.3.1版本下,對比Skylake微結構的酷睿i9-9900K(單核約1400分),在5GHz同頻下領先接近30%!而對比PBO開啟單核睿頻5GHz的AMD銳龍7 5800X,同頻性能也小有優勢。

  在前文中我們提到過,Sunny Cove對比Skylake的微結構IPC平均幅度為18%,而在Geekbench 5.31單核測試中,與Sunny Cove設計趨同的Cypress Cove卻得到了接近30%的IPC提升,遠遠超過平均值,這背後的原因又是什麼呢?

  具體來看測試項目及成績,以Skylake微結構的酷睿i9-9900K 5GHz為基準,如果是常規的Integer 整數測試和Floating Point 浮點測試,Cypress Cove對比Skylake分別提高17.1%和17.5%,與官方宣傳的新結構IPC平均提高18%數值非常接近,關鍵在於Crypto 加密解密測試,Cypress Cove同頻達到了Skylake的3倍以上;在Integer 整數測試和Floating Point 浮點測試IPC已經增長超過15%的前提下,即使Crypto 加密解密測試項目佔總分權重極小,但考慮到Cypress Cove優勢實在太大,因此而將三個項目結合加權後,Cypress Cove的在Geekbench 5.31中IPC呈現了爆發式增長。

  而如果用Zen 3對比Skylake,Geekbench 5.3.1 IPC領先25%以上,Integer 整數測試和Floating Point 浮點測試分別領先13.8%和25%,Crypto 加密解密領先幅度同樣接近2.5倍。跨越一個級別的IPC差距,已經不是Skylake靠雞血超頻能夠讓性能追上的,何況Zen 3的產品頻率普遍不低。

  讓雙方最新微結構相對比,Integer 整數測試Cypress Cove小幅領先Zen 3約2.95%,Floating Point 浮點Zen 3領先Cypress Cove約6.4%,Crypto 加密解密則是Cypress Cove領先Zen 3約28.8%。

  再來看具體的子項目,佔60%權重的Integer 整數測試中,兩個新結構整體同頻性能差距不大,其中Cypress Cove同頻贏了6項、Zen 3贏了5項,Cypress Cove略佔優勢,Skylake則一項沒贏。

  而佔30%分數權重的Floating Point 浮點測試,Zen 3同頻整體領先Cypress Cove約6.4%,可以穫勝的子項目也明顯更多,這可能是因為Geekbench 5的Floating Point 浮點測試子項目對AVX-512指令集的支援比較一般,在都運行AVX2負載的情況下,Zen 3後端分離度高的特性,導致了在很多子項下有更大優勢。

  Crypto 加密解密部分,由於Skylake結構不支援SHA,AES執行單元僅有Zen 2一半,更不支援AVX2 Vector AES或AVX-512 Vector AES等新指令加速,所以測試成績極度拉跨,Zen 3和Cypress Cove憑藉新指令級加持都可以在此項目中碾壓Skylake,而二者直接對比,AVX2 Vector AES對決半吞吐AVX-512 Vector AES,Cypress Cove道高一尺魔高一丈,同頻效率更高一籌。

  但考慮到在Integer 整數測試和Floating Point 浮點測試中Cypress Cove和Zen 3差距不大,Crypto 加密解密僅佔總分的5%權重,所以兩個新結構的Geekbench 5綜合IPC並沒有因此拉開太大差距。

   

總結與展望

  如果從Geekbench 5測試成績入手分析,那麼顯然Cypress Cove的IPC提升是符合預期的,即使拋開AVX-512 Vector AES指令加速的Crypto 加密解密項目,只看較為常規、更貼近玩家日常應用的Integer 整數測試和Floating Point 浮點測試,Cypress Cove對比老舊的Skylake依舊可以提高了15-20%綜合IPC。而與Zen 3結構對比,Cypress Cove也能做到總體上IPC相當,劣勢項目已經相差不大、還有一些優勢突出的項目。當然更全面的性能測試,還需要等待產品正式發售後評測解禁。

  得益於內核微結構改進以帶來的IPC提升,筆者預測第11代Rocket Lake-S上市後將一定程度上緩解Intel桌面市場的競爭壓力。但是Rocket Lake-S顯然不會是完美無缺的一代產品,它的短板也將比較明顯,用低密度14nm制程工藝來做新一代微結構,勢必會帶來功耗飆升以及核心面積上漲,最直觀的問題就是Rocket Lake-S規格最高僅有8核心16線程,因此酷睿i9-11900K面對12核心乃至16核心的Zen 3勢必壓力極大,只能選取游戲性能作為突破口,甚至也會面臨同規格小弟酷睿i7-11700K的背刺......當然,主流價位的第11代酷睿i7和酷睿i5系列更值得期待,面對AMD銳龍5銳龍7核心數量並不落後,在IPC相當的情況下,憑藉更高的頻率應該能帶來綜合性能和游戲幀數優勢。

  最後發出一點感概,如果Intel前些年能繼續順利進行原有的Tick-Tock乃至PAO模式,那麼“正統路線圖”中10nm制程工藝的Ice Lake-S\Tiger Lake-S會帶著Sunny Cove\Willow Cove在2017-2019年登錄桌面端,面對Zen 2乃至Zen 3都能游刃有餘,當然這也是假設罷了......Rocket Lake-S這樣的工藝結構解綁畢竟只是權宜之計,還是希望Intel在未來能夠順利執行路線圖,讓產品的制程工藝更新與微結構換代重回正軌,帶來性能與能耗比全面提升的產品,或許是Alder Lake?

   

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