Тестирование новейших процессоров x86 Zhaoxin: как Китай догоняет Америку

Краткая справка. С тех пор, как в Китае выделили не менее 29 млрд долларов на развитие своей базы интеллектуальной собственности в области полупроводниковых технологий, уже ни для кого не секрет, что эта страна прилагает определенные усилия к тому, чтобы уменьшить свою технологическую зависимость от Америки. Китай также планирует к 2022 году полностью перевести свою общественную инфраструктуру и учреждения с иностранного программного и аппаратного обеспечения на отечественное. Однако, возможно, единственной китайской компании, которая располагает оригинальными архитектурными разработками, еще далеко до ведущих игроков мирового рынка процессоров.

Одним из наиболее заметных шагов на пути Китая к созданию собственной полупроводниковой отрасли стал недавний выход на внутрикитайский процессорный рынок впечатляющего чипа x86, который представляет собой результат совместного проекта китайского правительства и компании Via Technologies. Надо сказать, что компания Zhaoxin – это не первое, но наиболее успешное предприятие, возникшее в рамках сотрудничества двух вышеупомянутых структур, история которого началась в 2013 г. и на сегодняшний день насчитывает ряд проектов, выполненных в интересах различных региональных заказчиков.

Приобрести процессор Zhaoxin KaiXian KX-U6780A где-либо, кроме Китая, можно будет еще не скоро, но сам выход этого продукта уже свидетельствует об определенном прогрессе, явившемся к тому же результатом деятельности компании, которая большую часть своего существования находится в зоне особого внимания.

Этот восьмиядерный процессор занимает в новейшей линейке Zhaoxin второе место по скорости и базируется на архитектуре LuJiaZui, которая в свою очередь является производной от архитектуры WuDaoKou. Чтобы дать нам представление о том, сколько работы было вложено в этот процессор, в компании говорят, что на его разработку ушло свыше 9000 человеко-месяцев, а оборот данных при моделировании более чем 4000 вычислительных процессов со всеми видами программного обеспечения составил 200 терабайт.

До настоящего момента мы могли судить о возможностях этого процессора только на основании просочившихся в сеть неофициальных данных и маркетинговых материалов Zhaoxin. Например, компания заявила, что их чип по производительности близок к Intel Core i5-7400 (Kaby Lake), процессору 2017 года выпуска. Когда чип KaiXian появился в базе данных CPU-бенчмарков PassMark, его результаты в целом подтверждали вышеупомянутое заявление, за исключением результата однопоточного теста, где его рейтинг был значительно ниже.

Далее, в начале этого месяца, KaiXian KX-U6780A появился в базе Geekbench с похожими результатами: китайский процессор набрал в одноядерном режиме 363 балла и 2091 – в многоядерном, в то время как его заокеанский визави i5-7400 набрал в этих же тестах соответственно 884 и 2793 балла.

Новый чип изготавливается в цехах TSMC на базе 16-нм техпроцесса FinFET и имеет рабочую частоту 2.7 ГГц. Номинальное значение TDP этого CPU составляет 70 Вт, что сравнимо с TDP i5-7400 – 65 Вт, но у китайского процессора нет кэша L3, и к тому же он имеет больший базовый размер транзистора, поэтому неудивительно, что он не дотягивает до уровня процессора Intel.

Тем не менее, для Zhaoxin это большой шаг вперед. Ребята с Tom's Hardware сумели раздобыть процессор KaiXian-U6780A и тестовую плату HX002EH1. Процессор выпускается в компоновке HFCBGA 35 мм х 35 мм; к нему прилагается заводской кулер, напоминающий старые заводские кулеры AMD, с относительно низкопрофильным радиатором и шумным вентилятором. Интересно, что в процессоре Zhaoxin отсутствуют некоторые современные технологии, широко представленные в процессорах AMD и Intel, как то: технологии параллельной обработки нескольких вычислительных потоков (SMT и Hyper-Threading) или любые продвинутые технологии повышения тактовой частоты при возрастании нагрузки на процессор (boost-технологии).

Самое большее, KX-U6780A поддерживает несколько режимов энергосбережения (P-states), которые позволяют экономить электроэнергию, когда вы работаете с опциями "better performance" и "better battery" в Windows 10. В противном случае выбор режима "best performance" означал бы фиксацию тактовой частоты на значении 2.7 ГГц независимо от текущей нагрузки на процессор.

Вы получаете 16 линий PCIe 3.0 и поддержку памяти DDR4-2666 объемом до 64 ГБ, а также типовой встроенный графический процессор (iGPU) ZX-C960 с поддержкой DirectX 11, OpenCL 1.1, OpenGL 3.2 и кодеков H.264 и HEVC. По словам Zhaoxin, этот чип может поддерживать до двух 4K-мониторов одновременно. Однако попытка поиграть на нем в Dota 2 на разрешении 720p с минимальными графическими настройками привела к весьма скромному результату: 19-20 FPS, что гораздо меньше тех 100-120 FPS, которые обеспечивает встроенная видеокарта процессора i5-7400 (Intel HD 630).

Довольно интересный факт – процессор KX-U6780A имеет ряд уязвимостей типа Spectre, которыми грешили процессоры Intel, и Zhaoxin планирует обеспечить процессоры серии KX-7000 встроенной аппаратной защитой от данного вида угроз. Производительность IPC (количество инструкций, выполняемых за один такт) у китайского процессора – намного ниже, чем у современных процессоров Intel и AMD, даже по сравнению с моделями начального уровня, например, Intel i3-7100 или AMD Ryzen 3 3200G.

На Tom's Hardware сравнили результаты этих чипов, полученные в однопоточном и многопоточном тестах Cinebench, и обнаружили, что отсутствие технологий типа Hyper-Threading и boost-технологий ставит процессор Zhaoxin в довольно невыгодное положение. Хотя в многоядерном тесте он держится почти наравне с Core i3-7100, его производительность в режиме однопоточных вычислений оставляет желать лучшего.

Точно измерить энергопотребление процессора в настоящий момент невозможно – из-за особенностей тестовой платы Zhaoxin и схемы питания; однако максимальное значение потребляемой мощности (в нагрузочном тесте AIDA), зарегистрированное на 8-пиновом коннекторе питания, составило 55 Вт. К счастью, в серии KX-7000 китайская компания планирует перейти на 7-нм техпроцесс, который должен улучшить показатели энергопотребления.

На Tom's Hardware процессор KX-U6780A протестировали в ряде бенчмарков, в том числе игровых, используя видеокарту RTX 2080 Ti, и результаты в общем не содержат в себе ничего неожиданного. В 3DMark Fire Strike Physics процессор Zhaoxin набрал 6871 балл, то есть совсем немного уступил процессору Intel i5-7400, набравшему 7404 балла.

Однако синтетические бенчмарки редко отражают реальное положение дел с производительностью в приложениях, и восьмиядерный Zhaoxin KX-U6780A уступил даже слабейшим двухъядерным процессорам Intel и AMD в таких играх, как Far Cry 5, Civilization VI, Dawn of War III, и даже в менее требовательной World of Tanks. И это неудивительно, если учесть низкую тактовую частоту и отсутствие SMT.

KX-U6780A также не блеснул в тестах на веб-серфинг и на время запуска приложений, то же самое можно сказать и о скорости кодирования: в Handbrake китайский процессор был как минимум вдвое медленнее процессора Intel (при работе и с x264, и с x265). Единственная область, где процессор Zhaoxin выступил более-менее уверенно, – это архивирование и разархивирование файлов в 7-zip и Zlib.

Какой-то энтузиаст из Китая провел эти же тесты на процессоре KX-U6880, который смог выполнить 28122 млн инструкций в секунду (MIPS), в то время как KX-U6780 у ребят с Tom's Hardware выполнил только 19088 MIPS. Разница в тактовой частоте у этих двух процессоров составляет всего 300 МГц, и это показывает, что Zhaoxin располагает достаточным пространством для маневра в части повышения фактической производительности, если архитектура LuJiaZui позволяет настолько улучшить результат при увеличении тактовой частоты с 2.7 до 3 ГГц.

Выше приведены итоговые результаты вышеупомянутого тестирования процессора KX-6880, и, хотя к ним на всякий случай стоит относиться без излишнего энтузиазма, возможно, именно они послужили основанием для заявлений Zhaoxin о том, что процессор KX-U6780A по производительности более-менее эквивалентен Intel i5-7400.

Этот же тестировщик из Китая сообщил, что показатели энергопотребления KX-U6880 находятся в диапазоне от 44 Вт (в простое) до 105 Вт (под полной нагрузкой) – это достаточно приличные значения для процессора с номинальным TDP 100 Вт.

Новейшие процессоры Zhaoxin пока не претендуют на то, чтобы бросить прямой вызов Intel и AMD, но стоит отметить, что китайская компания быстро сокращает это отставание. Следующим пунктом в планах Zhaoxin значится переход на техпроцесс 7 нм или 5 нм, который планируется осуществить к 2021 году (в зависимости от производственного графика TSMC), а также введение поддержки таких продвинутых штук, как PCIe 4.0 и память DDR5.

Китайская компания также нацеливается на рынок серверов, рабочих станций и решений для высокопроизводительных вычислений (HPC); для этого они готовят серию KH-40000, в которую будут входить 32-ядерные чипы – потенциальные конкуренты процессоров серий AMD Epyc и Intel Xeon.

В настоящее время Zhaoxin работает главным образом с системными интеграторами – Lenovo, HP, а также их региональными конкурентами, например, Xinyingjie; целью этой совместной работы является создание компактных компьютеров, таких как HP 268 Pro G1 MT, которые будут работать с Windows 10 CMIT Government Edition на базе китайского BIOS’а BYOsoft. К тому же близится срок окончания действия патентов x86-64 – для китайской компании это может создать дополнительные возможности для конкуренции с Intel и AMD. Китайская политика 3-5-2 – это только начало, а конечная цель – разработка технологических решений, которые смогут удовлетворить спрос на внутреннем компьютерном рынке Китая.

Следующий возможный шаг – выход на мировой рынок. Мы уже знаем, что китайское правительство дополнительно финансирует ряд компаний, например, Huawei, помогая им повышать свою конкурентоспособность в борьбе с известными мировыми брендами. Список этих компаний с высокой вероятностью может пополнить и Zhaoxin, которую китайское правительство поддерживает уже давно.