Il debutto di Ivy Bridge

Nella giornata di oggi fa il suo debutto Ivy Bridge, la nuova architettura di Intel. In questo articolo verrà messo alla prova il modello di punta della casa californiana: Core i7-3770K.

La terza generazione della famiglia Core di Intel introduce importantissime novità a partire dal processo produttivo a 22nm su cui la casa di Santa Clara ha puntato molto. Come spesso accade il processo di miniaturizzazione permette di ottenere delle CPU più efficienti dal punto di vista elettrico oltre a maggiori performance. Dopo l’introduzione con la famiglia Sandy Bridge della grafica integrata all’interno del DIE della CPU, Intel sta spingendo molto per poter aumentare le prestazioni delle proprie GPU e essere così in grado di proporre una valida alternativa alle schede video discrete di fascia bassa eliminandole di fatto dal mercato. È proprio su questo punto che si sono focalizzati maggiormente gli sforzi di Intel, che aveva proprio in questo componente forse l’unico punto debole della precedente architettura Sandy Bridge.

Come possiamo vedere dalla tabella, Intel, da qualche anno segue delle rigorose regole temporali e strategiche per poter offrire sul mercato i suoi prodotti. Questa tabella di marcia viene chiamata TICK/TOCK ed è caratterizzata dal continuo alternarsi di nuovi processi produttivi ad architetture completamente nuove con intervalli di tempo annuali.

Il momento TOCK consiste nell’introduzione di un’architettura completamente nuova sfruttando il processo produttivo ben rodato introdotto l’anno prima di cui ormai si conoscono pregi e difetti. Il momento TICK invece consiste nel cosiddetto DIE shrink, cioè riduzione del DIE. In pratica si introduce un nuovo processo produttivo e si producono delle CPU basate sull’architettura introdotta l’anno prima, in questa maniera si rischia meno che un nuovo prodotto possa incontrare dei problemi. La famiglia Ivy Bridge che andremo oggi ad analizzare fa parte della fase TICK: queste nuove CPU sono basate sull’architettura Sandy Bridge e non introducono particolari migliorie, ma viene introdotto il nuovo processo a 22nm e il nuovo transistor 3D Tri-Gate . Analizziamo ora il press kit fornitoci da Intel per la presentazione della sua nuova architettura cominciando dalla scheda madre Intel DZ77GA-70K costruita attorno al chipset Z77.

Ecco la confezione caratterizzata dal teschio che contraddistingue la serie Extreme Series di Intel.

Veduta complessiva della mainboard.

Quattro slot sono in grado di ospitare altrettanti banchi di memoria RAM che possono funzionare in configurazione dual-channel. A fianco al connettore ATX notiamo un tasto di accensione e uno per ilreset, molto comodi per le nostre prove.

Una serie di LED che, a seconda della loro accensione, indicano il carico delle fasi di alimentazione della CPU. Otto sono dedicate ai core, mentre due alla GPU integrata. Ecco qui invece la protagonista della nostra review, la CPU Core i7-3770K costruita a 22nm.

La cpu dal punto di vista delle dimensioni è esteticamente identica alle soluzioni Sandy Bridge.

Anche la parte posteriore è molto simile a Sandy Bridge. La piediantura è la stessa, questa CPU va accoppiata ad un socket Intel LGA-1155 come la precedente generazione: le due architetture risultano compatibili tra di loro permettendo così a chi ha già una mainboard di cambiare solo la CPU.

Lo schema di funzionamento della CPU è molto semplice e troviamo i quattro core posti in parallelo, ognuno dotato di una cache L1 da 80KB con un tempo di lettura di 3 cicli e una cache L2 da 256 KB da 8 cicli come per Sandy Bridge. A sinistra troviamo il processore grafico che è stato notevolmente potenziato.

Non è invece cambiato il punto di forza di Sandy Bridge e cioè la cache L3 condivisa tra tutti i core. La cache L3 è inoltre collegata al System Agent che ha il compito di gestire tutte le informazioni elaborate dalla CPU ed è in grado di pilotare le 16 linee PCI-Ex per la gestione di flussi video e bus DMI 2.0 con il quale il processore comunica con il chipset Z77. Il memory controller, che ormai da qualche generazione è implementato direttamente nel DIE della CPU, permette di gestire un flusso di dati in modalità Dual-channel.

Vale la pena riprendere lo schema costruttivo del DIE Ivy Bridge e metterlo a confronto con la generazione precedente:

Ivy Bridge

Sandy Bridge

Come possiamo facilmente notare non ci sono particolari differenze che saltano all’occhio e questo fattore è principalmente da imputare al fatto che questa CPU è appunto solo un DIE shrink della precedente. Nei precedenti DIE shrink Intel ci aveva spesso abituato come minimo ad un aumento di cache, cosa che però non è accaduta questa volta visto che il quantitativo di 8MB è rimasto lo stesso. I maggiori interventi sono stati riservati alla parte relativa alla GPU che è stata ampiamente potenziata ed ora è in grado di garantire prestazioni quasi doppie rispetto alla precedente. Nel corso degli anni l’evoluzione del mondo dei semiconduttori no ha conosciuto rallentamenti. Processori sempre più performanti e memorie sempre più capienti ci permettono oggi di avere tra le mani delle macchine dalle potenze di calcolo enormi, ma questo non sarebbe stato possibile se, assieme alle architetture, non si fosse evoluto anche il processo produttivo.

Grazie a questa scala temporale possiamo vedere tutta l’evoluzione del transistor Intel dal 2003 ad oggi. Come possiamo vedere dai 90nm fino ai recenti 32nm il transitor ha sempre subito delle variazioni delle sue specifiche tecniche oltre ovviamente alla riduzione delle dimensione, ma mai si era vista una rivoluzione così completa come quella di oggi.

Oltre al nuovo processo produttivo che permette la miniaturizzazione dei componenti, vediamo subentrare un nuovo tipo di transistor che per la prima volta lascia da parte il classico sviluppo planare che abbiamo visto fino ad ora introducendo uno sviluppo in 3D grazie al Tri-Gate transitor.

Da questa immagine possiamo vedere come si presenta un processore costruito con la vecchia tecnologia a 32nm planare e con quella nuova a 22nm tridimensionale.

La slide Intel mostrano quali sono i principali benefici di questa nuova architettura. A fronte di un costo per la produzione maggiorato rispetto alla generazione precedente del 2-3 per cento, secondo i test svolti da Intel con basse tensioni di alimentazioni fino ad 1V le performance del transistor sono aumentate del 37 per cento a bassi voltaggi e sono stati constatati cali di potenza assorbita maggiori del 50 per cento. A questi dati si accompagna una velocità maggiore di accensione e spegnimento del transistor che garantiscono un segnale più pulito e performance maggiori. Tutte queste caratteristiche e questi ottimi dati rilevati hanno però valenza qualora la tensione di alimentazione non sia troppo alta, altrimenti tutti gli ottimi numeri si livellano lentamente con la precedente generazione. La presentazione di una nuova CPU da parte di Intel è sempre accompagnata da una nuova serie di chipset in gradop di ottimizzarne al massimo le prestazioni: anche in questo caso troviamo un nuovo chip alla base delle nostre schede madri.

Lo schema riportato semplifica molto la questione e spiega come la CPU core i7 sia il cuore di questa piattaforma gestendo le due principali risorse del computer come la memoria RAM e 40 linee PCI Express per la gestione delle schede video. In questo caso la CPU è in grado di pilotare un sistema Dual-Channel DDR3 con velocità certificate fino a 1600MHz ma che possono superare anche i 2400MHz, mentre per quanto riguarda le linee PCI Express abbiamo a disposizione 16 linee meccaniche totali che, a seconda di come sono impostate, possono funzionare in questa nelle diverse combinazioni: 1×16, 2×8 o 1×8&1×4&1×4 per thunderbolt.

Come abbiamo detto la CPU gestisce le parti fondamentali e i bus più onerosi del sistema per permettere le prestazioni massime, ma per quanto riguarda tutte gli altri device presenti sulla scheda madre abbiamo bisogno di un altro chip che comunica con la CPU ed è in grado di sovraintendere alla gestione di altri componenti come le porte USB, Connettori SATA 6GB/s. A bordo quindi si trovano:

– 4 porte USB 3.0
– 10 porte USB 2.0
– 2 porte LAN 10/100/1000
– Ulteriori 8 linee PCI Express 2.0
– 6 porte Serial ATA 6Gb/s

Interessante vedere com la scheda audio costituita da una Intel High Definition Audio dipenda dalla CPU. Questo fatto è dovuto alla scheda grafica integrata che gestisce flusso audio e video contemporaneamente. La piattaforma è stata testata utilizzando la consueta suite di test paragonando i risultati con le altre soluzioni presenti sul mercato marchiate sia Intel che AMD. Per paragonare i risultati ottenuti con le altre piattaforme in commercio, tutta la suite è stata eseguita con le attuali piattaforme TOP di gamma disponibili in commercio:

– Intel Core i7 980X (Gulftown 6C/12T)
– Intel Core i7 2600k (Sandy Bridge 4C/8T)
– AMD FX-8150 (Bulldozer 8C)

Caratteristiche tecniche della piattaforma:

CPU: Core i7 3770K
Frequenza: 100×35(39) = 3300Mhz(3900)
Mainboard: Intel DZ77GA-70K
RAM: Corsair GTX2 3x2GB 2250Mhz C8
VGA: Nvidia GTX 580 1.5GB
HDD: Seagate Barracuda 500Gb
PSU: Enermax Platimax 850W
Sistema operativo: Microsoft Windows 7 64bit

I test sulle altre piattaforme sono invece stati eseguiti sulle seguenti CPU:

Intel Core i7 3960X Extreme Edition
Intel Core i7 980X Extreme Edition
Intel Core i7 2600K
AMD FX-8150

I test eseguiti:

– PCMark Vantage
– Sisoft Sandra 2011
– 3DS Max 2011
– Cinebench R11.5
– Blender
– Photoshop CS5
– X.264
– Handbrake
– iTunes
– 7Zip
– WinRAR
– Google Chrome (SunSpider test)
– 3DMark Vantage
– 3DMark 11
– Crysis Warhead
– Alien vs. Predator

Con il benchmark PCMark Vantage , il Core i7-3770K si mette subito in cima alla classifica mettendosi davanti ai concorrenti in praticamente tutti test.

Sandra è un benchmark che sfrutta in maniera più intensa le potenzialità della CPU e lo si può dedurre dal fatto che le due CPU dotate di 6 core si trovano prime in classifica: subito dopo troviamo il processore in prova che si comporta molto bene.

Rendering and photo editing

I programmi di rendering sono dei software che sfrutano molto il parallellismo della CPU e a giovarne sono i processori dotati di molti core: il Core i7 3770k si posiziona dietro le due proposte Extreme Edition avvantaggiandosi sul core i7 2600k di circa il 7 per cento.

Anche in Cinebench il numero di core determina le prestazioni e il risultato è una potenza maggiore del 10 per cento rispetto a Sandy Bridge e inferiore di quasi il 30 rispetto a Sandy Bridge-E.

Anche con Blender la situazione non cambia e il core i7-3770K sta davanti al predecessore di un buon 17 per cento.

Photoshop mette prima ancora la proposta Extreme Edition, ma il 2600K è staccato di circa un 5 per cento dal 3770K. Encoding Audio/Video

Grazie a X.264 , possiamo gestire l’encoding di un video in formato H.264. Anche qui il core i7 3770K stacca il core i7 2600K di circa un 10 per cento e addirittura supera il core i7 980X.

Handbrake e iTunes sembrano non scalare alla perfezione con il numero di core e questo avvantaggia la soluzione in prova che se paragonata alle altre clock to clock è la più veloce staccando il core i7 3960X di un 5 e il core i7 2600K di un 10 per cento.

Compressione e Web Test

Anche in questo caso la potenza delle CPU Extreme Edition si fa sentire, ma il vantaggio con il predecessore i7 2600K varia da un 3 fino ad un 15 per cento.

Il punteggio totale del 3DMark Vantage premia ancora la nuova soluzione Intel che però deve soccombere alla prestazioni dei sei core. Il vantaggio nel CPU test sul core i7 2600K è di oltre il 10 per cento.

Stesso discorso fatto per il 3DMark Vantage vale anche per il 3DMark11 dove i risultati ottenuti sono praticamene gli stessi.

La scheda video Geforce GTX580 , utilizzata per questi test, è un prodotto dall’elevata potenza di calcolo e ci ha permesso, soprattutto alle basse risoluzioni, di rendere la CPU il vero collo di bottiglia, consentendo così di valutare in maniera migliore l’incremento delle prestazioni dovuto al processore. Come possiamo vedere, a basse risoluzioni il core i7 3770K si pone davanti a tutti: nei giochi quattro core bastano e avanzano.

Stesso discorso per Alien vs. Predator anche se il vantaggio è più risicato. > Come abbiamo già detto Intel con il DIE shrink delle CPU Sandy Bridge ha dato alla luce Ivy Bridge senza fare particolari miglioramenti per aumentare le prestazioni della CPU vera e propria, mantenendo le caratteristiche tecniche identiche a quelle della precedente generazione. Gli ingegneri hanno così avuto il tempo di concentrarsi sul processore grafico integrato che aveva bisogno di una rivitalizzazione, viste le scarse performance del suo predecessore.

Da questa tabella possiamo dedurre tutte le migliorie apportate che principalmente si traducono in un numero maggiore di EU (Execution Units) che passa da 12 a 16. Intel ha inoltre aumentato la compatibilità della sua GPU con le ultimissime librerie DX11 e ha mantenuto frequenze di funzionamento pari a 1350MHz. Tutte queste migliorie hanno portato la GPU Intel HD 4000 ad ottenere prestazioni che secondo Intel sono quasi doppie rispetto a quelle della precedente HD 3000.

Purtroppo non avevamo una CPU di vecchia generazione sotto mano per poter paragonare i risultati, ma avevamo nel nostro database qualche test eseguito con questa VGA: abbiamo così fatto qualche veloce comparativa e dei test in overclock.

Come possiamo vedere con il benchmark 3DMark Vantage la soluzione HD 4000 surclassa nettamente la precedente HD 3000 con incrementi nel GPU score pari al 130 per cento, mentre nel gioco UT3 su cui ci siamo basati visto che è uno dei giochi più leggeri che abbiamo nella suite si è evidenziato un incremento di frame rate superiore al 50 per cento.

Le prove effettuate in overclock ci hanno permesso di spingere la frequenza del core della GPU fino a 1600MHz in abbinamento a 400mV di aumento della tensione di alimentazione. Questo ci ha permesso di ottenere un overclock di quasi il 20 per cento che si è tramutato in quasi altrettanti miglioramenti di prestazioni nei benchmark. Le prestazioni della HD 4000 restano comunque quelle di un prodotto di fascia entry-level, e come tali in grado di accontentare solo utenti che vogliano giocare a titoli di qualche generazione fa. > Per quanto concerne le prove in overclock ci siamo basati su due tipi di raffreddamento per gestire questa CPU. Nel primo caso abbiamo deciso di montare il dissipatore stock di un Core i7 di passata generazione e abbiamo aumentato le frequenze mantenendo costante la tensione di default, mentre nel secondo caso abbiamo montato un waterblock prodotto da Ybris e per la precisione il modello Eclipse che, grazie alla sua elevata capacità di smaltire il calore, ci ha permesso di aumentare le tensioni e di conseguenza anche le frequenze.

Grazie al dissipatore ad aria abbiamo ottenuto un incremento delle frequenze di 900MHz che equivalgono a circa il 26 per cento in più, il tutto mantenendo costante la tensione di alimentazione, mentre aumentando di 250mV e mediante l’utilizzo del raffreddamento a liquido siamo stati in grado di mantenere piena operatività fino a 4.800MHz con un incremento del 37 per cento sulla frequenza.

Come possiamo vedere agli incrementi di frequenza è corrisposto immediatamente anche un aumento delle prestazioni, anche se comunque siamo rimasti perplessi dei risultati ottenuti visto che solitamente i DIE shrink garantiscono capacità di overclock maggiori dei modelli da cui derivano: da quanto visto in questa situazione sembra che il modello in prova non riesca ad eguagliare Sandy Bridge, che con un raffreddamento a liquido è in grado di superare i 5GHz con una buona facilità. > Parte fondamentale della review è riservata ai consumi che abbiamo registrato mentre il nostro sistema era in opera.

Solitamente la prima cosa che ci si aspetta da un DIE shrink è la drastica diminuzione dei consumi e del calore prodotto: visto che dal punto di vista architetturale non ci sono novità particolari era quello che tutti si aspettavano, ma dai test che abbiamo effettuato è risultato come apparentemente il nuovo processo produttivo introdotto da Intel non sia ancora maturo al 100 per cento.

Quando abbiamo parlato della tencnologia a 22nm e del nuovo transistor Tri-Gate è saltato alla luce come secondo Intel ci siano stati dei guadagni straordinari dal punto di vista eneregetico, ma questo è risultato vero man mano che la tensione di alimentazione diminuiva arrivando al miglior scenario possibile con una tensione di soli 0.6V. Purtroppo la CPU in oggetto, per poter funzionare alle frequenze di specifica, ha costretto Intel ad utilizzare una tensione di alimentazione di 1.15/1.2V che genera un aumento di calore e di Watt prodotti non indifferente.

Come possiamo vedere dal grafico l’accoppiata i7 3770K e chipset Z77 ottiene dei consumi nella media, ma i dati ottenuti sono deludenti se si pensa che il suo predecessore a 32nm fa meglio con prestazioni di poco inferiori.

Anche durante le prove in overclock abbiamo notato come l’aumento della tensione di alimentazione portasse ad aumenti esagerati della potenza dissipata e delle conseguenti temperature raggiunte, sintomo che già ora queste CPU lavorano ad un voltaggio che può essere definito al limite. I tecnici Intel secondo noi puntavano a ottere un regolare funzionamento della CPU con l’utilizzo di massimo 1V.

Detto questo abbiamo deciso di eseguire qualche test per vedere come influisce la tensione di alimentazione e la frequenza sui consumi e le temperature di questa CPU, quindi abbiamo montato il dissipatore a liquido e abbiamo cominciato a variare alcuni parametri.

I grafici parlano chiaro: l’aumento della frequenza genera maggior calore e temperature più alte, ma il vero problema è la tensione di alimentazione che fa aumentare in maniera esponenziale i Watt prodotti.

Nel secondo grafico la CPU è stata settata a 4.2Ghz e si è variato solamente la tensione di alimentazione: le conclusioni fanno riflettere. Fino a +200mV la potenza prodotta scala abbastanza linearmente e così anche le temperature, ma superata questa soglia il calore prodotto diventa ingestibile e ne sono testimoni le temperature che nonostante un raffreddamento a liquido hanno superato i 100C.

La differenza tra +0mV e +300mV è di circa 80W per una CPU che ha un TDP di 77W. in condizioni di default il consumo resta al di sotto di questo valore, ma appena si incrementa la tensione di alimentazione la lancetta dei Watt assorbiti schizza in alto andando a toccare quasi i 150W: valore veramente molto elevato. > Il Core i7 3770K ha il difficile compito di migliorare quanto di buono abbiamo già visto con la famiglia Sandy Bridge e per la precisone con il modello Core i7 2600K che da quando è entrato sul mercato ha riscosso un elevato successo grazie ad elevate prestazioni, bassi consumi, elevate capacità di overclock e un prezzo alla portata di tutti.

L’IPC (Instruction Per Cycle) di questa CPU è aumentato rispetto al predecessore Sandy Bridge e a parità di frequenza la CPU si presenta leggermente più veloce. L’aumento prestazionale, come prevedibile visto le risicate rivisitazioni dell’architettura, è quantificabile in circa un 10 per cento, valore nella media visto che stiamo parlando di un DIE shrink e non di una CPU basata su un progetto nuovo.

Detto questo, se dal punto di vista delle prestazioni era lecito aspettarsi pochi miglioramenti, le aspettative sul lato consumi/temperature erano ai massimi livelli, ma dai risultati che abbiamo ottenuto purtroppo Intel non è riuscita a cogliere nel segno come ha fatto con le sue ultime uscite. L’avvento dei 22nm e della tecnologia 3D Tri-Gate avrebbe dovuto garantire prestazioni maggiori e consumi inferiori: così sarebbe stato se si fosse riusciti a creare una CPU operante a tensioni inferiori dove il nuovo transistor da il meglio di sè. Se da un certo punto di vista Intel ha fatto un grosso passo in avanti con i 22nm, nel senso pratico e in particolare con questo Core i7 3770K i benefici di questa nuova tecnologia non si sono visti.

Nei confronti di Sandy Bridge i consumi registrati sono praticamente in linea, con un leggero vantaggio della generazione precedente, e questo ha dell’eclatante visto il DIE shrink. Certo i valori sono molto buoni, ma sull’unico punto dove ci sarebbero dovuti essere dei progressi si è addirittura andati indietro. Questo fattore si è ripercosso anche sull’overclock, visto che a elevate frequenze e tensioni non si riesce a operare nemmeno con un raffreddamento a liquido di ottima fattura e ci si deve quindi accontentare di frequenza inferiori per non incappare in consumi e temperature fuori dalla norma.

Come già detto l’ overclock di questa piattaforma non ci ha prticolarmente entusiasmato. Certo battere i risultati spettacolari ottenuti con Sandy Bridge era difficile, ma non sembrava così impossibile vista la stessa architettura e il nuovo processo produttivo che avrebbe dovuto assicurare un deciso passo in avanti da questo punto di vista. Con il dissipatore e le tensioni stock si riesce comunque a raggiungere dei traguardi interessanti, probabilmente è possibile tenere in utilizzo giornaliero questa CPU ad un a frequenza di 4,5GHz con 4core/8threads attivi, ma senza un dissipatore di buona qualità sconsigliamo di spingersi oltre: invece che prestazioni si ottengono solo consumi elevati.

Ovviamente questa CPU può vantare più di qualche nota positiva: la GPu integrata Intel HD 4000, come promesso, vale un grosso passo avanti rispetto alla precedente generazione. Le prestazioni da quanto dichiara Intel sono praticamente doppie e lo testimoniano anche i risultati da noi ottenuti con il software 3DMark Vantage, con il quale abbiamo registrato aumenti del 130 per cento. Questo fattore può essere molto determinate per soluzioni notebook dove la potenza di calcolo della scheda video è solitamente più modesta e questa soluzione può sicuramente permetterci di giocare qualche ultimo titolo anche se con impostazioni qualitative di basso livello.

In conclusione ci aspettavamo di più da questo nuovo prodotto Intel. Come già detto era difficile fare meglio del già ottimo Sandy Bridge, un DIE shrink solitamente porta con se maggiore cache che si tramuta in prestazioni maggiori, ma in questo caso le migliorie si sono concentrate solamente sulla scheda video. Un aumento delle prestazioni di solo un 10 per cento non è certo un elemento di particolare impatto, e unito all’inesistente passo avanti sui consumi ci fa un po’ rimpiangere la vecchia architettura che sicuramente era molto più equilibrata. Speriamo che con il prossimo step produttivo Intel possa sistemare i problemi di consumi che abbiamo riscontrato in questo articolo visto che la nuova tecnologia a 22nm e il transistor 3D Tri-Gate sembrano promettere molto bene.

Si ringrazia Intel per i sample messi a disposizione per questa recensione.

a cura di Andrea Faes >>>>>