AMD vs Intel ylikellotettuna ilmajäähdytyksellä (2019)

Testasimme io-techissä AMD:n uusista 3. sukupolven Ryzen -prosessoreista heti julkaisupäivänä 12-ytimisen Ryzen 9 3900X- ja 8-ytimisen Ryzen 7 3700X -mallit, jotka kilpailevat markkinoilla Intelin Core i9-9900K- ja Core i7-9700K -mallien kanssa. Molemmilla AMD:n ja Intelin prosessoreilla on ilmoitettu eri Boost-kellotaajuuksia, jotka riippuuvat muun muassa rasitettavien ytimien lukumäärästä, tehonkulutuksesta, virrankulutuksesta ja lämpötilasta.

Ryzen 9 3900X:llä maksimi Boost-taajuus on 4,6 GHz ja Ryzen 7 3700X:llä 4,4 GHz, mutta io-techin testeissä edes lähelle kyseisiä kellotaajuuksia on toistaiseksi päästy satunnaisesti ainoastaan yhden säikeen rasituksessa. Asuksen Crosshair VIII Hero -emolevyllä tuoreimmalla BIOS-versiolla todellisuudessa molemmat prosessorit toimivat rasitettavien ytimien lukumäärästä riippuen n. 4,0-4,3 GHz:n kellotaajuudella.

Intelin prosessoreilla puolestaan kaikkien ytimien rasituksessa Turbo-kellotaajuutta rajoittaa prosessoreiden 95 watin TDP-arvo. Intelin mukaan vakiona kyseisten prosessoreiden Power Limit 2- eli PL2 arvo on 210 wattia, johon tehonkulutus voi hetkellisesti nousta. Käytännössä noin 30 sekunnin kuluttua prosessorin TDP-arvo lukittuu 95 wattiin ja ytimien kellotaajuus laskee noin 4 GHz:iin. Emolevyjen biosista kyseisen TDP-rajoituksen voi halutessa kytkeä pois käytöstä, jolloin Core i9-9900K toimii jatkuvasti kaikkien ytimien rasituksessa 4,7 GHz:n ja Core i7-9700K 4,6 GHz:n kellotaajuudella.

Tähän artikkeliin ylikellotimme edellä mainitut AMD:n ja Intelin prosessorit ilmajäähdytyksellä eli kahdella 140 mm:n tuulettimella varustetulla Noctuan NH-D15-coolerilla maksimiin ja asetimme muistit toimimaan DDR4-4000-nopeudella CL16-latensseilla.

Ryzen 9 3900X toimi vakaasti 4,3 GHz:n kellotaajuudella, kun käyttöjännitettä syötettiin 1,4125 volttia. Prosessorin lämpötila nousi maksimissaan 86 asteeseen ja kokoonpanon tehonkulutus 218 watista 231 wattiin.

Ryzen 7 3700X toimi vakaasti 4,35 GHz:n kellotaajuudella, kun käyttöjännitettä syötettiin 1,45 volttia. Prosessorin lämpötila nousi maksimissaan 85 asteeseen ja kokoonpanon tehonkulutus 165 watista 199 wattiin.

Core i9-9900K toimi vakaasti 5,0 GHz:n kellotaajuudella, kun käyttöjännitettä syötettiin 1,3 volttia. Prosessorin lämpötila nousi maksimissaan 93 asteeseen ja kokoonpanon tehonkulutus 152 (241) watista 256 wattiin. Suluissa vakiona hetkellinen tehonkulutus 4,7 GHz:n Turbo-taajuudella.

Core i7-9700K toimi vakaasti 5,1 GHz:n kellotaajuudella, kun käyttöjännitettä syötettiin 1,35 volttia. Prosessorin lämpötila nousi maksimissaan 82 asteeseen ja kokoonpanon tehonkulutus 147 (178) watista 210 wattiin. Suluissa vakiona hetkellinen tehonkulutus 4,6 GHz:n Turbo-taajuudella.

AMD:n Ryzenit testattiin Asuksen uudella X570-piirisarjaan perustuvalla Crosshair VIII Hero -emolevyllä ja Intel-alustalla emolevynä oli käytössä Asuksen Z390-piirisarjaan perustuva Maximus XI Extreme.

Hintataso Suomessa 12.7.2019

• Ryzen 7 3700X: alkaen 349 €
• Core i7-9700K: alkaen 419 €
• Ryzen 9 3900X: alkaen 499 €
• Core i9-9900K: alkaen 515 €

Muiden komponenttien osalta avonaisessa testikokoonpanossa oli käytössä Gigabyten GeForce RTX 2080 Ti -näytönohjain, 64-bittinen Windows 10 Pro-käyttöjärjestelmän uusin 1903-versio ja testiohjelmat oli asennettuna M.2 SSD:lle ja virransyötöstä vastasi Cooler Masterin 850-wattinen V850-virtalähde.

LGA 1151 -alusta:

• Intel Core i7-9700K (8/8 ydintä/säiettä)
• Intel Core i9-9900K (8/16 ydintä/säiettä)
• Asus ROG Maximus XI Extreme (Z390-piirisarja)
• 2 x 8 Gt G.Skill Trident Z Royal @ DDR4-4000 (16-16-16-36)
• Samsung 970 Pro 512 Gt M.2 SSD (PCIe 3.0)

AM4-alusta:

• AMD Ryzen 7 3700X (8/16 ydintä/säiettä)
• AMD Ryzen 9 3900X (12/24 ydintä/säiettä)
• Asus ROG Crosshair VIII Hero (X570-piirisarja, BIOS: 0702)
• 2 x 8 Gt G.Skill Trident Z Royal @ DDR4-4000 (16-16-16-36)
• Corsair MP600 2 Tt M.2 SSD (PCIe 4.0)

Muut komponentit:

• Gigabyte GeForce RTX 2080 Ti
• Corsair MP600 2 Tt (AMD) / Samsung 970 Pro 512 Gt (Intel)
• Cooler Master V850 (850 W)
• Microsoft Windows 10 Pro 64-bit (1903 build)

Prosessoritestit

Cinebench R15 -renderöintitesti testattiin kaikilla prosessorisäikeillä ja vain yhdellä säikeellä.

Uudempi vuonna 2018 julkaistu Cinebench R20 on kestoltaan pidempi ja se testattiin myös kaikilla prosessorisäikeillä ja vain yhdellä säikeellä.

Blender-renderöintitestissä oli käytössä legendaarinen BMW Benchmark -testi ja ohjelma osaa hyödyntää kaikkia prosessoriytimiä.

V-Ray Next Benchmark on Chaos Groupin julkaisema testiohjelma, joka mittaa prosessorin suorituskykyä säteenseurannassa (Ray Tracing) ja osaa hyödyntää kaikkia ytimiä.

Handbrake-ohjelmalla enkoodattiin Fast 1080p30 -presetillä ja H.264-koodekilla (x264) 6,3 gigatavun kokoinen 3840×1714-resoluution .mov-video .mp4 -containeriin (lataa lähdevideo).

Enkoodasimme Handbrakella myös Matroskan H.265 MKV 1080p30-presetillä ja x265-koodekilla 410 megatavun kokoisen 3840×1608-resoluution videon .mkv-containeriin (lataa lähdevideo).

Adobe Lightroom Classic CC:llä exportattiin 250 kpl RAW-kuvia JPG-formaattiin, kuvat pienennettiin 1920×1080-resoluutiolle ja tallennettiin. Operaatioon kulunut aika mitattiin sekuntikellolla.

AIDA64:n Memory Benchmark mittaa keskusmuistin muistiväylän kaistanleveyttä megatavuina sekunnissa luku-, kirjoitus- ja kopiointitesteissä. Testissä huomionarvoinen seikka on Ryzen 7 3700X:n alhainen kirjoitusnopeus. Tulos johtuu AMD:n mukaan siitä, että yhdellä CCD-piirillä varustetut 6- ja 8-ytimisissä prosessoreissa on käytössä kirjoitusnopeuden osalta puolet kahdella CCD:llä varustettujen 12- ja 16-ytimisten prosessoreiden muistikaistasta. CCD:n ja I/O-piirin välinen linkki on kirjoituksen osalta 16-bittinen siinä missä luku on 32-bittinen.

Kenties juuri tästä syystä AIDA:n kehittäjä on lisännyt muistitestiin informaation, että luku- ja kirjoitustestit eivät edusta tosielämän kuormitusta, vaan lähimpänä sitä on kopiotesti.

AIDA:n muistitesti ilmoittaa myös latenssin eli kuinka kauan kestää, kun prosessori pyytää (read command) ja hakee tietoa keskusmuistista. Uuden chiplet-suunnittelun myötä 3. sukupolven Ryzen-prosessoreiden keskusmuistin latenssi on hieman kasvanut, mutta sitä on kompensoitu tuplaamalla L3-välimuisti, joten tietoa ei tarvitse siirtää piirin ulkopuolelle enää niin paljon ja usein kuin aiemmin.

3D-testit

Pelisuorituskyky eri näyttöresoluutioilla

Korkeammilla 1440p- ja 2160p-näyttöresoluutioilla prosessorin merkitys vähenee merkittävästi ja suorituskyvystä tulee entistä enemmän näytönohjainriippuvainen.

Valtaosa peleistä on näytönohjainriippuvaisia, kuten esimerkkinä yllä olevassa kaaviossa Shadow of the Tomb Raider, jossa Core i9-9900K oli vakiona maksimissaan 2 % suorituskykyisempi kuin Ryzen 9 3900X.

Pelisuorituskyky 1920×1080-resoluutiolla

Ajoimme pelitestit kaikkien testiprosessoreiden kesken 1920×1080-resoluutiolla ja käytössä oli suorituskykyinen Gigabyten GeForce RTX 2080 Ti -näytönohjain, jotta näytönohjain ei olisi pullonkaulana.

The Witcher 3 testattiin Ultra ja High -kuvanlaatuasetuksilla pelaamalla peliä 60 sekunnin ajan ja tallentamalla OCAT-ohjelmalla keskimääräinen ruudunpäivitysnopeus ja 99. persentiili Novigrad-kaupunkikentässä.

Battlefield V testattiin DirectX 12 -rajapinnalla Ultra-kuvanlaatuasetuksilla pelaamalla peliä 60 sekunnin ajan ja tallentamalla OCAT-ohjelmalla keskimääräinen ruudunpäivitysnopeus ja 99. persentiili Tirailleur-kentässä.

F1 2019 testattiin Ultra High -kuvanlaatuasetuksilla pelaamalla peliä 60 sekunnin ajan ja tallentamalla OCAT-ohjelmalla keskimääräinen ruudunpäivitysnopeus  ja 99. persentiili sateisella Singaporen radalla.

Shadow of the Tomb Raider testattiin Highest-kuvanlaatuasetuksilla pelaamalla peliä 60 sekunnin ajan ja tallentamalla OCAT-ohjelmalla keskimääräinen ruudunpäivitysnopeus  ja 99. persentiili.

Counter Strike: Global Offensivessa oli käytössä alhaiset kuvanlaatuasetukset ja käytimme FPS Benchmark -testiäkeskimääräisen ruudunpäivitysnopeuden mittaamiseen.

Tehonkulutus- ja lämpötilamittaukset

Tehonkulutus- ja lämpötilamittauksissa prosessoreita rasitettiin Cinebench R20 -testillä.

Tehonkulutusta mitattiin seinästä Etech PM-300 -mittarilla, joka kertoo koko kokoonpanon tehonkulutuksen ilman näyttöä.

Lämpötilat mitattiin HWiNFO-ohjelmalla ja kyseessä on testin aikana mitattu lämpötilan maksimiarvo ja yksittäiset ytimet saattavat toimia muutamia asteita viileämpänä.

Ylikellotettuna kaikilla prosessoreilla lämpötila nousi 80-90 asteeseen, joten mahdollisimman tehokas jäähdytysratkaisu, kuten Noctua NH-D15, on pakollinen ja custom loop -vesijäähdytys suositeltava.

Huom! Suora lämpötilojen vertailu Intelin ja AMD:n prosessoreiden kesken ei ole mahdollista, sillä mittausprosessiin liittyy liian monta muuttujaa kahdella täysin erilaisella alustalla, vaikka käytössä on sama cooleri. Tulokset ovat suuntaa antavia.

Loppuyhteenveto

Intelin 9. sukupolven Core-prosessoreiden K-mallisissa prosessoreissa on huomattavasti enemmän ylikellotuspotentiaalia kuin AMD:n uusissa 3. sukupolven Ryzen-prosessoreissa. Core i9-9900K:lla ja Core i7-9700K:lla kaikkien ytimien suorituskykyä rajoittaa vakiona massiivisesti 95 watin TDP-arvo. Kun se ja muut teho- ja virtarajoitukset heitetään roskikseen, venyvät molemmat prosessorit ilmajäähdytyksellä 5 GHz:n kellotaajuudelle. Ylikellotettuna Core i9-9900K:n suorituskyky parani esimerkiksi Cinebench R20 -prosessoritesteissä n. 20 % ja Core i7-9700K:lla n. 13 % ja The Witcher 3 -pelissä 9900K:lla n. 11 % ja 9700K:lla n. 12 %.

Ryzen-prosessoreilla manuaaliset ylikellotukset ovat kaikkien ytimien osalta ovat jääneet aiemmin Globalfoundriesin 14 ja 12 nanometin prosesseilla sekä nyt TSMC:n 7 nanometrillä alle 4,5 GHz:iin. Ryzen 9 3900X saatiin toimimaan kaikilla 12 ytimellä 4,3 GHz:n ja 8-ytiminen Ryzen 7 3700X hieman korkeammalla 4,35 GHz:n kellotaajuudella. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että manuaalisesti ylikellottamalla Ryzen 9 3900X:n Boost-kellotaajuudesta jää hyödyntämättä potentiaalisesti 300 MHz ja Ryzen 7 3700X:llä 100 MHz. Tämä näyttäytyi huonompana suorituskykynä  kuin vakiona  yhden säikeen Cinebench-testeissä sekä osassa pelejä. Kaikkien ytimien rasituksessa ylikellotettuna Ryzen 7 3900X:n  ja Ryzen 7 3700X:n suorituskyky parani Cinebench R20 -prosessoritesteissä ja The Witcher 3 -pelissä suorituskyky puolestaan laski parilla FPS:llä.

Ylikellotustestien tulokset alleviivaavat ja korostavat tämän hetkistä tilannetta AMD:n ja Intelin välillä. 500 euron hintaluokassa Ryzen 9 3900X on prosessoritesteissä ja hyötyohjelmissa täysin omassa luokassaan niin vakiona kuin ylikellotettuna. Core i9-9900K häviää hyötyohjelmissa vakiona ja painii ylikellotettuna tasoissa 165 euroa halvemman Ryzen 7 3700X:n kanssa. 70 euroa kalliimmalla Core i7-9700K:lla ei ole prosessoritesteissä mitään jakoa Ryzen 7 3700X:lle.

Prosessoririippuvaisissa pelitesteissä puolestaan Intelin 9. sukupolven Core-prosessorit ovat vakiona hieman ja ylikellotettuna hieman enemmän suorituskykyisempiä kuin 3. sukupolven Ryzenit. Esimerkiksi Full HD -resoluutiolla The Witcher 3:ssa ja F1 2019:ssä Core i9-9900K ja Core i7-9700K ovat ylikellotettuna noin 30 % suorituskykyisempiä kuin ylikellotetut Ryzen 9 3900X ja Ryzen 7 3700X. Näytönohjainriippuvaisessa Shadow of the Tomb Raiderissa erot jäävät alle 5 %:iin ja korkeammilla 1440p- ja 2160p-resoluutioilla erot kutistuvat entisestään.

Palaamme AMD:n uusien Ryzen-prosessoreiden ylikellottamisen pariin vielä myöhemmin, kunhan AMD ja emolevyvalmistajat saavat päivitettyä biosit täyteen iskuun ja esimerkiksi Precision Boost 2 -ominaisuus sekä uusi 200 MHz:n Automatic Overclocking -ominaisuus toimivat kunnolla. Näiden avulla ainakin teoriassa pelisuorituskykyä pitäisi olla mahdollista optimoida manuaaliylikellotusta paremmaksi.