Ревю на чудовището на AMD: Threadripper 3990X

Днес, благодарение на любезното съдействие от страна на AMD, имаме шанса да се запознаем от първо лице с един уникален настолен процесор, прецедент в настолния сегмент. За момента не само, че е най-мощния и най-скъп правен досега HEDT процесор, но не е произведен от Intel.
Само за няколко години AMD от 6 ядра на своите процесори, увеличи броя на 8/12/16/24/32, а вече и на 64. Това, което направи AMD е едновременно шокиращо и смущаващо, защото разбива всякакви границите и стереотипи. След успешния дебют на 24 и 32-ядрените представители на третото поколение процесори Ryzen Threadripper, едва ли компанията AMD вече има нужда да доказва нещо на някого, особено в сегмента HEDT, но въпреки това, реши да пусне невиждан досега „звяр“. В началото на февруари стартираха продажбите на чудовищния Threadripper 3990X, който разполага с 64 физически ядра и посредством SMT технологията, може да обработва едновременно до 128 нишки програмен код. Вградената в Threadripper 3990X изчислителна мощност трудно може да се впише във въображението. Това е напълно уникален процесор, който позволява да се получи такъв брой ядра в една настолна работна станция, които дори конкурентни, сървърни, двупроцесорни системи не могат да осигурят.
AMD Threadripper 3990X би трябвало да може да се справи с много тежки задачи, изискващи много ресурси, за решаването, на които беше необходимо да се прибегне до използването на специализирани компютърни сървъри или ферми. Това означава, че появата на подобно предложение може коренно да промени обичайните процедури за работа със съдържание с висока резолюция, или с висококачествени визуални ефекти в киното. Именно и това е акцентът на този процесор, който поставят от AMD. Това не е процесор за гейминг или ежедневни стандартни задачи. Това е процесор за създаване на висококачествено съдържание и той ще облекчи много работата на 3D дизайнерите.
В този преглед няма да можем да дадем категоричен отговор дали Threadripper 3990X е подходящ за конкретни задачи, пред които са изправени професионалистите от различни индустрии. Проблемите, с които се сблъскват подобни специалисти, в повечето случаи са сложни и индивидуални и не би било напълно правилно да се прилагат някои обобщени подходи за оценка на резултатите в този случай. Със сигурност обаче сме способни да оценим относителната производителност на Threadripper 3990X в популярни приложения за създаване и обработка на съдържание и изследване на всички тънкости, свързани с използването му.

Threadripper 3990X

Threadripper 3990X е първият 64-ядрен процесор, използван в настолни системи от топ клас. Доскоро оферти с толкова много ядра съществуваха само в сървърния свят, но изглежда AMD реши да промени статуквото на сървърите и работните станции и да предлага и на двата пазара приблизително едно и също нещо, но в малко по-различна обвивка. Всъщност Threadripper 3990X е HEDT аналог на EPYC 7702P („Rome“), но с четири (а не осем) канала памет, с половината от всички поддържани PCI Express линии, изключени функции за сигурност, но с разширено TDP и увеличена тактовата честота.

Очевидно е, че такъв процесор се появява в портфолиото на AMD най-вече защото компанията просто може да го направи. В настоящата конкурентна среда, когато най-високия модел HEDT процесор на Intel е снабден само с 18 ядра, моделите на Threadripper с 24 и 32 ядра свършиха отлична работа за повдигане на летвата до недостижими нива. Но именно в това е обаянието на чиплет дизайна. Той улеснява мащабирането на решенията и следователно 64-ядреният Threadripper 3990X е логичното продължение на гамата. Нещо повече, този процесор използва градивни елементи, които са налични в арсенала на AMD. Threadripper 3990X съдържа осем стандартни 7 nm Zen 2 базирани чиплета, напълно идентични с тези, които AMD използва във всички останали процесори от сегашното си поколение. Ролята на централна връзка, обединяваща изчислителните набори от чипове, се изпълнява от 12 nm I/O чиплет, който по подобие на по-младшите модели процесори от трето поколение Threadripper, е същият като на сървърните процесори EPYC „Rome“. По този начин, Threadripper 3990X има около 39,5 млрд. транзистора, които са разпределени в девет полупроводникови кристала (чиплета).

Как всичко това е разположено на интерпозера (процесорната платка) и опаковано в сокет TR4, можете да видите на снимката.

Очевидно e, че Threadripper 3990X е сглобен на същия интерпозер като семейството процесори EPYC и в това няма нищо странно.

Разликите между Threadripper 3990X и следващия в гамата 32-ядрен Threadripper 3970X не е само в броя на чиплетите и респективно ядрата. Както вече споменахме AMD класифицира 64-ядреното си чудовище в малко по-различен клас – „HEDT процесори със специална цел“. Именно това отчасти е причина за разлика във формулата на тактовите честоти на 64-ядрения модел на семейството Threadripper и другите негови редови представители.

Факт е, че зад двукратното увеличение на броя на ядрата в Threadripper 3990X няма увеличение на енергийната консумация. TDP на 64-ядреният модел е ограничен до 280 W, както и на станалите 32/24-ядрени процесори, а освен това и PPT (Package Power Tracking) има същата стойност. Това означава, че технологията Precision Boost 2 не позволява на процесора да надхвърли границата от 280 W по време на работа. Всичко това се регулира, чрез стандартните механизми – намаляване на честотата и напрежението. Именно поради тази причина Threadripper 3990X няма толкова високи фабрични тактови честоти, колкото по-младшите негови колеги. Базовата му честота на пълно натоварване (128 нишки) е 2.9 GHz, която е с 800/900 MHz по-ниска спрямо другите два модела, а максималната му честота в турбо режим е 4.3 GHz, която е само с 200 MHz по-ниска. Тук е моментът да припомним, че охлаждането играе голяма роля за производителността на процесорите Ryzen на фабрични настройки и използването на по-добро такова, ще я повиши, без да се налага да правите каквито и да било настройки.
Threadripper 3990X поддържа до 64 линии PCI Express 4.0 и четириканална памет DDR4-3200, което обаче едва ли ще изненада никого, тъй като I/O чиплета, а следователно и PCI Express и контролерите на паметта, са еднакви при всички процесори Threadripper от трето поколение.
Тъй като Threadripper 3990X не се различава от по-младшите модели нито по външни интерфейси, нито по отношение на консумацията на енергия и разсейването на топлина, той може да се използва без проблеми в съществуващата екосистема от дънни платки Socket sTR4 базирани на чипсета TRX40. Разбира се те ще се нуждаят само от ъпдейт на BIOS, но всички производители вече актуализираха фърмуера на своите платформи и имат пълна поддръжка за 64-ядрения модел.
Сега, когато AMD премина на топология с централизиран I/O чиплет, всички ядра имат абсолютно равен достъп до контролера на паметта и PCI Express комплекса и това елиминира много от проблемите в миналото на многоядрените процесори на компанията. По своята структура Threadripper 3990X е подобен на Threadripper 3970X, с тази разлика, че към централния I/O чиплет вече има два пъти повече връзки, заради удвоения брой CPU чиплети. Това означава, че както и в другите процесори с микроархитектура Zen 2, тук няма пряка връзка между изчислителните набори от чипове и цялата комуникация между ядрата се осъществява посредством Infinity Fabric, разположен в I/O чипсета. Тази схема се оказа ефективна в серията Ryzen 3000, а след това и в 24/32-ядрени HEDT процесори, така че няма причина да не бъде използвана и при Threadripper 3990X.

Каква е спецификата на Threadripper 3990X?

Уловката при Threadripper 3990X е, че той е много специфичен процесор и не е толкова универсален, като по-младшите му 24/32-ядрени събратя. Една от основните причини, които го прави такъв е, че съществуващите операционни системи, включително всяка потребителска версия на Windows, не знае как да адресират повече от 64 нишки. Това произтича от глобалното ограничение на x86-64 архитектурата, свързано с максималната разрядност на цялото число, което кодира свързването на нишките към логическите ядра – афинитет. Разбира се, отдавна е измислен изход от тази ситуация, но не е най-перфектния. В операционните системи, започвайки с Windows 7 и Windows Server 2008 R2, Microsoft представи концепцията за „процесорни групи“ – подмножество от логически ядра, за всяко от което процесите на афинитет са независими. Всяка от тези групи получава свои собствени 64 нишки и в резултат на това операционната система може да управлява произволен брой многопоточни процесори, но с цената на групирането им. Така, ако инсталирате 64-bit Windows на система с Threadripper 3990X, се появяват две групи с 64 ядра всяка. На практика това означава, че всички ядра на Threadripper 3990X в операционната система са видими и налични в две процесорни групи с по 64 нишки. Въпреки това, за да се използват и двете групи наведнъж от приложенията, трябва да им се добави и поддръжка за съответната функционалност. В противен случай задачата ще се изпълнява само в рамките на една група от 64 нишки. Когато софтуерната инфраструктура не е в крак с хардуера, поддръжката на процесорните групи в приложенията имат очевидни проблеми. Тъй като развитието на многопоточността е сравнително ново явление извън сървърния сегмент, съответните възможности далеч не са универсални. Следователно значителен брой програми с интензивно използване на ресурси просто не могат да се възползват от ъпгрейд към процесори като Threadripper 3990X, защото те ще бъдат изпълнени само в рамките на една група от логически ядра (64), оставяйки другата половина без работа. Освен това, както показва практиката, в някои случаи с не оптимизиран софтуер можете да наблюдавате дори забележим спад в производителността. В тази връзка AMD предлага да се съсредоточите върху оптимизирани програми, чийто брой, в светлината на 128-нишковия Threadripper 3990X, постепенно ще се увеличава. Има разбира се и друг изход – просто изключете SMT технологията, превръщайки Threadripper 3990X в 64-ядрен и 64-нишков процесор. Разбира се това последното не е приемливо за процесор струващ $3990.
Началните версии на Windows 10, с изключение на Home, работят с 64-ядрения Threadripper 3990X процесор по същия начин, като поддържат 128 нишки. Добрата новина е, че не се налага да използвате изданията Enterprise или Pro for Workstation, а единствено е необходимо да обновите Windows 10 до build 1909, така че OC да определи правилно платформата Socket sTR4 като система с един сокет. Производителността на Threadripper 3990X във всички издания на Windows 10 (Pro, Pro for Workstations и Enterprise) е идентична.
Другият важен момент, който прави специфичен Threadripper 3990X, е фактът, че са доста малко настолните професионални приложения, които могат да използват повече от 64 нишки. Основно това са няколко софтуерни пакети за 3D рендеринг и кинематографски ефекти. Това е и основната причина AMD да определят главното предназначение на Threadripper 3990X, като процесор за създаване на съдържание.

Тук е и момента да се припомни, че удвояването на процесорните ядра, не означава непременно и удвояване на производителността. Има и други проблеми, които правят съотношението нелинейно, поради което увеличаването на производителността с увеличаване на броя на наличните ядра в системата, постепенно намалява. По принцип тази закономерност е описана от закона/формулата на Джин Амдал (Geen Amdahl), в който се казва, че ускоряването на изпълнението на програмата поради паралелизация е ограничено от времето, необходимо за изпълнение на последователните ѝ инструкции. Следователно един 64-ядрен процесор не е задължително да бъде забележимо по-бърз от 32-ядрен. Това важи с особена сила, ако се вземе предвид факта, че увеличаването на броя ядра при едно и също TDP води до намаляване на тактовата честота. Ситуацията на практика е доста по-сложна, защото освен горните фактори, трябва да добавим и пропусквателната лента на паметта. Например, увеличаването на броя на едновременно изпълняваните нишки увеличава натоварването на честотната лента на четириканалната памет, която може да не е достатъчна за навременно предоставяне на данни на всички 128 нишки. Неслучайно сървърния Epyc има 8 канална памет. Разбира се, всички подсистеми влияят на общата производителност и когато трябва да се проектира такава система, трябва много внимателно да се огледат всички детайли в зависимост от конкретното приложение.

AMD съветва да се спазват следните принципи при избора на компоненти: обема на RAM паметта трябва да бъде избрана 1-2 GB за всеки един логически процесор (което означава 128 GB-256 GB), а дисковете трябва да бъдат избрани измежду най-продуктивните NVMe модели – например сравнително новите PCIe 4.0 базирани такива са най-удачните в случая.

Описание на тестовите системи и методите за тестване

Заслужава да се отбележи, че тестването на Threadripper 3990X изобщо не беше толкова прост процес, колкото бихме искали да бъде. Първите проблеми бяха свързани с все още не изчистената от проблеми хардуерна поддръжка на повечето Socket sTR4 дънни платки. В случая беше използвана платка ASUS Prime TRX40 pro, на която така и не успяхме автоматично да пуснем паметта на XMP профила ѝ – наложи се ръчно да задаваме всички тайминги от профила. Също така, за да избегнем гореописаните проблеми със стандартния Windows 10 Pro, се наложи да инсталираме Windows 10 Pro for Workstation. За тестовете основно се съсредоточихме към използване на 3D рендеринг тестов софтуер, за каквато цел се рекламира този процесор. Но и тук се сблъскахме с проблеми – масовата липса на поддръжка от този софтуер за наличните 128 нишки на Treadripper 3990X.
Все пак накрая за реални впечатления и най-компетентно становище, предоставихме тестовата машина с Threadripper 3990X за реална оценка от професионалисти в тази област – нашите приятели от ImmerseFX.

В крайна сметка списъкът на компонентите, участващи в тестовата система е както следва:

CPU: AMD Threadripper 3990X
MB: ASUS Prime TRX40 pro
RAM: 8 x 32 GB (256 GB) Kingston HyperX Fury DDR4-3200
Cooler: Cooler Master MasterLiquid ML360 RGB TR4
VGA: AMD Radeon Pro W5700
Disk: AORUS NVMe Gen4 SSD 1TB
Case: NZXT Ninja H700I
PSU: EVGA SuperNova 1200 P2

На следващото видео може да видите процеса на сглобяване на тестовата система

Производителност при рендериране

Още преди да започнем тестовете, изглеждаше, че Threadripper 3990X просто няма конкуренти и запознаването с постигнатите резултати от теста показа, че наистина този процесор е далеч по-добър от водещите предложения на други семейства. Всичко сочи, че това са задачите, заради които първоначално е създаден Threadripper 3990X. Тук, това 64-ядрено чудовище се чувства в свои води и е без всякаква конкуренция, демонстрирайки около половин кратно подобрение на резултатите в сравнение с по-малките модели от линията. Фактът, че при рендерирането има добро мащабиране с увеличаването на броя на ядрата, е известен от много време, така че толкова блестящо представяне на Threadripper 3990X в тази категория натоварване, не беше изненада за нас.

Производителност на видео обработка

Производителността на Threadripper 3990X при обработка на видео в Premiere Pro CC не изглежда толкова убедително. Всъщност тук няма много смисъл да се използва скъп 64-ядрен процесор, защото самия софтуер не може да се възползва от повече от 64 ядра. Именно заради това производителността при изключен SMT (тоест 64C/64T) леко се подобрява. Но като цяло Premiere Pro CC, не може ефективно да мащабира производителността си до такъв брой ядра, независимо дали става въпрос за интерактивната работа с приложението, или за крайния процес на експорт.

Архивиране и прекодиране на видео

Конвенционалните, често използвани алгоритми, е малко вероятно да се възползват от преход към 64-ядреното чудовище на AMD. Естествено, развиването на многопоточността при обичайните настолни приложения е на заден план и едва ли се прави нещо по въпроса. При 7-zip е очебийно, че този архиватор изобщо не може да се възползва от по-големия брой ядра, като даже и 64 са му много. Handbrake повтаря този сценарий, с тази разлика, че при изключване резултата малко се подобрява, благодарение на повишаването на тактовата честота. Като цяло при тези приложения едва ли ще има някакво подобрение на производителността спрямо 32-ядрения модел Threadripper, но даже и да има то ще се дължи вероятно от кеша.

Инженерен CAD дизайн

Както можете да видите от базата данни на Puget Systems, резултатите от тестовете на Solidworks 2020 са посредствени. Всъщност проблемът отдавна е известен и е в самия софтуер, който не е може изобщо да работи добре с повече процесорни ядра, но за сметка на това харесва високи тактови честоти. При деактивиране на SMT, нещата много леко се подобряват, но това е незначително.  Това означава, че Threadripper 3990X не може да бъде полезен, когато работите с тази популярна програма за инженерен дизайн.

На следващото видео, може да чуете впечатленията на професионалните дизайнери от ImmerseFX, които имаха достатъчно време за да придобият впечатления от PC системата в реални условия.

Консумирана мощност

При 64-ядрения Threadripper 3990X имаме същия термичен пакет, като при по-младшите модели с по-малко ядра. Граничната стойност от 280 W е записана в параметъра PPT (Package Power Tracking). Следователно, 64-те ядра не са в състояние под товар да преминат границата от 280 W. Ако случайно моментната стойност се опита да надхвърли тази граница, Precision Boost 2 се намесва и намалява тактовата честота. Това означава, че при натоварване Threadripper 3990X трябва да консумира/отделя точно същото количество енергия както Threadripper 3970X или 3960X.

На практика всичко това се потвърждава, както се вижда от горното видео. Все пак трябва да отбележим и друго доста интересно нещо, че за влизането на Threadripper 3990X в този хедрум, базовата му тактова честота при максимално натоварване на всички ядра е намалена до 2.9 GHz, при което те използват изключително ниско захранващо напрежение от около 0.85 V. Консумацията на отделните CPU ядра в този режим е само 2.7-2.8 W, което е изключителен резултат. Само за пример ще споменем, че при Threadripper 3970X, ядрата му консумират 6-7 W всяко при пълно натоварване.
Като цяло, Threadripper 3990X има впечатляваща енергийна ефективност и определено AMD има с какво да се гордее.

Заключение

Както виждаме Threadripper вече не може да се разглежда като процесор с общо предназначение, той може да се впише в потребностите само на тесен брой професионалисти, които създават съдържание и имат специални нужди по отношение на изчислителната мощност. AMD посочва кой може да се нуждае от този 64-ядрен процесор. На първо място, това са специалисти, участващи в създаването на кинематични визуални ефекти, създаване на видеоклипове със свръхвисоки резолюции или софтуерни разработчици, създаващи някои мащабни проекти. За тях Threadripper 3990X позволява да се прехвърли традиционната „сървърна“ обработка на съдържанието на работния плот. В същото време обаче, за разлика от обичайните сървърни процесори, Threadripper 3990X също така предлага отлична еднонишкова производителност с равномерен достъп до паметта.
Threadripper 3990X е наистина впечатляващ процесор, будещ възхищение. Въпросът тук дори не е, че този процесор може да прегази всеки конкурент със своята изчислителна мощност, особено когато става въпрос за решаване на някаква добре паралелизирана и оптимизирана задача. Много по-голямо е възхищението колко добре работи чиплет подходът на AMD, който те изобретиха и внедриха в процесорите си от поколението „Zen X“. Видяхме опциите на процесорите им, които използват дизайн с 1/2/4 CPU чиплета, а сега вече имаме и процесор с осем чиплета. Threadripper 3990X може да бъде описан като максимума на това, на което AMD е способен в момента. Вече няколко години компанията активно тласка индустрията към развитието на многоядрени/многонишкови процесори, а появата на 64C/128T HEDT процесор, изглежда е доста логично развитие на събитията. В същото време при тази многоядрена CPU надпревара AMD се оказа, като самотен бегач на пистата и ги постави в доста парадоксална ситуация с Threadripper 3990X, защото той не само се откъсна от конкуренцията, но и изпревари и софтуера. Както и сами се убедихме, значителна част от наличния в момента софтуер просто не може да работи с повече от 64 нишки, поради което в някои случаи потенциалът на Threadripper 3990X изобщо не може да бъде разкрит, което ограничава и приложението му за момента, но да не забравяме, че изначално не е предназначен за всеки и за всичко този процесор. Той е опция за висококвалифицирани професионалисти, за решаване на конкретни творчески задачи. Следователно няма съмнение, че Threadripper 3990X ще намери своята аудитория, въпреки цената от $3990. В крайна сметка това е висококачествен инструмент за работа и много професионалисти може да са заинтересовани да имат толкова много компютърна мощност на работния плот. Все пак не е зле да припомним, че Intel в момента не е в състояние да предлага алтернативни решения на Threadripper 3990X, под каквато и да е форма, дори ако вземем предвид сървърните и двупроцесорните им системи. И тази ситуация изглежда ще продължи още доста време, което дава на AMD добър шанс да се укрепи в сегмента на високоефективните работни станции.