История проекта мини-ПК: разгон встроенного iGPU и его влияние на производительность

Мы продолжаем цикл материалов, посвященных мини-ПК в кастомном корпусе с APU Ryzen 5 2400G. Ранее было рассказано о подборе компонентов и результатах разгона оперативной памяти, теперь же переходим к самому интересному – изучению встроенного видеоядра RX Vega и воздействия основных параметров на производительность в играх и бенчмарках. А в качестве тестовых программ используем 3DMark и WoT enCore.
4 августа 2018, суббота 09:00
Go.d-bq для раздела Лаборатория

Оглавление

Вступление

Мы продолжаем цикл материалов, посвященных мини-ПК в кастомном корпусе с процессором Ryzen 5 2400G. Ранее было рассказано о выборе комплектующих и причинах такого подбора, о разгоне DDR4 и оптимизации параметров BIOS для системы AMD Ryzen. Теперь же, закончив с теорией и результатами разгона оперативной памяти, переходим к самому интересному и, может быть, даже главному материалу, в котором изучим встроенное графическое ядро Radeon RX Vega и воздействие основных параметров на производительность в играх и бенчмарках.

В качестве тестовых программ выбор пал на 3DMark (пакет Sky Diver) и WoT enCore с настройками Medium. Благодаря оптимальным опциям указанные бенчмарки демонстрируют высокие результаты и комфортные 60 кадров в секунду в разрешении Full HD, что позволяет точнее отслеживать поведение разгона и влияние изменения мало-мальского параметра на подсистему. Кроме того, эти тесты может установить любой желающий и сравнить результаты с данными, полученными мною.

Но прежде чем перейти к сухим цифрам, напомню о тестовой конфигурации. В нее входят:

  • Процессор: AMD Ryzen 5 2400G;
  • Материнская плата: MSI B350I Pro AC;
  • Оперативная память: Samsung DDR4 2133 МГц M378A5143DB0-CPB OEM, D-die;
  • Видеокарта: встроенное графическое ядро Vega 11 (APU AMD R5 2400G);
  • Система охлаждения: Noctua NH-L9a-AM4 с вентилятором NF-A9x14 PWM;
  • Накопитель: Western Digital Blue WDS250G2B0B M.2 SSD 250 Гбайт;
  • Блок питания: Realan lr1109 120W + адаптер AC-DC ADP-43AB Rev A1 150W;
  • Корпус: кастомный.

Встроенное графическое ядро Radeon RX Vega 8/11

Центральные процессоры AMD Ryzen 3 2200G и Ryzen 5 2400G стали первыми полноценными APU решениями, соединившими на одной подложке CPU с архитектурой Zen и графический ускоритель Vega. И теперь в одном кристалле объединены не два модуля CCX, а тандем из CCX и iGPU, функционирующий на общей внутренней шине Infinity Fabric.

Инженерам пришлось изрядно потрудиться, чтобы в Raven Ridge при сохранении площади кристалла ~218 мм2 объединить Zen и Vega. Но если в случае процессорной части изменения практически отсутствовали, то видеоядро было изрядно доработано.

Младший AMD Ryzen 3 2200G помимо лишения технологии SMT получил менее производительное ядро Radeon RX Vega 8 с 512 потоковыми процессорами, 16 растровыми и 32 текстурными модулями, функционирующими на частоте 1100 МГц.

Старший Raven Ridge в виде Ryzen 5 2400G выглядит интереснее благодаря сохранившейся многопоточности SMT и более мощному iGPU Radeon RX Vega 11 с 704 потоковыми процессорами, 16 растровыми и 44 текстурными модулями с частотой 1240 МГц.

В итоге инженеры взяли десктопный вариант Radeon RX Vega 64 и урезали общее число блоков до необходимых 8 и 11 соответственно, отказались от HBM2 и пересадили на другую шину памяти.

Именно благодаря тому факту, что встроенная графика находится на общей внутренней шине Infinity Fabric, функционирующей на одной частоте с контроллером, любое изменение параметров оперативной памяти сказывается на производительности iGPU, а это в свою очередь влияет на FPS в играх.

Объем видеопамяти и режим работы памяти

В большинстве материнских плат для процессоров AMD Ryzen 3 2200G и Ryzen 5 2400G можно выделить и зарезервировать для системы часть оперативной памяти, отдав ее встроенному графическому ядру.

На примере модели MSI B350I Pro AC: объем ОЗУ варьируется от 64 Мбайт до 2 Гбайт.

Но не везде верхний предел ограничен таким значением. К примеру, на некоторых материнских платах Gigabyte объем выделенной памяти может доходить до 16 Гбайт! Но нужно ли столько системе?

С другой стороны, можно добиться курьезной картины. Особенно забавна ситуация, когда ПК использует всего 4 Гбайт оперативной памяти, а наш герой выделяет аж половину данного объема (два гигабайта!) под VRAM встроенной графике. И оно работает!

Параллельно было решено в очередной раз продемонстрировать влияние режима многоканальности памяти. Пусть это и очевидно, но повторение – мать учения. Как мы знаем, использование одной планки DRAM гарантирует одноканальный режим работы, а при двух модулях оперативной памяти – двухканальный. Но как это отражается на производительности iGPU?

Вы еще не забыли, что встроенная графика «сидит» на шине памяти? От нее нам достается не только частота. Так вот, в первом случае ширина канала составляет всего 64 бит, а пропускная способность снижается вдвое – до 27.2 ГБ/с. Установка пары модулей ОЗУ увеличивает данные характеристики до 128 бит и 54.4 ГБ/с соответственно.

Хотя объем выделенной VRAM никак не сказывается на закраске текстур. Сравните Radeon RX Vega 11 с 512 Мбайт…

… и при прочих равных с 2048 Мбайт.

Само тестирование проводилось в следующих вариациях (при наиболее востребованных объемах видеопамяти 512 Мбайт, 1024 Мбайт и 2048 Мбайт и тактовой частоте DRAM 3400 МГц):

  • Одноканальный, 4 Гбайт ОЗУ (один модуль);
  • Одноканальный, 8 Гбайт ОЗУ (один модуль);
  • Двухканальный, 8 Гбайт ОЗУ (два модуля);
  • Двухканальный, 16 Гбайт ОЗУ (два модуля).

Из тестирования выбывает двухканальный режим с двумя модулями по 2 Гбайт памяти, потому что найти 2 х 2 оказалось проблематично, но включен наивысший из возможных режимов с 2 х 8 Гбайт при 2048 Мбайт.

3DMark Sky Diver

Graphics Score
Больше – лучше

WoT enCore

Medium Graphics Quality
Performance raiting, points
Больше – лучше

Как можно заметить, наиболее катастрофическая ситуация происходит при ограничении количества выделенной памяти для встроенной графики до 512 Мбайт. Особенно чувствителен бенчмарк 3DMark, падение производительности в котором достигает 70%! Видеоядру Radeon RX Vega 11 не хватает VRAM для хранения текстур большего объема, что отражается на FPS, заметно и возросшее число разрывов кадра.

Однако есть и хорошие новости. По умолчанию любая материнская плата действует согласно встроенной инструкции и выставляет номинальные 1024 Мбайт, которых вполне достаточно для комфортного уровня.

Ручное управление и повышение выделенного объема видеопамяти до 2048 Мбайт заметного эффекта не дает, но только здесь: в более ресурсоемких приложениях средняя производительность вырастает на 2-5%.

Частота оперативной памяти

Частота оперативной памяти – основной залог производительности встроенного графического ядра. В прошлом материале мы отметили взрывной рост ее влияния на подсистему, пора посмотреть, как ведет себя iGPU в игровых бенчмарках.

Прежние тактовые частоты при 8 Гбайт оперативной памяти в двухканальном режиме.

3DMark Sky Diver

Graphics Score
Больше – лучше

WoT enCore

Medium Graphics Quality
Performance raiting, points
Больше – лучше

И снова увеличение частоты с 2133 МГц до 3466 МГц гарантирует рост быстродействия на 18-25%, что нескромно назовешь приятным бонусом для тех, кто решает собрать бюджетный игровый ПК или HTPC и хочет «выжать» дополнительные кадры в секунду.

Тайминги оперативной памяти

Снижение таймингов и субтаймингов в системе на базе Ryzen столь же необходимо, что и привычный разгон процессора, видеокарты и оперативной памяти. Благодаря нахождению наилучших параметров мне удалось увеличить скорость операций чтения, записи и копирования, а также снизить задержки на 3-8%. Посмотрим, как это отражается в игровых бенчмарках.

При дальнейших экспериментах частоту ОЗУ для повышения стабильности пришлось понизить с 3466 МГц при «16-18-18-36» до 3400 МГц и «16-17-16-32». В итоге получаем следующие режимы:

  • Base – первичные базовые тайминги, выставленные системой, «16-24-24-36»;
  • Main – первичные тайминги правим на оптимальные «16-17-16-32»;
  • Subtimings – плюс правка субтаймингов;
  • Termitation – плюс рейты и терминаторы памяти – для стабилизации разгона;
  • Optimization – полная оптимизация с ручным разгоном, доводим систему до идеала.

3DMark Sky Diver

Graphics Score
Больше – лучше

WoT enCore

Medium Graphics Quality
Performance raiting, points
Больше – лучше

Кто бы мог подумать, что такая мелочь способна сыграть на руку пользователю, приподняв максимальную планку производительности на 5-8%? Так с миру по нитке скоро и двукратный рост FPS устроим

. Шутки-шутками, но мы еще не закончили.

Частота встроенного iGPU

Мы практически выжали весь потенциал из модулей оперативной памяти, выделив ему заметную часть в нашем материале. Пора посмотреть на возможности встроенной графики и разгона ядра iGPU.

В моем распоряжении следующие образцы:

  • Ryzen 3 2200G – 52-я неделя 2017 – 4340013N80633 – VID =1.256 В;
  • Ryzen 3 2200G – 52-я неделя 2017 – 4340013N80638 – VID =1.216 В;
  • Ryzen 5 2400G – 06-я неделя 2018 – 9HB733N80425 – VID =1.360 В;
  • Ryzen 5 2400G – 06-я неделя 2018 – 9HB733N80428 – VID =1.368 В.

Если перейти к сухой статистике, то младший процессор хорошо гонится до 1700 МГц по iGPU, но для этой частоты необходимо напряжение SoC = 1.2-1.2175 В, более уверенная отметка 1600 МГц достижима при 1.15-1.18 В. А встроенная графика старшего Ryzen 5 2400G требовательнее из-за возросшего числа потоковых процессоров, отсюда 1500 МГц при 1.15 В и 1600 МГц при 1.2-1.2175 В.

Возьмем за основу планку 3400 МГц при оптимизированных таймингах и двинемся далее.

3DMark Sky Diver

Graphics Score
Больше – лучше

WoT enCore

Medium Graphics Quality
Performance raiting, points
Больше – лучше

Впечатляюще, не правда ли? Но для выводов оставим отдельную главу.

Заключение

Посмотрим еще раз на полученные в зависимости от разгона оперативной памяти, встроенного графического ядра и оптимизации таймингов результаты. Для этого сведем их в единый график.

3DMark Sky Diver

Graphics Score
Больше – лучше

Конечно, не всем удобно сравнивать в бенчмарках WoT enCore и 3DMark Sky Diver, поэтому более требовательные и «прожорливые» для APU тесты повторены в Fire Strike.

3DMark Fire Strike

Graphics Score
Больше – лучше

Как я ни старался, но получить желаемые +50% у меня не вышло. Для их достижения необходимы как минимум модули оперативной памяти на микросхемах Samsung B-die с частотой 3466 МГц и таймингами «14-14-14-28».

Особой удачей для покорения новых высот будет отборный процессор AMD Ryzen 5 2400G, стабильно удерживающий частоту памяти 3600 МГц при «16-16-16-32» и частоту iGPU 1700 МГц. В теории он преодолеет планку 5 000 баллов в 3DMark Fire Strike и приблизится к отметке 5 200. Много это или мало, вы узнаете в другом обзоре, который будет посвящен сравнению производительности Ryzen R5 2400G, GeForce GTX 750 Ti, GeForce GT 1030 DDR4, GeForce GT 1030 GDDR5 и GeForce GTX 1050 2Gb.

А для бюджетной системы на базе APU AMD Ryzen 5 2400G стоит сделать несколько выводов, которые помогут добиться максимальной производительности при оптимальных параметрах.

Во-первых, старайтесь рассчитывать на две планки оперативной памяти (для обеспечения двухканального режима работы) и допустимый до 3200-3466 МГц разгон при вменяемых таймингах.

Во-вторых, необходим сам разгон встроенного ядра iGPU: следует ограничиться той тактовой частотой, которая достижима при 1.15-1.18 В, что обеспечит невысокое потребление, нагрев и стабильность. Оверклокинг при 1.2 В достается высокой ценой, которую платит система (и если материнская плата лишена радиатора SoC, можно столкнуться с критическими температурами фаз и силовых транзисторов, о которых мы поговорим в материале по оптимизации).

В-третьих, ищите «золотую середину»! Максимально разогнанная и стабильно прошедшая все тесты оперативная память – не гарантия того, что при оверклокинге iGPU именно она не станет первопричиной краха системы. Стоит акцентировать внимание на тех параметрах, которые более производительны для вашего ПК и оптимальны. А переразогнанная память или встроенная графика в будущем могут принести проблемы.
Итак, видеоядро Radeon RX Vega 11 благодаря общей с оперативной памятью шине легко на подъем, отзывчиво на любое изменение в системе и благотворно отражает это ростом производительности в бенчмарках и играх. «Из коробки» процессор AMD Ryzen R5 2400G уступает старшей модели GeForce GT 1030 с памятью GDDR5, а после – уверенно оставляет позади и покушается на более мощного соперника.

Продолжение следует…

Нефедов Петр aka Go.d-bq


Благодарю за помощь в подготовке материала к публикации: donnerjack.