ArrowLake模块化架构:酷睿Ultra200S系列处理器评测

测评看图文就够 2024-10-30 21:28:44

前言

2021年,英特尔发布了第12代酷睿处理器与Alder Lake架构,正式拉开了处理器混合架构的序幕。时隔三年,英特尔混合架构的功力又进了一步,推出了分离式模块化设计的Arrow Lake架构,将处理器分离成了计算模块、GPU模块、SOC模块、I/O模块以及填充模块五大板块,模块与模块之间宛如乐高积木一般相互独立,通过基础模块的总线进行互联通信,并采用英特尔的Foveros 3D封装技术封装在一个Die上。

如果说3年前的Alder Lake代表了英特尔从“大核”到“大小核”的产品思路转变,那现在的Arrow Lake则代表了英特尔在混合架构上的技艺趋于大成,在底层的结构下刀做大刀阔斧的改革

酷睿Ultra 200S的首发型号共有五款,包括Ultra 9 285K、Ultra 7 265K/KF、Ultra 5 245K/KF,也就是Ultra 9/Ultra 7/Ultra 5对应以前的i9/i7/i5定位。Ultra 7和Ultra 5有K(核显)和KF(无核显)版本,只有Ultra 9没有无核显版本,与之前的产品序列略有不同。

规格介绍

酷睿Ultra 200S的详细规格如上图,标黄部分是与上代处理器差异较大的地方,值得重点关注。首先是线程数,酷睿Ultra 200S不再使用超线程技术,所以线程数与核心数相等。以酷睿Ultra 9 285K为例,它拥有24核24线程,与上代i9 14900K的24核32线程对比,线程数降低了8个。英特尔对此的回应是,Arrow Lake架构的能效核已经能够大幅度提高多核性能,不再需要超线程技术额外提高并行多线程性能。反之,超线程技术对于能效表现以及游戏性能反而是个Debuff。综合考量,英特尔最终决定在酷睿Ultra产品线上取消了超线程技术。

其次是频率和缓存,酷睿Ultra 200S的频率策略与14代酷睿截然不同,概括来说就是基础频率提高,性能核最高睿频降低、能效核最高睿频提高。例如酷睿Ultra 9 285K性能核/能效核的最高睿频从14900K的6GHz/4.4GHz调整至5.7GHz/4.4GHz,这从侧面说明了酷睿Ultra 200S追求的是更稳定的运行状态、更低的功耗和发热表现以及能效比上的提升。缓存部分,性能核的L2缓存由每核心2MB提高到3MB,所有的性能核与能效核全部共享36MB的L3缓存。

酷睿Ultra 200S采用了全新的DDR5内存控制器,不再兼容DDR4内存,默认内存频率也由DDR5-5600MT/s提高到DD5-6400MT/s。虽然大家都是开XMP,但默认内存频率的提高通常代表了内存控制器体质的提高,DDR5-8000MT/s以上的内存频率或许即将迎来大爆发。处理器的PCIe通道数新增了一组Gen 5 x 4通道,用于支持Gen 5 SSD,同时Gen 4 x 4的接口也没有去掉,加上处理器的PCIe 5.0 x 16条通道,共计24条PCIe通道。这代处理器的PCIe x 16通道还支持8+4+4拆分,加上原生的Gen 5 x 4接口,至少能额外做3个5.0的M.2接口。预计我们将在Z890主板上看到PCIe 5.0 M.2接口数量的显著提高。

核显方面,酷睿Ultra 200S采用了全新的Xe-LPG架构核显,共有4个Xe核心,采用了全新的Xe媒体引擎,新增了索尼8K XAVC 编解码和DP4a AI加速指令集,最高算力可达8 TOPS。酷睿Ultra 200S还首次在桌面平台引入了NPU AI加速单元,基于英特尔第三代NPU架构,能单独提供13TOPS的算力,加上GPU的8TOPS的算力以及CPU 15TOPS的算力,整个酷睿Ultra 200S平台能提供最高36TOPS的算力。

最后就是制程与功耗了,酷睿Ultra 200S的计算模块采用台积电N3B工艺,GPU模块采用台积电N5P工艺,SOC和I/O模块则是台积电N6工艺,可以说英特尔在这代处理器上已经全面转由台积电代工制造。功耗是Arrow Lake的重头戏,号称能在125W的功耗下输出Raptor Lake 250W的性能,平均功耗相较上代降低50%以上。Ultra 9 285K和Ultra 7 265K的最大睿频功耗为250W,Ultra 5 245K的最大睿频功耗为159W,接下来我们也将实测一下,在这个功耗范围内,酷睿Ultra 200S能发挥出多高的性能。

细节介绍

这次评测我们收到的还是惯例的Ultra 9 285K和Ultra 5 245K两颗处理器,对应旗舰型号和主流型号两个定位。

把酷睿Ultra 9 285K拿出来和i9-14900K做对比,可以看到两颗处理器的外形尺寸基本一样,都是45mm x 37.5mm,但Ultra 9 285K的防呆口不一样,左边少了两个卡口,也就意味着两颗处理器是物理意义上的互不兼容。两颗处理器的顶盖也略有不同,Ultra 9 285K的顶盖更窄偏长条状,i9-14900K则更宽几乎盖满边沿,PCB上的电容位置也完全不同,甚至PCB的编码位置也不同。两颗处理器除了外形尺寸一样,其他部分都是完全不同的两代处理器。

把处理器翻到背面再对比一下,酷睿Ultra 9 285K采用LGA 1851接口,酷睿i9-14900K采用LGA 1700接口,前者比后者多了150个触点,触点密度有所提高,PCB边缘位置基本都放满了。

值得一提的是,虽然酷睿Ultra 200S更换了处理器接口,但主板的插槽孔距依然不变,所以理论上之前的散热器还能继续用,但可能会涉及散热扣具压力的变化,能不能完全发挥散热器的性能需要打一个问号。

Z890主板简介

适配酷睿Ultra 200S处理器的是800系列芯片组,目前还没有芯片组diagram图,我们就通过这张图口述一下Z790和Z890的大致区别。首先是Z890下行的24条PCIe 4.0,Z790是20条4.0+8条3.0,也就是Z890把8条3.0做成了4条4.0,使得Z890有更多通道去做4.0的M.2接口,其他部分基本相同。

CPU部分的PCIe通道是16条Gen 5和4 条Gen 5和4条Gen4,等于是在上代的基础上增加了一个原生5.0 x 4的M.2接口,另外这代处理器还支持8+4+4拆分,等于Z890最起码能比上代多做2个M.2接口(1x5.0+1x4.0),狠一点的可以拆分PCIe插槽再多做2个5.0 x 4,共计4个M.2接口

目前到达我们评测室的有两张Z890主板,第一张是华硕的ROG MAXIMUS Z890 HERO主板。如果说MAXIMUS Z790 HERO算是半代升级,那MAXIMUS Z890 HERO就可以算完整的一代升级了,不但外观风格大改,规格也有了大幅度提升,采用了22+1+2+2相供电设计,拥有6个M.2接口,还支持Wi-Fi 7和双有线网口,一组5Gbos一组2.5Gbps,还有两个雷电4接口。

MAXIMUS Z890 HERO主板的整体观感非常沉稳、厚重,配色依然是纯黑风格,以条纹和波点作为设计元素,供电顶部采用Polymo LightingⅡ灯光效果,两重灯光交替变化,效果非常独特,PCH、M.2散热片上有ROG之眼以及HERO的logo。

MAXIMUS Z890 HERO主板共有6个M.2硬盘接口,其中有3个是Gen 5速率,有3个是Gen 4速率,第一个Gen 5 M.2插槽最大支持110mm M.2硬盘,其他5个支持80mm M.2硬盘。第一个主M.2固态的散热装甲极其厚重,显然是在为Gen 5速率的固态硬盘做准备,同时这块散热装甲也支持免工具快拆设计,所有的M.2固定卡扣也都支持快拆。

最后来看看背部接口,从左到右分别是CLEAR CMOS键、Flash Back键、HDMI接口、RJ45 2.5Gbps有线网口、RJ45 5Gbps有线网口、USB-A 10Gbps x 4(红色)、雷电4接口 x 2、USB-A 5Gbps x 4(蓝色)、USB-C 10Gbps x 1、Wi-Fi 7天线快拆接口、3.5mm音频接口与光纤S/PDIF接口。

第二张是技嘉Z890 AORUS PRO ICE电竞冰雕主板,这张主板走的是纯白配色画风,不单是散热片、PCB给喷成白色,连内存插槽、PCIe插槽、24Pin,甚至是一个小小的风扇4Pin接口都做了白化处理,可以说是技嘉在纯白主板这条道路上的又进一步。

这张主板采用采用16+1+2相数字供电,拥有5个M.2插槽、双雷电4接口、Wi-Fi7无线网络和5Gbps有线网络,并全面采用了快易拆设计,让用户能更便捷的拆装配件。

Z890 AORUS PRO ICE电竞冰雕主板有5个M.2接口,第一个和第二个都是CPU信道,分别是Gen 5 x 4和Gen 4 x 4速率。另外三个都是芯片组信道,均为Gen 4 x 4速率。

主板背部接口采用一体式挡板设计,中间做了一些通风孔设计,能有效提高供电鳍片的散热效率。背部接口从左到右分别是4个USB 2.0,4个USB 3.2 Gen 1接口(蓝色),2个USB 3.2 Gen2接口(红色),2个雷电4接口(40Gbps,DP-Alt),5Gbps速率有线网口,Wi-Fi 7无线天线接口以及3.5mm音频接口。

测试平台介绍

处理器:intel Core Ultra 9 285K/Ultra 5 245K主板:MAXIMUS Z890 HERO/Z890 AORUS PRO ICE内存:Kingston FURY DDR5-6400MT/s、DDR5-8200MT/s显卡:GIGABYTE RTX 4080 GAMING OC硬盘:Kingston KC3000 1TB/ZHITAI TiPlus 7100散热器:ROG RYUJIN 3 360 EXTREME电源:ANTEC HCG X1000

基准性能测试

首先来看一下基准测试,能帮助我们快速了解这两颗处理器的性能定位。

先看Ultra 9 285K的性能,对比对象是同为旗舰的上代i9-14900K以及对手锐龙9 9950X。酷睿Ultra 9 285K虽然线程数少了,但多线程性能明显强于i9-14900K,平均领先幅度在15%左右,唯有Geekbench和压缩软件WinRAR、7Zip表现不佳,分别是略微领先以及差一些的成绩。酷睿Ultra 9 285K的单核性能提升幅度也不错,但i9-14900K在跑单核时占了频率高的优势,所以轻载测试如CPU-Z Bench的成绩比i9-14900K要低6%,其他几项都能赢,领先幅度大约在4%-11%。酷睿Ultra 200S虽然采用了全新的内存控制器,但反映在内存读写性能上差距并不大,内存延迟反倒是高了不少。个人猜测可能和模块化设计有一定关系,分离式的设计导致核心到内存控制器之间的延迟增大了。

酷睿Ultra 9 285K对比锐龙9 9950X,也是毫无疑问的占据上风。相对来说,Ultra 9 285K在多线程测试的赢面更大,基本都能保持领先优势,平均领先幅度约在5%,而在单线程测试里,大部分也能赢,小部分例如CPU-Z、GeekBench则是持平和略输,平均领先幅度约在4%。另外,7Zip和WinRAR两项测试里,Ultra 9 285也是落后于锐龙9 9950X,和i9 14900K的情况类似,十分令人费解。内存部分,酷睿Ultra 9 285K的读写性能还是遥遥领先于锐龙9 9950X,AMD似乎在内存性能上就从未领先过,从DDR4到DDR5一直如此。至于延迟嘛,Ultra 9 285K就明显偏高了,不知道后期有没有通过BIOS优化的可能。

酷睿Ultra 5 245K的情况和Ultra 9截然不同,它的多核性能比同级别的i5-14600K和锐龙5 9600X高出一大截,尤其是和锐龙5 9600X的对比,多核成绩的领先幅度都是50%左右,甚至更高。究其原因,其实是酷睿Ultra 200S的能效核性能提升较大所致,官方宣传的能效核IPC提升幅度有32%,加上U5这个级别的处理器核心数较少,就拉开了明显的性能差距,与锐龙5 9600X这种6核处理器形成了断层的性能差异。单核成绩就比较一般了,对比酷睿i5-14600K是有提升的,但对比锐龙5 9600X就略微落后了。内存表现和U9 285K的情况一样,读写性能与上代14600K持平,吊打锐龙5 9600X,但延迟表现不佳。

游戏性能测试

我们选择了6款单机游戏、4款电竞/网络游戏来进行游戏性能测试,分辨率都是1920 x 1080,画质设定都是高或最高,测试搭配的显卡均为RTX 4080。

我们之前写酷睿Ultra 200S的发布前瞻时,就提到过英特尔这代处理器并没有把性能的提升重心放在游戏性能上,而是更多的放在模块化结构的改良、工艺的更替、能耗比的提升、多核/单核性能的提升以及NPU和GPU的迭代等等。我们在游戏的实测中,也验证了这一点,酷睿Ultra 9 285K和Ultra 5 245K在这几款游戏里只有《全面战争:战锤3》取得了领先优势,帧数大约能比其他几款处理器高6%左右;《极限竞速:地平线5》则是全员平局,同级的处理器大约只有几帧差距。其他几款游戏,Ultra 9 285K和Ultra 5 245K就不占优势了。

电竞游戏的情况也差不多,酷睿Ultra 9 285K和Ultra 5 245K在《彩虹六号:围攻》里和其他几款处理器的帧数表现差不多,但在其他游戏里的表现要落后一些。

生产力性能测试

Procyon是UL公司推出的生产力测试套件,其中包含了办公(office)、照片(PS+LR)、视频(PR)三个部分的测试。办公测试主要是用Office进行数据的转换、导出、编辑等等,这里面酷睿Ultra 9 285K的成绩最好,但锐龙9 9950X也咬的很紧,第三名是i9-14900K,而紧随其后的是Ultra 5 245K,并且和同一梯队的14600K、9600X拉开较大差距;照片测试主要是用PS、LR进行批处理、应用滤镜、导出/导入等等,这个测试是锐龙9 9950X成绩最好,紧随其后的是i9-14900K和U9 285K,再然后就是R5 9600X、i5-14600K、U5 245K;视频测试主要用PR进行视频导出,一组用GPU加速,一组纯CPU编码,这个测试Ultra 9 285K、i9-14900K、锐龙9 9950X打的难分难解,三颗处理器也就正负100分的差距,而第二梯队是i5-14600K略微领先,Ultra 5 245K紧随其后,最后是锐龙5 9600X。锐龙5 9600X核心数最少,视频转码之类的应用确实不是强项。

Blender是一个三维动画制作软件,第一梯队的三颗处理器在三个场景的表现都差不多,基本是锐龙9 9950X>Ultra 9 285K>i9-14900K的排序,Ultra 9 285K实现了超越上代i9 14900K的小目标,但还有进步的空间。

第二梯队情况略有不同,monster和classroom场景,都是Ultra 5 245K>i5-14600K>锐龙5 9600X。junkshoop场景则是i5 14600K≥Ultra 5 245K>锐龙 5 9600X,锐龙5 9600X在纯多核的渲染场景,确实要逊色一筹。

CrossMark是一个跨平台的基准测试软件,支持Windows、安卓、苹果、Linux、ChromeOS平台,主要调用真实的软件模块来进行模拟测试,并生成唯一链接可实时查看成绩。在这个测试里,Ultra 9 285K夺得第一,基本是Ultra 9 285K>i9 14900K>R9 9950X,看细分项的话,Ultra 9 285K在创造性内容里领先比较多。Ultra 5 245K在这个测试似乎没占到优势,落后于i5-14600K,比锐龙5 9600X略强。

Corona Benchmark是3ds Max、Cinema 4D的一款渲染引擎,测试渲染图片的Ray数量,越高越好。这个测试第一梯队的三颗CPU是Ryzen 9 9950X>Ultra 9 285K>i9 14900K,第二梯队就是Ultra 5 245K最强,然后是i5 14600K以及锐龙5 9600X。

V-Ray同样是一款渲染引擎,这个测试的成绩表现也差不多,第一梯队里Ultra 9 285K拿到第二,达成超越i9 14900K的小目标,第二梯队里Ultra 5 245K拿第一,和同级别CPU比,多核性能确实比较强。

Xe核显与第三代NPU

酷睿Ultra 9 285K/Ultra 7 265K/Ultra 5 245K的核显基本一样,Ultra 5 245K核显的频率略微低0.1GHz,所以就合并起来测试了。目前GPU-Z还无法正确识别核显的规格以及频率。

先来看下3DMark的跑分,酷睿Ultra 200S的核显跑分基本是上代UHD770的2倍-3倍,性能可谓是提升巨大。

游戏实测也同样如此。古墓丽影,1080P分辨率,画质设定为最低,Xe核显的平均帧数基本是UHD770的2倍,同时Xe核显还支持英特尔Xe超采样技术,帧数还能往上再提高20%左右。

英特尔还首次在桌面平台添加了第三代NPU计算单元,加上对CPU核心和核显核心AVX、VNNI和DP4a指令集的拓展,使平台AI算力达到了36TOPS。目前Windows 11 24H2的任务管理器已经可以识别到NPU单元,不过叫AI Boost。

我们分别使用Ultra 9 285K的CPU、iGPU(核显)以及NPU来进行Geekbench AI测试。单精度方面,CPU和NPU的表现差不多,iGPU略高一些。半精度以及量化测试,则是iGPU以及NPU更高。在端侧的AI应用,基本都以低精度为主,同时量化也是一种将高精度模型转化为低精度的操作,所以iGPU与NPU在这两项成绩领先,很大程度说明了核显与NPU更适合作为AI加速单元使用。

功耗、温度、能效测试

我们使用AIDA64 FPU测试处理器的功耗和温度表现,使用Performance功耗设定,酷睿Ultra 9 285K的性能核基本保持在5.3GHz,偶尔会降到4.9GHz,能效核就一直能保持在4.6GHz,功耗大约在240W左右,CPU封装温度大约在87度左右,相比上代的动不动破百,这代处理器的散热压力明显轻松许多。

酷睿Ultra 5 245K的功耗只有150W左右,CPU封装温度大约在74度左右,性能核频率基本都能保持在5.0GHz,能效核保持在4.6GHz。

我们还测试了一下Ultra 9 285K的能效表现,这个测试的思路很简单,以250W作为100%基准,向上有功耗全开的档位,向下则是200W、150W、100W以及50W,分别记录这些功耗下的跑分成绩,对比更低功耗下的性能衰减程度。

酷睿Ultra 9 285K放开功耗限制,并没有获得性能提升,说明250W已经足够这颗处理器使用,往下的200W、150W、100W、50W,Ultra 9 285K依然能保持住92%、88%、78%、52%的性能,不愧是与Meteor Lake 和 Lunar Lake同源的模块化架构。对比同功耗下的14900K,性能比也提高了2%、4%、7%、7%。

总结

Arrow Lake是英特尔桌面端首款采用分离式模块化设计的架构,标志着英特尔在移动端和桌面端完成了从单一架构到模块化架构的迭代,将Lion Cove(P核)和Skymont(E 核)导入桌面端处理器,引入第三代NPU紧跟AI PC的时代大流,并将这代产品的设计目标定为了,显著提高能效的同时继续提高单线程和多线程性能。

从我们的实测数据看,酷睿Ultra 9 285K/Ultra 5 245K的多核性能和单核性能,都实现了超越上代i9-14900K和i5-14600K的小目标。尤其是多核性能的表现更为出众,Ultra 9 285K的功耗更低、线程数更少,但多核性能依然是比i9 14900K要高15%左右;Ultra 5 245K则更强,对比锐龙 5 9600X,甚至能实现50%左右的压倒势性能优势,着实惊人。

当然,作为第一款搬上桌面的模块架构,Arrow Lake也还有提高的空间,例如游戏性能上的短板、又例如内存的延迟偏高等等,我们常说AMD战未来,不知道这次能否轮到英特尔,战未来呢?

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