Jaki wybrać procesor dla platformy mini-ITX?

Co to jest procesor?

Nasz artykuł zaczniemy od wyjaśnienia pojęcia procesor. Często spotykanym określeniem jest także CPU — Central Processing Unit. Jest to zaawansowany układ scalony, który pobiera dane z pamięci masowej, przetwarza je, a następnie oddaje wynik. Procesory wykonane są jako układy scalone zamknięte w hermetycznej obudowie, co ma za zadanie chronić wrażliwy rdzeń od uszkodzeń mechanicznych. Drugim czynnikiem jest lepsze rozpraszanie ciepła, ponieważ nakładka służy za odbiornik nagromadzonego gorąca. Aczkolwiek ten temat omówimy później.

Rdzenie i wątki

Wiele współczesnych procesorów kojarzy się nam z wielordzeniowością. Rdzeń to podstawowa jednostka, wykonująca stosowne obliczenia. Jak podaje Wikipedia, wielordzeniowość pojawiła się razem z premierą układów POWER 4 firmy IBM w 2001 roku. Jednakże to jest zupełnie inna architektura. My skupimy się na popularnej x86 – zatem pionierami były jednostki AMD Opteron i Intel Pentium Extreme Edition w 2005 roku.

Trend ten był kontynuowany przez modele Intel Pentium D oraz AMD Athlon 64 x2. Jednakże ich wydajność pozostawia wiele do życzenia. Pierwszym pełnoprawnym wielordzeniowym procesorem został Intel Core 2 Duo, zbudowany na bazie architektury Conroe (65 nm). Jego premiera miała miejsce w 2006 roku (wkleić link do testu na portalu pclab.pl). <- PC lab nie działa, więc może być bardziej ambitnego -> https://www.anandtech.com/show/2045

Im więcej rdzeni ma dany model procesora, tym więcej obliczeń może w danym momencie wykonać. Należy tutaj wspomnieć także o technologii tzw. wątków, która umożliwia równoczesne przetwarzanie dwóch wątków, za pomocą jednego rdzenia. Technologia ta w procesorach Intela to HT (Hyper Threading), a jednostkach AMD — SMT (Simultaneous Multithreading).

Taktowanie jednostki

Ważnym elementem procesora, mówiącym o jego wydajności jest taktowanie. Z reguły jest tak, że im wyższe, tym wydajniejsza jest dana jednostka. Aczkolwiek do tego dochodzi jeszcze kilka czynników, jak ilość rdzeni, pobór mocy.

Specyfikacja procesora podaje kilka wartości taktowania:

• bazowe — najniższe możliwe taktowanie jednostki. Jest ono najczęściej w momencie bezczynności lub jeżeli nie są wymagane skomplikowane obliczenia. Warto nadmienić, że część modeli wyłącza nieużywane rdzenie i pozostawia te, które są w danej chwili potrzebne. Zmniejsza to jeszcze bardziej zużycie energetyczne.
• pod obciążeniem — jest to tryb, kiedy procesor potrzebuje swojej maksymalnej wydajności i wtedy dany rdzeń, otrzymuje odpowiednie zapotrzebowanie energetyczne, aby móc zwiększyć taktowanie.
• w trybie wzmocnionym — inaczej Turbo, umożliwia procesorowi chwilowo zwiększenie taktowania poza tryb pod obciążeniem. Jest on uruchamiany w momencie dodatkowego zapotrzebowania energetycznego, np. gry, czy skomplikowane obliczenia. Został on tak zaprojektowany, aby nie przekraczać dopuszczalnego poboru energii i temperatury.

Pamięć podręczna cache

Pamięć cache ma za zadanie przechowywać dane, które w najbliższym czasie zostaną przetworzone przez procesor. Jej niebywałą zaletą jest szybkość przetwarzania danych — zapis/odczyt. Dlatego świetnie nadaje się do wspierania pamięci RAM. Obecne procesory posiadają kilka poziomów (Level) pamięci cache.

L1 cache — posiada ona najmniejszą pojemność ze wszystkich rodzajów pamięci podręcznych. Jest to przeważnie przedział między 32 KB a 128 KB. Umożliwia ona najszybszy dostęp do zasobów procesora i znajduję się najbliżej jego jądra.

L2 cache — jej pojemność jest większa w stosunku do pamięci podręcznej L1. Rozmiar może wynosić w zależności od potrzeb pomiędzy 1 MB a 8 MB. Pełni rolę buforu danych między procesorem i pamięcią operacyjną, a pamięcią L1. Przetrzymywane są w niej dane, które mają być przetworzone przez procesor w niedalekim okresie czasu.

L3 cache — ma największą pojemność, która może dochodzić do 32 MB. Pojawiła się w wielordzeniowych jednostkach, w których wspomaga pamięć drugiego poziomu, gdy ta zostanie zapełniona. Pomaga w synchronizacji działań między rdzeniami procesora i poprawia ogólną wydajność całego CPU.

iGPU

Jest to nic innego, jak zintegrowany układ graficzny. Pozwala on na wyświetlanie obrazu na monitorze lub ekranie urządzenia, bez konieczności kupowania dedykowanego układu graficznego. Przed rokiem 2011 większość procesorów nie miała wbudowanej karty graficznej — iGPU umieszczano w chipsecie na płycie głównej. Dopiero wprowadzenie jednostek z rodziny Westmere/Lynnfield oraz AMD APU z rodziny Llano zmieniło ten stan rzeczy na lepszy.

Wiele współczesnych procesorów ma bardzo potężne zintegrowane układy graficzne, zdolne uruchomić gry w niskiej i średniej rozdzielczości. Do tego wiele z tych iGPU służy do wykonywania dodatkowych zadań, wspólnie z rdzeniami, co pozwala zwiększyć moc obliczeniową całego procesora.

Kontroler pamięci

Jest to układ scalony, który odpowiada za komunikację procesora z pamięcią operacyjną. W zależności od potrzeb dany procesor może obsługiwać jedną lub dwie generacje pamięci, np. DDR3, DDR4 lub DDR4 i DDR5. W dawnych czasach kontroler pamięci, wbudowany był na płycie głównej, co mocno ograniczało zastosowanie oraz wydajność.

TDP (Thermal Design Power)

Jest to maksymalna ilość ciepła, jaką należy odebrać z jednostki centralnej w ciągu sekundy. Termin ten odnosi się to wszystkich urządzeń, które w czasie swojej pracy wydzielają ciepło. Firma Intel przyjęła, że TDP to moc, jaką procesor pobiera i oddaje w postaci ciepła, w czasie obciążenia jednostki zwykłymi aplikacjami. Z ciekawostek firma AMD określa swoją wersję TDP skrótem ACP (Average CPU Power — średnia moc procesora). Zatem można wnioskować, że ACP od AMD i TDP od Intela nie są wartościami porównywalnymi.

Jakie ta wartość ma znaczenie dla potencjalnego użytkownika? Pomaga ona wybrać odpowiednio wydajne chłodzenie.

Jednostka ta określa, jakiego typu chłodzenie należy zastosować do danego typu procesora.

Chodzi o to, aby cooler był w stanie odebrać wyprodukowane przez procesor ciepło i je skutecznie rozproszyć. Należy przy tym pamiętać, że TDP nie określa rzeczywistego poboru mocy procesora. Czyli np. jednostka Ryzen 5 3600 ma TDP o wartości 65 W, ale może w testach pobierać o wiele więcej energii.

Budowa procesora

Skoro znamy już pojęcia, to czas przejść do przedstawienia budowy procesora. Oprzemy się tutaj na dwóch architekturach: ZEN 3 oraz Alder Lake-S.

Budowa rdzenia

AMD

Zen 3 to nazwa kodowa mikroarchitektury procesorów firmy AMD, której premiera odbyła się 5 listopada 2020 roku. Napędza ona procesory Ryzen 5000 do komputerów stacjonarnych (nazwa kodowa “Vermeer”). Zen 3 składa się z maksymalnie dwóch złożonych matryc rdzeniowych – CCD (prawa strona) wraz z oddzielną matrycą IO (wejścia/wyjścia i komunikacja) – lewa strona.

Rdzeń CCD składa się z pojedynczego kompleksu rdzeniowego (CCX) zawierającego 8 rdzeni CPU i 32 MB współdzielonej pamięci podręcznej L3. Nowa konfiguracja umożliwia wszystkim 8 rdzeniom CCX bezpośrednią komunikację między sobą i z pamięcią podręczną L3, zamiast korzystania z modułu IO poprzez Infinity Fabric.

Poniższy film ładnie objaśnia całą budowę rdzenia:

Intel

Alder Lake-S to nazwa dwunastej generacji mikroarchitektury procesorów firmy Intel, których premiera odbyła się 1 listopada 2022 roku. Zastosowano całkowicie nową hybrydową architekturę: wydajne rdzenie P — Performance (Golden Cove) z energooszczędnymi E — Efficient (Gracemont).

Za prowidłową współprace dwóch nowych mikroarchitektur odpowiada Intel Thread Director. Manipuluje on odpowiednio systemem operacyjnym, aby we właściwym czasie umieścił właściwy wątek w odpowiednim rdzeniu. Firma Intel mocno współpracowała z programistami, aby mogli oni odpowiednio zoptymalizować oprogramowanie do prawidłowego działania.

Rodzaje podstawek

AMD

AM4 – płyty główne z serii 300, 400 i 500, procesory Ryzen 1000, 2000, 4000, 3000 i 5000 oraz Athlon

AM5 – płyty główne z serii 600, procesory Ryzen 7000 i późniejsze

TR4 – płyty główne z serii X399, 1. i 2. generacja procesorów Ryzen Threadripper

sTRX4 – płyty główne z serii TRX40, 3. i późniejsze generacje procesorów Ryzen Threadripper

Intel

LGA 1151 – płyty główne z serii 300, Skylake (Celeron, Pentium, Core i3, Core i5, Core i7, Xeon), Kaby Lake (Celeron, Pentium, Core i3, Core i5, Core i7, Xeon), Coffee Lake (Core i3, Core i5, Core i7)

LGA 2011v3 – Haswell-E (Core i7, Xeon), Broadwell-E (Core i7, Xeon)

LGA 2066 – Kaby Lake-X (Core i5, Core i7), Skylake-X (Core i7, Core i9)

LGA 1200 – płyty główne z serii 400 i 500 Comet Lake-S (Core i3,Core i5,Core i7,Core i9 Celeron), Rocket Lake-S

AMD

W celu zobrazowania posłużymy się jednostką Ryzen 5 3600X:

• Ryzen 5 – nazwa rodziny procesorów;
• pierwsza cyfra – określa generację procesora. Tutaj mamy do czynienia z procesorem 3. generacji;
• kolejne 3 cyfry – oznaczają wydajność procesora (więcej = lepiej);
• litera na końcu – określa dodatkową cechę CPU. Mamy następujące litery:
  • G – iGPU,
  • X/XT – zwiększone taktowanie procesora;
  • H – procesor dla wydajnych laptopów,
  • U/E (procesor niskonapięciowy, stosowany zazwyczaj w laptopach),
  • brak – dana jednostka ma zablokowany mnożnik oraz brak jest wbudowanego iGPU.

Intel

Aby łatwiej było opisać cały numer, posłużymy się jednostką Intel Core i5-11400F:

• Core i5 – nazwa rodziny procesorów;
• dwie pierwsze cyfry – określa generację procesora. Tutaj mamy do czynienia z procesorem 11. generacji
• kolejne 3 cyfry – oznaczają wydajność procesora (więcej = lepiej);
• litera na końcu – określa dodatkową cechę CPU. Mamy następujące litery:
  • F – brak iGPU,
  • K – odblokowany mnożnik,
  • H – procesor dla wydajnych laptopów,
  • P/U/Y (procesor niskonapięciowy, stosowany zazwyczaj w laptopach),
  • X/XE (seria najbardziej wydajnych procesorów),
  • brak – dana jednostka ma zablokowany mnożnik oraz wbudowane iGPU.

Na co dokładnie się zdecydować?

Nie ma jednoznacznej odpowiedzi na pytanie: Jaki wybrać procesor dla platformy mini-ITX. Wszystko zależy od tego, do czego chcemy wykorzystać komputer. Przedstawimy to na kilku przykładach zastosowań.

Biuro i Internet

Core i3-11100F lub Ryzen 3 4100

Oba procesory są dostępne w kwotach do 500 zł. Jest to zatem dobry wybór na komputer do przeglądania internetu oraz prostych prac biurowych. Branie słabszych jednostek w obecnych czasach, mija się z celem, bo bardzo szybko się zestarzeją, a my, jako użytkownicy dość mocno to odczujemy.

Gry

Core i5-11400F/Core i5-12400F lub Ryzen 5 3600/Ryzen 5 5600

Przeważająca większość gier jest tworzona dla jednostek 6-rdzeniowych lub 12-wątkowych. Wymienione tutaj procesory świetnie będą się nadawały do tego typu zadań. Gracze mają do wyboru po dwie jednostki od każdego producenta, które różnią się wydajnością oraz ceną. Dobieramy je pod kątem budżetu oraz późniejszej modernizacji komputera.

Stacja robocza

Core i9-11900K/Core i9-12900K lub Ryzen 9 5950X

Najwydajniejsze procesory w ofertach firm Intel i AMD. Core i9-11900K można już dostać do 2300 zł, natomiast Ryzen 9 5950X do 2800 zł. Jednostka Core i9-12900K to już o wiele większy wydatek, bo prawie 3500 zł. Kupujący powinien kierować się tutaj budżetem oraz kwestią wydajności w konkretnych zastosowaniach.