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英特尔第13代酷睿处理器——Raptor Lake CPU评测

2个月前
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猛禽湖降临

  2022年的下半年,随着某个东西正式转为POS模式,显卡们结束了长达两年的疯狂打工生涯,回归到了一个相对理性的价位。游戏玩家们跃跃欲试扩充自己的主机箱,再加之双十一电商促销季即将来临,本来沉寂的死水肉眼可见地泛起惊涛骇浪,沉寂多时的硬件厂商们也被注入了新的动力,各种新品纷至沓来。

  相信很多玩家已经见识过NVIDIA RTX 4090的威力,而现今市面上绝大多数的CPU都成了4090的瓶颈,玩家们急需一款超级CPU与之搭档。

  当英特尔第十三代酷睿处理器携Z790芯片组降临,这会是玩家们理想中的那个它吗?

     

13代酷睿CPU与Z790主板样品展示

  这便今天的主角,来自英特尔的第十三代酷睿I9和I5套装,包装盒虽然没有零售版那样华丽,但也带来满满的科技感。

        除了两颗CPU以外,还附送了一枚亚克力砖头,正面是第13代酷睿完整规格13900K的核心显微照片。中间偏上位置那八颗长得一模一样的结构便是8个Performance Core,而在其下方深蓝色的结构是16颗Efficiency Core,虽然看起来是两片,但实际上应该是4组每组4个,共计16个。      而这块亚克力砖的背面则是本次问世三个主要型号的规格,其中I9-13900K的最高频率高达5.8GHz,这个令人瞠目结舌的主频是怎样达到的呢?   这么高的主频当然是P-Core达成的了: - 首先P-Core的基础频率是3000MHz; - 当全部核心满载时激活Turbo Boost技术,增加2400MHz; - 当满载激活核心≤2的时候激活Turbo Boost Max 3.0技术,再加300Mhz达到5700MHz; - 最后在散热条件允许的情况下激活Thermal Velocity Boost,再加100Mhz;      当P-Core激活数≤2的时候,最终频率为3000+2400+300+100=5800Mhz   当P-Core激活数≥3的时候,最终频率为3000+2400+100=5500Mhz         13代酷睿的外观和12代几乎一模一样,只不过左上角的Intel Logo变成了最新的方形,而12代上市之初还是传统的椭圆形,后期出场版本才得以更改。   I9-13900K和I5-13600K的背面电容完全相同,基本可以确信I5-13600K是由完整核心屏蔽得来的。         今天评测室的三大件,除了上面的13代酷睿CPU之外,还有ROG的顶配Z790主板——Maximus Z790 Extreme,以及Geforce RTX 4090 Founder Edition。         ROG的Extreme级主板,代表了目前ROG主板的最高水准,无论从外观还是做工来讲均无可挑剔,唯一能够阻止它进入主机箱的就是那和其品质一样高的价格了。         Maximus Z790 Extreme相比上一代的Maximus Z690 Extreme一眼看上去最主要的区别在于原来的一个PCI-E X1插槽变为X4,显卡易拆按钮位置略有变化。         ROG主板的显卡易拆按钮自在上一代Z690系列产品中推出之后获得广泛好评,不过我个人在使用过程中也遇到过一些小问题。上一代的按钮在按下之后,和直接按压PCI-E卡扣效果一样,等同于把卡扣按了下去,但拆卸显卡的过程中容易不小心用错力又把PCI-E卡口碰归位。而这一代做出了改进,只不过拆卸显卡时要一直按住易拆按钮了。         CPU安装效果         ROG Extreme级主板采用E-ATX版型,为方便机箱走线,侧边所有接线口都进行了90度转向,再加上主板装甲覆盖,美观度得到了提升。         丰富的开关和按钮代表了ROG最强大的功能体验。         这个是10月12号那天晚上在猴山上抢回来的RTX 4090 Founders Edition         Founders Edition应该是目前体积最小的4090显卡了,插在E-ATX版型的Z790 Extreme上也没有那么违和。         整机安装效果,搭配ROG Helios太阳神机箱,Thor雷神电源,影驰Gamer内存,利民Frozen Notte冰封魔镜360一体式水冷散热器。      点亮之后才发现,MZ790E中间的LiveDash屏幕变成彩色的了。如果我没记错的话,上一代MZ690E屏幕还是单色的。

CPU性能实测

  I9-13900K和I5-13600K相比上一代的除了主频的提升意外,最重要的就是E-Core的数量了,其中13900K增加了8个E-Core,13600K增加了4个E-Core,以及随之而来的缓存增加。   除此之外,Raptor Lake的P-Core架构进行了一定程度上的微调,由Golden Cove升级为Raptor Cove,每个P-Core的L2由1.25M提高到2M。而E-Core则保持为Gracemont不变。这种架构上的细微变化加之工艺上的修正,也使得主频更高了一个层次。   而Z790芯片组相对于Z690的提升就更小了,主要区别在于原来PCH提供的28 LANE PCI-E通道GEN4与GEN3的比例为12:16,在Z790变为20:8。理论上的另一个区别是内存支持DDR5-5600,然而现在高频内存都处于超频状态,所以这个变化显然并没有什么存在感,比如可以轻松将内存超频至DDR5-6000频率。

  接下来进入测试环节,测试平台组成如下:

基准测试

  按照惯例,第一个运行的测试项目是CineBench R23,这是我手上第一个R23跑过4万分的CPU。   而上一代的I9-12900K连3万分都没有到,I9-13900K的多线程领先幅度超过47%,多E-Core的威力尽显无疑。   虽然CPU-Z的处理器测试得分有一定的争议,但至少用来在Intel内部进行对比还是颇具参考性的。单线程超过900分,多线程17000分也是前所未有的高度。   I9-13900K单线程超过I9-12900K 12.8%,多线程领先48.9%。I5-13600K凭借这高主频,在单线程测试项目中和I9-12900K难解难分。   7ZIP的压缩解压测试对于CPU的实用性也是一大考验。   7ZIP测试中I9-13900K多线程领先44.9%,单线程领先幅度减小至11%。   Vray Benckmark可以测定CPU多线程下的渲染能力,I9-13900K领先上一代达到46.2%。   SiSoftware Sandra是一款综合性测试工具,从算术运算、多媒体处理、AI运算等多个维度来综合评定CPU性能。该项评定下来I9-13900K虽然并没有前几项纯理论测试那样巨大的优势,但依旧领先了35.8%   由上面的一众基准测试来看,I9-13900K提高的主频保证其在单线程测试中维持10%以上的领先优势,而多出来的8个E-Core使得多线程性能整体提升了40%左右。

线程调度测试

  自从Intel的Alder Lake问世以来,关于大小核异构的争议就从未停止。经常有这样的一类声音说,桌面平台拥有大规模的散热系统,并不像移动平台那样使用被动散热,所以不需要小核节能,Intel这样堆小核完全是为了跑分、为了作弊而生的。   其实有这种观点也是人之常情,毕竟这种异构设计被广泛应用在Arm 架构的移动处理器上,然而Intel的这种异构设计和ARM架构的大小核又并不完全相同。ARM的小核的设计目的主要是为了处理后台任务并节约电能,而Intel的E-Core并不是。   Intel的线程调度器把异构处理器的内核按照性能强弱分为三个等级:

  1. P-Core的第一个线程
  2. E-Core的唯一线程
  3. P-Core的第二个线程

  性能强弱很好理解,P-Core用 Hyper-Threading技术创造出来2个虚拟线程,只使用其中一个的时候自然可以独占P-Core的全部性能,而两个同时使用时就会出现资源争抢,当然是没有一个完整的E-Core性能强大。那么在目前最新的Windows 11 22H2下,负载线程是怎么分配的呢?   要了解这点我们首先要回到上文所讲的13900K那5.8GHz主频的构成,当激活的核心数在两个以内时会额外增加这两个核心300MHz的频率,那么这两个核心是随机的吗?答案是否定的,这两个核心是固定的。   在主板的BIOS当中可以看到P4和P5这两个P-Core的倍频上限为58,其他只有55,也就是说对于我手里这颗13900K来说,P4和P5是“优质”内核。对应操作系统任务管理器第二排的前四个框框。   操作系统运行过程中总是会有一些难以避免的后台程序在运行,从下图中也可以明显看得到这两个内核的在常规时间的负载明显要高于其他所有内核,操作系统会优先给这两个内核安排工作,而在Arm移动平台中这样背景噪声式的负载是会优先被分配到小核上的,这是Intel的大小核与Arm的大小核最明显的区别之一。   我自己用C++编写了一个简单的浮点计算小程序,用不同的线程数来观察Windows操作系统结合Intel线程调度器的任务编排。   线程数为8时,所有P-Core都被安排上了负载,并且同一时间只让其一个线程工作,在任务管理器上体现为同属一个P-Core的两个线程不会同时工作,在一个线程有负载的情况下另一个会空载。   当线程数为16时,8个P-Core全部单线程负载,与此同时调起8个E-Core来负载另外8个线程,并没有动用P-Core的第二个线程。   当线程数达到24时,所有16个E-Core全部被加上负载,而P-Core依旧只有单线程负载。只有P-Core的“优质内核”的第二线程被安排了部分背景噪音式的后台负载内容。此时任务管理器以显示CPU利用率100%   只有当线程数达到32时,所有线程才会全部运行,CPU负载达到真·100%   从上面的测试过程中可以看得出来,在大部分情况下,Windows 11 22H2结合Intel线程调度器(IDT)是优先给P-Core安排任务,尤其时P-Core中的两个“优质内核“,只有当P-Core占满之后才会启用E-Core。   所以Intel的E-Core则是为了承接那些P-Core干不过来的工作,增加处理器的多线程计算能力而设计的。E-core的核心面积很小,从刚才那个核心照片上也可以看来16颗E-Core的面积远没有8颗P-Core的面积大,这样可以在同样尺寸的芯片面积下实现最大化的多线程计算性能。Intel的异构是真正为了提高性能设计出来的,是多线程性能提升的另外一个路线,并不是什么所谓的作弊。

游戏测试

  我们平时玩游戏中的每一帧画面都是由CPU和GPU配合生成的,而CPU和GPU处理每一帧画面的耗时并不完全相同,遵循木桶原理,快的那个要等待慢的那个完成之后才能输出这一帧画面。CPU在游戏中主要承担AI和物理计算等用途,而GPU负责将数据渲染成画面显示出来。所以分辨率及各种画质等级开关对于GPU帧生成速率有着重大影响,而对CPU影响并不大。   比如某一帧画面在4K分辨率下CPU耗时5ms,GPU耗时8ms,那么这一帧最终的生成时间为8ms。而同样时这一帧如果分辨率降低到1080P的话,CPU耗时依然时5ms,而GPU耗时可能变成3ms,此时该帧最终生成时间则是5ms。这也是为什么通过一个游戏在分辨率越低,CPU越容易成为游戏瓶颈的原因。   毫无疑问,目前市面上最强的游戏显卡就是NVIDIA刚杠发布的RTX 4090。我也相信大部分拥有RTX4090的玩家大部分也都会将游戏内所有画质选项拉到最右边,那么第13代酷睿处理器搭配RTX 4090究竟会有怎样的表现呢?   我们先来看一下I9-13900K在游戏理论环节中的表现,3DMARK CPU Profile用来测定CPU在游戏中的物理性能。   I9-13900K不出所料的在所有线程数量上都遥遥领先,而在4线程以内是I5-13600K与上一代I9-12900K不相上下,只有当线程数提高到8的时候少了两个P-Core的I5-13600K才败下阵来。   4K分辨当然是RTX 4090的基本追求,借助NVIDIA的DLSS技术可以在高分辨率下得到更高的帧率,并且现在4K高刷新率显示器价格也逐渐落入到合理范围之内,所以下面的游戏测试将以4K分辨率下最高画质为主 。   《古墓丽影:暗影》虽然是三年前的老游戏了,但是它近年来一直持续更新,支持各种新技术,最近一次更新甚至连Intel的XeSS这种问世没几个天黑科技的也都支持了。并且它自带的Benchmark中有详细的CPU与GPU的帧生成时间曲线,让人能够更明了的看到性能的瓶颈在哪里。   在关闭DLSS的情况下四枚参测CPU的成绩几乎一模一样,但是在将DLSS开到超强性能时情况发生了变化。4K分辨率下DLSS的超强性能相当于降图像降低为1080P分辨率渲染,然后再采用超级采样技术进行拉伸,从而大幅降低GPU负载。在这种情况下除I9-13900K以外的其余3枚处理器均出现了瓶颈,Benchmark中GPU受限0%,仅有I9-13900K能够在34%的时间内得以突破,平均帧率也高出其他处理器10%以上。   同样类似的情况也出现在《荒野大镖客2》中,4K原生分辨率下难解难分,当DLSS开到超级性能模式后I9-13900K拉开了10个百分点以上的差距。而4枚处理器中频率最低、核心数最少的I5-12600K则显著落后   《战争机器5》本身并没有支持DLSS技术,所以我在这里手动降低渲染分辨率至1080P,由于其Benchmark也自带GPU与CPU受限对比,故而有一定参考价值。   与前面两款游戏测试不同的是,《战争机器5》的4K分辨率下,I9-13900K也保持了微弱的领先优势。而在1080P下领先优势同样超过10%。而此时I9-13900K的CPU受限比例为6.75%,总体低于12900K的8.78%。能够更有效的消除CPU瓶颈。   从上面的几款游戏测试中可以得出一些结论,目前4K分辨率的最高画质下上一代I5-12600K以上级别的CPU还不至于产生严重瓶颈。而当画质降低或者开启DLSS后,I9-13900K将以非常明显的优势领先其他CPU,对追求极高帧率的玩家来说,I9-13900K是不容错过的选择。   另外值得一提的是,I5-13600K在大部分游戏中的表现和上一代I9-12900K不相上下。在主频相仿的情况下,I9-12900K多出来的两个P-Core在游戏中并没有体现出太多的优势,故而I5-13600K对游戏玩家来说是一个性价比不错的选择。

功耗温度测试

  I9-13900K与上一代的12900K同样使用了Intel 7(10nm Enhanced Super Fin)制造工艺为基底。虽然该工艺又经过了一年的打磨优化,但在增加8个E-Core的同时又拔高了数百MHz的频率,其功耗和发热之高是可以想象的。   在使用Intel XTU进行AVX Stress tests,起初功耗超过了280W,约两分钟后触发Power Limit Throtting,功耗降为253W。   而在CineBench R23测试过程中,功耗达到了327W,核心温度也直线飙到94度。Frozen Notte冰封魔镜在利民的产品序列中并不算是散热能力最出众的,我曾一度担心其能否继续坚持,不过最后还是支撑住了跑分的过程,期间13900K维持住了5.5/4.3的全核心频率以及320+的功耗。   接下来尝试了AIDA64的Stress FPU,这下子果然难度还是太大了,功耗突破了330W,温度也瞬间冲上了三位数。上一次见到如此生猛的CPU还是当年X299平台上超频后并且开启AVX512的7980XE。一般的360一体式水冷已经无法支撑这样的CPU,要想完成Stress FPU恐怕要上大规模分体式水冷或者压缩机了。   相比之下I5-13600K就好了很多,160W的功耗和70+的温度在一个合理的区间之内。   值得庆幸的一点是,我在整个测试过程中都有在有意识地观察雷神电源的功率显示屏,只有在部分游戏测试是显示屏功率突破了700W,大部分情况下都在600W上下。故而只要不是双重拷机着这种极端环境,850W电源还是可以满足I9-13900K+RTX4090这种旗舰级平台的。   我相信好多玩家心中会有一个疑问,为什么现在动不动三四百瓦的显卡能被轻松压制在七八十度,而同样三百多瓦的CPU一言不合就上百呢?要说散热器规模的话,4090那一众风冷大砖头,怎么说也比不过360一体式水冷吧。况且显卡也有用一体水的,基本也就240足够了。究竟是因为CPU有顶盖?还是CPU核心面积小?这个问题同样困扰了我许久,至今不能完全想清楚,希望诸位高手能够赐教。

写在最后

  Intel的第13代酷睿处理器,是突破了制程工艺瓶颈后的英特尔,找回了先前tick-tock的节奏一个标志。仅靠制造工艺和架构上的微调即可实现如此高的性能提升,这在那个14nm各种加号横行的年代是不可想象的。I9-13900K的频率已经飙到了5.8GHz,距离6G仅有一步之遥,如果这代I9还有KS版本的话,那将是第一个达成这一史诗级里程碑的CPU。

  在性能突飞猛进的背后,也隐藏着些许担忧。现在不仅仅是Intel,再加上AMD和NVIDIA,这三巨头不约而同的将目前手中的技能点点向了功耗换性能的路线,我不禁有些怀念十年前那个PCDIY灿烂辉煌的年代。那时玩家可以自由超频,可以自己选择性能还是功耗,而现今看着动不动大几百瓦的CPU和显卡,厂商显然已经替我们做好了选择。

  不管怎么说,INTEL、NVIDIA、AMD均已发布了他们今年的最新产品,并且性能表现不俗。PCDIY圈子正式开启后挖矿时代精彩绝伦的大混战,这无论对于游戏玩家还是硬件爱好者来说都是振奋人心的,新一轮的军备竞赛即将开启,我们也期待。

    作者
    御剑江湖
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