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    全核 5.1GHz + DDR4-5333 + OC 達成  Intel 11 代最強 Core i9-11900K 評測

    Yeung Chun Fat
    曾經在香港各間主要電腦雜誌工作,隨後轉行到電腦公司任職產品經理,最近重回媒體工作。個人出版的作品包括替香港工業總會轄下香港電子業總會(HKEIC)撰寫《香港電子業穩步向前- 回顧與前瞻》紀念書刊。

    十一對於中國來說是吉祥的數字,對於西方人來說意喻 10+1 ,有為 12 代 Core 作準備之意。不過市場上對於 11 代 Core 存在不少疑問。如以舊的 14nm 製程結合新CPU 架構可行嗎?比 AMD Zen3 性能又如何?為了解答以上難題, PCM 編輯部一共花了兩星期來進行測試,並且也加入 Tiger Lake 的測試成績作參考之用,以便讀者可以對 Intel CPU 的發展全面的理解。另外, Intel 為隆重其事,特別推出用於 11 代 Core 的「 IntelOne Display 」字體。為配合今次的主題,所以文中圖表主要採用該款字體。

    解開 Rocket Lake 核心的秘密

    Intel 表示, Rocket Lake ( 11 代 Core 核心代號) 將採用 Cypress Cove 架構,有別於 Mobile 10 代 Ice Lake 及 11 代 Tiger Lake 架構。 Cypress Cove 架構並非正統的架構, Intel 的說法是 Ice Lake 核心的 Sunny Cove CPU 架構 + Tiger Lake Intel Iris Xe Graphics 架構的混合體,可望帶來 19% CPU IPC 性能及 50% 繪圖性能的增長。筆者認為, Cypress Cove 有 7 成似 Ice Lake 、 3 成似 Tiger Lake 。

    Rocket Lake 核心將集成多項新技術
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    11 代 Core i9 及 i7 的規格及參考售價
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    11 代 Core i5 的規格及參考售價
    11 代 Core i5 的規格及參考售價
    這次 Intel 還新增了多款 10 代 Core CPU
    這次 Intel 還新增了多款 10 代 Core CPU

    支援 Gen4 及增設 1 組 M.2 功能

    對於消費者來說, 11 代 Core 最大的改變是支援 PCI-E 4.0 ,相當於可用頻寬增加 100% ,可完全釋放 NVIDIA RTX 30 及 AMD RX 6000 Gen4 顯示卡的威力。對於 NVMe SSD 用戶來說, 11 代 Core 還有多一種意義是新增 1 組由 CPU 控制 Gen4 NVMe SSD 功能,使 Intel Z590 主機板一般可提供 3-4 組 M.2 SSD 功能。

    高階的 Intel Z590 主機板已開始提供 4x M.2 Socket 。圖為 ASUS ROG MAXIMUS XIII HERO 主機板。
    高階的 Intel Z590 主機板已開始提供 4x M.2 Socket 。圖為 ASUS ROG MAXIMUS XIII HERO 主機板。

    Intel vs AMD @Gen4

    作為後起之秀, Intel 11 代 Core 的 PCI-E 4.0 性能是否可以超越 AMD Zen3 呢?以下是筆者分別以顯示卡及 NVMe SSD 對兩者 PCI-E 4.0 性能的測試。為統一起見,兩平台均採用首根 PCI-E x16 插槽及最近 CPU 的那組 M.2 Socket ,其他設定為盡量一致。

    Intel vs AMD @PCI-e Gen4

    測試結果顯示,兩平台的性能相近,在《 3DMark PCI Express 》測試方面, AMD Ryzen 9 5900X 以 26.01GB/s 領先 Intel Core i9-11900K 24.13GB/s 頻寬,而在 NVMe SSD 測試方面,兩者大致上持平。不過要注意的是 PCI-E 4.0 頻寬僅為影響性能的其中一項指標,實際性能還會受多個因素影響,比如更重要的 CPU 時脈。

    2X L2 Cache 容量

    Intel Core 成功之道在於優秀的 Cache 架構,因此而長時間並未作出改動,直到 2019 年推出 Ice Lake 核心後才嘗試改動其 Cache 架構,並於 Tiger Lake 作出更大幅度改動。以下是各 Intel CPU Cache 架構的比較,及《 SiSoft Sandra 》測試下表現︰

    各 Intel CPU Cache 架構比較
    《 SiSoft Sandra 》測試表現

    測試顯示, Intel 對於改動 Cache 架構的顧慮並非無因, Rocket Lake 因為在 L1 Data Cache 及 L2 Cache 分別增加至 48KB 及 512KB ,相當於 50% 及 100% 的增長,結果使 Cache Latency 時間也從 4 及 12 Clocks 分別增至 5 及 13 Clocks 。至於 L2 Cache 容量增至 1280KB 的 Tiger Lake 架構,其 L2 Cache Latency 也增至 13 Clocks,難怪會令 Intel 卻步。

    支援甚麼 AVX-512 指令集?

    AVX-512 指令集屬於一個統稱, Rocket Lake 新增支援甚麼 AVX-512 指令集?筆者整理了資料見下︰

    Rocket Lake 支援 AVX-512 指令集整理

    圖中所見, Rocket Lake 支援的 AVX-512 指令集與 Ice Lake 十分相似,但較Tiger Lake 少了 AVX512/VP2/Intersect – Intersection Indicators 。由於是民用版的關係,所以都沒有 Xeon 版本才支援的 AVX512/FP16 – 16-bit/Half Precision Floating-Point 等等進階指令集。

    新增的 AVX-512 有用嗎?

    由於一般應用以 AVX2 指令集為主,AVX-512 的支援屬起步階段,所以這次 AVX-512 的測試也以《 SiSoft Sandra 》理論測試為主,所選測試項目為「 Processor Multi-Media 」及「 Processor Cryptograph 」。

    《 SiSoft Sandra 》測試

    測試所得, AVX-512 最高可帶來 98.69% 效能提升,一般也有 10% 以上,不過不失。不過筆者在測試 AVX-512 也發現有令 CPU 功耗大增的問題。以 Core i9-11900K 為例,在「 Processor Cryptography 」一般功耗為 313W ,使用 AVX-512 時可達 361W 並一度使筆者的 ASUS ROG Strix LC 360 RGB 水冷以全速工作,足見 AVX-512 對 CPU Loading 之重。對於 AVX-512 ,設計原意是針對 x86 原有指令集之不足,但 AVX-512 並不算成功,而 Intel 把時間一直虛耗在 AVX-512 指令集的發展上,是否需要重新思考呢?實有商榷餘地。

    Intel UHD 750 vs Iris Xe Graphics

    雖然 Intel 強調 11 代 Core 的圖形核心基於 Gen12 設計,較 10 代 Core 的 Gen9.5 有 2.5 代的優勢。但若與 Tiger Lake CPU 上的 Iris Xe Graphics 相比,則 Rocket Lake 有所不及,最終 Intel 也僅以「 Intel UHD Graphics 750 」命名。即以 EU 為例,前者有 96 組而後者為 32 組,不及前者 EU 之 1/3 ,但比上一代 Intel UHD Graphics 630 的 24 組已有 50% 增長。

    圖形核心跑分成績

    然而 Intel UHD Graphics 750 始終採用較新的 GPU 架構,所以支援最新 DirectX 12 Ultimate ,並可完成 3D Mark 的 VRS feature test Tier 1 (Direct12 Ultimate feature) 測試。同時 Intel UHD Graphics 750 採用最新的編碼引擎,支援 Decoders : 4K60 12b 4:4:4 HEVC 、 VP9 、 SCC 、 4K60 10b 4:2:0 AV1 ; Encoders : 4K60 8b 4:2:0 AVC 、 4K60 10b 4:4:4 HEVC/SCC/VP9 、 RA 。顯示輸出則有 3x 4K60 或 2x 5K60 、 DP 1.4a 、 HDMI 2.0b 、 HBR3 等等。另外, Intel 表示 11 代 Core 也有一定的 AI 功能,支援 Intel Deep Learning Boost 、 VNNI 及 Intel Gaussian and Neural Accelerator 2.0 等等。不過筆者認為整合顯示功能在 Rocket Lake 的重要性不如 Tiger Lake ,這是因為效能用家一般會另購顯示卡,以 NVIDIA NVENC 編碼器完成大部分的工作。

    Intel UHD Graphics 750 可支援 3D Mark 的 VRS feature test 測試項目。

    穩跑 DDR4-5333 不是夢

    Intel 表示, Rocket Lake 採用新的記憶體控制器,可原生支援 DDR4-3200 而較上一代 Comet Lake 的 DDR4-2933 進步。當然 DDR4-3200 僅屬開始,各大主機板廠商測試普遍表示 11 代 Core 可輕易超至 DDR4-5000 以上。以筆者所用 ASUS ROG Maximus XIII Hero 為例,即宣稱可支援 DDR4-5333+(OC) 以上,而這次ASUS 也特別提供 Hyper-X PREDATOR DDR4-5333 工程樣本,提供 XMP-5333優化設定,可一步讓 Core i9-11900K 穩超 DDR-5333 以上。

    受測的 Hyper-X PREDATOR DDR4-5333 工程樣品
    受測的 Hyper-X PREDATOR DDR4-5333 工程樣品
    以 Core i9-11900K + Hyper-X PREDATOR DDR4-5333 在使用 XMP 後即可穩定 2666MHz @CL=20 (相當於 DDR4-5333 )下工作。
    以 Core i9-11900K + Hyper-X PREDATOR DDR4-5333 在使用 XMP 後即可穩定 2666MHz @CL=20 (相當於 DDR4-5333 )下工作。
    工程樣本在 XMP-5333下會把記憶體電壓從 1.2V 猛增至 1.6V 屬於危險的水平,希望未來廠方能把工作電壓降至 1.35V 的安全水平。
    工程樣本在 XMP-5333下會把記憶體電壓從 1.2V 猛增至 1.6V 屬於危險的水平,希望未來廠方能把工作電壓降至 1.35V 的安全水平。

    最後的殺手鐧—— Intel ABT

    也許 Intel 也感到單靠 CPU 架構的改進,不足以彌補少 2 個核心帶來效能的損失(從上一代最高 10 核心降為最高 8 核心),因此決定在 11 代 Core 推出前,開放 Intel Adaptive Boost Technology (簡稱 ABT ),讓 CPU 工作時脈更上一層樓。按既有設定, Core i9-11900K 在使用 1-2 核心時最高工作時脈達 5.3GHz ,而於使用所有 8 個核心時降至最高 4.8GHz 。為此 Intel 決定新增 Intel Adaptive Boost Technology ,進一步釋放限制讓 Core i9-11900K 在 All-Core 時可於 5.1GHz 下工作。

    Intel 說明表示 Adaptive Boost Technology 可讓 Core i9-11900K All-Core 工作在 5.1GHz 之上。
    Intel 說明表示 Adaptive Boost Technology 可讓 Core i9-11900K All-Core 工作在 5.1GHz 之上。
    支援 Intel Adaptive Boost Technology 的主機板可輕易在主機板上找到相關設定
    支援 Intel Adaptive Boost Technology 的主機板可輕易在主機板上找到相關設定
    ASUS ROG MAXIMUS XIII HERO 已開發帶 Intel Adaptive Boost Technology Beta BIOS 予用戶下載使用。
    ASUS ROG MAXIMUS XIII HERO 已開發帶 Intel Adaptive Boost Technology Beta BIOS 予用戶下載使用。

    遊戲時脈可提升至 5.1GHz

    同樣受惠於 Intel Adaptive Boost Technology 還有遊戲方面。筆者測試所得,不少遊戲工作時脈往往在 All-Core 範圍以內。以 Core i9-11900K 為例,在《 Watch Dogs: Legion 》的工作時脈為 4800MHz,而在使用 Intel Adaptive Boost Technology 後可達 5081MHz 。作為參考, Core i9-10900K 為 4880MHz ,AMD Ryzen 9 5900X 為 4515MHz ,而主流的 Core i5-11600K 為 4577MHz 。

    使用 Intel Adaptive Boost Technology 前,《 Watch Dogs: Legion 》顯示 Core i9-11900K 實際工作時脈為 4800MHz 。
    使用 Intel Adaptive Boost Technology 前,《 Watch Dogs: Legion 》顯示 Core i9-11900K 實際工作時脈為 4800MHz 。
    使用 Intel Adaptive Boost Technology 後,《 Watch Dogs: Legion 》顯示 Core i9-11900K 實際工作時脈提升至 5081MHz。
    使用 Intel Adaptive Boost Technology 後,《 Watch Dogs: Legion 》顯示 Core i9-11900K 實際工作時脈提升至 5081MHz。
    Adobe Premiere Pro 15 @UL Procyon 1.83 Video Editing Benchmark 測試,在使用 Intel ABT 前,雖然可 All-Core 工作於 5100MHz,但波幅較大。
    Adobe Premiere Pro 15 @UL Procyon 1.83 Video Editing Benchmark 測試,在使用 Intel ABT 前,雖然可 All-Core 工作於 5100MHz,但波幅較大。
    使用 Intel ABT 後,雖然 All-Core 同樣工作於於 5100MHz ,但波幅較小,整體效能有明顯的提升。
    使用 Intel ABT 後,雖然 All-Core 同樣工作於於 5100MHz ,但波幅較小,整體效能有明顯的提升。

    11 代 Core 主機板的選擇

    雖然 11 代 Core 可兼容於 Intel Z490 等主機板,但 Intel 並不建議使用舊板。因為一些 11 代 Core 的新功能如 CPU 以 DMI 3.0 x8 連接晶片組,在 400 系主機板僅可以 x4 工作,可用頻寬減半。同樣在 500 系列主機板上,只有 Intel Z590 及 H570 主機板支援 DMI 3.0 x8,主流的 B560 及 H510 僅能以 x4 工作。

    同樣在 500 系主機板上,僅有 Intel Z590 及 H570 主機板支援 DMI 3.0 x8,主流的 B560 及 H510 僅能以 x4 工作。
    同樣在 500 系主機板上,僅有 Intel Z590 及 H570 主機板支援 DMI 3.0 x8,主流的 B560 及 H510 僅能以 x4 工作。
    Intel 500 系的 B560 及 H570 也支援 DDR4 OC 功能,是 500 系晶片組的一大突破。
    Intel 500 系的 B560 及 H570 也支援 DDR4 OC 功能,是 500 系晶片組的一大突破。
    Intel 10 代 vs 11 代 Core 規格比較總結
    Intel 10 代 vs 11 代 Core 規格比較總結

    Core i9-11900K vs Ryzen 9 5900X

    隨著 Intel 發佈 11 代 Core 處理器, AMD 也沒有掉以輕心,而是適時發佈 AMD AM4 AGESA V2 PI 1.2.0.1 BIOS 代碼更新,進一步優化效能。以筆者所用的 ASUS ROG Crosshair VIII Dark Hero 主機板為例,於 3 月 10 日開始提供 Version 3302 的更新,表示在 AMD AM4 AGESA V2 PI 1.2.0.1 配合下提升效能,一場惡戰在所難免。另外﹐為求最大展現 Core i9-11900K 的性能,所以今次測試會有 Core i9-11900K @Intel ABT + DDR4-5333 CL=20 的強強組合,供參考之用。

    ASUS ROG Crosshair VIII Dark Hero Version 3302 更新內容。包括有「 Fix the L3 cache performance in AIDA64 」及「 Improved memory performance 」等針對效能的提升。
    ASUS ROG Crosshair VIII Dark Hero Version 3302 更新內容。包括有「 Fix the L3 cache performance in AIDA64 」及「 Improved memory performance 」等針對效能的提升。

    測試一︰CPU 理論性能

    時脈是這場大戰勝負的關鍵所在,誰擁有最高的工作時脈,誰便在測試中取得優勢。在Single-Core 測試中,筆者發現 Core i9-11900K 在大部分時間均能保持在 5.3GHz工作時脈,大大領先 Core i9-10900K 的 5.1GHz。結果是 《 Geekbench 5.40 CPU 》得分達 1,890 分,相當於領先 Core i9-10900K 1,376 分 37.35%。

    測試二︰遊戲性能

    由於 Intel Core 有高時脈優勢,所以遊戲性能長期屬 Intel CPU 的票倉,這次也例外,主要是看 Core i9-11900K vs Core i9-10900K 的內戰。如果不使用 Intel ABT 功能的話,則兩者是互有勝負,而 Core i9-11900K 主要在新款遊如《 Watch Dogs: Legion 》及《 Cyberpunk 2077 》有優勢。反之 Core i9-10900K 在《 Metro Exodus 》有優勢。

    測試三︰PCMark 10

    AMD Ryzen 9 5900X 在新 BIOS 配合下,《 PCMark 10 》測試成績表現亮麗。Core i9-11900K 雖然較 Core i9-10900K 有 5.69% 效能增長,但表現未足以動搖 AMD Ryzen 9 5900X 的地位。

    測試四︰Adobe Photoshop 及 Premier 測試

    Adobe 測試內容由 UL Procyon 1.83 Photo Editing 及 Video Editing Benchmark 提供,所用版本為最新的 Photoshop 22.3 、 Premiere Pro 15 及 Lightroom Classic 10.2 。雖然 Core i9-11900K 僅有 8 核心 16 線程,但在 Intel ABT 加速可反勝 12 核心 24 線程的 Ryzen 9 5900X。

    測試五︰Rendering

    Rendering 是比核心/線程的測試。這方面 Core i9-11900K 因為僅有 8 核心 16 線程,難與 AMD Ryzen 9 5900X 的 12 核心 24 線程比併,較上一代 Core i9-10900K 的 10 核心 20 線程也有所不及。

    測試六︰網頁瀏覽性能

    網頁瀏覽是以 Microsoft Edge 運行,主要測試其 HTML5 & JavaScript 性能。這方面 Core i5-11600K 較 Core i9-10900K 快,而 Core i9-11900K 在使用 Intel ABT 功能後領先 AMD Ryzen 9 5900X。

    測試七︰功耗測試

    功耗測試以 ASUS ROG THOR 850W Platinum OLED 顯示屏實時監控進行
    功耗測試以 ASUS ROG THOR 850W Platinum OLED 顯示屏實時監控進行

    Intel Core i9-11900K 在功耗方面較上一代 Core i9-10900K 有明顯的增加,需注意 CPU 散熱等問題,這方面尤以使用 Intel ABT 功能為甚。據 Intel 方面表示,Core i9-11900K 在 Enable ABT 後 PL2 功耗為 251W 及 245A 。筆者測試 Core i9-11900K @ABT 在 Cinebench 23 Multi-Core 時 PL4 Peak Power 可達 450W , 3D Mark Graphics Test2 為 730W ,以 Core i9-11900K + RTX 3080 組合為例 850W 以上火牛是少不了的。

    測試平台

    CPU︰
    Intel Core i9-11900K (8C/16T, 3.5~5.3GHz)
    Intel Core i5-11600K (6C/12T, 3.9~4.9GHz)
    Intel Core i9-10900K (10C/20T, 3.7~5.3GHz)
    AMD Ryzen 9 5900X (12C/24T, 3.7~4.8GHz)
    AIO 水冷︰ASUS ROG Strix LC 360 RGB
    主機板︰ASUS ROG MAXIMUS XIII HERO (Intel Z590, BIOS Version︰0610), ASUS ROG Crosshair VIII Dark Hero (AMD X570, BIOS Version︰3302)
    顯示卡︰ASUS ROG-STRIX-RX5700XT-O8G-GAMING (Boost Clock: 2035MHz)
    記憶體︰2x G.Skill TridentZ Royal DDR4-3600 CL16-16-16-36
    存儲裝置︰WD_Black SN850 NVMe SSD 1TB
    火牛︰ASUS ROG THOR 850W Platinum
    作業系統︰Windows 10 x64 20H2
    驅動程式︰461.92 GeForce Game Ready Driver

    Intel 成敗還看 Atom?

    眾所周知, Intel 將於今年年底推出代號 Alder Lake 的 12 代 Core 處理器,使 11 代 Core 成為只有半年產品周期的 CPU 。 Alder Lake 將採用效能型混合架構,如無意外會是 Lakefield (Core i5-L16G7) 的改進型號。 Lakefield 核心的最大特點是採用 1 x Sunny Cove 大核心 + 4 x TNT Atom 小核心,最高工作時脈僅有 3GHz ,工作功耗僅 7W ,改進空間較大,有望成為 Intel 下一代高性能處理器的基礎。

    想當年 Intel Pentium 4 Prescott 核心有過熱的問題,迫使 Intel 考慮其他方案,最終選定以筆電市場的 Core Duo 為藍本,發展出效能出色的 Core2 Duo 處理器並成功戰勝 AMD Athlon 64 FX 處理器。在今天,歷史是否會重演一次嗎?

    Conclusion

    筆者認為, 11 代 Core 可說是 CPU 技術發展的一項奇跡。受 14nm 製程所限,Intel R&D 人員能夠在 11 代 Core 上應用的新技術十分有限,但最終 Core i9-11900K 在大部分測試還是可以做到以 8 核心勝於上一代 10 核心,並在部分測試戰勝 12 核心的 AMD 對手,不過這付出了高功耗的代價,是否值得則見仁見智。

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