實測第13代Core CPU是否「擠牙膏」

作者 : 黃燁鋒,EE Times China

本文以Core i5-13600K這顆處理器為主角,談談就性能和能效角度,第13代Core有沒有擠牙膏,旗艦款的i9-13900K也會作為配角在文中時有出現…

嚴格來講,不能說第13代Intel Core處理器的架構和製程都沒換:一方面,雖然仍採用Intel 7製程,但有改良(據說被Intel內部稱作Intel 7 Ultra),如第三代SuperFin電晶體的應用;另一方面,架構層面主要有cache更動。核心方面,第13代Core的確算是相比於上代的小改。 核心架構和製程都沒什麼大改,理論上就該被稱作「擠牙膏」了。但從處理器產品整體來看,頻率提了一截、核心數還加了不少。連Core i5的最高睿頻都達到了5.1GHz,總共14個核心,這放在幾年前是完全不可想像的。前兩年5.1GHz這種頻率絕對是旗艦產品才會配備。     筆者也提前拿到了第13代Core桌上型電腦處理器,體驗了一周。基於異質核心數增加、cache擴容與改良這兩點,體驗重點應該放在多執行緒性能與調度,以及cache延遲、頻寬等問題上。 本文以Core i5-13600K這顆處理器為主角,談談就性能和能效的角度,第13代Core有沒有擠牙膏。與此同時,旗艦款的i9-13900K也會作為配角在文中時有出現。 又搭了個「便宜」的平台 本次參與體驗評測的處理器有4顆,分別是第12代與第13代Core對應的演進型號,如下圖所示:     拋開製程與P-core (性能核心)改良,概括地13代Core與上代的差異在於:P-core與E-core (效率核心)的睿頻都往上提了;E-core核心數目翻倍;L2/L3 cache容量增加超過1倍;支援的記憶體頻率變高;最大睿頻功耗增加。 如Core i9-13900K的P-core睿頻已經達到了5.8GHz,輕易就能到6GHz;E-core核心數相比上代多了一倍……那麼兩個問題,堆料能帶來多大性能提升?以及已知核心架構與製程小改,那功耗是不是要爆炸? 針對Core i5-13600K這位主角,這次搭建的測試平台是這樣的:
  • 主機板:華碩Prime Z690-P WIFI (BIOS版本:2002)
  • 記憶體:美光DDR5 4800 32GB ×2
  • 顯卡:藍戟GUNNIR Intel Arc A380 Photon 6G OC
  • 硬碟:三星980 PRO 500GB SSD (PCIe Gen 4)
  • 散熱:風冷,九州風神大霜塔Pro
  • 電源:CoolMaster GX550電源
  • 作業系統:Windows 11 Pro 22H2 (22621.674)
*其他測試設置項:在BIOS中開啟Intel Adaptive Boost,開啟華碩高性能電源選項,開啟華碩多核心增強,記憶體設置XMP I(DDR5 4800 40-39-39-77)     看這個平台配置就知道不適合將Core i9-13900K當主角了,如風冷散熱就極有可能對i9-13900K構成性能發揮的瓶頸。另外,該平台還有幾個缺點: 第一,沒有用更快的DDR5 5600;第二,主機板寒磣了些;第三也是最為致命的一點,Intel的這款Arc A380是個入門級GPU,會成為所有涉及繪圖測試(如遊戲應用)的唯一瓶頸。 值得一提的是,第13代與第12代Core採用相同的封裝、都支持Z690平台,所以基於經濟性考量,自然也就沒有選擇Z790主機板。但至少在做測試之時,市面上的Z690主機板對於第13代Core的支援還不盡相同:原本買了銘瑄的一塊Z690主機板,到貨後客服告知暫無支援地13代Core CPU的BIOS可供使用,具體更新時間未知。       然後才換了華碩的這塊主機板:華碩客服倒是一直在宣傳,自家Z690主機板全線支持第13代Core;但他們對於筆者買的這塊主機板當前最新BIOS能否支持第13代Core也不確定。 所幸在我買入這張主機板之時,刷入華碩官網提供的最新BIOS韌體(版本2002,更新於9月15日)已經能夠辨識第13代Core,在本文完稿前,華碩又更新了一版韌體。理論上,以下測試所用平台的BIOS版本可能對測試結果有debuff。畢竟做測試之時,第13代Core還沒有發售。 平台上限與Core i9水冷需求 先弄清楚筆者搭的這個平台,性能上限和瓶頸在哪兒,尤其電源(550W)和散熱似乎都有機會成為CPU性能發揮的瓶頸。從紙本數據來看,Core i5-13600K的最高睿頻功耗181W,而Arc A380顯卡是65W TGP,電源和散熱理論上應該都不會有問題。我也針對CPU和GPU用AIDA64和FurMark跑了雙烤壓力測試(8分鐘),結果如下:     手裡的這顆Core i5-13600K似乎全部核心滿載也就不到160W的功耗;Intel Arc A380顯卡全速跑的確也不到65W功耗水準。則顯然至少電源不會成為瓶頸。 至於散熱,針對Core i5-13600K進行FPU單烤壓力測試,CPU封裝功耗與溫度變化情況如下圖:     FPU單烤壓力測試下,CPU封裝溫度不到90℃。所以風冷用於壓制Core i5-13600K也完全足夠,即便又是5.1GHz、又是14核心。即便借用XTU工具來對Core i5-13600K進行一鍵超頻,散熱的餘量也依然比較大。手上的這顆Core i5-13600K最保險的情況下,P-core也能小超到5.3GHz (↑200MHz),E-core則可超頻至4.3GHz (↑400MHz),全核滿負載功耗~168W,CPU封裝溫度91℃上下。 為了探究該平台的性能發揮上限,也用Core i9-13900K做了壓力測試,得到的結果比較有趣:     從上圖來看,Core i9-13900K在壓力測試下是全程頂著100℃在跑,說明我搭的這個平台對Cor ei9-13900K而言存在散熱瓶頸。從藍色的功耗曲線來看,測試的最初幾秒Core i9-13900K的CPU封裝功耗能夠到290W,但因為溫控限制最終穩定在了250W。回顧前面的配置表就會發現,i9-13900K的「最高睿頻功耗」是標稱的253W,也是能接受了。 不過在用Core i9-13900K跑Cinebench R23測試時,能夠觀察到CPU封裝功耗一度達到307W——換個稍微上點兒檔次的顯卡,電源也是必須得換了。顯然如果散熱系統能夠更給力,這顆CPU還有更大的性能發揮潛力。     此處用的散熱方案是塔式的雙風扇——在風冷方案裡也算豪華配置了。則很顯然要壓住現在的Core i9處理器,使其達成最大化的性能發揮,水冷是必不可少的。 關於Intel獨立顯卡 雖說本文的測試重點不在顯卡上,不過Intel Arc A380這個瓶頸還是要拿出來說說。原本筆者是打算買前不久剛剛發佈的Arc A770,畢竟定位高些;但至少在做本次測試之時,A770還沒有在市場上鋪貨。而N家的高階貨GeForce RTX 4080、4090這些卡要多少錢各位讀者也心中有數;況且再用之前測過的一塊RTX 3060也顯得沒什麼意思,於是我就選定了還相對罕見的Intel Arc A380。 Intel作為最新入市的PC獨立GPU市場參與者,生態建設和繪圖相關軟體的完善度還待提高。Arc A380還真是讓這次測試遭遇了相當多的「驚喜」,比如在測Photoshop的時候跳出下面這個對話方塊:     似乎藍戟官網提供的最新驅動(30.0.101.3267)對OpenCL的支持有問題。這就導致不少測試跑不起來,不僅是PugetBench Adobe全家桶測試幾乎一個都不能跑;還有像是PCMark 10需要GPU加速的生產力軟體測試,一遇到GPU加速場景就立刻罷工…而且許多遊戲測試中會頻繁出現貼圖錯誤。 不得已在更新過Intel提供的最新驅動(31.0.101.3490)後,解決了大半測試無法進行的問題(不過一般並不建議越過板卡廠商,直接從晶片廠商更新驅動),部分遊戲的貼圖錯誤雖然還是有,但已經沒那麼誇張了。聽聞在Intel獨顯發佈的這幾個月裡,Intel正在馬不停蹄地做驅動更新和生態完善,畢竟還是產業新手。Arc A380起初用於玩《原神》都有bug,但近來的驅動更新幾乎已經解決了所有問題,效率也提升了不少。     所以筆者覺得像軟體和生態這類GPU發展的真正難點,還是需要大量時間和精力投入。雙寡頭市場格局下多出個競爭者總是好事。這次,對Arc A380做了一些簡單的圖形性能測試,以讓各位讀者對這塊顯卡有個大致的性能認知:  
  Arc A380顯卡與這4顆CPU做搭配,得到的Time Spy (DirectX 12)、Fire Strike (DirectX 11)、Wild Life (Vulkan)測試結果都差不多;說明A380在我搭的這一平台下的確是繪圖密集型運算的瓶頸,用什麼CPU也無所謂;這些測試也就成為單純的GPU性能測試。所以所有遊戲測試結果也大致可預期:     從3DMark理論圖形分來看,Arc A380應該是強於GeForce GTX 1060。不過在實際遊戲裡的表現受制於驅動和生態支持,會打個折扣,期待未來的驅動更新能大幅提升GPU性能。從這一例也能看出,生態建設對於更專用晶片的重要性,以及即便是Intel這樣很早就擁有繪圖技術的巨擘,也無法在繪圖獨立GPU市場上做到一蹴而就。 CPU性能提升據說有41%? 正式來看看第13代Core桌上型電腦CPU的性能與能效表現。Intel此前在發佈會上說,第13代Core比第12代Core,單執行緒性能最多提升15%,多執行緒性能最多提升41%。用最簡單的Cinebench R23來驗證,其中也加入了P-core超頻至5.3GHz的Core i5-13600K。     這個結果頗有點意料之外。Core i5-13600K的單執行緒性能比上代的Core i9-12900K還要略強——後者的頻率其實還比前者高了0.1GHz——不是說核心架構和製程都沒什麼變化嗎?測了好多次,結果都差不多。這是否說明在Cinebench R23測試裡,cache改良(不僅是容量增加,還包括新的動態預取演算法、動態INI等)帶來的IPC收益還頗高? 如果單純比較兩代Core i5,則Core i5-13600K單執行緒性能比i5-12600K提升了大約7~8%;多執行緒性能躍升35%+(請注意這些資料仍與整個測試平台存在很大相關性)。 Core i9的情況則更誇張一些。從測試結果來看,兩代差距比Intel官方宣傳得還要大。Core i9-13900K單執行緒性能比i9-12900K提升15~16%,多執行緒性能則跨步了45%。即便是我測出來的這個受制於散熱的性能成績,Core i9-13900K也已強於AMD Ryzen 7950X了。 不過這裡要明確一點,我搭建的這個測試平台,對Core i9有性能抑制作用。從追蹤的功耗和溫度情況來看,該平台對Core i9-12900K有更大的負加成——也就是說更大程度抑制了第12代Core i9的性能發揮。 用Core i9-12900K在這個平台下跑Cinebench R23多執行緒性能測試,無法達到這顆處理器標稱的241W「最大睿頻功耗」:相比Core i9-13900K,第12代Core i9更早地碰到了溫度牆(100℃),功耗停留在不到220W。 理論上同平台下的渲染基準測試應當很難達到Intel宣稱的15%單執行緒、41%多執行緒提升這兩個值。因為這兩個極致,頻率提升、記憶體速度提升、cache改良、核心數提升這幾個點都算入了。我感覺能有這麼誇張的測試結果,一方面是溫度牆「貢獻」,另一方面則是這個測試平台本身還是有那麼點相容性問題。     大多渲染測試這類全核心全執行緒都用上的測試,得到的結果差不多, Blender Benchmark (3.3.0)亦如是:Core i5提升35%,Core i9提升45%——再次強調,後面這個數字不對,因為這個測試平台更大程度抑制了i9-12900K的性能發揮。 不過或許很多讀者更關心,性能提升這麼多,功耗是不是也爆了?兩顆第13代Cor eCPU的最大睿頻功耗的確是有提升,不過極限性能下的功耗提升有限。  
  以上兩張圖是進行4輪Cinebench R23多執行緒測試時,HWiNFO記錄下的CPU封裝溫度與功耗的變化情況。Core i5-13600K在Cinebench R23性能測試成績提升35%+的情況下,功耗相比上一代的Core i5-12600K提了20W,溫度稍有提升。  
  由於前述的平台限制,兩顆Core i9都受制於溫度牆,第12代Core i9受到溫度牆的制約更為嚴重,更難以發揮出應有的性能水準。所以45%這個值,和功耗曲線看看就好。不過這兩組資料不夠直覺,有一個考察維度,是觀察兩代處理器跑Cinebench單執行緒測試時的功耗情況:     上圖是第12代與第13代Core i5跑Cinebench R23單執行緒性能測試時的功耗變化曲線(其中加入了超頻至5.3GHz的Core i5-13600K)。忽略曲線中出現的一些毛刺——這些應該是在跑測試的時候,系統層面存在的一些其他負載擾動。 從大方向來看,第12代Core i5跑單執行緒性能測試的CPU封裝功耗在45W上下波動,而13代Core i5低了超過10W,一般不到35W;而且還更快跑完了測試(也就是測試成績更好)。即便是超了頻的第13代Core i5,功耗也沒有超過40W。Intel 7 Ultra製程帶來同頻更低的核心電壓,可能是箇中關鍵。 另外,和功耗、能效相關的資訊,Intel在發佈會上說第13代Core只需要第12代Core 1/4的功耗,就能達到第12代Core的峰值性能水準——這說的是Cor ei9,我的這個平台因此很難測出準確結果(況且Intel測的是SPECint)。 雖說不準,而且是不同的測試工具,Cinebench測試多少還是能還原一下功耗情況。借用XTU工具,將這4顆處理器的功耗限定在45W、65W、95W幾個點位元,來觀察其性能變化,得到如下結果:     這張圖裡有幾個亮點: (1)雖然Core i9-13900K限制在65W這個功耗牆內時,基於Cinebench R23的測試成績無法達到Core i9-12900K滿載時(此平台下為233W)的水準,但也已經達到了後者82%的性能水準。換句話說13代Core i9,只用了第12代Core i9將近25%的功耗,就達到了後者超過80%的性能水準。 (2)蘋果M1 Max的Cinebench R23多執行緒性能成績是12,400分左右;M1 Ultra (64-core)的性能成績是24,000分左右。不過節能這種事,也絕不僅僅是峰值性能下的功耗問題。 (3)在45W功耗段上,第13代Core i5的性能比第12代Core i5領先約48%;第13代Core i5只需要65W功耗,性能就和第12代Core i5滿負荷運轉時差不多。 似乎第13代Core從Intel 7製程改良和cache改良的獲益匪淺?不過這些也沒什麼好奇怪的,功耗與性能提升的關係原本就不呈線性。這樣的能效提升,也讓第13代Core筆電平台更為令人期待。 另外,這只是Cinebench R23渲染測試的結果,它與PC的大部分真實負載工作方式都有差異。因為日常我們接觸的絕大部分軟體都不會把所有核心資源全部佔滿,更不會長時間保持跑在高功耗下。所以類比真實負載的測試,對使用體驗參考更有價值。 生產力與多媒體創作測試 來看看和大部分PC用戶真正相關的測試,主要是生產力和多媒體內容創作。比筆者簡單做了幾項常見的測試,先來看看微軟Office辦公四件套:     UL Procyon的辦公生產力工具測試,Word、Excel之類的測試項都屬於重度辦公負載。Core i5-13600K在這項測試裡的表現似乎格外強勢,綜合評分隔代領先10%+左右(而且好像格外適合用來發郵件…)。     Adobe製圖的Photoshop、視訊後期的Premiere Pro和動畫特效工具After Effects是多媒體內容創作的常規測試項。這項測試中,Core i9-13900K頗有點一騎絕塵的意思。 對CPU多核心有更大需求的After Effects,也能夠看出兩代Core處理器12%以上的差距。不過Adobe測試還是很大程度地與GPU加速相關,尤其是Premiere Pro。很多讀者對Premiere Pro這類視訊後期工具的測試格外關注,所以特別列出Premiere Pro測試記錄中的分項:     好像Core i5和i9拉開差距的專案主要是視訊編輯過程中的即時重播(Live Playback),是因為這兩個定位的處理器在轉碼器上的配置也不同嗎?     綜合了應用啟動、視訊會議、網頁流覽、表格、檔案編輯、照片編輯、渲染與視覺化、視訊編輯測試項的PCMark 10測試結果也大致相仿。這代Core i5-13600K在很多項目上接近甚至超過上代Core i9,令人有些出乎意料。 值得一提的是,PCMark 10並不是單純或主要考驗CPU的基準測試。它在很多測試項裡對GPU加速的利用也格外積極,對整個系統和平台的性能屬於相對綜合的考察。     CrossMark和PCMark應該是比較類似的測試,細分項包含了生產力、創作和回應表現。基本也可用於總結第13代Core在PC上大部分人的使用場景:生產力方面的隔代提升幅度大約為10%;媒體創作相比前代領先10~15%;系統回應方面的綜合體驗也提升了大約10%左右。     原本大部分人對於第13代Core處理器的預期是比較低的,因為一方面第12代Core有架構方面的大調整——核心架構甚至會用於指導後續10年的大方向;另一方面,Intel也早早預告了明年14代Core在製程、封裝和系統性架構上會有巨大調整。所以理論上,第13代Core應該只是一次例行升級。 或許是Intel在更新第12代Core時留了一手或者規劃得好,基於提頻、加核心、改cache和儲存系統的演進方式,還真是為第13代Core帶來了相當不錯的性能收益,連能效表現都有肉眼可見的提升。好像P-core + E-core這種異質CPU已在相當多的應用上讓AMD感到無語了,尤其在Zen 4架構升級並沒有那麼給力的情況下。 不過個人更關心的其實是後續第13代Core針對筆電平台的H、P、U系列能否在全功耗段的能效表現上真正有所進步,並真的讓Intel筆電的續航向MacBook看起,畢竟這是Intel現如今的弱項。  
  本文原刊登於EE Times China網站      

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