【评测】决战最强王者，首款10核心酷睿i9系统对比实战
MESH网格联合14nm+，酷睿i9处理器技术简析
专为发烧级平台打造的新一代Core X系列处理器总共包括9款产品，由1款i5、3款i7，以及5款i9产品组成，以酷睿i9系列命名的处理器自然属于其中的顶级产品。其中Core i5-7640X和Core i7-7740X采用的是Kaby Lake-X核心架构，其他Core X系列处理器则全部采用Skylake-X核心架构。
在2017年7月《微型计算机》刊中，我们已经连续对新一代Core X系列处理器里的Core i7-7740X、Core i7-7820X处理器进行过评测。而本次登台亮相的Core i9-7900X处理器虽然是酷睿i9处理器中的“最低端”产品（注：其他4款酷睿i9处理器离上市仍有一定时间，且详细技术规格尚未公布），但其技术规格却已经能与之前的消费级处理器王者：Core i7-6950X匹敌，甚至更强。其主要技术特色有以下几点：
1、10核心20线程设计，这一基础规格与在本文截稿时售价仍在12000元左右的Core i7-6950X相同。但有所不同的是，Core i9-7900X的预计售价为7499元，比Core i7-6950X便宜了很多。
2、Skylake-X架构采用14nm+生产工艺。经过英特尔几年来的努力，第二代3D-Tri Gate晶体管架构和升级后的14nm+生产工艺，让基于Skylake-X架构的处理器在核心数出现了爆发式增长，其核心数最高达到了18个。同时，14nm+生产工艺也为基于Skylake-X架构的处理器带来了更高的起始频率，此外Core i7-7820X、Core i9-7900X还拥有最新的Turbo Boost MAX Technology 3.0技术，允许处理器在执行只调用1～2个核心的任务时，工作频率最高可提速到4.5GHz。而Core i7-6950X虽然也采用14nm工艺生产，但最高加速频率只有4.0GHz。
3、我们知道，上一代Core X处理器采用了Broadwell-E核心，各个处理器核心的连接是通过一组封闭的RingBus环形总线。简单地说，所有处理器核心、内存控制器、PCIe控制器都是通过环形总线连接在一起。各个核心间要进行通讯，通过这组总线就可达成。不过问题也来了，如果两颗核心间隔太远，在至强E7V4 24核心处理器架构图中，如左上与右下两颗呈对角线关系的处理器核心要互相访问，那么需要通过两组环形总线，经过大约11个传输节点，延迟显然不低。尤其是在现在核心数越来越多的处理器上，这个问题将非常显著。因此新一代Core X系列处理器采用了Skylake-X核心，核心间的连接则是通过MESH网格片上互联拓扑结构。
简单地说，各个处理器核心，以及内核里的PCIe、内存控制器、I/O设备以一个类似于2维数组的形式排列，组成一个矩阵。每个核心与周围的2～4个核心或传输节点直接相连。这类排列方式带来的好处是显而易见的—处理器核心间的通讯有更多可变的访问路径，可以像下棋一样跳过中间一些其他不相干的节点。以本页的技术架构图为例，在这颗28核心处理器中，其内部呈对角线关系、两颗最远的处理器核心如想进行通讯，那么在MESH架构中，我们的访问路径可以选择先经过矩阵底部的6颗核心，再穿过矩阵右侧的4个单元，只需要通过10个传输节点就可实现互访，核心数更多，访问延迟反而更低。
▲相对于环形总线架构（上图），MESH架构（下图）的采用大幅降低了运算核心间的互访延迟，非常适用于核心数众多的多核处理器。不过三级缓存的访问延迟则有所增加，因此Skylake-X处理器大幅提升了二级缓存容量。
不过MESH架构也不是十全十美的，首先在核心数较少的处理器中它难以发挥出较大的作用，特别是10核心及10核心以内的处理器，毕竟不管怎么规划路径，传输节点就那么几个，较双向环形总线也不会有什么优势。还有一个比较麻烦的问题，在环形总线架构中，处理器核心的三级缓存就像一个大家共有的湖泊，各个处理器核心都围绕在这个湖泊周围，可以直接“放水”、“饮水”即共享三级缓存数据。而在MESH架构中，由于处理器的各个核心、功能模块都是呈矩阵式排列，每个处理器核心又都配有自己的二级、三级缓存，因此三级缓存的共享将比较麻烦。还是以呈对角线关系的这两颗核心为例，如果它们要共享三级缓存资料，那么也需要通过这10个传输节点才能实现。因此为避免缓存共享带来延迟的增加，新一代Core X处理器又带来了第4个变化。
4、扩大二级缓存，即强调各个核心独立完成任务，Core i7-7820X、Core i9-7900X内每颗处理器核心的二级缓存从Broadwell-E处理器的256KB大幅提升到1MB，达到之前的4倍。这可以帮助运算核心尽量从二级缓存中获得数据，减少二级缓存未命中的机率。而三级缓存的作用则被大大降低，主要用于存放溢出数据。同时容量也从Broadwell-E处理器的每核心2.5MB大幅削减到1.375MB。
5、其他方面，Skylake-X处理器支持AVX-512指令集，可以让处理器每周期计算512bit位宽的浮点数，大幅提升处理器的并行运算能力，不过当前消费级软件对这一指令集的支持还很少。此外，Skylake-X处理器还提升了内存控制器的性能，在2017台北电脑展上，一些酷睿i9系统甚至展示了DDR4 4133×8，即8条DDR4内存同时超频到DDR4 4133的能力。
首套10核心酷睿i9系统大赏
本次我们将通过来自华硕的X299主板：PRIME X299-DELUXE对Core i9-7900X处理器进行测试。为了有力地支持像Core i9-7900X这样的高端多核心处理器，PRIME X299-DELUXE主板采用了优秀的做工用料。首先其处理器供电部分采用了8相CPU核心供电设计，每相供电电路搭配最大可承载60A电流的国际整流器公司IR 3555M PowIRstage一体式封装MOSFET，也就是说8相供电电路最大可承载480A电流，因此即便Core i9处理器的核心数量提升到18颗，但应对Core i9 200W以内的TDP可以说也绰绰有余。此外处理器供电部分还搭配了可在105℃环境温度下工作10000小时的日系黑金固态电容、全封闭电感。
▲由IR 3555M PowIRstage一体式封装MOSFET、10K黑金电容等高品质元件组成的8相供电电路。
而PRIME X299-DELUXE主板最有特色的是在主板散热器上配备了名为LiveDash的OLED显示屏，玩家可通过它方便地掌握系统温度、CPU频率、风扇转速等信息。
▲主板上的LiveDash的OLED显示屏，可显示各种信息，包括系统温度、CPU频率、风扇转速甚至报错信息等主板实时信息。
▲为M.2 SSD提供了大型散热片，可有效降低M.2 SSD的温度。
网络方面，值得一提的是，该主板板载了支持802.11ad协议的高通QCA61x4A无线网卡，其理论传输速度可达4600Mbps，远远高于802.11ac的1300Mbps。当然这需要用户采用同样支持802.11ad协议的路由器或其他无线设备，才能发挥出相应的性能。值得一提的是，这款主板还附赠华硕ThunderboltEX 3扩展卡，它可为玩家提供1个传输带宽达40Gbps的雷电3接口、1个USB 3.1 Type-A接口以及1个Mini DP IN接口。
▲双天线802.11ad无线网络模块，理论传输速度可达4600Mbps。
▲华硕ThunderboltEX 3扩展卡，可为玩家提供1个传输带宽40Gbps的雷电3接口。
处理器方面，由于接口从LGA 2011变为LGA 2066，因此从外观上看，Core i9-7900X与Core i7-6950X也有很大的不同。新一代Core X处理器最大的特点是处理器右上角多了一个RFID/NFC近场识别芯片。英特尔目前没有对这一芯片的作用进行任何解释，业内普遍认为该芯片的作用可能是用于工厂生产管理，或者是一种新的防伪技术。此外从极限玩家的处理器开盖测试来看，新一代Core X处理器内部仍然采用硅脂导热，并没有使用导热系数更高的钎焊材料。两款处理器的背面也有很大不同，处理器的电阻、电容排列方式都不一样。那么在性能上，首套10核心酷睿i9系统到底将为我们带来怎样的惊喜呢？
▲Core i9-7900X（左）与Core i7-6950X（右）正反面对比，可见Core i9-7900X处理器最明显的不同就是处理器正面右上角的保护盖缺了一块，并多出了一个小小的黑色RFID/NFC近场识别芯片。
打响排位战 我们如何测试
本次测试最大的目的就是在技术规格、配置相近的情况下，检验新一代高端Core X处理器的性能是否优于上一代产品。因此首先我们将通过基准性能、应用性能、游戏性能、处理器温度以及平台功耗这几大板块来进行Core i9-7900X与Core i7-6950X的对比测试，同时，我们将对Core i9-7900X这款处理器进行超频测试，以考察它拥有怎样的超频潜力和超频性能。此外在性能测试部分，我们还会加入Core i7-7820X 8核心处理器、Core i7-7700K 4核心处理器进行对比，以了解像10核心这样的多核处理器对于普通消费者来说是否具备实用意义，在性能体验上有多大的优势。
组建测试平台时，除了前面为大家介绍的华硕PPRIME X299-DELUXE主板之外，我们还为测试平台采用了芝奇TridentZ DDR4 3600内存、GeForce GTX 1080Ti显卡（ROG-STRIX-GTX1080TI-O11G-GAMING），以完全消除显示性能瓶颈，并搭配海盗船H110水冷散热器。需要说明的是，虽然我们搭配的是DDR4 3600内存，但并不能保证每个平台一定可以运行在这一频率下，毕竟每款处理器对内存的支持不一样。因此在平台调试阶段，我们就发现，Core i9-7900X的内存支持能力的确优于Core i7-6950X，前者可以轻松实现DDR4 3600×4，而后者在RAMPAGE Ⅴ EDITION 10这样的高端X99主板上，也只能实现最高DDR4 3400×4。
所以，最后在测试阶段，Core i7-6950X平台的实际内存运行频率为DDR4 3400，其他三个平台的内存运行频率则均可达到DDR4 3600，均以各自所能发挥出的最大内存性能进行测试，而不是像其他第三方测试，统一固守在保守的DDR4 2133频率。对于普遍采用高频内存的高端玩家来说，这样的测试没有任何参考价值。
处理器性能测试
测试点评：首先从处理器基准性能测试来看，Core i9-7900X不论是多线程性能，还是单线程性能相对于Core i7-6950X都有大幅的提升。我们认为根本原因在于其工作频率的大幅提升。从测试中的观察来看，在大部分测试时间并不长的多线程测试中，Core i9-7900X、Core i7-7820X的实际工作频率都可以达到4.0GHz，而Core i7-6950X只有3.5GHz左右。在Super Pi运算、CPU-Z 1.80处理器单线程性能测试中，新一代Core X处理器的频率则可瞬间提升到4.4GHz～4.5GHz，Core i7-6950X最高也只能达到4.0GHz左右。
因此不仅Core i9-7900X全面战胜了Core i7-6950X，甚至8核心的Core i7-7820X处理器凭借频率优势，在不少测试中都超过或接近于Core i7-6950X。值得一提的是，在单线程性能方面，只有2000多元的Core i7-7700K仍拥有统治地位，秘密就在于不论是单线程还是多线程测试，其实测工作频率均为4核心全速4.5GHz。
内存与缓存性能测试
▲Core i9-7900X内存与缓存性能
▲Core i7-7820X内存与缓存性能
▲Core i7-6950X内存与缓存性能
▲Core i7-7700K内存与缓存性能
测试点评：首先从缓存性能上来看，就如我们对MESH架构的分析一样，新一代Core X处理器的三级缓存访问延迟相对于Core i7-6950X有一定的增加。哪怕自己的独立二级缓存、内存访问延迟也明显高于前代产品。
不过新一代Core X处理器体现出了另一大优势，缓存带宽、内存带宽都有大幅提升。原因是上代处理器的所有功能模块都挂靠在一组环形总线上，以固定路径传输包括CPU、缓存、内存在内的所有数据。而这组环形总线的带宽显然是有限的，各个子模块所能分到的带宽必然不会太多。在MESH矩阵架构中，每个功能模块则是四通八达地互相连接，有上下左右多条传输路径，带宽自然可以得到大幅提升。
应用性能测试
测试点评：软件应用测试的结果与处理器性能测试的结果非常类似—Core i9-7900X在图片处理、音视频转码、图形渲染、数据压缩乃至PCMark 8的网页浏览、视频编辑的所有应用测试都战胜了Core i7-6950X，我们认为主要原因还是在于工作频率。Core i9-7900X、Core i7-7820X在进行如渲染、转码、压缩多线程应用的实际工作频率都可以达到4.0GHz，而Core i7-6950X在进行这些应用时的工作频率只有3.5GHz左右。
同样在执行图片处理、网页浏览这类单线程应用时，处理器的频率则可提升到4.4～4.5GHz，相对于Core i7-6950X有大约500MHz的频率优势，因此Core i9-7900X的表现自然更胜一筹。值得注意的是，虽然只有四颗核心，但Core i7-7700K凭借全速4.5GHz的表现，依然在比较依靠单线程性能的图片处理、PCMark 8测试中小幅领先。
游戏性能测试
测试点评：游戏测试则给我们带来了完全不一样的结果，除了在《古墓丽影：崛起》中，Core i9-7900X相对于Core i7-6950X有一定优势外，在其他游戏中，Core i9-7900X的平均运行帧速都比Core i7-6950X略低，这是怎么回事呢？事实上，先于国内媒体拿到酷睿i9处理器的国外媒体也发现了这个问题，并就此向英特尔官方进行了咨询，如德国的GAMESTAR网站。他们表示了解到的原因就是与总线架构相关—即Broadwell-E采用的环形总线目前在游戏中较MESH网格互连架构有一定优势。不过对于MESH架构为何会影响游戏性能，现在尚无明确的技术解释。当然，Core i9-7900X在游戏中落后于Core i7-6950X的幅度并不算高，帧速差距均在10fps以内，在游戏中并不会有明显的体现。
另一方面从测试中也可以看到，如果只是玩游戏，像Core i7-7700K这样的高频率四核心处理器仍然是最佳选择，毕竟目前绝大部分游戏不会调用超过8个运算线程。凭借其全速4.5GHz的频率优势，Core i7-7700K处理器拥有最高的游戏运行帧速。
处理器满载功耗与温度测试
测试点评：我们还测试了Core i9-7900X、Core i7-6950X两款处理器在满载状态下的测试平台功耗（注：不包括显示器功耗），以及处理器温度，两个测试数值均在各处理器运行Prime95 In-place large FFTS 30分钟烤机时测得。而结果基本在我们的预料之中，由于处理器频率更高，因此Core i9-7900X测试平台的功耗要略高于Core i7-6950X，多了约17W。不过得益与14nm+生产工艺，虽然Core i9-7900X的频率更高，但它的满载温度却反而还要低一些，只有60℃，比Core i7-6950X低了4℃。
▲在Core i9-7900X满载（默认频率搭配DDR4 3600内存）运行半小时后，华硕PRIME X299-DELUXE主板供电电路的最高温度只有73.2℃，供电电路区域的平均温度仅64℃。
同时从我们对华硕PRIME X299-DELUXE主板的观察来看，也是如此。借助主板做工优秀的8相供电电路，以及Core i9-7900X仅仅140W的TDP，这款10核心20线程处理器在满载状态下，也没有给主板带来明显的压力。Core i9-7900X满载运行半小时后，华硕PRIME X299-DELUXE主板供电电路的最高温度只有73.2℃，供电电路区域的平均温度仅64℃，可以轻松地支持高端Skylake-X处理器满载运行。
游戏性能大幅提升，处理器超频能力测试
既然Core i9-7900X处理器在默认状态下的满载温度并不高，那么它的频率是否还有一定的提升空间呢？接下来，借助华硕PRIME X299-DELUXE主板丰富的BIOS调节项目，我们还在主板BIOS中对Core i9-7900X处理器进行了超频尝试。由于开放了倍频，因此对Core i9-7900X的超频非常简单。首先我们需要在BIOS中将CPU LOADLINE CALIBRATION（防掉压功能）的等级设定为Level 5，等级设定得越高，处理器核心电压在满载情况下的波动幅度就越小，不会出现电压达不到设定电压的情况，超频稳定性就能得到更好的保障。
▲华硕PRIME X299-DELUXE主板BIOS提供了丰富的调节项目，对Skylake-X处理器的超频非常简单，首先将CPU LOADLINE CALIBRATION（防掉压功能）的等级设定为Level 5。
接下来将CPU Core Ratio（处理器倍频）设定为我们的期望值，例如想超频到4.5GHz，那么这里就需要设置为“45”。然后由于提升了频率，我们还必须相应地提高处理器的核心电压，需要在CPU Core Voltage项目中设定新的电压。经过我们的多次尝试来看，如将Core i9-7900X的满载工作电压由默认的1.079V提升到1.21V后，该处理器的10颗核心均可提升到4.5GHz下，并无错完成以上所有性能测试。但问题是，在4.5GHz下Core i9-7900X难以通过Prime 95烤机测试，一旦烤机时间多于15分钟，处理器的温度就会迅猛上升到90℃以上，出现关机或降频现象，即便是水冷散热器也难以压制。
▲接下来设定处理器的倍频，如要超频到4.4GHz，这里就需要设置为“44”。
▲最后设置处理器的电压即可，在使用普通风冷、水冷散热器超频时，我们建议处理器电压不要超过1.2V，否则处理器会在满载状态下产生巨大的热量。
因此要想完全保证Core i9-7900X的超频稳定性，其工作电压、频率必须再小幅下调—它最终可通过Prime 95半小时烤机测试的超频频率与Core i9-7820X相同，仍为4.4GHz，工作电压只需小幅提升到1.15V即可。搭配海盗船H110水冷散热器超频到4.4GHz时，Core i9-7900X的满载温度也不是太高，大约在79℃左右，仍属于可以接受的范围。测试平台处理器满载功耗则上升了约40W，达到368W。如搭配一块TDP在250W的GeForce GTX 1080TI，那么玩家至少需要采用一台额定功率在700W左右的电源，才能保证处理器超频后对电源的需求。
从测试成绩来看，Core i9-7900X超频后在多线程应用、游戏应用上的提升非常大。其中Handbrake 4K视频转1080p H.265耗时缩短了8s，SiSoftware Sandra算数处理器性能测试提升了足足32GOPS。同时更具意义的是游戏的平均运行帧速有较大的提升，如《尘埃拉力赛》的帧速较超频前提升了近30fps；而像《蝙蝠侠：阿甘起源》这类严重依赖处理器性能的游戏，其平均运行帧速更提高了多达37fps。在《杀手6》、《奇点灰烬》、《杀出重围：人类分裂》这些游戏中也有3～10fps的提升。整体游戏性能已经实现对Core i7-6950X、Core i7-7700K的赶超。
▲Core i9-7900X在4.4GHz、搭配水冷散热器的情况下，可以通过Prime 95半小时烤机测试的能力远远优于Core i7-6950X。
原因在于在多线程运算、游戏应用中，Core i9-7900X大部分时间的工作频率都在4.0GHz或以内，而超频后，处理器的所有核心不论在任何应用中，其频率都工作在4.4GHz，性能自然会得到大幅提升。不过在单线程运算上，由于Core i9-7900X通过Turbo Boost MAX Technology 3.0技术在默认设置下就可将频率提升到最高4.5GHz，因此对于单线程运算来说，超频没有帮助。
略有遗憾 但可胜任的当前“最强王者”
综合以上测试来看，我们认为Core i9-7900X处理器的表现还是值得称赞的。这是目前一款非常有吸引力的处理器。价格比上代旗舰便宜了近4500元，却能在多项处理器测试、日常应用软件中的表现对Core i7-6950X实现大幅超越。至少在竞争对手AMD ThreadRipper处理器上市之前，在ThreadRipper处理器的性能公开之前，Core i9-7900X都是高端消费级处理器市场中一款性价比较为诱人的利器。唯一的遗憾就是在默认频率下，游戏性能相对于Core i7-6950X有小幅落后。
MESH架构到底为什么会影响游戏性能的发挥呢？从之前的理论测试来看，该架构存在的一个问题首先是缓存、内存延迟有较大提升。而在本文最后，我们还加入了SiSoftware Sandra多内核效率测试。测试结果也非常类似，多向网格状传输总线的采用大幅提升了核心间的传输带宽，但MESH网格架构降低核心间传输延迟的作用却没有看到，Core i9-7900X、Core i7-7820X的内联核延迟反而是参测处理器中最高的，Core i9-7900X的内联核延迟比Core i7-6950X高了足足18ns。我们分析原因可能还是在于MESH网格架构更适用于10核心以上、甚至20核心以上的超多核心处理器。在10核心及10核心以内的处理器核心间数据传输效率上，MESH网格架构可能反而不如环形总线。毕竟最终结果就是基于环形总线的Core i7-7700K延迟最低，Core i7-6950X紧随其后。而这一因素再加上缓存、内存延迟的优势可能帮助Core i7-7700K、Core i7-6950X拥有更好的游戏性能。
▲Core i9-7900X的内联核带宽是最高的，但MESH网格架构的延迟优势却没有在这颗10核心处理器上发挥出来。
当然不必恐慌的是，14nm+生产工艺的采用，让Core i9-7900X具备了更好的超频能力。只要采用像华硕PRIME X299-DELUXE这类做工较好的X299主板，它便拥有在4.5GHz下稳定运行大部分应用、游戏的能力，在4.4GHz下通过Prime 95烤机测试的稳定性，已远远超过了Core i7-6950X的超频能力。水冷散热环境下，Core i7-6950X如想在4.0GHz以上的频率通过Prime 95烤机测试，几乎是不可能的。因此通过超频，Core i9-7900X可以有效弥补其在默认环境下游戏性能的不足，在大部分游戏性能上实现对Core i7-6950X的反超。
▲最新消息显示，其他Core i9处理器将在今年8月、10月陆续上市。
而Core i9-7900X（7499元）加上华硕PRIME X299-DELUXE主板（4599元）的总成本却仅与一颗Core i7-6950X相当，最终在各项性能、游戏体验、性价比上都实现了赶超，将Core i9-7900X称为新一代的“最强王者”并不为过。只是在同样采用超多核心设计，即将上市的AMD Ryzen ThreadRipper处理器面前，Core i9-7900X处理器的王者之位又能坐多久？是否能保住呢？在尚未发布的14、16、18核心酷睿i9处理器上，MESH网格架构的优势是否能体现出来？新一代Core X处理器的威力能够得到彻底爆发吗？不要走开，请继续关注《微型计算机》评测室，多款新一代处理器大型评测专题即将为您一一奉上。
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