Trải nghiệm Core i9-11900K: kiến trúc Cypress Cove thật sự mạnh, 5,3 GHz dễ dàng, chỉ tiếc là 14nm

Tại sao Intel lại không sản xuất Rocket Lake trên tiến trình 10nm như Ice Lake? Nếu anh em còn nhớ thì Ice Lake xuất hiện đầu tiên dưới dạng các vi xử lý cho laptop hay thiết bị di động. Intel luôn làm điều này để thử nghiệm các kiến trúc mới với tiến trình mới, chẳng hạn như kiến trúc Palm Cove của dòng Cannon Lake – dòng vi xử lý 10nm đầu tiên của Intel ra mắt năm 2018 và dòng chip này chỉ có đúng 1 con CPU là Core i3-8121U sau đó mới chuyển sang vi kiến trúc Sunny Cove với dòng Ice Lake. Với Rocket Lake, Cypress Cove là biến thể của Sunny Cove và việc nó được Intel sản xuất trên tiến trình 14nm thay vì 10nm có thể giải thích như sau: Intel muốn tận dụng dây chuyền vốn đã rất chín là 14nm với sản lượng ổn định và tỉ lệ lỗi thấp. Tiếp theo là hãng muốn thử nghiệm vi kiến trúc mới trên dòng CPU cho người tiêu dùng vốn có những yêu cầu nhất định, đặc biệt là xung nhịp cao.

Nói đến chuyện xung nhịp cao thì bản chất vi kiến trúc Sunny Cove với tiến trình 10nm khó có thể đạt được xung nhịp cao. Điều này Intel đã cải thiện với Willow Cove dành cho dòng Tiger Lake (hiện chỉ mới có trên laptop). Vì vậy việc backport một vi kiến trúc dùng tiến trình 10nm để sản xuất bằng tiến trình 14nm là nhằm giải quyết bài toán về xung nhịp. Bằng chứng là những con vi xử lý Rocket Lake đều có xung nhịp rất cao và rất dễ để đạt được mức xung trên 5 GHz.

Tuy nhiên, với việc sử dụng tiến trình 14nm có mật độ bán dẫn thấp hơn thì Intel đã phải đánh đổi số nhân. Core i9-11900K chỉ còn 8 nhân thay vì 10 nhân như Core i9-10900K, bù lại hiệu năng sẽ được cải thiện bởi kiến trúc Cypress Cove và xung nhịp. Thêm vào đó, một lý do nữa khiến Rocket Lake có ít nhân hơn so với Comet Lake đó là do Intel đã đưa nhân đồ họa mới là Xe-LP vào CPU, nó chiếm nhiều diện tích hợp và cũng cho hiệu năng tốt hơn rất nhiều so với dòng UHD Graphics trước đây.

Với Rocket Lake thì Intel còn bổ sung một loạt các tính năng mới trong đó đáng chú ý là việc hỗ trợ PCIe 4.0 với 20 lane PCIe thay vì 16 như trước. Kết quả là CPU Rocket Lake có thể cấp đầy đủ 16 lane PCIe 4.0 cho card đồ họa đời mới cũng như 4 lane PCIe 4.0 cho các loại SSD PCIe Gen4 x4. Tốc độ RAM hỗ trợ mặc định giờ đây là 3200 MHz (3200 MT/s) thay vì 2933 MHz như thế hệ trước.

Ngoài ra, Intel còn đem của tập lệnh AVX-512 vốn trước đây là thứ chỉ có trên dòng vi xử lý HEDT đổ lên xuống dòng Rocket Lake phổ thông cùng với công nghệ DL Boost để tăng tốc xử lý các tác vụ Deep Learning. Như vậy Rocket Lake trở thành một dòng vi xử lý rất đa năng nhưng cá nhân mình thấy AVX-512 là một thứ rất thừa với một dòng CPU phổ thông. Những ứng dụng khai thác tập lệnh AVX-512 không phổ biến với người dùng cuối, nó vẫn là một thứ đặc thù của cộng đồng HPC, xử lý AI …

Core i9-11900K và Intel ABT

Flagship của Rocket Lake có 8 nhân 16 luồng, xung nhịp cơ bản ở 3,5 GHz và tối đa 5,3 GHz đơn nhân, đa nhân 4,8 GHz (TB 2.0), 4,9 GHz (TB 3.0). Tuy nhiên, với Rocket Lake thì Intel đã bổ sung một cơ chế có tên Adaptive Boost Technology (ABT) bên cạnh các công nghệ tăng tốc xung nhịp hiện có như TB 2.0/3.0 và Thermal Velocity Boost (TVB) trên dòng Comet Lake.

ABT chỉ có trên các phiên bản Core i9 dòng K/KF. Nó sẽ tự động đẩy xung nhịp toàn nhân lên cao nhất có thể dựa trên trần nhiệt còn trống và điện áp, tức điều này sẽ phụ thuộc vào hệ thống tản nhiệt và dàn VRM của bo mạch chủ. Nghe thì có vẻ giống với TVB nhưng cơ chế hoạt động lại rất khác. Mình ví dụ như Core i9-10900K 10 nhân, có xung Turbo Boost 2.0 là 4,8 GHz, nếu các nhân toàn tải ở mức xung này và nhiệt độ của CPU vẫn dưới 70 độ C thì TVB tự động kích hoạt đưa xung toàn nhân lên thêm 100 MHz tức 4,9 GHz, tương tự với xung đơn nhân, nó có thể đạt 5,3 GHz. Thực tế Core i9-10900K hoàn toàn có thể đạt được mức xung TVB ở đa nhân tức 4,9 GHz nhưng hiếm khi đạt được 5,3 GHz đơn nhân.

Với Core i9-11900K, cơ chế của nó sẽ là phát hiện nếu có 3 hay nhiều nhân hơn đang tải nặng, vi xử lý sẽ cố đẩy xung lên trong giới hạn điện năng và nhiệt độ, bỏ qua các mức xung TB 2.0 và TVB. Mức xung của ABT cũng tùy thuộc vào chất lượng của con chip dù rằng Intel nói Core i9-11900K có thể đạt xung toàn nhân đến 5,1 GHz – tức chênh lệch đến 300 MHz so với mức xung Turbo Boost toàn nhân là 4,8 GHz. Nói cách khác, con Core i9-11900K có thể “tự OC” mà không cần chúng ta can thiệp. Tính năng ABT có thể bật chỉ với 1 nút trong BIOS, không cần chỉnh tay bất cứ thứ gì về xung hay điện áp Vcore.

Thiết lập và benchmark

Setup lần này của mình với Core i9-11900K như sau:

• CPU: Intel Core i9-11900K 8 nhân 16 luồng (Rocket Lake-S), 4,8 – 5,3 GHz, 16 MB cache;
• MOBO: ASUS Z590 Maximus XIII Hero Wi-Fi;
• RAM: 2 x 8 GB G.Skills TridentZ DDR4-3200 CL14;
• SSD: 2 x WD Black SN850 PCIe 4.0 x4 1 TB;
• Cooler: ASUS ROG Ryujin 360;
• PSU: FSP Hydro G 750 W 80 Plus Gold;
• Case: Deepcool CL500;
• Fans: 2 x Thermalright TL-R12-A 65.25 CFM (top) + 1 Thermalright TL-C12 66.17 CFM (back).

Có 2 thiết lập phản ánh 2 tình huống mà anh em sẽ gặp khi xài Core i9-11900K: 1 là anh em chỉ bật XMP cho RAM, CPU để mặc định; 2 là anh em bật ABT cho CPU để nó đạt xung cao hơn. Mình khuyến cáo anh em nên dùng tản nhiệt nước AIO hiệu năng cao nếu muốn xài ABT bởi cơ chế hoạt động của nó vẫn dựa trên độ “mát” của các nhân khi full tải mà tăng xung.

Nếu để mặc định, Core i9-11900K sẽ chạy đa nhân ở mức xung 4,8 GHz (TB 2.0), mình cho chạy Cinebench R20/R15 nhiều lần để kiểm tra hiệu năng, mô phỏng tình huống sẽ render liên tục các project. CB R20 và R15, Core i9-11900K đạt tối đa 5786 và 2370 điểm với xung đa nhân ở 4,8 GHz. Lần này mình nhận thấy Core i9-11900K dễ dàng đạt 5,3 GHz đơn nhân, không chật vật như Core i9-10900K dù vẫn dùng tiến trình cũ, từ đó cho hiệu năng đơn nhân rất cao, cao nhất trong số các flagship của Intel xưa nay với 637 điểm CB R20 và 258 điểm CB R15.

Có thể thấy nếu so với Core i9-9900KS chạy đa nhân ở 5 GHz thì Core i9-11900K mạnh hơn 13% với bài test CB R20 và 10% với bài test CB R15 dù chạy đa nhân ở 4,8 GHz. Nếu chạy ở 5 GHz thì chắc chắn khoảng cách này còn được kéo dãn ra và nó cho thấy sự cải tiến về IPC rõ ràng hơn. Riêng với Core i9-10900K thì Core i9-11900K vì có ít hơn 2 nhân nên nó thua khoảng 7,5% với bài test CB R20 và 9,5% với CB R15 đa nhân. Riêng với điểm đơn nhân thì Core i9-11900K vẫn chưa có đối thủ.

Khi chạy CB 15 toàn nhân thì điện áp Vcore chỉ vào khoảng 1,3 V, con Core i9-11900K ăn tối đa 185 W và với chiếc tản nhiệt ROG Ryujin này thì nhiệt độ của CPU không quá 65 độ C. Để đạt xung 5,3 GHz đơn nhân thì điện áp cho Vcore sẽ cần 1,43 V.

Vậy nếu như bật ABT lên thì sao? Khi bật thì Core i9-11900K sẽ dễ dàng đạt xung toàn nhân 5,1 GHz và chạy ở mức xung này với các tải thông thường nhưng sẽ cắt xuống còn 5 GHz khi chạy các tác vụ nặng như Cinebench. Vậy nên mình đã thử thêm một thiết lập nữa là OC nó lên 5,1 GHz toàn nhân, buộc nó luôn chạy ở mức xung này trong mọi tình huống. Riêng xung đơn nhân thì mình nhận thấy nó luôn đạt 5,3 GHz, 2 nhân tốt (best core) sẽ tự động nhảy lên mức xung này nên kết quả không có nhiều chênh lệch.

So sánh với điểm Cinebench của Core i9-10900K và Core i9-9900KS đều OC 5,2 GHz toàn nhân thì anh em có thể thấy Core i9-11900K cho hiệu năng rất tốt ngay ở mức xung 5 GHz (khi bật Intel ABT). Nó cho hiệu năng đa nhân cao hơn Core i9-9900KS 5,2 GHz toàn nhân gần 13% với CB R20 và 8,5% với CB R15. So với Core i9-10900K 5,2 GHz toàn nhân, Core i9-11900K thua 8,7% ở CB R20 và 11,6% ở CB R15 vì có ít hơn 2 nhân.

Tuy nhiên, Core i7-11900K ăn điện rất rõ ràng bởi khi chạy 8 nhân ở 5 GHz với Cinebench R15, điện áp Vcore sẽ được đưa lên một mức rất cao là 1,42 – 1,43 V, điều mà trước đây với dòng Comet Lake hay Coffee Lake chỉ cần 1,36 – 1,38 V là đủ. Con Core i9-11900K ăn đến 250 W và nhiệt độ của CPU khi mình chạy Cinebench R15 là 83 độ C. Khi OC Core i9-11900K lên 5,1 GHz toàn nhân, nó đòi hỏi mức điện áp ở 1,46 V và bo mạch chủ cũng cần phải có hệ thống VRM đủ tốt.

Thử với các công cụ render khác như Corona, V-RAY 4 và Blender, chênh lệch về hiệu năng giữa các mức xung đa nhân khá đáng kể. Với Corona thì khi bật ABT, xung đa nhân ở 5 Ghz thì nó hoàn tất bài test chỉ nhanh hơn 1 giây so với xung mặc định, khi ép xung lên 5,1 GHz toàn nhân thì thời gian được rút ngắn 3 giây. Với V-RAY 4, mức xung 5 GHz toàn nhân cho hiệu năng cao hơn 2,5% và khi OC 5,1 GHz, hiệu năng cao hơn 4,2%. Nếu dùng Blender để render thì anh em tốt nhất nên bật ABT, nó rút ngắn đáng kể thời gian kết xuất, mình không khuyến khích OC 5,1 GHz bởi điện năng tiêu thụ lớn và CPU rất nóng, đến 91 độ C khi chạy bài test này.

So sánh với các thế hệ trước thì hiệu năng của Core i9-11900K trước những “tiền bối” 8 nhân khác như Core i9-9900K hay Core i9-9900KS thật sự ấn tượng. 4,8 GHz toàn nhân đã đủ cho hiệu năng V-RAY cao hơn 17 – 17,5% so với 5 GHz toàn nhân của những Core i9-9900K hay KS và ở 5 GHz toàn nhân, Core i9-11900K mạnh hơn 20% – một con số rất đáng kể và nó cho thấy sự cải thiện ở mức 2 con số như Intel đã nói về IPC của Cypress Cove. So với Core i9-10900K, nó dù có nhiều hơn 2 nhân nhưng chỉ mạnh hơn Core i9-11900K khoảng 4,5% – 7%.

Dùng Handbrake để kiểm tra hiệu năng encode của CPU và thật ngạc nhiên khi Core i9-11900K có thể cho hiệu năng tốt hơn rất nhiều so với Core i9-10900K dù thua về số nhân. Để test Handbrake thì mình dùng video Big Bug Bunny H.264 4K@60fps chuyển đổi sang 1080p@30fps với preset Very Fast, vẫn cho Core i9-11900K chạy với 2 thiết lập là mặc định 4,8 GHz và Intel ABT bật. Khác biệt giữa 2 chế độ này không nhiều bởi khác với các ứng dụng render bởi xung toàn nhân khi chạy Handbrake đều được đưa về 4,8 GHz. Tuy nhiên nếu so với Core i9-10900K thì anh em có thể thấy sự cải thiện rất rõ ràng, Core i9-11900K hoàn tất bài test này nhanh hơn 45 giây nếu so với Core i9-10900K chạy 5,2 GHz toàn nhân và có nhiều hơn 2 nhân. Điều đáng chú ý là Handbrake lại khai thác QuickSync nếu anh em xài Intel và GPU trên Core i9-11900K lại mạnh hơn, hỗ trợ giải mã các codec tiên tiến và cho hiệu năng cao hơn so với GPU trên Core i9-10900K.

Core i9-11900K có 16 MB cache L3, 2 MB cho mỗi nhân, ít hơn 4 MB so với Core i9-10900K nhưng đổi lại bộ đệm L2 và L1 đều lớn hơn gấp đôi, 512 KB L2 và 48 KB L1. Core i9-11900K có băng thông bộ đệm cấp thấp như L1 và L2 lớn hơn đáng kể so với Core i9-10900K, dù vậy băng thông của L3 lại thấp hơn trong khi độ trễ L3 không chênh lệch nhiều giữa Core i9-11900K và Core i9-10900K. Riêng có một sự chênh lệch mà mình thấy rõ khi test là độ trễ của RAM.

Với Rocket Lake, Intel đã thiết kế vi điều khiển bộ nhớ (IMC) mới để có thể hỗ trợ các loại RAM xung cao tốt hơn. Mình dùng cố định 1 kit RAM để test tất cả các CPU Intel là kit G.Skills TridentZ DDR4-3200 CL14 (14-14-14-34) nhưng trên Core i9-10900K, kit RAM này có độ trễ thấp hơn đáng kể với 46 – 47 ns (nano giây) trong khi trên Core i9-11900K là 53 – 56 ns. Mình nghĩ độ trễ này là do vi điều khiển bộ nhớ mới của Rocket Lake, nó có 2 chế độ gồm Gear 1 là tỉ lệ 1:1 đồng bộ giữa xung IMC và xung ram (MCLK) với xung IMC là 1800 MHz và Gear 2 tỉ lệ 1/2:1 không đồng bộ với xung IMC là 900 MHz, giải pháp này tương tự như xung của cầu Infinity Fabric với MCLK trên dòng Ryzen.

Theo công thức tính xung của bộ nhớ Dual Data Rate (DDR) thì MCLK = (BCLK x Gear x QCLK ratio )/ 2. BCLK là xung tham chiếu của các thành phần như bộ đệm và , tỉ lệ gear sẽ là 1:1 (1.00) hoặc 1/2:1 (1.33) trong khi đó QCLK ratio là tỉ lệ lẻ phụ thuộc vào IMC và RAM, tỉ lệ này từ 6 đến 31. Vì vậy để một thanh RAM như G.Skill TridentZ DDR4-3200 chạy ở Gear 1 tức tỉ lệ 1:1 với xung vi điều khiển = 1800 MHz. RAM DDR thành ra chúng ta có 3200/2 = 100 x 1.00 x 32)/2. Như vậy, tỉ lệ 32 của QCLK ratio vượt giới hạn 31 nhưng vẫn có thể đạt được trên Core i9-11900K nhưng điều này phụ thuộc lớn vào chất lượng của con CPU với IMC tốt và cả kit RAM. Kết quả là khi mình để auto thì kit RAM của mình lại chạy ở Gear 2 và độ trễ không thể dưới 50 ns.

Với 7-zip để test nén/giải nén thì Core i9-11900K cho hiệu năng nén khá tốt nhưng giải nén vẫn không thể so bì với Core i9-10900K với nhiều hơn 2 nhân.

Hiệu năng chơi game

Core i9-11900K được Intel tối ưu cho game và lợi thế nằm ở xung nhịp đến 5,3 GHz đơn và đôi nhân. Điều này đúng bởi sự chênh lệch về fps của các tựa game mà mình test dưới đây với cùng card đồ họa RTX 2060 Super đã chứng minh. Nhất là với các tựa game thiên về CPU, cần tốc độ CPU cao như CS:GO thì fps mà anh em có khi chơi với combo Core i9-11900K và RTX 2060 Super lên đến 445 fps, lợi thế của những chiếc màn hình có tốc độ quét trên 360 Hz sẽ phát huy tối đa.

Điểm 3DMark với các bài test Fire Strike (DirectX 11) với 3 độ phân giải FHD, 2K và 4K cùng với Time Spy (DirectX 12) với 2 độ phân giải 2K và 4K cho thấy sự cải thiện lớn về hiệu năng CPU khi chơi game. Mình không ngạc nhiên với điều này bởi Core i9-10900K khi chơi game thì các nhân chạy ở 4,9 GHz, đôi khi lên 5,1 GHz trong khi Core i9-11900K dễ dàng đạt xung đa nhân 5,1 GHz và đến 5,3 GHz.

Điện năng và nhiệt độ

Về điện năng tiêu thụ và nhiệt độ, như anh em đã nghe được về vụ Core i9-11900K có thể ăn trên 300 W điện. Nó ăn khi nào? Đó là khi anh em bật AVX-512 và stress nó bằng Prime95. Mình đã thử stress bằng AIDA64 nhưng nó không thể ăn tới chừng đó điện, với tất cả các ứng dụng mình test thì điện năng tối đa mình quan sát được là 271.66 W khi chạy Blender. Bảng dưới là các mức PL1 và PL2 của Rocket Lake cùng thời gian Tau. Sở dĩ nó có thể ăn được trên 251 W theo thiết kế PL2 là do Intel Adaptive Frequency, CPU còn mát, điện áp Vcore còn có thể tăng được thì nó sẽ cho con CPU chạy trên PL2, bỏ qua mức xung TB 3.0 hay TVB và thậm chí Core i9-11900K có thể full load ở 100 độ C mà không crash.

Vấn đề về nhiệt độ là thứ cần lưu tâm bởi mình đang sử dụng tản nhiệt nước AIO thuộc hạng nặng là ASUS ROG Ryujin 360, chiếc tản này dùng pump Gen7 của Asetek và nó được trang bị 3 quạt chuyên thổi rad của Noctua là NF-F12 industrialPPC 2000 PWM với áp suất tĩnh đến 3.94 mmH2O. Vì vậy hiệu năng của nó rất cao và đủ sức để giữ cho con Core i9-11900K ở ngưỡng nhiệt độ an toàn khi stress test với Intel ABT bật. Vì vậy anh em cần phải đầu tư tản nhiệt tốt cho Core i9-11900K nếu muốn khai thác tối đa hiệu năng của nó. Riêng về OC, tản AIO như Ryujin vẫn chưa đủ sức bởi với điện áp Vcore đòi hỏi rất cao ngay từ các mức xung mặc định thì mình chỉ có thể OC nó ở 5,1 GHz toàn nhân với Vcore 1,46 V. Mình đã thử đẩy nó lên 5,2 GHz toàn nhân nhưng quá nóng nên không thể chạy ổn định được.

Tóm lại thì Core i9-11900K vẫn là một con CPU tốt nhưng nó cũng đã là giới hạn cuối cùng của tiến trình 14nm. Mình thấy rõ ràng ý đồ thử nghiệm của Intel với thế hệ này, thử nghiệm hiệu năng của một kiến trúc mới trên một tiến trình cũ – một điều chưa từng có trước đây. Cá nhân mình thật sự “nể” Intel về khả năng tối ưu của họ trên tiến trình cũ, xung CPU được đẩy lên mức 5,3 GHz một cách tự nhiên, không cần OC, kiến trúc Cypress Cove thật sự mang lại sự cải tiến về IPC và nhân đồ họa Xe-LP đã đưa hiệu năng encode của CPU lên một tầm mới. Về game, Core i9-11900K với lợi thế xung cao tiếp tục chứng minh nó là con CPU tốt nhất để chơi game hiện tại. Thế nhưng thật tiếc khi nó vẫn dùng tiến trình 14nm nên rất ăn điện, từ đó khiến CPU nóng hơn và cũng khó để OC hơn so với các thế hệ trước. Phải đến cuối năm nay với Alder Lake, mọi thứ mới thật sự đổi khác bởi sau cùng thì Intel sẽ chính thức đưa CPU desktop xuống tiến trình 10nm SuperFIN – một tiến trình có mật độ bán dẫn tương đương với TSMC 7nm mà AMD đang sử dụng với Ryzen. Lúc đó thì những con CPU của Intel mới thật sự đổi khác, về hiệu năng của kiến trúc mới lẫn điện năng và nhiệt độ.