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Zhaoxin KX-U6780A: cpu x86 alla prova con Intel e AMD

I nostri colleghi di Tom’s Hardware USA hanno testato lo Zhaoxin KaiXian KX-U6780A, ultimo processore cinese x86 destinato a sistemi desktop, sia per applicativi normali che per videogiochi, ma i risultati in quest’ultimo scenario non sono entusiasmanti.

Il mondo dei processori è veramente complicato, fatto da realtà conosciute e sconosciute. Tutti noi sappiamo chi sono o almeno abbiamo sentito parlare di Intel, AMD, ARM e Qualcomm, ma queste sono le aziende più note. Ognuno di questi big ha una lunga storia alle spalle: il loro reparto R&D ha segnato e indicato l’evoluzione pionieristica di tutto il settore.

Zhaoxin in breve

In questo mercato ultra specializzato si è affacciata anche Zhaoxin, o per meglio dire la Shanghai Zhaoxin Semiconductor Co. Ltd., fondata nel 2013 come Joint Venture tra la taiwanese Via Technologies e la Shanghai Alliance Investment, rappresentante finanziario del governo municipale di Shanghai, megalopoli cinese con oltre 24 milioni di abitanti.

Questa unione ha permesso alla neonata società di usufruire delle licenze per l’x86-ISA Instruction Set Architecture che Via Technologies detiene in concessione da Intel. Senza troppi preamboli Zhaoxin presentò già nel 2015 la sua prima CPU per desktop e laptop, il KaiXian ZX-A basato su architettura Isaiah di Via Technologies con processo produttivo a 40nm. Si sono poi succeduti il KaiXian ZX-B su architettura Isaiah-2, identico al modello precedente ma realizzato dalla fonderia cinese HLMC (Shanghai Huali Microelectronics Corporation) sempre a 40nm e il KaiXian ZX-C, basato per la prima volta su un’architettura esclusiva dell’azienda, nome in codice ZhangJiang, realizzato coi 28nm di TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company), introducendo il supporto a 8 core.

A dicembre 2017 presentò una nuova architettura, WuDaoKou, realizzata a 28nm da HLMC in formato HFCBGA (High performance Flip Chip Ball Grid Array). Ne declinò due famiglie di processori SoC (System on Chip): la serie KaiXian ZX-D commercializzata come KaiXian KX-5000, con modelli da 4 e da 8 core e destinata a desktop e laptop, e la serie KaisHeng KH-20000, con modelli a 8 core, per server e dispositivi di rete. Per entrambe il clock massimo era di 2,0 GHz.

Le maggiori novità architetturali rispetto a ZhangJiang riguardavano l’aumento del 25% di IPC (Instructions Per Cycle), aumento delle prestazioni del 140% con carichi multithread, l’integrazione del northbridge sul die del processore, l’adozione dello standard PCIe 3.0 e della RAM DDR4. Vera novità era però l’integrazione nel chip di un processore grafico, con supporto a DirectX 11.1, risoluzione 4K e fino a 3 schermi collegabili, identificabile probabilmente in una gpu S3 di derivazione Via Technologies. A questa architettura fu affiancato una prima versione del chipset ZX-200, in grado di offrire 4 porte SATA III, 6 porte USB 2.0, 3 porte USB 3.1 Gen1, 2 porte USB 3.1 Gen2.

Nuova architettura LuJiaZui a 16nm

Nel 2019 Zhaoxin presentò la nuova architettura LuJiaZui, realizzata con processo a 16nm FinFET (Fin Field-Effect Transistor) di TSMC, anch’essa destinata a desktop e laptop con i processori serie KX-6000 (KaiXian ZX-C) e a server e derivati con la serie KH-30000, tutti a 8 core, sempre in formato HFCBGA. Questi processori supportano le estensioni: AES, AVX, AVX2, MMX, EMMX, RdRand, SHA, Real, Protected, SMM, FPU, NX, TXT, VTx, EPT, x86-16, x86-32 e x86-64, SSE, SSE2, SSE3, SSSE3, SSE4.1, SSE4.2, SM3 e SM4.

Il clock massimo passa da 2 a 3 GHz. Il controller della memorie supporta fino a 3200 MT/s (MegaTransfer/secondo), potendo usare DDR4 a 3200MHz. Le linee PCIe 3.0 sono 16. Completano il quadro 2 porte SATA III, 4 porte USB 2.0 e 2 porte USB 3.1 Gen1. Zhaoxin ha dichiarato un aumento del 50% del valore IPC rispetto a WuDaoKou.

Tom’s Hardware USA ha testato l’unità KX-U6780A, basata proprio su questa architettura e dotata di 8 core / 8 thread, frequenza di 2,7GHz a 1.034V, 512 KB di cache L1 e 8 MB di cache L2, con un TDP di 70W.

Essendo un processore in formato HFCBGA, il test é stato condotto su una scheda madre prototipo di Zhaoxin, la HX-002EH1, realizzata dall’azienda per usi interni, a scopo di sviluppo. Connettività e BIOS sono quindi piuttosto limitati.

Il chip non supporta alcune avanzate tecnologie che Intel e AMD hanno introdotto e sviluppato da una decina di anni a questa parte: niente Hyperthreading/SMT e niente Turbo Boost. Il processore parte a 2,7GHz, non ha aumenti temporanei di frequenza e resta sempre a valori nominali.

L’architettura LuJiaZui supporta gli stati C0, C1, C2, C3 e C4, concepiti per l’adeguamento energetico in base al carico: C1,C2 e C3 abbassano il valore della frequenza diminuendo il moltiplicatore, che nell’unità KX-U6780A è x27; C4 abbassa il voltaggio e adegua il moltiplicatore ad un livello inferiore. Il fatto che non abbia supporto a tecnologie per aumentare la frequenza, attraverso voltaggi e/o moltiplicatori maggiori dei rispettivi valori nominali, è forse spiegazione sull’impossibilità di overclock e il mancato supporto agli stati C5 e C6, che spengono parti del processore ai fini del risparmio energetico. Sulla scheda madre prototipo non è stato possibile personalizzare velocità e timing della RAM, attenendosi ai valori SPD (Serial Presence Detect) dei moduli installati.

Scheda madre HX-002EH1

Come già detto, la scheda madre usata per il test è un prototipo di Zhaoxin per uso aziendale interno. Non rappresenta quindi un modello commercialmente disponibile.

Nelle vicinanze del SoC notiamo il connettore 8pin e il regolatore trifasico, poco più in là lo slot PCIe x16 (nell’effettivo però usa solo 8 linee), tre PCIe x1, un PCIe x4 e un PCI.

Dotata del chipset ZX-200 realizzato per la precedente architettura WuDaoKou ma rivisto in alcune specifiche, questa scheda fornisce completa connettività video: VGA, HDMI e DisplayPort. A completare la dotazione interna abbiamo quattro connettori SATA III situati tra i banchi RAM, il connettore 24pin, uno slot M.2 appena sotto lo slot PCIe x16 (collegato al chipset su linee PCIe 2.0 supplementari fornite dallo stesso), una porta USB 3.1 Gen2 Tipo C, due porte USB 3.1 Gen1 e otto porte USB 2.0.

Sul pannello I/O troviamo due porte PS/2, due porte USB 2.0, una porta USB 3.1 Gen2 Tipo C, due porte USB 3.2 Gen1 Tipo A, una porta Ethernet RJ45 e tre uscite audio del chip Realtek ALC662 a 5.1 canali.

Essendo questa una scheda prototipo già molto completa, quando il processore KX-U6780A raggiungerà il mercato sicuramente i produttori OEM affineranno meglio l’integrazione del chipset, benché abbia parecchi limiti.

KX-U6780A: iGPU e consumi

Come il suo predecessore, anche LuJiaZui integra una misteriosa e non meglio descritta unità grafica, forse derivante in gran parte dalla precedente S3, ma rivista per il rimpicciolimento dei transistor da 28 a 16nm e per supportare lo standard HDMI 2.0 (dal precedente 1.4b), DirectX 11.1, OpenCL 1.1 e OpenGL 3.2. Supporta connessioni VGA, HDMI, DisplayPort ed eDP (Embedded DisplayPort).

Un primitivo confonto tra iGPU è stato effettuato su Dota, con un livello di dettaglio basso, tra KX-U6780A e l’Intel Core i5-7400, sfruttando l’integrata UHD 630.

1280 x 720 1920 x 1080
KX-U6780A/ RAM 2133 MHz 19 FPS 17 FPS
KX-U6780A/ RAM 2666 MHz 20.6 FPS 17 FPS
core i5-7400/UHD-630 104.9 FPS 85 FPS

Benché vengano riportati risultati eloquenti, ci sono alcune precisazioni da fare.

I driver grafici non sono stati rilasciati da Zhaoxin, che su sistema Windows 10 si affida ai driver generici di Microsoft. HP ha sviluppato appositamente dei driver, nello specifico Zhaoxin Graphics DCH, per l’uso su Windows 10 China Government Edition. I ragazzi di Tom’s Hardware sono riusciti ad utilizzarli su una normale versione di Windows 10 Pro, con due differenti frequenze RAM, DDR4 a 2133 MHz e DDR4 a 2666 MHz, senza riscontrare particolari miglioramenti, che invece ci dovrebbero essere quando si usa una GPU integrata in quanto questa utilizza la RAM come memoria video.

Per misurare il consumo energetico del modello Zhaoxin si è proceduto in maniera indiretta, poiché la scheda madre prototipo manca di praticamente qualsiasi tipo di sensore. Si è quindi misurata con PassMark Software Inline PSU Tester la potenza assorbita dal connettore a 8pin durante l’utilizzo di AIDA64.

Il chip di Zhaoxin fa registrare un totale di 55 W, mentre il diretto concorrente, l’AMD A10-9700, si ferma a 51. Tenendo conto dell’imprecisione di misurazione e della variazione per inefficienza del regolatore di tensione a tre fasi tra il connettore a 8pin e il processore stesso, possiamo riparametrizzare il risultato in grafico con un modesto 48~49 W, in linea con l’APU di AMD.

Come però ci raccontano i colleghi americani, l’architettura LuJiaZui permette al chip e alla iGPU di essere alimentati anche grazie al connettore 24pin della scheda madre.

Videogiochi (con RTX 2080)

Il comportamento con videogiochi attuali è considerevolmente scontato, giacché da sempre questa tipologia di software si avvantaggia di elevati valori di IPC (che vedremo tra poco essere bassi) ed elevate frequenze, tutto ciò di cui il chip di Zhaoxin è carente.

Detto ciò, in scenari dove il software è altamente scalabile con risorse utilizzabili in parallelo, il processore cinese riesce a piazzarsi a metà classifica, grazie ai suoi 8 core. In qualunque scenario risulta comunque competitivo solo nei confronti dell’A10-9700.

Prestazioni IPC

Il test IPC condotto dimostra quanto il chip sia indietro in confronto con alcuni esempi della concorrenza americana: il modello più vicino è un AMD A10-9700, quadcore a 28nm senza SMT, clock base di 3,50GHz e Boost di 3,80GHz, architettura di generazione Excavator e presente sul mercato dal 2016 (2017 nel settore retail). Mediamente il chip di AMD distanzia il concorrente cinese del 20-40%.

Potremmo però anche considerare il risultato IPC sotto un altro aspetto: in riferimento ai pochi anni di ricerca dietro questo processore, i valori IPC del KX-U6780A non sono elevati, certo, ma neanche così drammaticamente bassi. Stiamo infatti categorizzando questo processore con modelli base di 2-4 anni fa di aziende capostipiti del mercato, con tutte le dovute considerazioni. Ma vediamo come si comporta il processore di Shanghai con rendering e decodifica audio-video.

Rendering

Il KX-U6780A non eccelle, ma non arriva neanche ultimo: in Cinebench R20, POV-Ray, V-Ray e LuxMark le prestazioni multi-core sono in linea con la concorrenza. Vediamo appunto come gli 8 core di Zhaoxin riescono a tenere testa a processori dual e quadcore, sfruttando la quantità sulla qualità.

Codifica audio/video

Con Lame, l’architettura LuJiaZui mostra tutti i suoi limiti: qui si vede come Zhaoxin non abbia per niente tenuto conto dei carichi single-thread, preferendo invece popolare il die con molti core. Anche con Handbrake si vede questo atteggiamento, ma in misura meno evidente.

Compressione, decompressione, crittografia

Questi scenari sono molto importanti per Zhaoxin, poiché i suoi processori devono rispettare dei requisiti dettati dal Chinese National Standard, come le funzioni di crittografia SM3 e SM4. La crittografia quindi riveste un ruolo molto importante per i processori x86 cinesi “fatti-in-casa”.

Come vediamo nella compressione e decompressione in 7-Zip questo chip riesce a restituire valori in linea con la media del gruppo. In Zlib, Aes e Hash i risultati sono invece di rilievo, prova di come e dove l’azienda si è concentrata maggiormente nel progettare l’attuale architettura.

Conclusioni

Il processore KX-U6780A di Zhaoxin non è assolutamente un’alternativa vera ai competitor leader (e creatori) di mercato come Intel e AMD. Aldilà di comunicati stampa sensazionalistici da parte dell’azienda di Shanghai, LuJiaZui è solo un piccolo grande passo verso la futura architettura a 7nm, che vedrà integrati standard PCIe 4.0, DDR5 e un valore IPC certamente più elevato.

Forse però l’idea di Zhaoxin non è tanto di competere coi big, quanto invece acquisire quote nel mercato interno cinese, in vista dell’imminente ma graduale switch-off di hardware e software straniero impiegato nelle sedi pubbliche e governative. Forse in questo senso i processori KX-6000 sono pronti ad essere impiegati sia in ambiente Windows, anche consumer casalingo, che con i sistemi operativi profondamente rivisitati dal governo cinese.

Per quanto riguarda la sicurezza, anche se non esenti dalla vulnerabilità Spectre-V2, i chip attuali di Zhaoxin sono invulnerabili a Meltdown. Per la vulnerabilità a Spectre-V2 l’azienda ha comunicato che adotterà dei fix hardware nelle future architetture.

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