Технологический поединок. Часть 3. Процессоры

В заключительной части мы расскажем вам о новом витке противостояния между двумя крупнейшими производителями процессоров – Intel и AMD. Представляем наше первое тестирование двухъядерных процессоров.
Центральный процессор, несомненно, является самым важным элементом персонального компьютера – некоторые даже по ошибке называют процессором весь системный блок. И если мощная видеокарта нужна прежде всего любителям игр, то производительный процессор не помешает никому.

Параметры процессора
Основным параметром центрального процессора (ЦП) по-прежнему остаётся его тактовая частота, измеряемая в мега- или гигагерцах (МГц, ГГц), которая получается путём умножения частоты его системной шины (FSB) на собственный множитель процессора. Другими параметрами ЦП являются объём (и быстродействие) кэш-памяти первого (L1) и второго уровня (L2) (иногда и третьего), пропускная способность системной шины. Однако центральный процессор, обладающий высокой тактовой частотой, большим кэшем L2, широкой системной шиной может запросто уступить в производительности процессору с меньшими параметрами, как это было в случае c Athlon 64 и Pentium 4. Так что процессоры, построенные на различных архитектурах, сравнивать по численным параметрам нельзя! Любой современный процессор поддерживает массу инструкций и технологий. Например, инструкции (наборы команд) iSSE (1-3), 3DNow! предназначены для оптимизации обработки данных, а технологии Cool’n‘Quiet и SpeedStep – для снижения тепловыделения и энергозатрат и так далее. Поддержка 64-битных вычислений уже стала стандартом для современного процессора, а скоро такое же распространение получат и технологии аппаратной виртуализации. Также при выборе процессора стоит обратить внимание на такой параметр, как тепловыделение.

Архитектурные особенности
Современный процессор – очень сложное устройство, состоящее из десятков и сотен миллионов транзисторов, составляющих множество функциональных блоков. Важное значение имеет количество ALU (арифметико-логический блок) и AGU (блок генерации адресов), скорость работы FPU (модуль обработки данных с плавающей запятой), длина (число стадий) конвейера обработки целочисленных данных, эффективность работы модуля предвыборки данных (Prefetch) и множество других параметров, учесть которые обычным потребителям просто не под силу. Почти независимо от архитектуры производители постоянно совершенствуют технологический процесс ЦП. Ключевое понятие здесь – толщина кристалла кремния, измеряемая в микрометрах или нанометрах. Чем она меньше, тем теоретически меньшее тепловыделение мы получим (за счёт использования меньшего напряжения), тем больше транзисторов может уместиться на 1 мм2 кристалла ЦП. Также в понятие техпроцесс входят используемые производителем технологии, такие как CMOS, SOI (Silicon-On-Insulator), Strained Si и другие. Таким образом, даже процессоры одной архитектуры могут серьёзно отличаться по техпроцессу, и именно его совершенствование даёт возможность для роста тактовых частот. Яркий примером является первый Pentium 4 на техпроцессе 18 нм с частотой 1400 МГц и Pentium 4 65 нм с частотой 3800 МГц.

Немного истории
Серьёзная конкуренция между двумя американскими процессоростроительными гигантами Intel и AMD началась в 1999 году после выхода процессоров поколения AMD K7 (Athlon, Athlon XP, Duron). Сумев обойти Pentium-III, AMD продолжила совершенствование удачной микроархитектуры, обладавшей большей, чем у Intel, производительностью на 1 мегагерц. Intel выбрала другой путь – сделав ставку на гонку тактовых частот (архитектура NetBurst). Pentium 4 был быстрее Athlon XP с потоковых операциях (архивирование, кодирование видео) за счёт длинного конвейера и более совершенной предвыборки данных, но в операциях с плавающей запятой и труднопредсказуемых приложениях – например играх – зачастую уступал. После перехода Intel рубежа в 3 ГГц процессоры Athlon XP cтали отставать по производительности от Pentium 4, в связи чем AMD решилась сменить архитектуру K7, существующую с 1999 года.
Так появился нынешний K8 (Athlon 64). При незначительно возросших частотах он обрабатывал четыре инструкции за такт против трёх у K7, имел меньшее тепловыделение, поддерживал наборы команд SSE2 и SSE3, а также получил революционное нововведение в виде интегрированного контроллера памяти и шины HyperTransport. Intel продолжала совершенствование устаревающего NetBurst, переведя его на 65-нм техпроцесс и увеличивая кэш L2. Чтобы поднять производительность процессоров на новый уровень, обеими компаниями был взят курс на физическую двухъядерность (а не виртуальную, как HyperThreading), а далее – и на многоядерность. Быстрее здесь оказалась Intel, выпустив Pentium D всё на той же устаревающей архитектуре NetBurst. Позже подтянулась и AMD с Athlon 64 X2. Но самое главное событие должно было случиться во второй половине 2006 года – выход новой микроархитектуры Intel. Процессоры с кодовыми именами Conroe (настольный сегмент) и Merom (мобильные PC) должны были вернуть Intel славу производителя самых мощных процессоров и прекратить двухлетнее лидерство AMD. Архитектура Core много унаследовала от мобильных процессоров Intel: имеет короткий исполнительный конвейер, небольшие, по сравнению с NetBurst, частоты и тепловыделение. Об особенностях этой архитектуры мы постараемся подробно рассказать в ближайших номерах «МБ», так как данная тема весьма объёмна и самодостаточна. Сейчас же нашей целью будет практическое сравнение производительности и тепловыделения микроархитектур Intel Core и AMD K8.

Продукция
2007 год, по всей видимости, будет годом двухъядерности. Большинство программ – и наконец-то игры – станут многопоточными. Не за горами появление бюджетных двухъядерных процессоров. К тому же процессоры на микроархитектуре Intel Core для настольных систем пока существуют только в двух- и четырёхъядерном исполнении, стало быть их надо сравнивать именно с AMD Athlon 64 X2. Линейка 90-нм процессоров Athlon 64 X2 под сокет AM2 (ядро Windsor) состоит из моделей от 3600+ с частотой 2,0 ГГц и кэш-памятью L2 256 Кбайт на ядро до 5600+ с частотой 2,8 ГГц и кэшем 2×1024 Мбайт. Ожидаются модели 5800+ и 6000+ с ещё большими частотами (до 3 ГГц), а также с 65-нм техпроцессом. Экстремальная серия Athlon 64 FX имеет две двухъядерные модели FX-60 и FX-62 c частотами 2,6 и 2,8 ГГц соответственно. Как видно, развитие архитектуры K8 упёрлось в невозможность роста тактовой частоты выше 3 ГГц. Тут выход один – ждём 65-нм и новую архитектуру K8L в этом году, а пока сравниваем то, что есть.
У Intel картина просто идиллическая. Настольная линейка состоит из двухъядерной серии Core 2 Duo E6xxx (FSB 1066 МГц) и экстремальных Core 2 Extreme X6800/X6850 (FSB 1333 МГц), а также четырёхъядерных Core 2 Extreme QX6700 и QX6800 (FSB 1333 МГц). Ожидается серия одноядерных процессоров Core 2 Solo E4xxx.
E6600 (2400 МГц), E6700 (2666 МГц), X6800 (2933 МГц) и X6850 (3000 МГц) основаны на ядре Conroe c 4 Мбайт кэша второго уровня (он у Core 2 общий на оба ядра).
Младшие модели E6300 (1866 МГц) и E6400 (2133 МГц) основаны на ядре Allendale, которое представляет собой Conroe с урезанным с 4 до 2 Мбайт кэшем второго уровня. QX6700 (2666 МГц) и QX6800 (2933 МГц) построены на ядре Woodcrest. Как видим, у Intel есть процессоры под все ценовые ниши.
Так как новые Core 2 построены на прогрессивном 65-нм техпроцессе, они имеют очень неплохой запас по дальнейшему наращиванию тактовых частот (как заводскому, так при разгоне). Так что у Intel, на случай, если AMD K8L окажется быстрее Core, есть в запасе примерно полгигагерца – а тут уже и 45 нм подоспеет.
На сегодняшний момент десятки интернет-порталов пестрят диаграммами сравнительных тестов и наперебой хвалят Core 2 за непревзойдённую производительность и потрясающе низкое тепловыделение. Так ли страшен на самом деле Core 2, как о нём говорят, и насколько он опередил K8 по производительности? Стоит ли он своих денег? Это мы постараемся выяснить в сегодняшнем нашем тестировании.

Участники тестирования
Итак, для сравнения были взяты: AMD Athlon 64 X2 5000+ 2600 МГц OEM, ядро Windsor-512 (512 Кбайт кэша L2 на каждое ядро); Intel Core 2 Duo E6400 2133 МГц OEM, ядро Allendale (2 Мбайт кэша L2). Использовались материнские платы Socket AM2 EPoX EP-MF4 на чипсете NVIDIA nForce 4 Ultra и LGA775 ASUS P5B на чипсете Intel P965.

Для охлаждения использовался кулер Ice Hammer 3775WV. В качестве термоинтерфейса между кулером и процессором была выбрана термопаста АлСил-3.

Такая подборка не случайна. Цена Athlon 64 X2 5000+ больше, чем у Core 2 E6400, примерно на 2000 рублей. Однако примерно настолько же дороже вам обойдётся приличная материнская плата на чипсете P965 (а в случае с 975X – и того больше). Так что стоимости платформ примерно одинаковы (чуть дороже – AMD). Подробные технические характеристики процессоров вы можете видеть в таблице 1.

Дополнительным соперником сегодня выступает моя собственная, тщательно настроенная система на базе процессора Socket 939 AMD Athlon 64 3000+ (1800 МГц) @ 4500+ (2800 МГц), ядро Venice (512 Кбайт кэш L2) и материнской платы EPoX EP-9NPA3 Ultra также на чипсете NVIDIA nForce 4 Ultra. Память DDR2 667 Patriot работала во всех случаях, кроме одного, на таймингах 4‑4‑4‑11, DDR400 Samsung на моей системе на частоте 400 МГц на таймингах 2,5-3-3-7. Данная система была взята, чтобы посмотреть, насколько далеко ушёл прогресс процессоростроения и насколько оправдана покупка двухъядерника.

Методика тестирования
От чисто синтетических тестов я решил отказаться, поскольку материнские платы и процессоры были предоставлены всего на один день и времени было немного. Основу составили игровые тесты как наиболее серьёзная и частая нагрузка на современный процессор. 3DMark 2001 брался из-за своей почти полной процессорозависимости, остальные Mark’и – из-за встроенных процессорных тестов. Тесты на 3DMark 2006 не были проведены по техническим, не зависящим от меня причинам, так что, увы… Doom 3 и F.E.A.R. тестировались на встроенных демках на разрешении 640×480 для наибольшей разгрузки видеокарты и снижения влияния её на конечный результат. В F.E.A.R. также полностью отключались все тени. Роль бенчмарков для измерения скорости работы в двухъядерном режиме была отведена программам WinRAR 3.7b и Virtual Dub с кодеком DivX 6.2.2. Архивировался файл Pak0.pk3 размером 457 Мбайт из дистрибутива Quake 3 (можете сравнить результаты со старыми тестированиями). Для видеокодинга брался несжатый видеофайл размером 1.56 Гбайт разрешением 320×240 точек, у которого, помимо кодирования посредством кодека DivX при максимальных настройках качества и деинтерлейсинге, увеличивалось разрешение до 640×480 при помощи фильтра Lanczos3. Замеры скорости/задержек памяти и процессорного кэша проводились с помощью утилиты Everest 3.5 (Cache & Memory Benchmark).

Разгон
Процессор Athlon 64 X2 5000+ удалось разогнать до 3000 МГц при поднятии напряжения до 1,55 В, то есть до 230 МГц по шине. Память работала на частоте 750 МГц. Температура процессора при максимальной загрузке не превысила 58° С (при максимальных оборотах вентилятора).
Рекорд разгона Core 2 Duo E6400 впечатляет – 3,4 ГГц (абсолютный рекорд – 3,7 ГГц, но тесты подвисали), причём реальная частота системной шины была целых 425 МГц против 266 МГц стандартных. Причём поднятие напряжения было незначительным – просто разгон упёрся в память. Она и так уже работала при минимальном делителе, и её частота составила 850 МГц на таймингах 5-5-5-15 – а ведь это её тайминги для частоты 667 МГц! В общем, рекомендую всем DDR2 Patriot!

Также было решено провести тестирование Core 2 на частоте 3 ГГц для вычисления разницы в производительности на 1 МГц между процессорами, тем более что тогда на обеих системах частота памяти составляла 750 МГц при таймингах 4-4-4-11 – чистое соревнование. Результаты – в таблице.

Результаты
Как видно из результатов тестирования, без разгона производительность процессоров находится на близком уровне. Core 2 явно лидирует с большим отрывом только в F.E.A.R... Также стало ясно, что скорость архивации в WinRAR зависит процентов на девяносто от латентности памяти – этим и объясняется лидерство в тесте системы AMD. Что касается разгона, то тут фанаты AMD могут громко рыдать: 3 ГГц для K8 – уже предел, тогда как процессор Intel на этот рубеж взлетает даже без поднятия напряжения. В производительности на 1 МГц по итогам игровых тестов архитектура Core обходит K8 примерно в 1,2 раза, в DivX – в 1,33 раза. Показать фантастические результаты на частоте 3400 МГц Core 2 помешала высокая латентность памяти на таймингах 5-5-5-15. Будь у меня оверклокерская память, способная работать на частоте 900 МГц при таймингах 4-4-4-11, то процессор смог бы работать на 3500 МГц или даже выше. Так что имейте в виду гигантский оверклокерский потенциал Intel Core.

Также хотелось бы отметить довольно быстрый кэш у Core 2 и то, что Intel сумела без интегрированного контроллера памяти почти вплотную подобраться к результатам AMD. Что касается температуры процессоров при работе, то процессор Intel был немного похолоднее без разгона – 46°С против 50°С AMD. В разгоне они оба грелись прилично (57-59°С). Во всяком случае, при выборе процессора я бы не стал учитывать этот факт.

Итог
Мне только остаётся констатировать тот факт, что лидерство на рынке процессоров с более чем одним ядром AMD уже потеряла. И не только по производительности, а ещё и по ценам. Сегмент одноядерных процессоров пока за «зелёными», но только за счёт привлекательной ценовой политики. Ждём 65 нм и K8L от AMD!


Рекомендуем почитать: