Два процессора вместо одного: P4 3,06 ГГц с технологией HyperThreading – THG.RU

<!–#set var="article_header" value="Два процессора вместо одного:
P4 3,06 ГГц с технологией HyperThreading” –>

Недорогая двухпроцессорность: P4 3,06 ГГц

Давайте представим на минуту, что вас попросили предсказать производительность нового процессора. Какой ответ вы, информированный читатель, сможете дать? Для облегчения задачи приведем несколько ключевых параметров. Мы сравниваем две одинаковые платформы. Единственное отличие – это процессоры, Intel P4 3,06 ГГц против P4 3,60 ГГц. Может ли технология HyperThreading дать 3,06 ГГц P4 прирост производительности в 15%, аналогичный простому P4/3600? Раньше при измерении производительности мы обращались к различным приложениям, которые запускались на тестовой платформе последовательно. Но ведь большинство пользователей работают совсем по-другому. Они открывают как минимум по три приложения одновременно, а затем постоянно между ними переключаются. Например, вы набираете текст в редакторе, в это время в фоне происходит проверка орфографии, а также одновременно может выполняться множество других приложений: дефрагментация диска, различные сетевые программы и запись компакт-диска.

Таким образом, совсем не сложно загрузить процессор на 100 процентов. В подобном сценарии очень трудно, или даже практически невозможно, получить одновременный доступ ко всем приложениям. Самый худший случай – если ваша машина пытается считать данные на сбойном компакт-диске. В результате на экране вы увидите пустые окна, и вам придется сходить попить кофе для успокоения своих нервов. А представьте, если вам нужно срочно сдать какую-либо работу. Единственное решение подобной проблемы заключается в использовании двух процессоров. Однако с новым 3,06 ГГц P4 Intel вводит концепцию HyperThreading – концепцию виртуальной двухпроцессорности.

При включении HyperThreading компьютер при загрузке показывает два процессора.

Недорогая двухпроцессорность: P4 3,06 ГГц, продолжение

Диспетчер задач Windows XP тоже показывает два процессора.

Эволюционный процесс HyperThreading продолжался почти два года (если быть точным, то 692 дня). Первый Intel Pentium 4 на ядре Willamette появился в ноябре 2000 года. При этом процессор работал медленнее своего предшественника – Pentium III. В первое время Intel получала много критики по поводу P4 с архитектурой Netburst, поскольку на тактовой частоте 1,5 ГГц P4 показывал никакой результат по сравнению с AMD Athlon 1333. Долгое время казалось, что Intel выбрала ошибочную архитектуру. P4 просто не мог соревноваться с AMD Athlon практически в любом тесте. Причем по сравнению с ценой Athlon стоимость P4 выглядела завышенной. Тем более что платформа P4 использовала только лишь сверх дорогую память Rambus. Ситуация еще больше накалилась с выпуском Athlon 1400, который показал производительность выше 1700 МГц P4.

Поворотным стал момент выпуска DDR чипсетов для P4, в результате чего массовый рынок принял Pentium 4. Intel оставила AMD Athlon позади, поскольку компания смогла очень быстро наращивать тактовую частоту своих процессоров. Но не стоит недооценивать Athlon – процессор все еще показывает прекрасную производительность, в некоторых тестах даже обгоняя скоростные Pentium 4. Поскольку AMD Athlon базируется на дизайне четырехлетнего возраста, становится трудно интегрировать новые технологии в этот процессор. Скоро мы увидим финальную ступень развития процессора – ядро Barton с увеличенным размером кэша. Впрочем, на данный момент AMD сошла с трассы и сегодня компанию нельзя назвать обладателем самого быстрого процессора. Intel уже преодолела барьер в 3 ГГц и внедрила новые интересные функции типа HyperThreading и управления тактовой частотой (PROCHOT). Следует сказать, что даже инженеры компании Intel высоко оценивают AMD Hammer, который должен выйти на Cebit в марте 2003 года. Однако Hammer потерял временное преимущество, на которое изначально надеялась AMD. (Запуск процессора изначально планировался в 2001 году).

Intel Pentium 4 3,06 ГГц – Windows XP найдет вместо одного два процессора благодаря HyperThreading.

Детальная информация о P4 3,06 ГГц

Для включения HyperThreading вам понадобится обновленный BIOS и последняя версия чипсета.

Барьер в 3 ГГц был преодолен – частота нового P4 с HT составляет 3066 МГц. Она очень близка к ограничениям, накладываемым 0,13 мкм техпроцессом. При этом напряжение питание было повышено до 1,550 В.

3066 МГц P4 не слишком отличается от своих предшественников на ядре Northwood. Процессор изготавливается по 0,13 мкм техпроцессу PX60 с длиной затвора транзистора 0,065 мкм. Последние кристаллы вырезаются из 300 мм пластин, что уменьшает себестоимость процессоров. В отличие от своего прямого предшественника 2,8 ГГц P4, новый процессор имеет существенное преимущество – технологию HyperThreading, которая на сей раз доступна пользователю. Intel уже два года назад добавила технологию HyperThreading на кристалл процессора Willamette, однако она была выключена для конечных пользователей. Только лишь разработчики программного обеспечения могли работать с HyperThreading с момента ее появления. На старых процессорах P4 не существует возможности включения HyperThreading, поскольку технология аппаратно отключена.

Утилита WCPUID пока что не распознает P4/3066 как HT процессор.

Окно свойств компьютера Windows XP Pro SP1.

Сравнение всех P4 ядер

Новый рекорд: 82 Вт выделяемой тепловой мощности

Новое требование VRM 9.x. Спецификация требует большого количества стабилизаторов напряжения.

Самый простой вариант – двухфазные стабилизаторы на плате.

По всей видимости, вскоре Intel станет организовывать конференции по глобальному потеплению, поскольку их новый чип ставит рекорд среди P4 по тепловыделению (хотя 81,8 В – это максимум, который редко когда достигается). Причина повышения количества выделяемого тепла заключается в увеличении тактовой частоты и небольшой прибавке напряжения ядра на 0,025 В до значения 1,550 В. Intel издала новые рекомендации для производителей материнских плат.

В спецификации VRM 9.x (Voltage Regulator Module – модуль стабилизатора напряжения) содержатся очень интересные сведения. Любопытно, что стабилизатор фиксированного напряжения на материнской плате теперь должен охлаждаться воздухом от кулера процессора. Вторая опция для производителей состоит в наличии четырехфазного стабилизатора напряжения, который может работать без дополнительного охлаждения со стороны кулера процессора. Цель подобного новшества заключается в уменьшении выделяемого стабилизатором тепла на 20% для поддержания температуры внутри корпуса в допустимых пределах.

Современный вариант – трехфазный стабилизатор напряжения на плате.

Старый стиль – трехфазный стабилизатор напряжения на плате Abit.

Последствие 3 ГГц: новый дизайн кулеров для P4

Слева направо: классический P4 кулер, старый эталонный дизайн и новый эталонный дизайн.

Те же самые кулеры, вид сверху.

Эталонный дизайн от Intel для кулера Socket 478.

В связи с большим тепловыделением быстрых процессоров Intel ввела новый эталонный дизайн кулеров. Для обеспечения должного охлаждения P4, процессоры будут поставляться только лишь вместе с кулером. На иллюстрации показано три кулера для P4. В центре находится эталонный дизайн кулера, признанный слишком дорогим для массового производства. Самый последний эталонный дизайн кулеров от Intel предусматривает меньший зазор между ребрами радиатора. К тому же ребра радиатора расположены практически под прямым углом к креплению, что снижает уровень шума. Ключевая деталь нового дизайна – медная сердцевина радиатора, которая обеспечивает намного более эффективный тепловой путь от процессора к ребрам. В будущем мы наверняка увидим тепловыделение процессоров на уровне 100 Вт, с чем могут справиться лишь высокотехнологичные кулеры.

Классический P4 кулер: простой, но очень эффективный, с вентиляционными отверстиями сбоку.

Новинка: вентиляционные отверстия в боковой части радиатора. Они также обеспечивают обдув стабилизаторов напряжения, при необходимости.

Последний дизайн от Intel: мощный кулер обеспечивает качественное охлаждение.

Как в двигателе с воздушным охлаждением, ребра радиатора имеют параболическую форму. Поскольку лопасти вентилятора направлены под определенным углом к ребрам вентилятора, мы получаем оптимальный воздушный поток и хорошее охлаждение.

Двойное управление энергопотреблением процессора: защита стабилизатора напряжения

Если раньше процессор снижал свою скорость для защиты от перегрева, то сегодня чипсет тоже может послать сигнал (PROCHOT) процессору для снижения энергопотребления. Подобный подход позволяет предотвратить повреждение стабилизатора напряжения.

HyperThreading: виртуальная двухпроцессорная система

Сравнение многопоточности (слева) и многозадачности (справа). Многопоточность распределяет нагрузку приложения по нескольким (виртуальным) процессорам.

Для этого требуется операционная система с многопроцессорным ядром.

Внешне выглядит как двухпроцессорная система: P4 с HyperThreading.

Обычный процессор без поддержки технологии HyperThreading может выполнять параллельные команды, но не может выполнять несколько потоков одновременно. Производительность системы будет линейно расти с увеличением тактовой частоты, независимо от масштабируемости конкретной платформы. Двухпроцессорная же система может выполнять несколько потоков одновременно.

Верхний ряд – загрузка ресурсов (высота столбцов) последовательным выполнением потоков.

Средний ряд – чередующееся выполнение потоков без использования HyperThreading.

Нижний ряд – выполнение потоков с использованием HyperThreading. Мы ясно видим выигрыш по времени совместного исполнения, поскольку второй поток использует незадействованные ресурсы первого.

Аналогичный слайд. При последовательном выполнении процессор в единицу времени выполняет пять желтых прямоугольников (вверху). При параллельном выполнении потоков с использованием HyperThreading процессор успевает выполнить пять желтых прямоугольников и четыре оранжевых.

Тестовый стенд: Asus P4T533-C и Radeon 9700 Pro

Для тестирования мы взяли P4/3066 и плату Asus P4T533-C на Intel 850E. Эта плата отличается скоростью и стабильностью при использовании RDRAM PC 1066. Однако дни Rambus сочтены.

Да, эта карта сильно подпортила лавры NVIDIA. ATi Radeon 9700 Pro обгоняет GeForce 4 Ti 4600 практически во всех приложениях.

Два RDRAM модуля от Samsung и Kingston. Обе платформы были оснащены 512 Мб памяти.

Сравнительная таблица чипсетов для P4

Сравнительная таблица пропускной способности SDRAM, DDR-SDRAM и RDRAM

Тестовая конфигурация

WCPUID P4 без HyperThreading. Частота 3,60 ГГц достигается без увеличения частоты FSB. Нам прислали образец процессора без блокировки множителя.

Тесты под Windows XP

Мы использовали различные тесты для получения полной и сбалансированной картины производительности Intel Pentium 4 3,06 ГГц. Результаты 22 различных тестов произвели достаточно точное впечатление. Что касается 3,06 ГГц версии P4, то мы протестировали процессор как с включенным в BIOS HyperThreading, так и с выключенным. Результаты P4 3,60 ГГц представляют процессор с выключенной технологией HyperThreading. В качестве последнего использовался разогнанный образец присланного нам процессора.

По сравнению с последним тестированием произошли существенные изменения, описанные ниже. Мы измеряли OpenGL производительность с помощью пяти различных тестов Quake 3, Direct3D производительность с помощью 3D Mark 2000 Pro (версия 1.1 на DirectX 7) и 3D Mark 2001 SE (на основе DirectX 8). Разнообразные тесты по MPEG кодированию обеспечили нас многообразием тестовых сценариев. Мы сжимали 178 Мб WAV файл в формат MPEG-1 Layer 3 с помощью Lame MP3-Encoder и mp3 Maker Platinum. Впервые в нашем тестировании мы преобразовывали DV видео (1,2 Гб по размеру) в MPEG-4 файл кодеком Divx 5.02 Pro с помощью Virtual Dub. Также мы создавали MPEG-2 файл с помощью нового пакета Pinnacle Studio 8.

Стандартный тестовый набор включает измерение производительности рендеринга под Newtek Lightwave 7.5, 3D Studio Mac и Cinema 4D XL 7.303. Здесь следует особо отметить 3D Studio Max 5.0. Не менее важной задачей является сжатие файлов с помощью архиватора, для этого мы использовали новый WinACE 2.2. Для измерения офисной производительности использовался Sysmark 2002. Новый SPEC Viewperf 7 обеспечил нас хорошим тестовым пакетом по 3D производительности. Наконец, в конце мы протестировали конфигурации на SiSoft Sandra 2002 SP1.

Производительность OpenGL: Quake 3 Arena

Пять тестов Quake 3 дали четкую картину. Благодаря двухканальной DDR333, Athlon XP 2700+ и 2800+ обеспечили существенный прирост производительности по сравнению с XP 2600+ (который сегодня еще не появился в продаже). Но ни один процессор не может сравниться с результатами P4/3066.

DirectX 7 игры: 3D Mark 2000

3D Mark 2000 измеряет Direct3D производительность DirectX 7 под Windows XP. Здесь на первое место выходят авторитет и опыт: AMD Athlon XP 2800+ совместно с чипсетом nForce2 и двухканальной DDR333 памятью обгоняет самый быстрый Intel Pentium 4/2800 с памятью Rambus (PC1066) почти на 800 очков. 16239 очков у Athlon XP 2800+ – это просто превосходно! 3,06 ГГц P4 HT в 3D Mark 2000 вообще не стал работать.

DirectX 8 игры: 3D Mark 2001 SE

3D Mark 2001 демонстрирует Direct3D производительность DirectX 8 под Windows XP. Самые быстрые процессоры дышат друг другу в затылок, но вперед чуть-чуть вырвался P4/3066. 3,6 ГГц версия P4 показала боле 17000 очков!

DirectX 8 игры: Comanche 4

Comanche 4 – одна из первых игр на рынке с поддержкой DirectX 8. Athlon XP 2800+ показывает хорошие результаты благодаря высокой тактовой частоте и двухканальной DDR333 памяти. Он обеспечивает уровень производительности, аналогичный Pentium 4/2666 с памятью PC1066. Явный победитель – 3,06 ГГц P4. На старых процессорах типа Pentium 4/1800 или Athlon XP 1800+ вы вряд ли сможете комфортно играть. Их мощность слишком слаба. Имейте в виду, что P4 3,6 ГГц пока еще официально не выпущен.

DirectX 8 игры: Unreal Tournament 2003

Unreal Tournament 2003 – еще одна современная игра с поддержкой DirectX 8. Pentium 4 3,06 ГГц вышел на первое место с 211 кадрами/с, обогнав Athlon XP 2800+ с 207 кадрами/с. Здесь мы видим явную конкуренцию между двухканальной DDR и двухканальной RDRAM.

Кодирование MP3 звука: Lame MP3

Используя Lame MP3 кодер мы переводили 178 Мб WAV файл в MPEG-1 Layer 3 формат под Windows XP. Как видим, P4/3066 с 84 секундами обходит 90 секунд AMD Athlon 2800+. Да, ситуация сегодня изменилась.

Кодирование MP3 звука: MP3 Maker Platinum

Кодирование MPEG-4 видео: Virtual Dub и Divx 5.02 Pro

При кодировании DV видео (1,2 Гб файл) в MPEG-4 формат с помощью Virtual Dub и Divx 5.02, Pentium 4 3,06 ГГц показал лучший результат, заметно обогнав Athlon XP 2800+. Здесь мы наблюдаем ограничения двухканальной DDR333 платформы Socket 462. Еще одно интересное сравнение: старый 1,8 ГГц Pentium 4 занимает последнее место с 432 секундами!

Кодирование MPEG-2 видео: Pinnacle Studio 8.1.1

AMD Athlon XP 2800+ создал MPEG-2 фильм в Pinnacle Studio 8.1.1 за 232,4 секунды, чуть-чуть обогнав P4/3066 с 233,3 секундами.

Тесты SiSoft Sandra 2002: процессор и мультимедиа

Как показывают результаты SiSoft Sandra Benchmark 2002, Athlon XP 2800+ уступает P4/3600 во всех тестах. Однако это всего лишь синтетический тест, который может слабо отражать реальную производительность. Не следует целиком полагаться на этот тест.

Мультимедиа производительность: PC Mark 2002

Оба теста ясно показывают преимущество Pentium 4/3066 над AMD Athlon XP 2800+.

Производительность 3D рендеринга: SPEC Viewperf 7

Тесты SPEC дают достаточно полную картину. Athlon XP 2800+ с двухканальной DDR333 обгоняет Intel Pentium 4/3066 с двухканальной RDRAM (533 МГц, PC1066) в каждом тесте. Причина кроется в трех параллельных блока FPU Athlon XP.

Архивация: WinACE 2.2

Архивация файлов используется практически повсеместно. Мы архивировали 178 Мб WAV файл в WinACE 2.2 под Windows XP. 3.06 ГГц Pentium 4 показал лучший результат.

3D рендеринг: Newtek Lightwave 7.5

В тесте Lightwave видны преимущества оптимизации под процессоры Pentium 4. P4/3066 устанавливает новый рекорд, а Athlon XP 2800+ находится в середине, несмотря на двухканальный контроллер DDR333 памяти.

3D рендеринг: Cinema 4D XL 7.303

AMD Athlon показывает очень хороший результат в тесте Cinema. Здесь AMD Athlon 2800+ существенно обгоняет P4/2800. Разница составляет 21 секунду. Оптимизация под P4 не играет никакой роли.

3D рендеринг: 3D Studio Max 5.0

В тесте 3D Studio Max 5 Athlon XP 2800+ не смог занять первое место. Сцена Dragon_Character_rig просчитывалась с разрешением 1024×768 пикселей. P4/3066 смог просчитать сцену за 90 секунд, в то время как старому P4/1800 потребовалось около 180 секунд.

Офисная и Интернет производительность: Sysmark 2002

Мы подошли к интересной части нашего тестирования. Sysmark одновременно запускает несколько приложений. Здесь явно должен выиграть Pentium 4 с поддержкой HyperThreading. Выиграет ли? Смотрите сами.

Athlon XP 2800+ явно проигрывает Pentium 4/2800 во многих областях. Комментарии по процессорам AMD Athlon XP будут следующими: здесь явно виден недостаток оптимизации под AMD процессор. Однако по офисной производительности XP 2800+ очень близок к P4/2666.

Новое видео Tom’s Hardware: P4 3,6 ГГц против 3,06 ГГц

Скриншот взят из пятого видео фрагмента THG: Hyper-Threading в действии.

Для демонстрации работы HyperThreading мы осуществили несколько необычное сравнение. Мы сравнили две идентичные P4 платформы на базе чипсета Intel 850E с памятью Rambus (PC1066 – 512 Мб, 533 МГц). На одной системе HyperThreading был выключен. Однако мы компенсировали выключение HyperThreading увеличением тактовой частоты до 3,6 ГГц. Так что сравнение производилось между 3,06 ГГц процессором с HyperThreading и 3,6 ГГц процессором без HyperThreading.

Вопрос, на который мы желали получить ответ, был следующим: может ли 3 ГГц HT процессор сравниться с 3,6 ГГц чипом на практических приложениях? Видео наглядно объясняет эффект HyperThreading. Для сохранения качества видео и уменьшения его размера мы сжали видеопоток MPEG-4 кодером и произвели архивацию. В результате три минуты высококачественного видео качества PAL (720×576 пикселей) со стерео дорожкой заняли скромные 16 Мб.

Вы сможете скачать видео по следующим адресам:

Сервер 1

Сервер 2

История создания видеофрагментов Tom’s Hardware
Первое видео Tom’s Hardware, привлекло большое внимание индустрии, поскольку в нем поднимались проблемы перегрева процессоров AMD Athlon XP/ MP. Второе видео вкратце объясняло, как включить возможность разгона на AthlonXP/ MP. В третьем видео мы показали, как установить в ПК систему водяного охлаждения. Мы использовали только высококачественные компоненты, которые будут работать несколько лет. Наш четверый фильм посвящен IDF 2002 (сентябрь), и в нем записано несколько интервью с представителями компаний-участников.

Что нужно для проигрывания?

Маленький размер и поток видео означают, что для проигрывания вам потребуется мощный процессор. Также вам понадобится DivX кодек версии 5.02. Вы сможете скачать его с DivX.com.

Кодек позволяет вам проигрывать сжатое DivX видео. Звук сжат с помощью MP3 формата, и поскольку MP3 кодек уже входит в состав последних версий Windows, вам не понадобится дополнительного драйвера.

Заключение: в некоторых случаях P4 3,06 HT оказывается быстрее 3,6 ГГц версии

Мы сравнили новый 3,06 ГГц HyperThreading процессор с обычной 3,6 ГГц P4 версией (которая пока что официально не доступна). Помимо этого мы протестировали систему с 3,06 ГГц процессором с выключенной технологией HyperThreading. Sysmark на сегодняшний момент является единственным тестом, который демонстрирует преимущество HyperThreading. В других тестах увеличение производительности было почти незаметным. Причину можно легко объяснить. Sysmark одновременно запускает несколько приложений во время тестирования. То есть Sysmark довольно хорошо имитирует поведение среднего пользователя, и HyperThreading как нельзя больше подходит именно такому сценарию. В некоторых тестах ситуация прямо противоположна. Как мы обнаружили, включение HyperThreading может даже замедлить процессор. В приложениях с одним потоком HyperThreading версия процессора замедляется при засорении кэша.

В реальных приложениях пользы от HyperThreading будет больше, чем в наших тестах. Именно по этой причине мы сняли видеоролик, который показывает преимущество HyperThreading. Особенно явно преимущество проявляется при одновременной работе двух “тяжелых” приложений. Скажем, если вы архивируете больше количество данных в фоне и одновременно работаете в стандартном офисном приложении. Или вы кодируете DVD фильм в формат MPEG-4 и параллельно читаете почту. Наше основное заключение по тестам состоит в том, что нам следует по-новому осмыслить тестовые методики. Запуск приложения с одним потоком больше не отражает ситуацию в реальном мире. По видеоролику вы уже можете себе представить приблизительную раскладку будущих тестов.

Давайте посмотрим на ситуацию с перспективы: с запуском 3,06 ГГц P4 Intel несколько дистанцировалась от конкуренции с AMD, которая до сих пор не может поставлять свой самый быстрый процессор 2800+. На практике это означает, что XP 2600+ (2133 МГц) будет конкурировать с P4 3066 (3,06 ГГц). Athlon XP 2800+ может сравниться с 3,06 ГГц P4 лишь в нескольких областях: 3D рендеринг, Cinema 4D и SPECviewperf. Различие между процессорами ощутимо проявляется в Sysmark 2002. Продвинутым пользователям следует учесть, что указанная производительность Athlon XP 2800+ достигается лишь при использовании двухканальной DDR333 платформы.

С введением технологии HyperThreading Intel показала, что увеличение тактовой частоты – отнюдь не единственный путь улучшения производительности. Процессор Pentium 4 теперь может быть разделен на два логических процессора, которые будут распознаваться операционной системой как двухпроцессорная конфигурация. Но будьте внимательны! Если вы желаете использовать HyperThreading, то вам необходимо установить современную операционную систему типа Windows XP. Старые версии типа Windows 98 или ME распознают P4 только лишь как стандартный процессор без HyperThreading.