Анализ соотношения тактовой частоты и производительности современных процессоров – THG.RU

Битва на 2,4 ГГц

Линейка AMD Athlon 64 ещё не так давно была лидером на рынке процессоров. Но в середине 2006 года Intel представила процессоры Core 2 Duo, после чего ситуация изменилась. Увы, но у AMD положение не очень радужное, поскольку процессоры Core 2 Duo быстрее, эффективнее и лучше разгоняются, чем Athlon 64 X2. Но процессоры AMD не следует списывать со счетов, так как недавнее падение цен увеличило их привлекательность.

AMD давно учила пользователей, что процессор по тактовой частоте выбирать не следует, ещё со времён Athlon XP. Процессору было нелегко напрямую конкурировать с Intel Pentium 4, поскольку он обеспечивал сравнимую производительность при намного меньших тактовых частотах. Затем появился Athlon 64, который давал ещё больше производительности за такт. Впрочем, тактовые частоты отошли на второй план лишь после того, как AMD и Intel представили первые двуядерные процессоры. Было очевидно, что два процессорных ядра обойдут одноядерный CPU в современных многопоточных приложениях, пусть даже тактовые частоты придётся немного уменьшить.

Есть ещё одна причина, почему тактовые частоты уже не так важны: если купить современный дешёвый процессор, его мощности будет всё равно достаточно для нужд среднего пользователя. Да и чего греха таить, рядовой пользователь вряд ли будет интересоваться тактовой частотой, объёмом кэша и функциями, если только у него нет каких-то особых требований.

В общем, частота процессора сегодня уже не так важна, как раньше. Но она по-прежнему остаётся одним из критериев производительности. Поэтому мы посчитали нужным провести небольшой анализ. Какую производительность мы получим, если все процессоры будут работать на одинаковой тактовой частоте?

AMD Socket 939

Когда AMD представила процессор Athlon 64, платформа была поделена на два процессорных разъёма: Socket 754 поддерживал одноканальную память DDR400, в него устанавливались процессоры нижнего ценового уровня, а также модели для массового рынка. Для верхнего сегмента массового рынка и high-end процессоров был предложен Socket 940, который поддерживал двухканальную регистровую память DDR400.

Впрочем, AMD быстро решила отказаться от Socket 940, который в то время использовался для профессиональных процессоров Opteron, в пользу Socket 939. Последний не требовал регистровой памяти, позволяя собирать менее дорогие high-end системы.

Первые компьютеры Socket 939 использовали чипсеты AMD, SiS, VIA и nVidia с интерфейсом AGP для графики, но позднее ATi, nVidia, SiS и VIA быстро выпустили чипсеты PCI Express, так как для видеокарт стал продвигаться новый интерфейс.

Затем Socket 939 устарел и уступил место 940-контактному Socket AM2, поддерживающему память DDR2 вместо DDR400.

Нажмите на картинку для увеличения.

Процессор Athlon 64 – Clawhammer (одно ядро)

Clawhammer был одним из первых ядер Athlon 64, он поддерживает 1 Мбайт кэша L2 и работает на тактовых частотах от 2,0 до 2,4 ГГц. Мы использовали Athlon 64 FX-53, но Athlon 64 4000+ построен на том же кристалле кремния. Clawhammer – 130-нм процессор. Ядро Newcastle оснащено только 512 кбайт кэша L2 и работает на частотах от 1,8 до 2,4 ГГц (от 3000+ до 3800+), но тоже относится к первым 130-нм процессорам Athlon 64. Clawhammer и Newcastle имеют степпинг CG.

90-нм поколение представлено ядрами Winchester (степпинг D0, от 1,8 до 2,2 ГГц), Venice (степпинги E3 и E6, от 1,8 до 2,4 ГГц) и San Diego (степпинги E4 и E6, от 2,2 до 2,4 ГГц).

Процессор Athlon 64 X2 – Toledo (два ядра)

Появились и двуядерные процессоры под Socket 939: Manchester и Toledo. Оба производились по 90-нм техпроцессу, Manchester имел степпинг E4, а Toledo – E6. Manchester был оснащён 512 кбайт кэша L2 на ядро, в то время как у Toledo было два 1 Мбайт кэша L2. Тактовые частоты составляли от 2,0 до 2,4 ГГц. Мы использовали версию Toledo-512 в виде Athlon 64 X2 4600+ на 2,4 ГГц, у которого половина кэша L2 отключена.

AMD Socket 940 (AM2)

Socket AM2 – текущее решение для платформ AMD Athlon 64, и хотя в середине 2007 года нас ждёт обновление (более скоростной интерфейс), сам сокет пока меняться не будет. Socket AM2 имеет 940 контактов и поддерживает множество процессоров Sempron и Athlon, как одно-, так и двуядерных. Socket 939 был предназначен для работы с памятью DDR400, но Socket AM2 поддерживает память DDR2 на частотах до DDR2-800.

Хотя процессоры Intel Core 2 Duo определённо быстрее семейства Athlon 64 X2, Socket AM2 остаётся любопытным выбором: AMD сейчас работает над 65-нм четырёхядерными процессорами, которые должны появиться в середине этого года. Интерфейс HyperTransport будет ускорен, но, как мы предполагаем, новые четырёхядерные процессоры будут работать на большинстве материнских плат AM2 после обновления BIOS. Конечно, если материнская плата поддерживает high-end процессоры AMD (например, Athlon 64 FX).

Нажмите на картинку для увеличения.

Процессор Athlon 64 X2 – Windsor (два ядра)

High-end версии двуядерных процессоров AMD Athlon 64 X2 используют 90-нм ядро Windsor (степпинг F2 и F3). Процессоры Windsor существуют в версиях с 2×512 кбайт кэша L2 и 2×1 Мбайт кэша L2. Большинство процессоров Athlon 64 X2 имеют тепловой пакет 89 Вт, но есть и версии с улучшенной эффективностью энергопотребления (EE), тепловой пакет которых не превышают 65 Вт.

Самые передовые процессоры Athlon 64 X2 производятся по 65-нм техпроцессу (ядро G1). Ядро носит кодовое название Brisbane, процессоры доступны в версиях от 3600+ (1,9 ГГц) до 5000+ (2,6 ГГц), закрывая массовый рынок. Все 65-нм процессоры имеют тепловой пакет 65 Вт, но, как мы ожидаем, со временем появятся более эффективные и быстрые версии.

Intel Socket 775

Intel была первой компанией, представившей сокет с матрицей контактных площадок (Land Grid Array, LGA) для процессора. В отличие от традиционных сокетов, у процессора теперь нет ножек, а у сокета появились 775 крошечных контактов. Преимущество сокетов LGA заключается в уменьшенном электрическом сопротивлении.

Socket 775 был представлен вместе с выходом чипсетов Intel 915 и 925, памяти DDR2 и интерфейса PCI Express в 2004 году. Платформы первого поколения поддерживали процессоры Celeron и Pentium 4, последующие чипсеты 945 и 955 стали работать с двуядерными процессорами Pentium D, а семейство 965/975 призвано поддержать процессоры Core 2 Duo, Core 2 Quad или Core 2 Extreme.

Нажмите на картинку для увеличения.

Процессор Core 2 Duo – Allendale (два ядра)

Процессоры Core 2 доступны в трёх видах: Core 2 Duo с 2-Мбайт общим кэшем L2 (кэг доступен для обоих ядер), Core 2 Duo с 4-Мбайт общим кэшем L2 и Core 2 Quad с 2×4-Мбайт кэшем L2. Core 2 Quad представляет собой не что иное, как два кристалла Core 2 Duo в одной процессорной упаковке.

Core 2 Duo с 2 Мбайт кэша L2 имеет кодовое название Allendale. Эти процессоры работают на разных частотах от 1,8 до 2,13 ГГц, на FSB800 или FSB1066.

Процессор Core 2 Duo – Conroe (два ядра)

Кодовое название Conroe известно очень широко, под ним скрывается процессор Intel Core 2 Duo с 4-Мбайт общим кэшем L2 . Conroe доступен с частотами от 2,4 до 2,93 ГГц. Последний продаётся в виде процессора Core 2 Extreme. Тепловой пакет Core 2 Duo составляет 65 Вт.

Процессор Core 2 Quad – Kentsfield (четыре ядра)

Core 2 Quad предоставляет целых четыре вычислительных ядра. В отличие от Core 2 Duo, Core 2 Quad построен не на цельном кристалле кремния, а на двух кристаллах Core 2 Duo в одной упаковке. В итоге, когда один кристалл передаёт данные по шине FSB, второму приходится ждать своей очереди. Конечно, такой подход нельзя назвать идеальным, но мы получили самый быстрый настольный процессор в мире.

Socket 478

Socket 478 сегодня уже устарел. Хотя мы бы добавили и процессор для AMD Socket 462, если бы там были модели на 2,4 ГГц. Socket 478 предназначался для процессоров Intel Pentium 4 на основе 130- и 90-нм ядер Northwood и Prescott. Именно эту платформу Intel использовала для перехода с 2,0 на 3,4 ГГц. Кроме того, эта платформа впервые увидела процессор Extreme Edition.

Нажмите на картинку для увеличения.

Процессор Intel Pentium 4 – Northwood (одно ядро)

Мы использовали процессор Pentium 4 Northwood с 512 кбайт кэша L2 и частотой 2,4 ГГц. Будет весьма любопытно сравнить этот процессор с современными моделями, работающими на той же тактовой частоте.

Тестовая конфигурация

Где же новые Pentium 4 и Pentium D?

Мы хотели взять новые процессоры из линеек Pentium 4 500 и Pentium 4 600, а также двуядерные Pentium D, но они не позволяют снизить тактовую частоту до 2,4 ГГц. Даже процессоры начального уровня выпускаются с множителем x14, который при FSB800 (200 МГц) приводит к частоте 2,8 ГГц. Поэтому пришлось обойтись без нового поколения Pentium 4.

Тесты и настройки

Результаты тестов

Аудио

Видео

Приложения

Заключение

Мы вкратце описали четыре разные платформы и семь процессоров, которые использовались в наших тестах анализа соотношения производительности и частоты, но результаты говорят сами за себя. Конечно, было бы неплохо включить процессоры Pentium 4 и Pentium D для Socket 775, но с ними частоту 2,4 ГГц можно выставить только за счёт снижения частоты FSB. Такой шаг не отражал бы реальных условий. Поэтому в тестах участвовали Pentium 4 для Socket 478, Athlon 64 для Socket 939, Athlon 64 X2 для Socket 939 и Socket AM2, а также полная линейка процессоров Core 2 с двумя и четырьмя ядрами.

Наши тесты показывают, насколько мощными являются процессоры Core 2 и Athlon 64 X2. Или насколько сильно отстаёт от них старый 2,4-ГГц процессор Pentium 4. Если сравнивать с одноядерным Athlon 64 4000+, то процессор AMD даёт прирост производительности до 50%, что наглядно показывает, насколько архитектура AMD64 превосходит Intel NetBurst.

Если взглянуть на дву- и четырёхядерные процессоры в паре с приложениями, оптимизированными под несколько потоков (например, 3DStudio Max и Photoshop CS2), то мы видим существенное преимущество от увеличения числа ядер. У Pentium 4 ушло 5 минут 16 секунд на вывод сцены, в то время как Core 2 Duo потребовалось 1 мин. 38 с, а Core 2 Quad – 54 секунды на ту же самую задачу. Причём, во всех случаях частота составляла 2,4 ГГц.

Но, как показывают наши тесты, многие приложения по-прежнему не оптимизированы под число ядер, превышающее два. В частности, многие тесты кодирования аудио и видео, а также iTunes не могут использовать преимущество двух дополнительных ядер. Но шахматный тест Deep Fritz, Photoshop CS2 и 3DStudio Max, с другой стороны, могут.

Говорим ли мы об одно-, дву- или четырёхядерных архитектурах, тактовая частота остаётся хорошим способом увеличения производительности CPU. Но она не может заменить эффективную многоядерную архитектуру. Будет весьма любопытно посмотреть на производительность первых четырёхядерных процессоров AMD позднее в этом году. Будем надеяться, что разработчики ПО смогут быстро задействовать потенциал четырёх вычислительных ядер.