ПРОЦЕССОРЫ

Идеальная частота для новых двуядерных процессоров Intel

Почти каждый процессор можно легко разогнать, конечно, если вооружиться приличной материнской платой. Но в какой-то момент придётся значительно повышать напряжение, чтобы получить ещё более высокие тактовые частоты, и при этом процессор будет потреблять намного больше энергии. Так что у каждого CPU есть определённый режим работы, в котором он обеспечивает лучшую производительность на ватт. Сегодня настало прекрасное время, чтобы определить идеальную тактовую частоту новых двуядерных процессоров Intel Clarkdale, вышедших на рынок под марками Core i3 и Core i5.

Мы уже выполняли подобный анализ на некоторых других системах, обнаружив при этом немало интересного.

В случае четырёхъядерного Phenom II X4 (Deneb) для Socket AM3 наилучшая производительность при сохранении приемлемого энергопотребления достигалась на частоте около 3,6 ГГц. Подробности можно узнать в статье "AMD Phenom II: анализ разгона, производительности и эффективности".

У процессора Core 2 Duo E8000 (Wolfdale) на Socket LGA 775 наиболее эффективная тактовая частота составила около 3,8 ГГц. Подробности можно узнать в статье "Intel Core 2 Duo: анализ разгона, производительности и эффективности".

Четырёхъядерный Core i7-900 (Bloomfield) для Socket LGA 1366 даёт наилучшую производительность на ватт на частоте 3,66 ГГц. Подробности можно узнать в статье "Intel Core i7: анализ разгона, производительности и эффективности".

Наконец, недавно мы также проанализировали эффективность четырёхъядерного Core i5-700 (Lynnfield) для LGA 1156 и обнаружили, что максимальная эффективность наблюдается на тактовой частоте 3,2 ГГц, когда технология TurboBoost увеличивает частоту до 3,84 ГГц. Подробности можно узнать в статье "Intel Core i5: анализ разгона, производительности и эффективности".

Процессор Core 2 Duo на 45-нм техпроцессе достиг наилучшего соотношения производительности на ватт при частоте около 3,8 ГГц, поэтому мы ожидали для двуядерных Core i5 более высоких тактовых частот. Хотя графическое ядро интегрировано в процессор, новые CPU обладают существенным преимуществом, поскольку кристалл процессора изготавливается по 32-нм техпроцессу.

Многие издания сообщили о том, что двуядерные процессоры Core i5 можно разогнать до 4,2-4,5 ГГц с воздушным охлаждением и с относительно небольшими усилиями. Если вы относите себя к экстремальным оверклокерам, то вас заинтересует информация о разгоне до 6-7 ГГц при использовании жидкого азота – это является хорошим доказательством того, что у технологии серьёзный потенциал разгона. Можно будет наверняка получить и 5 ГГц при воздушном охлаждении, когда Intel обновит степпинг через несколько месяцев.

Мы взяли наш двуядерный образец Core i5-661 (3,33 ГГц номинальная тактовая частота, максимальная TurboBoost – 3,60 ГГц, графическое ядро – 900 МГц) и разогнали его путём повышения базовой тактовой частоты (BCLK). В данном случае важно отслеживать и частоту графического ядра, поскольку она тоже привязана к базовой тактовой частоте системы. Наш разгон фокусируется на повышении базовой частоты, чтобы увеличить номинальную тактовую частоту процессора; мы оставляем активной технологию TurboBoost и все функции энергосбережения, такие как C-состояния и SpeedStep.

Clarkdale and TurboBoost

Intel сегодня предлагает четыре двуядерных процессора Core i5 на частотах 3,2, 3,33 и 3,46 ГГц. Все они поддерживают функцию TurboBoost, то есть пиковая тактовая частота может быть и выше, если имеется достаточный запас по тепловыделению и прикладывается высокая нагрузка на процессор. В следующей таблице приведён полный обзор доступных процессоров на архитектуре Nehalem.

Розничная линейка процессоров Intel Nehalem/Westmere для первого квартала 2010
Модель	Кодовое название	Тактовая частота	Макс. режим Turbo	HT	Техпроцесс	Ядра/ потоки	Тепловой пакет	Цена
Core i7-975 Extreme	Bloomfield	3,33 ГГц	3,6 ГГц	Да	45 нм	4/8	130 Вт	$999
Core i7-950	Bloomfield	3,06 ГГц	3,33 ГГц	Да	45 нм	4/8	130 Вт	$562
Core i7-920	Bloomfield	2,66 ГГц	2,93 ГГц	Да	45 нм	4/8	130 Вт	$284
Core i7-870	Lynnfield	2,93 ГГц	3,6 ГГц	Да	45 нм	4/8	95 Вт	$562
Core i7-860	Lynnfield	2,8 ГГц	3,46 ГГц	Да	45 нм	4/8	95 Вт	$284
Core i5-750	Lynnfield	2,66 ГГц	3,2 ГГц	Нет	45 нм	4/4	95 Вт	$196
Core i5-670	Clarkdale	3,46 ГГц	3,73 ГГц	Да	32/45 нм	2/4	73 Вт	$284
Core i5-661	Clarkdale	3,33 ГГц	3,6 ГГц	Да	32/45 нм	2/4	87 Вт	$196
Core i5-660	Clarkdale	3,33 ГГц	3,6 ГГц	Да	32/45 нм	2/4	73 Вт	$196
Core i5-650	Clarkdale	3,2 ГГц	3,46 ГГц	Да	32/45 нм	2/4	73 Вт	$176
Core i3-540	Clarkdale	3,06 ГГц	Н/Д	Да	32/45 нм	2/4	73 Вт	$133
Core i3-530	Clarkdale	2,93 ГГц	Н/Д	Да	32/45 нм	2/4	73 Вт	$133
Pentium G6950	Clarkdale	2,8 ГГц	Н/Д	Нет	32/45 нм	2/2	73 Вт	$ 87

В данной статье мы рассмотрим двуядерный дизайн Clarkdale, то есть 32-нм процессор, который включает 45-нм графическое ядро. Мы использовали процессор Core i5-661, который Intel выслала прессе. По сравнению со всеми другими процессорами Core i3 или i5 графическое ядро 661 работает на частоте 900 МГц, а не на 733 МГц. Мы считаем, что дополнительная частота GPU не такая уж важная функция, поскольку вряд ли будет много пользователей, кто приобретёт систему с интегрированной графикой для запуска на ней приложений или игр с интенсивной 3D-нагрузкой. Как нам кажется, для мультимедийного ПК лучше взять обычную модель процессора, а если требуются игры, то лучше вложить деньги в приличную видеокарту. Конечно, Intel сделала существенный шаг вперёд, но интегрированное графическое ядро по-прежнему не впечатляет.

Основное отличие между моделями Core i3 и i5 заключается в отсутствии функции TurboBoost на Core i3. Кроме того, все настольные процессоры Core i5 поддерживают новые инструкции Intel AES New Instructions, ускоряющие шифрование или расшифровку, которых у Core i3 тоже нет. Наконец, у процессоров Core i3 меньшие номинальные тактовые частоты, но из-за низкой цены и потенциала разгона, который обычно лишь немного уступает более скоростным моделям, эти процессоры могут немало дать за потраченные деньги.

TurboBoost в работе

Технология TurboBoost может ускорять тактовую частоту процессора на один 133-МГц прирост для обоих ядер или на две ступени (266 МГц) при нагрузке на одно ядро.

Частота в режиме бездействия 1200 МГц устанавливается технологией SpeedStep, переход на неё осуществляется при низкой нагрузке на CPU.

Номинальная тактовая частота 3,33 ГГц достигается при обычной работе без существенной нагрузки на процессор, либо когда условия тепловыделения не позволяют процессору ускоряться через функцию TurboBoost. На приведённом выше скриншоте технология TurboBoost обеспечила на 133 МГц более высокую тактовую частоту (3,46 вместо 3,33 ГГц) для обоих ядер.

Если же запустить однопоточную нагрузку, то процессор ускорится на два 133-МГц шага до 3,6 ГГц.

Поскольку TurboBoost – весьма полезная и разумная функция, нам кажется, что разгонять процессор нужно так, чтобы максимизировать прирост TurboBoost, но при этом оставить низкую номинальную частоту для снижения энергопотребления. Традиционный разгон подразумевает работу CPU на фиксированной тактовой частоте, что может быть быстро, но уже не так эффективно. Давайте посмотрим, насколько хорошо нам удалось разогнать Core i5.

Разгон

Мы решили использовать "коробочную" версию кулера из комплекта поставки Intel и не очень сильно увеличивать напряжение, поскольку хотели быть ближе к жизни: многие пользователи хотят получить прирост производительности просто так или при минимальных затратах, а в идеальном случае и без повышения общего энергопотребления – а серьёзное повышение напряжения неминуемо значительно увеличит энергопотребление.

140 МГц BCLK – номинальная частота 3,5 ГГц

Наш первый шаг заключался в переходе с базовой тактовой частоты 133 МГц на 140 МГц. Это слабо повлияло на частоту в режиме бездействия, однако номинальная частота увеличилась с 3,33 ГГц до 3,5 ГГц.

Технология TurboBoost увеличила частоту до 3,65 ГГц на обоих ядрах...

...и до 3,8 ГГц при нагрузке всего одного ядра.

148 МГц BCLK – номинальная частота 3,7 ГГц

Частота в режиме бездействия повышается до 1400 МГц при увеличении базовой частоты до 148 МГц (множитель 9x). Номинальная тактовая частота теперь составляет 3,70 ГГц.

TurboBoost ускоряет процессор с 3,7 до 3,85 ГГц когда есть достаточный запас по тепловыделению обеих ядер.

Пиковая частота для одного ядра составляет теперь 4,0 ГГц. Помните, что мы достигли этого результата лишь с мизерным увеличением напряжения (см. таблицу ниже).

156 МГц BCLK – номинальная частота 3,9 ГГц

Базовая частота 156 МГц приводит к номинальной тактовой частоте 3,9 ГГц (множитель 25) и частоте в режиме бездействия 1400 МГц.

Если два ядра находятся под интенсивной нагрузкой, то технология TurboBoost обеспечит прирост частоты до 4,06 ГГц.

Если нагружено одно ядро, то частота увеличивается до 4,21 ГГц.

160 МГц BCLK – номинальная частота 4,0 ГГц

Следующий шаг - базовая частота 160 МГц. Умножьте её на множитель по умолчанию 25 - и получите номинальную частоту 4,0 ГГц.

Технология TurboBoost увеличивает частоту двух ядер до 4,16 ГГц.

А если одного ядра достаточно для выполнения всей нагрузки на системе, то процессор увеличивает частоту двумя шагами по 160 МГц, что даёт 4,32 ГГц. Для этого нам пришлось увеличить напряжение в BIOS на 0,135 В.

Тестовая конфигурация

Напомним, что мы проводили тесты, используя эталонный "коробочный" кулер Intel для LGA 1156. Он входит в комплект поставки всех двуядерных процессоров Core i5, при этом кулер достаточно мощный, чтобы справиться с увеличением частоты двуядерных Core i5 до уровня 4 ГГц. У кулера присутствует медный сердечник, а в работе он достаточно тихий, чтобы удовлетворить требованиям среднего пользователя. Но поскольку кулер в два раза ниже, чем модели для четырёхъядерных процессоров с тепловыделением 95 или 130 Вт, многого ожидать не приходится. Но мы всё же решили использовать штатный кулер, поскольку не каждый готов выложить дополнительные $30-80 за модель стороннего производителя. В любом случае, если вы хотите получить лучшее охлаждение и меньший уровень шума, мы рекомендуем брать OEM-версию процессора и покупать кулер отдельно.

Аппаратная конфигурация
Материнская плата (Socket LGA1156)	MSI H55M-ED55 (Rev. 1.0), чипсет: Intel H55, BIOS: 1.1 Beta 1 (09/08/2009)
Процессор CPU	Intel Core i5-661 (32 нм, 3,33 ГГц, 2x 256 кбайт кэша L2 и 4 Мбайт кэша L3, TDP 87 Вт, Rev. B1)
Память DDR3 (два канала)	2x 2 Гбайт DDR3-1600 (Corsair CM3X2G1600C9DHX)
Видеокарта	Intel HD Graphics
Жёсткий диск	Western Digital VelociRaptor, 300 Гбайт (WD3000HLFS), 10 000 об/мин, SATA/300, кэш 16 Мбайт
Блок питания	PC Power & Cooling, Silencer 750EPS12V 750W
Системное ПО и драйверы
Операционная система	Windows Vista Enterprise Version 6.0 x64, Service Pack 2 (Build 6000)
Драйвер чписета Intel	Chipset Installation Utility Ver. 9.1.1.1025
Драйвер Intel Storage	Matrix Storage Drivers Ver. 8.8.0.1009

Тесты и настройки

Аудио
iTunes	Version: 8.1.0.52 Audio CD ("Terminator II" SE), 53 min. Convert to AAC audio format
Lame MP3	Version 3.98 Audio CD "Terminator II SE", 53 min. convert WAV to MP3 audio format Command: -b 160 --nores (160 Kbps)
Видео
TMPEG 4.6	Version: 4.6.3.268 Video: Terminator 2 SE DVD (720x576, 16:9) 5 Minutes Audio: Dolby Digital, 48000 Hz, 6-channel, English Advanced Acoustic Engine MP3 Encoder (160 Kbps, 44.1 KHz)
DivX 6.8.5	Version: 6.8.5 == Main Menu == default == Codec Menu == Encoding mode: Insane Quality Enhanced multi-threading Enabled using SSE4 Quarter-pixel search == Video Menu == Quantization: MPEG-2
XviD 1.2.1	Version: 1.2.1 Other Options / Encoder Menu - Display encoding status = off
Mainconcept Reference 1.6.1	Version: 1.6.1 MPEG-2 to MPEG-2 (H.264) MainConcept H.264/AVC Codec 28 sec. HDTV 1920x1080 (MPEG-2) Audio: MPEG2 (44.1 kHz, 2-channel, 16-bit, 224 Kbps) Codec: H.264 Mode: PAL (25 FPS) Profile: Settings for eight threads
Приложения
GriSoft AVG Anti Virus 8	Version: 8.5.287 Virus base: 270.12.16/2094 Benchmark Scan: some compressed ZIP and RAR archives
Winrar 3.9	Version 3.90 x64 BETA 1 Compression = Best Benchmark: THG-Workload
Winzip 12	Version 12.0 (8252) WinZIP Commandline Version 3 Compression = Best Dictionary = 4096KB Benchmark: THG-Workload
Autodesk 3D Studio Max 2009	Version: 9 x64 Rendering Dragon Image Resolution: 1920 x 1280 (frame 1-5)
Adobe Photoshop CS4 (64-Bit)	Version: 11 Filtering a 16 MBTIF (15000x7266) Filters: Radial Blur (Amount: 10; Method: zoom; Quality: good) Shape Blur (Radius: 46 px; custom shape: Trademark sysmbol) Median (Radius: 1px) Polar Coordinates (Rectangular to Polar)
Adobe Acrobat 9 Professional	Version: 9.0.0 (Extended) == Printing Preferenced Menu == Default Settings: Standard == Adobe PDF Security - Edit Menu == Encrypt all documents (128 bit RC4) Open Password: 123 Permissions Password: 321
Microsoft Powerpoint 2007	Version: 2007 SP2 PPT to PDF Powerpoint Document (115 Pages) Adobe PDF-Printer
Deep Fritz 11	Version: 11 Fritz Chess Benchmark Version 4.2

Результаты тестов

Приложения

Проверка на вирусы с помощью AVG не очень выигрывает от большей тактовой частоты. Впрочем, это отнюдь не относится ко всем антивирусным программам.

3DS Max масштабируется линейно, но это приложение может выиграть намного сильнее, если вы остановите свой выбор на 4-ядерном процессоре вместо разгона. Тогда вы получите примерно в два раза меньшее время рендеринга изображения при равных тактовых частотах.

Мы выполняли создание документа PDF из 115-страничной документации Powerpoint. Данный процесс занял 1:35 на штатных тактовых частотах, но после увеличения номинальной частоты до 4,00 ГГц (4,16/4,32 ГГц TurboBoost) мы получили 1:17.

Мы видим заметные преимущества и при обработке фотографий с помощью Photoshop.

Архиватор WinZIP 12 не так хорошо оптимизирован, чтобы выигрывать от дополнительных ядер, но он получает преимущество от увеличения тактовой частоты.

Шахматная программа Fritz 11 выигрывает от нескольких ядер и от прироста тактовой частоты.

Кодирование аудио/видео

Кодировщик Lame MP3 всё ещё популярен для преобразования аудио-CD (.wav) в формат MP3, в немалой степени из-за расширенных настроек. Время конвертации сильно зависит от тактовой частоты.

DivX - популярный кодек видео, который, как правило, используется в контейнерах .avi. Перекодирование видеофайла из формата MPEG-2 стандартного разрешения в формат DivX 6 выполняется быстрее после разгона, но разница не такая существенная.

Мы наблюдаем похожие результаты в XviD: тест выигрывает от более высоких тактовых частот, но не стоит ожидать существенного прироста производительности.

И ещё один похожий тест, на этот раз кодировщик видео Mainconcept. Он в качестве источника получает поток видео FullHD MPEG-2 и создаёт файл в формате H.264.

Энергопотребление

Энергопотребление зависит от тактовых частот процессора в режиме бездействия и прикладываемого напряжения. Когда мы начинаем увеличивать напряжение процессора (что нам приходится делать), то мы наблюдаем повышение энергопотребления системы в режиме бездействия. Тактовые частоты в режиме бездействия увеличиваются со штатных 1200 МГц (3,33 ГГц/ 133 МГц BCLK) до 1440 МГц (4,0 ГГц/ 160 МГц BCLK). Впрочем, 40 Вт вместо 35 Вт звучит приемлемо в свете прироста производительности.

Пиковое энергопотребление также повышается с 86 Вт при максимальной тактовой частоте 3,46 ГГц до 114 Вт при работе на 4,16 ГГц. Это немало, впрочем, следует помнить, что данное значение касается только серьёзной нагрузки, процессор возвращается в состояние бездействие после выполнения работы.

Эффективность

Время выполнения тестового прогона.

Мы начнём с оценки времени выполнения нашего тестового прогона, который состоит из следующих приложений, запускаемых по очереди: 3DS Max, DivX, Xvid, Lame, MainConcept, PDF Creation (Adobe Acrobat 9 и MS Powerpoint 2007), Photoshop CS4, AVG Anti-Virus, WinRAR, WinZip 12. Мы наблюдаем снижение времени выполнения прогона с почти 30 минут на штатных тактовых частотах до менее чем 26 минут при самом серьёзном разгоне.

Среднее энергопотребление во время прогона.

На диаграмме выше показано среднее энергопотребление во время нашего тестового прогона для всех частот.

Суммарная затраченная энергия.

Мы также рассчитали энергию, которая потребовалась на выполнение всего тестового прогона. Интересно видеть, что первые три строчки дают фактически одинаковое количество потреблённой энергии на прогон, хотя производительность различается. Теперь мы можем оценить эффективность, разделив производительность на энергопотребление.

По диаграмме суммарной затраченной энергии уже можно было об этом догадаться. Но результат таков: разгон до 3,7 ГГц с тактовыми частотами TurboBoost 3,85/4,0 ГГц можно назвать наиболее разумным, поскольку мы получили наилучшую эффективность - производительность в расчёте на затраченную энергию.

Другие архитектуры процессоров демонстрируют увеличение эффективности после небольшого разгона, но в случае двуядерного Core i5 мы этого не наблюдаем. Впрочем, если слишком сильно разогнать процессор, то мы получим снижение эффективности (хотя, конечно, при этом производительность будет увеличиваться).

Нажмите на картинку для увеличения.

Заключение

Мы не хотели бы в очередной раз подробно обсуждать двуядерные процессоры Clarkdale Core i5/i3 - мы уже детально их рассматривали, они обеспечивают прекрасную производительность и впечатляющую эффективность, хотя и стоят ощутимо дороже предложений AMD. В данной статье мы оценивали прирост производительности и влияние на эффективность разгона процессора семейства Core i5-600. Мы использовали модель 661, у которой графическое ядро работает на 900 МГц, а не на 733 МГц.

Наше тестирование показало, что процессор даёт более или менее стабильную эффективность до частоты 3,9 ГГц. Это означает, что увеличение напряжения и тактовой частоты приводят к повышению энергопотребления, которое эквивалентно приросту производительности. Но если вы хотите превзойти номинальную тактовую частоту 4 ГГц, то вам придётся сильнее увеличивать напряжение процессора (Vcore) - а это ощутимо снизит производительность на ватт. Наши рекомендации будут следующими: оставляйте номинальную тактовую частоту в диапазоне 3,7-3,9 ГГц. Технология Intel TurboBoost по-прежнему сможет обеспечить увеличение тактовой частоты на один или два шага выше.

По результатам наших тестов можно сделать два вывода. Первый: разница в энергопотреблении между штатным режимом и нашим максимальным разгоном (4,0 ГГц номинальная частота, 4,32 ГГц пиковая частота TurboBoost) не так значительна. По нашим измерениям мы получили разницу в 5 Вт в режиме бездействия и примерно 30 Вт под пиковой нагрузкой. Хотя эффективность при достижении уровня 4,0 ГГц снижается, имеет смысл разогнать процессор ещё сильнее. Потенциал разгона у 32-нм процессоров весьма приличный, а увеличение энергопотребления при этом не так существенно. Всё что вам потребуется - более эффективный кулер. Мы использовали "коробочный" кулер Intel, который вы получите, приобретая розничную версию процессора. Наконец, можно сделать некоторые улучшения и в области питания, поскольку 750-Вт блок питания PC Power and Cooling, который мы используем уже несколько обзоров подряд, не идеальный вариант для нашей системы. Всё же потребляет она немного энергии, поэтому имеет смысл взять менее мощный блок питания, который обеспечивал бы большую эффективность для потребляемого уровня энергии - это тоже позволит сэкономить энергию.

Второй вывод касается TurboBoost: неплохо было бы получить более мощный эффект! У текущей архитектуры явно есть потенциал, так почему бы его не использовать? Почему бы Intel не реализовать более сложные схемы автоматического разгона? Технологии TurboBoost и SpeedStep имеют близкие принципы работы, но причины их возникновения разные. Блок управления питанием процессора PCU ведь уже есть в процессоре, он как раз отвечает за динамическое изменение тактовой частоты. Вообще, неплохо было бы получить процессоры, которые различались бы не частотами, а тепловыми спецификациями: например, 65-Вт настольный CPU обеспечивал бы экономию энергии, но ограниченный и разумный "разгон", чтобы оставаться в пределах теплового пакета. В то же время 130-Вт high-end CPU мог бы не так сильно экономить энергию, но зато он сильнее бы увеличивал тактовые частоты при пиковых нагрузках. Наконец, флагманские процессоры Extreme Edition могли бы дать возможность пользователям модифицировать тепловые ограничения на свой страх и риск. Конечно, всё это мечты, но они могут воплотиться в реальность. Всё же такой подход тоже имеет право на жизнь в мире процессоров, где сегодня всё завязано на тактовую частоту.

Обсуждение в форуме

Подписаться на рассылку

Другие статьи