Intel Turbo Boost против разгона: анализ преимуществ – THG.RU

Введение

Я помню компьютер, который приобрёл ещё в 1998 году. Он использовал процессор Pentium II 233 на ядре Intel Deschutes с материнской платой Asus P2B. Система была быстрой, но мне хотелось сделать с ней что-то более интересное. И я начал с установки кулера стороннего производителя. Сейчас я уже не помню, какой точно потенциал по производительности я смог выжать, но я помню, что мне он казался недостаточным. В какой-то момент я вскрыл пластиковый картридж слотового процессора и начал экспериментировать с кулерами Пельтье, чтобы получить ещё лучшее охлаждение. В конце концов, я получил стабильно работающий процессор на частоте 400 МГц – на том же уровне, что и самые дорогие модели в то время, но существенно дешевле.

Конечно, сегодня разгон даёт намного более существенный прирост, чем 166 МГц. Но принципы остаются прежними: берём процессор, работающий на штатных тактовых частотах, после чего выжимаем из него максимум, пытаясь достичь производительности high-end и более дорогих моделей. Если приложить немного усилий, то можно весьма легко заставить работать Core i7-920 дешевле $300 на уровне производительности Core i7-975 Extreme за $1000, не потеряв надёжность.

Как насчёт автоматического разгона?

Разгон в целом всегда был сложным вопросом для AMD и Intel, которые официально не поддерживали эту практику, а также лишали гарантии, если у CPU наблюдались следы вмешательства. Впрочем, на публике оба производителя пытаются завоевать доверие энтузиастов, предлагая утилиты для разгона, поддерживая агрессивные настройки в BIOS и даже продавая процессоры с разблокированным множителем. Впрочем, опытные пользователи всегда знали, что бесплатный сыр бывает только в мышеловке, поэтому убийство CPU слишком большим напряжением входит в допустимые риски.

Но с появлением технологии Turbo Boost у процессоров Intel Core i7 для LGA 1366 и последующим выходом более агрессивной реализации с процессорами Core i5 и Core i7 для LGA 1156, Intel реализовала собственную технологию интеллектуального разгона, учитывающую несколько разных факторов: напряжение, сила тока, температура и P-состояния операционной системы, связанные с нагрузкой на CPU.

Нажмите на картинку для увеличения.

Отслеживая все эти параметры, встроенная система управления Intel может повышать производительность, увеличивая тактовую частоту в ситуациях, когда максимальный тепловой пакет (TDP) процессора не достигнут. Выключая неиспользованные ядра и, таким образом, снижая энергопотребление, процессор освобождает больше потенциала для однопоточных нагрузок, чуть меньше для двух активных потоков, ещё меньше для трёх нагруженных ядер и так далее. В результате “автоматический разгон” Intel представляет собой элегантный и последовательный способ для увеличения производительности без превышения теплового пакета (TDP) у любого рассматриваемого процессора (130 Вт в случае процессора Intel Bloomfield и 95 Вт в случае процессора Lynnfield).

Можете ли вы сделать лучше?

Когда мы обнаружили, что процессоры Core i7-860 и -870 ускоряются на впечатляющие 667 МГц в однопоточных приложениях, мы стали задавать себе вопрос: следует ли продвинутому пользователю самостоятельно заниматься разгоном процессора, рискуя испортить хороший CPU, или можно просто понадеяться на динамический разгон Intel? Нет, мы не хотим показаться ленивыми. Будем надеяться, что для энтузиастов действительно существуют ощутимые преимущества, обеспечивающие лучшую производительность. Но мы всё же не хотим предать забвению усилия инженеров Intel, сделанные ими в попытках оптимизировать Nehalem для сбалансированной производительности в одно- и многопоточных приложениях.

Turbo Boost против разгона.

Мы решились на небольшой эксперимент: мы взяли процессоры Core i5-750 и Core i7-860, разогнали каждый из них, после чего сравнили результаты двух процессоров на штатных частотах с активной и с отключённой технологией Turbo Boost. Конечно, в нашей лаборатории есть образцы Intel, но мы не можем достоверно считать их представителями розничных моделей. Поэтому мы купили оба процессора в магазине Newegg, просто чтобы удостовериться в таком соответствии. Мы рассматривали использование “коробочного” кулера Intel, но в итоге посчитали, что никогда не получим 4 ГГц и больше, если не приобретём кулер стороннего производителя. Поэтому для тестов мы взяли модель Thermalright MUX-120.

Готовимся к сравнению

Процессоры

Как уже упоминалось, мы использовали в нашем эксперименте розничные версии процессоров Core i5-750 и Core i7-860 – двух моделей, как нам кажется, больше всего интересующих энтузиастов. Процессор i5-750 относится к ценовому уровню $200 и может надёжно работать на частоте 4 ГГц или выше, а i7-860 является альтернативой уровня $300 с поддержкой Hyper-Threading, базовой тактовой частотой 2,8 ГГц и дополнительной ступенькой Turbo Boost при одном активном потоке.

Нажмите на картинку для увеличения.

Нажмите на картинку для увеличения.

Почему мы не взяли процессор Core i7-920? Это тоже весьма интересный вариант, особенно если вы планируете собрать high-end игровую систему, и вам требуются дополнительные линии PCI Express 2.0, которые есть у чипсета Intel X58. Но примерно по той же цене, что и Core i7-860, процессор i7-920 добавляет третий канал памяти, теряет 133 МГц базовой тактовой частоты и предоставляет не такой агрессивный режим Turbo Boost. Кроме того, покупка процессора для LGA 1366 подразумевает приобретение дорогой материнской платы на Intel X58. Lynnfield и P55 больше подходят для тех энтузиастов, кому интересно оптимальное соотношение цена/производительность у новой сборки.

Материнская плата

Наш выбор материнской платы озадачит некоторых пользователей, но мы взяли Intel DP55KG по нескольким причинам.

Начнём с технических: мы изначально планировали использовать нашу материнскую плату Asus Maximus III Formula. Но после обновления платы до последней версии BIOS, опубликованной на сайте компании, она перестала стабильно работать с нашим розничным CPU и набором памяти Corsair Dominator. Вероятно, нам просто не повезло, поэтому мы взяли материнскую плату Gigabyte P55A-UD6, которая прекрасно работала с активной функцией Turbo Boost, но уже не так хорошо повела себя с отключённой Turbo Boost. Тесты прошли успешно, но при запуске приложений и во время навигации Windows создавалось ощущение, что перед нами не мощная машина, а Pentium II десятилетней давности.

Нажмите на картинку для увеличения.

Поэтому в поисках простого решения, мы перешли на материнскую плату Intel DP55KG, которая хорошо показала себя в последнем тестировании моделей на Intel P55. Если уж какая материнская плата и должна была работать так, как положено, так это собственная модель Intel, ориентированная на энтузиастов. Как и следовало ожидать, материнская плата Kingsburg справилась с нашей задачей, поэтому мы продолжили тесты.

Затем мы постарались устранить “узкие места”. Видеокарта ATI Radeon HD 5850 прекрасно подойдёт для экономных энтузиастов, а 160-Гбайт твёрдотельный накопитель Intel второго поколения минимизирует проблемы с подсистемой хранения данных. Два 2-Гбайт модуля Corsair DDR3-1600 Dominator GT DDR3-2200 8-8-8 позволили нам работать с частотами DDR3-1600 без каких-либо проблем со стабильностью.

Тестовая конфигурация

Тесты и настройки

Результаты тестов

Наши первые тестовые результаты уже оказались весьма любопытными. Мы наблюдаем, что технология Turbo Boost даёт минимальный прирост производительности по общему результату PCMark Vantage. Между тем разгон приводит к значительному отрыву обоих процессоров. Функция Turbo Boost оказалась намного более эффективной в тестах “TV and Movies” и “Productivity”, хотя разгон даёт ещё больший выигрыш в обоих случаях, как и можно было ожидать.

Что интересно, технология Hyper-Threading даёт минимальное преимущество – это мы наблюдаем во всех тестовых прогонах этого пакета. Конечно, данный пакет опирается на функции, встроенные в Windows 7, поэтому вполне вероятно, что компоненты операционной системы не так хорошо оптимизированы под Hyper-Threading, как Microsoft пытается заставить поверить нас.

Технология Turbo Boost очень слабо влияет на общие результаты 3DMark Vantage, но, по крайней мере, даёт ощутимое преимущество в тесте CPU. В тестах же GPU мы не видим заметного влияния. Впрочем, ручной разгон в тестах GPU тоже сказывается слабо. Но это и не удивляет. Оба CPU достаточно быстрые, чтобы не стать “узким местом” для нашей одиночной видеокарты Radeon HD 5850, поэтому мы ожидаем очень слабый прирост производительности в играх после увеличения тактовой частоты центрального процессора.

Данный синтетический тест дал существенный прирост из-за технологии Hyper-Threading в прогоне CPU, который соответствует приросту после ручного разгона, а именно четырёхъядерный i5-750 на 4 ГГц равняется по производительности i7-860 на штатных тактовых частотах с Turbo Boost. Что ж, нам ещё предстоит увидеть, насколько хорошо эти результаты будут соответствовать реальным приложениям.

Самый значимый прирост после разгона наблюдается в тесте Dhrystone iSSE4.2, где Hyper-Threading сказывается слабо. В тесте же Whetstone iSSE3 мы видим, что 4-ГГц Intel Core i5-750 не может дотянуться до Core i7-860, работающего на штатных 2,8 ГГц.

Мультимедийные тесты также демонстрируют, что технология Turbo Boost не даёт существенного прироста, зато мы получаем увеличение производительности после разгона обоих CPU до 4 ГГц. Hyper-Threading играет важную роль в обоих тестовых прогонах, что тоже интересно, поскольку мы предполагали, что Turbo Boost окажет более существенное влияние в реальных тестах.

На штатных тактовых частотах пропускная способность памяти почти не меняется при активации или выключении Turbo Boost. Это связано с тем, что Turbo Boost влияет только на множитель процессора, оставляя базовую тактовую частоту BCLK неизменной (поэтому и делитель памяти не меняется).

Но когда мы разгоняем процессоры, увеличивая базовую частоту BCLK (поскольку у наших CPU множитель заблокирован), то пропускная способность памяти тоже повышается, что мы и видим по результатам теста SiSoftware Sandra 2010 Bandwidth.

Кодирование аудио и видео

Мы обновили наш тестовый пакет до последней версии Apple iTunes (9.0.2.25), но поведение программы не изменилось. Она по-прежнему плохо оптимизирована под многопоточность, поэтому технология Hyper-Threading в данном случае только вредит.

С другой стороны, нагрузка на всего одно ядро приводит к тому, что Turbo Boost заметно повышает производительность в iTunes. То же самое можно сказать и про ручной разгон обоих чипов до 4 ГГц. Приятно наблюдать, что теория подтверждается практикой.

К сожалению, iTunes можно назвать исключением в нашем тестовом пакете, где преобладают приложения с хорошей поддержкой многопоточности. Давайте посмотрим, как они поведут себя.

MainConcept может использовать столько потоков, сколько есть в наличии. Даже при отключённой технологии Turbo Boost процессор Core i5-750 работает на тактовой частоте 2,66 ГГ, а i7-860 – на 2,8 ГГц. Хотя данный тест нагружает все четыре ядра, работа в пределах теплового пакета и допустимой температуры означает, что мы получаем один шаг (133 МГц) при включении Turbo Boost, именно поэтому оба процессора показывают с этой функцией лучшие результаты.

Больше чем Turbo Boost, функция Hyper-Threading даёт Core i7-860 значимое преимущество по сравнению с i5-750 – хорошее свидетельство того, что для многопоточных приложений действительно имеет смысл доплатить за функцию Hyper-Threading.

Впрочем, разгон минимизирует разницу между двумя CPU. На частоте 4 ГГц оба процессора справляются с работой существенно быстрее, чем на штатных частотах. Конечно, у Core i5 мы наблюдаем более существенный прирост в процентах, поскольку этот процессор не получает многопоточного ускорения на штатных частотах из-за отсутствия Hyper-Threading.

Перейдём к результатам кодека DivX, хорошо оптимизированного под многопоточность, а также кодека Xvid, оптимизированного уже не так хорошо.

Как и можно было ожидать, кодек Xvid не даёт преимущества (а на самом деле даже проигрывает) из-за активной технологии Hyper-Threading на Core i7-860 по сравнению с Intel i5-750. Впрочем, Turbo Boost ускоряет выполнение задание на обоих CPU.

Что интересно, DivX тоже не слишком сильно выигрывает от Hyper-Threading, что заставляет предположить об ограничении в четыре потока. В нашем случае Core i7-860 оказывается лишь чуть быстрее. И оба процессора получают существенное ускорение от разгона – достаточное, чтобы сказать, что ручной разгон является наилучшим способом для ускорения производительности в многопоточных приложениях, а от Turbo Boost вы такого сильного прироста не получите.

HandBrake – новая программа в нашем тестовом пакете. Это бесплатная утилита, которая может выигрывать от поддержки многопоточности. В нашем тесте мы преобразовывали первый файл .vob фильма “Последний самурай/The Last Samurai” в формат .mp4.

Поскольку утилита поддерживает многопоточность, функция Turbo Boost сказывается слабо. Но, опять же, интересно видеть, что Hyper-Threading не даёт такого же серьёзного эффекта, как, например, мы видели в пакетах SiSoftware Sandra или 3DMark Vantage. Реальный способ увеличения производительности кроется в ручном разгоне – мы получаем значительное улучшение производительности, повышая частоту наших тестовых CPU до 4 ГГц.

Приложения продуктивности

Наш тест Adobe Photoshop CS4 состоит из нескольких многопоточных фильтров накладываемых на изображение .TIF. Поэтому неудивительно, что технология Turbo Boost даёт минимальный эффект. Hyper-Threading тоже сказывается не очень ощутимо.

Но что действительно помогает увеличить производительность пакета Photoshop CS4, так это тактовая частота. Core i7-860 на 2,8 ГГц показывает себя чуть лучше, чем Core i5-750 на 2,66 ГГц, а Turbo Boost даёт 133 МГц обоим процессорам. На частоте 4 ГГц оба процессора демонстрируют сравнимые результаты, которые намного превышают таковые без разгона.

Нас озадачило поведение антивируса AVG 9, который уже не так хорошо масштабируется после обновления с AVG 8.5. Впрочем, запуск диспетчера задач во время теста разъясняет ситуацию. При работе сканера он потребляет, в лучшем случае, 10% ресурсов процессора. Мы провели тесты антивируса на двухпроцессорных чипах и на платформах Atom – производительность действительно замедляется, если уменьшить число вычислительных ядер и снизить тактовую частоту. Однако Core i5-750 и Core i7-860 работают на очень близком уровне, так что можно сказать, что их производительность в AVG 9 идентична.

3ds Max 2010 выигрывает от обеих технологий Hyper-Threading и Turbo Boost. Разгон остаётся наилучшим способом для получения максимальной производительности в этой программе. Core i5-750 демонстрирует преимущество на 4 ГГц из-за 200-МГц базовой частоты BCLK, которая на 10 МГц выше, чем 190 МГц у i7-860 на 4 ГГц.

Этот архиватор хорошо оптимизирован под многопоточность (чего нельзя сказать о поддержке Hyper-Threading). WinRAR даёт минимальный прирост скорости от технологии Turbo Boost, поскольку активны все четыре ядра. Выключение Turbo Boost полностью снижает частоту каждого CPU на 133 МГц при полной нагрузке, так что эта технология всё же немного помогает.

Впрочем, когда оба процессора работают на 4 ГГц, то производительность оказывается сравнимой (и существенно более быстрой, чем на штатных частотах).

Мы добавили архиватор 7zip в наши тесты по просьбам читателей. Он бесплатный и хорошо оптимизирован под современные архитектуры процессоров.

Как можно видеть, скорость сжатия (в кбайт/с) масштабируется пропорционально не только тактовой частоте, но и числу доступных ядер. На самом деле, Core i5-750 на 4 ГГц даже не может дотянуться до Core i7-860 на 2,8 ГГц с отключённой функцией Turbo Boost.

Поскольку данный архиватор хорошо оптимизирован под многопоточность, то Turbo Boost влияет слабо. Hyper-Threading добавляет немного производительности, а разгон вновь даёт серьёзную победу.

3D-игры

Crysis

Игра Crysis во всех трёх протестированных разрешениях демонстрирует ничтожный прирост от Turbo Boost, Hyper-Threading или разгона.

Left 4 Dead 2

Эта игра появилась в нашем тестовом пакете недавно. В отличие от Crysis, которая нагружает, в основном, графическую подсистему, Left 4 Dead 2 более эффективно масштабируется в зависимости от производительности процессора (конечно, если у вас не менее мощная видеокарта, чем наша Radeon HD 5850).

Мы видим, что автоматический прирост 133 МГц из-за технологии Turbo Boost немного помогает на низких разрешениях, но Hyper-Threading вообще никак не сказывается. Разгон даёт ощутимый прирост в разрешениях 1680×1050 и 1920×1200. Впрочем, все эти приросты уже не наблюдаются, стоит включить сглаживание и анизотропную фильтрацию. Как и в случае Crysis, производительность начинает выравниваться, независимо от того, работает ли в вашей системе Core i5-750 на 2,66 ГГц или Core i7-860 на 4 ГГц.

Call Of Duty Modern Warfare 2

Мы не будем проводить полный набор игровых тестов, поскольку смысла нет никакого. В нашем третьем и последнем игровом тесте Call of Duty Modern Warfare 2 мы видим, что производительность CPU не всегда соответствует производительности в играх. Эта популярная игра – не лучший вариант для тестирования, но 60-секундный прогон Act II: The Gulag показывает нам, что Turbo Boost, Hyper-Threading и даже разгон до 4 ГГц не приводят к увеличению частоты кадров.

Энергопотребление

Теперь наступает тоже интересный момент. Если бы можно было настроить все процессоры на работу до 4 ГГц без изменения всех других переменных, то наши рекомендации на основе тестов производительности уже были бы очевидны. Увы, но это не так.

Хорошая новость заключается в том, что вы можете поднять напряжение на каждом процессоре, увеличить их частоту до 4 ГГц, после чего получить вполне скромное энергопотребление в режиме бездействия. Технология Enhanced SpeedStep реализована на материнской плате Intel DP55KG должным образом даже при установке базовой частоты BCLK до 200 или 190 МГц, то есть оба наших тестовых процессора сбрасывали тактовые частоты без нагрузки. Конечно, мы наблюдаем незначительное увеличение энергопотребление в обоих случаях, но оно составляет два или три ватта, что можно игнорировать.

Нажмите на картинку для увеличения.

График прогона PCMark Vantage на Intel Core i5-750 говорит о совершенно иной картине при работе процессора под нагрузкой. На графике вы обнаружите три линии: зелёная представляет наш прогон i5-750 с полностью отключённой технологией Turbo Boost, красная – энергопотребление при активной технологии Turbo Boost, а синяя – энергопотребление платформы при разгоне процессора до 4 ГГц, используя базовую частоту 200 МГц BCLK и напряжение 1,45 В.

Вполне понятно, что включение Turbo Boost приводит к повышению энергопотребления. Но оно намного ниже, чем в случае разгона и увеличения напряжения, которое необходимо для стабильной работы нашего 2,66-ГГц процессора на 4 ГГц.

Среднее энергопотребление без технологии Turbo Boost составило 115 Вт для всего прогона. После включения Turbo Boost среднее энергопотребление увеличилось до 120 Вт. После разгона до 4 ГГц оно возросло до 156 Вт, и при этом мы закончили тест всего на 28 секунд быстрее.

Заключение

В итоге наше исследование преимуществ Turbo Boost, Hyper-Threading и старого доброго разгона дало нам почву для размышлений.

Первое, что мы узнали: технология Turbo Boost оказывается наиболее эффективной при улучшении производительности приложений, плохо оптимизированных под многопоточность. Сегодня таких приложений становится всё меньше, но у нас всё же есть пара программ, которые получают серьёзный прирост производительности после включения Turbo Boost. Мы также заметили постоянный небольшой прирост после включения Turbo Boost, причём даже в многопоточных приложениях, который связан с одним шагом ускорения при использовании четырёх ядер. В общем, интеллектуальный разгон, встроенный в процессоры на основе дизайна Nehalem, даёт Intel конкурентоспособное преимущество по сравнению с AMD и собственной линейкой Core 2 в таких приложениях, как iTunes, WinZip и Lame. Turbo Boost уже не так сильно сказывается на производительности MainConcept, HandBrake, WinRAR и 7zip – эффективно написанных приложениях, которые могут полностью нагружать четырёхъядерные процессоры благодаря своему параллелизму.

Толку от Hyper-Threading ещё меньше, но, опять же, мы можем привести пару примеров, когда эта технология хорошо показывает себя в реальных условиях. Приложения перекодирования видео, например, умеют использовать Hyper-Threading и позволяют снизить время выполнения задачи. Вместе с тем есть все причины, по которым мы бы стали рекомендовать Core i5-750. Этот процессор стоит почти на $100 дешевле Core i7-860, но при этом он обеспечивает практически такой же уровень производительности с минимальным падением в должным образом оптимизированных программах. Перед нами, своего рода, современная версия знаменитого Celeron 300A, который надёжно работал на 450 МГц.

Самую крупную победу по-прежнему одержал ручной разгон. Конечно, мы по достоинству оцениваем новую функцию Turbo Boost в процессорах Core i5 и Core i7, но важно подчеркнуть, что преимущество от этой технологии наиболее очевидно в однопоточных приложениях (и это преимущество постепенно сходит на нет, по мере того, как разработчики начинают в полной мере использовать современные многоядерные архитектуры). Если же нагрузка на процессоры будет полной, то преимущество от Turbo Boost уже не такое значимое. Между тем прирост, который даёт разгон, проявляет себя постоянно, независимо от того, запустите ли вы iTunes или HandBrake. Да и сегодня настало прекрасное время для того, чтобы стать энтузиастом разгона: доступные 45-нм процессоры легко разгоняются до 4 ГГц, а недавно вышедшие 32-нм процессоры – до 4,5 ГГц и выше.

Конечно, с изменением штатных параметров связаны некоторые тонкости. Во-первых, необходимо учитывать риск. Запуск процессора на 4 ГГц с напряжением 1,45 В не так опасен (даже при воздушном охлаждении), но если процессор сгорит, то поменять его по гарантии вы не сможете. Более того, энергопотребление под нагрузкой существенно возрастает, если вы будете поднимать тактовую частоту и напряжение. К счастью, используемая нами материнская плата правильно снижала энергопотребление и тактовую частоту во время бездействия.

Наконец, следует напомнить нашим читателям, что для геймера не имеет особого смысла вкладывать деньги в дорогой процессор. Что модель Core i5-750 за $200, что процессор Core i7-860 за $300 – вы получите одну и ту же частоту кадров в большинстве разрешений, если только вы не вложитесь в более дорогую конфигурацию видеокарт.