Процессоры Intel Wolfdale: разгон и энергопотребление Core 2 Duo на 45 нм – THG.RU

Введение: анализ энергопотребления и разгона Wolfdale

Несколько дней назад мы рассмотрели производительность новых двуядерных процессоров Intel Core 2 Duo. Хотя 45-нм четырёхъядерный процессор из линейки Extreme Edition (Yorkfield) доступен ещё с прошлого года, 45-нм двуядерные процессоры для массового рынка были выпущены лишь недавно. Как показал наш первый обзор Wolfdale, новые двуядерные процессоры обеспечивают значительный прирост производительности по сравнению с 65-нм поколением Core 2 Duo E6000. На этот раз мы рассмотрим потенциал разгона и требования к энергопотреблению новых 45-нм процессоров Wolfdale Core 2 E8000, поскольку энтузиасты возлагают на них большие надежды, учитывая, что и 65-нм Core 2 Duo Conroe уже хорошо разгонялись.

У процессоров Core 2 существует давняя традиция – прекрасные способности для разгона. В отличие от AMD, у которой 90-нм процессоры работают близко к технологическим и тепловым пределам, чтобы оставаться конкурентоспособными, у Intel есть отрыв по техпроцессу не меньше, чем на 12 месяцев. Компания из Санта-Клары сегодня производит большую часть своих процессоров для массового рынка по 65-нм техпроцессу, а 45-нм чипы производятся уже с третьего квартала прошлого года. AMD продолжает опираться на старый, но проверенный техпроцесс 90 нм, и активно занимается оптимизацией собственного 65-нм техпроцесса, а также дизайна Phenom, который отстал от графика.

Если вы посмотрите на максимальные тактовые частоты, которые присутствуют в ассортименте AMD, а именно, 3,2 ГГц в случае Athlon 64 X2 6400+, и сравните с тактовыми частотами, которые можно получить путём разгона (где-то на 100-200 МГц больше), то прирост окажется небольшой. Напротив, процессоры Core 2, которые Intel продаёт с частотами до 3,0 ГГц, можно легко разогнать до 4 ГГц и иногда даже выше. Даже если вы возьмёте недорогую модель Pentium Dual Core E2100 (штатная частота от 1,6 до 2,0 ГГц), то вы всё равно сможете разогнать её не меньше, чем до 2,8 ГГц. Наше тестирование показало, что процессоры Pentium Dual Core стабильно работают даже на 3,2 ГГц, что составляет прирост частоты более чем на 50%. У AMD тоже есть процессоры, которые хорошо разгоняются, в частности, недорогие 65-нм модели для массового рынка. Однако прирост частот у них не такой большой.

Мы уже опубликовали довольно большой набор статей, которые посвящены теме Core 2 или разгону систем на основе Core 2.

• “Разгон Core 2 Duo E6400 до 3,33 ГГц: приятная цена, высокая скорость“;
• “Intel Core2 E6750 и Q6600: дуэль разгона“;
• “Экстремальный разгон FSB: процессор E6750 на частоте выше 4 ГГц“;
• “Экстремальный разгон FSB, часть 2: преимущество четырёх ядер?“;
• “Разгон Core 2 Duo E6300: дёшево и сердито!“;
• “Разгон Pentium Dual Core E2160: 3,2 ГГц за $90“;
• “Руководство THG по разгону. Часть I“;
  В этой статье присутствует много информации по разгону, компонентам, которые можно разогнать, а также и о том, с чего начинать.
• “Руководство THG по разгону. Часть II“;
• “Руководство THG по разгону. Часть III“;
• “Intel Skulltrail: экстремальная геймерская платформа на 8 ядрах. Обзор и тесты“;
  Новую двухпроцессорную восьмиядерную систему Intel Skulltrail можно разогнать более чем до 4 ГГц.
• “Экстремальный разгон: советы THG“.
  Интересная статья, посвящённая экстремальному разгону со специальными технологиями охлаждения.

Поскольку 65-нм процессоры Core 2 Duo Conroe хорошо разгоняются до 4 ГГц, и учитывая, что Intel выпустила новые 45-нм процессоры E8000 на максимальной тактовой частоте чуть выше максимальной частоты линейки E6000 (3,16 против 3,0 ГГц), нам было очень интересно узнать, до какого уровня можно разогнать новую эффективную архитектуру Core 2. Кроме того, весьма интересно, насколько экономичнее стало новое поколение. Поэтому мы измерили не только максимальное и минимальное энергопотребление тестовых систем, но и отследили потребление энергии на протяжении тестового прогона SYSmark 2007. Мы уже проводили подобные тесты, сравнивая эффективность энергопотребления новых и старых процессоров AMD и Intel.

• “Процессоры AMD: сравнительные тесты энергопотребления“;
• “Процессоры Intel: сравнительные тесты энергопотребления“.

Тестовая система

Для тестов разгона мы использовали инженерный образец Core 2 Duo E8500 (3,16 ГГц на FSB1333). Поскольку мы хотели, чтобы результаты тестов производительности были сравнимы с другими процессорами, то взяли комплектующие от платформы лета 2007, а не от новой эталонной тестовой платформы THG. В принципе, наша система лета 2007 использует всё ещё актуальные комплектующие (материнскую плату на X38 Gigabyte X38-DQ6 и видеокарту Foxconn GeForce 8800GTX), да и для разгона она вполне подходит. В BIOS Gigabyte есть автоматические настройки разгона, которые поднимают напряжения по мере увеличения частоты FSB. Наша тестовая система не поддерживает память DDR3, только DDR2-800, но с точки зрения производительности это значит мало. Чтобы память DDR3 стала обгонять DDR2-800, она должна работать на очень высоких частотах, не ниже DDR3-1600. Подробное описание тестовой системы дано ниже.

Для анализа и сравнения эффективности новых 45-нм процессоров Core 2 Duo E8000 с тремя предыдущими поколениями процессоров, мы использовали эталонную платформу THG.

Наша эталонная тестовая система, которую мы в настоящее время используем для многих обзоров и тестов, работает с памятью DDR3. Мы использовали эту систему на материнской плате Asus P5E Deluxe (чипсет X38) для тестов энергопотребления и анализа эффективности процессоров Pentium 4, Pentium D, Core 2 Duo и Core 2 Quad. Для поколения процессоров FSB800 мы использовали память на частоте DDR3-800, поскольку делитель 1:1 FSB к шине памяти был самым быстрым, который мы смогли выбрать, а также DDR3-1066 для процессоров с FSB1333.

Разгон Core 2 Duo E8000

Нажмите на картинку для увеличения.

Подход к разгону процессоров Intel для массового рынка всегда одинаков: поскольку вы не можете увеличить множитель процессора, то придётся повышать второй параметр, а именно, частоту Front Side Bus. Каждая high-end материнская плата на чипсете Intel P35 или X38 позволяет увеличить частоту FSB со штатных 333 МГц (FSB1333 QDR) до, как минимум, 450 МГц. А хорошие материнские платы позволяют повысить это значение выше 500 МГц.

Первый шаг: FSB 400 МГц и 3,8 ГГц

Наш процессор Core 2 Duo E8500 работает на 3,16 ГГц с шиной 333 МГц и множителем 9,5. Первым шагом мы решили увеличить частоту шины до 400 МГц (FSB1600), которая является шиной по умолчанию для следующего поколения чипсетов Intel (X48 и P45, известные как Eaglelake и Bearlake). Множитель 9,5 при этом дал частоту 3,8 ГГц, причём система работала абсолютно стабильно.

С нашим образцом Wolfdale мы без проблем получили частоту 3 800 МГц. Материнская плата Gigabyte X38-DQ6 автоматически увеличила напряжение питания со штатных 1,225 В до 1,345 В.

Мы выставили делитель памяти 1:1, чтобы не выходить за пределы штатной частоты DDR2-800 в 400 Мгц.

Второй шаг: 4 ГГц (FSB1688)

С помощью механизма автоматического разгона Gigabyte мы смогли получить 4 ГГц, но при этом на компоненты материнской платы не подавалось большее напряжение, которое, как мы обнаружили, необходимо для высоких тактовых частот.

Затем мы попытались получить 4 ГГц. Поскольку автоматическая функция разгона не позволила получить стабильную работу на частоте 4 ГГц и выше из-за отсутствующей опции регулировки напряжения компонентов, мы решили продолжать разгон вручную. 422-МГц FSB с множителем 9,5 дала нам тактовую частоту 4 009 МГц. Хотя для работы на 4 009 МГц напряжения ядра 1,345 В было достаточно, нам пришлось увеличить напряжение чипсета X38 на +0,25 В, напряжение FSB – на +0,15 В, а напряжение памяти – на +0,3 В, поскольку частота DDR2 тоже увеличилась с 400 до 422 МГц. Мы не меняли задержки, так как для их сохранения мы увеличили напряжение.

Мы были приятно обрадованы, что функция Intel “Enhanced SpeedStep”, которая позволяет снижать тактовые частоты и напряжение ядра, когда процессор находится при малой нагрузке или бездействует, полноценно работала на нашей тестовой системе. Хотя на частоту FSB и памяти технология “SpeedStep” не влияет, про напряжение процессора такого не скажешь. Но в нашем сценарии разгона мы не хотели, чтобы система снижала штатное напряжение CPU, поскольку штатных 0,95 В на частоте 2 000 МГц (333 МГц x6) явно не хватит для работы разогнанного до 2 532 МГц процессора в режиме “SpeedStep” (422 МГц x6). Снижение одной только тактовой частоты уже позволяет экономить энергию.

Было интересно обнаружить, что технология “Enhanced SpeedStep” работала и после сильного разгона системы. Множитель в режиме бездействия падал с x9,5 до x6.

Третий шаг: 4,2 ГГц (FSB1772)

Следующий шаг: 4 200 МГц.

Мы решили пойти на прирост частоты в 200 МГц, поэтому следующим этапом оказалась частота 4,2 ГГц. Поскольку мы встретились с проблемами стабильности и крахом приложений, то решили увеличить напряжение процессора с 1,345 В до 1,45 В. Это вернуло стабильность нашей разогнанной системы, которая теперь работала от частоты FSB 433 МГц (FSB1772). Хотя мы не ослабляли задержки, память прекрасно работала при повышении напряжения +0,3 В (штатное 1,5 В).

Память тоже немного разгонялась при частоте процессора 4 200 МГц, поскольку системная шина увеличивала частоту до 443 МГц.

Последний шаг: 4,3 ГГц (FSB1812)

Частота процессора 4,3 ГГц оказалось предельной. Мы не смогли заставить наш образец работать быстрее – независимо от принимаемых мер. Поскольку процессор во время разгона не перегревался, мы подозреваем, что ограничением стала системная шина.

Разгон системы упёрся в 453-МГц частоту FSB (FSB1812). Мы попытались увеличить напряжение до 1,5 В, а также повышали напряжение и других компонентов до разумного уровня: +0,25 В для FSB, +0,4 В для памяти, +0,35 В для чипсета, а также пробовали разные комбинации. Скорее всего, наш образец процессора не смог работать на более высоких частотах FSB, что мы наблюдали и у моделей Core 2 Duo E6x50. Некоторые их них могут работать с 500-МГц FSB, другие – нет,

Поскольку перед нами только первые процессоры поколения Core 2 Duo Wolfdale, мы предполагаем, что с грядущими степпингами увеличится и порог тактовых частот. Первые 65-нм Core 2 Duo Conroe, которые мы получили в середине 2006 года, не смогли работать на 4 ГГц. Но сегодня большинство процессоров E6750 и E6850 достигают этого порога без особых усилий.

Опять же, технология “SpeedStep” работала и на частотах выше 4,2 ГГц.

Дальнейший разгон? Нужно избавиться от распределителя тепла

Мобильные версии процессоров Intel Core 2 (на иллюстрации показан Core 2 Extreme X7800 для Socket 479) поставляются без распределителя тепла. Таким образом, кулер контактирует напрямую с кристаллом процессора. Это лучше и с точки зрения отвода тепла, и с учётом стеснённого пространства внутри ноутбуков. Однако AMD и Intel сегодня избегают такого подхода в настольном сегменте, поскольку кремниевый кристалл очень хрупкий, его легко повредить. Все процессоры настольного класса закрыты металлической пластиной, которая называется распределителем тепла.

Поскольку мы приблизились к пределам архитектуры, а не тепловыделения (Wolfdale во время наших тестов сильно не нагревался), возникает вопрос, имеет ли смысл снимать распределитель тепла процессора, чтобы кулер напрямую контактировал с радиатором для улучшения теплоотвода? Распределитель тепла – это алюминиевая пластина, которая находится сверху любых настольных процессоров AMD и Intel, она защищает кремниевый кристалл, а также обеспечивает плоскую поверхность для контакта с кулером CPU.

В большинстве случаев удаление распределителя тепла не даст особых преимуществ, поскольку материалы, используемые для контакта распределителя тепла и кристалла, отводят тепло достаточно быстро, чтобы обеспечивать его передачу на радиатор кулера CPU, откуда оно будет рассеиваться в воздух с помощью вентилятора или передаваться воде, если используется СВО. Однако экстремальный разгон требует экстремальных мер, которые позволили бы выжать ещё немного мегагерц. Именно поэтому хардкорные оверклокеры по всему миру продолжают снимать распределители тепла.

В случае 45-нм Core 2 Duo Wolfdale придётся быть ещё более осторожным, чем раньше, поскольку распределитель тепла физически припаян к кристаллу процессора. Посмотрите на следующую фотографию, если вы хотите знать, что случится, если вы попытаетесь снять распределитель тепла, не отпаяв его предварительно. Наш совет будет таков: воспользуйтесь горячей тепловой пушкой и аккуратно раскачивайте распределитель тепла, пока вы не сможете снять его, не причинив вреда кристаллу процессора. Вообще, мы не рекомендуем снимать распределитель тепла, поскольку поиск подходящего решения охлаждения будет нелёгким: помните, что это Socket 775, который предусматривает наличие металлической пластины, на которую устанавливается кулер CPU. Наконец, прирост производительности будет небольшим.

Вы “убьёте” свой процессор, если попытаетесь снять распределитель тепла. Следует взвесить все риски, и если вы решитесь, то нужно отпаять распределитель тепла с помощью тепловой пушки. Нажмите на картинку для увеличения.

Тестовая конфигурация для разгона

Результаты тестов после разгона

Как справедливо указали наши читатели после первого обзора линейки Core 2 Duo E8000, тесты пока не оптимизированы под использование расширений SSE4, которые позволяют ускорить некоторые функции, связанные с обработкой контента. Однако поддержка SSE4 должна присутствовать и в программах, а на данный момент подобной поддержки ещё слишком мало, чтобы обращать на неё внимание. Мы учтём поддержку SSE4, когда она станет актуальной с точки зрения программ.

3D-игры

Аудио

Видео

Приложения

Синтетические тесты

Результаты тестов SYSmark 2007 Preview

Просьба обратить внимание, что результаты теста SYSmark 2007 Preview получены на другой системе, которая является основой для оценки энергопотребления процессоров AMD и Intel.

Как можно видеть, разница между отдельными процессорами Core 2 становится существенной только в многопоточном окружении. Например, в случае теста создания видеоконтента в SYSmark 2007 Preview. В других тестах разница в производительности между 65-нм двуядерными и 45-нм четырёхъядерными процессорами Core 2 меняется слабо.

Тестовая конфигурация для оценки энергопотребления

Результаты тестов энергопотребления

Все тесты проводились при работе разных CPU на частоте 3,0 ГГц.

Максимальное и минимальное энергопотребление

Разница существенная: переход на Core 2 Duo E8500 (3,0 ГГц) вместо Core 2 Duo E6850 (3,0 ГГц) приведёт к снижению на 5,2% энергопотребления в режиме бездействия (73 Вт вместо 77 Вт) и на впечатляющее снижение на 18,2% энергопотребления при полной нагрузке. Помните, что все остальные компоненты системы, включая блок питания, материнскую плату, видеокарту, жёсткий диск и память, остаются теми же самыми! Как вы видели в наших тестах разгона и в первой части статьи, линейка E800 обеспечивает более высокую производительность, и при этом ещё и экономит немало энергии!

Среднее энергопотребление во время тестового прогона SYSmark 2007

Как видим, 45-нм Wolfdale приводит к существенной разнице: если вы будете использовать его вместо Core 2 Duo E6850 (65 нм), то сможете снизить среднее энергопотребление (нашей тестовой системы) с 90,3 до 80,8 Вт на протяжении всего прогона SYSmark 2007 Preview. То есть, примерно, на 10,5% для всей системы. Опять же, помните, что мы только сменили процессор с 65 на 45 нм.

Суммарная потреблённая энергия во время тестового прогона SYSmark 2007

Суммарная энергия (в ватт-часах), которая требуется для выполнения всего тестового прогона SYSmark 2007, снизилась на 5,2% со 106 до 100,5 Вт-ч. Хотя значение не очень большое, не следует забывать, что Penryn не только потребляет меньше энергии для выполнения задачи, но и обеспечивает более высокую производительность.

SYSmark 2007: соотношение баллов и ватт-часов

Данный результат, как нам кажется, один из самых интересных, поскольку он связывает производительность и энергопотребление. На графике приведён результат SYSmark 2007 Preview в баллах, разделённый на суммарную затраченную энергию (в ватт-часах), которая потребовалась для выполнения работы. Мы предполагали, что 45-нм E8400 будет ощутимо лучше, чем 65-нм E6750, но мы не ожидали, что он обойдёт четырёхъядерный процессор Core 2 Extreme QX9650, внутри которого работают два ядра Wolfdale (Intel называет его Yorkfield). Другими словами, если четырёхъядерный процессор действительно обеспечивает более высокую производительность в многопоточных окружениях, увеличение энергопотребления оказывается более значительным, чем прирост производительности.

Производительность на ватт, нормированная по 3,0-ГГц Pentium 4 630

Давайте, опять же, взглянем на один из первых процессоров Intel, который достиг 3 ГГц. Pentium 4 630 был не самым первым (пионером оказался Pentium 4 3,0 ГГц на Socket 478), но это был процессор из последнего 90-нм поколения Pentium 4 для Socket 775. Если мы посмотрим на соотношение производительности на ватт в SYSmark для 45-нм Core 2 Duo E8400 по отношению к Pentium 4 630, то получим впечатляющее значение – рост более чем на 460%!

Диаграмма производительности и энергопотребления

Нажмите на картинку для увеличения.

Следует пояснить диаграмму. По оси x показано время, которое требуется для завершения теста полностью, а по оси y – энергия, которая потребляется в каждый конкретный момент времени во время тестового прогона.

Коричневая линия соответствует процессору Pentium 4 630, которому для завершения теста требуется почти один час и 40 минут. Пурпурная линия соответствует 90-нм двуядерному Pentium D 830, который справился с тестом за один час и 32 минуты. Зелёная линия – 45-нм Core 2 Duo Wolfdale, который выполнил тест за один час и 15 минут. Наконец, жёлтая и синяя линии обозначают четырёхядерные 45-нм Core 2 Extreme QX9650 и 65-нм QC6850, а красная линия – Core 2 Duo E6750. Все они справились с заданием примерно за один час и 10 минут.

Результаты могут показаться странными, поскольку Wolfdale (E8400) должен был справиться с заданием быстрее, чем предшествующая модель Conroe (E6750). Действительно, он выполняет отдельные задачи быстрее, что можно видеть по отдельным тестам SYSmark 2007 выше в статье. Но мы обнаружили, что SYSmark 2007 часто ждёт некоторое время, прежде чем запустить новую задачу. Это легко можно видеть по зелёной кривой, процессор явно бездействует после четвёртой минуты, после 25-й и после 50-й, а также после часа и 5 минут. Мы повторили тест несколько раз, но так и не поняли, почему такое происходит. Но можно сделать два вывода.

1. E8400 работает быстрее E6750 в отдельных тестах SYSmark.
2. E8400 обеспечивает более высокое соотношение производительности на ватт, несмотря на несколько минут простоя во время тестового прогона SYSmark.

Заключение: оверклокерам стоит подождать, остальным можно покупать

Процессор Core 2 Duo Wolfdale остаётся замечательным новым процессором, который обеспечивает хорошую производительность, одновременно достигая новых рекордов по эффективности. Мы смогли разогнать процессор вплоть до частоты 4,3 ГГц, которая оказалась пределом для нашего тестового образца. Поскольку это только начало для 45-нм поколения, мы ожидаем, что будущие модели и степпинги улучшат потенциал разгона процессора. Мы не уверены, что стало причиной такого ограничения: ядро процессора или системная шина, поскольку предыдущие поколения Core 2 Duo E6000 Conroe тоже могли работать на скорости 4 ГГц и выше. В любом случае, 45-нм Wolfdale оптимизирован под высокое соотношение производительности на ватт, а не на предельные тактовые частоты, он явно обгоняет 65-нм Conroe в тестах эффективности, обеспечивая более высокую производительность при сниженном энергопотреблении как в режиме бездействия, так и при максимальной нагрузке.

Нам было весьма любопытно увидеть, как двуядерный Wolfdale обошёл четырёхъядерный Yorkfield по соотношению производительности на ватт в SYSmark. Вполне очевидно, что объединение двух кристаллов Wolfdale внутри физического процессора, как сегодня Intel создаёт четырёхъядерные модели, обеспечивает более высокую производительность – но энергопотребление при этом растёт быстрее производительности. Ситуации может помочь лучшая оптимизация под многопоточность, но результаты подчёркивают наше предыдущее заключение: Core 2 Duo E8000 сегодня является самым разумным выбором, только если вам не нужно намного больше производительности.