Обзор 16-ти CPU с одним ядром и частотой 3 ГГц – THG.RU

Введение

С тех пор, как компании AMD и Intel начали снабжать свои ЦП всё большим количеством ядер, потенциальная производительность стала расти быстрее, чем тогда, когда главенствующее положение занимали одноядерные центральные процессоры. В то время единственным способом увеличить скорость работы ЦП было применение более высоких тактовых частот и повышение производительности на один такт. В настоящее время разработчику приходится оптимизировать своё приложение, чтобы воспользоваться преимуществами многоядерных процессоров. Но этот подход приводит к такой масштабируемости, которая была просто невозможна ранее.

Все мы знаем, что современные технологии производства требуют использования всё большего количества ядер в каждом процессоре и что тактовые частоты тоже медленно ползут вверх. Но каким образом компаниям AMD и Intel удалось улучшить производительность, которую показывает каждое ядро при заданной частоте? Быстрее ли работают нынешние CPU, чем модель Core 2, выпущенная пять лет назад, если их сравнить с одноядерным ЦП, работающим с той же скоростью? Мы отобрали 16 разных процессоров от обеих компаний и опробовали на них наш новейший набор тестов, причём все ЦП работали при частоте 3 ГГц. В этом обзоре мы делаем выводы, каким образом они все ведут себя в ходе настоящего сражения, которое можно назвать самым подробным среди статей об искусственно полученных одноядерных CPU за последние пять лет.

Необходимые условия и процессоры

При подготовке данной статьи нам пришлось выбирать процессоры для тестов из доступных нам моделей. Конечно, мы хотели включить новинки от AMD и Intel, которые оснащены четырьмя и шестью ядрами. Также мы подумали, что важно включить в обзор большую выборку двухъядерных моделей. В конце концов, многое изменилось с тех пор, как на вершину рейтинга попали Athlon 64 X2 и Pentium 4. В наш перечень ЦП вошли процессоры Core первого и второго поколений с двумя, четырьмя и шестью ядрами, а также Phenom II, Athlon II и Athlon 64 X2.

Найти материнские платы для подобного исследования оказалось совсем не просто, учитывая тот факт, что мы хотели ограничить применение ядер при помощи BIOS. Нам пришлось перепробовать множество возможных моделей, прежде чем мы обнаружили по одной плате для каждого интерфейса CPU, которые позволили нам изменить количество активных ядер. И поскольку мы не были уверены, что отключение ядер в BIOS приведёт к их физическому выключению, во время тестирования мы не измеряли энергопотребление.

Сравнение 3 ГГц процессоров

Подобное сравнение не имело бы смысла, если бы мы заставили каждый процессор работать с тактовой частотой, установленной по умолчанию. В дополнение к ограничению количества активных ядер до одного, мы также установили частоту каждого чипа на значении 3 ГГц. А ещё мы выключили все механизмы энергосбережения, такие как Cool’n’Quiet и SpeedStep, и механизмы увеличения производительности, такие как Turbo Core и Turbo Boost. В результате мы оказались уверены в том, что условия тестирования каждого CPU были идентичными. За исключением двух моментов. Наши чипы на базе Clarkdale и Lynnfield работают с частотой 2,93 ГГц. Мы могли бы добиться 3 ГГц, подстроив базовые значения частот и множителей, но это изменило бы результаты. Конечно, потеря 66 МГц ощутима, но она не должна повлиять на картину в целом.

Шестиядерные ЦП: AMD Thuban и Intel Gulftown

AMD Thuban, 45 нм (Phenom II X6, версия E0)

Мы использовали процессор AMD Phenom II X6 1100T, степпинг E0. Он поддерживает самый новейший набор настроек AMD, включая Turbo Core и Cool’n’Quiet. Для проведения тестов мы выключили обе технологии, чтобы гарантировать постоянное значение частоты 3,0 ГГц (хотя по умолчанию модель 1100T работает при 3,3 ГГц). Данный процессор имеет 512 кбайт кэш-памяти L2 на ядро и 6 Мбайт общей кэш-памяти L3. 45 нм техпроцесс позволяет этому процессору работать с термопакетом 125 Вт, а двухканальный контроллер памяти DDR3 обеспечивает поддержку модулей до 1333 MT/с.

Intel Gulftown, 32 нм (Core i7-980X, версия B1)

32 нм шестиядерная конфигурация от Intel называется Gulftown. Мы сталкивались с ней в моделях Core i7-980X, -990X и -970. Для наших тестов мы выбрали 3,3 ГГц -980X, скорость работы которого нам пришлось снизить до 3 ГГц, отрегулировав его множитель на меньшее значение, 22x.

Несмотря на тот факт, что технология на базе Sandy Bridge является более новой, этот процессор всё ещё является одной из лучших моделей Intel, хотя бы из-за своих шести ядер, 256 кбайт кэша L2 на ядро и большого объёма общей памяти L3, 12 Мбайт. Недостаток процессора в том, что Gulftown требует применения более дорогой платформы LGA 1366 с трёхканальной памятью DDR3. Данная модель рассчитана на теплопакет 130 Вт.

Новые четырёхъядерные ЦП: AMD Deneb и Intel Sandy Bridge

AMD Deneb, 45 нм (Phenom II X4 980, версия C3)

Четырёхъядерная архитектура AMD Deneb делит свою базовую архитектуру (интерфейс Socket AM3, двухканальный контроллер DDR3-1333 и 45 нм технологический процесс) с шестиядерной конфигурацией Thuban. Поскольку в ней меньше ядер, у большинства моделей теплопакет ниже 95 Вт. Тем не менее, очень высокая тактовая частота, установленная у Phenom II X4 980 по умолчанию на уровне 3,7 ГГц, поднимает это значение до 125 Вт.

Intel Sandy Bridge, 32 нм (Core i5-2500K, Core i7-2600K, версия D2)

Мы решили протестировать два четырёхъядерных процессора на базе Sandy Bridge для интерфейса LGA 1155. У модели Core i7-2600K 8 Мбайт общей кэш-памяти L3, а у Core i5-2500K – 6 Мбайт. У обоих процессоров по 256 кбайт кэша L2 на ядро.

Если сравнивать с 32 нм шестиядерной архитектурой Gulftown, то технология Sandy Bridge очень на неё похожа. Тем не менее, она представляет собой второе поколение архитектуры Intel Core, поскольку много аспектов этой конструкции было доработано. Была задействована внутренняя кольцевая шина для более быстрого перемещения потоков информации в обоих направлениях, а также добавлена поддержка AVX (Advanced Vector Extensions) (не говоря уже о встроенном движке HD Graphics и функциональных возможностях Quick Sync).

Предполагают, что данная архитектура станет основой всех процессоров для настольных ПК, серверов и ноутбуков, которые поступят в продажу в 2011 году, и эти модели ещё будут иметь спрос, когда будут выпущены чипы на основе Ivy Bridge. Как вы увидите далее, Sandy Bridge показывает наилучшую производительность для одного ядра.

Intel Lynnfield, 45 нм (Core i7-875K, версия B1)

45 нм архитектура Lynnfield доступна для покупателей под именем Intel Core i7 и Core i5 для интерфейса LGA 1156.

Важно обратить внимание на нумерацию моделей, поскольку серия Intel Core i7-900 требует использования интерфейса LGA 1366, тогда как серия Core i7-800 спроектирована для работы с интерфейсом LGA 1156. Если перепутать их, то получится абсолютно неработоспособная платформа.

Lynnfield имеет 8 Мбайт кэша L3 и 256 кбайт кэш-памяти L2 на ядро, теплопакет 95 Вт и встроенный контроллер DDR3 с поддержкой двухканальной памяти при 1333 MT/с.

Intel Bloomfield, 45 нм (Core i7-975, версия D0)

Это был первый четырёхъядерный процессор на основе Nehalem, предназначенный для высокопроизводительных настольных ПК и рабочих станций. Несмотря на то, что они появились на рынке давно, чипы Core i7 на основе архитектуры Bloomfield всё ещё считаются довольно современными. Но в них нет некоторых более новых возможностей, которые предлагает Intel, таких как поддержка инструкций AES-NI и AVX.

Новые двухъядерные ЦП: AMD Regor и Intel Clarkdale

AMD Regor, 45 нм (Athlon II X2 260, версия C3)

Regor – это наименование нового двухъядерного процессора от AMD. Он выполнен с применением того же самого 45 нм техпроцесса SOI (Silicone On Insulator – технология “кремний на изоляторе”), которым компания снабдила более быстрые модели с бoльшим количеством ядер.

Athlon II X2 260 имеет 1 Мбайт кэш-памяти L2 на ядро, но в этой линейке продуктов нет кэша L3. Данная модель работает при 3,2 ГГц, но мы справились с этим, получив 3 ГГц путём снижения значения множителя.

Также AMD предлагает потребителям процессоры Athlon II X3 и X4, которые технически сходны друг с другом и основываются на одинаковом расположении ядер. Поскольку эти два процессора показывают практически одну и ту же производительность (и мы отключили все ядра, кроме одного), нет смысла вводить в перечень тестируемых процессоров трёхъядерный Rana или четырёхъядерный Propus.

Intel Clarkdale, 32 нм (Core i5-661, Core i3-530, версия C2)

32 нм двухъядерные CPU на основе архитектуры Clarkdale – это первые чипы Intel, в которые была включена интегрированная графика, встроенная непосредственно в процессор. В сущности, это многочиповый модуль, с двумя кристаллами. Один кристалл микросхемы включает в себя графическое ядро, контроллер памяти и контроллер PCI Express. Он изготовлен по 45 нм техпроцессу. Другой кристалл содержит оба ядра процессора и выполнен по 32 нм техпроцессу.

Мы отключили функции Turbo Boost и SpeedStep, чтобы гарантировать работу наших процессоров Core i5-661 и Core i3-530 с постоянной частотой 3 ГГц. Однако этого невозможно добиться, не изменяя базовую тактовую частоту. Вот почему мы проводили тесты на данных процессорах при значениях частоты, в обоих случаях равных 2,93 ГГц (133 МГц x22).

Более ранние двухъядерные модели: AMD Brisbane, Intel Conroe и Intel Wolfdale

AMD Brisbane, 65 нм (Athlon 64 X2 6000+, версия G2)

Brisbane – это последний процессор в успешной линейке продуктов AMD Athlon 64 X2. Он имеет в своём распоряжении 512 кбайт кэш-памяти L2 на ядро, и данная конкретная модель работает с частотой 3,1 ГГц. Процессор Athlon 64 X2 6000+ требует наличия интерфейса Socket AM2 и может похвастаться интегрированным контроллером памяти.

Intel Wolfdale, 45 нм (Core 2 Duo E8600, версия E0)

Компания Intel использовала для своей 45 нм Core 2 с уменьшенными размерами отдельных структур кристалла название Wolfdale. Wolfdale одновременно позволил улучшить выход по мощности и освободить место для кэша L2 бoльшего объёма. Тогда как у модели Conroe объём кэша L2 составляет 4 Мбайт, чипы на основе Wolfdale имеют 6 Мбайт кэш-памяти.

Мы использовали процессор Core 2 Duo E8600, который работает с частотой 3,33 ГГц по умолчанию. Однако, снизив значение множителя с 10x до 9x, мы добились своего и получили частоту 3 ГГц.

Intel Conroe, 65 нм (Core 2 Duo E6850, версия E0)

Ядро Conroe – вот что сначала заменило проблемную архитектуру NetBurst для настольных ПК. Этот процессор действительно оказался поворотным моментом в истории, поскольку с его выходом закончилось превосходство AMD, длившееся с 2006 года, так как данная модель показала намного бoльшую производительность за один такт, чем NetBurst, и у неё намного снизилось энергопотребление. В наших тестах мы использовали процессор Core 2 Duo E6850.

Устаревшие двухъядерные модели: AMD Windsor и Intel Prescott

AMD Windsor, 90 нм (Athlon 64 X2 5400+, версия F3)

90 нм ядро Windsor обладало 512 кбайт или 1 Мбайт кэша L2 на ядро, что расценивалось как довольно низкие показатели, когда эта модель была ещё новинкой. Процессор Athlon 64 X2 5400+, который мы тестируем, работает с номинальной тактовой частотой 2,8 ГГц. В результате нам пришлось немного разогнать его, чтобы получить значение 3 ГГц.

Intel Prescott 2M, 90 нм (Pentium 4 660, версия N0)

Это, возможно, один из самых интересных процессоров в сегодняшней статье. 90 нм Prescott 2M (буквы в конце обозначают 2 Мбайт кэш-памяти L2) – это изменённая версия, сконструированная для интерфейса LGA 775 и PCI Express (вспомните, что чипы первого поколения на основе архитектуры Prescott имели дело с интерфейсом Socket 478).

Линейка процессоров Pentium 4 оказалась особенно привлекательной, поскольку именно эти модели позволили увеличить тактовую частоту с 1,3 ГГц до почти 4 ГГц всего лишь за несколько лет. Для Intel она также оказалась тупиковой. Архитектура NetBurst требовала много энергии, чтобы процессор мог достичь высоких значений тактовой частоты и, следовательно, не показывала хорошую производительность на ватт (или, в данном случае, такт).

Процессор Pentium 4 660 работает с частотой 3,6 ГГц, и потому мы снизили её до 3,0 ГГц, уменьшив значения множителя.

Платформы: LGA 1366, 1156, 1155 и 775, Socket AM2+ и AM3

Перед вами серия снимков платформ, использованных в наших тестах. Пожалуй, эти фото можно назвать напоминанием из прошлого для всех, кто ещё помнит свои старые системы с процессорами на основе LGA 775 или Socket AM2. На следующей странице вы найдёте всю информацию по проведённым тестам.

Настройки тестов и тестовые наборы

Результаты тестов

3DMark 11

Набор тестов 3DMark 11 требует наличия аппаратного обеспечения, совместимого с DirectX 11.

Если вы посмотрите на графический тест в 3DMark, вам станет ясно, что бoльшая часть ядер процессоров Intel показала весьма схожие результаты, а вот CPU от AMD без кэш-памяти L3 заметно отстают по производительности.

Общие итоги, как нам кажется, отражают потенциал архитектуры кэша каждого ядра. Sandy Bridge является наиболее современной, самые новые процессоры Phenom II тоже справляются с нагрузкой относительно хорошо. Процессоры от AMD без кэш-памяти L3 в данном обзоре показали себя на уровне старых моделей Intel Pentium 4.

Комбинированный тест позволил нам оценить и процессор, и видеокарту, объединив тесселяцию и физику. В результате вы видите, что наличие современного четырёхъядерного (или больше) процессора имеет смысл в ситуациях, когда программное обеспечение должным образом оптимизировано для обработки данных. Опять же, это измерение было выполнено в ходе синтетического теста, то есть оно может представлять как наилучший, так и наихудший сценарий; фактические значения, весьма вероятно, будут сильно отличаться от полученных нами.

Sandra 2010 Pro

Поддержка процессорами Intel шифрования и дешифровки с аппаратным ускорением на основе инструкций AES (а также AES-NI) впечатляет. Эти инструкции позволяют должным образом включённым процессорам выполнять задачи намного быстрее, чем другие соперники.

В целом, тестовый набор Sandra демонстрирует преимущества процессоров Intel, хотя платформа Clarkdale с двумя ядрами оказалась довольно слабой. Подобные преимущества стали возможными благодаря стандарту AES-NI, также как и выгода, которую получила мощная архитектура кэширования.

Тем не менее, тесты в Sandra также продемонстрировали, что развитие от одного поколения к другому нельзя назвать действительно значительным, за одним исключением: по сравнению с другими CPU, процессор Pentium 4 можно назвать настоящей неудачей.

Проверка производительности при воспроизведении аудио/видео

И AMD, и Intel справились с задачей уменьшения времени обработки данных в ходе однопотокового преобразования аудиофайлов. И снова мы видим, что наличие большого объёма “умного” кэша весьма полезно; очевидно, семейство процессоров Intel Core победило в этом раунде соперников от компании AMD, которые, в свою очередь, весьма привлекательны по цене.

Как и следовало ожидать, результаты тестов iTunes и кодировщика Lame MP3 (оба – однопотоковых) оказались примерно схожими. Если вы кодируете или перекодируете много музыки и в вашем ПК всё ещё установлен Pentium 4, тогда самое время поменять его.

Разброс производительности у процессоров AMD и Intel со временем увеличивается. Intel продолжает вводить улучшения с каждым новым поколением процессоров, тогда как архитектурный выбор AMD имеет более эволюционный характер.

И снова Pentium 4 показал плохую производительность, по сравнению со всеми остальными процессорами, представленными сегодня в нашем обзоре. Возможно, Atom был бы лучшим выбором для сравнения?

Не забывайте, что эти результаты получены для одного ядра и что видеоприложения довольно хорошо масштабируются при наличии нескольких ядер. Цель нашего анализа – сравнить архитектуры, при условии, что все остальные факторы равны. Использование нескольких ядер изменило бы результаты до неузнаваемости.

Инструменты для архивации

При работе с программой 7-Zip разница между процессорами AMD и Intel не такая уж значительная, когда все модели находятся в равных начальных условиях: функционирует одно ядро при тактовой частоте 3 ГГц. И вновь у Pentium 4 результаты оказались плачевными.

Очевидно, WinRAR наилучшим образом оптимизирован для процессоров Intel. AMD Phenom II работает так же быстро, как и ядро Core 2, но последнее поколение чипов на основе Sandy Bridge показывает значения производительности намного больше других моделей при работе с данным архиватором. Воздержимся от комментариев по поводу производительности Pentium 4.

WinZip – довольно популярное приложение, несмотря на то, что оно однопоточное. В целом, оно работает с большей скоростью на процессорах Intel, кроме архитектуры Pentium 4 NetBurst. Если вы предпочитаете процессоры от AMD, выбирайте модель Phenom II, у которой есть кэш-память L3.

Оптическое распознавание символов (OCR) и создание файлов в формате PDF

Сканируя файл в формате PDF и преобразуя его в MS Word при помощи программы Abbyy FineReader, вы потратите меньше времени, используя процессоры Intel, а не продукты от AMD.

Однако, поскольку мы работаем только с одним активным ядром (а у большинства CPU их три, четыре или даже шесть), разница между процессорами больше теоретическая, чем относительно фактической среды, которая приводит к довольно частому применению инструментов OCR.

То же самое можно сказать и о создании файла в формате PDF из документа Microsoft Office. В программе Adobe Acrobat 9 процессоры Intel с одним ядром, в основном, работают быстрее, чем AMD. В данном случае, результаты намного более надёжные, поскольку Acrobat не обладает способностью достаточно хорошего масштабирования при работе нескольких ядер.

Приложения для профессионалов

Производительность приложений с графической визуализацией на профессиональном уровне в большой степени зависит от количества доступных ядер; это означает, что результаты работы процессора с одним ядром будут более синтетическими, чем любых других CPU, представленных на современном рынке, где преобладают многоядерные модели. Если бы мы проводили тестирование, задействовав все ядра, то, естественно, результаты были бы совершенно другими.

Вновь современные модели Intel показали производительность на такт лучше, чем их собратья. Хотя мы уже упоминали, что сравнение шестиядерного чипа от AMD с четырёх- или двухъядерным процессором Intel той же ценовой категории существенно изменит результаты производительности. В данном вопросе наш обзор является экспериментальным по характеру: мы хотим исследовать производительность на такт всего одного ядра.

Photoshop – это одно из немногих приложений, где архитектурные разработки Intel x86 привели не просто к созданию более быстрого продукта, чем ядра от AMD, – эти разработки значительно быстрее соперников. Нетрудно представить, что произойдёт, если вы станете масштабировать разницу производительности в дополнительных активных ядрах. В то же время при любой заданной ценовой категории намного проще приобрести больше ядер AMD, чем Intel.

Также разница заметна и в программе Adobe Premiere. Результаты ясно показывают, что, в случае, если у вас будет возможность выбирать, не стoит покупать более ранние версии процессоров Athlon 64 X2 или, особенно, продукты на архитектуре Intel NetBurst.

Ядра от AMD показали себя намного лучше в Blender, которое также является приложением, позволяющим визуализировать картинки. Кажется, программа многое выигрывает благодаря применению архитектуры Sandy Bridge.

Заключение

Для нашего обзора мы вспомнили о прошлом и достали несколько процессоров с разной архитектурой. Идея заключалась в том, чтобы выяснить, насколько продукция от Intel и AMD изменилась за последние несколько лет. Только нам нужно было упорядочить переменные, которые мы будем оценивать. Для этого мы протестировали каждый процессор, используя у него всего одно ядро и установив для него тактовую частоту на уровне 3 ГГц. Хорошая новость – мы смогли получить интересную информацию о том, какую производительность на такт показывают удачные поколения процессоров. Плохая, если её можно так назвать, заключается в том, что, бoльшая часть результатов оказалась, скорее, теоретической по характеру. Конечно, потоковое приложение покажет себя в более выгодном свете при использовании в процессоре больше одного ядра, и, если вы в состоянии купить процессор AMD с бoльшим количеством ядер, чем у Intel по той же цене, ситуация с производительностью изменится.

Синтетические тесты, такие как 3DMark 11 и Sandra 2010 Pro, не оставляют сомнений в том, что рабочие нагрузки, соответствующие передовым технологиям, требуют наличия самого современного аппаратного обеспечения. Исходя из результатов теста Cryptography в Sandra, мы знаем, что любой, кто использует шифрование или дешифровку на основе AES, например, для шифрования системного раздела, должен решить для себя, какой процессор справится с ускорением данной задачи. То же самое касается и игрового процесса на компьютере энтузиаста. Тесселяция и физика оказывают влияние и на видеокарту, и на CPU, а это означает, что в данном случае многоядерные процессоры лучше других соответствуют ситуации, даже для компьютеров массового потребления.

Сложно обобщить те результаты, которые мы получили: они различаются с каждой новой рабочей нагрузкой. Опять же, мы не имели своей целью предположить, что только потому, что одно ядро архитектуры Clarkdale или Lynnfield может превзойти по производительности ядро Phenom II, это означает, что данный процессор Core i5 или i7 работает быстрее, чем чип от AMD из заданной ценовой категории. В конце концов, AMD сумела уменьшить количество слабых мест в производительности на такт своих процессоров, добавив больше активных ядер, чем у соперников из Intel.

Несмотря на то, что Intel в конечном счёте одержала верх в большинстве тестов, результаты оказались положительными и для AMD. Процессоры Intel обычно работают намного быстрее, чем чипы от AMD, если коснуться производительности на такт для одного ядра. Вспомнив об этой оставленной без внимания производительности, AMD добавила больше физических ядер на свои процессоры, не повышая при этом стоимости моделей, – это поставило компанию в выгодное положение, где её четырёх- или шестиядерные Phenom II всё ещё показывают довольно приличную производительность в однопотоковых приложениях, но при выполнении заданий с бoльшим соответствием эти модели сильно сбавили скорость работы. А если добавить сюда ещё и агрессивное ценообразование, то это может иметь большую значимость для энтузиастов.

И всё же, очевидно, пришло время для AMD внести важные и заметные улучшения в свою следующую платформу для настольных ПК, если она собирается продолжать конкурировать со стабильными показателями в процессорах Intel. Скоро мы сможем увидеть 22 нм Ivy Bridge с уменьшенными размерами некоторых частей кристалла, что, вполне естественно, приведёт к увеличению тактовых частот. Энергосбережение, вероятно, станет предпосылкой к этому эволюционному шагу. Здесь мы вынуждены признать, что по отдельности ядра AMD превосходят только старый процессор Intel Pentium 4 или, может даже, Core 2 образца 2006-2007 гг. Но даже сейчас им не оставляет ни одного шанса микроархитектура Nehalem. Напомним, что это относится к значениям производительности на такт для одного ядра, а не для многоядерных процессоров, которые мы можем приобрести. AMD придётся “возвращаться в игру”, не только снабдив свои процессоры большим количеством ядер, но также весьма существенно увеличив производительность на такт.

В итоге, соревнование сподвигло Intel выступить, прежде всего, со своей архитектурой Core, а позже с Nehalem. Но нам нужно настоящее соревнование. И мы должны узнать больше о планах AMD по обеспечению конкурентоспособности.