Влияние Turbo Boost на эффективность энергопотребления процессоров Intel Core i5/i7 – THG.RU

Исследуем эффективность Core i5/i7 под LGA 1156

Новые процессоры Intel на основе сокета LGA 1156, а именно линейки Core i5-700 и Core i7-800, привлекли к себе немало внимания. В нашей статье, посвящённой объявлению новых процессоров, приведена вся основная информация. В целом новый процессор обеспечивает повышенную производительность по сравнению с Core 2 Quad. Это нас не удивило. Но Intel также заявляет и о том, что энергопотребление существенно уменьшилось, так что мы решили уделить этому вопросу больше внимания.

Core i5, i7: новые процессоры Intel для LGA 1156. Нажмите на картинку для увеличения.

Инновации Core i5

Новая платформа P55 и процессоры Intel Lynnfield показали себя впечатляюще с точки зрения производительности, но давайте посмотрим на ситуацию с другой перспективы. Основой платформы является архитектура Nehalem, впервые представленная в процессорах Core i7 для LGA 1366 в прошлом году, поэтому инновации в Lynnfield можно назвать, скорее, эволюционными, нежели революционными.

Впрочем, Intel прекрасно справляется с совершенствованием своей продукции. С технологической точки зрения процессоры Core i5 имеют намного большую интеграцию, приближаясь к “системе на чипе” (SoC, system-on-chip), добавляя контроллер PCI Express на кристалл. А более агрессивная реализация технологии Turbo Boost добавляет производительность в приложениях, не оптимизированных под многопоточность. Учитывая планы Intel интегрировать графику в процессоры Clarkdale в ближайшие месяцы, подобный шаг в сторону интеграции выглядит вполне разумно. Улучшенная технология Turbo Boost – ещё один шаг в сторону реализации динамического разгона в ближайшем будущем. Впрочем, в действительности крупные производители материнских плат уже несколько лет предлагают схожие функции.

Мы видим два основных преимущества новых процессоров LGA 1156 для покупателей. Первое: вы получите уменьшенное энергопотребление благодаря интегрированным контроллеру памяти и интерфейсу PCI Express 2.0. Второе преимущество: производительность. Технология Turbo Boost позволяет процессорам на LGA 1156 достичь производительность уровня Core i7-900 в некоторых приложениях. Оба преимущества уже были упомянуты в нашей статье “Тесты Core i5 и i7 для Socket LGA 1156 (Lynnfield)“.

Прирост производительности там, где это нужно

Текущее поколение технологии Turbo Boost ускоряет одно ядро на четыре 133-МГц шага в случае линейки Core i5-700 и на пять шагов у линейки Core i7-800. Это соответствует приросту тактовой частоты CPU 533 и 667 МГц, соответственно. Два ядра могут ускоряться на четыре шага, а три или четыре ядра могут получить одновременный прирост частоты на 133 МГц (до 266 МГц в случае топовой модели Core i7-860). Конечно, новые процессоры увеличивают энергопотребление при активации технологии Turbo Boost, хотя они всё равно остаются в пределах порогового значения 95 Вт благодаря интегрированному на кристалл блоку Intel Power Control Unit.

Снижение энергопотребления?

Нам нужно ответить на несколько основных вопросов: каково будет реальное снижение энергопотребления системы по сравнению с платформами Core 2 Quad? Какова будет эффективность (производительность на ватт) у нового поколения LGA 1156? Какова будет разница в эффективности системы LGA 1156 с активной и неактивной технологией Turbo Boost?

Как меняется TDP?

Когда-то платформа Intel состояла из трёх компонентов: процессор, северный мост чипсета (с графическим интерфейсом и контроллером памяти, также называемый Memory Controller Hub или MCH) и южный мост чипсета (I/O Controller Hub или ICH). В результате энергопотребление всех этих компонентов нужно было складывать. Процессоры потребляли от 65 до 130 Вт, северный мост P45 MCH – до 22 Вт, а южный мост ICH10R – до 4,5 Вт.

Новая платформа LGA 1156, включающая процессоры линеек Core i5-700 и i7-800, также оказалась первым двухкомпонентным дизайном Intel для массового рынка. Контроллер памяти ушёл в процессор ещё с поколением Bloomfield (Core i7 для LGA 1366), а теперь к нему присоединился и контроллер PCI Express. В итоге потребность в отдельном северном мосту исчезла, на чипсет стали возлагаться, в основном, функции ввода/вывода и управления. В результате чипсет P55, состоящий из одного чипа, был назван Platform Controller Hub или PCH. Поскольку во многом кристалл PCH соответствует старому ICH, то общая сложность и энергопотребление очень похожи.

А новые процессоры смогли остаться на том же уровне энергопотребления, что и некоторые предыдущие модели Core 2 Quad: 95 Вт. По сравнению с Core i7 на LGA 1366, новые процессоры уже потребляют на 35 Вт меньше. Более того, платформе уже не требуется отдельный MCH, то есть мы получаем экономию ещё на 20 Вт по общему энергопотреблению. Итог будет таков.

Если вы посмотрите на максимальное энергопотребление, то Core i7 и X58 потребляют до почти 160 Вт, а платформа Core 2 Quad требует до 122 Вт. У новых процессоров потребление платформы ниже 100 Вт уже намекает на потенциальное преимущество по эффективности, при этом мы ещё не провели ни одного теста по энергопотреблению или производительности. Впрочем, помните, что эти значения отражают максимальное энергопотребление, то есть тепловой пакет (TDP, thermal design power). В реальности всё может быть совсем по-другому.

Конечно, в приведённых выше расчётах мы не учли энергопотребление материнской платы с интегрированными компонентами. Стабилизаторы напряжения могут быть более или менее эффективными, да и дополнительные контроллеры аудио, сети или RAID-контроллеры тоже требуют питания. Добавьте к этому память и жёсткий диск или SSD. И не забудьте про видеокарту. Модели начального уровня требуют около 20 Вт в режиме бездействия, в то время как high-end видеокарты с лёгкостью потребляют до 60 Вт и больше, не делая при этом ничего, кроме отображения рабочего стола Windows. В нашей конфигурации мы использовали видеокарту для массового рынка GeForce GTX 260² от Zotac, которая эффективная, но вместе с тем и довольно современная. Установка более скоростной видеокарты приведёт к уменьшению разницы в энергопотреблении между разными конфигурациями на основе Core 2 или Core i5/i7.

Тестовая конфигурация

Нажмите на картинку для увеличения.

Платформа Intel DP55KG для LGA 1156. Нажмите на картинку для увеличения.

Энергопотребление

Энергопотребление системы в режиме бездействия. w/o Turbo – без технологии Turbo Boost.

Вполне очевидно, что процессоры Core i5/i7 нового поколения для LGA 1156 потребляют существенно меньше энергии, чем Core 2 Quad. В данном примере мы использовали экономичные S-версии линейки Intel Core 2 Quad, которые намного эффективнее в режиме бездействия и, в частности, под пиковой нагрузкой по сравнению с обычными версиями. Однако обратите внимание на процессор Core 2 Extreme QX9650, самую “прожорливую” модель в линейке. В нашей тестовой системе с видеокартой GeForce GTX260² платформе LGA 1156 требуется на 6-16 Вт меньше энергии в режиме бездействия, чем линейке Core 2.

Энергопотребление системы под нагрузкой Prime 95. w/o Turbo – без технологии Turbo Boost.

При пиковой нагрузке, которую мы создавали с помощью Prime95, две модели Core 2 Quad S оказались наиболее экономичными. Однако не забывайте, что эти процессоры были специально разработаны с учётом низкого энергопотребления (и тот же Q9550S стоит $219 или от 11 тыс. рублей в России). Процессоры заявлены с тепловым пакетом TDP 65 Вт, в то время как новые модели LGA 1156 имеют тепловой пакет 95 Вт. Процессор Core 2 Extreme QX9650 самый “прожорливый” – у него TDP составляет 130 Вт.

Пиковое энергопотребление этих процессоров напрямую можно связать с максимальной тактовой частотой. Если мы активируем функцию Turbo Boost на процессоре Core i7-870, то его частота может увеличиваться до 3,6 ГГц. В результате пиковое энергопотребление будет довольно близко к предельному, чтобы производительность была максимальной. Отключение Turbo Boost у Core i7-870 приводит к заметному снижению пикового энергопотребления со 182 до 178 Вт. Впрочем, Core i5-750 сохраняет свою максимальную тактовую частоту намного ниже: 3,2 ГГц в максимальном режиме Turbo Boost или 2,8 ГГц с активными четырьмя ядрами.

Общая затраченная энергия (Вт-ч) на прогон PCMark Vantage.

Затем мы измерили общую затраченную энергию (в ватт-часах) у всех тестовых систем на один полный прогон теста PCMark Vantage. В нашей статье, посвящённой запуску Core i5/i7, можно было видеть, что новые процессоры обходят модели Core 2 Quad по производительности. Экономичные S-модели требуют меньше энергии для данного теста, но они требуют большего времени для его завершения. Старый Intel Core 2 Extreme QX9650 оказался самым “прожорливым” процессором. Чипы LGA 1156 нельзя назвать экономичными, но не забывайте, что технология Turbo Boost даёт ощутимый прирост производительности. Давайте перейдём к соотношению производительности на ватт.

Эффективность

Среднее энергопотребление (Вт) во время прогона PCMark Vantage.

Сначала нам нужно получить среднее энергопотребление во время прогона PCMark Vantage. Мы отслеживали мгновенное энергопотребление на протяжении всего прогона PCMark Vantage, после чего рассчитали среднее значение. Опять же, можно видеть, что новые процессоры находятся примерно на уровне старых систем Core 2 Quad, но вы получите намного более высокую производительность при таком же среднем энергопотреблении. Теперь давайте соотнесём результат производительности PCMark Vantage со средним энергопотреблением, что позволит получить производительность на ватт (эффективность).

Эффективность (производительность на ватт).

А вот это уже намного интереснее. Поскольку новое поколение процессоров Core i5/i7 для сокета LGA 1156 даёт намного более высокую производительность при схожем пиковом энергопотреблении, а также при сниженном энергопотреблении в режиме бездействия, то соотношение производительности на ватт у новых платформ существенно выше. Есть и сюрприз: технология Turbo Boost отнюдь не улучшает эффективность. На самом деле она снижает эффективность, по крайней мере, в случае PCMark Vantage. Вполне очевидно, что процессору Core i7-870 требуется существенно больше энергии после активации Turbo Boost, а это, в свою очередь, негативно сказывается на эффективности. Процессор Core i7-870 на 2,93 ГГц даёт меньше производительности, но экономия энергии без активации Turbo Boost оказывается достаточно существенной, чтобы положительно сказаться на эффективности.

Нажмите на картинку для увеличения.

На нашей финальной диаграмме эффективности показано мгновенное энергопотребление каждой конфигурации в каждый момент времени прогона PCMark Vantage.

Заключение

Никто не будет спорить, что Intel неплохо поработала над оптимизацией архитектуры Nehalem для массового рынка. Энергопотребление системы в режиме бездействия заметно снизилось, и хотя энергопотребление под пиковой нагрузкой уменьшилось не так значительно, вы получите лучшую отзывчивость. Встроенный контроллер PCI Express в процессорах Intel и гибкая регулировка тактовых частот для каждого из доступных ядер благодаря второму поколению технологии Turbo Boost дают максимальную производительность тогда, когда это нужно.

В результате эффективность Core i5/i7 (производительность на ватт) приятно увеличилась. Новая платформа может выполнять больше работы при немного сниженном уровне энергопотребления. Можно было бы отметить, что технология Turbo Boost заслуживает похвалы за свою дальнейшую доработку, но это не так, по крайней мере, для Core i7-870. Массивное увеличение тактовой частоты благодаря работе Turbo Boost (до 667 МГц) более агрессивно использует доступный тепловой пакет, что, в свою очередь, снижает эффективность энергопотребления систем Core i7-870 по сравнению с таким же компьютером, не использующим Turbo Boost. Мы бы не хотели называть полученные результаты универсальными, но они верны для полного прогона PCMark Vantage.

В повседневной жизни технология Turbo Boost наверняка будет работать меньшие промежутки времени, да и наверняка для одного или пары ядер. Сценарии, в которых три или четыре ядра полностью бы ускорялись, требуют приложений, серьёзно использующих многопоточность – и в таком случае вы получите всю производительность, какая только будет доступна. Эффективность в таких сценариях вряд ли так важна. Кстати, если одно ядро будет работать на 3,6 ГГц, то такой сценарий наверняка не будет так значительно повышать энергопотребление системы, чтобы оно существенно сказалось на эффективности.

В будущем мы планируем провести дополнительные тесты эффективности систем.