Pentium 4 6хх: быстрее, тише, экономичней

21 февраля 2005 г. корпорация Intel объявила о выпуске процессоров Intel Pentium 4 Extreme Edition 3,73 ГГц с технологий Hyper-Threading (HT) и четырех новых процессоров Intel Pentium 4 серии 6xx, также поддерживающих технологию HT.

Частоты процессоров серии 6xx составляют 3.6, 3.4, 3.2 и 3.0 ГГц, а частота FSB для всех их составляет 800 МГц, что похоже на характеристики серии 5xx. Таким образом, изменения коснулись, в основном, решений архитектурных и качественных.

Первое качественное изменение заключается в том, что все пять процессоров поддерживают 64-разрядную адресацию памяти посредством технологии Intel Extended Memory 64 Technology (Intel EM64T). Корпорация Intel планирует использовать эту технологию во всех представляемых в текущем году процессорах для настольных ПК, в том числе в Intel Celeron D.

Второе качественное изменение: процессоры Intel Pentium 4 серии 6xx поддерживают усовершенствованную технологию Intel SpeedStep (EIST), которая предоставляет новые возможности энергосбережения для настольных ПК.

И, наконец, третье — это удвоение размера кэш-памяти второго уровня (до 2 Мб). Кэш такого размера раньше был характерен для процессоров Extreme Edition. Теперь же процессор Intel Pentium 4 Extreme Edition имеет тактовую частоту 3,73 ГГц и FSB с 1066 МГц, а кэш-память второго уровня у него осталась 2 Мб.

Время новых процессоров

Еще недавно, рассказывая о появлении платформы LGA775, мы отмечали, что на тот момент эта платформа являлась не столько средством очередного повышения производительности, сколько запуском новых технологий, которые позволят и дальше наращивать производительность систем и в отдаленной, и в ближайшей перспективе.

Количество нововведений действительно впечатляло. Однако те, кто ждал, прежде всего, повышения производительности, были несколько разочарованы. За исключением некоторых топовых моделей процессоры для LGA775 и PGA478 были практически одинаковыми, причем PGA478 выглядел даже лучше (с той точки зрения, что для него имелись в наличии процессоры Northwood — менее прожорливые и чуть более быстрые, чем первые Prescott). А явно нацеленные на перспективу архитектурные новшества сразу себя заметно не проявили.

Но прошло немного времени — и можно уже с полной уверенностью сказать, что новая платформа действительно состоялась. Отрасль "на ура" восприняла PCI-Express, и уже стали появляться продукты, использующие ее эксклюзивные возможности. В качестве примера можно вспомнить видеокарты с технологией турбо-кэш, уже доступные на Украине.

И наконец, достоинства архитектуры поддержаны теперь достоинствами новых процессоров серии 6хх. Изменений в них тоже очень много. Однако в этот раз мы остановимся только на аспектах, важных для скептиков. Это энергопотребление и производительность. Пристальное рассмотрение  EM64T пока отложим — не за горами выход 64-битной Windows, и как только она выйдет, протестируем и этот режим.

Энергопотребление

Насколько Intel удалось решить проблему повышенного энергопотребления топовых процессоров за последнее время, можно увидеть на примере пары Pentium 4 560 и Pentium 4 660. У них одинаковая частота ядра и FSB, одинаковое типовое напряжение питания ядра процессора и одинаковый термальный дизайн — 115 Вт. При этом Pentium 4 660 имеет вдвое больший размер кэш-памяти второго уровня, которая тоже не святым духом питается.

Уже было сказано, что Pentium 4 660 поддерживает усовершенствованную технологию Intel SpeedStep (EIST). По официальной информации, эта технология позволяет в моменты простоя процессора понижать его частоту, а также питающее напряжение ядра. Оба эти положения требуют некоторых пояснений.

Понижение питающего напряжения влияет на снижение потребляемой мощности значительно сильнее, чем уменьшение частоты. При номинале в 1,4 В процессор Pentium 4 660 может работать в диапазоне 1,2…1,4 В. Процессор сам "знает", при каком напряжении он способен выполнять текущую работу, и сообщает об этом материнской плате. И уже по его запросу "правильная" материнка может понизить напряжение (а может и не понизить — зато дешево стоить).

Понижение частоты процессоры компании Intel умеют делать двумя способами: путем изменения коэффициента умножения и путем модуляции тактовой частоты. С коэффициентом умножения все более или менее ясно. Pentium 4 660 имеет два штатных множителя — 14 и 18. Штатная частота достигается при множителе 18. С множителем 14 процессор Pentium 4 660 будет стартовать, только будучи подключенным к материнской плате "04А". Вообще, материнские платы под LGA775 бывают двух видов: 04А (поддерживает процессоры мощностью до 84 Вт) и 04 В (поддерживает процессоры мощностью до 114 Вт). Материнские платы по спецификации 04А создаются из расчета более низкой себестоимости, но не поддерживают некоторые топовые процессоры. В семействе процессоров 6хх в разряд 04B попадает только старшая 660-я модель.

Таким образом, если процессор 04B поставить на материнскую плату 04А, он будет стартовать на меньшей частоте, при которой его потребление не выйдет за пределы 84 Вт.

С модуляцией тактовой частоты дело обстоит немного сложнее. Создать систему, которая была бы в состоянии плавно менять тактовую частоту процессора, очень непросто и недешево. Да и не нужно. Уменьшение энергопотребления при понижении частоты происходит оттого, что перезаряд емкостей логических элементов происходит меньшее количество раз в единицу времени. Если нагрузка невелика, то некоторые из тактов работы процессора можно объявить "холостыми", при этом в процессоре ничего переключаться не будет. Тут получается интересная картина: физическая частота не меняется — но количество рабочих тактов за единицу времени уменьшается.

 

Для того чтобы оценивать этот процесс каким-то привычным образом, придумали термин "эффективная частота" или "частота тротлинга". Этот показатель показывает, при какой частоте мы могли бы получить такое же количество рабочих тактов в единицу времени, что и при текущей модуляции тактовой частоты. Например, если для процессора частотой 4 ГГц (пример условный) каждый четвертый такт будет холостым, то частота тротлинга составит 3 ГГц.

EIST

Intel SpeedStep использует при своей работе как понижение напряжения, так и понижение частоты. В официальной документации мы не нашли разъяснений, как именно все это работает, поэтому можем рассказать лишь то, что видели в ходе тестирования.

Так, напряжение питания при простое у нас составило около 1,21 В, что значительно ниже номинала. При этом коэффициент умножения уменьшался до 14. Что касается модуляции тактовой частоты, то специальные утилиты ее фиксировали — тем не менее, я бы не решился сказать, что она участвует при активации SpeedStep. Напрямую выявить факт ее использования никакая программа не способна — это следует из принципа работы. Ведь если при неизменной частоте некоторые такты были холостыми, то определить это программа может, лишь оценив какую-либо работу, выполнявшуюся в это время (как, собственно, и поступают все утилиты типа ThrottleWatch). Но если процессор что-то делал, EIST и не включалась! Словом, здесь у нас уверенности нет — если выясним точно, сообщим дополнительно.

Тестирование

Поскольку прямых методов измерения потребляемой процессором мощности не существует, мы решили измерить то, ради чего все это затевалось,— энергопотребление системы в целом. С этой целью шнур питания тестового стенда был разрезан, и в разрыв вставлен цифровой китайский мультиметр с заявленной точностью при измерении переменного тока 3%. Потребление самого процессора мы, конечно, таким способом не определим, зато разница в потреблении — это однозначно разница в потреблении процессоров, ее-то мы замерить сможем.

Чтобы влияние остальных компонентов системы на тестирование было минимальным, конфигурация стенда была выбрана также минимальной: материнская плата Intel D915GUX + один модуль памяти DDR2 512 Мб + HDD Maxtor MaXLine III 250.

Для трех конфигураций — Pentium 4 560, Pentium 4 660 и Pentium 4 660 + EIST — мы замерили потребляемый системой ток при простое системы и при выполнении теста CPU из третьего 3D Mark. Конфигурация Pentium 4 660 без включения EIST интересовала нас, прежде всего, как показатель технологического прогресса в новых ядрах по сравнению со старыми. А конфигурация Pentium 4 660 с включенной EIST, естественно, иллюстрировала эффективность EIST в чистом виде.

Итак, что мы получили в результате замеров (энергопотребление системы при простое): 

 Имеем первую сенсацию. Pentium 4 660 даже без EIST ощутимо экономичнее своего предшественника! И это при заметно большей производительности (об этом чуть дальше). Не скроем, для нас это стало неожиданностью.

Включение же EIST для Pentium 4 660 дает уменьшение потребляемой мощности на 20 Вт. А по сравнению с Pentium 4 560 — на 30 Вт. Потребление системы в целом снизилось на треть!

Энергопотребление системы при загрузке 100%

 

То, что Pentium 4 660 заметно экономичнее своего предшественника, заметно и при полной нагрузке (практически на 34 Вт). Включение EIST в этом случае повлияло незначительно, и это правильно. Процессор практически не простаивал — и, соответственно, EIST активировалась очень редко.

Производительность

Для очень многих пользователей все разговоры о процессорных новинках сводятся к одному: насколько быстрее новый процессор по сравнению со старым. В качестве "старого", как и в случае с тестированием энергопотребления, у нас выступает Pentium 4 560, который имеет такую же частоту ядра и FSB, что и Pentium 4 660.

В тесте производительности участвует также Pentium 4 Extreme Edition 3,73 ГГц, который, помимо штатного режима, мы прогнали и в присутствующем на материнках Intel — а потому почти законном — режиме Burn +10%. Частота процессора составила 4,11 ГГц.

Нас интересовала, в основном, правдивость утверждений, что, мол, частоты процессоров Intel не растут, потому что не хватает охлаждения. Температура процессора на частоте 4,11 ГГц выросла всего на два градуса и за рекомендованные пределы не вышла. Со стабильностью проблем тоже не было. Тест Worldbench5 в стандартном режиме по умолчанию работает уже почти сутки, полностью напрягая систему,— и все прошло без сбоев.

В ходе этого теста нами был использован уже другой стенд. Поскольку частота FSB у Pentium 4 Extreme Edition 3,73 ГГц составляет 1066 МГц, общей для всех процессоров стала материнка Intel D925XECV2, на которой была установлена референсная карточка на ATI Radeon X300. В качестве дисковой подсистемы использовался штатный Matrix RAID0 на двух SATA-винчестерах Seagate Barracuda 7200.7 SATA NCQ.

Производительность в реальных приложениях

Мы начинаем не с синтетических тестов, а с измерения производительности в реальных приложениях потому, что последние дают возможность не столько оценить прирост (или не прирост) производительности, сколько посмотреть, какие компоненты системы являются "бутылочным горлышком" для разных приложений — и, соответственно, взвесить, какая система будет для них оптимальной.

Результаты тестирования — в таблице ниже.

 

* Цифры приведены в секундах исполнения (меньше - лучше)

Результаты достаточно очевидны. "Процессоронезависимыми" приложениями оказались Nero 6.0.0.3 и Microsoft Office XP. Если для Nero критичной является дисковая подсистема, то непонятно, что стало "бутылочным горлышком" для MS Office. Все остальные приложения достаточно хорошо прореагировали на увеличение мощности процессоров. А Mozilla 1.4 вообще ускорилась втрое!

* Больше - лучше

Особо хочется отметить результаты теста Multitasking: Mozilla + Media Encoder. Он вообще уникален — показывает производительность системы при совместной работе двух многопоточных приложений. Причем приложения эти — от очень разных поставщиков ПО. Такая ситуация (когда на ПК работает пестрая смесь программ от враждующих компаний) для обычного ПК достаточно стандартна — тем не менее, она никем до этого не тестировалась.

Именно совместная работа приложений дает наибольший (если не считать рекорд Mozilla) прирост, а это именно тот фактор, который увидят и оценят все пользователи.

Синтетические тесты

Производительность систем многие оценивают по синтетическим тестам, которые, как правило, действительно неплохо иллюстрируют некоторую среднюю величину этой самой производительности. Кроме того, с помощью некоторых таких тестов, например 3Dmark, можно быстро оценить производительность с точки зрения играбельности системы.

Здесь мы сравниваем только процессоры Pentium 4 560 и Pentium 4 660.

 В Worldbench итоговые оценки всех конфигураций таковы:

 Эти цифры можно считать достаточно объективными оценками повышения производительности новых процессоров от Intel. По ним видно, что удвоение кэша второго уровня в P4 660 прибавляет около 4%, перевод FSB на 1066 МГц дает еще столько же, и, наконец, повышение частоты на 10% дает прирост еще в 6%.

Следует отметить, что измерения в WorldBench 5 для P4 660 проводились нами как с активированной, так и с отключенной EIST. Включение этой технологии не повлияло на скорость работы системы в наших тестах. Точнее говоря, изменение скорости находилось в пределах погрешности измерений.

+ 0 ГГц, + скорость, + экономичность

Если подвести итог, то инновации, примененные во флагманском процессоре линейки 6хх, делают его, по сравнению с предшественником, на 4% (в среднем) более быстрым при работе и примерно на 30 Вт более экономичным в режиме простоя. Учитывая, что на производительность EIST практически не влияет, мы однозначно рекомендуем ее включить (по умолчанию она отключена в BIOS).

Что касается Intel Pentium 4 Extreme Edition 3,73 ГГц, то этот процессор не только характеризуется очень высокой производительностью — он обладает, к тому же, хорошим разгонным потенциалом, легко перешагивая 4 ГГц.