Многоядерные процессоры: первые попытки

В программах, которые оптимизировались для использования Hyper-Threading, Pentium D 840 почти вдвое быстрее своих одноядерных предшественников.

Какими будут многоядерные процессоры будущего, нам пока не известно — но мы точно знаем, что основной тенденцией в развитии процессоров на ближайшее время будет именно многоядерность. И первые серийные образцы таких процессоров уже доступны (правда, пока только в составе готовых систем). И по ним уже можно сказать, что компания Intel движется в сторону многоядерности достаточно осторожно. Pentium Extreme Edition 840, уже протестированный нашими коллегами из IDG, являет собой фактически два отдельных процессора, объединенных в одной упаковке. Несмотря на кажущуюся простоту, при этом решались достаточно сложные задачи по скоординированному использованию процессорами FSB и реализации энергосберегающих технологий, использование которых зависит от внутреннего состояния обоих процессоров. Так что Pentium EE 840 можно рассматривать как первую попытку многоядерности, предназначенную для обкатки взаимодействия ядер на самом общем уровне.

С экономической точки зрения объединение двух независимых ядер в одной упаковке тоже вполне оправданно. Фактически пластину с выращенными ядрами процессоров можно разрезать и по одному ядру, и по парам. Режим работы уже готового процессора определяется коммутацией в упаковке. Так что, выпуская всего одно ядро, можно делать весь спектр процессоров — от одно- до многоядерных.

Однако такой подход может и не стать основным, поскольку имеет заметные недостатки. Прежде всего, это неоптимальное использование кэш-памяти. Этот изъян характерен и для обычных многопроцессорных систем. Независимые процессоры с большой вероятности кэшируют одни и те же данные, и при их модификации необходим механизм взаимного уведомления процессоров и актуализации их кэш-памяти.

Очевидно, что и с точки зрения максимизации размера кэш-памяти, и с точки зрения минимизации потерь времени на ее разделение, кэш-память должна быть общей для всех ядер. Однако собрать такой процессор из нескольких независимых заготовок невозможно. Тут необходима разработка абсолютно нового ядра — а это долго и дорого. Так что интрига даже в таком вроде бы частном вопросе будет сохранятся еще долго.

Пока же первая двуядерная платформа Intel включает, помимо "сдвоенного" процессора Pentium Extreme Edition 840 (обратите внимание, цифры "4" после Pentium нет), также набор микросхем Intel 955X Express. Pentium EE 840 имеет тактовую частоту 3,2 ГГц, частоту системной шины 800 МГц и 2 Мб кэш-памяти второго уровня (по 1 Мб на каждое ядро). Каждое ядро поддерживает Hyper-Threading, поэтому в системе видны четыре процессора.

Чуть позже (во второй половине года) должны начаться продажи процессоров Pentium D серии 8хх. Это будут Pentium D 840 (3,2 ГГц), 830 (3,0 ГГц) и 820 (2,8 ГГц), которые будут отличаться от Extreme Edition, в основном, отсутствием Hyper-Threading. Появится и более демократичный чипсет — Intel 945.

Производительность

Грустный факт: скоростной потенциал процессоров, как никогда прежде, стал зависеть от качества работы программистов. Грустно все это потому, что критерии оценки результатов труда разработчиков софта и железа слишком уж разные. Об оптимизации софта начинают думать уже после его коммерческого успеха. И никогда раньше успех массового ПО не зависел от его "распараллеливаемости". Не зря именно Intel взялась за разработку инструментария для написания "правильных" программ и оптимизации существующих.

На сегодня же даже без тестирований можно сказать, что полностью готовы к использованию многоядерных процессоров, в общем-то, те же программы, которые и раньше неплохо использовали Hyper Threading. В основном, это программы обработки потоковых данных — аудио и видео.

В нашем тесте Pentium Extreme Edition 840 работал на предсерийной материнке Intel D955XBK с чипсетом D955X и с двумя 512 Мб модулями памяти DDR2-667.

Сравнивалась эта система с Pentium 4 660 на материнке Intel D925XECV2 (чипсет i925XE) и с двумя 512 Мб модулями памяти DDR2-533 Corsair CM2X512.

Прочие параметры стендов:

• графика: MSI Geforce 6800 GT с 256 Мб памяти, драйвер Forceware66.77;
• HDD: Serial-ATA Maxtor Maxline III 250 Гб;
• ОС: Windows XP Professional SP2.

Результаты тестирования (кстати, весьма показательные) — в таблице ниже.

Игровые тесты тоже производились, однако ситуацию в играх достаточно хорошо иллюстрируют результаты 3D Mark 2003 CPU, также приведенные в таблице. Во всех играх Pentium Extreme Edition 840 уступает Pentium 4 660. В основном это "заслуга" создателей игр, которые пока не "параллелят" свои творения. Не исключено, что ситуация изменится — компания Intel уже довольно давно начала распространять новую платформу именно среди производителей игр.

В тесте Sysmark 2004 в дисциплине Office Productivity многоядерность не сыграла заметной роли. Другое дело — Internet Content Creation. Здесь уже присутствуют элементы обработки потоковых данных — а такие работы хорошо параллелятся. Adobe Photoshop, 3D Studio Max и Windows Media Player, использующиеся в этом подтесте, показывают до 30% прироста производительности.

Не менее хорошо заметен эффект от многоядерности в CineBench, который и раньше умел использовать все доступные процессоры, и в Spec CPU2000, который мы запускали в режиме "rate_base", позволяющем выполнять на каждом физическом и виртуальном ядре копию теста.

Nero Recode 2.2.6.9 от Ahead мы использовали, чтобы сжать фильм "Никита" с четырех до одного гигабайта. Это приложение многопоточное, поэтому эффект од многоядерности очень заметен.

Итоги

Если вам часто приходится заниматься обработкой музыкальных файлов и изменением формата видеофайлов, то многоядерность — это однозначно то, что вам нужно. Именно здесь работает формула 1+1 = 2. То есть добавление второго ядра может привести к повышению производительности до 90%.

Во всех остальных случаях ситуация выглядит не столь радужно. Однако даже в офисном ПК на сегодня найдется не одна программа, желающая загрузить второе ядро. Хочется надеяться, что оптимизация популярных приложений не заставит себя ждать — и тогда новые (и не только новые) процессоры смогут полностью реализовать свой потенциал.

Что касается самых больших консерваторов в этом деле — производителей игр, то уже в следующих версиях компании Epic (создатели Unreal) и Crytek (создатели Far Cry) полностью поменяют ядро физики.