Эпоха одноядерных процессоров уходит в прошлое. Уже сейчас CPU, оснащенные двумя вычислительными ядрами, начали активное наступление на сегмент рынка настольных компьютеров. А там, глядишь, и многоядерные подтянутся...
В апреле-мае этого года в ИТ-индустрии произошли знаменательные события: монстры процессорного рынка AMD и Intel явили миру CPU с двумя вычислительными ядрами. Первой представила двухъядерные чипы для настольных ПК корпорация Intel: 11 апреля было официально объявлено о начале поставок процессора Pentium 4 Extreme Edition 840. Ответ AMD не заставил себя долго ждать, и уже 21 апреля компания представила три серверных двухъядерных процессора Opteron, а также торговую марку двухъядерных процессоров для настольных ПК - Athlon 64 X2, которые были официально презентованы 9 мая.
Intel Pentium DДля корпорации Intel выпуск процессоров с двухъядерной архитектурой был фактически неизбежен, поскольку ядро Prescott на сегодня практически полностью исчерпало свой запас по тактовой частоте, ограниченный сверху величиной 4 ГГц. Первые двухъядерные процессоры Intel для настольных систем изготовлены на основе ядра Smithfield. Фактически оно состоит из двух ядер Prescott, выполненных на одном полупроводниковом кристалле. Туда же помещается арбитр, который следит за состоянием системной шины и помогает разделять доступ к ней между двумя CPU. Каждое из ядер имеет собственную кэш-память второго уровня размером 1 Мб. Все взаимодействие между ядрами в Smithfield происходит через системную шину.
На данный момент выпускается два типа процессоров для настольных компьютеров: просто двухъядерные Pentium D и CPU для энтузиастов Pentium Extreme Edition. Двухъядерные процессоры упаковываются в корпус LGA775 и работают с частотой системной шины 800 МГц.
Линейка CPU Pentium D представлена тремя моделями: 820, 830 и 840 с частотами соответственно 2,8, 3,0 и 3,2 ГГц. В элитарном секторе есть одна модель - Pentium Extreme Edition 840, процессорные ядра которого работают на частоте 3,2 ГГц. Отличие экстремального двухъядерника от остальных заключается в разблокированном коэффициенте умножения и включенной технологии Hyper-Threading, которая отключена в моделях линейки Pentium D. То есть операционной системой Pentium Extreme Edition будет определяться как четыре логических процессора. Основные характеристики новых CPU приведены в таблице 1.
Стоит также заметить, что новое процессорное ядро наследует от Prescott весь набор современных технологий: поддержка 64-битных расширений EM64T, технология безопасности Execute Disable Bit и полный набор средств Demand Based Switching для управления тепловыделением и энергопотреблением, включающий технологии C1E (Enhanced Halt State), TM2 (Thermal Monitor 2) и EIST (Enhanced Intel SpeedStep). Последние три технологии не поддерживаются самой младшей двухъядерной моделью Pentium D 820, поскольку для их работы требуется динамическое изменение множителя процессора. Коэффициент умножения этого чипа (14x) является минимальным для CPU на основе Prescott и его производных.
AMD Athlon 64 X2
Двухъядерные процессоры производства компании AMD получили название Athlon 64 X2. Как видно из наименования, новые CPU имеют архитектуру AMD64, а "X2" свидетельствует о том, что в них присутствует два вычислительных ядра.
Модельный ряд Athlon 64 X2 на сегодня включает в себя пять процессоров с рейтингами 3800+, 4200+, 4400+, 4600+ и 4800+, основные характеристики которых приведены в таблице 2. В их основе используются ядра с кодовыми именами Toledo и Manchester.
Различия между ними заключаются в размере кэша второго уровня. Toledo имеет кэш L2 объемом 1 Мб на каждое ядро, а у Manchester этот показатель вдвое меньше - по 512 Кб на каждое ядро. Процессоры с рейтингами 4400+ и 4800+ построены на основе ядра Toledo и работают на частотах 2,2 и 2,4 ГГц соответственно. А CPU с рейтингами 3800+, 4200+ и 4600+ имеют ядро Manchester и тактовые частоты 2,0, 2,2 и 2,4 ГГц. Существуют также варианты построения последних трех упомянутых процессоров на основе ядра Toledo, но с отключенной половиной кэша.
В отличие от Intel компания AMD не стала уменьшать частоту своих новых CPU. Как видим, тактовая частота самого быстрого двухъядерного процессора соответствует частоте старшей модели в линейке Athlon 64 (правда, существует более быстрый геймерский FX). Из этого следует, что даже в приложениях, не оптимизированных под многопоточность, Athlon 64 X2 будет демонстрировать очень хороший уровень производительности.
Следует отметить, что подход к реализации двухъядерности в процессорах AMD несколько отличается от того, что был предложен на чипах Intel. Хотя, как и Pentium D, Athlon 64 X2 по сути представляет собой два процессора Athlon 64, объединенных на одном кристалле. Дело в том, что ядра в Smithfield общаются между собой посредством системной шины, а в Athlon 64 X2 реализован несколько иной метод.
Еще на этапе разработки архитектуры AMD64 была предусмотрена возможность создания многоядерных процессоров. Каждое из ядер Athlon 64 X2 обладает собственным набором исполнительных устройств и выделенной кэш-памятью второго уровня, контроллер памяти и контроллер шины HyperTransport общий. А вот взаимодействие каждого из ядер с разделяемыми ресурсами происходит посредством специального коммутатора (Crossbar Switch) и интерфейса системных запросов (System Request Interface), в котором формируется очередь системных запросов (System Request Queue). И, что самое главное, на этом же уровне организовано и взаимодействие ядер между собой, благодаря чему вопросы когерентности кэшей решаются без дополнительной нагрузки на системную шину и шину памяти.
Двухъядерные процессоры AMD не нуждаются в новых чипсетах и материнках, достаточно лишь обновить BIOS на уже существующих платах под Socket 939. Стоит также отметить, что удалось вписать в ранее установленные рамки для Athlon 64 и энергопотребление Athlon 64 X2. Новый процессор поддерживает технологии: AMD64 (поддержка 64-битных расширений), Enhanced Virus Protectionи (защита от некоторых типов вирусов), а также Cool`n`Quiet (предназначена для понижения тепловыделения и энергопотребления процессора).
Тестирование
В тестовую лабораторию редакции попали двухъядерные CPU обоих гигантов процессорного рынка - Intel Pentium D 820 и AMD Athlon 64 X2 4800+. Напрямую сравнивать эти процессоры между собой нет никакого смысла, поскольку они находятся в совершенно разных весовых категориях. В качестве оппонента с каждым двухъядерником был сопоставлен его одноядерный предок, работающий на такой же тактовой частоте, - Intel Pentium 4 520 и AMD Athlon 64 4000+.
Тестирования проводились на стендах следующей конфигурации.
Intel:
- Материнская плата - Intel D945GTP (чипсет Intel 945G);
- Оперативная память - два модуля по 512 Мб Micron DDR2-533;
- Системный HDD - SATA Maxtor 250 Гб;
- Операционная система - Windows XP Pro, SP2.
AMD:
- Материнская плата - ASUS A8N SLI Deluxe (чипсет nVIDIA nForce4 SLI);
- Оперативная память - два модуля по 512 Мб Corsair DDR400;
- Графические карта - 128 Мб ATi Radeon X600;
- Системный HDD - SATA Maxtor 250 Гб;
- Операционная система - Windows XP Pro, SP2.
В данном тестировании мы исследовали изменение производительности в различных популярных приложениях при использовании систем на основе двухъядерного процессора вместо одноядерного. В качестве тестовых программ применялись приложения, входящие в состав пакета WorldBench 5. Результатом тестов является время (в секундах), потраченное на выполнение приложения.
Результаты тестирования приведены в таблицах.
Заключение
Как видно из результатов тестирования, в большинстве приложений мы имеем незначительный прирост. Более солидный выигрыш мы получаем при запуске программ по обработке видео - Microsoft Windows Media Encoder 9.0 и Roxio VideoWave Movie Creator 1.5. Но лучше всего двухъядерные процессоры проявили себя при многозадачном тесте, когда одновременно запускается два приложения Mozilla и Windows Media Encoder. Причем отрыв Athlon 64 X2 4800+ от своего одноядерного предка составил 82,2%, а разница между процессорами Intel в этом тесте составила 47,1%. На первый взгляд, двухъядерность AMD эффективней, чем у Intel. Но не стоит забывать, что у Pentium 4 уже была псевдодвухъядерность в лице технологии Hyper-Threading. Может быть, именно поэтому прирост получился не такой солидный.
Глядя на менее выдающиеся результаты остальных приложений, можно предположить, что эти программы просто не оптимизированы под многопоточность. Но ведь процессы развития аппаратных и программных средств никогда не шли параллельными курсами. Постоянно кто-то кого-то обгонял и, как правило, "железо" вырывалось вперед, а "софт" уже потом догонял. Поэтому можно предположить, что в скором будущем производители ПО постараются оптимизировать под многопоточность как можно большее количество своих продуктов. И вот тогда двухъядерные процессоры смогут в полной мере раскрыть свой потенциал.
Оборудование для тестирования предоставлено представительствами компаний AMD и Intel в Украине.
