Страсть к круглым цифрам

Тактовая частота центральных процессоров для персональных компьютеров 6 марта 2000 г. перевалила за 1 ГГц. Примечательно, что первыми преодолели этот рубеж процессоры компании AMD. Вскоре Intel изобрела технологию NetBurst, позволившую (хотя и в ущерб производительности) достигать заметно более высоких тактовых частот. Однако намеченное на 2004 г. преодоление тактовой частоты 4 ГГц не состоялось — 3,8-ГГц серийный процессор Intel Pentium 4 до сих пор остается самым высокочастотным.

Время показало, что технология NetBurst оказалась тупиковой ветвью прогресса и в конце 2005 г. даже привела к тому, что доля Intel в продажах процессоров на розничном рынке опустилась ниже 50%. Сейчас эта компания переориентируется на выпуск устройств с гораздо более низкой тактовой частотой — у флагманской модели (кстати, оставляющей по производительности далеко позади все разработанные ранее процессоры с системой команд x86) она пока не достигла и 3 ГГц.

На появление технологии, обещающей повышение тактовых частот, непропорциональное производительности, компания AMD отреагировала введением процессорного рейтинга, т.е. эффективной тактовой частоты, на которой должен был бы работать процессор определенной архитектуры (представители AMD говорили об Athlon, но ни для кого не секрет, что подразумевается именно Pentium 4), чтобы обеспечить аналогичную рейтингуемому процессору производительность на основе выбранного набора тестов.

Собственно, Athlon, появившийся во времена господства младших моделей Pentium III, был его прямым (и успешным) конкурентом. Следующей моделью AMD стал Athlon XP, незначительно отличавшийся от Athlon, но именно с него и началось рейтингование компанией AMD своих процессоров, так как конкурировать ему приходилось уже с высокочастотным Pentium 4.

В не таком уж далеком прошлом, когда идея рейтингования процессоров была воплощена IBM, выпускавшей процессоры, разработанные Cyrix, сам по себе рейтинг оказался скомпрометированным. С одной стороны, это объяснялось тем, что при его вычислении не учитывалась скорость обработки чисел с плавающей запятой, а именно тогда начала входить в моду 3D-графика, требующая большого объема таких вычислений. С другой стороны, Intel выпустила Pentium II, имеющий PR-рейтинг существенно выше единицы, но по-прежнему маркировавшийся тактовой частотой. Естественно, по сравнению с Pentium II процессоры, оценивающиеся относительно Pentium, оказались в явном проигрыше.

Тем не менее система рейтингов помогла компании AMD пережить трудные времена, когда она несколько ранее, чем Intel, столкнулась с проблемами увеличения тактовых частот. AMD была вынуждена отказаться от намеченной к выходу в 2002 г. модели Athlon XP 2800+, обладавшей стандартным для того времени объемом кэш-памяти 256 Кбайт и тактовой частотой 2250 МГц, из-за того, что ей так и не удалось добиться стабильной работы процессора. Экспериментальный образец этого процессора побывал и у нас в редакции. Как мы выяснили, нестабильность проявлялась в периодической порче содержимого кэш-памяти L2 — один раз в течение нескольких часов. Также эта модель успела попасть в некоторые справочные издания, выпущенные в 2002 г., хотя большинство пользователей помнят процессор Athlon XP 2800+ по версии, содержавшей 512-Кбайт кэш-память и работавшей на частоте 2083 МГц (ядро Barton).

Так или иначе, но на протяжении длительного времени AMD не удавалось выпустить процессор, стабильно работавший на частоте выше 2,2 ГГц. Зато с рейтингами все обстояло довольно благополучно: фактически не изменяя тактовой частоты, компании удалось поднять их для процессоров от 2700+ до 3500+ благодаря последовательному применению нескольких усовершенствований.

Самое интересное, что при этом AMD сумела сохранить приблизительный паритет с Intel по производительности процессоров.

Выше мы упоминали, что конкурентом для Athlon следует считать Pentium III, для Athlon XP — Pentium 4. Но поскольку AMD выпустила еще Athlon 64, то неясно, какой же процессор Intel следует считать его прямым конкурентом?

Производительность процессоров — приложения

Здесь следует сказать о некоторой непоследовательности компании Intel в политике разделения собственных изделий на поколения. Например, в отдельное поколение был выделен Pentium III, имевший точно такое же ядро, как и Pentium II, но отличавшийся от последнего лишь наличием определенного количества дополнительных инструкций. В то же время, хотя ядро Pentium 4 Prescott и принадлежало к прежней технологии NetBurst, оно достаточно сильно отличалось от предшествовавшего ему ядра Northwood, причем в первую очередь возросшей длиной конвейера — с 20 до 31 стадии — и, следовательно, снизившейся производительностью ядра, которую с трудом удавалось хоть как-то скомпенсировать увеличением вдвое объема кэш-памяти за счет перехода к более тонким технологическим нормам.

Производительность процессоров — наборы инструкций

Пожалуй, именно Pentium 4 Prescott и следует считать поколением, напрямую конкурирующим с Athlon 64. Продолжая эту аналогию, укажем и следующую пару: Pentium D и Athlon 64 X2, т.е. двухъядерные изделия обеих компаний, продолжившие на уровне каждого ядра уже отработанные технологии Pentium 4 Prescott и Athlon 64 соответственно.

Таким образом, можно отметить, что заметный рост фигурирующих в названии процессоров численных показателей, в чем бы они ни измерялись — в реальных мегагерцах или в рейтинговых единицах, сопровождался лишь очень незначительным увеличением производительности. В результате рейтинг в последних одноядерных моделях AMD более чем в 1,5 раза превышал реальную тактовую частоту (на тактовой частоте 2,4 ГГц теперь работают процессоры с рейтингом 3800+ и 4000+ в зависимости от объема кэш-памяти). С учетом результатов работы наборов тестов компания AMD оценила прирост производительности от введения второго ядра в 20%. Достаточно скромный показатель, но именно он позволил AMD плавно продолжить линейку рейтингов.

В заключение следует сказать, что в настоящее время у двухъядерных процессоров AMD повышение тактовой частоты на 200 МГц соответствует возрастанию рейтинга на 400. Впрочем, сам рейтинг также примерно вдвое превышает тактовую частоту одного ядра (например, Athlon 64 X2 4600+ и 4800+ работают на частоте 2,4 МГц, а 4200+ и 4400+ — на частоте 2,2 МГц). Так что с учетом двухъядерности получаются уже вполне логичные цифры, причем даже после отказа Intel от высокочастотных процессоров, выполненных по технологии NetBurst. Теперь рейтинг процессоров Athlon 64 X2 можно вычислить по формуле:

где R — модельный номер (рейтинг) процессора; F — тактовая частота, МГц; K — объем кэш-памяти, Кбайт.

Значит, было вполне логично, что очередное устройство, продолжающее сверху линейку процессоров AMD среднего уровня, получило в качестве модельного номера круглое рейтинговое число 5000. Фактически новый процессор соответствует Athlon 64 FX-60 с урезанным вдвое объемом кэш-памяти второго уровня, перенесенным, кроме того, в разъем AM2 и, следовательно, обладающим контроллером памяти типа DDR2.

Потому-то для сравнительного тестирования и имеет смысл выбрать именно процессор AMD FX-60. Как его преимущество следует отметить больший объем кэш-памяти, а как недостаток — более низкую частоту работы с основным объемом оперативной памяти. Для сравнения мы взяли результаты выполненных ранее измерений, вследствие чего у нас нет данных некоторых тестов, введенных в работу в самое последнее время.

Кроме того, в список моделей для сравнения включен самый производительный сейчас процессор — AMD Athlon 64 FX-62. А поскольку процессор AMD Athlon 64 X2 5000+ является старшей моделью в линейке процессоров среднего уровня, мы сочли необходимым включить в сравнение аналогично позиционируемую 2,66-ГГц Intel Core 2 Duo E6700, частота которой наиболее близка к частоте рассматриваемой. Слава богу, реальные тактовые частоты процессоров теперь снова можно непосредственно сравнивать. И наконец, мы поместили в список пару одноядерных моделей фирм Intel и AMD, отвечающих среднему потребительскому уровню: 3,6-ГГц Pentium 4 и Athlon 64 3500+.

В целом результаты тестирования показали, что по производительности AMD Athlon 64 X2 5000+ близка к модели Athlon 64 FX-60. И хотя в отдельных случаях, когда существенную роль играл объем кэш-памяти, лидировал процессор FX-60 (в частности, вычисление фракталов, работа в многопоточных приложениях, проведение научных расчетов), в большинстве случаев вперед все-таки выходил X2 5000+ благодаря более быстрой памяти типа DDR2.

* * *

Выше уже приводились в качестве примеров пары процессоров Intel и AMD, конкурирующих между собой. Этим летом корпорация Intel выпустила новое поколение процессоров — Core 2. Увы, компании AMD пока нечего противопоставить своему конкуренту. Изделие Core 2 Duo E6700, аналогичное процессору X2 5000+, заметно опережает не только его, но и флагмана AMD FX-62. Корпорация Intel в то время, когда выпускала процессоры с длинным конвейером и медленным ядром, сумела отработать технологию быстрой кэш-памяти большого объема и сейчас, рывком подняв производительность ядра, пожинает плоды своих трудов. О каких-либо технологических новинках в ядре будущих процессоров AMD пока ничего не известно, да, собственно, в этом и нет особой необходимости. Intel еще не удалось превзойти по производительности арифметико-логическое устройство конкурента, а в области кэш-памяти, вполне вероятно, нам следует ожидать второго пришествия кэш-памяти третьего уровня с общим объемом L3 при индивидуальном объеме L2 для каждого из ядер процессоров AMD. (Напомним, что единственный случай применения его в архитектуре x86 — это Intel Pentium 4 eXtreme Edition, выполненный на основе ядра Northwood, с объемом L2, равным 512 Кбайт и L3 — 2 Мбайт.) Однако все еще узким местом остается пропускная способность интерфейса между ядром процессора и L2. Будем надеяться, что, работая именно в этом направлении, конструкторы AMD предпримут самые решительные шаги, и тогда компания сумеет что-то противопоставить поколению Core 2 корпорации Intel.

Эволюция процессоров AMD в условиях ограниченных тактовых частот

+ есть, - нет.

Характеристики процессоров

• — есть, ° — нет.

Результаты тестов SPECViewperf, кадр/с

Результаты теста SYSmark 2004, баллы

Результаты игровых тестов MDK2 (OpenGL) и Unreal Tournament 2003 (DirectX), кадр/с, при разрешении, точки

Результаты синтетических 3D-тестов GLExcess/XSMark 1.2v (32 бита, CPU/FPU) и AquaMark3, при разрешении, точки

Результаты тестов SiSoft Sandra 2005.SP3 и Performance Test