Экстремальный CPU от Intel
Евгений Рудометов
rudometov@rudometov.com
Недавно корпорация Intel выпустила высокопроизводительные и энергоэкономичные процессоры, построенные на основе новой микроархитектуры. Семейство получило наименование Intel Core 2 Duo. Старшая модель в настоящее время представлена Intel Core 2 Extreme X6800
Процессоры являются одними из важнейших компонентов компьютеров. Сравнительно долгое время производительность наращивалась в основном за счет увеличения внутренних тактовых частот. Однако в связи с ростом энергопотребления и теплообразования, зависящего от частоты, данный процесс замедлился. Альтернативным путем является увеличение числа вычислительных ядер, интегрированных в состав единого кристалла и работающих параллельно. На первом этапе такого перехода использовалась практически та же микроархитектура, что и в случае традиционных одноядерных моделей. Однако дальнейший прорыв в достижении новых уровней производительности возможен только с помощью новых решений и технологий.
Микроархитектура Intel Core
Специалисты Intel предложили новую микроархитектуру процессорных ядер, обеспечивающую значительное снижение затрат энергии на выполнение инструкций. Критерием эффективности было предложено использовать показатель Energy per Instruction (энергия, затраченная на выполнение одной инструкции). Новая разработка, получила наименование Intel Core Microarchitecture. На ее основе будут выпускаться двуядерные процессоры для ПК (Conroe), серверов (Woodcrest) и ноутбуков (Merom).
В изделиях, созданных на основе Intel Core Microarchitecture, свое воплощение нашли многие инновационные технологии, обеспечившие значительный рост производительности при низком энергопотреблении.
Технология Intel Wide Dynamic Execution
Повышает производительность и эффективность работы процессора, обеспечивая выполнение большего числа команд за тактовый цикл, улучшая время исполнения программ и повышая энергосбережение. Это достигнуто, в частности, за счет реализации в архитектуре дополнительных цепей декодера и исполнительных устройств, а также применением эффективного 14-этапного конвейера с возможностью спекулятивного (упреждающего) и внеочередного исполнения команд. В новой архитектуре каждое ядро может исполнять до четырех инструкций за такт. Для сравнения процессоры предыдущего поколения обрабатывали не более трех инструкций за такт. Исполнительный конвейер имел длину более 30 этапов, что обеспечивало возможность работы на высоких тактовых частотах, однако резко снижало производительность при необходимости очистки сверхдлинного конвейера с последующим его заполнением. В новой архитектуре использованы не только оптимизированный конвейер меньшей длины, а также другие усовершенствованные компоненты ядра, обеспечивающие оптимизацию скорости исполнения команд, но и реализованы улучшенные алгоритмы предсказания переходов.
Технология Intel Advanced Smart Cache
Используется общая кэш-память второго уровня. Как результат, кэширование команд и данных осуществляется более эффективно по сравнению с альтернативным вариантом с раздельными кэшами. В первую очередь это связано с отсутствием дублирования информации. В дополнение к этому используемый кэш является динамическим, что обеспечивает доступ активному ядру ко всему информационному пространству при простое другого ядра. Все это сокращает энергопотребление, сводя к минимуму объем «трафика» в подсистеме памяти. Кроме того, общий кэш обеспечивает повышение производительности системы за счет более оптимального использования пространства кэш-памяти и сокращения операций обмена информацией между ядрами, осуществляемых через процессорную шину. В настоящее время только корпорация Intel предлагает процессоры с поддержкой указанной технологии для всех сегментов рынка.
Технология Intel Smart Memory Access
Повышает производительность системы путем снижения задержек при доступе к памяти и таким образом оптимизирует использование доступной пропускной способности. Кроме того, росту производительности способствует использование в новой архитектуре более совершенных по сравнению с предшествующими решениями алгоритмов предварительной выборки, поддержанные соответствующими аппаратными средствами. Благодаря указанным нововведениям осуществляется более быстрый обмен информацией между процессором и подсистемой памяти.
Технология Intel Advanced Digital Media Boost
Удваивает скорость выполнения 128-разрядных SIMD инструкций, часто используемых в мультимедийных и графических приложениях. Ускоряет обработку видео, речи и изображений, преобразование фотографий, шифрование, а также увеличивает скорость работы финансовых, инженерных и научных приложений. Связано это с тем, что современные прикладные программы достаточно широко используют наборы команд SSE, которые позволяют работать со 128 бит операндами различного характера. Совершенствование микроархитектуры привело к переработке блоков исполнения SIMD инструкций (SSE, SSE2, SSE3), в результате чего, если раньше обработка занимала два такта, то теперь на это тратится только один такт. Дополнительно к скорости работы блоков исполнения SIMD инструкций, разработчики Intel дополнили набор инструкций SSE3 восемью новыми командами.
Технология Intel 64 Technology
Обеспечивает поддержку 64-разрядных вычислений. Кроме того, предоставляет процессору доступ к большему объему памяти по сравнению с предельным уровнем в 4 Гбайт, обеспечиваемым традиционными моделями, оперирующими адресами в 32 бит.
Технология Intel Intelligent Power Capability
Активирует отдельные узлы чипа только по мере необходимости, что значительно снижает энергопотребление системы в целом. В дополнение к этому в архитектуре реализованы механизмы, уменьшающие тактовую частоту работы и напряжение питания ядер при снижении вычислительной нагрузки. В целом обеспечивает лучшие показатели энергосбережения и производительности.
Семейство IntelCore 2 Duo
На основе Intel Core Microarchitecture для рынка настольных компьютеров корпорация недавно выпустила ряд моделей двуядерных процессоров, получивших наименование IntelCore 2 Duo и известных ранее как Conroe.
Основные компоненты ядер и основные инновационные технологии, нашедшие воплощение в IntelCore 2 Duo, представлены на Рис. 1. Основные же параметры процессоров для ПК представлены в Таблице 1.
Рис. 1. Основные элементы и технологии IntelCore Microarchitecture
Таблица 2. Процессоры Intel Core Microarchitecture для настольных ПК
Модели процессоров |
Тактовая частота ядра, ГГц |
Частота шины, ГГц |
Кэш-память L2, Мбайт |
|
Тактовая |
Передачи данных |
|||
Intel Core 2 Extreme X6800 |
2,93 |
266 |
1066 |
4 |
Intel Core 2 Duo E6700 |
2,66 |
266 |
1066 |
4 |
Intel Core 2 Duo E6600 |
2,40 |
266 |
1066 |
4 |
Intel Core 2 Duo E6400 |
2,13 |
266 |
1066 |
2 |
Intel Core 2 Duo E6300 |
1,86 |
266 |
1066 |
2 |
Новые модели обладают низкими уровнями энергопотребления и теплообразования. Здесь необходимо напомнить, что теплообразование определяется показателем
Таблица 2. TDP ряда популярных моделей для настольных ПК
Модели процессоров |
TDP, Вт |
Intel Core 2 Extreme X6800 |
75 |
Intel Core 2 Duo E6700 |
65 |
Intel Core 2 Duo E6600 |
65 |
Intel Core 2 Duo E6400 |
65 |
Intel Core 2 Duo E6300 |
65 |
Intel Pentium D 820 |
89 |
Intel Pentium D 950 |
115 |
AMD Athlon 64 FX-62 |
125 |
Тестирование старшей модели
Рис. 2. Инженерный образец процессора Intel Core 2 Extreme X6800
В роли эталона для исследуемого процессора использовалась модель Intel Pentium D 820.
· Материнская плата Intel D975XBX (чипсет I975X),
· Накопитель на жестких дисках Seagate ST3400832AS,
· Оперативная память Apacer 2x1 Гбайт, DDR2-677,
· Операционная система Microsoft Windows Server 2003 Enterprise Edition SP1.
В ходе тестирования модель Intel Core 2 Extreme X6800 опозналась как двуядерный процессор (Рис. 3). Его основные параметры, определенные программой CPU-Z, представлены на Рис. 4.
Рис. 3. Окна программы Computer Management
Рис. 4. Основные параметры Intel Core 2 Extreme X6800, определенные программой CPU-Z
Результаты выполнения тестов PCMark05, характеризующих уровни производительности основных подсистем компьютера, представлены в Таблице 3 и на Рис. 5.
Таблица 3. Результаты тестов PCMark05
Процессоры |
Тесты |
Результаты |
Intel Pentium D 820 |
Graphics |
4838 |
HDD |
2206 |
|
Memory |
3773 |
|
CPU |
4403 |
|
Overall |
3889 |
|
Intel Core 2 Extreme X6800 |
Graphics |
5005 |
HDD |
2409 |
|
Memory |
5671 |
|
CPU |
7117 |
|
Overall |
5607 |
Рис. 5. Результаты тестов PCMark05
Результаты выполнения теста 3dmark 03 (CPU Score) представлены в Таблице 4 и на Рис. 6.
Таблица 4. Результаты тестов 3dmark 03 (CPU Score)
Модели процессоров |
3dmark 03 (CPU Score) |
Intel Pentium D 820 |
4544 |
Intel Core 2 Extreme X6800 |
9625 |
Рис. 6. Результаты тестов 3dmark 03 (CPU Score)
Приведенные результаты тестирования иллюстрируют значительное преимущество Intel Core Microarchitecture над предшествующей архитектурой NetBurst.
Так, например, у Intel Core 2 Extreme X6800 внутренняя частота работы ядер больше всего на 4,6% по сравнению с Intel Pentium D 820. Однако в тестах PCMark05 новый процессор демонстрирует существенно большую производительность. В процессорном тесте превышение составило 62%, для интегрированного показателя — 44%. Не менее интересны результаты в 3dmark 03 (CPU Score). Здесь превышение составляет 112%. С учетом Energy per Instruction преимущество новой микроархитектуры становится еще более значительным.
Что же касается сравнения с существующими топовыми моделями конкурента Intel, то они не только значительно уступают в показателях энергосбережения, но и в производительности. Особенно это касается задач обработки мультимедийной информации, где превышение исчисляется в десятках процентов. А по показателю Energy per Instruction преимущество еще выше, что делает новый процессор от Intel особенно привлекательным для конструкторов настольных компьютеров с экстремально высокой производительностью и низким уровнем акустического шума.
В заключение необходимо отметить, что представленный экземпляр Intel Core 2 Extreme X6800 неплохо разгоняется: более 20% без повышения напряжения питания ядра. Данное обстоятельство свидетельствует о значительном технологическом запасе, что позволяет рассчитывать на появление более скоростных представителей, даже по сравнению с существующей старшей моделью. Остается напомнить, что в тестах использовался инженерный образец модели Intel Core 2 Extreme X6800, а как показывает опыт, по мере совершенствования технологии и внутренней архитектуры параметры процессоров существенно улучшаются.
Процессор Intel Core 2 Extreme X6800 и материнская плата Intel D975XBX были предоставлены московским офисом корпорации Intel
Статья опубликована в журнале Компьютер Прайс (Computer Price).