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 TDP Thermal Design Power. Данные показатели для семейства в Intel Core 2 Duo в сравнении с моделями Intel  и AMD приведены в Таблице 2.

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

Как следует из приведенных данных, старшая модель семейства Intel Core 2 Duo — Intel Core 2 Extreme X6800 имеет меньшее значение теплообразования по сравнению не только с верхней моделью AMD Athlon 64 FX-62 , но и с младшей двуядерной моделью одной из предыдущих разработок.

Тестирование старшей модели

В качестве объекта тестирования была использована модель Intel Core 2 Extreme X6800, обеспечивающая наивысший уровень производительности среди процессоров Intel, выпущенных в настоящее время для сектора настольных компьютеров. Внешний вид инженерного образца двуядерного процессора Intel Core 2 Extreme X6800 приведен на Рис. 2.

Рис. 2. Инженерный образец процессора Intel Core 2 Extreme X6800

В роли эталона для исследуемого процессора использовалась модель Intel Pentium D 820.

Конфигурация системы, применяемой в тестировании:

·         Материнская плата Intel D975XBX (чипсет I975X),

·         Процессор Intel Core 2 Extreme X6800 (Conroe, Dual Core, 65 нм, 2,93 ГГц, шина — 1066 МГц, L2 — 4 Мбайт),

·         Процессор Pentium  Intel Pentium D 820 (SmithField, 90 нм, 2,8 ГГц, шина — 800 МГц, L2 — 2х1 Мбайт),

·           Видеоподсистема ATI X600,

·         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).