High-End Conroe

Евгений Рудометов

authors@rudometov.com

Реализуя свои новейшие разработки в области микроархитектуры сверхсложных чипов, корпорация Intel выпустила новое поколение высокопроизводительных и энергоэкономичных процессоров, семейство которых получило наименование Intel Core 2 Duo

В течение длительного времени производительность компьютеров, осуществлялась в основном за счет увеличения внутренней тактовой частоты процессоров, достигшей почти 4 ГГц. Метод считался настолько очевидным и перспективным, что уже делались предсказания о скором достижении рубежей в 10 и даже 30 ГГц. Однако, как оказалось, этот путь постепенно вел компьютерную отрасль в тупик, связанный с чрезвычайно высоким энергопотреблением высокочастотных чипов. Действительно, полупроводниковые чипы по плотности энергии стремительно приближались к ядерным реакторам. Более того, аппроксимация данного роста показывала возможность достижения уровней энергии, соответствующих поверхности нашего светила. Об этом неоднократно предупреждали ведущие специалисты Intel на сессиях IDF.

Одним из решений, обеспечивающих дальнейшее наращивание производительности без опасного теплового перенапряжения полупроводниковых кристаллов процессоров, является аппаратная поддержка параллельных вычислений. Оценивая данную возможность, необходимо отметить, что использование в рамках одной системы нескольких процессоров не является оптимальным. Связано это с ростом цены, общего энергопотребления и уровня акустического шума от работы многочисленных систем охлаждения.

Реализованная, как альтернатива многопроцессорным системам, технология Hyper-Threading, обеспечивала требуемую многопоточность, предоставляя системам два логических ядра при одном физическом. Внедрение данной технологии увеличивало производительность, но не снижало уровней энергопотребления и теплообразования для ядра процессора. Более того, данная технология их даже увеличивала, усугубляя проблему термической нагрузки на полупроводниковый кристалл.

Следующим логическим этапом была реализация двуядерности — двух ядер, размещенных в одном процессорном корпусе. Для ускорения перехода первые двуядерные модели были выполнены на основе микроархитектуры NetBurst, хорошо отлаженной в последнем поколении традиционных одноядерных процессоров Intel.

Для дальнейшего улучшения параметров и расширения функциональных возможностей компьютерных систем специалисты Intel предложили новую микроархитектуру, обеспечивающую значительное снижение затрат энергии на выполнение одной инструкции. В качестве критерия эффективности специалистами было предложено использовать показатель Energy per Instruction — энергия, затраченная на выполнение одной инструкции. Новая разработка, получила наименование Intel Core Microarchitecture. На ее основе недавно был выпущен целый ряд процессоров, среди которых представлены модели как для ноутбуков, так и и для настольных ПК.

В таблице 1 приведены первых пять моделей процессоров для настольных ПК, созданных на основе новой микроархитектуры и известных ранее под наименованием Conroe.

Таблица 1. Модели процессоров Conroe для настольных ПК

Модели

Внутренняя тактовая частота, ГГц

Частота системной шины, МГц

Кэш-память
2-го уровня, Мбайт

Intel Core 2 Extreme X6800

2,93

1066

4

Intel Core 2 Duo E6700

2,66

1066

4

Intel Core 2 Duo E6600

2,40

1066

4

Intel Core 2 Duo E6400

2,13

1066

2

Intel Core 2 Duo E6300

1,86

1066

2

Intel Core Microarchitecture впитала в себя все достижения, которые были разработаны, реализованы и отлажены в изделиях предшествующих поколений. Среди них присутствует  семейство Intel Core Duo (Yonah), фактически являющегося прототипом Conroe. Основные отличия Conroe от Yonah можно сформулировать следующим образом:

·         Усовершенствованный декодер инструкций, расширенный до 4-х декодеров x86-макроопераций (у ближайших аналогов, Intel Pentium M / Core Duo — 3),

·         Скорость исполнения 128-разрядных SIMD-инструкций доведена до 1 инструкции за такт в каждом исполнительном устройстве (в 2 раза быстрее, чем у Yonah),

·         Усовершенствованные механизмы работы с памятью и аппаратной предвыборки (prefetch),

·         Кэш-память второго уровня (L2) является общей для обоих вычислительных ядер, ее объем перераспределяется между ними динамически, в зависимости от нагрузки,

·         Дальнейшее улучшение технологий энергосбережения,

·         Введена поддержка нового набора SIMD инструкций, получившего название SSE4.

Указанные отличия реализованы в виде ряда технологий, среди которых в первую очередь необходимо отметить Intel Wide Dynamic Execution, Intel Advanced Smart Cache, Intel Smart Memory Access, Intel Advanced Digital Media Boost, Intel Intelligent Power Capability.

Микроархитектура ядра и основные технологии приведены на Рис. 1.

Рис. 1. Микроархитектура ядра Conroe и основные технологии

Технология Intel Wide Dynamic Execution повышает производительность и эффективность работы процессора, позволяя каждому ядру исполнять до четырех инструкций за такт с использованием эффективного 14-этапного конвейера.

Технология Intel Advanced Smart Cache связана с наличием общей кэш-памяти 2-го уровня, что сокращает энергопотребление, сводя к минимуму объем «трафика» в подсистеме памяти, повышает производительность системы, обеспечивая одному из ядер доступ ко всей кэш-памяти при простое другого ядра.

Технология Intel Smart Memory Access повышает производительность системы путем снижения задержек при доступе к памяти и таким образом оптимизирует использование доступной пропускной способности, благодаря чему процессор получает данные тогда, когда они требуются.

Технология Intel Advanced Digital Media Boost удваивает скорость выполнения команд, часто используемых в мультимедийных и графических приложениях.

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.

К приведенным нововведениям необходимо добавить также и Intel 64 Technology, обеспечивающую поддержку 64-разрядных вычислений. Она предоставляет процессору доступ к существенно большему объему памяти по сравнению с предельным уровнем в 4 Гбайт у традиционных 32-разрядных моделей.

Из выпущенных для настольных ПК процессоров семейства Intel Core 2 Duo старшей моделью является Intel Core 2 Extreme X6800. Она характеризуется не только наибольшим уровнем производительности, но и сравнительно невысоким энергопотреблением, а, следовательно, и теплообразованием — 75 Вт при максимальной вычислительной нагрузке. Что же касается численных оценок производительности, то они традиционно определяются в процессе тестирования, хотя и известно, что на сессиях IDF корпорация устами своих руководителей обещала 40% прироста.

В качестве объекта тестирования был использован инженерный семпл Intel Core 2 Extreme, внешний вид которого приведен на Рис. 2.

Рис. 2. Ядро Conroe и инженерный семпл двуядерного процессора Intel Core 2 Extreme X6800

В роли эталона для исследуемого процессора в тестах 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, TDP — 75 Вт),

·         Процессор Pentium Intel Pentium D 820 (SmithField, Dual Core, 90 нм, 2,8 ГГц, шина — 800 МГц, L2 — 2х1 Мбайт, TDP — 89 Вт),

·          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 предоставленная модель процессора опозналась как двуядерный процессор Intel Core 2 Extreme X6800. Его основные параметры, определенные программой CPU-Z, представлены на Рис. 3.

Рис. 3. Основные параметры семпла двуядерного процессора Intel Core 2 Extreme X6800

Результаты выполнения теста SiSoftware Sandra 2004 (CPU Arithmetic Benchmark, ALU) представлены в Таблице 3 и на Рис. 4.

Таблица 3. Результаты теста SiSoftware Sandra 2004 (CPU Arithmetic Benchmark, ALU)

Модели процессоров 

Результаты теста

Intel Pentium D 820

12906

Intel Core 2 Extreme X6800

32688

Рис. 4. Результаты теста SiSoftware Sandra 2004 (CPU Arithmetic Benchmark, ALU)

Результаты выполнения тестов SiSoftware Sandra 2004 (CPU Multi-Media Benchmark) представлены в Таблице 4 и на Рис. 5.

Таблица 4. Результаты тестов SiSoftware Sandra 2004 (CPU Multi-Media Benchmark)

 Модели процессоров 

Результаты теста

Intel Pentium D 820 (Integer)

26683

Intel Core 2 Extreme X6800 (Integer)

72389

Intel Pentium D 820 (Float)

31633

Intel Core 2 Extreme X6800 (Float)

81009

Рис. 5. Результаты тестов SiSoftware Sandra 2004 (CPU Multi-Media Benchmark)

Приведенные результаты тестирования иллюстрируют значительное преимущество Intel Core Microarchitecture над предшествующей микроархитектурой 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 тесте SiSoftwareSandra 2004 (CPU Arithmetic Benchmark, ALU) новый процессор демонстрирует существенно большую производительность — рост на 153%.

В тестах SiSoftware Sandra 2004 (CPU Multi-Media Benchmark) превышение производительности процессора Intel Core 2 Extreme X6800 также весьма большое: в тесте операций с плавающей запятой превышение составило 156%, а в тесте целочисленных вычислений превышение — 171%.

Если же учитывать показатель производительности Energy per Instruction, то, учитывая меньшее энергопотребление новых процессоров по сравнению с их предшественниками, преимущество в используемых тестах становится еще большим. Данное обстоятельство только повышает привлекательность нового семейства процессоров.

Что же касается конкурирующих моделей от AMD, то, как показывают многочисленные исследования, приведенные в Интернете, системы, созданные на основе AMD Athlon 64 FX-62 существенно уступают по производительности системам с Intel Core 2 Extreme X6800. Особенно это касается мультимедийных задач, где позиции процессоров Intel традиционно сильны. Ну а если оценивать системы по показателю Energy per Instruction, то преимущество Intel Core 2 Extreme X6800 с максимальным теплообразованием 75 Вт над AMD Athlon 64 FX-62 с 125 Вт становится еще большим. Нередко оно выражается уже не в десятках процентов, а в разах. Данное обстоятельство усиливает позиции корпорации Intel в секторе высокопроизводительных систем с низким уровнем акустического шума.

В заключение остается напомнить, что в тестах использовался инженерный семпл модели Intel Core 2 Extreme X6800, а как показывает опыт, по мере совершенствования технологии и внутренней микроархитектуры параметры процессоров существенно улучшаются. Это позволяет надеяться на покорение новых рубежей производительности двуядерными процессорами семейства Intel Core 2 Duo.

И, тем не менее, несмотря на уже продемонстрированные, а также ожидаемые уровни производительности, приведенное двуядерное семейство не долго сможет носить свою корону лидера. Связано это со сравнительно скорым, возможно уже в этом году, появлением четырехъядерных моделей процессоров Intel, основанных на Intel Core Microarchitecture, прошедшей, как это продемонстрировали результаты тестирования, успешную апробацию в двуядерных моделях семейства Intel Core 2 Duo.

Процессор Intel Core 2 Extreme X6800 и материнская плата Intel D975XBX были предоставлены московским офисом корпорации Intel


Статья опубликована в журнале Магия ПК.