Четырехъядерные процессоры Intel Kentsfield

Вступление

Прежде всего хочу дать краткое содержание статьи для тех читателей, которые сразу переходят к диаграммам производительности. Итак, Intel выпустила 4-ядерный процессор, который представляет собой два ядра Conroe упакованные в один корпус. Соответственно, в программах имеющих оптимизацию под многопоточность, данный процессор может обеспечить 3-кратный рост производительности. А в программах без такой оптимизации (например, 99% игр), его скорость будет на уровне Conroe.

Теперь рассмотрим новый процессор более подробно. Прежде всего, он называется Core 2 Extreme QX6700, имеет разъем LGA775 и теоретически должен быть совместим с широким кругом материнских плат. И хотя по официальной информации Intel данный процессор может работать только на платах с чипсетом i975X, мы не сомневаемся, что вскоре ведущие производители объявят о поддержке QX6700 платами на P965 и новых версиях nForce Intel Edition. Не исключена поддержка со стороны других чипсетов, поскольку для работы QX6700 необходимо наличие модуля питания платы соответствующего спецификациям VRM 11, а также поддержка со стороны BIOS.

Каков смысл начинающегося перевода настольных компьютеров на процессоры с четырьмя ядрами? Основная цель – более эффективная обработка требовательных мультимедийных приложений, в том числе, развлекательного характера. Однако такой характер обеспечения прироста производительности несёт за собой необходимость в расширении программной поддержки многозадачности и многопоточности, поэтому тенденция завязана не только на аппаратную сторону вопроса, и, можно сказать, только начинается. Поскольку нововведения микроархитектуры Intel Core уже достаточно подробно описаны в нашей статье Эволюция многоядерной процессорной архитектуры Intel Core: Conroe, Kentsfield, далее по расписанию, повторяться здесь на эту тему уже нет смысла. Главное, что хотелось бы отметить: ключевые возможности архитектуры нового поколения, заложенные в описанных ранее технологиях Intel Wide Dynamic Execution, Intel Intelligent Power Capability, Intel Advanced Smart Cache, Intel Advanced Digital Media Boost и Intel Smart Memory Access, актуальны для 4-ядерного процессора Core 2 Extreme QX6700 так же, как и для его 2-ядерных собратьев. Разница лишь в том, что теперь новая архитектура Intel Core реализована в четырёх независимых ядрах на единой подложке, с 8 Мб кэша L2 (по 4 Мб на каждую пару ядер), что обеспечивает поддержку четырёх независимых физических тредов и теоретически позволяет добиться дополнительного прироста производительности (при адекватной работе программной части платформы).

В нашем тестировании мы использовали материнские платы Intel D975XBX2 ("Bad Axe") и ASUS P5W64 WS Pro (обе на чипсете i975X).

Соответственно, при поддержке процессора QX6700 со стороны материнской платы, апгрейд осуществляется только заменой процессора. Дело в том, что компьютерная индустрия полностью готова к появлению 4-ядерных процессоров. На практике это выражается в наличии широкого ассортимента мощных кулеров, способных рассеивать 130-150 Вт, а также большого количества мощных (>500 Вт) блоков питания.

Примечательно, что появление процессора QX6700 произошло спустя всего три месяца после выхода ядра ConroeAllendale. Столь высокая скорость разработки объясняется тем, что данные процессоры разрабатывались практически одновременно. Уже на начальных этапах разработки, в спецификации Conroe было заложено требование совместимости в 2-ядерной конфигурации. Иными словами размещение на одном процессоре двух ядер Conroe (каждое из которых также является двухъядерным) позволяет выпустить 4-ядерный процессор. А невысокое энергопотребление Conroe позволяет уложиться в предел 150 Вт для 4-ядерной конфигурации (официальные данные о TDP для QX6700 говорят о 130 Вт потребляемой энергии).

Кстати, подобный подход к разработке двухъядерных процессоров продолжает традицию Intel. Точно также были выпущены процессоры Smithfield и Presler. Кстати, последний имеет два ядра Cedar Mill, выпущен по 65нм техпроцессу и до последнего времени был единственным процессором, который способен исполнять 4 потока команд одновременно. Дело в том, что оба интегрированных ядра имели поддержку технологии HyperThreading. Тем самым, будет особенно интересно сравнить производительность Presler c Core 2 Extreme QX6700.

В итоге, новый процессор получил кодовое название Kentsfield, и именно его используют различные диагностические утилиты.

Как мы видим, тактовая частота процессора QX6700 равна 2,66 ГГц, частота системной шины 266 МГц (1066 МГц QPB) и, соответственно множитель = 10. Объем кэш-памяти второго уровня составляет 8 Мб (2 х 4 Мб), а штатное напряжение питания может колебаться от 1,25 В до 1,35 В в зависимости от степпинга.

Визуально, новый процессор мало, чем отличается от своих LGA775 собратьев. С лицевой стороны отличий нет вообще (кроме маркировки), а с обратной стороны Kentsfield можно узнать по конфигурации конденсаторов:

Крупным планом:

На время отвлечемся от процессора, и рассмотрим общий подход Intel к увеличению производительности своих CPU. Обжегшись на архитектуре NetBurst, которая требовала серьезного увеличения тактовой частоты, Intel изменила подход, и выпустила архитектуру нового поколения - Core 2 Duo. Последняя обеспечивает революционный скачок в производительности, при довольно низком энергопотреблении. При этом, как показали многочисленные эксперименты с разгоном, запас по наращиванию тактовой частоты просто колоссальный (до 3,4-3,6 ГГц). Последний фактор позволил бы без особых проблем штамповать все новые версии процессоров еще пару лет (как раз до перехода на 45нм техпроцесс). Однако общие тенденции компьютерной отрасли требуют параллельных вычислений. Соответственно, главная стратегическая задача Intel выражается в разработке многоядерных процессоров.

На сегодняшний день отношение к двух (и более) ядерным процессорам неоднозначное. С одной стороны, количество оптимизированного программного обеспечения крайне мало, и подобные программы можно найти только среди профессионального ПО. Т.е. для домашнего пользователя, многоядерные процессоры как бы и не нужны. Но с другой стороны, двухъядерный процессор обеспечивает более комфортную работу с Windows XP (и другими OC). Правда "комфортность" величина субъективная, и каким-либо числом ее выразить нельзя. Но по своему личному опыту, эта самая "комфортность" вполне осязаема, и позволяет рекомендовать именно двухъядерные процессоры.

Даже двухъядерный Celeron позволяет почувствовать разницу в удобстве работы! Под Celeron'ом я подразумеваю дешевые процессоры Smithfield (например, все тот же двухъядерный процессор Pentium 805). А то, что он называется Pentium не должно смущать покупателя: производительность процессоров Conroe столь велика, что разом отправляет все остальные LGA775 процессоры в разряд low- и middle-end продуктов.

Итак, в ближайшем будущем можно ожидать увеличение количества ядер на одном процессоре. Думаю, это произойдет не ранее 2008 года, когда Intel перейдет на новый (45нм) техпроцесс и продемонстрирует новую процессорную архитектуру. В это время можно будет ожидать появление первых 8-ядерных процессоров. Тем самым рост производительности происходит по двум направлениям: увеличение производительности архитектуры (т.е. одного ядра) и увеличение количества ядер на одном процессоре.

Думаю, это время станет эпохой расцвета многоядерных процессоров. Наличие оптимизации под многопоточность станет необходимым требованием при разработке ПО (вероятно, подобная оптимизация будет встроена на уровне средств разработки), а одноядерные процессоры просто исчезнут с прилавков магазинов. Кроме того, в 2007 году выходит новая операционная система MS Vista, и соответственно, все последние разработки программного обеспечения ведутся именно под эту систему. И вполне возможно, первые плоды преимущества многоядерных систем мы получим уже через несколько недель.

Как я уже говорил, на сегодняшний день количество оптимизированного ПО довольно мало, и чаще всего встречается среди программ для обработки 3-мерной графики, кодирование потоковой информации (видео и звук), сжатия информации (архиваторы) и работа с графической информацией (обработка изображений). Именно с этих приложений мы начнем тестирование процессора Core 2 Extreme QX6700. Однако, прежде рассмотрим потенциал нового процессора в области разгона.

Разгон и тепловыделение

Поскольку Kentsfield представляет собой два ядра Conroe, то понятно, что потенциал по росту тактовой частоты не будет превышать пределы ядра Conroe. Однако размещение на одном процессоре двух ядер приводит к тому, что максимально возможная тактовая частота ограничена потенциалом самого "худшего" ядра. Но с другой стороны, для производства Kentsfield компания Intel отбирает только самые "лучшие" зерна, т.е. ядра, что говорит в пользу разгона. В общем, можно ожидать, что технологический предел находится в районе 3,5 ГГц.

Так оно и оказалось: максимально стабильная тактовая частота нашего экземпляра процессора оказалась равна 3,45-3,5 ГГц с воздушным охлаждением (кулер Gigabyte G-Power). При этом стоит отметить, что данный процессор с успехом стартовал на частоте 3,66 ГГц, но стабильная работа была невозможной по причине очень высокого тепловыделения.

Производительность

Мы протестировали процессор как на штатной частоте 2,66 ГГц, так и на частоте 3,45 ГГц. Также мы использовали следующие комплектующие:

Вначале посмотрим на результаты синтетических тестов.

Тесты 3DMark 06 и PCMark 05 являются исключительно синтетическими приложениями, которые демонстрируют теоретическую производительность в многопоточных приложениях. Соответственно все ядра загружаются по максимуму (кстати, отметим, что часть тестов PCMark используют только 2 ядра).

Следующие тест называется Cinebench, и уже приближен к реальности:

Как мы видим, полная загрузка всех четырех ядер дает 3-кратный прирост производительности, по сравнению с одним ядром. А если сравнить скорости Kentsfield с одноядерными процессорами предыдущего поколения, то налицо 5-кратная разница!

Теперь посмотрим на программные пакеты для обработки графики. Это 3DMax, POV-ray и Photoshop CS.

Итак, 4-ядерный Core 2 Extreme QX6700 быстрее двухъядерного Conroe в полтора раза (т.е. все тот же 3-кратный прирост по сравнению с одноядерным процессором). А прочую одноядерную мелюзгу, QX6700 обгоняет почти в 4 раза!

POV-ray демонстрирует 100% загрузку всех ядер, что обеспечивает 4-кратный рост скорости (т.е. близко к результатам синтетики).

А вот Photoshop не выявил какого-либо преимущества нового процессора. Дело в том, что оптимизация подразумевает загрузку двух ядер. Соответственно скорости ядер Kentsfield и Conroe равны.

Далее у нас тесты по обработке потоковой информации. Это VirtualDub+DivX 6.4 для обработки видео, Microsoft Media Encoder (обработка звука).

Обе эти программы не выявили преимущества 4-ядерника над двухъядерным процессором. Однако есть свои особенности: DivX загружает все ядра, но неравномерно (т.е. налицо ограничение других компонентов системы). А MS Encoder умеет работать только с двумя ядрами.

Следующий тест - сжатие с помощью архиватора WinRAR, который имеет многопоточную оптимизацию.

Превосходство 4-ядерной архитектуры есть, но незначительное.

И наконец единственная многопоточная игра - Quake 4:

Данная игра ориентирована на одноядерную конфигурацию, и при наличии дополнительных процессорных ядер загружает их неравномерно и эпизодически. Т.е. разницы между Kentsfield и Conroe нет.

Предварительные выводы

Итак, если классифицировать все программное обеспечение по многопоточной оптимизации, то вырисовывается следующая картина.

• ПО с 4-ядерной оптимизацией.
  Такие программы практически полностью загружают процессор Kentsfield, и прирост производительности достигает 300%!
• ПО с 2-ядерной оптимизацией.
  Концептуально неправильное решение: если уж делать подобную оптимизацию, то нельзя привязываться к количеству ядер. Впрочем, такая оптимизация все же лучше, чем ее отсутствие. И единственное достоинство Kentsfield в подобной ситуации, заключается в возможности запустить 2 подобные программы, которые будут обрабатывать различную информацию, и тем самым загружать все четыре ядра.
• ПО без оптимизации.
  Без комментариев. Преимущества различных Kentsfield и Conroe над одноядерным процессором нет.

По последнему пункту стоит отметить, что подавляющее большинство программ для домашних пользователей не имеют многопоточной оптимизации. Иными словами, все игры не позволяют реализовать преимущества многоядерных процессоров. Впрочем, первые положительные сдвиги уже есть. В частности игра Ghost Recon: Advance Warfighter имеет подобную оптимизацию, и способна загрузить два ядра.

Кроме того, разработчики 3D стратегии Paraworld обещали реализовать подобную оптимизацию, но в демо-версии мы ее не обнаружили. Впрочем, на экране было не больше десятка юнитов, и потребности во втором ядре просто не было. Возможно увеличение количества обрабатываемых объектов до нескольких тысяч приведет к загрузке дополнительных ядер.

Также к выходу готовятся следующие игры с многопоточной оптимизацией: Supreme Commander (THQ / Gas Powered Games; выход в первом квартале 2007 года), Splinter Cell : Double Agent (Ubisoft, конец 2006 года, до 6 исполняемых потоков). Но по большому счету, это капля в море.

Впрочем, к играм мы еще вернемся, а пока рассмотрим привлекательность новых процессоров с профессиональной точки зрения. Итак, если используемое ПО имеет многопоточную оптимизацию, то процессоры Kentsfield, без всякого сомнения, являются наилучшим решением. Они обеспечивают прирост производительности до 2-3 раз (в зависимости от степени оптимизации), и не имеют никаких существенных недостатков. Даже цена в районе 1000 $ не является недостатком при сборке рабочих станций. В зависимости от зарплаты пользователя, подобный процессор окупится в течение двух-трех месяцев (с точки зрения работодателя).

Но в очередной раз повторюсь, что количество оптимизированного ПО очень мало. Даже маркетологи Intel при анонсе этого процессора рекомендуют крайне скудный список тестового ПО, который включает Adobe Premier Pro, Adobe After Effects, Adobe Photoshop, Pinacle Studio и некоторые программы для работы с видео и аудио.

Теперь посмотрим на производительность процессора Kentsfield в играх и приложениях без оптимизации. Тут можно даже не смотреть на графики, поскольку понятно, что скорость работы будет практически полностью соответствовать скорости ConroeAllendale, а небольшая разница вполне объясняется разными материнскими платами с разными версиями BIOS.

Итак, мы использовали следующие комплектующие:

Итак, в тестах использовался уже привычный набор приложений. Вначале посмотрим на результаты синтетических тестов.

Перед нами исключительно синтетические приложения, которые демонстрируют теоретическую производительность.

Теперь тесты игровых приложений.

В список результатов мы включили показатели разогнанных процессоров, чтобы оценить масштабирование производительности с ростом тактовой частоты. Кроме того, наши читатели должны ориентироваться, на что можно рассчитывать, покупая тот или иной процессор.

Выводы

Итак, выводы довольно просты. Во-первых, четырехъядерные процессоры Kentsfield ориентированы исключительно на профессионалов, которые используют оптимизированное ПО. Впрочем, и обычные пользователи подобного ПО могут приобрести этот процессор, если их не смущает цена (около 1000 $). За эти деньги пользователь получает систему, которая в ~1,5 быстрее системы с процессором Conroe, и в 3-4 раза быстрее одноядерных процессоров.

Для остальных пользователей Kentsfield пока не является необходимостью. Даже при эпизодическом использовании оптимизированного ПО, использование двухъядерных процессоров Conroe полностью удовлетворит все запросы и потребности.

Что касается разгона, то в этом отношении технологический предел Kentsfield точно такой же, как и у Conroe. А вот тепловыделение нового процессора гораздо выше, и достигает 130 Вт. Впрочем, благодаря Prescott, эта величина не пугает пользователей, а в магазинах есть соответствующие системы охлаждения и мощные блоки питания.

P.S.

Все вопросы, замечания и пожелания можно и нужно задавать в конференции.