Два ядра: увеличение производительности удвоением

Автор: Андрей Бондаренко
ComputerWord Украина

Будущее принадлежит многоядерным процессорам. Это совершенно очевидно. Почти дюжина моделей таких процессоров запускается в настоящее время компанией AMD, а Intel начинает выпуск 15 различных двух- и четырехъядерных процессоров. Очень показателен и тот факт, что производители ПО очень активно ведут работы по оптимизации своих продуктов под будущие одно- и многоядерные процессоры. Ведь именно от того, насколько ПО будет способно разбивать и выполнять задачи в виде многочисленных независимых потоков команд, во многом зависит успех новой концепции.

Хотя, казалось бы, написание программ для многозадачных операционных систем, основанное на написании обработчиков событий, в теории сразу должно давать хороший многопоточный код. Но чаще получается как обычно. То, что строится конструкторами (интерфейс и системные компоненты), делается еще куда ни шло, а вот "полезная" функциональность часто пишется по старинке. Особенно этим страдают писатели игр.

Хотя ПО для обработки потоковых данных (аудио, видео, архивирование), как правило, очень хорошо умеет использовать многозадачность.

Но даже при не очень качественном коде многоядерные процессоры все равно будут иметь преимущества уже только потому, что могут выполнять несколько приложений одновременно, а это на сегодня стандартная ситуация. Антивирусы, файрволы, электронная почта и разнообразные месседжеры, эквалайзеры - это только те потребители времени процессора, которые видны в трее. А сколько еще сервисов выполняют свою работу внутри системы? Как минимум 2-3 десятка.

Стратегию вывода на рынок новых процессоров два конкурирующих производителя выбрали разную. Intel по традиции начинает обкатку новшеств с десктопных процессоров, уже начав продажи процессоров Intel Pentium Extreme Edition 840. Первая двухъядерная платформа Intel включает в себя кроме процессора Pentium Extreme Edition 840 (обратите внимание, цифры 4 после Pentium нет) также набор микросхем Intel 955X Express.

Intel Pentium Extreme Edition 840 имеет тактовую частоту 3,2 ГГц, частоту системной шины 800 МГц и 2 Мб кэш-памяти 2 уровня (по 1 Мб на каждое ядро). Каждое ядро поддерживает Hyper-Threading, поэтому в системе видны 4 процессора :).

Чуть позже в этом году должны начаться продажи процессоров Pentium D серии 8хх. Это Pentium D 840 (3,2 ГГц), 830 (3,0 ГГц) и 820 (2,8 ГГц), которые в основном будут отличаться от Extreme Edition отсутствием поддержки Hyper-Threading. Появится и более демократичный чипсет Intel 945.

Первыми чипами AMD с двумя ядрами на кристалле стали серверные процессоры Opteron серии 800, предназначенные для четырех- и восьмипроцессорных серверов. Одновременно с выпуском первых двухъядерных серверных процессоров компания AMD представила и первые настольные чипы с двумя ядрами. Они должны поступить в продажу в июне и будут поставляться под маркой AMD Athlon 64 X2 (индекс X2 символизирует двуъядерность).

На 193 квадратных миллиметрах кристалла Athlon 64 X2 расположено 233 млн. транзисторов. Кристалл Pentium Extreme Edition 840 имеет площадь 206 мм2 и 230 млн. транзисторов. Все чипы производятся по техпроцессу 90 нм, имеют поддержку SSE2 и SSE3, работают с 32/64-битными приложениями.

AMD Athlon 64 X2 vs Pentium D и EE 840

Двухъядерные процессоры AMD в нашем тесте представляет Opteron 875, по характеристикам достаточно близкий к Athlon 64 X2 4400+, который, наверное, будет новой мечтой для поклонников процессоров этой фирмы. Отличие Opteron - два дополнительных порта HyperTransport, которые в нашем случае на производительность не влияют, и регистровая память, чуть медленнее обычной DDR. Так что Athlon 64 X2 4400+ будет немного быстрее.

Тестовая система базировалась на материнской плате Tyan K8WE, чипсет nVidia nForce-Professional и 2 x 512 Мб PC400-DDR-SDRAM (регистровая).

Для определения эффективности реализации двухъядерности в тесте участвуют Athlon 64 4000+ (нет SSE3, частота выше на 200 МГц) и Athlon 64 3500+ (нет SSE3, только 512 Кб кэша L2, но та же частота 2,2 ГГц).

Для того чтобы не сравнивать два процессора с четырьмя :), а также для того, чтобы оценить производительность не доступного пока Pentium D 840, участвующий в нашем тестировании Pentium Extreme Edition 840 работал как с отключенной технологией Hyper-Threading, так и с ней.

Тестовая система базировалась на предсерийной материнке Intel D955XBK с чипсетом D955X и двумя 512 Мб модулями памяти DDR2-667.

Для оценки эффективности прироста производительности за счет двухъядерности в тесте также участвует Pentium 4 540J с такой же тактовой частотой и кэшем одного ядра.

Конфигурации тестовых стендов (кроме уже перечисленного) были следующими.

Платформа AMD

Материнка: MSI K8N Diamond с чипсетом nVidia nForce 4 SLI.
Память: 2 x 512 Мб PC-400-DDR-SDRAM CL 2,5 (Corsair TWINX1024-3200LL) в двухканальном режиме.
Графика: MSI GeForce 6800 GT с 256 Мб памяти, драйвер Forceware66.77.
HDD: Serial-ATA Maxtor Maxline III 250 Гб.
ОС: Windows XP Professional SP2.

Платформа Intel

Материнка: Intel D925XECV2 с чипсетом Intel 925XE.
Память: 2 x 512 Мб PC-533-DDR2-SDRAM CL 4 (Corsair CM2X512-4300 в двухканальном режиме.
Графика: MSI GeForce 6800 GT с 256 Мб памяти, драйвер Forceware66.77;
HDD: Serial-ATA Maxtor Maxline III 250 Гб.
ОС: Windows XP Professional SP2.

Sysmark 2004

В дисциплине Office Productivity многоядерность не сыграла заметной роли. Впрочем, для обычной работы на сегодня вообще процессор не имеет значения :). Другое дело - Internet Content Creation. Здесь уже есть элементы обработки потоковых данных, а такие работы хорошо "параллелятся". Adobe Photoshop, 3D Studio Max и Windows Media Player, использующиеся в этом подтесте, показывают до 30% прироста производительности.

Nero Recode 2

Nero Recode 2.2.6.9 от Ahead в основном используют для тестирования скорости процессоров, а не для того, чтобы сжимать фильмы с DVD дисков на обычные :). Поэтому мы тоже использовали эту утилиту, чтобы сжать фильм "Никита" с четырех до одного гигабайта. Это приложение многопоточное, поэтому эффект од многоядерности очень заметен. Прирост 45% для Intel и 28% для AMD.

Science Mark 2.0, шифрование

Шифрование данных, по идее, тоже должно хорошо парраллелиться, но Science Mark 2.0 так не считает. Используемое в нем шифрование с помощью симметричного криптоалгоритма AES (Advanced Encryption Standard) не сумело воспользоваться преимуществами многопоточности.

Spec CPU2000

Пользующийся хорошей репутацией тестовый пакет Benchmark Spec CPU2000 1.2 состоит из 26 реальных программ, которые действительно хорошо отражают использование программного обеспечения на рабочем месте и дома. Тест запускался нами в режиме rate_base, который предоставляет возможность выполнять на каждом физическом и виртуальном ядре копию теста. Поэтому для него чем больше ядер - тем лучше.

Производительность в играх

Игровые тесты мы тоже выполняли, но по их результатам ничего хорошего пока не скажешь. Многоядерные процессоры здесь дружно уступают своим более простым предшественникам. В основном это заслуга создателей игр, которые свои творения пока "не параллелят". Может, ситуация изменится в связи с тем, что компания Intel уже довольно давно начала распространять свою новую платформу именно среди производителей игр. Но это дело будущего, а пока в играх лидируют процессоры вчерашнего дня.

Итоги

Если вы часто обрабатываете музыкальные файлы и изменяете форматы видеофайлов, то многоядерность - это однозначно то, что вам нужно. Именно здесь работает формула 1+1 = 2, то есть добавление второго ядра может привести к повышению производительности до 90%.

Во всех остальных случаях ситуация не такая радужная, но даже на офисном ПК сегодня найдется не одна программа, желающая загрузить второе ядро. Так что планы Intel и AMD выпускать в ближайшее время только многоядерные процессоры в общем-то правильные.

Шокирует только то, что только после 10 лет повсеместного использования многозадачных операционных систем создатели софта начинают беспокоиться о его многопоточности! Очень хочется надеяться, что впредь мы будем иметь дело не просто с разговорами об "оптимизации", а действительно увидим софт, написанный руками. Тогда новые (и не только новые) процессоры смогут полностью реализовать свой потенциал.

Что касается самых больших консерваторов в этом деле - производителей игр, то уже в следующих версиях полностью поменяют ядро физики компании Epic (создатели Unreal) и Crytek (создатели Far Cry).

(Использованы результаты тестов IDG)