AMD Phenom против Athlon X2: сравнение роста производительности от частоты – THG.RU

Введение

Когда в прошлом месяце мы сравнивали процессор AMD Athlon 64 X2 и новый четырёхъядерный Phenom 9000, мы заставили Windows использовать только одно вычислительное ядро, чтобы обнаружить реальные различия в производительности между архитектурами AMD64 и Stars у ядра Agena/Barcelona. В зависимости от теста, результаты показали, что Phenom действительно до 20% быстрее, чем ядро Athlon, что связано с оптимизациями и кэшем L3. Кроме указанных улучшений производительности, унифицированная четырёхъядерная архитектура Phenom и система кэширования должны обеспечить больше преимуществ под многопоточными окружениями. Мы не оценивали производительность при использовании всех вычислительных ядер, поскольку вы можете найти подобную информацию в первых тестах Phenom 9700.

Хотя анализ производительности дал интересные результаты о работе архитектуры в стандартных тестах, он не ответил на вопрос, который станет весьма важным после исправления ошибок Phenom с TLB (степпинг) и появления версий с более высокими частотами. Вопрос простой: насколько хорошо масштабируется четырёхъядерный процессор, и сможет ли он атаковать Intel на high-end. Другими словами: перейдёт ли прирост тактовой частоты в более ощутимое увеличение производительности, чем у Athlon 64 X2? И на каких частотах возникнут проблемы с высоким энергопотреблением?

Конечно, мы хотели получить ответы, поэтому вновь взяли нашу тестовую систему: Asus M3A32 MVP на чипсете AMD 790FX, процессоры Athlon 64 X2 6000+ и инженерный образец Phenom 9000 (с разблокированным множителем), две 1-Гбайт планки DDR2-800 DIMM от Corsair, жёсткий диск Western Digital и видеокарту Gigabyte Radeon HD3850. Мы запускали оба процессора на частотах 2,2, 2,4, 2,6 и 2,8 ГГц, чтобы определить, как увеличение тактовой частоты переходит в производительность.

Немного истории

Линейка Athlon 64 стала превосходить процессоры Intel Pentium 4 или Pentium D во многих тестах после выхода AMD64 в 2003 году и до выпуска микроархитектуры Intel Core в 2006 году. Процессоры Pentium 4 и Pentium D были нацелены на достижение высоких тактовых частот, но их энергопотребление росло быстрее, чем производительность. Поэтому подход AMD – обеспечение большей производительности на такт – был определённо более успешным. Intel поняла, что разумный баланс между вычислительными ядрами и тактовой частотой, на основе доступных технологий производства, обеспечивает лучший путь к увеличению производительности при разумном энергопотреблении. Это позволило компании “отобрать корону” обратно с анонсом Core 2 Duo.

Если Intel, в целом, выбрала путь размещения нескольких процессорных ядер в одну физическую упаковку, чтобы создавать такие многоядерные процессоры, как Pentium D 800 на 90 нм и Pentium D 900 на 65 нм, то AMD решила с самого начала обеспечить более высокую интеграцию на одном кристалле. У первых Pentium D использовалось два ядра Pentium 4 на одном физическом кристалле, но связь между ними обеспечивала общая системная шина FSB. Второе поколение Pentium D 900 опиралось на два ядра внутри физического процессора. Двуядерный Athlon 64 X2 тоже состоит из двух ядер Athlon 64, однако они расположены на одном кристалле. Кроме того, AMD использовала кросс-коммутатор и общий контроллер памяти на процессор. Поэтому связь между ядрами не затрагивает системный интерфейс, будь то AMD HyperTransport или Intel Front Side Bus.

С выпуском Core 2 Duo Intel разместила, наконец, два процессора на одном кристалле с общим кэшем L2, что, помимо других улучшений, обеспечило лидирующее соотношение производительности на ватт для линейки Core 2. Поскольку способ установки двух процессорных ядер (двух кристаллов) внутри одной упаковки оправдал себя, Intel стала придерживаться такой же стратегии для выпуска четырёхъядерных Core 2 Quad. Этот процессор состоит из двух двуядерных кристаллов Core 2, которые вновь используют шину FSB для связи между собой.

AMD же решила предложить “настоящий” четырёхъядерный процессор, который сегодня известен как Phenom. Если Intel предложила общий кэш L2 (используется обоими ядрами) с внедрением Core 2 Duo и использовала два таких кристалла для создания четырёхъядерного процессора, то AMD пошла на шаг дальше и добавила общий кэш L3 объёмом 2 Мбайт для всех ядер, сохранив на каждом ядре индивидуальный кэш L2 на 512 кбайт. Следующее поколение процессоров Core 2 от Intel, построенное на 45-нм ядре Wolfdale, увеличит ёмкость кэша L2 на 50% (6 или 3 Мбайт вместо 4 или 2 Мбайт).

Хотя AMD и может управлять такими характеристиками процессора, как тактовые частоты каждого ядра, четырёхъядерный дизайн Agena/Barcelona очень сильно зависит от высокого выхода годных кристаллов при производстве. Появляющиеся ошибки в ядрах при производстве кристалла Agena заставили AMD продавать эти продукты как трёхъядерные или двуядерные процессоры, в то время как подход Intel более гибкий – компания может брать любые два кристалла Core 2, чтобы создавать четырёхъядерные процессоры. Теоретически, подход AMD даёт более эффективный четырёхъядерный дизайн, однако стратегия Intel более прибыльна. В конечном итоге, нас интересует результат: будут ли выпущенные продукты соответствовать своим обещаниям?

Athlon 64 X2 на 2,2, 2,4, 2,6 и 2,8 ГГц

Большинство наших читателей хорошо знакомы с последними 90-нм двуядерными процессорами AMD. Первый двуядерный Athlon 64 X2 появился в январе 2005 года на частотах от 2,0 до 2,6 ГГц под Socket 939 (ядро Manchester с 2x 512 кбайт кэша L2 или Toledo с 2x 1 Мбайт кэша L2). Ему на смену пришли версии под Socket AM2 (ядро Windsor F2 с 2x 512 кбайт или 2x 1 Мбайт кэша L2). Со временем AMD увеличила эффективность энергопотребления и представила более скоростные модели на основе степпинга F3 Windsor. Хотя 65-нм версия (ядро Brisbane, 2x 512 кбайт кэша L2) с намного улучшенной эффективностью энергопотребления вышла год назад, она так и не смогла достичь максимальной тактовой частоты 3,2 ГГц для 90-нм Windsor F3. Собственно, эту 90-нм модель мы и использовали для нашего проекта.

У AMD есть две версии Athlon 64 X2 6000+, обе из которых работают на 3,0 ГГц и обеспечивают одинаковую производительность. Различие заключается в том, что новая версия имеет тепловой пакет (TDP) 89 Вт, а первые модели потребляли до 125 Вт. Наша модель относится как раз к самым “прожорливым”, хотя для данной статьи это не имеет значения.

Мы провели тесты на частотах 2,2, 2,4, 2,6 и 2,8 ГГц, задействовав одно вычислительное ядро.

Phenom 9000 на 2,2, 2,4, 2,6 и 2,8 ГГц

AMD не повезло с новым поколением процессоров на основе дизайна Barcelona (ядро Stars). Оно появилось на много месяцев позже обещанного срока и так и не смогло дать ожидаемую производительность, которая смогла бы превзойти Intel и её процессоры Core 2. Вместо частот вплоть до 3 ГГц, текущие модели Phenom работают всего на 2,2 и 2,3 ГГц (Phenom 9500 и 9600). Через несколько недель должны появиться 2,4-ГГц Phenom 9700, 2,6-ГГц Phenom 9900 и 2,3- и 2,5-ГГц трёхъядерные модели Phenom 7600 и 7700.

Но это ещё не всё. К сожалению, AMD допустила ошибку в текущем степпинге B2. Она влияет на буфер TLB в кэше L3 и может привести к ошибкам в данных и краху системы. Конечно, все производители, включая AMD и Intel, обнаруживают время от времени ошибки (они называются “errata”), но большая их часть исправляется через обновления микрокода в BIOS материнской платы. То же самое касается и Phenom, но AMD указывает на 10% падение производительности при исправлении этой ошибки. Честно говоря, мы не встретились с какими-либо ошибками во время тестов сравнения Phenom или Athlon 64 X2, равно как и во время тестов совместимости материнских плат с Phenom, но есть шансы, что когда-нибудь ошибка может проявиться. Если вы хотите обезопасить себя, то мы рекомендуем дождаться степпинга B3, который появится весной, поскольку падение производительности всё же весьма ощутимо.

Давайте посмотрим, как будет работать Phenom на высоких тактовых частотах.

Тестовая конфигурация

Тесты и настройки

Результаты тестов

В результатах тестов приведено по два графика на каждый тест. Первый показывает реальные баллы или время, которое требуется для завершения теста, что наглядно демонстрирует то, что Phenom ощутимо быстрее Athlon 64 X2 на одинаковых тактовых частотах. Кроме того, мы взяли результаты на 2,2 ГГц за 100% и посмотрели на прирост производительности, который получается при увеличении частоты с шагом в 200 МГц.

Игровые тесты

Аудио

Видео

Приложения

Синтетические тесты

Windows Vista Experience Index

Заключение

Мы сравнили процессоры Athlon 64 X2 и Phenom 9000 на разных тактовых частотах от 2,2 до 2,8 ГГц, чтобы посмотреть, обеспечивает ли Phenom больший прирост производительности на такт при увеличении частоты. Мы ограничили наши тесты работой Phenom на одном ядре, поскольку тесты с полными двумя или четырьмя ядрами обеспечили бы превосходство Phenom 9000 практически в любом тесте. Как вы можете видеть по результатам, Phenom даёт более высокую абсолютную производительность почти во всех тестах. Но вторые графики в каждом тесте нам показались более интересными, поскольку они отображают прирост производительности на ядро при нормализации по 2,2 ГГц.

У ядра Athlon 64 X2 на протяжении от 2,2 до 2,8 ГГц производительность масштабируется лучше. Это означает, что при увеличении тактовой частоты прирост производительности Phenom будет не такой большой, какой был у Athlon 64 X2 в прошлом. Приведём численные значения: Athlon 64 X2 побеждает в 18 из наших тестах, в то время как Phenom 9000 масштабируется лучше лишь в четырёх категориях. Мы использовали BIOS Asus 0603, где не содержится исправление ошибки с TLB у Phenom. Поэтому и производительность не ограничивается.

Впрочем, важно помнить, что наши утверждения масштабирования Phenom касаются только одного вычислительного ядра. Если же посмотреть на процессор с четырьмя (Phenom 9000) или тремя (Phenom 7000, должен выйти позже, в первом квартале) ядрами, то Phenom будет продолжать обгонять Athlon 64 X2 по абсолютным результатам. Кроме того, вряд ли кто-то будет запускать Phenom только с одним вычислительным ядром, и подобные тесты не оценивают преимущество по производительности, которое даёт общий кэш L3, когда несколько ядер обращаются к нему и модифицируют одни и те же данные.

В прошлом уже были подобные ситуации, когда новый процессор не давал более высокую производительность по сравнению с предыдущим поколением. Вспомним Intel Pentium 4 Prescott, первый 90-нм процессор, который не смог обойти 130-нм Northwood, несмотря на ряд улучшений. Но Prescott был ориентирован на будущее, поскольку он позволил Intel интегрировать больший объём кэша и перейти на двуядерный дизайн. И, несмотря на трудности AMD в этом году, можно быть уверенным, что от Phenom в будущем тоже можно ожидать определённых улучшений.