Сколько ядер процессора нужно на самом деле? Часть II — THG.RU

Введение

Несколько месяцев назад мы протестировали эффективность использования разного числа ядер CPU в различных типах приложений. Мы получили более восьмисот отзывов в нашем Клубе экспертов, при этом наши читатели высказали несколько любопытных предположений и нареканий, которые мы решили рассмотреть во второй части статьи.

Первое нарекание: первая часть статьи технически неверна, поскольку процессор Core 2 Quad Q6600, который мы использовали в тестах, не имеет общего кэша L2 8 Мбайт для всех четырёх ядер CPU. Вместо этого у Intel Q6600 присутствует два раздельных кэша по 4 Мбайт, которые являются общими для каждой из двух пар ядер. Это означает, что результаты тестов с четырьмя и тремя ядрами были основаны на использовании всего кэша L2 CPU объёмом 8 Мбайт, а в результатах с двумя и одним ядром, скорее всего, процессор использовал только 4 Мбайт. В итоге результаты могли сильнее зависеть от разницы в эффективном объёме кэша L2, чем от производительности, которая достигается при включении дополнительных вычислительных ядер.

Чтобы устранить упомянутую проблему, на сей раз мы взяли другой CPU: AMD Phenom II X4 955 BE. Есть несколько причин, почему Phenom II идеально подошёл для наших тестов. Во-первых, его 6 Мбайт кэша L3 являются общими для всех четырёх ядер CPU, поэтому влияние архитектуры кэша на результат должно быть минимальным. Во-вторых, поскольку сегодня на рынке есть версии X2, X3 и X4 на основе архитектуры Phenom II, то есть на одинаковом кристалле, мы можем протестировать, насколько метод симуляции меньшего числа ядер совпадает с результатами реальных процессоров. Сравнивая результаты симуляции с розничными версиями CPU с меньшим количеством ядер, мы сможем узнать, корректно ли отключать ядра CPU средствами операционной системы.

Наконец, мы сможем сравнить результаты Phenom II X4 с результатами системы на Intel Core 2 Quad Q6600, что позволит оценить степень влияния общего кэша CPU.

Некоторые читатели посоветовали нам проверить сценарий, когда одновременно работает несколько приложений, чтобы оценить пользу от дополнительных ядер CPU в многозадачных окружениях. Мы провели новый тест, чтобы проанализировать и этот сценарий.

Методика тестирования: как всё сделать честно?

Ещё раз напомним, что мы будем проводить все тесты с процессором AMD Phenom II X4 955 BE на штатной тактовой частоте 3,2 ГГц. После того, как мы провели все тесты, мы отключили одно ядро CPU средствами операционной системы, перезагрузились, после чего провели тесты снова. Затем мы вновь отключали по одному ядру, пока не получили результаты с количеством ядер CPU от одного до четырёх. Метод отключения ядер CPU под ОС Windows Vista подробно описан в первой части статьи.

Чтобы проверить достоверность результатов, мы проведём все тесты ещё раз на процессоре Phenom II X2 550 BE. С множителем, увеличенным до 17, тактовая частота будет идентична модели Phenom II X4 955 BE. Таким образом, мы сможем сравнить результаты процессора Phenom II X4 955 BE с двумя отключенными ядрами с настоящим двуядерным Phenom II X2 550, что позволит проверить нашу тестовую методику.

Нажмите на картинку для увеличения.

Для теста одновременного выполнения нескольких приложений мы решили запустить антивирусное сканирование AVG в фоне одновременно с игровым тестом World in Conflict. AVG можно назвать идеальным вариантом, поскольку в реальности многие пользователи оставляют антивирус работать в фоновом режиме при выполнении других задач, а World in Conflict — довольно удобный игровой тест, так как он позволяет замерить как среднюю, так и минимальную частоту кадров.

Теперь, когда мы оговорили методику тестирования, настало время подробнее рассмотреть конфигурацию тестовой системы.

Тестовая конфигурация

Тесты и настройки

Результаты тестов

Синтетические тесты

Мы начнём с синтетических тестов, а именно с 3DMark. Мы наблюдаем довольно линейный прирост по мере увеличения числа ядер CPU, с большим отрывом между одним и двумя ядрами. По сравнению с результатами Core 2 Quad, падение производительности при уменьшении числа ядер не такое серьёзное, но почти такое же линейное.

Здесь мы наблюдаем результат, очень похожий на 3DMark, но с более сильным падением при уменьшении числа ядер CPU. Следует отметить, что Core 2 Quad, который мы протестировали в предыдущей статье, не даёт ощутимой разницы между тремя и четырьмя ядрами CPU, но демонстрирует быстрое падение производительности при работе двух или одного ядер. Возможно, это как раз было связано с раздельным кэшем Core 2 Quad Q6600.

Результаты тестов памяти и продуктивности PCMark говорят то же самое. Давайте перейдём к SiSoftware Sandra.

Тесты процессора демонстрируют линейное снижение производительности, очень похожее на результаты Core 2 Quad, которые приведены в первой части статьи. Синтетические тесты, подобные этому, подчёркивают теоретическую разницу из-за многопоточной оптимизации, хотя многие приложения, протестированные нами, не так хорошо оптимизированы под несколько потоков.

Тест многоядерной эффективности показывает, что у Phenom II связь между ядрами осуществляется хорошо, независимо от количества активных ядер. Это контрастирует с результатами Core 2 Quad Q6600, где мы наблюдали серьёзное падение пропускной способности при переходе от четырёх ядер к трём.

Когда мы тестировали Core 2 Quad, то не обнаружили практически никакой разницы в пропускной способности памяти по мере отключения ядер CPU. Но у Phenom II можно заметить существенное падение при переходе от трёх ядер к двум, а также ещё более резкий спад при использовании единственного ядра CPU.

Результаты достойны пристального внимания. Если обратиться к предыдущим тестам в обзорах Phenom II, то процессоры X3 и X2 действительно показывали меньшую пропускную способность памяти, чем X4, а тесты Phenom II X2 550 на нашей платформе дали такую же пропускную способность памяти.

Мы показали тестовые результаты AMD и попросили объяснить подобный феномен. По данным AMD, в тесте SiSoftware содержится ошибка, которая проявляет себя время от времени после выпуска новых кристаллов CPU. Представители AMD сообщили, что информация об ошибке уже отправлена разработчикам Sandra.

Приятно слышать, что подобные результаты связаны с программной ошибкой, но даже если бы они были истинными, то одноядерных процессоров Phenom II X1 всё равно не существует, поэтому столь низкий результат нереален. Конечно, процессоры X2 немного снижают производительность, но теоретическое падение слишком малое, чтобы дать ощутимый спад производительности в реальных приложениях.

Теперь, когда мы ознакомились с результатами синтетических тестов, можно переходить к тестам приложений.

Тесты аудио и видео

В предыдущей статье процессор Core 2 Quad продемонстрировал довольно равномерную производительность кодирования аудио независимо от числа используемых ядер, хотя и с небольшим падением производительности на одном ядре. Давайте посмотрим, сохранится ли подобная картина у Phenom II.

Всё сохранилось. Приложения не демонстрируют прироста от нескольких ядер.

Перейдём к тестам кодирования видео.

Как и в предыдущем обзоре, результаты кодеков MainConcept и DivX демонстрируют серьёзный прирост от увеличения числа ядер, хотя кодек Xvid слабо реагирует на число ядер больше двух.

Приложения

Старый тест Photoshop не работает под 64-битной версией Windows Vista, поэтому мы его пропустили. Давайте посмотрим на результаты 3D-рендеринга в 3ds Max.

3ds Max показывает хорошую зависимость от многопоточности, причём на нашей памяти это продолжается уже очень долго. Никаких сюрпризов. Если вы занимаетесь 3D-рендерингом, то берите максимальное число ядер CPU.

У каждого должна стоять антивирусная программа, не так ли? Давайте посмотрим, как антивирус AVG будет работать с разным количеством ядер.

AVG очень хорошо масштабируется с увеличением числа ядер CPU, как уже было видно в предыдущей статье с тестами Core 2 Quad Q6600. Теперь давайте перейдём к сжатию файлов.

Если WinZip, похоже, использует только один поток, архиватор WinRAR хорошо масштабируется с увеличением числа ядер CPU. Результат весьма любопытен, поскольку WinRAR не показал такую же эффективную поддержку многопоточности в системе с Core 2 Quad Q6600, где производительность «выдохлась» уже на двух ядрах CPU.

Игры

Перейдём к развлечениям. Опять же, мы тестировали игры в низком разрешении 1024×768, чтобы перенести «узкое место» с видеокарты на CPU. Мы начнём с игры Crysis — это не самая новая игра, но она по-прежнему остаётся одной из самых требовательных.

Crysis демонстрирует практически равную производительность на трёх и четырёх ядрах CPU. На трёх ядрах мы получаем прирост на 0,7 fps, но он находится в пределах погрешности. Игра на двух ядрах идёт немного медленнее, а на одном ядре результат очень низкий.

Left 4 Dead демонстрирует то же самое, что мы видели в Crysis: игровая производительность доходит до максимума уже на трёх ядрах CPU, на двух ядрах немного снижается, а на одном ядре стремительно падает.

Мы наблюдаем результаты, практически совпадающие с нашим предыдущим обзором. Есть разница в размере кэша или нет, но игры всё равно выигрывают только от трёх ядер CPU, а во многих случаях два ядра CPU дают достаточно высокую производительность. На одном ядре результаты низкие, но даже в World in Conflict частота кадров достаточная для плавной игры.

Тесты многозадачности

Перед вами новый тест, который мы специально добавили, чтобы посмотреть выигрыш от нескольких ядер CPU при запуске более одного приложения одновременно. Мы провели обычный тест World in Conflict, который показан выше, но при этом в фоне выполнялось антивирусное сканирование AVG. Подобный сценарий весьма характерен для многих пользователей.

Давайте посмотрим на результаты.

Именно поэтому мы выполняем антивирусное сканирование автоматически в 4 часа утра каждый день. Здесь наглядно видно, что даже обычным пользователям будет полезен CPU с числом ядер больше трёх.

Обратите внимание на разницу между результатами трёх и четырёх ядер. Когда в фоне не работает антивирус, то частота кадров получается практически идентичной. Однако если AVG выполняет фоновое антивирусное сканирование, то производительность с тремя ядрами существенно снижается, частота кадров падает до 34 fps в минимуме по сравнению с 82 fps у четырёх ядер.

Конечно, такая минимальная частота кадров не слишком сильно портит геймлпей, но со снижением числа ядер в игровом тесте явно начинают наблюдаться замедления.

Что интересно, при работе нескольких приложений одноядерный CPU показал среднюю частоту кадров, не очень уступающую двуядерному CPU. Вероятно, при работе одноядерного CPU операционная система отдаёт приоритет текущему приложению, а фоновому приложению достаётся меньшее число ресурсов CPU.

В любом случае, можно сделать два вывода. Первый: попытайтесь избежать фонового антивирусного сканирования во время игр. Второй: несколько ядер CPU определённо дают преимущество при одновременной работе нескольких приложений — подобный сценарий становится всё более распространённым, он позволяет выполнять больше работы за меньшее количество времени. Если вы выполняете фоновое антивирусное сканирование, кодирование мультимедиа или скачиваете файлы из Интернета, то несколько ядер CPU пригодятся как нельзя кстати.

Симулированные два ядра против настоящих

Чтобы проверить правильность нашей методики тестирования, когда мы отключали два ядра CPU средствами ОС, мы сравнили результаты программно урезанного 955 Black Edition с настоящим двуядерным CPU. Мы разогнали Phenom II X2 550 BE до такого же множителя и тактовой частоты, скорости HyperTransport и памяти, как у Phenom II X4 955 BE. Затем мы провели все тесты и сравнили результаты с симулированным двуядерным процессором на основе Phenom II X4. Давайте посмотрим на результаты SiSoft Sandra.

Как можно видеть, результаты идентичны. Мы проверили весь тестовый пакет на процессоре Phenom II X2 550 BE, и во всех тестах мы получали результаты, идентичные производительности Phenom II X4 955 с двумя ядрами, отключёнными средствами ОС.

Мы не будем терять время и не станем демонстрировать страницы диаграмм с идентичными результатами. Вывод будет таков: метод отключения ядер CPU средствами операционной системы оказался вполне достоверным и надёжным.

Анализ производительности

Начнём с анализа общей производительности. Ниже представлены результаты средней относительной производительности при использовании процессора Phenom II с одним, двумя, тремя и четырьмя ядрами.

Синяя полоска отражает игровую производительность, зелёная полоска — приложения, а чёрная — синтетические тесты.

Начнём с результатов в играх. Как видим, если сравнивать с одноядерным CPU, то мы наблюдаем довольно существенный прирост производительности от перехода на два ядра в играх. Затем мы видим небольшой прирост производительности при увеличении числа ядер до трёх, а четыре ядра тают практически такую же частоту кадров.

Если перейти к производительности приложений, то прогресс оказывается более линейным, при этом многопоточные приложения намного лучше реагируют на увеличение числа ядер CPU. Помните, что некоторые приложения не дают вообще никакого прироста производительности, поскольку не поддерживают многопоточность. Поэтому программы, которые вы запускаете, напрямую влияют на прирост производительности.

Синтетические тесты дают несколько завышенные результаты по сравнению с тестами приложений, что и можно было ожидать: синтетические тесты больше ориентированы на производительность в будущем, когда почти все приложения будут многопоточными.

Интересно заметить, что при использовании четырёхъядерного CPU приложения и игры дают почти двукратную производительность по сравнению с одноядерным CPU.

Теперь, когда мы всё обсудили, давайте посмотрим на такую же диаграмму средней производительности из предыдущей статьи, когда мы использовали процессор Core 2 Quad Q6600.

В целом, результаты рисуют такую же картину, хотя некоторые детали отличаются. Самое значимое изменение по сравнению с результатами Phenom II наблюдается в синтетических тестах, которые в случае Core 2 Quad оказались слишком оптимистичными. Производительность приложений, в целом, растёт схожим образом, мы получаем сравнимый прирост при увеличении числа ядер. Даже результаты в играх довольно близки. Поэтому с некоторой долей уверенности можно сказать, что раздельный дизайн кэша Core 2 Quad Q6600 сказывается на результатах предыдущего обзора слишком слабо, чтобы признать их ошибочными.

Второй вывод оказался неудивительным. Хотя трёх- и четырёхъядерные CPU обычно дают схожую производительность в тестах, одновременный запуск нескольких приложений показал, что результаты в данном сценарии существенно меняются. Если у вас есть четырёхъядерный процессор, то вы с большей вероятностью сможете запускать приложение в фоне с меньшим ущербом производительности основной программе. Наоборот, если у вас процессор с меньшим числом ядер, то следует быть аккуратным с фоновыми приложениями и завершать их работу, если вы запускаете какую-либо чувствительную к CPU программу, например, игру.

Заключение

Теперь, когда мы получили ещё одно свидетельство, наши финальные выводы не будут отличаться от предыдущей статьи: мы по-прежнему считаем, что даже обычные пользователи могут выиграть от многоядерного CPU. Можете не верить, но мы уже не рассматриваем всерьёз повседневную работу на компьютере с одним ядром, учитывая большое количество современных многозадачных сценариев. Тесты явно демонстрируют, что увеличение числа вычислительных ядер CPU сказывается более эффективно при одновременной работе нескольких приложений.

Впрочем, следует отметить, что процессоры с меньшим числом физических ядер обычно работают на более высоких тактовых частотах, чтобы компенсировать дефицит производительности, поэтому у владельцев двуядерных CPU положение не такое печальное.

В итоге мы рекомендуем большинству читателей обзавестись, как минимум, двуядерным CPU. Для энтузиастов можно рекомендовать три или четыре ядра — такое количество уже нельзя считать чрезмерным, если одновременно у вас работают несколько приложений.