Процессоры Intel: сравнительные тесты энергопотребления — THG.RU

От Pentium 4 до Core 2: анализ энергопотребления

Процессор обычно является самым «прожорливым» компонентом внутри среднего настольного ПК. Энергопотребление процессора впервые стало серьёзной проблемой, когда Intel стала приближаться к 4-ГГц порогу с процессором Pentium 4, потреблявшим больше 100 Вт энергии, для которого стала необходима мощная система охлаждения. Впрочем, энергопотребление и производительность не слишком хорошо сочетались в этом чипе. Появление первого двуядерного процессора Pentium D 800 ещё сильнее осложнило ситуацию, и так было до выхода Core 2 Duo примерно полтора года назад. С тех пор мы получили практически 400% прирост соотношения производительности на ватт, от линейки Pentium 4 600 до современных процессоров Core 2. Мы рассмотрим некоторые эволюционные особенности в данной статье.

Когда мы оценивали типичное энергопотребление двух систем AMD и Intel, то мы отслеживали энергию, необходимую для выполнения реальных задач на протяжении определённого времени, что мы симулировали с помощью BAPCo’s SYSmark 2007. Этот тест основан на реальных приложениях, которые обрабатывают данные в многозадачном окружении. Когда в большинстве публикаций указаны данные максимального и минимального энергопотребления системы и компонентов, эти числа дают лишь часть информации. Энергопотребление следует всегда соотносить с производительностью, поскольку более скоростная система может быстрее переходить в состояние с эффективным энергопотреблением, чем медленная система, что в результате даёт большую экономию энергии на протяжении длительного периода времени, пусть даже в мгновенных значениях более скоростная система отличается большим энергопотреблением.

В нашей статье мы оценивали процессоры AMD Athlon 64 X2 5000+ (65 нм) и Intel Core 2 Duo E6400. Оба процессора являются быстрыми и эффективными двуядерными процессорами, но Intel Core 2 Duo смог выиграть битву за эффективность благодаря преимуществу по производительности — процессор быстрее переходил в экономичное состояние бездействия, чем аналог AMD. Но что будет, если сравнить Core 2 Duo с процессором Core 2 Quad? И насколько этот процессор эффективнее, чем Pentium 4 и Pentium D? Давайте посмотрим!

Процессоры на 3,0 ГГц

Хотя Intel меняет спецификации Socket 775 с каждым новым поколением процессоров, сокет сохранил совместимость со старыми моделями Socket 775. Пусть для Core 2 Duo вам потребуется новая материнская плата (особенно для грядущего 45-нм поколения Penryn, которое выйдет в первом квартале 2008 года), на многих современных материнских платах Socket 775 вполне возможно запустить даже старый Pentium 4. Благодаря столь удачным обстоятельствам, мы смогли протестировать четыре разных типа процессоров на эталонной тестовой системе.

Мы решили выбрать одинаковую рабочую частоту, которую можно было выставить для всех процессоров в линейке. Мы хотели установить частоту от 2,6 до 2,8 ГГц, но это оказалось невозможным из-за разных частот шины CPU (FSB). Поэтому пришлось остановиться на 3,0 ГГц, что можно получить и на процессорах Core 2 на FSB1333, и на процессорах Pentium на FSB800. В случае систем Core 2 память работала на частоте 533 МГц (DDR3-1066 с задержками CL7-7-7-20), а с процессорами Pentium использовалась память DDR3 на частоте 400 МГц (DDR3-800 и CL6-6-6-18). Собственно, это настройки по умолчанию материнской платы Asus P5E3 X38. Более высокие частоты памяти привели бы к росту энергопотребления, хотя и к небольшому, если учесть общее энергопотребление системы от 77 до 203 Вт.

Установку процессоров и запуск их на 3,0 ГГц мы смогли выполнить без проблем. Мы использовали материнскую плату Asus P5E3 Deluxe с BIOS версии 0402 от 19 сентября 2007.

Pentium 4 630

Линейка Pentium 4 600 стала обновлением серии Pentium 500, обеспечивая процессоры Intel 2 Мбайт кэша L2 вместо 1 Мбайт на 90-нм ядре Prescott, а также и другие улучшения. Хотя линейка P4 500 на ядре Prescott не дала прирост производительности по сравнению со 130-нм ядром Northwood — несмотря на удвоение кэша — 2-Мбайт версия добавила Enhanced SpeedStep, улучшенный Thermal Monitor 2, Enhanced Halt State C1E и поддержку 64-битных инструкций EM64T.

Линейка Pentium 4 500 достигла частоты 3,8 ГГц (модель 570), хотя линейка 600 «выдохлась» уже на 3,6 ГГц (Pentium 4 660). В то время обсуждались планы преодоления планки 4 ГГц, но тепловыделение поставило на них крест, а Intel стала работать над своими первыми двуядерными процессорами.

Pentium 4 600 на 3,0 ГГц (то есть P4-630) обеспечивает в SYSmark 2007 лишь среднюю производительность. Это основная причина, почему он не столь хорошо показал себя в тесте энергопотребления, где мы оценивали, сколько потребуется энергии на полный прогон SYSmark. Хотя по энергопотреблению системы в режиме бездействия и под нагрузкой этот процессор второй из лучших, сразу после Core 2 Duo E6850, система P4-630 потребляла 118 Вт-ч, а тестовый прогон занял один час и 40 минут. Система Core 2 Duo E6850 потребляла 106 Вт-ч, а ту же работу выполнила за один час и десять минут!

Статьи по теме.

• «Intel обновляет Prescott: новая линейка Pentium 4 600 и Extreme Edition 3,73 ГГц«;
• «Новый процессор Pentium 4 570 3,8 ГГц и новый степпинг E0: обновляем Prescott«;
• «Высокое тепловыделение Pentium 4 560: он всё же включает троттлинг«;
• «Pentium, Шментиум: разбираемся в номенклатуре CPU«;
• «Новый удар Intel: чипсет 925XE и P4EE 3,46 ГГц«;
• «Новая революция от Intel: платформа Socket 775«;
• «65-нм процессор Pentium 4 на ядре Cedar Mill: тестирование«;
• «Dothan против NetBurst: хороним Pentium 4?«.

Мы использовали Pentium 4 660 и снизили тактовую частоту до 3,0 ГГц в целях тестирования.

Все процессоры класса Pentium для Socket 775 умеют снижать тактовую частоту до 2,8 ГГц в режиме бездействия, если технология SpeedStep активна.

Pentium D 830

Линейка Pentium D 800 сочетает два кристалла Pentium 4 600 в одной упаковке, но всего с 1 Мбайт кэша L2 на ядро. Все остальные функции линейки Pentium 4 600 сохранены. Поскольку два вычислительных ядра требуют больше энергии, чем одно, а выше теплового пакета 130 Вт было решено не выходить, пришлось немного снизить тактовые частоты. Поэтому самая быстрая модель Pentium D 840 работает на частоте 3,2 ГГц, а процессор Pentium D 820 на 2,8 ГГц является двуядерной моделью начального уровня. Наш Pentium D 800 на 3,0 ГГц (модельный номер 830) обеспечивает чуть больше производительности, чем Pentium 4 630, но требует больше всего энергии из всех процессоров в нашем тестировании: 215 Вт-ч — это немало, особенно если сравнить со 106 Вт-ч у Core 2 Duo E6850.

Статьи по теме.

• «Тест Intel Pentium D и Pentium Extreme Edition: новые двуядерные Pentium на ядре Smithfield«;
• «Тестируем Intel Presler: новый 65-нм процессор со сдвоенным ядром«;
• «Двуядерный процессор против двух одноядерных: что выгоднее?«.

Мы использовали Pentium D840 (3,2 ГГц) и выставили его на 3,0 ГГц (Pentium D 830).

С активной технологией Enhanced SpeedStep процессор класса Pentium на FSB800 и Socket 775 снижает тактовую частоту в режиме бездействия до 2,8 ГГц. В случае Pentium D 830 разница невелика, поскольку штатная частота составляет 3,0 ГГц.

Core 2 Duo E6850

Core 2 Duo E6850 является текущей топовой моделью Intel. Процессор построен на микроархитектуре Core, которая вышла в виде процессоров для настольных ПК летом 2007 года. Два процессорных ядра оснащены 4 Мбайт общего кэша L2, работают на 3,0 ГГц и FSB1333, что обеспечивает высокую производительность и приемлемое энергопотребление, не выходящее за тепловой пакет 65 Вт. Вы не можете модернизировать существующие системы Pentium D или Pentium 4 с помощью процессора Core 2 Duo, так что придётся покупать новую материнскую плату с таковой поддержкой, а также память DDR2 или DDR3.

Процессоры Core 2 в режиме бездействия снижают множитель до 6x при активной Enhanced SpeedStep. В случае 333-МГц шины (FSB1333) это даёт частоту в режиме бездействия 2,0 ГГц. Процессоры Core 2 Duo E6850 и Core 2 Extreme QX6850 завершили весь тестовый прогон SYSmark 2007 за один час и десять минут, но двуядерному процессору потребовалось существенно меньше энергии — 106 Вт-ч против 131 Вт-ч для четырёхядерного процессора, который работал на такой же тактовой частоте.

Core 2 Extreme QX6850

Наконец, мы установили в тестовый стенд топовый процессор Core 2 Extreme QX6850. Его внутренняя раскладка хорошо понятна, поскольку процессор состоит из двух ядер Core 2 Duo, каждое из которых оснащено 4 Мбайт кэша L2 и работает с шиной FSB1333. Четырёхъядерный процессор обеспечивает заметно более высокую производительность почти во всех частях теста SYSmark 2007. Однако для завершения прогона он требует практически столько же времени, сколько двуядерный процессор, что приводит к более высокому суммарному энергопотреблению, так как четырёхъядерный процессор потребляет энергии больше во всех тестах (94 против 77 Вт в режиме бездействия). Ситуация может выглядеть иначе в тестах с интенсивными вычислениями, где четыре ядра могут обгонять Core 2 Duo весьма существенно. Однако наш сценарий предусматривал пакет SYSmark 2007, поскольку он больше отражает повседневное использование ПК.

Тестовая конфигурация

Результаты тестов

SYSmark2007

SYSmark2007: E-Learning

SYSmark 2007: Video Creation

SYSmark 2007: Productivity

SYSmark 2007: 3D

SYSmark 2007: System

Тесты энергопотребления

Макс./мин. энергопотребление системы

Среднее энергопотребление системы при прогоне SYSmark 2007

Энергия, потребовавшаяся на прогон SYSmark 2007

График энергопотребления во время прогона SYSmark 2007

Производительность SYSmark 2007 в расчёте на ватт

Производительность SYSmark 2007 в расчёте на ватт, нормированная по Pentium 4 630

Заключение

Качественная разница между поколениями процессоров Pentium 4 и Core 2 просто огромная. Процессорам Core 2 требуется один час десять минут на весь прогон SYSmark 2007 по сравнению с Pentium D (1 час 35 минут) и Pentium 4 (1 час 40 минут) на нашей тестовой системе. Вместе с тем, процессоры Core 2 потребляют меньше энергии во всех состояниях системы. Если нормировать результаты по 3,0-ГГц Pentium 4 630, то Pentium D 830 даёт 4% прирост соотношения производительности на ватт, а Core 2 Quad на 3,0 ГГц и Core 2 Duo на 3,0 ГГц оказались в 3,6x и 4,2x лучше в тесте SYSmark 2007. Эти цифры были получены путём расчёта всей энергии, потребовавшейся на тестовый прогон.

Суммарная энергия в ватт-часах, которая требуется для завершения прогона SYSmark 2007, уменьшается в два раза, если заменить Pentium D 830 на Core 2 Duo E6850. Впрочем, SYSmark не является особо «тяжёлым» тестом по вычислениям, поэтому вы можете смело ожидать более драматической разницы в приложениях рендеринга, шифрования или других, значительно нагружающих CPU.

Грядущий 45-нм процессор Intel Penryn показал энергопотребление в режиме бездействия всего несколько ватт, да и под нагрузкой он потребляет меньше энергии. Звучит очень обещающе, поскольку всё это должно дать ещё меньшее количество энергии для завершения данного задания, равно как и меньшее время завершения, что, в свою очередь, поможет экономить энергию и снизить тепловыделение.