Интел пентиум 4 характеристики. Процессоры

Введение

Передначалом сезона летних отпусков оба ведущих производителя процессоров,AMD и Intel, выпустили последние модели процессоров в своих современныхлинейках CPU, нацеленных на использование в высокопроизводительных PC.Сначала сделала последний шаг перед предстоящим качественным скачкомAMD и примерно с месяц назад представила Athlon XP 3200+, который, какпредполагается, станет самым быстрым представителем семейства AthlonXP. Дальнейшие же планы AMD в этом секторе рынка связываются уже спроцессором следующего поколения с x86-64 архитектурой, Athlon 64,который должен появится в сентябре этого года. Intel же выждалнебольшую паузу и представил последний из Penlium 4 на 0.13-микронномядре Northwood только сегодня. В итоге, заключительной моделью в этомсемействе стал Pentium 4 с частотой 3.2 ГГц. Пауза перед выходомследующего процессора для настольных PC, основанного на новомядре Prescott, продлится до четвертого квартала, когда Intel вновьподнимет планку быстродействия своих процессоров для настольныхкомпьютеров благодаря росту тактовой частоты и усовершенствованнойархитектуре.

Следует отметить, что за времяпротивостояния архитектур Athlon и Pentium 4, показала себя болеемасштабируемой архитектура от Intel. За период существования Pentium 4,выпускаемых по различным технологическим процессам, их частота вырослауже более чем вдвое и без проблем достигла величины 3.2 ГГц прииспользовании обычного 0.13-микронного технологического процесса. AMDже, задержавшаяся со своими Athlon XP на отметке 2.2 ГГц, не можетпохвастать на настоящий момент столь же высокими частотами своихпроцессоров. И хотя на одинаковых частотах Athlon XP значительнопревосходит по быстродействию Pentium 4, постоянно увеличивающийсяразрыв в тактовых частотах сделал свое дело: Athlon XP 3200+ с частотой2.2 ГГц назвать полноценным конкурентом Penium 4 3.2 ГГц можно лишь созначительными оговорками.

На графике ниже мы решили показать, как росли частоты процессоров семейств Pentium 4 и Athlon за последние три года:

Каквидим, частота 2.2 ГГц является для AMD непреодолимым барьером, покоренкоторый будет в лучшем случае только лишь во второй половине следующегогода, когда AMD переведет свои производственные мощности наиспользование 90-нанометровой технологии. До этих же пор дажепроцессоры следующего поколения Athlon 64 будут продолжать иметь стольневысокие частоты. Смогут ли они при этом составить достойнуюконкуренцию Prescott – сказать трудно. Однако, похоже, AMD ждут тяжелыепроблемы. Prescott, обладающий увеличенным кешем первого и второгоуровня, усовершенствованной технологией Hyper-Threading и растущимичастотами может стать гораздо более привлекательным предложением,нежели Athlon 64.

Что касается процессоров Pentium4, то их масштабируемости можно только позавидовать. Частоты Pentium 4плавно увеличиваются с самого момента выхода этих процессоров.Небольшая пауза, наблюдающаяся летом-осенью этого года, объясняетсянеобходимостью внедрения новоготехнологического процесса, но она не должна повлиять на расстановку силна процессорном рынке. Включив технологию Hyper-Threading и переведясвои процессоры на использование 800-мегагерцовой шины, Intel добилсяощутимого превосходства старших моделей своих CPU над процессорамиконкурента и теперь может ни о чем не беспокоиться, по крайней мере, доначала массового распространения Athlon 64.

Такжена графике выше мы показали и ближайшие планы компаний AMD и Intel повыпуску новых CPU. Похоже, AMD в ближайшее время не должна питатьникаких иллюзий по поводу своего положения на рынке. Борьба с Intel наравных для нее заканчивается, компаниявозвращается в привычную для себя роль догоняющего. Впрочем,долгосрочные прогнозы строить пока рано, посмотрим, что даст для AMDвыход Athlon 64. Однако, судя по сдержанной реакции разработчиковпрограммного обеспечения на технологию AMD64, никакой революции свыходом следующего поколения процессоров от AMD не произойдет.

Intel Pentium 4 3.2 ГГц

Новыйпроцессор Pentium 4 3.2 ГГц, который Intel анонсировал сегодня, 23июня, с технологической точки зрения ничего особенного собой непредставляет. Это все тот же Northwood, работающий на частоте шины 800МГц и поддерживающий технологию Hyper-Threading. То есть, по сути,процессор полностью идентичен (за исключением тактовой частоты) Pentium4 3.0, который был анонсирован Intel в апреле.

Процессор Pentium 4 3.2 ГГц, как и предшественники, использует ядро степпинга D1

Единственныйфакт, который следует отметить в связи с выходом очередного процессораPentium 4 на ядре Northwood – это вновь возросшее тепловыделение.Теперь типичное тепловыделение Pentium 4 3.2 ГГц составляет порядка 85Вт, а максимальное — ощутимо превышает величину 100 Вт. Именно поэтомуиспользование грамотно спроектированных корпусов является одним изнеобходимых требований при эксплуатации систем на базе Pentium 4 3.2ГГц. Одного вентилятора в корпусе теперь явно недостаточно, кроме того,необходимо следить и за тем, чтобы воздух в районе размещенияпроцессора хорошо вентилировался. Intel также говорит и о том, чтотемпература воздуха, окружающего процессорный радиатор, не должнапревышать 42 градуса.

Ну и еще раз напомним, чтопредставленный Pentium 4 3.2 ГГц – последний CPU от Intel длявысокопроизводительных настольных систем, основанный на 0.13-микроннойтехнологии. Следующий процессор для таких систем будет использовать уженовое ядро Prescott, изготавливаемое по 90-нанометровой технологии.Соответственно, тепловыделение будущих процессоров для настольных PCбудет меньше. Следовательно, Pentium 4 3.2 ГГц так и останетсярекордсменом по тепловыделению.

Официальная ценана Pentium 4 3.2 ГГц составляет $637, а это значит, что данныйпроцессор является самым дорогим CPU для настольных компьютеров насегодняшний день. Более того, Intel рекомендует использовать новинку снедешевыми материнскими платами на базе набора логики i875P. Однако,как мы знаем, данным требованием можно пренебречь: многие более дешевыесистемные платы на базе i865PE обеспечивают аналогичный уровеньпроизводительности благодаря активизации производителями технологии PATи в наборе логики i865PE.

Как мы тестировали

Цельюданного тестирования являлось выяснение того уровня производительности,который может обеспечить новый Pentium 4 3.2 ГГц по сравнению спредшественниками и старшими моделями конкурирующей линейки Athlon XP.Таким образом, в тестировании помимо Pentium 4 3.2 ГГц приняли участиеPetnium 4 3.0 ГГц, Athlon XP 3200+ и Athlon XP 3000+. В качествеплатформы для тестов Pentium 4 мы выбрали материнскую плату на чипсетеi875P (Canterwood) с двухканальной DDR400 памятью, а тесты Athlon XPпроводились при использовании материнской платы на базе наиболеепроизводительного чипсета NVIDIA nForce 400 Ultra.

Состав тестовых систем приведен ниже:

Процессоры

Intel Pentium 4 3.2 ГГц (800 МГц шина)
Intel Pentium 4 3.0 ГГц (800 МГц шина)

AMD Athlon 3200+ (2.2 ГГц, 400 МГц шина)
AMD Athlon 3000+ (2.17 ГГц, 333 МГц шина)

Материнские платы

ASUS P4C800 Deluxe

ASUS A7N8X Deluxe 2.0

512 Мбайт DDR400 SDRAM (2 x 256 Мбайт)

Видеокарта

ATI RADEON 9700 PRO (драйвер Catalyst 3.4)

Жесткий диск

Western Digital Raptor WD360GD

Примечания:

Памятьво всех случаях эксплуатировалась в синхронном режиме с FSB вдвухканальной конфигурации. Использовались наиболее агрессивныетайминги 2-2-2-5. Тестирование выполнялось в операционной системе Windows XP SP1 с установленным пакетом DirectX 9.0a.

Производительность в офисных приложениях и приложениях для создания контента

Впервую очередь по сложившейся традиции мы измерили скорость процессоровв офисных приложениях и приложениях, работающих с цифровых контентом.Для этого мы воспользовались тестовыми пакетами семейства Winstone.

ВBusiness Winstone 2002, включающем в себя типовые офисныебизнес-приложения, на высоте оказываются процессоры семейства AthlonXP, производительность которых ощутимо превосходит скорость процессоровконкурирующего семейства. Данная ситуация достаточно привычна для этоготеста и обуславливается как особенностями архитектуры Athlon XP, так ибольшим объемом кеш-памяти у ядра Barton, суммарная емкость которойблагодаря эксклюзивности L2 достигает 640 Кбайт.

Вкомплексном тесте Multimedia Content Creation Winstone 2003, измеряющемскорость работы тестовых платформ в приложениях для работы с цифровымконтентом, картина несколько иная. Процессоры Pentium 4, имеющиеNetBurst архитектуру и обладающие высокоскоростной шиной с пропускнойспособностью 6.4 Гбайта в секунду оставляют старшие модели Athlon XPдалеко позади.

Производительность при обработке потоковых данных

Большинствоприложений, работающих с потоками данных, как известно, работаетбыстрее на процессорах Pentium 4. Здесь раскрываются все преимуществаNetBurst архитектуры. Поэтому, результат, полученный нами в WinRAR 3.2,не должен никого удивлять. Старшие Pentium 4 значительно обгоняют поскорости сжатия информации топовые Athlon XP.

Аналогичнаяситуация наблюдается и при кодировании звуковых файлов в формат mp3кодеком LAME 3.93. Кстати, данный кодек поддерживает многопоточность,поэтому высокие результаты Pentium 4 здесь можно отнести и на счетподдержки этими CPU технологии Hyper-Threading. В итоге, Pentium 4 3.2обгоняет старший Athlon XP с рейтингом 3200+ почти на 20%.

Вданное тестирование мы включили результаты, полученные при измерениискорости кодирования AVI ролика в формат MPEG-2 одним из лучшихкодеров, Canopus Procoder 1.5. Как это не удивительно, Athlon XP вданном случае показывает слегка более высокую производительность.Впрочем, отнести это, скорее всего, следует на счетвысокопроизводительного блока операций с плавающей точкой,присутствующего в Athlon XP. SSE2 инструкции процессоров Pentium 4 вданном случае, как мы видим, не могут являться столь же сильнойальтернативой. Правда, следует отметить, что разрыв в скорости старшихмоделей Athlon XP и Pentium 4 совсем небольшой.

Кодированиевидео в формат MPEG-4 – еще один пример задачи, где процессоры Pentium 4 с технологией Hyper-Threading и 800-мегагерцовой шиной демонстрируетсвои сильные стороны. Превосходство Pentium 4 3.2 над Athlon XP 3200+ вэтом тесте составляет почти 20%.

Аналогичнаяситуация наблюдается и при кодировании видео при помощи Windows MediaEncoder 9: это приложение имеет оптимизацию под набор команд SSE2 иотлично приспособлено для NetBurst архитектуры. Поэтому, совершеннонеудивительно, что вновь верхнюю часть диаграммы оккупировалипроцессоры от Intel.

Производительность в игровых приложениях

После выхода пропатченной версии3Dmark03 результаты Pentium 4 относительно Athlon XP в этом тесте сталинесколько выше. Однако расклад сил это не изменило: Pentium 4лидировали в этом бенчмарке и ранее.

Pentium4 подтверждает свое лидерство и в общем зачете в 3Dmark03. Правда,отрыв здесь небольшой: сказывается тот факт, что 3Dmark03 в первуюочередь – это тест видеоподсистемы.

Послеперехода Pentium 4 на использование 800-мегагерцовой шины, Pentium 4стали обгонять Athlon XP и в более старой версии 3Dmark2001. Причем,отрыв Pentium 4 3.2 ГГц от Athlon XP 3200+ уже достаточно существенен исоставляет 6%.

В Quake3 Pentium 4 традиционно обгоняет Athlon XP, поэтому результат удивления не вызывает.

Аналогичнаякартина наблюдается и в игре Return to Castle Wolfenstein. Этосовершенно логично, поскольку данная игра использует тот же движокQuake3.

Одноиз немногих приложений, где старшей модели Athlon XP удается удержатьлидерство, это – Unreal Tournament 2003. Хочется отметить, что всесовременные игры не имеют поддержки технологии Hyper-Threading, поэтомув играх потенциал новых Pentium 4 пока раскрывается не полностью.

Авот в Serious Sam 2 Athlon XP 3200+ больше лидером не является. Свыходом нового процессора от Intel пальма первенства в этой игрепереходит именно к Pentium 4 3.2 ГГц.

Новаяигра Splinter Cell, хотя и основана на том же движке, что и UnrealTournament 2003, быстрее работает на процессорах от Intel.

Вцелом, остается признать, что быстрейшим процессором для современных 3Dигр на данный момент является Pentium 4 3.2 ГГц, обходящий Athlon XP3200+ в большинстве игровых тестов. Ситуация меняется стремительно. Ещесовсем недавно старшие Athlon XP в игровых тестах нисколько не уступалипроцессорам от Intel.

Производительность при 3D-рендеринге

Поскольку3ds max 5.1, который мы использовали в данном тестировании, хорошооптимизирован под многопоточность, Pentium 4, умеющий исполнять двапотока одновременно благодаря технологии Hyper-Threading, с большимотрывом оказывается лидером. Даже старший Athlon XP 3200+ не можетсоставить ему никакой конкуренции.

Абсолютнотоже самое можно сказать и про скорость рендеринга в Lightwave 7.5.Впрочем, в некоторых сценах, например при рендеринге Sunset, старшиемодели Athlon XP смотрятся не так уж и плохо, однако такие случаиединичны.

Споритьс Pentium 4, выполняющем два потока одновременно, в задачах рендерингадля Athlon XP сложновато. К сожалению, AMD не имеет планов по внедрениютехнологий, подобных Hyper-Threading даже в будущих процессорахсемейства Athlon 64.

Абсолютно аналогичная ситуация наблюдается и в POV-Ray 3.5.

Производительность при научных расчетах

Длятестирования скорости новых CPU от AMD при научных расчетах былиспользован пакет ScienceMark 2.0. Подробности об этом тесте можнополучить на сайте http://www.sciencemark.org/. Этот бенчмарк поддерживает многопоточность, а также все наборы SIMD-инструкций, включая MMX, 3DNow!, SSE и SSE2.

То,что в задачах математического моделирования или криптографии процессорысемейства Athlon XP показывают себя с наилучшей стороны, известнодавно. Здесь мы видим еще одно подтверждение этого факта. Хотя, надосказать, свое былое преимущество Athlon XP начинает терять. Например, втесте Molecular Dinamics на первое место выходит уже новый Pentium 43.2 ГГц.

Кроме теста ScienceMark в этом разделе мырешили протестировать и скорость работы новых процессоров в клиентероссийского проекта распределенных вычислений http://www.md-at-home.ru/start.htm,посвященному расчету динамических свойств олигопептидов (фрагментовбелков). Расчет свойств олигопептидов, возможно, сможет помочь изучениюфундаментальных свойств белков, тем самым, внеся вклад в развитиенауки.

Каквидим, задачи молекулярной динамики новые Pentium 4 решают быстрееAthlon XP. Столь высокого результата Pentium 4 достигают благодарясвоей технологии Hyper-Threading. Сам клиент MD@home, к сожалению,многопоточность не поддерживает, однако запуск двух клиентских программв параллели на системах с процессорами с технологией Hyper-Threadingпозволяет ускорить процесс расчета более чем на 40%.

Проведенноетестирование явно показывает, что на очередном этапе конкурентнойборьбы Intel удалось одержать победу над AMD. Последний процессор наядре Northwood обгоняет по своей производительности старшую и последнююмодель Athlon XP в большинстве тестов. За последнее время Intel смогзначительно увеличить частоты своих CPU, увеличить частоту их шины, атакже внедрить хитрую технологию Hyper-Threading, дающую дополнительныйприрост скорости в ряде задач. AMD же, не имея возможности наращиватьтактовые частоты своих процессоров ввиду технологических иархитектурных сложностей, не смогла адекватно усилить свои CPU. Непоправило положение даже появление нового ядра Barton: последние моделиPentium 4 оказываются явно сильнее старших Athlon XP. В результате,Pentium 4 3.2 ГГц вполне можно считать наиболее производительным CPUдля настольных систем в настоящее время. Такая ситуация продлится поменьшей мере до сентября, когда AMD, наконец, должна будет анонсироватьсвои новые процессоры семейства Athlon 64.

Необходимоотметить и тот факт, что рейтинговая система, используемая в настоящеевремя AMD для маркировки своих процессоров, не может больше являтьсякритерием, по которому Athlon XP можно сопоставлять с Pentium 4.Улучшения, которые произошли с Pentium 4, в числе которых следуетотметить перевод этих CPU на 800-мегагерцовую шину и внедрениетехнологии Hyper-Threading, привели к тому, что Pentium 4 с частотой,равной рейтингу соответствующего Athlon XP, оказывается явно быстрее.

Вобщем, мы с интересом будем ожидать осени, когда и AMD и Intelпредставят свои новые разработки, Prescott и Athlon 64, которые,возможно, смогут обострить конкурентную борьбу между давнимисоперниками на процессорном рынке. Сейчас же AMD оказывается оттесненаIntel в сектор недорогих процессоров где, впрочем, эта компаниячувствует себя превосходно: Celeron по сравнению с Athlon XP –откровенно слабый соперник.

Казалось бы не так уж и давно вышел Pentium 4 2,8 ГГц, но неугомонная компания Intel видать настолько горда способностью своего нового процессорного ядра к постоянному «разгону», что не дает нам покоя анонсами все новых и новых процессоров:). Однако сегодняшний наш герой отличается от предыдущей топовой модели не только на 200 с небольшим мегагерц — то, о чем давно мечтали некоторые особо продвинутые пользователи, наконец-то свершилось: технология эмуляции двух процессоров на одном процессорном ядре, ранее бывшая достоянием лишь сверхдорогих Xeon, наконец-то «освобождена» и отправлена в «свободное десктопное плавание». Хотите двухпроцессорный домашний компьютер? Их есть у нас! Все последующие модели Pentium 4, начиная с рассматриваемой в этом материале, будут обладать поддержкой Hyper-Threading. Однако кто-то может вполне резонно поинтересоваться: «А зачем мне двухпроцессорная машина дома? У меня же не сервер какой-нибудь!». И действительно — зачем? Именно это мы и постарались объяснить ниже. Итак: Hyper-Threading — что это такое и зачем он может быть нужен в обычных персональных компьютерах?

SMP и Hyper-Threading: «галопом по европам»

Для начала, давайте сделаем вид, что начинаем «с чистого листа» т. е. механизмы функционирования многопроцессорных систем нам неизвестны. Мы не собираемся начинать данной статьей цикл монографий, посвященных этому вопросу:), поэтому сложных моментов, связанных, к примеру, с виртуализацией прерываний и прочими вещами, трогать не будем. Фактически, нам нужно просто представлять как работает классическая SMP(Symmetric Multi-Processor)-система с точки зрения обычной логики. Нужно это хотя бы потому, что не так уж велико количество пользователей, хорошо себе представляющих как работает SMP-система, и в каких случаях от использования двух процессоров вместо одного можно ожидать реального увеличения быстродействия, а в каких — нет. Честное слово, один из авторов этого материала как-то угробил часа полтора времени, доказывая своему, скажем так, «не бедному» другу, что Unreal Tournament у него на многопроцессорной машине будет работать ничуть не быстрее, чем на обычной:). Смешно? Уверяю вас — только со стороны. Итак, представим, что у нас есть, к примеру, два процессора (остановимся на этом, самом простом примере) вместо одного. Что это нам дает?

В общем-то… ничего. Потому что в дополнение к этому нам нужна еще и операционная система, умеющая эти два процессора задействовать. Система эта должна быть по определению многозадачной (иначе никакого смысла в наличии двух CPU просто быть не может), но кроме этого, ее ядро должно уметь распараллеливать вычисления на несколько CPU. Классическим примером многозадачной ОС, которая этого делать не умеет, являются все ОС от Microsoft, называемые обычно для краткости «Windows 9x» — 95, 95OSR2, 98, 98SE, Me. Они просто-напросто не могут определить наличие более чем одного процессора в системе… ну и, собственно, дальше объяснять уже нечего:). Поддержкой SMP обладают ОС этого же производителя, построенные на ядре NT: Windows NT 4, Windows 2000, Windows XP. Также в силу своих корней, этой поддержкой обладают все ОС, основанные на идеологии Unix — всевозможные Free- Net- BSD, коммерческие Unix (такие как Solaris, HP-UX, AIX), и многочисленные разновидности Linux. Да, к слову — MS DOS многопроцессорность в общем случае тоже «не понимает»:).

Если же два процессора все же определились системой, то дальнейший механизм их задействования в общем-то (на «логическом», подчеркнем, уровне!) довольно-таки прост. Если в данный момент времени исполняется одно приложение — то все ресурсы одного процессора будут отданы ему, второй же будет просто простаивать. Если приложений стало два — второе будет отдано на исполнение второму CPU, так что по идее скорость выполнения первого уменьшиться не должна вообще никак. Это в примитиве. Однако на самом деле все сложнее. Для начала: исполняемое пользовательское приложение у нас может быть запущено всего одно, но количество процессов (т. е. фрагментов машинного кода, предназначенных для выполнения некой задачи) в многозадачной ОС всегда намного больше. Начнем с того, что сама ОС — это тоже приложение… ну и не будем углубляться — логика понятна. Поэтому на самом деле второй CPU способен немного «помочь» даже одиночной задаче, взяв на себя обслуживание процессов, порожденных операционной системой. Опять-таки, к слову об упрощениях — именно так, идеально, разделить CPU между пользовательским приложением и ОС, конечно, все равно не получится, но, по крайней мере, процессор, занятый исполнением «полезной» задачи, будет меньше отвлекаться.

Кроме того, даже одно приложение может порождать потоки (threads), которые при наличии нескольких CPU могут исполняться на них по отдельности. Так, например, поступают почти все программы рендеринга — они специально писались с учетом возможности работы на многопроцессорных системах. Поэтому в случае использования потоков выигрыш от SMP иногда довольно весо м даже в «однозадачной» ситуации. По сути, поток отличается от процесса только двумя вещами — он во-первых никогда не порождается пользователем (процесс может запустить как система, так и человек, в последнем случае процесс = приложение; появление потока инициируется исключительно запущенным процессом), и во-вторых — поток умирает вместе с родительским процессом независимо от своего желания — к примеру, если родительский процесс «глюкнул и упал» — все порожденные им потоки ОС считает бесхозными и «прибивает» уже сама, автоматически.

Также не стоит забывать, что в классической SMP-системе оба процессора работают каждый со своим кэшем и набором регистров, но память у них общая. Поэтому если две задачи одновременно работают с ОЗУ, мешать они друг другу будут все равно, даже если CPU у каждой «свой собственный». Ну и наконец последнее: в реальности мы имеем дело не с одним, не с двумя, и даже не с тремя процессами. На приведенном коллаже (это действительно коллаж, потому что со скриншота Task Manager были удалены все пользовательские процессы, т. е. приложения, запускаемые «для работы») хорошо видно, что «голая» Windows XP, сама по себе, не запустив еще ни одного приложения, уже породила 12 процессов, причем многие из них к тому же еще и многопоточные, и общее количество потоков достигает двухсот восьми штук (!!!).

Поэтому рассчитывать на то, что нам удастся прийти к схеме «по собственному CPU на каждую задачу» совершенно не приходится, и переключаться между фрагментами кода процессоры будут все равно — и физические, и виртуальные, и будь они хоть виртуальные в квадрате и по 10 штук на каждое физическое ядро:). Впрочем, на самом деле все не так грустно — при грамотно написанном коде ничего в данный момент не делающий процесс (или поток) процессорного времени практически не занимает (это тоже видно на коллаже).

Теперь, разобравшись с «физической» многопроцессорностью, перейдем к Hyper-Threading. Фактически — это тоже многопроцессорность, только… виртуальная. Ибо процессор Pentium 4 на самом деле один — вот он, стоит в сокете, сверху кулер пришлепнут:). Второго сокета — нет. А процессоров ОС видит — два. Как это? В общем-то, очень просто. Смотрим на рисунок.

Здесь нам придется все-таки немного углубиться в технические детали, потому что иначе, увы, что-либо объяснить не получится. Впрочем, те, кому оные детали неинтересны, могут данный абзац просто пропустить. Итак, классическому «одноядерному» процессору в нашем случае добавили еще один блок AS — IA-32 Architectural State. Architectural State содержит состояние регистров (общего назначения, управляющих, APIC, служебных). Фактически, AS#1 плюс единственное физическое ядро (блоки предсказания ветвлений, ALU, FPU, SIMD-блоки и пр.) представляет из себя один логический процессор (LP1), а AS#2 плюс все то же физическое ядро — второй логический процессор (LP2). У каждого LP есть свой собственный контроллер прерываний (APIC — Advanced Programmable Interrupt Controller) и набор регистров. Для корректного использования регистров двумя LP существует специальная таблица — RAT (Register Alias Table), согласно данным в которой можно установить соответствие между регистрами общего назначения физического CPU. RAT у каждого LP своя. В результате мы получили схему, при которой на одном и том же ядре могут свободно выполняться два независимых фрагмента кода т. е. де-факто — многопроцессорную систему!

Hyper-Threading: совместимость

Кроме того, возвращаясь к вещам практическим и приземленным, хотелось бы затронуть еще один немаловажный аспект: не все ОС, даже поддерживающие многопроцессорность, могут работать с таким CPU как с двумя . Связано это с таким «тонким» моментом, как изначальное определение количества процессоров при инициализации операционной системы. Intel прямо говорит, что ОС без поддержки ACPI второй логический процессор увидеть не смогут. Кроме того, BIOS системной платы также должен уметь определять наличие процессора с поддержкой Hyper-Threading и соответствующим образом «рапортовать» системе. Фактически, применительно, к примеру, к Windows, это означает, что «в пролете» у нас оказывается не только линейка Windows 9x, но и Windows NT — последняя ввиду отсутствия поддержки ACPI не сможет работать с одним новым Pentium 4 как с двумя. А вот что приятно — это то, что несмотря на заблокированную возможность работы с двумя физическими процессорами, с двумя логическими, получаемыми с помощью Hyper-Threading, сможет работать Windows XP Home Edition. А Windows XP Professional, кстати, несмотря на ограничение количества физических процессоров до двух, при двух установленных CPU с поддержкой Hyper-Threading честно «видит» четыре:).

Теперь немного о «железе». То, что новые CPU с частотой более 3 ГГц могут потребовать замены системной платы, знают, наверное, уже все — земля (а точнее — Internet) слухами полнится уже давно. К сожалению, это на самом деле так. Даже при номинальном сохранении все того же процессорного разъема Socket 478 Intel не удалось оставить в неприкосновенности потребляемую мощность и тепловыделение новых процессоров — потребляют они больше, и греются, соответственно, тоже. Можно предположить (хоть это и не подтверждено официально), что увеличение потребления по току связано не только с ростом частоты, но и с тем, что из-за ожидаемого использования «виртуальной многопроцессорности» нагрузка на ядро в среднем вырастет, следовательно, возрастет и средняя потребляемая мощность. «Старые» системные платы в некоторых случаях могут быть совместимы с новыми CPU — но только если делались «с запасом». Грубо говоря, те производители, которые делали свои PCB в соответствии с рекомендациями самой Intel относительно потребляемой Pentium 4 мощности, оказались в проигрыше по отношению к тем, кто немного «перестраховался», поставив на плату VRM с запасом и соответствующим образом ее разведя. Но и это еще не все. Кроме ОС, BIOS и электроники платы, с технологией Hyper-Threading должен быть совместим еще и чипсет . Поэтому счастливыми обладателями двух процессоров по цене одного:) смогут стать только те, чья системная плата основана на одном из новых чипсетов с поддержкой 533 МГц FSB: i850E, i845E, i845PE/GE. Несколько особняком стоит i845G — первая ревизия этого набора микросхем Hyper-Threading не поддерживает , более поздняя — уже совместима.

Ну, вот, вроде бы с теорией и совместимостью разобрались. Но не будем спешить. ОК, у нас есть два «логических» процессора, у нас есть Hyper-Threading, вау! — это круто. Но как уже было сказано выше, физически у нас процессор как был один, так и остался. Зачем же тогда нужна такая сложная «эмуляционная» технология, отбрасывая то, что можно горделиво демонстрировать Task Manager с графиками загруженности двух CPU друзьям и знакомым?

Hyper-Threading: зачем она нужна?

Против обыкновения, в этой статье мы немного больше чем обычно уделим внимания рассуждениям т. е. не технической прозе (где все в общем-то довольно однозначно трактуется и на основании одних и тех же результатов совершенно независимые люди чаще всего делают тем не менее весьма похожие выводы), а «технической лирике» — т. е. попытке понять, что же такое нам предлагает Intel и как к этому следует относиться. Я уже неоднократно писал в «Колонке редактора» на нашем сайте, и повторю здесь, что эта компания, если внимательно посмотреть, никогда не отличалась абсолютным совершенством своих продуктов, более того — вариации на те же темы от других производителей подчас получались гораздо более интересными и концептуально стройными. Однако, как оказалось, абсолютно все делать совершенным и не нужно — главное чтобы чип олицетворял собой какую-то идею, и идея эта приходилась очень вовремя и к месту. И еще — чтобы ее просто не было у других.

Так было с Pentium, когда Intel противопоставила весьма шустрому в «целочисленке» AMD Am5x86 мощный FPU. Так было с Pentium II, который получил толстую шину и быстрый кэш второго уровня, благодаря чему за ним так и не смогли угнаться все процессоры Socket 7. Так было (ну, по крайней мере, я считаю это свершившимся фактом) и с Pentium 4, который противопоставил всем остальным наличие поддержки SSE2 и быстрый рост частоты — и тоже де-факто выиграл. Сейчас Intel предлагает нам Hyper-Threading. И мы отнюдь не призываем в священной истерике биться лбом о стенку и кричать «господи помилуй», «аллах велик» или «Intel rulez forever». Нет, мы просто предлагаем задуматься — почему производитель, известный грамотностью своих инженеров (ни слова про маркетологов! :)) и громадными суммами, которые он тратит на исследования, предлагает нам эту технологию.

Объявить Hyper-Threading «очередной маркетинговой штучкой», конечно, проще простого. Однако не стоит забывать, что это технология , она требует исследований, денег на разработку, времени, сил… Не проще ли было нанять за меньшую сумму еще одну сотню PR-менеджеров или сделать еще десяток красивых рекламных роликов? Видимо, не проще. А значит, «что-то в этом есть». Вот мы сейчас и попытаемся понять даже не то, что получилось в результате, а то, чем руководствовались разработчики IAG (Intel Architecture Group), когда принимали решение (а такое решение наверняка принималось!) — разрабатывать «эту интересную мысль» дальше, или отложить в сундук для идей забавных, но бесполезных.

Как ни странно, для того чтобы понять как функционирует Hyper-Threading, вполне достаточно понимать как работает… любая многозадачная операционная система. И действительно — ну ведь исполняет же каким-то образом один процессор сразу десятки задач? Этот «секрет» всем уже давно известен — на самом деле одновременно все равно выполняется только одна (на однопроцессорной системе), просто переключение между кусками кода разных задач выполняется настолько быстро, что создается иллюзия одновременной работы большого количества приложений.

По сути, Hyper-Threading предлагает нам то же самое, но реализована аппаратно, внутри самого CPU. Есть некоторое количество различных исполняющих блоков (ALU, MMU, FPU, SIMD), и есть два «одновременно» исполняемых фрагмента кода. Специальный блок отслеживает, какие команды из каждого фрагмента необходимо выполнить в данный момент, после чего проверяет, загружены ли работой все исполняющие блоки процессора. Если один из них простаивает, и именно он может исполнить эту команду — ему она и передается. Естественно, существует и механизм принудительного «посыла» команды на выполнение — в противном случае один процесс мог бы захватить весь процессор (все исполняющие блоки) и исполнение второго участка кода (исполняемого на втором «виртуальном CPU») было бы прервано. Насколько мы поняли, данный механизм (пока?) не является интеллектуальным т. е. не способен оперировать различными приоритетами, а просто чередует команды из двух разных цепочек в порядке живой очереди т. е. просто по принципу «я твою команду исполнил — теперь уступи место другому потоку». Если, конечно, не возникает ситуации, когда команды одной цепочки по исполняющим блокам нигде не конкурируют с командами другой. В этом случае мы получаем действительно на 100% параллельное исполнение двух фрагментов кода.

Теперь давайте подумаем, чем Hyper-Threading потенциально хороша, и чем — нет. Самое очевидное следствие ее применения — повышение коэффициента полезного действия процессора. Действительно — если одна из программ использует в основном целочисленную арифметику, а вторая — выполняет вычисления с плавающей точкой, то во время исполнения первой FPU просто ничего не делает, а во время исполнения второй — наоборот, ничего не делает ALU. Казалось бы, на этом можно закончить. Однако мы рассмотрели лишь идеальный (с точки зрения применения Hyper-Threading) вариант. Давайте теперь рассмотрим другой: обе программы задействуют одни и те же блоки процессора. Понятно, что ускорить выполнение в данном случае довольно сложно — ибо физическое количество исполняющих блоков от «виртуализации» не изменилось. А вот не замедлится ли оно? Давайте разберемся. В случае с процессором без Hyper-Threading мы имеем просто «честное» поочередное выполнение двух программ на одном ядре с арбитром в виде операционной системы (которая сама представляет собой еще одну программу), и общее время их работы определяется:

1. временем выполнения кода программы №1
2. временем выполнения кода программы №2
3. временными издержками на переключение между фрагментами кода программ №1 и №2

Что мы имеем в случае с Hyper-Threading? Схема становится немного другой:

1. время выполнения программы №1 на процессоре №1 (виртуальном)
2. время выполнения программы №2 на процессоре №2 (виртуальном)
3. время на переключение одного физического ядра (как набора требуемых обеим программам исполняющих блоков) между двумя эмулируемыми «виртуальными CPU»

Остается признать, что и тут Intel поступает вполне логично : конкурируют между собой по быстродействию у нас только пункты за номером три, и если в первом случае действие выполняется программно-аппаратно (ОС управляет переключением между потоками, задействуя для этого функции процессора), то во втором случае мы фактически имеем полностью аппаратное решение — процессор все делает сам. Теоретически, аппаратное решение всегда оказывается быстрее. Подчеркнем — теоретически. Практикум у нас еще впереди.

Но и это еще не все. Также одним из серьезнейших… нет, не недостатков, а скорее, неприятных моментов является то, что команды, увы, не исполняются в безвоздушном пространстве, но вместо этого Pentium 4 приходится иметь дело с классическим x86-кодом, в котором активно используется прямое адресование ячеек и даже целых массивов, находящихся за пределами процессора — в ОЗУ. Да и вообще, к слову, большинство обрабатываемых данных чаще всего находится там:). Поэтому «драться» между собой наши виртуальные CPU будут не только за регистры, но и за общую для обоих процессорную шину, минуя которую данные в CPU попасть просто не могут. Однако тут есть один тонкий момент: на сегодняшний день «честные» двухпроцессорные системы на Pentium III и Xeon находятся в точно такой же ситуации ! Ибо наша старая добрая шина AGTL+, доставшаяся в наследство всем сегодняшним процессорам Intel от знаменитого Pentium Pro (в дальнейшем ее лишь подвергали модификациям, но идеологию практически не трогали) — ВСЕГДА ОДНА, сколько бы CPU ни было установлено в системе. Вот такой вот «процессорный коаксиал»:). Отойти от этой схемы на x86 попробовала только AMD со своим Athlon MP — у AMD 760MP/760MPX от каждого процессора к северному мосту чипсета идет отдельная шина. Впрочем, даже в таком «продвинутом» варианте мы все равно убегаем от проблем не очень далеко — ибо уж что-что, а шина памяти у нас точно одна — причем вот в этом случае уже везде (напоминаем, разговор идет про x86-системы).

Однако нет худа без добра, и даже из этого в общем-то не очень приятного момента Hyper-Threading может помочь извлечь какую-то пользу. Дело в том, что по идее мы должны будем наблюдать существенный прирост производительности не только в случае с несколькими задачами, использующими разные функциональные блоки процессора, но и в том случае, если задачи по-разному работают с данными, находящимися в ОЗУ. Возвращаясь к старому примеру в новом качестве — если одно приложение у нас что-то усиленно считает «внутри себя», другое же — постоянно подкачивает данные из ОЗУ, то общее время выполнения их в случае использования Hyper-Threading по идее должно уменьшиться даже если они используют одинаковые блоки исполнения инструкций — хотя бы потому, что команды на чтение данных из памяти смогут обрабатываться в то время, пока наше первое приложение будет что-то усиленно считать.

Итак, подведем итог: технология Hyper-Threading с теоретической точки зрения выглядит весьма неплохо и, мы бы сказали, «адекватно», т. е. соответствует реалиям сегодняшнего дня. Уже довольно редко можно застать пользователя с одним сиротливо открытым окном на экране — всем хочется одновременно и музыку слушать, и по Internet бродить, и диски с любимыми MP3 записывать, а может даже, и поиграть на этом фоне в какую-нибудь стрелялку или стратегию, которые, как известно, процессор «любят» ну просто со страшной силой:). С другой стороны, общеизвестно, что конкретная реализация способна иногда своей «кривизной» убить любую самую превосходную идею, и с этим мы тоже не раз встречались на практике. Поэтому закончив с теорией, перейдем к практике — тестам. Они-то и должны нам помочь ответить на второй главный вопрос: так ли хороша Hyper-Threading сейчас — и уже не в качестве идеи, а в качестве конкретной реализации этой идеи «в кремнии». Тестирование

Тестовый стенд:

• Процессор: Intel Pentium 4 3,06 ГГц с поддержкой технологии Hyper-Threading, Socket 478

• Материнская плата: Gigabyte 8PE667 Ultra (версия BIOS F3) на чипсете i845PE
• Память: 512 МБ PC2700(DDR333) DDR SDRAM DIMM Samsung, CL 2
• Видеокарта: Palit Daytona GeForce4 Ti 4600
• Жесткий диск: IBM IC35L040AVER07-0, 7200 об/мин

Программное обеспечение:

• OC и драйверы:
  • Windows XP Professional SP1
  • DirectX 8.1b
  • Intel Chipset Software Installation Utility 4.04.1007
  • Intel Application Accelerator 2.2.2
  • Audiodrivers 3.32
  • NVIDIA Detonator XP 40.72 (VSync=Off)
• Тестовые приложения:
  • (с поддержкой мультипроцессорности и технологии Hyper-Threading)
  • RazorLame 1.1.5.1342 + Lame codec 3.92
  • VirtualDub 1.4.10 + DivX codec 5.02 Pro
  • WinAce 2.2
  • Discreet 3ds max 4.26
  • BAPCo & MadOnion SYSmark 2002
  • MadOnion 3DMark 2001 SE build 330
  • Gray Matter Studios & Nerve Software Return to Castle Wolfenstein v1.1
  • Croteam/GodGames Serious Sam: The Second Encounter v1.07

Вопреки обычаю, мы не будем сегодня тестировать производительность нового Pentium 4 3,06 ГГц в сопоставлении с предыдущими моделями или же с процессорами-конкурентами. Ибо это по большому счету бессмысленно. Тесты, составляющие нашу методику, не менялись уже довольно продолжительный период времени, и желающие провести необходимые сопоставления могут воспользоваться данными из предыдущих материалов , мы же сосредоточимся на основном моменте, не распыляясь на детали. А основным в этом материале, как, наверное, нетрудно догадаться, является исследование технологии Hyper-Threading и ее влияния на производительность… на производительность чего ? Не столь уж и праздный вопрос, как оказывается. Впрочем, не будем забегать вперед. Начнем с традиционных тестов, через которые мы плавно подойдем (в контексте данного материала) к основным.

Кодирование WAV в MP3 (Lame)
Кодирование VideoCD в MPEG4 (DivX)
Архивация с помощью WinAce с 4-мегабайтным словарем

Хоть сколько-нибудь явного преимущества Hyper-Threading не продемонстрировала, но надо сказать, что мы и шансов-то особых данной технологии не дали — почти все приложения «однопроцессорные», одновременно исполняемых потоков не порождают (проверено!), и, стало быть, в этих случаях мы имеем дело с обычным Pentium 4, которому чуть-чуть подняли частоту. Говорить о каких-то тенденциях на фоне таких мизерных расхождений вряд ли уместно… хотя если все же высасывать их из пальца, то они даже немного в пользу Hyper-Threading.

3ds max 4.26

Классический тест, но в то же самое время — первое из приложений в этом обзоре, которое в явном виде поддерживает многопроцессорность. Конечно, колоссальным преимущество системы с включенной поддержкой Hyper-Threading не назовешь (оно составляет порядка 3%), однако не будем забывать, что в данном случае Hyper-Threading работала далеко не в самой лучшей для себя ситуации: 3ds max реализует поддержку SMP за счет порождения потоков , причем все они используются для одной и той же цели (рендеринг сцены) и, стало быть, содержат примерно одинаковые команды, а потому и работают тоже одинаково (по одной схеме). Мы уже писали, что Hyper-Threading лучше подходит для того случая, когда параллельно исполняются разные программы, задействующие разные блоки CPU. Тем более приятно, что даже в такой ситуации технология смогла «на ровном месте» обеспечить пусть и небольшой, но прирост быстродействия. Ходят слухи, что 3ds max 5.0 дает больший выигрыш при задействовании Hyper-Threading, и учитывая рвение, с которым Intel «проталкивает» свои технологии в области ведения производителей ПО, это как минимум следует проверить. Несомненно, так мы и сделаем, но уже в более поздних материалах на эту тему.

3DMark 2001SE

Результаты в общем-то вполне закономерные, и вряд ли могут вызвать у кого-то удивление. Быть может, лучше все-таки использовать бенчмарки для 3D именно для того, для чего они предназначены — тестирования скорости видеокарт, а не процессоров? Наверное, так оно и есть. Впрочем, результаты, как известно, лишними не бывают. Несколько настораживает чуть меньший балл у системы с задействованной Hyper-Threading. Впрочем, учитывая что разница составляет около 1%, мы бы не делали из этого далеко идущих выводов.

Return to Castle Wolfenstein,
Serious Sam: The Second Encounter

Примерно аналогичная ситуация. Впрочем, мы еще не подобрались даже близко к тестам, способным хоть как-то продемонстрировать плюсы (или минусы) Hyper-Threading. Иногда (на неощутимо малую величину) задействование «псевдо-многопроцессорности» дает отрицательный результат. Однако это не те сенсации, которых мы ждем, не так ли? :) Не слишком помогает даже тестирование со звуком, который, по идее, должен обсчитываться отдельным потоком и потому давать шанс проявить себя второму логическому процессору.

SYSmark 2002 (Office Productivity и Internet Content Creation)

А вот теперь так и хочется во весь голос крикнуть: «Ну, кто сомневался в том, что Hyper-Threading реально способна повысить быстродействие на реальных задачах?!». Результат: +16—20% — действительно ошеломляет. Причем что самое интересное — ведь SYSmark пытается эмулировать именно ту схему работы, которую Intel считает самой «удачной» для технологии Hyper-Threading — запуск различных приложений и одновременная работа с ними. Причем в процессе исполнения своего скрипта, SYSmark 2002 поступает вполне грамотно с точки зрения имитации работы пользователя, «отправляя в background» некоторые приложения, которые уже получили свое «долгосрочное задание». Так, например, кодирование видео происходит на фоне исполнения прочих приложений из скрипта Internet Content Creation, а в офисном подтесте действует вездесущее антивирусное ПО и декодирование речи в текст с помощью Dragon Naturally Speaking. По сути — первый тест, в котором созданы более или менее «вольготные» условия для технологии Hyper-Threading, и она тут же показала себя с наилучшей стороны! Впрочем, мы решили не полагаться во всем на тесты, написанные не нами, и провели «для закрепления эффекта» несколько показательных собственных экспериментов. Экспериментируем с Hyper-Threading

Одновременное выполнение рендеринга в 3ds max и архивирования в WinAce

Вначале на фоне заведомо более длительного процесса архивирования была отрендерена стандартная тестовая сцена в 3ds max. Затем на фоне рендеринга специально растянутой сцены было выполнено стандартное тестовое архивирование файла в WinAce. Результат сравнивался со временем окончания последовательного выполнения тех же самых стандартных тестов. К полученным цифрам применялись два корректирующих коэффициента: для выравнивания времени исполнения заданий (мы полагаем, что эффект ускорения от параллельного выполнения двух приложений может быть корректно подсчитан только при условии одинаковой продолжительности выполняемых заданий) и для «снятия» эффекта от неравномерности выделяемых процессорных ресурсов для foreground-/background-приложений. В итоге мы «насчитали» положительный эффект ускорения на 17% от использования технологии Hyper-Threading.

Итак, впечатляющие результаты SYSmark получили подтверждение в тесте с соседством двух реальных программ. Конечно же, ускорение не двукратное, да и тесты в пару мы выбирали сами, исходя из наиболее благоприятной, по нашему мнению, ситуации для задействования Hyper-Threading. Но давайте задумаемся над этими результатами вот в каком разрезе: процессор, производительность которого мы сейчас исследуем — в общем-то, за исключением поддержки Hyper-Threading — просто давно привычный Pentium 4. Фактически, столбик «без Hyper-Threading» — это то, что мы могли бы видеть если бы эту технологию не стали переводить в десктопы . Несколько другое чувство сразу же возникает, правда? Давайте все-таки не будем жаловаться (по отечественной традиции) на то, что «все не так хорошо, как могло бы быть», а просто подумаем о том, что нам вместе с новым процессором дали еще один способ ускорить выполнение некоторых операций.

Фоновое архивирование в WinAce + проигрывание фильма
Рендеринг в 3ds max + фоновое проигрывание музыки

Методика выполнения теста совершенно тривиальна: в пару к просмотру фильма, сжатого предварительно в формат MPEG4 при помощи кодека DivX, фоном запускалось архивирование в WinAce (разумеется, в случае пропуска кадров и подтормаживания при просмотре, данный тест не имел бы практического смысла, но нареканий на качество просмотра не было). Аналогично, во время рендеринга обычной тестовой сцены в 3ds max фоном проигрывалась (через WinAmp) музыка из файла формата MP3 (и отслеживались не замеченные ни разу в итоге «заикания» звука). Обратите внимание на естественное распределение ролей «главное-фоновое» в каждой паре приложений. В качестве результата, как обычно, бралось время архивации и полного рендеринга сцены соответственно. Эффект от Hyper-Threading в цифрах: +13% и +8%.

Достаточно реальная ситуация, именно такие мы и старались воспроизвести. Вообще (и об этом будет сказано далее) Hyper-Threading не настолько очевидна, как кажется. Простой подход «в лоб» («у нас в ОС видны два процессора — давайте относиться к ним как к двум процессорам») не дает ощутимого эффекта, и возникает даже некоторое чувство обманутости. Однако, возвращаясь к вышесказанному, попробуем оценивать результаты с несколько других позиций: задачи, которые в обычной ситуации исполняются за одно время, в случае задействования Hyper-Threading, выполняются за меньшее время . Кто попробует возразить, что «нечто» хуже, чем «ничто»? В этом-то вся и суть — отнюдь не панацею нам предлагают, а «всего лишь» средство ускорить уже имеющееся процессорное ядро, кардинальных изменений не претерпевшее. Получается? Да. Ну и какие, по большому счету, могут быть еще вопросы? Конечно, до обещанных в пресс-релизе 30% в большинстве случаев оказывается далеко, однако не стоит делать вид, что в жизни случается, сопоставив пресс-релиз компании X с пресс-релизом компании Y, убедиться, что в первом обещаний меньше и они более «сбыточные». :)

Тестирование в CPU RightMark 2002B

Новая версия CPU RM поддерживает многопоточность (соответственно, и Hyper-Threading), и, естественно, мы не могли не воспользоваться возможностью протестировать новый процессор с помощью этого бенчмарка. Оговоримся, что пока это только первый «выход» CPU RM в тестах многопроцессорных систем, поэтому можно сказать что исследование было «обоюдосторонним» — мы тестировали Hyper-Threading как частный случай SMP на системе с Pentium 4 3,06 ГГц, а эта система, в свою очередь, тестировала наш бенчмарк:) на предмет валидности результатов, и, соответственно, правильной реализации в нем поддержки мультипоточности. Без преувеличения скажем, что результатами остались довольны обе стороны:). Несмотря на то, что пока CPU RM все еще «не полностью многопроцессорный» (несколько потоков создаются только в блоке рендеринга, Math Solving блок остается однопоточным), полученные нами результаты явственно свидетельсвуют о том, что поддержка SMP и Hyper-Threading присутствует, и польза от их наличия видна невооруженным глазом. Кстати, реализация многопоточности в блоке «решателя» в общем-то задача намного менее тривиальная, чем в блоке рендеринга, поэтому если у кого-то из читателей будут некие идеи по этому поводу — мы ждем ваших комментариев, идей, и предложений. Напоминаем, что проект CPU RightMark — это бенчмарк с открытыми исходными текстами, так что интересующиеся программированием могут не только воспользоваться им, но и вносить предложения по поводу усовершенствования кода.

Перед тем как перейти к диаграммам, остановимся поподробнее на методике. По подписям столбцов, легко заметить, что тестировалась производительность системы в целых двенадцати (!) вариантах. Однако ничего страшного в этом нет, и разобраться достаточно просто. Итак, изменяемыми были следующие факторы:

1. Тесты проводились со включенной Hyper-Threading и с отключенной.
2. Использовались установки CPU RM для количества создаваемых потоков: один, два, и четыре.
3. Использовались установки CPU RM для используемого типа инструкций в расчетном модуле: SSE2 и «классические» x87 FPU.

Объясним последнее. Казалось бы, отказываться от использования SSE2 на Pentium 4 — полный, извините, бред (о чем мы уже неоднократно писали раньше). Однако в данном случае чисто теоретически это было неплохим шансом проверить функционирование и результативность технологии Hyper-Threading. Дело в том, что инструкции FPU использовались только в расчетном модуле , в модуле же рендеринга по-прежнему оставалась включенной поддержка SSE. Таким образом, те, кто внимательно читал теоретическую часть, наверняка уже поняли «где собака зарыта» — мы принудительно заставили разные части бенчмарка использовать разные вычислительные блоки CPU ! По идее, в случае принудительного отказа от SSE2, Math Solving блок CPU RM должен был оставлять «нетронутым» блоки исполнения SSE/SSE2 инструкций, что давало возможность на полную катушку воспользоваться ими блоку рендеринга того же CPU RM. Вот теперь самое время перейти к результатам, и посмотреть насколько правильными оказались наши предположения. Также заметим, что с целью увеличения валидности и стабильности результатов, была изменена еще одна установка: количество фреймов (по умолчанию — 300) было увеличено до 2000.

Тут, собственно, комментировать практически нечего. Как мы уже говорили выше, блок «решателя» (Math Solving) остался нетронутым, поэтому на его производительность Hyper-Threading не оказывает никакого влияния. Однако в то же время отрадно… что не вредит! Ведь мы уже знаем, что теоретически возникновение ситуаций когда «виртуальная многопроцессорность» может мешать работе программ — возможно. Однако один факт советуем крепко запомнить: посмотрите, как сильно влияет на производительность блока «решателя» отказ от использования SSE2! Мы еще вернемся к этой теме чуть позже, и в весьма неожиданном ключе…

И вот — долгожданный триумф. Легко заметить, что как только количество потоков в блоке рендеринга становится больше одного (в последнем случае использовать возможности Hyper-Threading, мягко говоря, трудновато:) — сразу же это обеспечивает данной конфигурации одно из первых мест. Также заметно, что именно два потока являются оптимальными для систем с Hyper-Threading. Правда, быть может, кто-то вспомнит скриншот Task Manager, которым мы «стращали» вас выше, поэтому сделаем оговорку — два активно работающих потока. В общем-то, это очевидно и вполне логично — раз у нас два виртуальных CPU, то наиболее правильно создать ситуацию, когда и потоков тоже будет два. Четыре — уже «перебор», потому что за каждый из виртуальных CPU начинают «драться» по несколько потоков. Однако даже в этом случае системе со включенной Hyper-Threading удалось обогнать «однопроцессорного» конкурента.

Об удачах всегда принято говорить подробно и со вкусом, и естественно, еще подробнее и вкуснее о них говорить когда они — твои собственные. Констатируем, что «эксперимент с переходом на инструкции FPU» также безусловно удался. Казалось бы, отказ от SSE2 должен был сильнейшим образом ударить по производительности (быстренько вспоминаем разгромные результаты Math Solving Speed с применением инструкций FPU на первой диаграмме этого раздела). Однако что мы видим! — во второй строчке, на самом верху, среди чемпионов — именно такая конфигурация! Причины опять-таки понятны, и это очень радует, потому что их понятность позволяет сделать вывод о предсказуемости поведения систем с поддержкой технологии Hyper-Threading. «Минусовый» результат блока Math Solving на системе с включенной Hyper-Threading «компенсировал» своим вкладом в общую производительность блок рендеринга, которому полностью отдали на откуп исполняющие блоки SSE/SSE2. Причем компенсировал настолько хорошо, что по результатам такая система оказалась в первых рядах. Остается пожалуй только еще раз повторить то, о чем неоднократно шла речь выше: в полную силу возможности Hyper-Threading проявляются в тех ситуациях, когда активно работающие программы (или потоки) используют разные исполняющие блоки CPU. В данной ситуации эта особенность проявилась особенно сильно, поскольку мы имели дело с хорошо, тщательно оптимизированным кодом CPU RM. Однако главный вывод состоит в том, что в принципе Hyper-Threading работает — значит, будет работать и в других программах. Естественно, тем лучше, чем больше их разработчики будут уделять времени оптимизации кода.

Выводы

…В очередной раз, к радости всего прогрессивного человечества, Intel выпустила новый Pentium 4, производительность которого еще выше чем у предыдущего Pentium 4, но это еще не предел, и скоро мы увидим еще более быстрый Pentium 4… М-да… Не то что бы это неправда — действительно, так и есть. Однако мы уже договорились, что не будем рассматривать в данной статье производительность вышеуказанного Pentium 4 3,06 ГГц в связке с другими процессорами по той самой причине, что… см. выше по тексту. Нас, видите ли, интересует Hyper-Threading. Вот такие мы привередливые — не важны нам предсказуемые результаты повышения еще на 200 МГц частоты работы давно знакомого и предсказуемого процессорного ядра, подавай нам «свежатинку», ранее не рассматриваемую. И как уже наверное догадались прозорливые читатели, выводы наши будут посвящены опять-таки этой самой навязшей в зубах технологии и всему что с ней связано. Почему? Наверное, потому, что все остальное вы отлично знаете сами..

И раз уж речь идет о Hyper-Threading, давайте для начала определим для себя главное: как к ней относиться? Что она из себя представляет? Не претендуя на истину в последней инстанции, сформулируем общее мнение, которое возникло у нас на основании результатов тестов: Hyper-Threading — это не SMP . «Ага!!!» — закричат поклонники альтернативы. «Мы так и знали!!!» — завопят они что есть мочи. «Hyper-Threading — это нечестный SMP!!!» — крики сии еще долго будут разноситься по бескрайним просторам Рунета… Мы же, как умудренные саксаулами аксакалы (или наоборот? :), возразим: «Ребята, а кто, собственно, обещал?». Кто произнес эту крамольную аббревиатуру? SMP, напомним — это Symmetric Multi-Processing, сиречь многопроцессорная архитектура. А у нас, пардон, процессор всего один . Да, он снабжен некой, простонародно выражаясь, «фичей», которая позволяет делать вид, что вроде бы оных процессоров два. Однако делает ли кто-то секрет из того, что на самом деле это не так? Вроде бы этого мы не заметили… Стало быть, мы имеем дело именно с «фичей», и не более того. И относиться к ней стоит именно таким образом, и никак иначе. Поэтому давайте не будем ниспровергать никем не возводимых идолов, и спокойно подумаем, имеет ли данная фича какой-то смысл.

Результаты тестов свидетельствуют, что в некоторых случаях — имеет. Фактически, то, о чем мы чисто теоретически рассуждали в первой части статьи, нашло свое практическое подтверждение — технология Hyper-Threading позволяет увеличить коэффициент полезного действия процессора в определенных ситуациях. В частности — в ситуациях, когда одновременно исполняются разнородные по характеру приложения. Зададим сами себе вопрос: «Это — плюс?». Наш ответ: «Да, это — плюс». Является ли он всеобъемлющим и глобальным? Похоже, что нет — ибо эффект от Hyper-Threading наблюдается исключительно в некоторых случаях. Однако так ли это важно если мы рассматриваем технологию в целом? Понятно, что появление CPU, способного в два раза быстрее делать все то, что делалось ранее — это громадный прорыв. Однако как говорили еще древние китайцы «упаси нас Господи жить в эпоху перемен». Intel не стал инициировать начало такой эпохи, просто добавив своему процессору возможность кое-что делать быстрее. Классический западный принцип, не очень хорошо воспринимаемый в нашем «шаролюбивом» обществе: «Вы можете получить нечто получше, если заплатите несколько больше».

Возвращаясь к практике: Hyper-Threading нельзя назвать «бумажной» технологией, ибо при определенных комбинациях она дает вполне ощутимый эффект. Добавим — даже намного больший эффект, чем иногда наблюдается при сравнении, к примеру, двух платформ с одним процессором на разных чипсетах. Однако следует четко понимать, что эффект этот наблюдается не всегда, и существенно зависит от… наверное, самым приемлемым термином будет «стиль». От стиля работы пользователя с компьютером. Причем именно здесь проявляется то, о чем мы сказали в самом начале: Hyper-Threading — это не SMP . «Классический SMP-стиль», где пользователь рассчитывает на реакцию столь же классической «честной» многопроцессорной системы, здесь не даст желаемого результата.

«Стиль Hyper-Threading» — это сочетание процессов, не побоимся этого слова, «развлекательных» или «служебных» с процессами «рабочими». Вы не получите существенного ускорения от CPU с поддержкой этой технологии в большинстве классических многопроцессорных задач, или если по привычке запускаете только одно приложение в один момент времени. Но вы скорее всего получите уменьшение времени исполнения многих фоновых задач , исполняемых в качестве «довеска» к обычной работе. Фактически, Intel просто еще раз напомнила всем нам, что операционные системы, в которых мы работаем — многозадачные . И предложила способ ускорения — но не столько одного какого-то процесса самого по себе, сколько комплекса выполняемых одновременно приложений . Это интересный подход, и, как нам кажется, достаточно востребованный. Теперь он обрел свое имя. Не мудрствуя лукаво, хочется сказать: просто хорошо, что эта оригинальная идея пришла кому-то в голову. Тем более неплохо, что он смог ее воплотить в конкретный продукт. В остальном, как и всегда — время покажет.

Введение

Перед началом сезона летних отпусков оба ведущих производителя процессоров, AMD и Intel, выпустили последние модели процессоров в своих современных линейках CPU, нацеленных на использование в высокопроизводительных PC. Сначала сделала последний шаг перед предстоящим качественным скачком AMD и примерно с месяц назад представила Athlon XP 3200+ , который, как предполагается, станет самым быстрым представителем семейства Athlon XP. Дальнейшие же планы AMD в этом секторе рынка связываются уже с процессором следующего поколения с x86-64 архитектурой, Athlon 64, который должен появится в сентябре этого года. Intel же выждал небольшую паузу и представил последний из Penlium 4 на 0.13-микронном ядре Northwood только сегодня. В итоге, заключительной моделью в этом семействе стал Pentium 4 с частотой 3.2 ГГц. Пауза перед выходом следующего процессора для настольных PC, основанного на новом ядре Prescott, продлится до четвертого квартала, когда Intel вновь поднимет планку быстродействия своих процессоров для настольных компьютеров благодаря росту тактовой частоты и усовершенствованной архитектуре.

Следует отметить, что за время противостояния архитектур Athlon и Pentium 4, показала себя более масштабируемой архитектура от Intel. За период существования Pentium 4, выпускаемых по различным технологическим процессам, их частота выросла уже более чем вдвое и без проблем достигла величины 3.2 ГГц при использовании обычного 0.13-микронного технологического процесса. AMD же, задержавшаяся со своими Athlon XP на отметке 2.2 ГГц, не может похвастать на настоящий момент столь же высокими частотами своих процессоров. И хотя на одинаковых частотах Athlon XP значительно превосходит по быстродействию Pentium 4, постоянно увеличивающийся разрыв в тактовых частотах сделал свое дело: Athlon XP 3200+ с частотой 2.2 ГГц назвать полноценным конкурентом Penium 4 3.2 ГГц можно лишь со значительными оговорками.

На графике ниже мы решили показать, как росли частоты процессоров семейств Pentium 4 и Athlon за последние три года:

Как видим, частота 2.2 ГГц является для AMD непреодолимым барьером, покорен который будет в лучшем случае только лишь во второй половине следующего года, когда AMD переведет свои производственные мощности на использование 90-нанометровой технологии. До этих же пор даже процессоры следующего поколения Athlon 64 будут продолжать иметь столь невысокие частоты. Смогут ли они при этом составить достойную конкуренцию Prescott – сказать трудно. Однако, похоже, AMD ждут тяжелые проблемы. Prescott, обладающий увеличенным кешем первого и второго уровня, усовершенствованной технологией Hyper-Threading и растущими частотами может стать гораздо более привлекательным предложением, нежели Athlon 64.

Что касается процессоров Pentium 4, то их масштабируемости можно только позавидовать. Частоты Pentium 4 плавно увеличиваются с самого момента выхода этих процессоров. Небольшая пауза, наблюдающаяся летом-осенью этого года, объясняется необходимостью внедрения нового технологического процесса, но она не должна повлиять на расстановку сил на процессорном рынке. Включив технологию Hyper-Threading и переведя свои процессоры на использование 800-мегагерцовой шины, Intel добился ощутимого превосходства старших моделей своих CPU над процессорами конкурента и теперь может ни о чем не беспокоиться, по крайней мере, до начала массового распространения Athlon 64.

Также на графике выше мы показали и ближайшие планы компаний AMD и Intel по выпуску новых CPU. Похоже, AMD в ближайшее время не должна питать никаких иллюзий по поводу своего положения на рынке. Борьба с Intel на равных для нее заканчивается, компания возвращается в привычную для себя роль догоняющего. Впрочем, долгосрочные прогнозы строить пока рано, посмотрим, что даст для AMD выход Athlon 64. Однако, судя по сдержанной реакции разработчиков программного обеспечения на технологию AMD64, никакой революции с выходом следующего поколения процессоров от AMD не произойдет.

Intel Pentium 4 3.2 ГГц

Новый процессор Pentium 4 3.2 ГГц, который Intel анонсировал сегодня, 23 июня, с технологической точки зрения ничего особенного собой не представляет. Это все тот же Northwood, работающий на частоте шины 800 МГц и поддерживающий технологию Hyper-Threading. То есть, по сути, процессор полностью идентичен (за исключением тактовой частоты) Pentium 4 3.0 , который был анонсирован Intel в апреле.

Процессор Pentium 4 3.2 ГГц, как и предшественники, использует ядро степпинга D1

Единственный факт, который следует отметить в связи с выходом очередного процессора Pentium 4 на ядре Northwood – это вновь возросшее тепловыделение. Теперь типичное тепловыделение Pentium 4 3.2 ГГц составляет порядка 85 Вт, а максимальное - ощутимо превышает величину 100 Вт. Именно поэтому использование грамотно спроектированных корпусов является одним из необходимых требований при эксплуатации систем на базе Pentium 4 3.2 ГГц. Одного вентилятора в корпусе теперь явно недостаточно, кроме того, необходимо следить и за тем, чтобы воздух в районе размещения процессора хорошо вентилировался. Intel также говорит и о том, что температура воздуха, окружающего процессорный радиатор, не должна превышать 42 градуса.

Ну и еще раз напомним, что представленный Pentium 4 3.2 ГГц – последний CPU от Intel для высокопроизводительных настольных систем, основанный на 0.13-микронной технологии. Следующий процессор для таких систем будет использовать уже новое ядро Prescott, изготавливаемое по 90-нанометровой технологии. Соответственно, тепловыделение будущих процессоров для настольных PC будет меньше. Следовательно, Pentium 4 3.2 ГГц так и останется рекордсменом по тепловыделению.

Официальная цена на Pentium 4 3.2 ГГц составляет $637, а это значит, что данный процессор является самым дорогим CPU для настольных компьютеров на сегодняшний день. Более того, Intel рекомендует использовать новинку с недешевыми материнскими платами на базе набора логики i875P. Однако, как мы знаем, данным требованием можно пренебречь: многие более дешевые системные платы на базе i865PE обеспечивают аналогичный уровень производительности благодаря активизации производителями технологии PAT и в наборе логики i865PE.

Как мы тестировали

Целью данного тестирования являлось выяснение того уровня производительности, который может обеспечить новый Pentium 4 3.2 ГГц по сравнению с предшественниками и старшими моделями конкурирующей линейки Athlon XP. Таким образом, в тестировании помимо Pentium 4 3.2 ГГц приняли участие Petnium 4 3.0 ГГц, Athlon XP 3200+ и Athlon XP 3000+. В качестве платформы для тестов Pentium 4 мы выбрали материнскую плату на чипсете i875P (Canterwood) с двухканальной DDR400 памятью, а тесты Athlon XP проводились при использовании материнской платы на базе наиболее производительного чипсета NVIDIA nForce 400 Ultra.

Состав тестовых систем приведен ниже:

Примечания:

• Память во всех случаях эксплуатировалась в синхронном режиме с FSB в двухканальной конфигурации. Использовались наиболее агрессивные тайминги 2-2-2-5.
• Тестирование выполнялось в операционной системе Windows XP SP1 с установленным пакетом DirectX 9.0a.

Производительность в офисных приложениях и приложениях для создания контента

В первую очередь по сложившейся традиции мы измерили скорость процессоров в офисных приложениях и приложениях, работающих с цифровых контентом. Для этого мы воспользовались тестовыми пакетами семейства Winstone.

В Business Winstone 2002, включающем в себя типовые офисные бизнес-приложения, на высоте оказываются процессоры семейства Athlon XP, производительность которых ощутимо превосходит скорость процессоров конкурирующего семейства. Данная ситуация достаточно привычна для этого теста и обуславливается как особенностями архитектуры Athlon XP, так и большим объемом кеш-памяти у ядра Barton, суммарная емкость которой благодаря эксклюзивности L2 достигает 640 Кбайт.

В комплексном тесте Multimedia Content Creation Winstone 2003, измеряющем скорость работы тестовых платформ в приложениях для работы с цифровым контентом, картина несколько иная. Процессоры Pentium 4, имеющие NetBurst архитектуру и обладающие высокоскоростной шиной с пропускной способностью 6.4 Гбайта в секунду оставляют старшие модели Athlon XP далеко позади.

Производительность при обработке потоковых данных

Большинство приложений, работающих с потоками данных, как известно, работает быстрее на процессорах Pentium 4. Здесь раскрываются все преимущества NetBurst архитектуры. Поэтому, результат, полученный нами в WinRAR 3.2, не должен никого удивлять. Старшие Pentium 4 значительно обгоняют по скорости сжатия информации топовые Athlon XP.

Аналогичная ситуация наблюдается и при кодировании звуковых файлов в формат mp3 кодеком LAME 3.93. Кстати, данный кодек поддерживает многопоточность, поэтому высокие результаты Pentium 4 здесь можно отнести и на счет поддержки этими CPU технологии Hyper-Threading. В итоге, Pentium 4 3.2 обгоняет старший Athlon XP с рейтингом 3200+ почти на 20%.

В данное тестирование мы включили результаты, полученные при измерении скорости кодирования AVI ролика в формат MPEG-2 одним из лучших кодеров, Canopus Procoder 1.5. Как это не удивительно, Athlon XP в данном случае показывает слегка более высокую производительность. Впрочем, отнести это, скорее всего, следует на счет высокопроизводительного блока операций с плавающей точкой, присутствующего в Athlon XP. SSE2 инструкции процессоров Pentium 4 в данном случае, как мы видим, не могут являться столь же сильной альтернативой. Правда, следует отметить, что разрыв в скорости старших моделей Athlon XP и Pentium 4 совсем небольшой.

Кодирование видео в формат MPEG-4 – еще один пример задачи, где процессоры Pentium 4 с технологией Hyper-Threading и 800-мегагерцовой шиной демонстрирует свои сильные стороны. Превосходство Pentium 4 3.2 над Athlon XP 3200+ в этом тесте составляет почти 20%.

Аналогичная ситуация наблюдается и при кодировании видео при помощи Windows Media Encoder 9: это приложение имеет оптимизацию под набор команд SSE2 и отлично приспособлено для NetBurst архитектуры. Поэтому, совершенно неудивительно, что вновь верхнюю часть диаграммы оккупировали процессоры от Intel.

Производительность в игровых приложениях

После выхода пропатченной версии 3Dmark03 результаты Pentium 4 относительно Athlon XP в этом тесте стали несколько выше. Однако расклад сил это не изменило: Pentium 4 лидировали в этом бенчмарке и ранее.

Pentium 4 подтверждает свое лидерство и в общем зачете в 3Dmark03. Правда, отрыв здесь небольшой: сказывается тот факт, что 3Dmark03 в первую очередь – это тест видеоподсистемы.

После перехода Pentium 4 на использование 800-мегагерцовой шины, Pentium 4 стали обгонять Athlon XP и в более старой версии 3Dmark2001. Причем, отрыв Pentium 4 3.2 ГГц от Athlon XP 3200+ уже достаточно существенен и составляет 6%.

В Quake3 Pentium 4 традиционно обгоняет Athlon XP, поэтому результат удивления не вызывает.

Аналогичная картина наблюдается и в игре Return to Castle Wolfenstein. Это совершенно логично, поскольку данная игра использует тот же движок Quake3.

Одно из немногих приложений, где старшей модели Athlon XP удается удержать лидерство, это – Unreal Tournament 2003. Хочется отметить, что все современные игры не имеют поддержки технологии Hyper-Threading, поэтому в играх потенциал новых Pentium 4 пока раскрывается не полностью.

А вот в Serious Sam 2 Athlon XP 3200+ больше лидером не является. С выходом нового процессора от Intel пальма первенства в этой игре переходит именно к Pentium 4 3.2 ГГц.

Новая игра Splinter Cell, хотя и основана на том же движке, что и Unreal Tournament 2003, быстрее работает на процессорах от Intel.

В целом, остается признать, что быстрейшим процессором для современных 3D игр на данный момент является Pentium 4 3.2 ГГц, обходящий Athlon XP 3200+ в большинстве игровых тестов. Ситуация меняется стремительно. Еще совсем недавно старшие Athlon XP в игровых тестах нисколько не уступали процессорам от Intel.

Производительность при 3D-рендеринге

Поскольку 3ds max 5.1, который мы использовали в данном тестировании, хорошо оптимизирован под многопоточность, Pentium 4, умеющий исполнять два потока одновременно благодаря технологии Hyper-Threading, с большим отрывом оказывается лидером. Даже старший Athlon XP 3200+ не может составить ему никакой конкуренции.

Абсолютно тоже самое можно сказать и про скорость рендеринга в Lightwave 7.5. Впрочем, в некоторых сценах, например при рендеринге Sunset, старшие модели Athlon XP смотрятся не так уж и плохо, однако такие случаи единичны.

Спорить с Pentium 4, выполняющем два потока одновременно, в задачах рендеринга для Athlon XP сложновато. К сожалению, AMD не имеет планов по внедрению технологий, подобных Hyper-Threading даже в будущих процессорах семейства Athlon 64.

Абсолютно аналогичная ситуация наблюдается и в POV-Ray 3.5.

Производительность при научных расчетах

Для тестирования скорости новых CPU от AMD при научных расчетах был использован пакет ScienceMark 2.0. Подробности об этом тесте можно получить на сайте http://www.sciencemark.org . Этот бенчмарк поддерживает многопоточность, а также все наборы SIMD-инструкций, включая MMX, 3DNow!, SSE и SSE2.

То, что в задачах математического моделирования или криптографии процессоры семейства Athlon XP показывают себя с наилучшей стороны, известно давно. Здесь мы видим еще одно подтверждение этого факта. Хотя, надо сказать, свое былое преимущество Athlon XP начинает терять. Например, в тесте Molecular Dinamics на первое место выходит уже новый Pentium 4 3.2 ГГц.

Кроме теста ScienceMark в этом разделе мы решили протестировать и скорость работы новых процессоров в клиенте российского проекта распределенных вычислений MD@home, посвященному расчету динамических свойств олигопептидов (фрагментов белков). Расчет свойств олигопептидов, возможно, сможет помочь изучению фундаментальных свойств белков, тем самым, внеся вклад в развитие науки.

Как видим, задачи молекулярной динамики новые Pentium 4 решают быстрее Athlon XP. Столь высокого результата Pentium 4 достигают благодаря своей технологии Hyper-Threading. Сам клиент MD@home, к сожалению, многопоточность не поддерживает, однако запуск двух клиентских программ в параллели на системах с процессорами с технологией Hyper-Threading позволяет ускорить процесс расчета более чем на 40%.

Выводы

Проведенное тестирование явно показывает, что на очередном этапе конкурентной борьбы Intel удалось одержать победу над AMD. Последний процессор на ядре Northwood обгоняет по своей производительности старшую и последнюю модель Athlon XP в большинстве тестов. За последнее время Intel смог значительно увеличить частоты своих CPU, увеличить частоту их шины, а также внедрить хитрую технологию Hyper-Threading, дающую дополнительный прирост скорости в ряде задач. AMD же, не имея возможности наращивать тактовые частоты своих процессоров ввиду технологических и архитектурных сложностей, не смогла адекватно усилить свои CPU. Не поправило положение даже появление нового ядра Barton: последние модели Pentium 4 оказываются явно сильнее старших Athlon XP. В результате, Pentium 4 3.2 ГГц вполне можно считать наиболее производительным CPU для настольных систем в настоящее время. Такая ситуация продлится по меньшей мере до сентября, когда AMD, наконец, должна будет анонсировать свои новые процессоры семейства Athlon 64.

Необходимо отметить и тот факт, что рейтинговая система, используемая в настоящее время AMD для маркировки своих процессоров, не может больше являться критерием, по которому Athlon XP можно сопоставлять с Pentium 4. Улучшения, которые произошли с Pentium 4, в числе которых следует отметить перевод этих CPU на 800-мегагерцовую шину и внедрение технологии Hyper-Threading, привели к тому, что Pentium 4 с частотой, равной рейтингу соответствующего Athlon XP, оказывается явно быстрее.

В общем, мы с интересом будем ожидать осени, когда и AMD и Intel представят свои новые разработки, Prescott и Athlon 64, которые, возможно, смогут обострить конкурентную борьбу между давними соперниками на процессорном рынке. Сейчас же AMD оказывается оттеснена Intel в сектор недорогих процессоров где, впрочем, эта компания чувствует себя превосходно: Celeron по сравнению с Athlon XP – откровенно слабый соперник.

Новые "весенние" процессоры продолжают радовать нас своим появлением. На этот раз отличилась компания Intel, представившая на украинском рынке сразу два топовых процессора Pentium 4 c частотой 3,4 GHz, однако построенных на различных ядрах — Northwood и Prescott соответственно. Надеемся, данный обзор поможет определиться с тем, что же способны дать пользователю такие похожие и вместе с тем настолько разные CPU.
На сей раз мы решили не делать громоздкий материал, тем более что совсем недавно
уже рассматривали детально предыдущие поколения этих процессоров с частотами 3,2
GHz. С особенностями ядра Northwood наверняка знакомо большинство читателей нашего
издания, следовательно, изменения в производительности при переходе на новую частоту
3,4 GHz можно просчитать даже на калькуляторе, имея необходимую базу предыдущих
результатов тестирования. Но конструктив процессора несколько обновился. Основное
(внешнее) изменение коснулось элементов питания самого кристалла. Как известно,
на тыльной стороне процессорной подложки расположены навесные элементы (в основном
шунтирующие конденсаторы). Так вот, если раньше в 200 (800) MHz серии Northwood
их количество и расположение было одинаковым, то модель 3,4 GHz кардинально отличается
от своих предшественников. Его подложка как две капли воды похожа на Pentium 4
Extreme Edition. Почти двукратное увеличение числа конденсаторов наверняка вызвано
желанием уменьшить всплески и уровень помех, возникающих в цепях питания процессора.
Как оказалось, данные метаморфозы положительно сказались на разгонном потенциале,
но об этом позже.

Prescott также отметился, но в данном случае изменения касаются исключительно
программной части. С технической точки зрения отличий новой модели с частотой
3,4 GHz от 3,2 нам обнаружить не удалось. Так что же это за изменения, которые
позволят новым массовым CPU от Intel показать себя во всей красе?

Конфигурации тестовых систем
Платформа	Intel		AMD
Процессор	Intel Pentium 4 (Prescott) 3,2/3,4E GHz	Intel Pentium 4 (Northwood) 3,4C GHz	AMD Athlon 64 3400+ 2,2 GHz
Материнская плата	Abit IC7-MAX3 (чипсет i875P)		ASUS K8V Deluxe (чипсет VIA K8T800)
Память	Kingston HyperX PC3500 (2?512 MB)
Видеокарта	HIS Radeon 9800XT 256 MB
Жесткий диск	Western Digital WD300BB 30 GB 7200 об/мин
ОС	Windows XP Professional SP2

Экосистема процессорного ядра Prescott

Пожалуй, одно из значимых достижений
последнего времени — корректное "понимание" Prescott операционной
системой Windows XP с установленным Service Pack 2. До официального выхода этого
"апгрейда" рано говорить о возможных преимуществах и новом уровне
управления технологией Hyper-Threading, но сама тенденция все-таки положительная.
Также в ходе тестирования нами была замечена еще одна интересная особенность
— материнские платы, для которых есть новые версии BIOS с заявленной 100%-ной
совместимостью с ядром Prescott, демонстрируют весьма необычное поведение. Действительно,
после перепрошивки скорость работы с памятью существенно возрастает, а ее латентность
несколько снижается (напомним, в случае установки CPU Prescott). Но если в плату
с новым BIOS установить Northwood, быстродействие подсистемы памяти хоть и незначительно,
но все же упадет. Выводов из всего этого пока два: а) если вы владелец Pentium
4 серий B/C, не спешите обновлять BIOS на своей материнской плате; б) пока рано
говорить о "нюансах" BIOS как о сложившейся закономерности, но тот
факт, что три популярные модели материнских плат все же демонстрируют такой
результат, по крайней мере, заставляет задуматься.

Также отметим медленное внедрение поддержки SSE3 в современное мультимедийное
ПО. Обещанные драйверы от ATI и NVidia пока не появились, а авторы медиакодеков
пока не спешат использовать преимущества SSE3 в своих продуктах. Хотя в Японии
— стране, так любящей высокие технологии, — новый набор команд уже достаточно
интенсивно применяется "национальным" ПО. Нам даже удалось найти результаты
тестирования, где сообщалось о 10%-ном приросте производительности в случае
медиакодирования. Опять-таки, когда "реальность" SSE3 дойдет до нас
— еще неизвестно. Но тот факт, что, по крайней мере, это будет "в плюс",
а не "в минус", уже радует.

Результаты тестирования

Тест Primordia из набора Science Mark 2.0 хоть и косвенно, но свидетельствует
о том, что Prescott не создан для сложной математики. Даже с новой частотой
3,4 GHz он далек от своих конкурентов. А вот Northwood 3,4 GHz доказал, что
при использовании технологии Hyper-Threading его вычислительные способности
практически не уступают Athlon 64 3400+.

Остальные результаты вполне можно рассматривать с точки зрения глобальных закономерностей.
Налицо действительное соответствие рейтинга 3400+ у Athlon 64 2,2 GHz реальной
производительности Pentium 4 (Northwood) 3,4 GHz. При некоторых отклонениях
(Unreal Tournament всегда демонстрировал более высокие результаты на процессорах
AMD, а "мультимедиа" всегда лучше удается CPU от Intel, особенно с
использованием ПО, поддерживающего SMP) мы наблюдаем в принципе схожее быстродействие.
Теперь посмотрим, где же новый 90-нанометровый процессор Intel занял первые
места — архивирование WinRAR, 3DMark 2003, SPECviewperf 7.1.1. Опять-таки примечательно
— если Prescott отстает, то отстает значительно, если лидирует, то тоже весьма
ощутимо. Еще одно подтверждение тому, что новый процессор Intel нельзя однозначно
назвать ни "хорошим", ни "наоборот". Во-первых, пока полностью
не сформировалась та самая экосистема, где он сможет себя проявить на все 100%,
а во-вторых, он просто другой (отличный от всего того, к чему мы так
долго привыкали).

Выводы

После довольно революционного появления семейства AMD64, пошатнувшего
и взбудоражившего IT-общественность, снова наблюдается некоторое спокойствие.
Как показало наше тестирование, новые массовые процессоры Intel Pentium 4 (Northwood)
3,4 GHz и AMD Athlon 64 3400+ 2,2 GHz действительно являются "топовыми"
для обеих компаний и ничем друг другу не уступают, а выбор остается исключительно
за пользователем. Хотя платформа от AMD обойдется покупателю несколько дешевле,
но той разительной разницы, которая была в случае с Athlon XP, уже не будет.
Теперь при желании приобрести новые High-End-системы вне зависимости от производителя
платформы придется заплатить сопоставимые суммы. Ну а посоветовать приобретение
Prescott можно тем, кто хочет стать обладателем передовых технологий, которые
должны проявить себя в будущем. Так сказать, платформа "на вырост".

Но все же выскажем некоторые претензии к Prescott. Заключаются они в слишком
высоком тепловыделении. Даже выполнив все рекомендации касательно циркуляции
воздуха, мы получили в закрытом корпусе около 70 °С на чипе. В случае применения
мощной видеокарты и модулей памяти PC3200 это может привести к тому, что температура
внутри корпуса превысит 50 °С — согласитесь, многовато. Надеемся, что в
будущих степпингах Intel вплотную займется решением данной проблемы, иначе дальнейший
рост частот может оказаться небезопасным.

Разгон

Для серьезного и стабильного разгона новых процессоров от Intel придется
как минимум сменить штатные кулеры на что-то более мощное и добавить в корпус
пару-тройку вентиляторов. CPU с индексом "С" смог стабильно работать
на частоте 3,72 GHz (наверняка сказались дополнительные элементы в цепи питания,
о которых мы говорили вначале). Prescott достиг порога в 3,8 GHz, однако в открытом
корпусе и с кулером Zalman CNPS7000ACu, как нам кажется, достичь более высоких
частот, используя традиционные методы охлаждения, просто не удастся.

integrated heat spreader ) кристаллом, установленную на плату-переходник (англ. interposer ) с 423 штырьковыми контактами (размеры корпуса - 53,3×53,3 мм) . Между контактами на обратной стороне платы-переходника установлены SMD -элементы.

Поздние процессоры на ядре Willamette, процессоры Pentium 4 на ядре Northwood, часть процессоров Pentium 4 Extreme Edition на ядре Gallatin и ранние процессоры на ядре Prescott с по 2005 год выпускались в корпусе типа FC-mPGA2 , представлявшем собой подложку из органического материала с закрытым теплораспределительной крышкой кристаллом с лицевой стороны и 478 штырьковыми контактами, а также SMD-элементами, с обратной (размеры корпуса - 35×35 мм).

Часть процессоров Pentium 4 Extreme Edition на ядре Gallatin, поздние процессоры на ядре Prescott, процессоры на ядрах Prescott-2M и Cedar Mill c весны по осень 2007 года выпускались в корпусе типа FC-LGA4 , представлявшем собой подложку из органического материала с закрытым теплораспределительной крышкой кристаллом с лицевой стороны и 775 контактными площадками с обратной (размеры корпуса - 37,5×37,5 мм). Как и в двух предыдущих типах корпусов, между контактами установлены SMD-элементы.

Часть мобильных процессоров на ядре Northwood выпускалась в корпусе типа FC-mPGA . Основным отличием этого типа корпуса от FC-mPGA2 является отсутствие теплораспределительной крышки.

Маркировка процессоров, имеющих теплораспределительную крышку, нанесена на её поверхность, а у остальных процессоров маркировка нанесена на две наклейки, расположенные на подложке с двух сторон от кристалла.

Особенности архитектуры

Конвейер процессора на ядре Northwood

Конвейер состоит из 20 стадий:

• TC, NI (1, 2) - поиск микроопераций, на которые указывает последняя выполненная инструкция.
• TR, F (3, 4) - выборка микроопераций.
• D (5) - перемещение микроопераций.
• AR (6-8) - резервирование ресурсов процессора, переименование регистров.
• Q (9) - постановка микроопераций в очереди.
• S (10-12) - изменение порядка исполнения.
• D (13-14) - подготовка к исполнению, выборка операндов.
• R (15-16) - чтение операндов из регистрового файла.
• E (17) - исполнение.
• F (18) - вычисление флагов.
• BC, D (19, 20) - проверка корректности результата.

Архитектура NetBurst (рабочее наименование - P68 ), лежащая в основе процессоров Pentium 4, разрабатывалась компанией Intel, в первую очередь, с целью достижения высоких тактовых частот процессоров. NetBurst не является развитием архитектуры , использовавшейся в процессорах Pentium III , а представляет собой принципиально новую по сравнению с предшественниками архитектуру. Характерными особенностями архитектуры NetBurst являются гиперконвейеризация и применение кэша последовательностей микроопераций вместо традиционного кэша инструкций. АЛУ процессоров архитектуры NetBurst также имеет существенные отличия от АЛУ процессоров других архитектур.

Основными недостатками длинного конвейера являются уменьшение удельной производительности по сравнению с коротким конвейером (за один такт выполняется меньшее количество инструкций), а также серьёзные потери производительности при некорректном выполнении инструкций (например, при неверно предсказанном условном переходе или кэш-промахе).

Для минимизации влияния неверно предсказанных переходов, в процессорах архитектуры NetBurst используются увеличенный по сравнению с предшественниками буфер предсказания ветвлений (англ. branch target buffer ) и новый алгоритм предсказания ветвлений, что позволило достичь высокой точности предсказания (около 94 %) в процессорах на ядре Willamette. В последующих ядрах механизм предсказания ветвлений подвергался модернизациям, повышавшим точность предсказания.

Кэш последовательностей микроопераций (англ. Execution Trace Cache )

Процессоры архитектуры NetBurst, как и большинство современных x86 -совместимых процессоров, являются CISC -процессорами с RISC -ядром: перед исполнением сложные инструкции x86 преобразуются в более простой набор внутренних инструкций (микроопераций), что позволяет повысить скорость обработки команд. Однако, вследствие того, что инструкции x86 имеют переменную длину и не имеют фиксированного формата, их декодирование связано с существенными временными затратами.

В связи с этим, при разработке архитектуры NetBurst было принято решение отказаться от традиционной кэш-памяти инструкций первого уровня, хранящей команды x86, в пользу кэша последовательностей микроопераций, хранящего последовательности микроопераций в соответствии с предполагаемым порядком их исполнения. Такая организация кэш-памяти позволила также снизить временные затраты на выполнение условных переходов и на выборку инструкций.

АЛУ и механизм ускоренного выполнения целочисленных операций (англ. Rapid Execution Engine )

Так как основной целью разработки архитектуры NetBurst было повышение производительности за счёт достижения высоких тактовых частот, возникла необходимость увеличения темпа выполнения основных целочисленных операций. Для достижения этой цели АЛУ процессоров архитектуры NetBurst разделено на несколько блоков: «медленное АЛУ», способное выполнять большое количество целочисленных операций, и два «быстрых АЛУ», выполняющих только простейшие целочисленные операции (например, сложение). Выполнение операций на «быстрых АЛУ» происходит последовательно в три этапа: сначала вычисляются младшие разряды результата, затем старшие, после чего могут быть получены флаги.

«Быстрые АЛУ», обслуживающие их планировщики, а также регистровый файл синхронизируются по половине такта процессора, таким образом, эффективная частота их работы вдвое превышает частоту ядра. Эти блоки образуют механизм ускоренного выполнения целочисленных операций.

В процессорах на ядрах Willamette и Northwood «быстрые АЛУ» способны выполнять лишь те операции, которые обрабатывают операнды в направлении от младших разрядов к старшим. При этом результат вычисления младших разрядов может быть получен через половину такта. Таким образом, эффективная задержка составляет половину такта. В процессорах на ядрах Willamette и Northwood отсутствуют блоки целочисленного умножения и сдвига, а данные операции выполняются другими блоками (в частности, блоком инструкций MMX).

В процессорах на ядрах Prescott и Cedar Mill присутствует блок целочисленного умножения, а «быстрые АЛУ» способны выполнять операции сдвига. Эффективная задержка операций, исполняемых «быстрыми АЛУ», возросла по сравнению с процессорами на ядре Northwood и составляет один такт.

Система повторного исполнения микроопераций (англ. Replay System )

Основной задачей планировщиков микроопераций является определение готовности микроопераций к исполнению и передача их на конвейер. Вследствие большого числа стадий конвейера, планировщики вынуждены отправлять микрооперации на исполнительные блоки до того, как завершится выполнение предыдущих микроопераций. Это обеспечивает оптимальную загрузку исполнительных блоков процессора и позволяет избежать потери производительности в том случае, если данные, необходимые для выполнения микрооперации, находятся в кэш-памяти первого уровня, регистровом файле, или могут быть переданы минуя регистровый файл.

При определении готовности новых микроопераций к передаче на исполнительные блоки, планировщику необходимо определить время выполнения тех предыдущих микроопераций, результатом которых являются данные, необходимые для выполнения новых микроопераций. В том случае, если время выполнения заранее не определено, планировщик для его определения использует наименьшее время её выполнения.

Если оценка времени, необходимого для получения данных, оказалась верной, микрооперация выполняется успешно. В том случае, если данные не были получены вовремя, проверка корректности результата заканчивается неудачей. При этом микрооперация, результат выполнения которой оказался некорректен, ставится в специальную очередь (англ. replay queue ), а затем вновь направляется планировщиком на исполнение.

Несмотря на то, что повторное исполнение микроопераций приводит к значительным потерям производительности, применение данного механизма позволяет в случае ошибочного исполнения микроопераций избежать останова и сброса конвейера, который приводил бы к более серьёзным потерям.

Модели

Процессор с кодовым именем Willamette впервые появился в официальных планах компании Intel в октябре 1998 года , хотя его разработка и началась вскоре после завершения работ над процессором Pentium Pro , вышедшим в конце 1995 года , а название «Willamette» упоминалось в анонсах 1996 года . Необходимость в проектировании нового процессора архитектуры IA-32 появилась в связи со сложностями, возникшими при разработке 64-битного процессора Merced , которому в соответствии с планами компании Intel была отведена роль преемника процессоров архитектуры : разработка, осуществлявшаяся с 1994 года , сильно затянулась, а производительность Merced при выполнении инструкций x86 оказалась неудовлетворительной по сравнению с процессорами, для замены которых он предназначался .

Предполагалось, что Willamette выйдет во второй половине 1998 года , однако, в результате многочисленных задержек анонс был перенесён на конец 2000 года . В феврале 2000 года на форуме разработчиков Intel (IDF Spring 2000) был продемонстрирован компьютер, основой которого служил инженерный образец процессора Willamette, получившего наименование «Pentium 4», работающий на частоте 1,5 ГГц .

Первые серийные процессоры Pentium 4 на ядре , анонсированные 20 ноября 2000 года, производились по 180 нм технологии. Дальнейшим развитием семейства Pentium 4 стали процессоры на ядре , производившиеся по 130 нм технологии. 2 февраля 2004 года были представлены первые процессоры на ядре (90 нм), а последним ядром, использовавшимся в процессорах Pentium 4 стало ядро (65 нм). На базе ядер Northwood и Prescott выпускались также мобильные процессоры Pentium 4 и Pentium 4-M, представлявшие собой Pentium 4 с пониженным энергопотреблением. На базе всех ядер, перечисленных выше, выпускались также процессоры Celeron , предназначенные для бюджетных компьютеров, представлявшие собой Pentium 4 с уменьшенным объёмом кэш-памяти второго уровня и пониженной частотой системной шины .

Ниже представлены даты анонса различных моделей процессоров Pentium 4, а также их стоимость на момент анонса.

Мобильные процессоры Pentium 4

Процессор	Pentium 4-M											Mobile Pentium 4
Тактовая частота, ГГц	1,6	1,7	1,4	1,5	1,8	1,9	2	2,2	2,4	2,5	2,6	2,4	2,666	2,8	3,066	3,2	3,333
Анонсирован	4 марта		23 апреля			24 июня		16 сентября	14 января	16 апреля	11 июня					23 сентября	28 сентября
	2002 года								2003 года								2004 года
Цена, $	392	496	198	268	637	431	637	562	562	562	562	185	220	275	417	653	262

Pentium 4

Willamette

Pentium 4 1800 на ядре Willamette (FC-mPGA2)

Ещё до выхода первых Pentium 4 предполагалось, что и процессоры на ядре Willamette, и разъём Socket 423 будут присутствовать на рынке лишь до середины 2001 года, после чего будут заменены на процессоры на ядре Northwood и разъём Socket 478 . Однако, в связи с проблемами при внедрении 130 нм технологии, лучшим по сравнению с ожидавшимся процентом выхода годных кристаллов процессоров на ядре Willamette, а также необходимостью продажи уже выпущенных процессоров, анонс процессоров на ядре Northwood был отложен до 2002 года, а 27 августа 2001 года были представлены процессоры Pentium 4 в корпусе типа FC-mPGA2 (Socket 478), в основе которых по-прежнему лежало ядро Willamette .

Процессоры Pentium 4 на ядре Willamette работали на тактовой частоте 1,3-2 ГГц с частотой системной шины 400 МГц, напряжение ядра составляло 1,7-1,75 В в зависимости от модели, а максимальное тепловыделение - 100 Вт на частоте 2 ГГц .

Northwood

Intel Pentium 4 1800 на ядре Northwood

14 ноября 2002 года был представлен процессор Pentium 4 3066 МГц, поддерживающий технологию виртуальной многоядерности - Hyper-threading . Этот процессор оказался единственным процессором на ядре Northwood с частотой системной шины 533 МГц, обладавшим поддержкой технологии Hyper-threading. В дальнейшем эту технологию поддерживали все процессоры с частотой системной шины 800 МГц (2,4-3,4 ГГц) .

Характерной особенностью процессоров Pentium 4 на ядре Northwood была невозможность продолжительной работы при повышенном напряжении ядра (повышение напряжения ядра при разгоне является распространённым приёмом, позволяющим повысить стабильность работы на повышенных частотах ). Повышение напряжения ядра до 1,7 В приводило к быстрому выходу процессора из строя, несмотря на то, что температура кристалла при этом оставалась невысокой. Это явление, названное «синдромом внезапной смерти Northwood» (англ. sudden Northwood death syndrome ), серьёзно ограничивало разгон Pentium 4 на ядре Northwood .

Prescott

Pentium 4 2800E на ядре Prescott (Socket 478)

Pentium 4 3400 на ядре Prescott (LGA 775)

Процессоры Pentium 4 на ядре Prescott получили поддержку нового дополнительного набора команд - SSE3 , а также поддержку технологии EM64T (в ранних процессорах поддержка 64-битных расширений была отключена). Кроме того, была оптимизирована технология Hyper-threading (в частности, в набор SSE3 вошли инструкции, предназначенные для синхронизации потоков) .

В результате изменений, внесённых в архитектуру NetBurst, производительность процессоров на ядре Prescott изменилась по сравнению с процессорами на ядре Northwood, имеющими равную частоту, следующим образом: в однопоточных приложениях, использующих инструкции x87 , MMX , SSE и SSE2 , процессоры на ядре Prescott оказывались медленнее, чем предшественники, а в приложениях, использующих многопоточность или чувствительных к объёму кэш-памяти второго уровня, опережали их .

Cedar Mill

Pentium 4 641 на ядре Cedar Mill

Процессоры Pentium 4 на ядре Cedar Mill выпускались до 8 августа 2007 года , когда компания Intel объявила о снятии с производства всех процессоров архитектуры NetBurst.

Отменённые процессоры

Предполагалось, что в конце 2004 - начале 2005 годов на смену ядру Prescott в настольных процессорах Pentium 4 придёт новое ядро Tejas. Процессоры на ядре Tejas должны были выпускаться по 90 нм технологии, работать на частоте от 4,4 ГГц с частотой системной шины 1066 МГц, иметь увеличенный до 24 Кбайт кэш первого уровня и улучшенную поддержку технологии Hyper-threading . В конце 2005 года процессоры на ядре Tejas должны были быть переведены на 65 нм технологию производства и достичь частоты 9,2 ГГц . В перспективе тактовая частота процессоров архитектуры NetBurst должна была превысить отметку в 10 ГГц, однако сроки анонса Tejas постоянно переносились, процессоры на ядре Prescott не смогли достичь частоты 4 ГГц из-за проблем с тепловыделением, в связи с чем в начале 2004 года появилась информация об отмене выпуска процессоров на ядре Tejas , а 7 мая 2004 года компания Intel официально объявила о прекращении работы как над ядром Tejas, так и над перспективными разработками, основанными на архитектуре NetBurst .

Pentium 4 Extreme Edition

Первые процессоры Pentium 4 Extreme Edition (Pentium 4 «EE» или «XE»), предназначенные для энтузиастов , были представлены компанией Intel 3 ноября 2003 года. В их основе лежало ядро Gallatin, использовавшееся в серверных процессорах Xeon и представлявшее собой ядро Northwood ревизии M0 с кэш-памятью третьего уровня объёмом 2 Мбайт . Площадь кристалла таких процессоров составляла 237 мм².

Процессоры Pentium 4 EE на ядре Gallatin работали на частоте 3,2-3,466 ГГц, имели частоту системной шины 1066 МГц для модели, работающей на 3,466 ГГц, и 800 МГц для остальных моделей (3,2 и 3,4 ГГц). Напряжение ядра составляло 1,4-1,55 В, а максимальное тепловыделение - 125,59 Вт на частоте 3,466 ГГц. Изначально процессоры Pentium 4 EE ядре Gallatin выпускались в корпусе типа FC-mPGA2 (Socket 478), а затем - в корпусе типа FC-LGA4 (LGA775).

21 февраля 2005 года компанией Intel был представлен процессор Pentium 4 EE на ядре Prescott 2M. Он выпускался в корпусе типа FC-LGA4, предназначался для установки в системные платы с разъёмом LGA775 и работал на частоте 3,733 ГГц. Частота системной шины составляла 1066 МГц, напряжение питания - 1,4 В, максимальное тепловыделение - 148,16 Вт.

Дальнейшим развитием семейства Extreme Edition стали двухъядерные процессоры Pentium XE .

Pentium 4-M и Mobile Pentium 4

Мобильные процессоры Pentium 4-M представляли собой Pentium 4 на ядре Northwood, имеющие пониженное напряжение питания и тепловыделение, а также поддерживающие энергосберегающую технологию Intel SpeedStep . Максимально допустимая температура корпуса была повышена по сравнению с процессорами для настольных компьютеров и составляла 100 °C (у настольных процессоров на ядре Northwood - от 68 до 75 °C), что было связано с условиями работы в ноутбуке (небольшое воздушное пространство и размеры радиатора, менее сильный воздушный поток).

Все процессоры Pentium 4-M работали с частотой системной шины 400 МГц. Напряжение ядра процессоров Pentium 4-M составляло 1,3 В, максимальное тепловыделение - 48,78 Вт на частоте 2,666 ГГц, типичное - 35 Вт, в режиме пониженного энергопотребления - 13,69 Вт. Процессоры Pentium 4-M работали на частотах от 1,4 до 2,666 ГГц.

Процессоры Mobile Pentium 4 представляли собой Pentium 4 на ядрах Northwood или Prescott и работали на более высоких по сравнению с Pentium 4-M тактовых частотах - от 2,4 до 3,466 ГГц. Некоторые процессоры Mobile Pentium 4 поддерживали технологию Hyper-threading.

Все процессоры Mobile Pentium 4 работали с частотой системной шины 533 МГц. Напряжение ядра составляло 1,325-1,55 В, максимальное тепловыделение - 112 Вт на частоте 3,466 ГГц, типичное - от 59,8 до 88 Вт, в режиме пониженного энергопотребления - от 34,06 до 53,68 Вт.

Положение на рынке

Процессоры Pentium 4 Extreme Edition являлись «имиджевыми » процессорами, а оптовая цена на эти процессоры в момент анонса всегда составляла 999 $ .

Несмотря на то, что в течение года после анонса Pentium 4 основу продаж компании Intel по-прежнему составляли процессоры Pentium III (это было связано с крайне высокой стоимостью систем на базе Pentium 4 в сочетании с памятью типа RDRAM , альтернативы которой не было до выхода набора микросхем Intel 845 осенью 2001 года ), впоследствии благодаря агрессивной рекламной и маркетинговой политике компании Intel (в том числе, предоставление скидок производителям компьютеров и торговым сетям за использование и продажу исключительно продукции Intel, а также выплаты за отказ от использования продукции конкурентов ) в сочетании с неудачной маркетинговой политикой основного конкурента - компании AMD, процессоры Pentium 4 стали популярны среди пользователей . Этому также способствовала более высокая тактовая частота процессоров Pentium 4 (в частности, из-за высокой тактовой частоты процессоров конкурента, а также популярности «мифа о мегагерцах » , компания AMD была вынуждена ввести рейтинг производительности процессоров Athlon XP, нередко вводивший неопытных пользователей в заблуждение ). Тем не менее, компании AMD удалось серьёзно потеснить Intel на рынке микропроцессоров благодаря удачным продуктам - ранним Athlon XP и Athlon 64, превосходившим процессоры Pentium 4 в производительности и имеющим меньшую стоимость. Так, с 2000 по 2001 год компании AMD удалось увеличить свою долю на рынке процессоров архитектуры x86 с 18 % до 22 % (доля Intel при этом сократилась с 82,2 % до 78,7 %), а после решения проблем, возникших у AMD в 2002 году, когда её доля на рынке сократилась до 14 %, с 2003 по 2006 - до 26 % (доля Intel - около 73 %) .

Сравнение с конкурентами

Параллельно с процессорами семейства Pentium 4 существовали следующие x86-процессоры:

• Intel Pentium III-S (Tualatin). Предназначались для рабочих станций и серверов. Несмотря на меньшую тактовую частоту, по производительности превосходили процессоры Pentium 4 на ядре Willamette в большинстве задач. Кроме того, в отличие от Pentium 4, процессоры Pentium III-S могли работать в двухпроцессорной конфигурации. Также компанией Intel выпускались процессоры Pentium III на ядре Tualatin, отличавшиеся от Pentium III-S меньшим объёмом кэш-памяти второго уровня. Оба этих процессора не получили широкого распространения: они были представлены позже, чем Pentium 4, являвшиеся в то время флагманскими процессорами компании Intel, и стоили значительно дороже, чем Pentium 4, имеющие сравнимую производительность .
• Intel Celeron (Tualatin). Представляли собой Pentium III с уменьшенной частотой системной шины, предназначались для недорогих систем и в целом уступали процессорам Pentium 4 за счёт меньшей тактовой частоты (старшая модель Celeron работала на частоте 1,4 ГГц, в то время, как младшая модель Pentium 4 - на 1,3 ГГц) и небольшой пропускной способности памяти (в системах на процессорах Celeron обычно использовалась память PC133 SDRAM , а процессоры Pentium 4 чаще всего работали с памятью типа RDRAM или DDR SDRAM) и системной шины (100 МГц против 400 МГц) . Производительность разогнанных Celeron была сравнима с производительностью равночастотных Pentium 4 при более низкой цене .
• Intel Celeron (Willamette-128 и Northwood-128), Celeron D (Prescott-256 и Cedar Mill-512). Представляли собой Pentium 4 с уменьшенными частотой системной шины и размером кэш-памяти второго уровня, предназначались для недорогих систем и всегда уступали процессорам Pentium 4. В некоторых задачах Celeron на ядре Willamette-128 уступали также и предшественникам (Celeron на ядре Tualatin) со значительно более низкими частотами .
• Intel Pentium M и Celeron M . Являлись дальнейшим развитием процессоров Pentium III. Предназначались для мобильных компьютеров, обладали низким энергопотреблением и тепловыделением. Pentium M опережал как большинство мобильных Pentium 4 M, так и некоторые настольные процессоры Pentium 4, обладая при этом значительно меньшими тактовой частотой и тепловыделением . Процессор Celeron M имел близкую к Pentium M производительность, незначительно отставая от него.
• Intel Pentium D (Presler, Smithfield). Двухъядерные процессоры, представлявшие собой два ядра Prescott (процессоры на ядре Smithfield) или Cedar Mill (Presler), находящиеся либо на одном кристалле (Smithfield), либо в одном корпусе (Presler). Опережали равночастотные Pentium 4 в большинстве задач. Однако процессоры Pentium 4 имели большую тактовую частоту, чем Pentium D (старшая модель Pentium D на ядре Smithfield работала на частоте 3,2 ГГц, а старшая модель Pentium 4 - на 3,8 ГГц), что позволяло им опережать двухъядерные процессоры в задачах, не оптимизированных под многопоточность .
• AMD Athlon (Thunderbird). Конкурировали с процессорами Pentium 4 на ядре Willamette. В задачах, использующих дополнительные наборы инструкций SSE и SSE2 , требующих высокой пропускной способности памяти, а также в приложениях, оптимизированных под архитектуру NetBurst (приложения, работающие с потоковыми данными), процессоры Athlon уступали процессорам Pentium 4, однако в офисных и бизнес-приложениях, задачах трёхмерного моделирования, а также в математических расчётах, процессоры Athlon показывали более высокую производительность .
• AMD Athlon XP . Конкурировали в основном с процессорами Pentium 4 на ядре Northwood. В названиях моделей этих процессоров фигурировала не тактовая частота, а рейтинг, показывающий производительность процессоров Athlon XP относительно Pentium 4. «Равнорейтинговые» Athlon XP уступали процессорам Pentium 4 в приложениях, оптимизированных под архитектуру NetBurst, требовавших наличие поддержки инструкций SSE2 или высокой пропускной способности памяти, однако значительно опережали их в вычислениях с плавающей запятой и неоптимизированных приложениях. Старшие Pentium 4 опережали конкурента в большинстве приложений .
• AMD Athlon 64 . Конкурировали в основном с процессорами Pentium 4 на ядре Prescott. Опережали их в ряде задач (например, офисные приложения, научные расчёты или игры) за счёт меньших задержек при работе с памятью (за счёт встроенного контроллера памяти) и более эффективного математического сопроцессора, уступали процессорам Pentium 4 в задачах, оптимизированных под архитектуру NetBurst или имеющих поддержку многопоточности (например, кодирование видео) .
• AMD Athlon 64 FX . Конкурировали с процессорами Pentium 4 Extreme Edition. Как и в случае с Athlon 64 и Pentium 4, Athlon 64 FX опережали конкурентов за счёт архитектурных особенностей, интегрированного контроллера памяти или более эффективного математического сопроцессора, уступая им в задачах, оптимизированных под архитектуру NetBurst или имеющих поддержку многопоточности .
• AMD Duron (Morgan и Applebred). Были нацелены на рынок недорогих процессоров и конкурировали с процессорами Celeron, в целом уступая процессорам Pentium 4, однако в некоторых приложениях, которые не были оптимизированы под архитектуру NetBurst и не использовали набор инструкций SSE2, могли опережать Pentium 4, имеющие значительно более высокие тактовые частоты .
• VIA C3 (Nehemiah) и VIA Eden. Предназначались для компьютеров с низким энергопотреблением и ноутбуков (C3 и Eden-N) и для интегрирования в системные платы (Eden), имели низкую производительность и уступали конкурирующим процессорам.
• VIA C7 . Также, как и процессоры VIA C3, предназначались для компьютеров с низким энергопотреблением и ноутбуков. Серьёзно уступали конкурентам и могли опережать их только в задачах шифрования (за счёт его аппаратной поддержки) .
• Transmeta Efficeon . Предназначались для ноутбуков, имели низкое энергопотребление и тепловыделение. Уступали в большинстве задач мобильным процессорам AMD и Intel, опережая мобильные процессоры VIA .

Работавшие на высокой частоте процессоры Pentium 4 отличались большим энергопотреблением и, как следствие, тепловыделением. Максимальная тактовая частота серийных процессоров Pentium 4 составила 3,8 ГГц, при этом типичное тепловыделение превысило 100 Вт , а максимальное - 150 Вт . Однако при этом процессоры Pentium 4 были лучше защищены от перегрева, чем конкурирующие процессоры. Работа Thermal Monitor - технологии термозащиты процессоров Pentium 4 (а также последующих процессоров Intel) - основана на механизме модуляции тактового сигнала (англ. clock modulation ), позволяющем регулировать эффективную частоту работы ядра с помощью введения холостых циклов - периодического отключения подачи тактового сигнала на функциональные блоки процессора («пропуск тактов», «троттлинг »). При достижении порогового значения температуры кристалла, зависящего от модели процессора, автоматически включается механизм модуляции тактового сигнала, эффективная частота снижается (при этом определить её снижение можно либо по замедлению работы системы, либо с помощью специального программного обеспечения, так как фактическая частота остаётся неизменной), а рост температуры замедляется. В том случае, если температура всё же достигает максимально допустимой, происходит отключение системы . Кроме того, поздние процессоры Pentium 4 (начиная с ядра Prescott ревизии E0 ), предназначенные для установки в разъём Socket 775, обладали поддержкой технологии Thermal Monitor 2, позволяющей снижать температуру путём снижения фактической тактовой частоты (с помощью понижения множителя) и напряжения ядра .

Наглядным примером эффективности термозащиты процессоров Pentium 4 стал эксперимент, проведённый в 2001 году Томасом Пабстом. Целью этого эксперимента являлось сравнение эффективности термозащиты процессоров Athlon 1,4 ГГц, Athlon MP 1,2 ГГц, Pentium III 1 ГГц и Pentium 4 2 ГГц на ядре Willamette. После снятия кулеров с работающих процессоров, процессоры Athlon MP и Athlon получили необратимые термические повреждения, а система на Pentium III зависла, в то время как система с процессором Pentium 4 лишь замедлила скорость работы . Несмотря на то, что ситуация с полным отказом системы охлаждения (например, в случае разрушения крепления радиатора), смоделированная в экспериментах, маловероятна, а в случае возникновения приводит к более серьёзным последствиям (например, к разрушению плат расширения или системной платы в результате падения на них радиатора) вне зависимости от модели процессора , результаты эксперимента Томаса Пабста отрицательно повлияли на популярность конкурирующих процессоров AMD, а мнение о их ненадёжности было широко распространено даже после выхода процессоров Athlon 64 , имеющих более эффективную по сравнению с предшественником систему защиты от перегрева. К тому же температуры процессоров Intel в данном эксперименте, равные 29 и 37 по Цельсию, вызывают сомнение - ведь это рабочие температуры процессоров Intel при нулевой загрузке ЦПУ, и при наличии штатной системы охлаждения. Разумеется, при снятом радиаторе они ведут себя по другому: нагреваются до критической температуры, срабатывает тепловая защита и компьютер выключается. А если учесть, что тепловыделение Pentium 4 не меньше, чем у Athlon, то вопросов с дымящимся через считанные секунды AMD и работающим несколько секунд после снятия системы охлаждения Intel не убавляется. Просто в эксперименте Томаса Пабста были показаны в гипертрофированном виде имеющие место: достоинства процессоров Intel и недостатки процессоров AMD, относительно тепловой защиты. Возможно, это была рекламная акция в пользу новых процессоров Intel, особенно учитывая отношение потребителей к первым процессорам Pentium 4 из-за их высокой цены и низкой производительности.

Из-за особенностей архитектуры NetBurst, позволявших процессорам работать на высокой частоте, процессоры Pentium 4 пользовались популярностью среди оверклокеров . Так, например, процессоры на ядре Cedar Mill были способны работать на частотах, превышавших 7 ГГц , с использованием экстремального охлаждения (обычно использовался стакан с жидким азотом) , а младшие процессоры на ядре Northwood со штатной частотой системной шины 100 МГц надёжно работали при частоте системной шины 133 МГц и выше .

Технические характеристики

	Willamette	Northwood		Gallatin	Prescott		Prescott 2M	Cedar Mill
	Настольный	Настольный	Мобильный	Настольный		Мобильный	Настольный
Тактовая частота
Частота ядра, ГГц	1,3-2	1,6-3,4	1,4-3,2	3,2-3,466	2,4-3,8	2,8-3,333	2,8-3,8	3-3,6
Частота FSB , МГц	400	400, 533, 800	400, 533	800, 1066	533, 800, 1066 ()			800
Характеристики ядра
Набор инструкций	IA-32 , MMX , SSE , SSE2				IA-32 , EM64T (некоторые модели), MMX , SSE , SSE2 , SSE3
Разрядность регистров	32/64 бит (целочисленные), 80 бит (вещественночисленные), 64 бит (MMX), 128 бит (SSE)
Глубина конвейера	20 стадий (без учёта декодера инструкций)				31 стадия (без учёта декодера инструкций)
Разрядность ША	36 бит				40 бит
Разрядность ШД	64 бит
Аппаратная предвыборка данных	есть
Количество