Обзор и тестирование Athlon 64

До 2003 года 64-разрядные процессоры использовались преимущественно в серверах, реже в рабочих станциях и даже в игровых консолях, но только не в настольных ПК. Корпорация Intel, законодатель мод микропроцессорного рынка, сочла, что большинством пользователей ПК 64-битные вычисления востребованы не будут. Основная сфера их применения -- сложные научные, финансовые и инженерные расчеты. Для решения подобного круга задач Intel уже далеко не первый год предлагает процессоры с архитектурой Itanium. Основной соперник Intel в борьбе за сердца и кошельки "настольных" пользователей -- компания AMD -- пойдет иным путем. В новое семейство ее процессоров K8 с самого начала была заложена поддержка расширенных 64-разрядных инструкций, и осенью прошлого года на рынок вышли первые 64-разрядные процессоры для настольных ПК, получившие название Athlon 64. Лозунгом AMD, таким образом, стала фраза "64 разряда на каждый стол!" Вопреки распространенному мнению, уникальность новых процессоров AMD отнюдь не ограничивается одной 64-битностью. Эти процессоры внесли коррективы в архитектуру платформы ПК в целом, а не только в набор команд и регистров. Рассказу об Athlon 64 и его особенностях и будет посвящена эта статья. Отдельно будут приведены результаты тестирования системы на базе процессора Athlon 64 3000+ и сделан анализ производительности с "близкими" ПК на базе Athlon XP и Intel Pentium 4 (Northwood). Истинная 64-разрядность... 64-битность процессора Athlon 64 в первую очередь означает то, что такую разрядность имеют его регистры общего назначения (РОН). Сам по себе этот факт не может дать прироста производительности, даже если использовать соответствующее ПО. Дело в том, что нынешние 32-битные процессоры Athlon XP и Pentium 4 способны обрабатывать даже 128-битные данные в целочисленном формате, используя инструкции SSE. Но в архитектуре AMD64, которая реализована в процессорах Athlon 64, не только расширены существующие регистры, но и добавлены новые - 8 регистров РОН и 8 регистров SSE. Набор инструкций дополнен максимально корректно - коды команд не изменились, а для доступа к дополнительным регистрам необходимо использовать командные префиксы. В итоге Athlon 64 способен выполнять любой 16- и 32-разрядный код без изменений, работая в реальном и защищенном режимах соответственно. 64-битный код, выполняемый в так называемом Long-режиме, благодаря использованию дополнительных регистров и 64-битной адресации будет короче и компактнее, то есть будет работать в общем случае быстрее. К сожалению, воспользоваться преимуществами 64-битности станет возможным еще не скоро. Простой переход на 64-разрядную операционную систему, поддерживающую Long-режим, не станет панацеей. Дополнительно потребуются оптимизированные 64-разрядные драйверы для всех без исключения устройств. Их доводка потребует от разработчиков значительных затрат средств и времени. ...и другие новшества AMD < 01.jpg > Ядро процессора Athlon 64 впервые в истории платформы ПК включает логику, до этого размещаемую в северном мосту чипсета. Речь идет о коммутаторе, управляющем потоками данных, команд и управляющих сигналов между основными компонентами компьютера -- процессором, оперативной памятью и периферийными устройствами. Сделано это было по вполне очевидной причине -- для повышения быстродействия подсистемы памяти. Как известно, именно она сегодня является основным "узким местом" при выполнении интенсивных вычислений. Расположив контроллер памяти на одном кристалле с ядром процессора, разработчики из AMD решили проблему высоких задержек. Обычная архитектура ПК подразумевает, что данные между памятью и процессором неизбежно проходят через логику чипсета и процессорную шину. У Athlon 64 эти промежуточные стадии отсутствуют, а точнее, они сведены к минимуму. Контроллер памяти соединен с общим коммутатором напрямую, внутри чипа, а тот, в свою очередь, подключен к внутренней шине процессора. Впрочем, если бы у подобного подхода не было бы недостатков, он давно уже нашел бы применение в процессорах. Встроенный контроллер памяти не обладает такой гибкостью, как внешний. Для его модификации необходимо переделывать весь процессор, менять маски для литографии, проводить множество новых тестов -- тратить время и деньги. Конечно, инженеры AMD постарались упростить себе задачу -- максимально изолировали контроллер памяти на кристалле, но его доработка в дальнейшем все равно станет трудоемкой. Контроллер памяти наверняка будет мешать наращивать частоты, совершенствовать технологию производства и т.п. Для конечных пользователей это означает только одно: высокие цены на новые семейства процессоров, а также ограниченные возможности разгона. < 02.jpg > Другая интересная концепция в архитектуре Athlon 64 -- туннели. Это контроллеры, по цепочке подключаемые к одному высокоскоростному каналу обмена данными, который в данном процессоре базируется на 16-разрядной шине HyperTransport, разработанной AMD совместно с несколькими партнерами. Эта шина претендует на роль универсального промышленного стандарта и уже применяется в целом ряде устройств. На ПК эту шину впервые использовала NVIDIA для соединения двух мостов чипсета nForce. В архитектуре Athlon 64 шина HyperTransport в общем случае используется для подключения к коммутатору процессора одного туннеля -- AGP-контроллера и одного оконечного устройства -- периферийного моста (обычного южного моста, унаследованного от прежней архитектуры). Гибкость подобной архитектуры заключается в возможности подключения в цепочку между процессором и периферийным мостом неограниченного количества туннелей, поддерживающих различные шины и разнообразные устройства. Расширение возможностей системы становится возможным без сложной модификации всей платформы в целом. Пару слов о HyperTransport. Базовая частота этой шины совпадает с частотой шины процессора и составляет 200 МГц. Как и в случае с ядром процессора, для увеличения производительности может быть применен множитель частоты, причем максимальный из них равняется восьми. За один такт по встроенной в процессор шине передается два 16-битных пакета (технология DDR), таким образом, пропускная способность в каждом из направлений составляет 3,2 Гб/с. На сегодняшний день этого вполне достаточно для обслуживания и AGP-видеокарты, и всех остальных устройств. К слову, процессоры Opteron имеют несколько каналов шины HyperTransport, которые служат для соединения с другими процессорами в многопроцессорных конфигурациях. В остальном ядро Athlon 64 похоже на ядро Athlon XP. Был переработан конвейер - его длина увеличена на две стадии (теперь она составляет 17 стадий для чисел с плавающей запятой и 12 стадий для целочисленной арифметики) при сохранении прежнего разделения на три параллельных ветки для целых чисел и три ветки для чисел с плавающей запятой. Для сравнения, у Athlon XP длина конвейера составляет 10 стадий, у Pentium 4 с ядром Northwood -- 20, у Pentium 4 с яром Prescott -- 31 стадия. К сожалению, инженеры AMD не усовершенствовали блок вычислений с плавающей запятой: он по-прежнему оптимизирован для 80-разрядных, а не 128-разрядных данных, из-за чего скорость выполнения инструкций SSE и SSE2 по-прежнему остается недостаточно высокой. Кэш первого уровня у Athlon 64 двухпортовый с двумя ассоциативными наборами емкостью 64+64 Кб, что аналогично кэшу L1 его предшественника -- Athlon XP. Кэш второго уровня однопортовый с 16 наборами, он подключен к внутренней шине через 128-битную, а не 64-битную шину, в отличие от Athlon XP. Кэширование по-прежнему выполнено по двухуровневой эксклюзивной схеме: суммарный объем кэшируемых данных у Athlon 64 составляет сумму кэша второго уровня и кэша данных первого уровня. В Athlon 64 была добавлена термозащита, позволяющая экстренно останавливать процессор при перегреве. Новый корпус, схожий с корпусом процессора Pentium 4, благодаря наличию медной крышки-рассеивателя, улучшает "эргономику" процессора -- теперь риск повредить кристалл или не обеспечить надежный контакт радиатора кулера с процессором сведен к минимуму. Еще одно улучшение -- система динамического управления частотой и напряжением ядра Cool'n'Quiet, позволяющая снижать общее потребление энергии практически без ущерба для производительности. Модельный ряд Athlon 64 < 03.jpg > Маркетологи AMD решили одновременно выпускать процессоры Athlon 64 с разными объемами кэш-памяти второго уровня. Так, основная серия Athlon 64, а также все процессоры Opteron оснащены кэшем L2 объемом 1024 Кб. В линейке процессоров Athlon 64 есть модели с 512 Кб кэша, при этом от своих "собратьев" они отличаются лишь по рейтингу производительности. Кроме того, появились и модели с кэшем 256 Кб, но они, скорее всего, будут обозначаться как 32-разрядные Athlon XP для систем, совместимых с Athlon 64. На сегодняшний момент AMD предлагает четыре модели процессоров Athlon 64. Все они оснащены одноканальным 64-разрядным контроллером памяти с поддержкой обычной памяти DDR400 (в том числе и с коррекцией ошибок - ECC) и устанавливаются в разъем Socket 754. Athlon 64 2800+ и 3000+ с тактовыми частотами 1,8 и 2 ГГц соответственно оборудованы кэш L2 объемом 512 Кб. Модели с рейтингами 3200+ и 3400+ работают на реальных тактовых частотах 2 и 2,2 ГГц, а объем их кэша второго уровня составляет 1 Мб. Напряжение питания процессоров -- 1,5 В, частота шины FSB -- 200 МГц. В данном случае частота процессорной шины -- условный признак, обозначающий базу для отсчета тактовой частоты процессора и частоты канала HyperTransport. Частота процессора по-прежнему задается с помощью множителя, и этот множитель у Athlon 64 пока не заблокирован -- это хорошее подспорье для разгона, так как из-за встроенного контроллера памяти повышение частоты шины будет проблематичным. Процессоры Athlon 64 FX -- это двухканальный вариант Athlon 64, предназначенный для установки в платы с разъемом Socket 940. Они несовместимы с обычными Athlon 64. Кроме того, их контроллер памяти совместим только с дорогостоящей регистровой памятью, поэтому в настольных компьютерах их использование не оправданно. Существует мнение, что модель Athlon 64 3000+ базируется на новом ядре NewCastle, в качестве "доказательств" указывают на малый объем кэш-памяти второго уровня. В действительности же ядро NewCastle появится значительно позже, и его основной "изюминкой" будет не урезанный кэш, а двухканальный контроллер памяти с поддержкой обычных модулей DDR400. Нынешний процессор с рейтингом 3000+ использует то же ядро, что и процессоры 3200+ и 3400+, а половина кэша просто отключена. Впрочем, для Athlon 64 размер кэша второго уровня не слишком критичен. Этот процессор оснащен достаточно большим кэшем первого уровня (CL1) -- 128 Кб. К тому же он обладает низкой латентностью -- 3 такта. Кэш второго уровня служит лишь для хранения данных, вытесняемых из CL1, поэтому информация в нем хранится достаточно долго. Суммарного объема кэша Athlon 64 3000+, который составляет 640 Кб, оказывается вполне достаточно для эффективного кэширования. Прямое сравнение с Pentium 4 тут не работает. У последнего кэш первого уровня сравнительно невелик (8 или 16 Кб), а кэш второго уровня - более быстродействующий, но с меньшим временем хранения данных. Именно поэтому увеличение емкости CL2 и дает Pentium 4 значительный выигрыш в производительности. Урезанный кэш у Athlon 64 3000+ с лихвой компенсируется ценой. Как известно, первая модель нового процессора с рейтингом 3200+ из-за своей высокой цены, сравнимой с ценой топовых процессоров Pentium 4, недоступна большинству пользователей. Модель же 3000+ уже на момент ее объявления стоила почти вдвое дешевле - около 250 долл., что сравнимо с ценой процессора Pentium 4 с частотой 3,0 ГГц. В дальнейшем цены будут продолжать снижаться, а на рынок должны выйти еще более доступные модели Athlon 64, например, 2800+ (1,8 ГГц). Чипсет VIA K8T800 На страницах "Телекома" еще не были освещены чипсеты для систем Athlon 64, поэтому стоит остановиться на системной логике VIA K6T800, на базе которой построена участвующая в тестировании материнская плата GigaByle GA-K8VT800. Следует отметить, что чипсеты для настольных систем архитектуры AMD64 мало влияют на скорость работы ПК. Дело в том, что оперативная память в таких системах подключается непосредственно к процессору, а единственный "прожорливый" компонент -- видеокарта -- несет "на борту" свою собственную быструю локальную память. Таким образом, основные потоки информации минуют чипсет. VIA K8T800, как и остальные чипсеты этой компании, состоит из двух мостов -- северного и южного. Южный мост -- это хорошо известный чип VT8237, содержащий контроллеры шин PCI, USB (8 портов) и LPC, контроллеры интерфейсов Parallel ATA/133, Serial ATA/RAID (два порта, поддерживаются уровни 0, 1, 0+1 и JBOD), AC'97/MC'97, сетевой контроллер, контроллеры мыши и клавиатуры. С северным мостом чип соединяется "фирменной" шиной V-Link (533 Мб/с), а не HyperTransport. Таким образом, северный мост чипсета K8T800 представляет собой не туннель HyperTransport, а мост между V-Link и HyperTransport. Также в северный мост встроен контроллер AGP. Других функций у этого чипа нет, так как поддержку памяти осуществляет сам процессор. Северный мост K8T800 поддерживает максимальную частоту шины HyperTransport -- 800 МГц. VIA явно гордится этим фактом и даже ввела соответствующее маркетинговое название -- технология Hyper8. Также K8T800 поддерживает другие процессоры AMD -- Athlon 64 FX и Opteron. В принципе, этот чипсет должен без проблем работать с любым процессором, содержащим контроллер HyperTransport, поскольку архитектура AMD64 делает чипсет совершенно независимым от процессора и памяти. Замечание для оверклокеров: чипсет K8T800 не позволяет тактировать шины PCI и AGP отдельно от шины процессора. Это негативно сказывается на возможностях разгона путем увеличения частоты шины. Тестирование < 04.jpg > Прежде чем анализировать производительность, продемонстрированную системами, стоит обратить внимание на способ крепления кулера процессора Athlon 64. Он производит неоднозначное впечатление. С обратной стороны платы устанавливается металлическая пластина, к которой прикручивается небольших размеров крепежная рамка. Эта конструкция надежнее, чем у Pentium 4. Однако сам кулер присоединяется к рамке с помощью простой "однозубой" клипсы. Для создания прижимного усилия нужно повернуть ручку и зафиксировать ее на рамке. Ручка свободно перемещается внутри кулера и не позволяет с первого раза выполнить установку без перекоса. С этой точки зрения крепление кулера Pentium 4 выглядит более простым и удобным. Как видно из указанных в таблице конфигураций, среди тестируемых процессоров самой низкой тактовой частотой обладает Athlon 64, а самой высокой -- Pentium 4. И хотя при тестировании использовалась и 64-разрядная версия Windows, показанные в ней результаты приведены лишь для наглядности, так как ОС еще "сырая", а некоторые тесты под ней даже не запустились. Следует отметить, что поскольку Athlon 64 содержит встроенный контроллер памяти, производительность системы на базе этого процессора будет в гораздо меньшей степени, чем раньше, зависеть от чипсета. Чипсет может повлиять только на скорость работы с периферийными устройствами - видеокартой, жестким диском, звуком и т.д. Так, чипсет VIA K8T800 поддерживает работу шины HyperTransport в полной мере, а чипсет NVIDIA nForce3 150, например, не поддерживает эту шину на частоте 800 МГц. Также свое влияние на производительность будет оказывать BIOS, так как именно на эту программу возложена ответственность по настройке всех контроллеров, включая встроенные в процессор. < 05.jpg > Возможности по обеспечению пропускной способности памяти у контроллера Athlon 64, согласно тестам Sandra и ScienceMark, такие же, как и у контроллера чипсета NVIDIA nForce2 Ultra 400. У системы на базе компонентов Intel пропускная способность памяти намного выше - почти вдвое, и, конечно же, благодаря двухканальному контроллеру. Впрочем, разные тесты дают разные результаты: так, использующий инструкции SSE2 тест Sandra показывает более высокий результат, чем тесты ScienceMark, использующие инструкции SSE. Латентность памяти у встроенного контроллера процессора Athlon 64, как и ожидалось, оказалась очень низкой -- практически вдвое ниже, чем у системы на базе Pentium 4. Система на Athlon XP показала лучший результат, чем система на Pentium 4, но ей тоже далеко до Athlon 64. Синтетические тесты в общем случае показали преимущество Pentium 4, исключение составляют арифметические вычисления с плавающей запятой. Практически везде, где используются мультимедийные инструкции SSE, процессор Intel показал значительное превосходство. Исключением тут можно считать тест Molekular dynamics Test из пакета Science Mark, где лучший результат продемонстрировал Athlon 64. Скорость выполнения скрипта в Photoshop 7.0 наиболее высокой неожиданно оказалась у Athlon XP, Pentium 4 и Athlon 64 показали приблизительно одинаковые результаты. Архиватор WinRAR 3.0 на 17% быстрее справился с работой на системе Athlon 64, чем на системе Pentium 4. Athlon XP отстал еще на 20%. При параллельном просмотре видео в формате MPEG4 разрыв между Athlon 64 и Pentium 4 сократился до 9%. В профессиональной 3D-графике лидирует чаще всего Pentium 4, с ростом нагрузки на видеоподсистему разница в производительности постепенно нивелируется. В 3D игре Serious Sam лидером стала система на базе процессора Intel, но ее отрыв сложно назвать внушительным. Что касается офисных задач, то в тестах SYSmark2002 безоговорочно победил Pentium 4. Причем в тесте Content Creation (обработка графики и видео) - с заметным преимуществом. Сказывается оптимизация некоторых приложений под архитектуру Pentium 4. Вердикт Процессор Athlon 64 и с "урезанным" кэшем L2 и одним каналом памяти работает заметно быстрее процессора Athlon XP с большей тактовой частотой даже в 32-битной среде, не являющейся для него "родной". Также Athlon 64 может конкурировать и с Pentium 4, хотя в большинстве случаев проигрывает последнему, особенно в задачах, использующих инструкции SSE/SSE2. Ситуация вполне может измениться с выходом полноценной 64-разрядной ОС для нового поколения процессоров AMD, оптимизированных драйверов и ПО. Впрочем, с появлением оптимизированного под архитектуру Prescott программного обеспечения сделает рывок вперед и новое поколение процессоров Pentium 4. К тому же до сих пор остается открытым вопрос, так ли уж нужны 64 разряда рядовым пользователям в их настольных ПК. Что касается экономической части, то тут все выглядит менее радужно. Впервые за долгое время "топовые" процессоры AMD стоят дороже равных и превосходящих их по производительности процессоров Intel. Поводом для беспокойства является также тот факт, что в течение года AMD намеревается переходить на Socket 939 (справедливости ради можно отметить, что процессоры Pentium 4 также будут "мигрировать" на новый Socket T). Athlon 64 с новым разъемом будут работать быстрее, так как у них будут включены оба канала памяти. Обычные одноканальные Athlon 64 неизбежно упадут в цене. Пока этого не произойдет, системы на базе Athlon 64 не смогут стать массовым продуктом. Сейчас это эксклюзив, едва ли способный получить большее распространение, чем тот же "штучный" Pentium 4 Extreme Edition. < Верстать на три полосы. Ближе к концу поставить сначала 01.xls, потом - 02.xls > Дмитрий Коростелев ([email protected]), Макс Курмаз ([email protected])
Весь номер

Новости партнеров: