ГлавнаяКонтактыКарта сайта
ЕПОС
О компанииКомпьютерная криминалистикаВосстановление информацииЗащита информацииПроизводство и ITСервисНаши разработки

Расследование инцидентов, компьютерная криминалистика, информационная безопасность

Книжная серия Взгляд на жесткий диск изнутри




Архив статей


05.11.2001
Athlon XP: не числом, а уменьем!

Вячеслав ОВСЯННИКОВ
к. т. н., ведущий специалист компании «ЕПОС»

– Лучше меньше?

– Да, лучше!

Народный ЕПОС


Когда данный номер журнала готовился к печати, произошло замечательное событие: очередной Микропроцессорный форум (Microprocessor Forum). Наверное, когда вы читаете данную статью, вам уже известно, что AMD на этом форуме раскрыла многие детали 64-битной архитектуры, которая будет реализована в процессорах Hammer, и рассказала о некоторых других своих новациях. Кроме этого, на форуме был официально представлен новый процессор от AMD – Athlon XP.

Конечно, Athlon XP – это не такое революционное событие, как, скажем, появление 64-разрядных процессоров. Однако процессоры Athlon XP должны заменить широко распространённую сейчас линию Athlon с ядром Thunderbird, применяемую в производительных рабочих станциях. Поэтому большинству из нас придется в ближайшее время непосредственно сталкиваться именно с этим процессором.

Чем же процессор Athlon XP отличается от всех предыдущих?

Различия внешние

Новый процессор заметно отличается от своего предшественника даже по внешнему виду.

Рис. 1а. Процессор Athlon Thunderbird

Рис. 1б. Процессор Athlon XP

Во-первых, кристалл процессора теперь стал не прямоугольным, а почти квадратным.

Во-вторых, теперь он устанавливается на плате из органического материала (OPGA). Применение таких материалов обычно преподносится в рекламных проспектах как очередной технологический прорыв. Тем не менее по внешнему виду этот «органический материал» уж больно смахивает на самый обычный стеклотекстолит, который широко применяется при изготовлении печатных плат. Не случайно согласующие резисторы и конденсаторы, которые у Thunderbird расположены сверху и на значительном удалении от кристалла процессора (рис. 1), теперь расположены снизу, в непосредственной близости от него (рис. 2).

Рис. 2. Процессоры Athlon, вид снизу: слева – Thunderbird, справа – XP

Но в целом это, конечно, определённое технологическое достижение. По крайней мере, изготовители научились использовать в конструкции процессора более дешёвые материалы.

Многих, наверное, интересует не столько внешний вид нового процессора, сколько вопрос, где расположены те самые «мостики», с помощью которых можно «разгонять» процессор. Эти мостики присутствуют и в новом процессоре, что хорошо видно на рис. 1. Однако их расположение изменилось по сравнению с предыдущей моделью. Но они ведь есть! И это радует. Правда, изменилась и их конструкция.

Рис. 3. Вот такие теперь стали «мостики»

При сильном увеличении видно, что сами перемычки теперь скрыты под верхним слоем пластика, хотя и видны через полупрозрачное покрытие. Пережигание мостиков осуществляется, по всей видимости, лазерным лучом, при этом остаются безобразные шрамы, хорошо различимые на фотографии. Но в целом эти нововведения вряд ли остановят нашу молодежь, и, наверное, в скором времени мы узнаем, где нужно потереть карандашом, а где резинкой, чтобы XP «летал» ещё быстрее.

Различия внутренние

Процессор Athlon XP отличается от своего предшественника не только внешне. Новый процессор получил новое ядро – Palomino. Конечно, и Thunderbird имел отличное ядро. По производительности Athlon давно опережает, к примеру, Pentium 4 при одинаковой тактовой частоте ядра. Но ядро Thunderbird имеет ограничение по частоте 1,4...1,5 ГГц, в то время как Pentium 4 успешно преодолел планку в 2 ГГц. Поэтому, чтобы победить не числом, а уменьем, нужно было сделать неординарные шаги. В первую очередь у нового процессора было переделано ядро. Это были достаточно глубокие изменения, а не просто косметические улучшения.

Так, в частности, существенной переделке подвергся механизм трансляции адресов команд и данных в физические адреса памяти. Для ускорения доступа к командам и данным все современные процессоры имеют Translation Look-aside Buffer (TLB). Этот буфер осуществляет кэширование, но не данных или команд, а их физических адресов. В предыдущих процессорах Athlon этот буфер был двухуровневым. Первый уровень (L1) – ёмкостью 24 значения для адресов инструкций и 32 значения для адресов данных. Второй уровень (L2) мог хранить до 256 адресов данных и 256 адресов инструкций.

В ядре Palomino увеличен размер буфера первого уровня, теперь он может хранить до 40 значений адресов данных. Кроме того, теперь TLB, также как и основной кэш, стал «исключающим» – exclusive. Это означает, что содержимое буфера первого уровня не дублирует содержимого буфера второго уровня. И, наконец, в новом ядре реализован механизм опережающей загрузки новых значений адресов (до того, как они могут потребоваться) – speculatively reload.

Существенно улучшен механизм опережающей загрузки данных из памяти в кэш. Механизм опережающей загрузки данных был реализован и в ранних процессорах, но только для инструкций, включённых в 3DNow! и SSE. Для приложений, оптимизированных для системы команд 3DNow! или SSE, это давало существенный выигрыш в производительности. Но для неоптимизированных приложений опережающая загрузка данных была невозможна. В ядре процессоров Athlon XP осуществляется непрерывный анализ адресов затребованных процессором данных и последовательности, в которой они были затребованы. На основании анализа делается попытка предсказания адресов данных, которые будут затребованы, и опережающая загрузка этих данных в кэш процессора. Во многих случаях, например, при циклической обработке больших массивов данных, предсказание будет успешным. Это позволяет повысить производительность даже для неоптимизированных приложений.

И наконец, в новом ядре полностью реализованы как система команд 3DNow!, так и система команд SSE. Это называется 3DNow! Professional Technology. Реализация двух наборов инструкций не только позволяет повысить производительность для приложений, оптимизированных под SSE, но и даёт разработчикам большую свободу для оптимизации своих приложений.

Рассмотренные изменения потребовали очередного увеличения количества транзисторов. Теперь их стало 37,5 млн – на полмиллиона больше, чем было у процессоров с ядром Thunderbird. Однако это не привело к привычному уже для нас повышению потребляемой мощности и соответствующему увеличению количества выделяемого тепла. Более того, процессор Athlon XP стал заметно «холоднее» своего предшественника, так что новые процессоры можно будет эксплуатировать не только зимой, но и летом.

Различия декларируемые

Нет ничего удивительного (кстати, и ничего плохого) в том, что производитель любого товара считает свой товар лучшим товаром «всех времен и народов». Но всё же полезно представлять полезные качества товара в соотношении с другими аналогичными товарами. В рассматриваемом нами случае это в действительности сделать довольно сложно. Дело в том, что линии AMD и Intel давно разошлись. Они выпускают совершенно разные процессоры. По всей видимости, разные процессоры и должны применяться для разных приложений. Тем не менее общие черты известны: Intel выпускает процессоры с большей тактовой частотой, но при равных частотах производительность процессоров AMD всё же выше. Считается уже фактически нормой сравнивать процессоры AMD с частотой 1,3...1,4 ГГц и процессоры Intel с частотой 1,7 ГГц. В большинстве случаев это действительно одинаковые по производительности процессоры. В отдельных приложениях, правда, и при примерно равных частотах Pentium 4 «обгоняет» Athlon, зато в некоторых других приложениях процессор Athlon с частотой 1,4 ГГц «обгоняет» Pentium 4 с частотой 2 ГГц.

Тем не менее, несмотря ни на какие тесты, владелец 1,4-гигагерцового процессора Athlon в душе, наверное, ощущает некоторый дискомфорт, когда узнает, что у его друга процессор Pentium 4 работает на частоте 1,7 ГГц.

Чтобы этот дискомфорт был меньше, в обозначении процессоров Athlon XP указывается не тактовая частота процессора, а так называемый model number – номер конкретной модели в общем семействе процессоров Athlon. Например, Athlon XP 1500+, Athlon XP 1800+.

К этому шагу AMD вынудило и то обстоятельство, что процессор Athlon XP, несомненно, производительнее предыдущих моделей Athlon. Однако как правильно сравнить процессор с ядром Thunderbird, работающий на частоте 1,4 ГГц, и процессор с более прогрессивным ядром Palomino, но работающий на частоте 1,33 ГГц?

Конечно, с такой методикой обозначения мы уже сталкивались раньше. Это пресловутый PR – «пентиум-рейтинг». В своё время AMD выпускала процессоры, которые при одинаковой тактовой частоте были более производительны, чем процессоры Pentium. Правда, только на операциях с фиксированной точкой. Тогда и был введён этот PR. Отставание на операциях с плавающей точкой старательно замалчивали. В общем-то, доля логики в этом есть, но реальные приложения редко не применяют операции с плавающей точкой, и все быстро «раскусили», что PR не соответствует реальному соотношению производительности процессоров.

Для процессоров Athlon XP к выбору значений model number подошли гораздо более осторожно. Несомненно, значение model number привязано к определённому значению тактовой частоты процессоров Pentium 4. Однако в данном случае значение model number, к примеру, 1500+ означает, что в подавляющем большинстве приложений этот процессор не уступит Pentium 4 с тактовой частотой 1,5 ГГц. Но от нас и не скрывают, что процессоры настолько разные, что можно найти такое приложение, в котором Pentium 4 окажется быстрее.

Поэтому к значению model number нужно относиться именно так, как оно трактуется: как к номеру модели в ряду процессоров Athlon. Кстати, при этом совершенно необязательно и то, что процессор Athlon XP с model number равным 1500+ окажется быстрее обычного процессора Athlon 1,4 ГГц.

Различия реальные

Чтобы найти реальные различия, в исследовательском отделе компании «ЕПОС» был протестирован процессор Athlon XP 1500+ в сравнении с возможностями процессоров Pentium 4 (частота 1,5 ГГц) и Athlon (1,4 ГГц).

Процессор Athlon XP 1500+ работает с тактовой частотой ядра 1333 МГц. Однако он унаследовал от своего предшественника все лучшие качества. Улучшения же, выполненные в ядре Palomino, в основном направлены на ускорение потоковой обработки больших массивов данных – именно в этой области позиции Pentium 4 довольно сильны. Поэтому совершенно очевидно, что Athlon XP 1500+ в подавляющем большинстве случаев должен оказался быстрее процессора Pentium 4 1,5 ГГц. Это и подтвердилось, даже в самых сложных задачах отставание Pentium 4 оказалось весьма значительным. Так, в частности, на рис. 4 приведены значения времени рендеринга в среде 3DMax 3.1 одного кадра из реальной задачи.

Рис. 4. Время рендеринга одного кадра в среде 3DMax (меньше – лучше)

Конечно, такой результат можно было предвидеть заранее. Чтобы обогнать даже обычный Athlon, Pentium 4 должен иметь тактовую частоту хотя бы 1,7...1,8 ГГц. Так что, действительно, AMD при выборе значения model number нас не обманывает, причём не обманывает с большим запасом.

Гораздо больший интерес вызывает вопрос: «А как же возросла производительность по сравнению с предыдущими моделями Athlon?»

Конечно, ожидать большого превосходства процессора Athlon XP 1500+ над процессором Athlon 1,4 ГГц не приходится. Ведь в основе высокой производительности всё же лежат вычислительные возможности процессора и сопроцессора, а они у обеих моделей одинаковы. Улучшены только возможности потоковой обработки больших массивов данных. Поэтому все тесты производительности процессора и сопроцессора неизменно показывают, что процессор с тактовой частотой 1,4 ГГц быстрее, чем процессор с тактовой частотой 1,333 ГГц. Даже если в обозначении последнего стоят цифры 1500+. Для иллюстрации сказанного в табл. 1 приведены данные оценки производительности согласно тесту CliBench. Это, может быть, и не очень известный тест, но он обладает большими возможностями по тестированию многопроцессорных систем и оценке производительности при многопотоковой обработке информации, поэтому данный тест мы будем широко использовать и в дальнейшем.

Таблица 1

Производительность по CliBench

 Athlon XP 1500+Athlon 1,4 ГГц
CPU27732915
FPU769800
Memory303 840303 840
 

Учитывая значения тактовой частоты сравниваемых процессоров, нет большой разницы между этими процессорами.

Но когда сравнивается производительность при обработке больших массивов данных, особенно для приложений, адаптированных под SSE, разница получается просто впечатляющей. В частности, в табл. 2 приведены результаты теста CineBench 2000. Этот тест измеряет производительность при работе с программами CAD.

Таблица 2

Производительность по CineBench 2000

 Athlon XP 1500+Athlon 1,4 ГГц
4D12,9512,43
OpenGL23,6312,91
CPU18,2918,83
 

Из табл. 2 видно, что в отдельных задачах производительность процессора Athlon XP 1500+ (тактовая частота 1,33 ГГц) может практически в два раза превышать производительность процессора Athlon 1,4 ГГц!

И в заключение – самый популярный тест: Quake 3 Arena.

Рис. 5. Сравнение игровой производительности по Quake 3 Arena

Может быть, разница в производительности двух процессоров и не выглядит устрашающей, но ведь процессор, оказавшийся быстрее, – это Athlon XP 1500+, имеющий тактовую частоту ниже, чем тот, который оказался медленнее!

Таким образом, Athlon XP – это, конечно, не революция, но это всё же ощутимо широкий шаг вперёд.


Поделиться информацией