Сравнение AMD K6-III+, AMD Athlon XP и AMD Athlon 64 на равной частоте (600 МГц)

Целью статьи является сравнение платформ трёх поколений процессоров AMD: K6, K7 и K8. Каждый из представленных процессоров стал венцом развития своей платформы: К6-III+ получил большой кэш L2 объёмом 256 КБ и новый на тот момент техпроцесс 0,18 мкм, в то время как его предшественники изготавливались по технологическим нормам 0,25 мкм и L2-кэш присутствовал только у старшей модели K6-III, которая официально так и не покорила частотный порог в 450 МГц. AMD Athlon XP представлен последним ядром Barton с 512 КБ кэша и технологическим процессом по нормам 0,13 мкм. Для произвольного переключения множителя был взят мобильный вариант этого процессора, позволяющий свободно манипулировать множителем без необходимости хирургических операций над мостиками на кристаллоносителе. AMD Athlon 64 FX-57, изготовленный по 0,090 мкм техпроцессу с 1МБ L2-кэша, стал вершиной для платформы Socket 939, после него был выпущен двухъядерный FX-60, который в данном сравнении бесполезен, поскольку я поставил перед собой задачу сравнить ядра процессоров и отследить их прогресс от поколения к поколению. С этой же целью используется одни и те же видеокарта с SSD во всех трёх системах, а под Socket A и Socket 939 - один комплект памяти с теми же самыми настройками. 

Конфигурация стенда с AMD K6-III+:

AMD Socket 7 K6-III+ 550@600 MHz

Gigabyte GA-5AA (ALI Aladdin V) rev.3.2 firmware rev.F7B (beta)

512MB SDRAM Micron PC133 2-2-2-5 BGA-chips

128MB ATI FireGL 8800 (IBM) Catalyst 8.03.98.4

120GB SSD Crucial with IDE/SATA adapter  

Конфигурация стенда с AMD Athlon XP:

AMD Socket A Athlon XP-M@600 MHz

Epox EP-8VTAI (VIA KT880 + VT8237)

2048MB DDR400@133 Patriot 2-2-2-6

128MB ATI FireGL 8800 (IBM) Catalyst 8.03.98.4

120GB SSD Crucial with IDE/SATA adapter 

Конфигурация стенда с AMD Athlon 64:

AMD Socket 939 Athlon 64 FX-57@600 MHz

Epox EP-9NDA3I (NVIDIA nForce3 250 Ultra)

2048MB DDR400@133 Patriot 2-2-2-6

128MB ATI FireGL 8800 (IBM) Catalyst 8.03.98.4

120GB SSD Crucial with IDE/SATA adapter 

Для того чтобы уравнять условия для всех трёх процессоров, оперативная память на Socket A и Socket 939 работает на частоте 66 МГц с таймингами 2-2-2-6, что эквивалентно SDR PC-133.  Для платформы Socket A была выбрана материнская плата на чипсете VIA KT880 в силу более лёгкой управляемости этого чипсета, который по большому счёту кардинально не менялся со времён KT266, эволюционируя с сохранением характерных черт всего семейства системной логики. А на nForce2 возникли проблемы с настройками мобильной версии Athlon XP  и оперативной памяти. Все три конфигурации были протестированы в наборе тестов из конкурса "Битва ветеранов - 2", проводившемся на данном сайте. Собственно, это соревнование и натолкнуло меня на мысль уравнять процессоры по частотам и посмотреть "чистую" разницу в производительности. Итак, вот эти тесты (результаты 3D Mark даны для справки):

	Socket 7	Socket A	Socket 939
Atomic CPU Test
CPU Mathmark
Mathmark
Nuclearus MultiCore v.1.0.0
Super PI 4M
TesteR v.0.107
WinRAR
Xlobuz v.099b3
3D Mark 2000
3D Mark 2001
3D Mark 2003

То же самое, но в цифрах:

Atomic CPU Test: тест демонстрирует превосходство целочисленной части K6-III+ над аналогичными блоками Athlon XP-M и Athlon 64. Причиной превосходства является короткий конвейер К6 по сравнению с К7 и К8, а также лучшая производительность блока MMX/3DNow! в К6 над блоком инструкций SSE в К7 и К8, но только в целочисленных вычислениях. Тест FPU расставляет всё по своим местам, от былого 20% преимущества не остаётся и следа, характеристики FPU К7 и К8 оказываются близки по результатам, демонстрируя 1,5-кратное превосходство над К6. Тест взаимодействия кэша/памяти так же показывает, что данные блоки были в К7 и К8 серьёзно переработаны, т.к. разница в показателях не пропорциональна разнице в размерах кэша, объём которого от ядра к ядру удваивается. Производительность подсистемы памяти К7 относительно К6 оказывается на 35% выше, К8 относительно К7 - на 26%. Как далее будет видно, тест хорошо реагирует на изменения в подсистеме памяти, а именно - отключение кэша.

CPU Mathmark не демонстрирует ничего нового, показывая сходные результаты К7 и К8 и их почти 4-кратный отрыв от результатов К6, что является следствием слабости FPU последнего.

	L2 ON	L2 OFF
Atomic CPU Test
Mathmark
Super PI 1M

Tester v.0.107 показывает зависимость от длины вычислительного конвейера, манипуляции с подсистемой памяти не оказывают на результат никакого влияния.

Кратко подвести итог того что демонстрируют приложенные картинки и цифры в таблицах можно следующим образом: везде, за редким исключением, видно превосходство Socket A над Socket 7 и Socket 939 над Socket A. Объясняется это различиями в микроархитектуре: у K6-III+ ахиллесовой пятой является FPU, там где он заменён на SIMD MMX/3DNow! видно выравнивание результатов, а то и превосходство над соперниками за счёт более короткого конвейера; следующим слабым местом K6-III+ становится L2-кэш, которого в 2 раза меньше по сравнению с Athlon XP и в 4 раза - с Athlon 64 FX-57; затем идёт пропускная способность памяти и системной шины, которая от K6 до К8 поступательно растёт за счёт применения DDR, двухканального доступа и интегрирования контроллера памяти в кристалл процессора. Причём K6-III+ не спасают ни заниженные частоты DDR на более новых системах, ни одноканальный вариант использования памяти, ни даже отключение L2-кэша, ни разгон шиной до 625МГц (5х125), всё равно он проигрывает более новым архитектурам. Тесты 3D Mark хорошо демонстрируют интегральную производительность системы с учётом указанных архитектурных различий.