Анализ влияния механизмов защиты от уязвимостей Meltdown и Spectre на производительность на примере Intel NUC7i7BNH
реклама
Как известно, уязвимости Meltdown и Spectre, являющиеся проблемой в безопасности процессоров, были исправлены, и нам было интересно узнать, как эти изменения отразятся в процессе тестирования. Для этого мы будет сравнивать результаты, полученные на системах с новыми процессорами, уже имеющими исправления, с результатами тестирования систем со старыми процессорами, не обладающими защитой Meltdown и Spectre.
реклама
Характеристики тестовой системы
В качестве системы с уже включенной защитой была взята платформа Intel NUC7i7BNH с процессором Kaby Lake. Мы выбрали ее, во-первых, потому, что эта платформа появилась на рынке относительно недавно, а во-вторых, потому, что, в отличие от других производителей, чьи системы у нас были, Intel для активации защиты предлагает обновление BIOS.
реклама
Intel NUC7i7BNH |
|
---|---|
Процессор |
Intel Core i7-7567U Kaby Lake-U, 2C/4T, 3.5 - 4.0 GHz, 14nm+, 4 MB L2, 28W TDP |
Память |
Crucial Ballistix Sport LT BLS16G4S240FSD.16FAD DDR4 15-15-15-35 @ 2133 MHz 2x16 GB |
Графика |
Intel Iris Plus Graphics 650 |
Накопители |
ADATA SX8000NP (128 GB; M.2 Type 2280 PCIe 3.0 x4 NVMe; Micron 32L 3D MLC) |
Сеть |
Intel Dual Band Wireless-AC 8260 (2x2 802.11ac - 866 Mbps) 1x Intel 10/100/1000 RJ-45 GbE |
Аудио |
3.5mm HD audio 5.1/7.1 |
Порты |
4x USB 3.0 Type-A 1x Thunderbolt 3 USB-C 1x micro-SDXC |
ОС |
Windows 10 Enterprise x64 |
Цена |
445$ |
Полные характеристики |
Intel NUC7i7BNH |
Тесты проводились на трех конфигурациях с защитой от атак:
- Полностью без защиты
- Только с исправлениями для ОС
- С исправлениями для ОС и микрокода процессора
Наша система получится несколько выбивающейся из общей массы, поскольку обновления микрокода все еще находятся в стадии распространения и большинство систем обходятся только лишь одной защитой на уровне патчей для операционной системы. В то же время, так как исправления микрокода предназначены в основном для Spectre, а исправления для Meltdown реализуются на уровне ОС, то это позволит нам разглядеть уровень влияния исправлений микрокода на существующий уровень производительности с учетом исправлений для ОС.
реклама
Система без какой-либо защиты от атак работала на Windows 10 версии 16299.125 и BIOS v0054. Как мы можем видеть из скриншота ниже, система восприимчива как к Spectre, так и к Meltdown.
Вторая конфигурация использовала Windows 10 версии 16299.309 и BIOS v0060. Как видно, система устойчива к Meltdown, но не к Spectre.
реклама
Последняя полностью пропатченная система работала на Windows 10 версии 16299.214 и BIOS v0061. Данная конфигурация демонстрирует полную защиту как от Spectre, так и от Meltdown.
В процессе испытаний, для оценки влияния исправлений на производительность системы, мы использовали набор тестов для настольных компьютеров с низким энергопотреблением и промышленных ПК.
Результаты тестов SYSmark 2014 SE и PCMark 10
SYSmark 2014 SE - это бенчмарк, основанный на приложениях, использующихся в реальной работе, который воспроизводит типичные шаблоны использования офисных программ, создания медиа-контента и анализа данных/финансового анализа. Кроме того, данный тестовый пакет рассматривает такой аспект, как пользовательский опыт, который связан с запуском приложений и открытием файлов, многозадачностью и т.д. Результаты сравниваются с некоей усредненной системой, которая на графиках обозначена как эталонная система SYSmark 2014 SE. Она подоразумевает использование Intel Core i3-6100, 4 ГБ оперативной памяти и 256 ГБ SATA SSD. В каждом из сценариев эталонная система имеет результат, равный 1000, и результат 2000 будет означать, что тестируетмая система в два раза быстрее, чем эталонная.
Как мы можем видеть, исправления действительно имеют определенное влияние на производительность. Оно варьируется от приблизительно 5% в офисных сценариях до примерно 10% в тестах на отзывчивость.
Кроме тестов на производительность SYSmark 2014 SE также замеряет энергопотребление систем. Результаты показывают, что, хотя внедрение механизмов защиты от атак и делает систему медленнее, но вместе с тем при выполнения заданий она также потребляет и меньше количество энергии.
Результаты тестов Futuremark PCMark 10
PCMark 10 оценивает систему с учетом различных сценариев использования, среди них фигурируют как общие задачи, такие как просмотр веб-страниц и запуск приложений, так и задачи, характеризующиеся производительной деятельностью, это редактирование документов, игры и создание контента. Бенчмарки запускались с профилем PCMark 10 Extended, результаты фиксировались с учетом различных сценариев. Хотя основное влияние на них оказывали процессор и графический чип, оперативная память и запоминающие устройства также вносили некоторый вклад. В процессе работы PCMark 10 схема энергопотребления была установлена в режим "Сбалансированный".
Как и в SYSmark 2014 SE, изменение производительности заметно во всех сценариях использования. Так, в сценарии Essential, при котором происходит оценка работы основных и неотъемлемых частей ОС, результаты системы, экипированной защитой от угроз, примерно на 6,5% ниже, чем у системы, не имеющей какой-либо защиты. Однако производительность в играх страдает не сильно. Суммарный результат ниже приблизительно на 2,3%.
Результаты тестов Futuremark PCMark 8
Мы продолжаем использовать тестовый пакет PCMark 8, так как он имеет больше аспектов сравнения. PCMark 8 предоставляет возможность проверки в различных условиях, домашних, творческих, рабочих и сравнение производительности как только с участием процессора, так и с использованием ускорения OpenCL. Мы прогнали бенчмарки на выбранных конфигурациях с учетом всех трех сценариев использования. Поскольку в данном случае оценки в значительной степени зависят от использующегося в системе процессора, то не вызывает удивления тот факт, что процессор влияет на производительность. Результаты пропатченной системы в среднем на 2% ниже.
Другие тесты Futuremark
Пакет PCMark 7 демонстрирует 4%-ную потерю производительности.
Результаты в 3DMark 11 с установкой "Entry" и 3DMark 2013 Cloud Gate с активированной защитой оказываются даже лучше, но в 3DMark 2013 Ice Storm производительность просаживается на более чем 13%.
Результаты тестирования дисковой подсистемы в Futuremark PCMark 8
В пакете PCMark 8 присутствует бенчмарк для оценки быстродействия дисковой подсистемы, который генерирует типичные рабочие нагрузки на устройства хранения данных, такие как загрузка игр и обработка документов. Результаты представлены в двух формах, первая - это обычный числовой результат, а вторая показывает замеренную пропускную способность дисковой подсистемы.
В то время, как абсолютный результат защищенной конфигурации ниже всего лишь на 1.3%, пропускная способность дисковой подсистемы уменьшилась на приблизительно 29%. Подобная потеря в производительности частично объясняется тем, что производительность NVMe накопителей связана с процессором. Весьма вероятно, что SATA накопители не будут испытывать такой резкой потери производительности из-за внедрения исправлений.
Прочие тесты
Для тестирования 3D-рендеринга мы используем CINEBENCH R15, который предлагает три режима: OpenGL, однопоточный и многопоточный. Патчи практически не оказывают влияния на данный тест, все полученные результаты находятся в пределах погрешности, возникающей при многочисленном прогоне бенчмарка.
Следующий тест, x264 v5.0, также показывает отсутствие воздействия на производительность заплаток для Meltdown и Spectre.
7-Zip представляет собой очень эффективную программу для сжатия, которая в тестах при использовании только лишь центрального процессора зачастую опережает коммерческие варианты, содержащие ускорение с помощью OpenCL. 7-Zip включает в себя бенчмарк, предоставляющий множество деталей относительно эффективности работы процессора. В данном тестовом наборе нас интересуют оценки сжатия и распаковки, выраженные в MIPS, при задействовании всех доступных потоков. И здесь защитные механизмы также не оказывают практически никакого воздействия на производительность, полученные результаты опять располагаются в пределах погрешности.
Бенчмарк Agisoft PhotoScan преобразует двухмерные изображения в трехмерные карты из точек, мешей и текстур. Мы используем версию, работающую из командной строки, которая предлагает два режима работы: с участием только центрального процессора и с участием как центрального, так и графического процессоров (с помощью OpenCL). В версии 1.3 обрабатывается 84 фотографии и выполняется четыре этапа вычислений:
- Выравнивание фотографий (доступно ускорение с помощью OpenCL)
- Построение облака точек (доступно ускорение с помощью OpenCL)
- Построение мешей
- Построение текстур
Мы засекаем время, затраченное на прохождение каждого из этапов. Поскольку одни элементы программы являются однопоточными, другие многопоточными, и некоторые из них используют графический процессор, то этот тест можно считать достаточно важным с точки зрения создания и редактирования медиаконтента.
Так как это несинтетический бенчмарк, то на некоторых этапах мы можем разглядеть изменения в производительности. На первом и последнем отсутствуют значительные различия, тогда как на втором и третьем разница составляет около 12,8% и 6,8% соответственно в случае запуска без задействования графического процессора.
Подведение итогов
В таблице ниже приводятся результаты, показывающие уровень потери производительности в различных тестах.
Бенчмарк |
Результат (полная защита vs без защиты) |
---|---|
SYSmark 2014 SE - Общий рейтинг |
-5.47% |
SYSmark 2014 SE - Офисные задачи |
-5.17% |
SYSmark 2014 SE - Создание медиаконтента |
-4.11% |
SYSmark 2014 SE - Анализ данных / фин. анализ |
-2.05% |
SYSmark 2014 SE - Отзывчивость |
-10.48% |
PCMark 10 Общий результат |
-2.31% |
PCMark 10 Базовая производительность |
-6.56% |
PCMark 10 Продуктивность |
-8.03% |
PCMark 10 Игры |
+5.56% |
PCMark 10 Создание контента |
-0.33% |
PCMark 8 - Домашние задачи |
-1.9% |
PCMark 8 - Создание контента |
-2.32% |
PCMark 8 - Рабочие задачи |
-0.83% |
PCMark 8 - Дисковая подсистема |
-1.34% |
PCMark 8 - Пропускная способность д.п. |
-29.15% |
PCMark 7 - Общий результат |
-4.03% |
3DMark 11- Преднастройка Entry |
+2.44% |
3DMark 13 - Cloud Gate |
+1.14% |
3DMark 13 - Ice Storm |
-13.73% |
Photoscan v1.3 - Этап 1 |
-2.09% |
Photoscan v1.3 - Этап 2 |
-12.82% |
Photoscan v1.3 - Этап 3 |
-6.70% |
Photoscan v1.3 - Этап 4 |
-2.84% |
Photoscan v1.3 - Этап 1 (GPU) |
+1.1% |
Photoscan v1.3 - Этап 2 (GPU) |
+1.46% |
Cinebench R15 - Однопоточный режим |
+3.58% |
Cinebench R15 - Многопоточный режим |
-0.32% |
Cinebench R15 - OpenGL |
+3.78% |
x264 v5.0 - Проход 1 |
-1.1% |
x264 v5.0 - Проход 2 |
-0.75% |
7z - Сжатие |
-0.16% |
7z - Распаковка |
-0.38% |
Выявленные в процессе тестирования, +/-3%-ные отклонения в производительности, которые имеют отображение во многих подтестах, являются нормой. Значительные изменения проявляются в процессе испытаний дисковой подсистемы. Кроме того, в определенных вычислительных нагрузках потеря производительности превышает 10%.
В целом заметно, что исправления для Meltdown и Spectre оказывают влияние в большей степени на приложения, использующиеся в реальной работе, нежели на синтетические тесты. Основными факторами, воздействующими на результаты бенчмарков являются устройства хранения и подсистема ввода-вывода. Чем больше операций производится, тем более вероятно, что патчи скажутся на работе программы. И наоборот, интенсивные вычислительные нагрузки, которые слабо связаны с операциями ввода-вывода, не так чувствительны к изменениям. Некоторая ирония состоит в том, что наиболее подвержены снижению производительности те системы, которые имеют наиболее быстрые накопители.
Источник: AnandTech
реклама
Лента материалов
Соблюдение Правил конференции строго обязательно!
Флуд, флейм и оффтоп преследуются по всей строгости закона!
Комментарии, содержащие оскорбления, нецензурные выражения (в т.ч. замаскированный мат), экстремистские высказывания, рекламу и спам, удаляются независимо от содержимого, а к их авторам могут применяться меры вплоть до запрета написания комментариев и, в случае написания комментария через социальные сети, жалобы в администрацию данной сети.
Комментарии Правила