Лаборатория продолжает цикл статей о ретроклокинге. И в этот раз мы решили посвятить статью одной цифре. Хотя она всего одна, но для компьютерной индустрии значила очень многое, если не больше.
Как вы, наверное, уже догадались, речь далее пойдет об одном гигагерце. Еще на заре компьютерных времен, когда производительность исчислялась мегагерцами, основные игроки процессорного рынка – AMD и Intel, и они же конкуренты, стремились первыми покорить заветный гигагерц…
В рамках данной статьи были собраны все процессоры AMD и Intel со штатной частотой 1 ГГц, дабы выяснить, инженерам какой компании это удалось лучше.
С момента выпуска в 1971 году первого однокристального и общедоступного процессора Intel 4004, который работал на 0.74 МГц, для покорения заветного гигагерца понадобилось чуть более 28 лет.
Первую гонку за покорение этой вершины выиграла AMD и ее процессор, носящий имя Athlon. Второй гигагерц был покорен всего лишь через полтора года, первым в этот раз был Intel и его Pentium 4 – первенец микроархитектуры «NetBurst». Третий гигагерц был также за Intel, но срок его покорения все тем же Pentium 4 составил уже год и два месяца.
Четвертый гигагерц дался тяжелее. Производители процессоров поняли, что не в частоте ядер счастье, а в их количестве. На его покорение индустрии понадобилось 9 лет и 3 месяца. Первым взял эту планку представитель AMD с микроархитектурой Bulldozer - FX-4170. Пятый гигагерц вновь оказался за AMD и ее FX-9590, принадлежащий к микроархитектуре «Piledriver», который в номинале работал на 4.7 ГГц но благодаря технологии «Turbo Core» покорял заветные 5 ГГц. Для достижения этой частоты с предыдущей отметки понадобилось 1 год и 4 месяца.
Эволюция процессорных гигагерц продолжает развиваться, и пока еще загадка, кто первым покорит следующий рубеж в 6 ГГц. Быстрее, наверное, будет 60 ядер под крышкой, нежели процессоры доберутся до этой следующей заветной частоты. Я же представлю героев теста. Встречаем!
Перед вами девять процессоров: четыре из «зеленого» лагеря и пять из «синего». Кто есть кто, думаю, понятно. Остановлюсь отдельно на каждом экземпляре.
Первым честь быть представленным выпала покорителю одного гигагерца – AMD Athlon в слотовом исполнении (подробнее об особенностях картриджей AMD можно прочесть в этой статье).
На фото выше Athlon c частотою 1 ГГц с маркировкой K7100MNR53B А, который основан на ядре «Pluto». Хотя AMD специально, чтобы подчеркнуть значимость своих высокочастотных версий процессоров от 900 МГц до 1 ГГц, назвала ядро отдельным именем – «Orion».
Перед вами лидер гонки гигагерц
Процессор производился по нормам 180 нм, форм-фактор – слотовый картридж, под которым находилось ядро и две микросхемы кэш-памяти второго уровня общим объемом 512 Кбайт. Рабочее напряжение ЦП составляло 1.8 В.
Следующий представитель – это 1 ГГц AMD Athlon c FSB 100 МГц и маркировкой A1000AMT3C. В основе процессора лежит знаменитое ядро «Thunderbird» или «Буревестник», который наделал в свое время много шума на процессорном рынке.
Процессор, как и предыдущий экземпляр, изготавливался по нормам 180 нм техпроцесса, имел 256 Кб кэш-памяти второго уровня, интегрированной в кристалл CPU, и рабочее напряжение 1.75 В.
Еще одним вариантом 1 ГГц «буревестника» была модель с FSB равной 133 МГц и уменьшенным с 10 до 7.5 множителем, в остальном же это был такой же процессор.
Новые процессоры на ядре «Thunderbird» производили в то время две фабрики: первая «Fab 32» в Остине, штат Техас (180 нм алюминий) и вторая «Fab30» в Дрездене, Германия (180 нм медь). По данным производителя декларировалось, что разницы между двумя чипами, изготовленными на различных фабриках, нет. Но на практике все было иначе. Процессоры, изготавливающиеся с применением медных технологий, разгонялись лучше из-за лучших токопроводящих свойств меди. Как ни странно, отличить их можно и сейчас на глаз. Чипы с алюминиевыми соединениями переливаются зеленоватым блеском, а медные – синим.
Четвертым представителем «зеленого» лагеря является процессор с некогда непривычным русскому слуху именем – Duron, основанный на ядре «Morgan». Процессор с тактовой частотой 1 ГГц коренным образом отличался от своих старших братьев.
Для начала посмотрим на его характеристики глазами утилиты CPU-Z:
Техпроцесс производства остался прежним 180 нм, объем кэш-памяти второго уровня сократился вчетверо и равнялся скромным 64 Кб, что вдвое меньше чем у Intel Celeron. Но из-за особенности архитектуры процессоров AMD K7 данные кэша L1 не дублировались в L2, поэтому эффективный объем кэша можно принять равным суммарному объему L1 и L2 - то есть 192 Кб.
Важно отметить, что процессор обзавелся набором инструкций SSE, так как, по сути, он представлял собою следующее поколение процессоров AMD на ядре «Palomino» из новой линейки Athlon XP. В новом ядре было пересмотрено заново расположение всех его модулей в целях уменьшения энергопотребления, которое в результате удалось снизить на 20%. Значительно улучшена система кэширования, добавился блок аппаратной предвыборки данных, позволяющий более эффективно работать с памятью, а также был расширен набор инструкций 3DNow!.
Мне удалось найти интересные фото ядра Thunderbir’a c макро увеличением, на них хорошо видны структурные блоки процессора, думаю многим будет интересно взглянуть:
Теперь переходим к конкурирующим моделям «синего» лагеря. Начну с процессора в слотовом исполнении Intel со SPEC кодом SL4BS.
Перед нами Pentium-III на ядре «Coppermine», облаченный в картридж. Из маркировки видно, что процессор работает на частоте 1 ГГц, обладает кэш-памятью второго уровня объемом 256 Кбайт, рабочее напряжение составляет 1.7 В, частота FSB равна 133 МГц.
Процессор был анонсирован через два дня после выхода слотового Athlon – 8 марта 2000 c рекомендованной ценой $990.
Как и у AMD, у INTEL существовали 1 ГГц модели с FSB 100 и 133 МГц. Мне удалось найти самый быстрый вариант с FSB 133 МГц и множителем х7.5. Модели с FSB 100 МГц и множителем х10 найти сейчас очень проблематично.
Как видите, CPU-Z несколько недоумевает и думает, что перед нами 750-й «третий пентиум», но на самом деле все иначе.
Следующим представителем будет выступать такой же «Coppermine», но с форм-фактором Socket 370. Все остальные характеристики полностью совпадают со слотовой версией.
Следующий Pentium-III уже интереснее. Достаточно взглянуть на его внешний вид:
Перед нами процессор со SPEC кодом SL5QJ, который обзавелся теплораспределительной крышкой и представляет собою минимально улучшенный вариант предыдущего ядра «Coppermine». Онподдерживает работу системной шины GTL+, отличающуюся более низким энергопотреблением и ориентирован на работу с чипсетами, поддерживающими процессоры с ядром «Tualatin».
По сути «Coppermine-Т» был переходным мостом к новому процессорному ядру и обкатке новых технологий на старых системных платах. Благодаря двойной поддержке сигнальных уровней шины AGTL+ 1.5 В и 1.25 В, процессор на ядре «Coppermine-Т» мог легко работать как в платах поддерживающих процессоры в исполнении FC-PGA ,так и FC-PGA2. Ниже на скриншоте спецификация процессора из утилиты CPU-Z:
Как видно из скриншота, все те же 256 Кбайт кэш-памяти второго уровня и частота системной шины 133 МГц. Утилита никак не идентифицирует данный «Coppermine-T» и не отличает от простого «Coppermine».
Следующим участником тестирования станет Intel Celeron с частотой 1 ГГц, со SPEC кодом SL5XT, в основе которого лежит ядро «Coppermine-128».
Перед нами классическая половинка Pentium-III. Под половинкой подразумевается объем кэш-памяти второго уровня по отношению к полноценному Pentium-III. В остальном, кроме частоты системной шины, работающей на 100 МГц, отличий от старших братьев нет.
А вот следующий Celeron относится к более прогрессивному семейству. Достаточно взглянуть на скриншот CPU-Z:
Перед нами Intel Celeron обладающий 265 Кб кэш-памяти 2-го уровня, совсем как у Pentium III.
В основе процессора со SPEC кодом SL5ZF лежит ядро «Tualatin-256», которое производилось по более тонкому 130 нм техпроцессу, потребляло меньше электроэнергии и имело теплораспределительную крышку сверху. В остальном это «урезанный» в некотором роде Pentium III на ядре «Tualatin».
Кроме выше названных отличий от «Coppermine», у нового ядра есть еще одно отличие, заключающиеся в наличие дополнительного блока под названием – «Data Prefetch Logic». Данный блок реализует механизм предвыборки данных, позволяющий загружать в кэш второго уровня данные с упреждением, т.е. до того, как они будут запрошены ядром процессора.
Похожие операции умеет делать Pentium 4, а также AMD Athlon XP на ядре «Palomino», однако для такой предвыборки данных сам канал данных между процессором и памятью должен быть достаточно широким, но ширина FSB у Pentium III явно для этого малопригодна из-за своей малой пропускной способности.
Конфигурация тестового стенда
Процессоры:
Материнские платы:
Оперативная память:
Видеокарта:
Программное обеспечение
Итак, пора проверить, инженеры какой компании лучше справились с поставленной задачей. Но перед оглашением результатов я остановлюсь на тестируемых конфигурациях.
Для всех платформ действовал единый подход: одна и та же система охлаждения, одна и та же оперативная память, настройки конфигурации в BIOS Setup и тайминги памяти установлены на максимальную производительность. При разгоне выбирались последние, либо предпоследние значения, отвечающие за поднятие напряжения на ядро CPU и чипсета.
Если посмотреть на материнские платы, то для тестирования взяты лучшие представители каждого слота/сокета, хотя особняком стоит платформа на Socket 462. Мне, с одной стороны, не хотелось брать модель, рассчитанную на обыкновенную память стандарта SDRAM, поскольку она была бы узким местом при работе с более скоростной шиной EV6. Модели системных плат на чипсете Nvidia nForce2 также отпадали из-за большого отрыва от остальных платформ по техническим характеристикам. Выбор представлялся в виде чипсетов VIA KT266A либо KT333, и я остановился на последнем.
А для того чтобы память с процессором обменивались на одинаковых скоростях, для 1 ГГц Thunderbird c FSB 100 МГц режим памяти устанавливался синхронно – 100 МГц. Для модели «Буревестника» с FSB 133 МГц память работала в режиме 166 МГц для полной демонстрации возможностей чипсета.
Итоговые значения разгона получились следующими:
| Модель | Athlon 1000 (Orion) |
Athlon 1000 (FSB 100) |
Athlon 1000 (FSB 133) |
Duron 1000 |
Pentium III 1000EB |
Pentium III 1000EB |
Pentium III 1000EB |
Celeron 1000 |
Celeron 1000A |
| Ядро | Orion | Thunderbird | Thunderbird | Morgan | Coppermine | Coppermine | Coppermine-T | Coppermine-128 | Tualatin-256 |
| Техпроцесс, нм | 180 | 180 | 180 | 180 | 180 | 180 | 180 | 180 | 130 |
| Разъем | Slot A | Socket 462 | Socket 462 | Socket 462 | Slot 1 | Socket 370 | Socket 370 | Socket 370 | Socket 370 |
| Частота, МГц | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 |
| Разгон, МГц | 1100 | 1205 | 1200 | 1240 | 1120 | 1125 | 1120 | 1250 | 1400 |
| Множитель | 10.0x | 10.0x | 7.5x | 10.0x | 7.5x | 7.5x | 7.5x | 10x | 10x |
| FSB, МГц | 100 | 100 | 133 | 100 | 133 | 133 | 133 | 100 | 100 |
| Кэш L1, Кбайт | 128 | 128 | 128 | 128 | 32 | 32 | 32 | 32 | 32 |
| Кэш L2, Кбайт | 512 | 256 | 256 | 64 | 256 | 256 | 256 | 128 | 256 |
| Напряжение питания, В | 1.80 | 1.75 | 1.75 | 1.75 | 1.75 | 1.75 | 1.75 | 1.75 | 1.50 |
| TDP, Вт | 65 | 54.3 | 54 | 46.1 | 29 | 29 | 29 | 29 | 27.8 |
| Количество транзисторов, млн | 22 | 37 | 37 | 25.5 | 28 | 28 | 28 | 28 | 44 |
| Наличие SSE инструкций | Нет | Нет | Нет | Да | Да | Да | Да | Да | Да |
Как можно видеть, в лидерах по разгону оказался Celeron на ядре Tualatin, который за счет более тонкого техпроцесса опередил всех участников.
Остальные процессоры расположились практически одинаково среди соотечественников по лагерю, и только слотовый AMD продемонстрировал более скромный прирост частоты. Очевидно, что из него уже и так выжали все соки. Переходим к результатам тестов.
Миллион знаков после запятой у числа Pi на частоте 1 ГГц лучше всех посчитал представитель зеленого лагеря с поддержкой SSE – AMD Duron. За ним идет AMD Thunderbird c 133 МГц FSB. Синий лагерь тут проиграл в номинале.
В разгоне в лидерах опять Duron, оба Thunderbird расположились за ним, а вот слотовый Orion получает титул «Мистер разочарование». Вот что значит медленный кэш, не помог даже его вдвое больший объем по отношению к другим участникам тестирования.
В данном тесте картина несколько изменилась, первые три места заняли оба «буревестника» с AMD Duron посередине. Celeron 1000A по-прежнему занимает четвертую позицию, а AMD Orion больше не аутсайдер, его место занял Intel Celeron на ядре Coppermine.
Несмотря на то, что данный тест очень любит тактовую частоту, это не позволило Celeron Tualatin-256 опередить всех – только второе итоговое место, первым же опять оказался AMD Duron.
Картина вообще сложилась интересная: внизу Intel, сверху AMD, а оба процессора Celeron из-за более высокой тактовой частоты при разгоне обошли полноценные Pentium-III.
В современном тесте, использующем Java технологии, победа досталась представителям Intel. Видимо, без поддержки SSE инструкций и любви к высокой тактовой частоте дело не обошлось.
Несмотря на то, что частота оперативной памяти и ее стандарт у платформы AMD выше и лучше, это не смогло повлиять на итоговый результат в пользу Intel.
В данном тесте партию «зеленых» удалось обойти лишь высокочастотному Intel Celeron Tualatin-256. Заслуга в этом кроется в типе оперативной памяти.
Как и в предыдущем тесте, победу AMD разбавил результат Intel Celeron Tualatin-256. Будь в тестирование приглашен Intel Pentium III-S на ядре Tualatin-512, исход событий был бы иным, но это уже другая история.
Для игр тех лет процессоры AMD подходили больше. Intel Celeron явно не лучший выбор геймера, даже и разогнанный; слотовый AMD, некогда бывший лидером в гонке за гигагерц, также не у дел. На этом фоне хорошо смотрится дешевый AMD Duron.
3DMark 2000 Pro v.1.1В данном случае общая картина аналогична предыдущему тесту.
В обновленном 3D бенчмарке картина существенно не меняется, все модели Athlon занимают лидирующие позиции.
Производительность подсистемы памяти в операциях чтения и записи у представителей AMD на высоте за счет использования более быстрой процессорной шины EV6 вкупе с передовым и скоростным стандартом памяти DDR SDRAM.
Посмотрим, как эти характеристики повлияют на чисто процессорные тесты.
AIDA64 v.5.50.3600В целочисленных операциях «зеленый» лагерь потерпел поражение. Данный тест оценивает возможность блока предсказания ветвлений и ошибочного прогнозирования, и тут задействованы целочисленные оптимизации из набора инструкций SSE, которых нет у всех процессоров AMD, за исключением Duron. Благодаря этому он выбился в лидеры среди всех представителей AMD.
AIDA64 v.5.50.3600А тут все с точностью до наоборот. В тесте, оценивающем производительность в операциях одинарной точности с плавающей запятой, блок FPU AMD оказался крепче Intel, хотя ситуация с предыдущим поколением процессоров AMD была противоположной. Наличие у AMD Duron набора инструкций SSE сделало его победителем в данном тесте.
С одной стороны, пора подвести черту и определить, чей гигагерц быстрее. С другой – если изучить все результаты тестов, выясняется, что однозначного фаворита нет. В различных задачах быстрее оказываются разные представители обоих команд, но чаша весов склоняется в сторону AMD.
По представленным результатам хорошо видно влияние расположенного за периметром ядра CPU кэша L2. В качестве одного из примеров возьмем AMD Athlon на базе Orion, который практически каждый раз оказывался в аутсайдерах. Ему не помогла ни быстрая шина EV6, ни быстрая оперативная память. В аналогичную ситуацию попал и Intel Celeron на урезанном Coppermine, но по крайней мере его стоимость соответствовала производительности.
В лидеры вышли AMD Duron на новом (по тем временам) и переработанном ядре Athlon XP и Intel Celeron на ядре Tualatin, как более прогрессивные и технологичные представители одного гигагерца.
