Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ Раздел 1

70

В первую очередь следует отметить, что те процессоры, которые рассчитаны на использование с 800-мегагерцовой шиной, могут без проблем работать в материнских платах, совместимых с Pentium D, выполненными на основе 90 нм технологического процесса. Процессор Pentium Extreme Edition 955 наоборот работает при частоте шины 1066 МГц, которая не была предусмотрена в старых чипсетах для двухъядерных процессоров. Поэтому, выход Pentium Extreme Edition 955 сопровождается появлением материнских плат на базе нового чипсета Intel 975X Express.

Рис. 2.6 — Чипсет Intel 975X Express

У чипсета лишь два отличия от Intel 955X Express. Вопервых, он официально поддерживает Pentium Extreme Edition 955, а во-вторых, позволяет разделять графическую шину PCI Express x16 на две шины PCI Express x8. Это даёт возможность организовать на платах, основанных на новом наборе логики, как работу с многомониторными конфигурациями.

71

Intel установил для Pentium Extreme Edition 955 тот же уро-

вень типичного тепловыделения, который указывался и для

Pentium Extreme Edition 840 — 130 Вт.

Рис. 2.7 — Сравнительная таблица энергопотребления процессоров

Процессоры Presler стали действительно экономичнее своих предшественников. Конечно, о качественном скачке речь не идёт, но работающий на более высокой частоте, чем Smithfield, процессор Presler, который к тому же обладает и большим объёмом кеш-памяти, демонстрирует примерно на 13 % более низкий уровень энергопотребления. С другой стороны, весь энтузиазм по поводу энергопотребления 65 нм ядер процессоров Intel сразу проходит, если их сравнивать с предложениями AMD. Что уж поделать, таковы особенности архитектуры NetBurst: экономичности от неё ждать не приходится.

Помимо возросшей производительности, новое ядро двухъядерных процессоров Intel, Presler, может похвастать и очень хорошим разгонным потенциалом. Без применения специальных методов охлаждения легко удается повысить частоту Pentium Extreme Edition 955 до 4.26 ГГц, а при высокотехнологичном теплоотводе — и до 5.5 ГГц.

Не следует забывать и о недостатках архитектуры NetBurst, которые остались унаследованы и в 65 нм процессорах Presler. Это — высокое тепловыделение и энергопотребление данных

CPU.

72

2.2.5 Двухъядерный процессор Opteron 165 (Toledo) AMD

Opteron 165 (90 нм ядро Toledo ревизии E6) ориентирован на использование в составе Socket 939 систем и поддерживает обычную DDR SDRAM память, обладает кеш-памятью второго уровня объёмом 2 Мбайта (по 1 Мбайту на каждое ядро). Невысокая же стоимость Opteron 165 обусловлена его пониженной тактовой частотой, составляющей всего лишь 1.8 ГГц. То есть, это — самый низкочастотный двухъядерный процессор AMD.

Таблица 2.7

Приравняв Opteron 165 к процессорам для настольных компьютеров, можно сравнить его производительность с другими сравнительно дешёвыми CPU с двухъядерной архитектурой

(AMD Athlon 64 X2 3800+, Pentium D 920 и Pentium D 930).

Производительность Opteron 165 лежит между быстродействием Pentium D 920 и Pentium D 930. В игровых же приложениях (преимущества увеличенной кеш-памяти второго уровня) Opteron 165 несколько выигрывает.

73

2.2.6 Двухъядерные процессоры Athlon 64 X2 (AMD)

Линейка двухъядерных процессоров от AMD получила название Athlon 64 X2. Это наименование отражает как тот факт, что новые двухъядерные CPU имеют архитектуру AMD64, так и то, что в них присутствует два вычислительных ядра. Семейство Athlon 64 X2 на момент его появления на прилавках магазинов включает четыре процессора с рейтингами 4200+, 4400+, 4600+ и 4800+.

Следует отметить, что реализация двухъядерности в процессорах AMD несколько отличается от реализации Intel. Хотя, как и

Pentium D и Pentium Extreme Edition, Athlon 64 X2 по сути пред-

ставляет собой два процессора Athlon 64, объединённых на одном кристалле, двухъядерный процессор от AMD предлагает несколько иной способ взаимодействия ядер между собой. Дело в том, что подход Intel заключается в простом помещении на один кристалл двух ядер Prescott. При такой организации двухъядерности процессор не имеет никаких специальных механизмов для осуществления взаимодействия между ядрами. То есть, как и в обычных двухпроцессорных системах на базе Xeon, ядра в Smithfield общаются (например, для решения проблем с когерентностью кэшей) посредством системной шины. Соответственно, системная шина разделяется между ядрами процессора и при работе с памятью, что приводит к увеличению задержек при обращении к памяти обоих ядер одновременно. Инженеры AMD предусмотрели возможность создания многоядерных процессоров ещё на этапе разработки архитектуры AMD64. Благодаря этому, в двухъядерных Athlon 64 X2 некоторые узкие места удалось обойти. Во-первых, дублированы в новых процессорах AMD далеко не все ресурсы. Хотя каждое из ядер Athlon 64 X2 обладает собственным набором исполнительных устройств и выделенной кэш-памятью второго уровня, контроллер памяти и контроллер шины Hyper-Transport на оба ядра общий. Взаимодействие каждого из ядер с разделяемыми ресурсами осуществляется посредством специального Crossbar-переключателя и очереди системных запросов (System Request Queue). На этом же уровне организовано и взаимодействие ядер между собой, благодаря чему вопросы когерентности кэшей решаются без дополнительной нагрузки на системную шину и шину памяти.

Таким образом, единственное узкое место, имеющееся в архитектуре Athlon 64 X2 — это пропускная способность подсистемы памяти 6.4 Гбайт в секунду, которая делится между процессорными ядрами. Впрочем, в будущем году AMD планирует перейти на использование более скоростных типов памяти, в частности двухканальной DDR2-667 SDRAM. Этот шаг должен положительно сказаться на увеличении производительности именно двухъядерных CPU.

Отсутствие поддержки современных типов памяти с высокой пропускной способностью новыми двухъядерными процессорами объясняется тем, что AMD в первую очередь стремилась сохранить совместимость Athlon 64 X2 с существующими платформами. В результате, эти процессоры могут использоваться в тех же самых материнских платах, что и обычные Athlon 64. Поэтому, Athlon 64 X2 имеют Socket 939 корпусировку, двухканальный контроллер памяти с поддержкой DDR400 SDRAM и работают с шиной HyperTransport с частотой до 1 ГГц. Благодаря этому единственное, что требуется для поддержки двухъядерных

75

CPU от AMD современными Socket 939 материнскими платами, — это обновление BIOS. Следует отметить, что без необходимой поддержки со стороны BIOS, Athlon 64 X2 в любой материнской плате превосходно работает в одноядерном режиме. То есть, без обновлённой прошивки наш Athlon 64 X2 4800+ работал как

Athlon 64 4000+.

Вэтой связи примечательно, что, к счастью, инженерам AMD удалось вписать в ранее установленные рамки и энергопотребление Athlon 64 X2. Таким образом, в части совместимости с существующей инфраструктурой двухъядерные процессоры от AMD оказались лучше конкурирующих продуктов Intel. Smithfield совместим лишь с новыми чипсетами i955X и NVIDIA nFroce4 (Intel Edition), а также предъявляет повышенные требования к конвертеру питания материнской платы.

Воснове процессоров Athlon 64 X2 использованы ядра с кодовыми именами Toledo и Manchester степпинга E, то есть по своему функционалу (за исключением возможности обработки двух вычислительных потоков одновременно) новые CPU подоб-

ны Athlon 64 на базе ядер San Diego и Venice. Так, Athlon 64 X2

поддерживают набор инструкций SSE3, а также имеют усовершенствованный контроллер памяти. Среди особенностей контроллера памяти Athlon 64 X2 следует упомянуть возможность использования разномастных модулей DIMM в различных каналах (вплоть до установки в оба канала памяти модулей разного объёма) и возможность работы с четырьмя двухсторонними модулями DIMM в режиме DDR400.

Процессоры Athlon 64 X2 (Toledo), содержащие два ядра с кэш-памятью второго уровня по 1 Мбайту на каждое ядро, состоят

из примерно 233.2 млн транзисторов и имеет площадь около 199 кв. мм. Таким образом, как того и следовало ожидать, кристалл и сложность двухъядерного процессора оказывается примерно вдвое больше кристалла соответствующего одноядерного CPU.

2.2.7 Линейка Athlon 64 X2

Линейка процессоров Athlon 64 X2 включает в себя четыре модели CPU c рейтингами 4800+, 4600+, 4400+ и 4200+. В их ос-

нове могут использоваться ядра с кодовыми именами Toledo и

76

Manchester. Различия между ними заключаются в размере кэшпамяти второго уровня. Процессоры с кодовым именем Toledo, которые обладают рейтингами 4800+ и 4400+, имеют два L2 кэша (на каждое из ядер) объёмом 1 Мбайт. CPU же с кодовым именем Manchester располагают вдвое меньшим объёмом кэш-памяти: два раза по 512 Кбайт.

Частоты двухъядерных процессоров AMD достаточно высоки и равны 2.2 или 2.4 ГГц. То есть, тактовая частота старшей модели двухъядерного процессора AMD соответствует частоте старшего процессора в линейке Athlon 64. Это означает, что даже в приложениях, не поддерживающих многопоточность, Athlon 64 X2 сможет демонстрировать очень хороший уровень производительности.

Что же касается электрических и тепловых характеристик, то, несмотря на достаточно высокие частоты Athlon 64 X2, они мало отличаются от соответствующих характеристик одноядерных CPU. Максимальное тепловыделение новых процессоров с двумя ядрами составляет 110 Вт против 89 Вт у обычных Athlon 64, а ток питания возрос до 80 А против 57.4 А. Впрочем, если сравнивать электрические характеристики Athlon 64 X2 с спецификациями Athlon 64 FX-55, то рост максимального тепловыделения составит всего лишь 6Вт, а предельный ток и вовсе не изменится. Таким образом, можно говорить о том, что процессоры Athlon 64 X2 предъявляют к конвертеру питания материнских плат примерно такие же требования, как и Athlon 64 FX-55.

Целиком характеристики линейки процессоров Athlon 64 X2 выглядят следующим образом:

Таблица 2.8

77

Окончание табл. 2.8

Следует отметить, что AMD позиционирует Athlon 64 X2 как совершенно независимую линейку, отвечающую своим целям. Процессоры этого семейства предназначаются той группе продвинутых пользователей, для которой важна возможность использования нескольких ресурсоёмких приложений одновременно, либо применяющих в повседневной работе приложения для создания цифрового контента, большинство из которых эффективно поддерживает многопоточность. То есть, Athlon 64 X2 представляется неким аналогом Athlon 64 FX, но не для игроков, а для энтузиастов, использующих PC для работы.

При этом выпуск Athlon 64 X2 не отменяет существование остальных линеек: Athlon 64 FX, Athlon 64 и Sempron. Все они продолжат мирно сосуществовать на рынке.

Но, отдельно следует отметить тот факт, что линейки Athlon 64 X2 и Athlon 64 имеют унифицированную систему рейтингов. Это значит, что процессоры Athlon 64 с рейтингами выше 4000+ на рынке не появятся. В то же время семейство одноядерных процессоров Athlon 64 FX будет продолжать развиваться, поскольку данные CPU востребованы геймерами.

Тепловые и электрические характеристики. На рисунке сравнивается температура Athlon 64 X2 4800+ с температурой других Socket 939 процессоров (Idle time — период времени, в течение которого процессор, находясь в рабочем состоянии, не выполняет полезной работы; burn-in period — электротермотренировка, ЭТТ).

78

Athlon 64 3800+ (E3)

Athlon 64 3800+ (CG)

Athlon 64 X2 4800+

Athlon 64 FX-55

Burn Idle

Рис. 2.9 — Температурные режимы процессоров Athlon

В состоянии покоя температура Athlon 64 X2 оказывается несколько выше температуры процессоров Athlon 64 на ядре Venice. Однако, несмотря на наличие в нём двух ядер, этот CPU не горячее чем одноядерные процессоры, производимые по 130 нм технологическому процессу. Причём, такая же картина наблюдается и при максимальной нагрузке CPU работой. Температура Athlon 64 X2 при 100-процентной загрузке оказывается меньше температуры Athlon 64 и Athlon 64 FX, в которых используются 130 нм ядра. Таким образом, благодаря пониженному напряжению питания и использованию ядра ревизии E инженерам AMD действительно удалось добиться приемлемого тепловыделения своих двухъядерных процессоров.

Сравнение Athlon 64 X2 с соответствующей характеристикой одноядерных Socket 939 CPU и старших процессоров Intel.

Как это ни покажется удивительным, но энергопотребление Athlon 64 X2 4800+ оказывается ниже энергопотребления Athlon 64 FX-55. Объясняется это тем, что в основе Athlon 64 FX-55 лежит старое 130 нм ядро, так что в этом нет ничего странного. Основной же вывод заключается в другом: те материнские платы, которые были совместимы с Athlon 64 FX-55, способны (с точки зрения мощности конвертера питания) поддерживать и новые двухъядерные процессоры AMD.

Рис. 2.10 — Режимы энергопотребления процессоров Athlon

Вместо (Socket 939 системах от AMD) AMD предлагает в настоящее время более скоростные процессоры под платформу Socket AM2 с поддержкой DDR2 памяти. Сняты с производства процессоры Athlon 64 X2, снабжённые кэш-памятью второго уровня общим объёмом 2 Мбайта.

Таблица 2.9