НЕ ГИГАГЕРЦЕМ ЕДИНЫМ…
Обзор современных процессоров

Каждый пользователь PC знает, что вычислительная мощность его системы определяется прежде всего процессором. Процессор – это и есть та “числодробилка”, которая делает в компьютере все, и чем он мощнее – тем быстрее работает компьютер. Однако далеко не все в процессоре определяется мегагерцами тактовой частоты…

Сравнивать друг с другом процессоры – занятие одновременно и простое, и сложное. Это обусловлено тем, что их структурные блоки намного тяжелее рассматривать отдельно друг от друга, чем, например, составные части чипсета материнской платы. Кроме того, в описании процессоров приходится упоминать особенности настолько же сложные для понимания, насколько и не несущие существенной практической пользы для конечного пользователя. В результате автору неизбежно приходится выбирать между двумя крайностями – либо изложение будет изобиловать терминами, малопонятными для 99% читателей, и больше напоминать сборник Processor Data Sheet'ов, либо содержать определенные практические выводы и результаты тестов на реальных задачах, без попыток
углубляться в архитектурные тонкости процессоров. В этой статье я постараюсь действовать согласно второму подходу, но буду по ходу дела давать объяснения, какие именно особенности архитектуры того или иного процессора обеспечивают такие результаты.

По областям применения в PC процессоры могут быть разделены на пять групп:

1. Процессоры для серверов высокого уровня;

2. Процессоры для мощных рабочих станций (в том числе домашних игровых компьютеров);

3. Процессоры для офисных рабочих станций среднего класса;

4. Процессоры для дешевых домашних компьютеров;

5. Процессоры для мобильных компьютеров (ноутбуков и т. д.).

Оставив в стороне специфические серверные процессоры (поскольку они интересны только очень узкому кругу специалистов) и процессоры для ноутбуков (поскольку у них своя особая шкала ценностей – энергопотребление и т. д.), рассмотрим процессоры для трех остальных, наиболее популярных, областей.

ЛИДЕРЫ

Наиболее мощными из доступных в России процессоров для персональных компьютеров сейчас являются Intel PIII Coppermine и AMD Athlon Thunderbird (см. рис.).

Сравнительные характеристики их вариантов с частотой 1 GHz приведены в табл. 1:

Оба изделия имеют кэши L1 и L2, расположенные на кристалле и работающие на полной частоте процессора, однако если у AMD вчетверо больше размер кэша L1, то у Intel вчетверо быстрее работает передача данных из кэша L2. Что окажется важнее – зависит от задачи. В целом, если задача оптимизирована для PIII (минимизированы промахи на кэшах команд и данных L1 для их размера в 16 Кb), PIII окажется быстрее, если не оптимизирована вовсе – вперед может вырваться как один, так и другой процессор.

Существенно, что Pentium III вплотную подошел к своей технологической границе частоты – сделать процессор с алюминиевыми проводниками по технологии 0.18 микрон на частоты более 1 GHz и архитектурой PIII практически невозможно. У Athlon в этом смысле запас больше – его медные проводники позволяют достичь частоты более 1.5 GHz. С другой стороны, технологии Intel более отточены – “алюминиевый” PIII на гигагерц выпущен и работает устойчиво, а кто видел “алюминиевый” AMD хотя бы на 800 MHz? С практической точки зрения это означает, что у Intel есть еще изрядный архитектурный запас прочности – переход на технологию медных проводников позволит PIII достичь рубежа в 2 GHz, кроме того, себестоимость производства “алюминиевых” процессоров у Intel явно ниже, чем у AMD – медных, таким образом Intel загоняет конкурента в финансовый тупик (как она уже проделала это с DEC Alpha).

С точки зрения оверклокинга, процессор PIII с частотой до 1 GHz является более разумным выбором, чем Athlon. Дело в том, что шина Athlon'а не позволяет существенно увеличить внешнюю частоту, и оверклокинг приходится делать изменением коэффициента деления частоты – в то время как некоторые экземпляры PIII допускают поднятие частоты FSB до 150-160 MHz, что пропорционально увеличивает не только характеристики процессора, но и позволяет поднять скорость доступа к памяти (основной и видео), а также скорость встроенных на матплате IDE-интерфейсов. Кроме того, Athlon рассеивает почти вдвое большую мощность, чем PIII, что делает его охлаждение при оверклокинге очень непростой задачей. С другой стороны, при оверклокинге выше 1 GHz Athlon может оказаться более стабильным, нежели PIII.

Набор стабильных чипсетов для новых процессоров достаточно велик: Athlon Thunderbird может работать на двух платформах – AMD750 и VIA KT133, а PIII Coppermine – аж на трех: Intel 440BX, VIA ApolloPro 133A и Intel 815/815E. Остальные чипсеты либо имеют откровенно проигрышные характеристики и могут быть использованы только от крайней бедности (SIS
и т. д.), либо делают систему неразумно дорогой (i820, i840).

А вот как выглядит производительность систем на оптимизированном коде:

Рис. 2. Сравнительная производительность процессоров 1GHz Intel 
и AMD на оптимизированном коде (Quake-III).

Видно, что Intel явно опережает AMD в низких разрешениях, как и предсказывалось (из-за более быстрого кэша). В высоких разрешениях определяющей является уже не скорость процессора, а скорость прокачки данных в видеокарту, поэтому на разницу FPS тут скорее влияет материнская плата, а процессоры выглядят одинаково мощными. С другой стороны, на офисных задачах (MS Word и т. д.) AMD выглядит более быстрым, но нужна ли там такая быстрота? Так что единственные приложения, где Thunderbird выигрывает у Coppermine – это программы 3D-проектирования и визуализации (3D MAX, AutoCAD) – в них сказывается преимущество процессора AMD в рассчетах с числами с плавающей запятой.

СРЕДНЯЯ ЛИНИЯ

Практически вся средняя линия процессоров оккупирована изделиями Intel – это PIII Coppermine младших моделей и новые Celeron'ы также на ядре Coppermine, отличающиеся от PIII только кэшем L2 половинного размера. AMD пытается конкурировать с ними своими процессорами Duron и старыми моделями Athlon. Впрочем, прежний Athlon выглядит явно устаревшим со своим внешним кэшем L2, работающим на половинной частоте процессора, да и статистика отказов говорит не в его пользу.

Что же касается Duron'а, то он представляет собой процессор на собственном ядре, сделанном “по мотивам” Thunderbird, но несколько упрощенном. Его характеристики приведены в табл. 2:

	AMD Duron 650 МHz
Разъем	Socket-462 (Socket-A)
Внешняя шина (FSB)	Alpha EV-6 100 МHz (DDR = 200 МHz)
Множитель	6,5
Кэш-память L1	64 Кb – команды, 64 Кb – данные
Кэш-память L2	64 Кb exclusive – не содержит копию L1
Шина кэш-памяти	64 bit
Число транзисторов	25 000 000
Площадь кристалла	100 кв. мм
Температурные параметры	Рассеиваемая мощность – ~25 W.
Критическая температура – 90 градусов.
Технология	0,18 микрон, медь

Скоростные характеристики процессоров находятся на вполне предсказуемом уровне (см. рис. 3). Стоит отметить существенный проигрыш старого Celeron'а (из-за шины 66 MHz) и то, что ситуация уже исправлена, – Intel выпустила процессоры Celeron на шину 100 MHz (их можно отличить от обычных по букве B в маркировке).

Рис. 3. Сравнительные характеристики процессоров Intel и AMD.

Поведение этих процессоров на реальных задачах аналогично описанному выше для 1 GHz Thunderbird и Coppermine. Опять PIII лидирует на оптимизированных задачах, за ним вплотную идут новые “ускоренные” Celeron'ы – и опять AMD лидирует в 3D-MAX и им подобных рассчетных задачах с низкой степенью оптимизации кода. Что касается оверклокинга, то тут опять предпочтительны Intel PIII и Celeron на ядре Coppermine – их разгон выполняется достаточно просто, путем повышения тактовой частоты, и рост тепловыделения легко парируется либо штатными радиаторами, либо, в экстремальных случаях, относительно недорогими изделиями типа Golden Orb. Duron разгоняется сложнее, путем изменения внутреннего коэффициента деления, и его разогрев гораздо более значителен.

АУТСАЙДЕРЫ

Тут ситуация более разнообразная. Кроме хорошо известных старых процессоров Intel и AMD, здесь есть такое экзотическое изделие, как VIA Cyrix-3. Вот о нем-то и поговорим поподробнее.

Тайваньская компания VIA, имеющая прекрасный опыт войны с Intel на рынке чипсетов, приобрела обанкротившиеся фирмы Cyrix и IDT вместе со всеми имеющимися у них наработками. В результате, в распоряжении VIA оказались две независимые команды разработчиков CPU, имеющие на руках практически готовые проекты процессорных ядер Joshua и Samuel.

Первым должен был появиться процессор от Cyrix, построенный на ядре Joshua, однако он не смог оправдать надежд, возлагаемых на него VIA, поэтому дальше нескольких сэмплов он не пошел. VIA было принято достаточно логичное решение сделать ставку на Samuel.

И вот, наконец-то, первый процессор от VIA, названный как будто в насмешку Cyrix-3 (VIA посчитала бренд Cyrix более раскрученным), но построенный на ядре Samuel от IDT, дошел до потребителей. Для начала взглянем на его характеристики (см. табл. 3).

	VIA Cyrix-3 600MHz
Разъем	Socket-370
Внешняя шина (FSB)	GTL+ 133 MHz
Множитель	4,5
Кэш-память L1	64 Кb – команды, 64 Кb – данные
Кэш-память L2	Отсутствует
Шина кэш-памяти	64 bit
Число транзисторов	11 200 000
Площадь кристалла	76 кв. мм
Температурные параметры	Рассеиваемая мощность – 8 W.
Критическая температура	70 градусов.
Технология	0,18 микрон, алюминий

 В общем, алюминиевый Duron без кэша второго уровня и под интеловский Socket-370. Даже набор SIMD-инструкций 3DNow есть. VIA собирается позиционировать Cyrix-3 как недорогой процессор с приемлемой производительностью для дешевых PC, ноутбуков, Интернет-приставок и т. п. То есть основной сферой применения Cyrix III станут приложения, где производительность процессора не очень критична. Именно поэтому разработчики Samuel решили вообще отказаться от кэша второго уровня, благодаря чему процессор, производимый по технологии 0.18 мкм, получился с небольшим тепловыделением и способен работать на высоких частотах. Ну, в конце-то концов, в Duron'е кэш L2 вдвое меньше, чем у Cyrix-3 кэш L1 – и ничего, работает вполне сносно. Кстати, греется Cyrix очень слабо – версию 500 MHz некоторые используют даже без радиатора! К тому же процессор отлично разгоняется повышением тактовой частоты – например, дешевую версию на 500 MHz (100 MHz FSB) можно разогнать до 665 MHz (133 MHz FSB) и даже до 750 MHz (150 MHz FSB).

Поскольку Cyrix-3 использует процессорный разъем Socket-370, то он потенциально может устанавливаться во все имеющиеся на рынке Socket-370 платы, однако он все же требует поддержки со стороны BIOS системной платы. В настоящий момент пока еще не все производители материнских плат подготовили BIOS update с поддержкой Cyrix-3, поэтому этот CPU работает далеко не во всякой материнской плате.

К сожалению, из-за отсутствия кэша L2 и очень медленного FPU (а также из-за однопоточного конвейера) Cyrix-3 по реальной производительности существенно отстает даже от Celeron на аналогичной тактовой частоте, на некоторых задачах отставание достигает двукратного. Однако в случае, когда надо любой ценой собрать максимально дешевый компьютер, пригодный для дальнейшего апгрейда, он мог бы пригодиться.

ВЫВОДЫ

Собственно, выводы логически следуют из вышеизложенного.

1. Для игровых и мультимедийных компьютеров высшего уровня следует использовать процессоры Intel PIII Coppermine с шиной 133MHz (стандартные с буквой B в обозначении или разогнанные). Эти же процессоры будут оптимальными для универсальных рабочих станций высокой мощности. AMD Athlon Thunderbird подойдет тем, кто профессионально занимается 3D-моделированием или решает вычислительные задачи (однако открытым остается вопрос надежности Thunderbird'ов – ведь Athlon'ы предыдущего поколения показали себя не с лучшей стороны, число отказов на некоторых партиях доходило до 30%).

2. Для игровых компьютеров среднего уровня следует использовать младшие модели PIII Coppermine либо новые Celeron'ы на шину не ниже 100 MHz. Duron не демонстрирует существенно большей производительности, чем новые Celeron'ы на FSB 100 MHz,
и проигрывает при разгоне Celeron'а на 133 MHz.

3. Для офисных рабочих станций среднего уровня оптимальным процессором является новый Celeron на FSB 100 MHz, хотя и Duron тоже неплох. Старые Celeron'ы (Mendocino) c шиной 66 MHz могут быть использованы только для станций начального уровня.

4. Для домашних компьютеров “предельно экономического класса” с прицелом на постепенный Upgrade я бы рекомендовал разогнанные Celeron'ы старых выпусков (Mendocino) под Socket-370 либо AMD Duron (он быстрее, но использует оригинальную материнскую плату – это усложняет дальнейший Upgrade и сужает возможный выбор вариантов). В самом крайнем случае можно использовать устаревшие AMD K6-II, K6-III или экзотический Cyrix-3.

В заключение хочется отметить, что ситуация на рынке процессоров сложилась непростая. Долгое время процессоры AMD отставали от изделий Intel по многим параметрам. Фирме приходилось конкурировать только при помощи удержания низких цен, что не лучшим образом сказывалось на ее финансовом положении и перспективных разработках. Побочным эффектом этого было то, что для процессоров AMD наиболее широкое распространение получили дешевые
(а значит, низкокачественные) платы, что еще больше усуглябляло ситуацию c надежностью систем на этих процессорах (да, были и хорошие модели, однако большинство предпочитало за те же деньги приобрести системную плату на великолепном во всех отношениях i440BX). Вообще, с моей точки зрения, AMD совершила огромный просчет, начав использовать собственную шину и разъемы, несовместимые с изделиями Intel – тут они недооценили инерцию отрасли и ее стремление к унификации изделий.

В результате, при выходе вполне приличных процессоров Athlon Thunderbird (и их урезанных братцев Duron'ов), впервые в отрасли могущих на равных конкурировать с продуктами Intel в широкой гамме приложений, AMD оказалась практически отрезанной от широчайшего рынка апгрейдов (не секрет, что минимум 95% установленных PC-систем используют платы под процессоры Intel). А для сборщиков новых машин опять единственным козырем остается низкая цена изделий AMD, которая заставляет некоторых из них закрывать глаза и на проблемы с надежностью, и на неясные перспективы с апгрейдами (да и вообще с будущим этого процессора).

Фактически, сейчас на рынке процессоров в смертельной схватке сцепились два последних бойца – откормленный, но слегка ожиревший и обленившийся Intel и голодный, но отчаянно борющийся за жизнь AMD. Все остальные соперники раздавлены Intel'ом и либо ушли в историю, либо доживают остаток дней на задворках индустрии. Кто победит в этой последней битве? Для нас с вами это не так уж важно – гораздо важнее тот практический факт, что битва титанов сулит окружающим различные приятные неожиданности (в виде падения цен на процессоры и форсированного выхода на рынок новых, еще более быстрых изделий). Что ж, поживем, увидим…

Владимир Федоров fedorov@rekvizit.ru

---

© Авторские права и копия защищены законом: © Дудкин Александр Константинович, 2002 г.
Копирование любых материалов только с письменного разрешения автора сайта
URL сайта: www.alexishw.mailru.com
Ваши замечания и предложения присылайте по e-mail: alexishw@mailru.com