Современные процессоры Intel и AMD

заниженная системная шина 200МHz (266MHz для Applebred), хотя существуют и "полноценные" Athlon c FSB 200MHz. Так же уже появились урезанные по кэшу Barton’ы, ядро которых носит название Thorton. Есть задачи, в которых между обычными и урезанными процессорами почти нет разницы, а в некоторых случаях отставание довольно серьёзное. В среднем же, при сравнении с неурезанным процессором той же частоты, отставание это равно 10-30%. Зато урезанные процессоры имеют тенденцию лучше разгоняться из-за меньшего объёма кэш памяти и стоят при этом дешевле. Необходимо отметить, что процессоры Celeron работают весьма плохо по сравнению с полноценными P4 - отставание в некоторых ситуациях достигает 50%. Это не касается процессоров Celeron D,в которых кэш второго уровня составляет 256 кбайт (128 кбайт в обычных Celeron) и отставание уже не такое большое.

Основные недостатки процессоров фирм AMD и Intel

Во-первых, у AXP (и Athlon 64) вместо частоты пишется рейтинг, т. е. например 2000+ процессор реально работает на частоте 1667Mhz, но по эффективности работы он соответствует Athlon (Thunderbird) 2000Mhz. Основным недостатком недавно считалась температура. Но последние модели (на ядрах Thoroughbred, Barton и т. д.) по тепловыделению сравнимы Pentium 4, ну а самые последние, на момент написания реферата, модели от Intel (P4 Extreme Edition) греются иногда и значительно больше. По надёжности процессоры теперь тоже не сильно уступают P4, они хоть и не могут пропускать такты при перегреве, но обзавелись встроенным термодатчиком. Athlon XP на ядре Barton обзавелись похожей функцией BusDisconnect - она "отключает" процессор от шины во время холостых тактов, но она фактически бессильна при перегреве от повышенной нагрузки - тут вся "ответственность" перекладывается на термоконтроль материнской платы. "Крепкость" кристалла хоть и повысилась, но из-за уменьшенной площади ядра фактически осталась прежней. Поэтому вероятность повреждения кристалла хоть и стала меньше, но существует. А вот у Athlon 64 процессорный кристалл наконец-то был спрятан под теплорассеивателем (heat spreader), поэтому его повредить будет чрезвычайно сложно. Все неполадки приписываемые AMD часто являются следствием неустановленных или неправильно установленных универсальных драйверов для чипсетов VIA (VIA 4 in 1 Service Pack) или драйверов чипcетов других производителей (AMD, SIS, ALi).

Работают процессоры Atholn XP и Pentium 4 в разных приложениях очень по-разному. Например, в сложных математических вычислениях, архивации, кодировании в MPEG4, P4 часто "обыгрывает" AXP. Но есть и ряд программ, лучше работающих с AXP. В основном это - игры. Для обычного пользователя стоит ориентироваться именно на них, так как перекодировка в любом случае требует много времени, а играм, наоборот, необходимо провести все вычисления как можно быстрее. Уже выпущены процессоры AXP Barton с 400Mhz шиной и принципиально новые K8.

Новые разработки компаний Intel и AMD

Двуядерный процессор

Классический критерий производительности в виде мегагерцев был заменён параллелизмом, когда два ядра в одном чипе позволяют увеличить производительность, поделив между собой нагрузку.

Однако многие приложения не оптимизированы и не могут получить преимущество от дву- или многоядерных окружений. Чтобы использовать несколько процессоров, программное обеспечение должно разбиваться на несколько параллельных потоков. Такой подход позволяет распределить нагрузки по всем доступным вычислительным ядрам, снижая время вычислений сильнее, чем это можно было сделать с помощью одной тактовой частоты. Впрочем, большинство программ сегодня не умеют использовать возможности двуядерных или многоядерных чипов.

Двуядерные процессоры, являются лучшим выбором для тех пользователей, кто желает собрать систему, максимально защищённую по инвестициям на будущее. Но эра одноядерных процессоров в многопроцессорных конфигурациях ещё не закончилась. В качестве примера можно привести цену разумного двухпроцессорного компьютера с одноядерными процессорами с системой, оснащённой передовым двуядерным процессором.

Популярные двуядерные процессоры AMD и Intel стоят около $1000 - примерно столько стоит целый готовый компьютер. В то же время, одноядерные процессоры, работающие на такой же тактовой частоте, обойдутся всего в $300-$350.

Для нашего сравнения были взяты процессоры профессионального уровня, а именно: AMD Opteron и Intel Xeon. AMD просит около $1100 за двуядерный Opteron 275 (2,2 ГГц), в то время как пара одноядерных Opteron 248 обойдётся всего в $700.

Если посмотреть на Intel, то здесь ситуация аналогична. Двуядерный Xeon на 2,8 ГГц стоит около $1100, а два сравнимых 2,8-ГГц одноядерных Xeon обойдутся примерно в $550. Два 3,2-ГГц Xeon стоят около $700.

Платформы AMD

Платформы AMD	Однопроцессорная система, один двуядерный CPU	Двухпроцессорная система, один двуядерный CPU	Двухпроцессорная система, два одноядерных CPU
Платформа	Socket 939	Socket 940	Socket 940
Процессоры	Athlon 64 X2 4400+ (2,2 ГГц) $520	Opteron 275 (2,2 ГГц) $1100	2x Opteron 248 (2,2 ГГц) $700
Материнская плата	$200	$280	$280
Память	2x 1 Гбайт DDR400 $200	2x 1 Гбайт DDR400 ECC регистровая $250	4x 512 Мбайт DDR400 ECC регистровая $250
Общая цена	$920	$1630	$1230
Комментарии	Нельзя модернизировать	Можно добавить второй двуядерный процессор	Одноядерные процессоры можно заменить двуядерными чипами Каждый процессор использует собственную память

В этом исследовании использовались комплектующие среднего класса стоимости. Ориентир был взят на чипсет nVidia nForce4 Professional. Цена двухпроцессорных материнских плат для Socket 940 подразумевает, что каждый процессор оснащается выделенной памятью. Выбирались самые доступные модули памяти от популярных производителей, которые можно было установить в наши материнские платы (4x 512 Мбайт для двухпроцессорной конфигурации против 2x 1 Гбайт для двуядерных конфигураций с одним CPU).

Платформа Intel

Платформа Intel	Однопроцессорная система, один двуядерный CPU	Двухпроцессорная система, один двуядерный CPU	Двухпроцессорная система, два одноядерных CPU
Платформа	Socket 775	Socket 604	Socket 604
Процессоры	Intel Pentium Processor Extreme Edition 840 (3,2 ГГц) $1000	Intel Xeon Dual Core Processor 2,8 ГГц $1100	2x Intel Xeon Processor 3,2 ГГц (2 Мбайт кэша) $700
Материнская плата	$200	$280	$280
Память	2x 1 Гбайт DDR2-667 $250	2x 1 Гбайт DDR2-400 ECC регистровая $250	2x 1 Гбайт DDR2-400 ECC регистровая $250
Суммарная цена	$1450	$1630	$1230
Комментарии	Нельзя модернизировать Pentium D 840 даёт примерно такую же производительность, хотя стоит на $500 меньше. Но он не поддерживает Hyper-Threading.	Можно добавить второй двуядерный процессор Два ядра и четыре потока благодаря Hyper-Threading	Одноядерные процессоры можно заменить двуядерными чипами Два процессора и четыре потока благодаря Hyper-Threading.

У Intel, популярные двуядерные чипы приводят к суммарной цене, существенно превышающей одноядерные двухпроцессорные машины.

Технологии создания процессора со сдвоенным ядром

Сегодня существует три возможных способа создавать двуядерные чипы. Первый заключается в создании тесно связанных двух ядер на едином кристалле. Второй способ - сочетать два обычных ядра на едином кристалле. Третий вариант - разместить два ядра на разных кристаллах в одной упаковке. Первый подход тесно связанных ядер позволяет разработчикам связать между собой отдельные блоки процессора, что потенциально даёт возможность увеличения производительности, в то время как два других решения менее дорогие в разработке и производстве.

Последний вариант, является самым дешёвым способом вступления в двуядерную эру, поскольку он позволяет получить максимально высокий уровень выхода годных кристаллов. При этом каждое ядро можно протестировать и отсеять по тем или иным дефектам.

У размещения двух, в целом, независимых ядер в одну упаковку есть существенный недостаток. Каждый раз, когда одно ядро пожелает получить данные, с которыми работает второе ядро, необходим доступ к системной шине. Несложно представить, что на шину в данном случае ляжет двойная нагрузка. И это характерно не только для 65-нм чипов Presler со сдвоенным ядром, но и для 90-нм двуядерных Smithfield, у которых два ядра находятся на едином кристалле. С другой стороны, дизайн с общим кэшем приводит к проблеме распределения кэша между двумя ядрами.

Intel анонсировала появление общего кэша L2 только в новой микро-архитектуре, которая появится во второй половине 2006 года: процессоры Woodcrest для серверов, Conroe для настольных ПК и Merom для мобильных компьютеров. Вероятно, AMD пойдёт на такой же шаг с выпуском процессоров для Socket M2: Windsor (двуядерный) и Orleans Athlon 64 (версия Revision F).

Сравнение процессоров AMD Athlon 64 и Pentium 4 Extreme Edition

Athlon 64

Пока у AMD появились такие процессоры:

две версии для настольных применений – это Athlon 64 3200+ с тактовой частотой 2000 МГц, одноканальным контроллером памяти DDR400 и разъемом Socket 754 и Athlon 64 FX-51 с тактовой частотой 2200 МГц, разъемом Socket 940 и двухканальным контроллером регистровой памяти DDR400.

и две версии мобильных Athlon 64 – модели 3200+ и 3000+, которые из-за высокого тепловыделения (в районе 80 ватт) смогут применяться лишь в ноутбуках класса "замена десктопа".

По сути, вычислительное ядро процессоров AMD Athlon 64 – это лишь немного измененное ядро прежних Athlon XP.

Однако эти изменения вместе позволяют значительно улучшить производительность. Основные принципиальные особенности новой микроархитектуры AMD64:

Поддержка 64-битной адресации памяти и 64-битные регистры общего назначения при полной совместимости с 32-битными приложениями;

Возросшая до 1 Мбайта эксклюзивная кэш-память второго уровня (L2);

Вдвое (с 64 до 128 бит) увеличенная ширина шины кэш-памяти L2;

Возросло число ступеней вычислительных конвейеров;

Поддержка инструкций SSE2;

Улучшенная схема предсказания переходов;

Интегрированный в процессор контроллер DDR-памяти;

Высокоскоростная шина Hyper-Transport, при помощи которой процессор соединяется с чипсетом;

Защитная металлическая теплорассеивающая крышка;

Встроенная электронная схема для защиты кристалла от перегрева.

Наиболее важными факторами улучшения производительности новых процессоров AMD даже на прежних 32-разрядных приложениях являются возросший объем кэш-памяти, большая скорость работы с кэш-памятью L2 и встроенный контроллер двухканальной DDR-памяти.

Intel Pentium 4 Extreme Edition

Помимо технологии Hyper-Threading, системной шины 800 МГц и тактовой частоты 3,2 ГГц, его основной особенностью является кэш-память третьего уровня объемом 2 Мбайт, расположенная на самом кристалле и работающая на частоте ядра процессора. Она сосуществует с обычным "нортвудовским" кэшем L2 512 кбайт, но кэш у Пентиумов инклюзивный, поэтому суммарный объем для кэширования данных из системной памяти будет не 2,5 Мбайт, а только 2 Мбайт. А кэш L2, имеющий скорость, большую, чем у L3, будет в этом случае кэшировать данные из кэш-памяти L3, а не из системной памяти.

Кристалл нового Pentium 4 происходит от серверных процессоров Xeon MP на 0,13-микронном ядре Gallatin и не является будущим Prescott. Тем не менее, его все же специально доработали для поддержки системной шины 800 МГц и упаковали в корпус от нынешних Pentium 4. Поэтому процессор Pentium 4 Extreme Edition 3,2 ГГц не может работать в многопроцессорных конфигурациях, зато полностью совместим со всеми нынешними материнскими платами на двухканальных чипсетах Intel 875/865 даже без обновления BIOS. Внешне Extreme Edition от обычного Pentium 4 можно отличить лишь по большему количеству фильтрующих конденсаторов с обратной стороны корпуса.

Extreme Edition имеет полный набор прежних признаков Pentium 4 на ядре Northwood и в придачу к ним – дополнительный кэш L3 объемом 2 Мбайт. Который виден, в том числе, при непосредственных измерениях латентности кэш-памяти. Причем латентность кэша L3 оказалась всего вдвое больше, чем у быстродействующего L2.

Программа CPU-Z назвала это ядро как "Northwood", что, конечно, не совсем так, хотя вполне допускается, что во всем, кроме добавочного кэша L3 и схем, его обслуживающих, эти ядра действительно совпадают. Тем не менее, нынешние Нортвуды для системной шины имеют степпинг F29, тогда как Extreme Edition – "всего" F25, а вышедшие год назад первые P4 с технологией HT имели степпинг F27. Таким образом, кристалл нового Pentium 4 продолжает не линейку Northwood, а совсем другую линейку кристаллов Intel – кристалла Gallatin.

Исходя из этого, число транзисторов у Pentium 4 Extreme Edition составляет почти 170 миллионов, что втрое больше, чем у Northwood, хотя площадь и тепловыделение возросло не столь сильно: площадь – менее, чем вдвое, а тепловыделение – менее, чем на 15%. "Новый" кристалл использует то же напряжение питания, но предельная рабочая температура корпуса снизилась до 64 градусов вместо 70 для процессоров с частотой 3,2 ГГц. Максимальный ток потребления возрос с 67,4 до 72,3 ампер, однако это не требует переделки уже существующих стабилизаторов на материнских платах, как не требуется и более мощных кулеров. Для длительных испытаний нового процессора использовался именно стандартный новый боксовый кулер, и в хорошо проветриваемом корпусе никаких проблем перегрева при этом не возникало.

Заключение

В настоящее время компьютеры превратились в мощные высокопроизводительные устройства. По всем основным показателям они в сотни раз превосходят первоначальную модель, а стоят обычно даже дешевле. Если бы такими же темпами развивалось, скажем, автомобилестроение, то сейчас за несколько тысяч долларов предлагались бы автомобили, передвигающиеся со скоростью космических ракет и вмещающих сотни человек.

Я предпринял это исследование, так как мне очень интересна эта тема, я хотел больше знать о строении и функциях процессора, и самое главное я хотел узнать, какой же микропроцессор самый высокопроизводительный на сегодняшний день. Я сравнивал следующие процессоры: Intel Pentium Extreme Edition и процессоры AMD Athlon 64 FX-51, AMD Athlon 64 3200+, AMD Athlon XP 3200+. Прежде всего, следует отметить, что AMD удалось создать новую аппаратную платформу, которая призвана стать в самое ближайшее время технологической основой всех решений этой корпорации. Чтобы оценить серьезность намерений AMD, достаточно лишь отметить, что уже к середине 2005 года доля процессоров, основанных на 64-разрядных ядрах, превышает в спектре продукции AMD 50%. О поддержке 64-разрядной платформы AMD заявили едва ли не все ведущие производители аппаратного обеспечения, в том числе -