Intel Prescott Pentium4 (800Mhz FSB): стресс-тест

Процессор Intel Pentium4 на ядре Prescott степпинга С

Выпуск новых процессоров Pentium4 на ядре Prescott сопровождался значительными трудностями. Первоначально они должны были появиться 2003 году, потом выпуск отложили на конец года, а потом отложили еще раз - уже на февраль 2004года. Причем каждый перенос сроков постоянно обрастал слухами о технологических проблемах, преследующих новое ядро.

Архитектура нового ядра Prescott серьезно отличается от предыдущих продуктов Intel. Ключевые особенности нового ядра заключаются в более тонком 90нм техпроцессе и полностью новой архитектуре. В свою очередь основной особенностью архитектуры является удлиненный конвейер.

На конвейере остановимся более подробно. Столкнувшись с пределом маcштабирования ядра Northwood, инженеры Intel вынуждены были искать средства для продолжения "наращивания тактовой частоты". Поэтому в ход пошло проверенное средство - конвейер исполнения команд был увеличен с 20 до 30-35 ступеней. В результате теоретический предел тактовой частоты стал равен 4-4.5Ггерц.

Однако из-за "сырости" техпроцесса, текущий степпинг ядра Prescott способен работать на частотах до 3.6ГГерц. Эта цифра совсем не впечатляет - например максимум частоты для ядра Northwood составляет 3.4Ггерц. Причем, что интересно: модель Northwood 3.4C розничные магазины предлагают куда в большем объеме чем Prescott 3.4E.

Второе разочарование - это низкая эффективность удлиненного конвейера. Конечно, в потоковых задачах, с высокой предсказуемостью переходов, длинный конвейер это большой плюс. Но таких задачприложений минимум, а большинство программ демонстрируют более низкий уровень производительности на процессоре с длинным конвейером. Поэтому, что бы скомпенсировать негативные результаты от удлинения конвейера, инженеры Intel внедрили в ядро Prescott большое количество различных усовершенствований:

• Увеличенный объем кэш-памяти первого уровня - до 16Кбайт (у ядра Northwood - 8Кбайт);
• Увеличенный объем кэш-памяти второго уровня - до 1024Кбайт (у ядра Northwood - 512Кбайт);
• Улучшенная предварительная выборка данных;
• Улучшенное предсказание ветвлений;
• Ускорение исполнение команд;
• Улучшенная технология HyperThreading;
• Набор дополнительных инструкций SSE3.

В целом все эти модификации направлены на увеличение производительности, и как показали первые тесты они привели к положительному результату: скорость ядра Prescott практически равна скорости Northwood.

Здесь будет уместно отметить, что увеличение объемов кэш-памяти совпала с некоторым увеличение ее латентности; улучшение технологии HyperThreading носит "косметический" характер, а под для получения эффекта от SSE3 нужно специально оптимизированное программное обеспечение.

Теперь посмотрим на сам процессор.

Prescott - справа

Визуально новые процессоры не изменились: по-прежнему ядро процессора закрыто медной пластиной - теплораспределителем.

Prescott - справа

А вот с обратной стороны есть определенные изменения в расположении элементов.

а теперь маркировка:

Если запустить программу CPU-Z, то она выдаст следующую информацию:

Стоит отметить, что CPUID процессоров Prescott равно F33, а напряжение питания = 1.3625V (Northwood D1 имеет CPUID = F29, у Northwood C1 - CPUID = F27, а у Northwood B0 - CPUID = F24; а напряжение питания у ядра Northwood = 1.525V).

Итак, заканчиваем теоретическую часть и переходим к практическим экспериментам с ядром Prescott.

Разгон и тепловыделение; совместимость

Для экспериментов по разгону была выбрана плата Abit IC7-MAX3 на чипсете Intel 875P "Canterwood". Напомню, что при тестировании этой материнской платы, она продемонстрировала отличные результаты разгона: процессор P4 2.4C был разогнан со штатной частоты 200Мгерц до частоты 300Мгерц. В результате тактовая частота составила 3.6Ггерц.

Теперь посмотрим на результаты процессора Prescott. Для тестов мы использовали два экземпляра: инженерный образец с разблокированным множителем (14-16; 3.2Ггерц) и процессор 2.8E, из обычного магазина.

Так вот - оба процессора показали одинаковый результат: стабильная работа на частотах не выше 3.6Ггерц.

Для улучшения стабильности работы на таких частотах необходимо увеличивать напряжение Vcore до значения 1.45-1.55V. При этом очень сильно возрастает тепловыделение. Даже с использованием системы водяного охлаждения Poseidon, рабочая температура процессора колебалась в районе 70-75C.

Собственно это и неудивительно: тепловыделение в режиме максимальной нагрузки может превышать значение 100Вт. В режиме разгона с повышением напряжения эта величина может возрастать до 120-130Вт. Естественно это ставит крест на использовании воздушного охлаждения.

На первый взгляд, это кажется странным - ведь новые процессоры изготавливаются по более тонкому 90нм техпроцессу, что должно привести к снижению тепловыделения. Теоретически все верно, но на практике новое ядро Prescott имеет 125 миллионов транзисторов (против 55 млн. у Northwood). Именно возросшее число транзисторов и "сырость" техпроцесса и является причиной столь высокого тепловыделения.

Причем "сырость" техпроцесса в большей степени виновата в этой проблеме. Например процессоры серии Pentium4 Extreme Edition имеют куда большее число транзисторов (178млн), но выпускаются по хорошо отлаженному 0.13мкм техпроцессу и нагреваются не так сильно, как процессоры Prescott.

Также, проблема повышенного тепловыделения коснется и обычных пользователей, которые и не подозревают о разгоне. Начнем с того, что многие дешевые корпуса уже не удовлетворяют обновленным требованиям Intel по эффективности вентиляции и поддержании средней температуры внутри системы.

Также важно отметить, что в режиме простоя процессоры Prescott тоже выделяют значительно больше тепла, чем Northwood'ы. На среднестатистической системы с "боксовым" кулером в режиме "простоя" Prescott греется на 10 градусов C, а в режиме максимальной нагрузки на 15-20 градусов C больше Northwood'a. Это означает повышение средней температуры внутри корпуса. А для борьбы с повышением есть только одно средство - увеличение количества вентиляторов иили увеличение скорости вращения. И то и другое приведет к росту уровня шума, который и так в современных системах превышает допустимые отметки для комфортной работы.

Получается, что в области борьбы с тепловыделением лидерство переходит к компании AMD, последние процессоры которой (Athlon 64) поддерживают технологию Cool'n'Quiet, которая в режиме простоя снижает частоту процессора более чем в 2 раза. А в технологическом арсенале Intel ничего подобного нет.

Далее - возросшее потребление энергии процессором повлияет на нагрузку на блок питания. В результате те пользователи, которые в свое время сэкономили на самом важном компоненте системы, после апгрейда на Prescott могут получить нестабильную работу компьютера.

Тоже самое можно сказать и о материнских платах. Повышенная нагрузка на модуль питания процессора приведет к тому, что некоторые материнские платы откажутся работать с Prescott или будут работать нестабильно.

Возвращаясь к высоким рабочим температурам следует отметить следующий момент. При перегреве процессора срабатывает внутренняя защита, и он переходит в специальный режим пропуска тактов. В этом случае рост температуры замедляется и уровень производительности серьезно падает. Собственно этот механизм появился еще в самых ранних версиях Pentium4 на ядре Willamette, которые вообще могли работать без кулера (правда очень и очень медленно :). Что касается ядра Prescott, то инженеры Intel распределили многие, наиболее горячие, функциональные блоки равномерно по всей площади ядра. В результате снизилась угроза локального перегрева, и значительно возросли допустимые температуры. В частности если на ядре Northwood D1 защита от перегрева (пропуск тактов) срабатывала при 75-80 градусах C , то на ядре Prescott эта же защита срабатывает уже на 95-100 градусах C. Впрочем, компания Intel не гарантирует работоспособность процессоров на очень высоких температурах, и рекомендует пользователям не допускать превышение отметки в 70С.

А теперь переходим к тестам производительности процессора с ядром Prescott.

Производительность

Для тестирования производительности была собраны система на плате Abit IC7-MAX3 (на чипсете Intel 875P). Сравнение производительности мы будем проводить в двух режимах: в штатном и в разогнанном. Первое что нас интересует - это разница в скорости между ядрами Prescott и Northwood (сравнение штатных 2.8C и 2.8E). Второе - рост производительности Prescott при увеличении частоты (штатный режим 2.8E, 3.0E и 3.2E). И наконец сравнение разогнанных систем (3.6E и 3.6C). Хотя в последнем сравнении преимущество имеет Northwood за счет более высокой частоты FSB. Впрочем, это сравнение мы приводим исключительно для оценки того максимума, который можно выжать из конкретных процессоров.

Итак в тестах использовался уже привычный набор приложений.

Вначале посмотрим на результаты синтетических тестов.

Перед нами исключительно синтетические приложения, которые демонстрируют теоретическую производительность.

Теперь тесты игровых приложений.

Производительность игры Id Quake3 напрямую зависит от пропускной способности подсистемы памяти. И здесь Prescott показывает худший результат, по сравнению с Northwood. Вполне возможно увеличение объема кэш памяти L1 и L2 не оказало серьезного влияние на скорость в этом приложении. А вот увеличение латентности кэш памяти снизило результаты.

Та же картина наблюдается и в игре Serious Sam. Впрочем, причина проигрыша Prescott уже другая: более длинный конвейер. А пропускная способность памяти практически не влияет на производительность в этом приложении. Традиционно в этой игре более высокие результаты показывают процессоры AMD с их коротким конвейером и мощным блоком FPU.

Еще пара игр. Если в UT2004 ядро Prescott показывает приблизительно такой же уровень производительности, что и Northwood, то в игре Comanche отставание бросается в глаза (и составляет 15%)!

В полусинтетических 3DMark и Aquamark процессорные ядра показали приблизительно одинаковый уровень производительности.

Тоже самое можно сказать о новейших играх FarCry и X2-The Threat. А вот в синтетическом тесте Code Creatures все системы показали абсолютно одинаковый результат. Оно и понятно - этот тест рассчитан исключительно для видеокарт :)

И в игре GunMetal мы видим такую же картину - скорость процессора очень слабо влияет на количество fps.

Итак, если компьютер планируется использовать исключительно для игр, то переход на процессорное ядро Prescott противопоказан однозначно. Но, как это ни странно, компьютер используют не только что бы в игры играть. Поэтому мы протестировали новые процессоры на программах рендеринга изображений.

сек. меньше - лучше

Классический тест - 3D Mark. Мы замерили время рендеринга 10 кадров сцены Islands, поэтому чем меньше значение на графике, тем быстрее работает система (т.е. лучше :). Итак, ядро Prescott показало лучшее время.

Другой тест - пакет Cinema 4D.

В нем борьба Prescott и Northwood идет с переменным успехом, и однозначно выделить лидера невозможно. А вот в тестовом пакете SPECViewPerf 7.0 более высокую скорость показывает ядро Prescott.

Еще один тестовый пакет - SPECviewperf версии 7.0. Он моделирует работу в профессиональных OpenGL приложениях, таких как 3ds max (3dsmax-01), IBM Data Explorer(dx-07), Intergraph DesignReview(drv-08), Discreet Lightscape radiosity(light-05),Pro/ENGINEER 2000(proe-01) и Unigraphics V17(ugs-01).

То же самое (выигрыш Prescott) - в программе сжатия WinRAR.

Кбс ; больше - лучше

Выводы

Общий вывод следующий: фактически новые процессоры Intel Pentium4 на ядре Prescott-C не имеют сколь либо ощутимых преимуществ по сравнению с Pentium4 на ядре Northwood. Серьезное изменение архитектуры процессора привело лишь к незначительному росту производительности в отдельных приложениях. А в подавляющем большинстве программ (прежде всего игровых) наблюдается проигрыш ядру Northwood.

Следующие недостатки это повышенный уровень тепловыделения и проблемы совместимости с некоторыми материнскими платам. И наконец, оверклокерам не понравится то, что технологический предел степпинга Prescott-C, точно такой же как и у Northwood-D1 (то есть 3.6Ггерц).

Впрочем, я не зря указываю на степпинг (-C). Дело в том, что в ближайшее время компания Intel планирует выпустить процессоры на новом степпинге (D0D1), в которых будет частично решена проблема совместимости и тепловыделения. Также можно ожидать некоторого увеличения предела частот, как это было при переходе с Northwood-C1 на Northwood-D1.

В любом случае, процессор на ядре Prescott установленный в Socket478-плату это промежуточный вариант. А эффективно использовать новые процессоры можно будет только с появлением плат с новым сокетом LGA775. Сейчас же покупать Prescott не имеет никакого смысла: процессоры на ядре Northwood гораздо привлекательнее для подавляющего большинства задач. Они дешевле, быстрее, выделяют меньше тепла и гораздо лучше совместимы с большинством материнских плат. А для тех кому нужна максимальная скорость, компания Intel предлагает Northwood 3.4Ггерц или процессоры серии Pentium4 Extreme Edition.

Единственный разумный аргумент в пользу приобретения Prescott это прицел на будущий апгрейд. Так как в момент появления плат и процессоров LGA775, процессоры с ядром Northwood наверняка исчезнут из прайс-листов (и соответственно пропадет возможность апгрейда).

Дополнительные материалы

Вопросы, пожелания и предложения просьба оставлять в конференции.