Athlon 64 FX против Pentium 4 Extreme Edition

Прошедший сентябрь получился богатым на появление новых процессоров. Прежде всего, корпорация AMD выпустила, наконец, свои многократно откладываемые процессоры Athlon 64 для настольных и мобильных компьютеров. Это знаменательное событие произошло 23 сентября одновременно на выставке Computex 2003 и в Штатах, и передавалась в реальном времени с сайта www.amd.com.

Новые процессоры AMD базируются на микроархитектуре AMD64, появившейся на рынке пол года назад в серверных моделях – процессорах AMD Opteron. И отличительной особенностью этой микроархитектуры является, в частности, то, что она позволяет работать с 64-разрадными версиями (будущих) операционных систем и приложений, что, по теории, позволит значительно повысить производительность систем по сравнению с традиционными для настольных и мобильных компьютеров 32-разрядными приложениями. Впрочем, благодаря особенностям микроархитектуры AMD64, новые процессоры прекрасно работают и с 32-разрядными приложениями, причем демонстрируют при этом заметно более высокое быстродействие, чем их непосредственные предшественники – процессоры AMD Athlon XP. Замечу – при тех же тактовых частотах ядра.

I. Athlon 64 FX

Athlon XP 3200+

Athlon 64 FX-51

Пока в арсенале 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 (то есть более дорогой, но и более стабильной) памяти DDR400 (фактически – более высокочастотный однопроцессорный AMD Opteron), причем последняя, естественно, более дорогая модель с оптовой ценой 733 доллара, нацелена поначалу преимущественно на экстремальных геймеров и, как обещается, демонстрирует очень высокое быстродействие именно в играх.
• и две версии мобильных Athlon 64 – модели 3200+ и 3000+ (по цене 417 и 278 долларов), которые из-за высокого тепловыделения (в районе 80 ватт) смогут применяться лишь в ноутбуках класса "замена десктопа".

Краткие характеристики двух новых настольных процессоров AMD в сравнении с предшественником AMD Athlon XP 3200+ приведены в таблице 1.

Таблица 1.
Сравнение характеристик старших моделей процессоров AMD Athlon 64 и Athlon XP:

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

Athlon XP 3200+	Athlon 64 FX-51
Athlon XP 3200+	Athlon 64 FX-51

Однако эти изменения вместе позволяют значительно улучшить производительность. Кратко перечислим 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 (см. таблицу);
• Поддержка инструкций SSE2;
• Улучшенная схема предсказания переходов;
• Интегрированный в процессор контроллер DDR-памяти (см. таблицу)
• Высокоскоростная шина Hyper-Transport, при помощи которой процессор соединяется с чипсетом;
• Защитная металлическая теплорассеивающая крышка (хитспредер, как у Pentium 4);
• Встроенная электронная схема для защиты кристалла от перегрева.

Наиболее важными факторами улучшения производительности новых процессоров AMD даже на прежних 32-разрядных приложениях (обещано до 30% при той же тактовой частоте) являются возросший объем кэш-памяти, большая скорость работы с кэш-памятью L2 (благодаря вдвое увеличенной шине) и встроенный контроллер двухканальной DDR-памяти. Благотворное влияние этих трех факторов легко заметить уже при тестах латентности памяти:

Athlon XP 3200+

Athlon 64 FX-51

II. Intel Pentium 4 Extreme Edition

Производительность AMD Athlon 64 ожидается куда более высокой (особенно у модели FX-51 с двухканальной памятью), чем у Athlon XP даже в 32-разрядных приложениях, поэтому корпорация Intel вынуждена была предпринять ответные меры, каковой явился анонс выхода нового процессора Pentium 4 Extreme Edition, запланированного к продаже в октябре-ноябре.

Помимо технологии Hyper-Threading, системной шины 800 МГц и тактовой частоты 3,2 ГГц, его главным "оружием" (и отличием от предшествующих Pentium 4 на ядре Northwood) 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 (в отличие от Атлонов, где он эксклюзивный), 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, по утверждениям интеловцев, 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.

Pentium 4 Extreme Edition (слева) и Pentium 4 Northwood (справа)

Процессор Pentium 4 Extreme Edition Intel задумала как ответ на вышедшие 23 сентября AMD Athlon 64 с архитектурой AMD64. И нацелен он тоже во многом именно на геймеров.

Pentium 4 Extreme Edition 3,2 ГГц

Pentium 4 3,2 ГГц (Northwood)

Судя по информационным утилитам (отдирать распределитель тепла, чтобы воочию увидать новый гигантский кристалл процессора, мы по понятным причинам не стали) Extreme Edition имеет на борту полный набор прежних признаков Pentium 4 на ядре Northwood (включая 8+12 кбайт кэша L1 и 512 кбайт кэша L2, см. скриншоты выше и ниже)

Pentium 4 Extreme Edition 3,2 ГГц по программе AIDA32	Pentium 4 3,2 ГГц по программе AIDA32

и в придачу к ним – дополнительный кэш L3 объемом 2 Мбайт.

Кэш-память Pentium 4 Extreme Edition 3,2 ГГц по программе WCPUid

Кэш-память Pentium 4 3,2 ГГц по программе WCPUid

Который виден, в том числе, при непосредственных измерениях латентности кэш-памяти:

Латентность кэш-памяти Pentium 4 Extreme Edition 3,2 ГГц по программе CPU-Z

Кэш-память Pentium 4 Extreme Edition 3,2 ГГц по программе CacheBurst32

Причем латентность кэша L3 оказалась всего вдвое больше, чем у быстродействующего L2 (сказывается одинаковая с L2 ассоциативность и ширина шины доступа, а также частота работы, равная частоте ядра – 3,2 ГГц).

Программа CPU-Z даже обозвала это ядро как "Northwood", что, конечно, не совсем так, хотя мы вполне допускаем, что во всем, кроме добавочного кэша L3 и схем, его обслуживающих, эти ядра действительно совпадают. Тем не менее, в глаза бросается одна деталь – нынешние Нортвуды для системной шины имеют степпинг F29 (ревизия кристалла D1), тогда как Экстрим Эдишн – "всего" F25 (ревизия M0), а вышедшие год назад первые P4 с технологией HT имели степпинг F27 (C1). Таким образом, кристалл нового Pentium 4 продолжает не линейку Northwood, а совсем другую линейку кристаллов Intel – кристалла Gallatin (то есть Xeon MP).

Исходя из этого, число транзисторов у Pentium 4 Extreme Edition составляет почти 170 миллионов, что втрое (!) больше, чем у Northwood (55 миллионов), хотя площадь и тепловыделение возросло не столь сильно: площадь – менее, чем вдвое (131 против 230 кв. мм), а тепловыделение – менее, чем на 15% (с 82 до 93,9 ватт). "Новый" кристалл использует то же напряжение питания (1,55 вольт), 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, по словам Intel, не требует переделки уже существующих стабилизаторов на материнских платах, как не требуется и более мощных кулеров. Тем не менее, мы позволим себе утверждать, что снижение предельной допустимой температуры почти на 10 процентов и рост мощности на 15% все же "не по зубам" средним текущим системам охлаждения для Pentium 4, и с новым процессором потребуется более тщательный подход к охлаждению (а также к фильтрации импульсных токов – например, количество элементов с обратной стороны корпуса процессора существенно возросло). Например, сама Intel для демонстрации систем на Pentium 4 Extreme Edition использовала знаменитый медный кулер Zalman Cu7000-CNPS, эффективность которого значительно выше, чем даже у "выставрочного" "турбинного" кулера Intel, уже не говоря о стандартных боксовых кулерах (пусть с медным сердечником). Вместе с тем, мы для длительных испытаний нового процессора использовали именно стандартный новый боксовый кулер (крестообразно расходящиеся ребра вокруг небольшого медного сердечника), и в хорошо проветриваемом корпусе у нас никаких проблем перегрева при этом не возникало.

Новый боксовый кулер Pentium 4 с медным сердечником

III. Тестирование

Поскольку обе новинки – AMD Athlon 64 и Pentium 4 Extreme Edition – нацелены, главным образом, на фанатов-геймеров, то в настоящем обзоре мы познакомим вас преимущественно с результатами испытаний этих процессоров в игровых приложениях и некоторых синтетических квази-игровых тестах. Для сравнения здесь мы использовали четыре штатных процессора:

• AMD Athlon 64 FX-51 (частота 2,2 ГГц)
• AMD Athlon XP 3200+ (частота 2,2 ГГц)
• Intel Pentium 4 Extreme Edition 3,2 ГГц
• Intel Pentium 4 (Northwood) 3,2 ГГц

А также сымитировали будущий процессор

• AMD Athlon 64 3400+ (частота 2,2 ГГц)

путем использования сэмпла AMD Athlon 64 FX-51 с одноканальной памятью DDR400. Все же штатные системы работали с двухканальной памятью DDR400. Конфигурации тестовых систем приведены в таблице 2.

Таблица 2. Конфигурации тестовых систем:

Но начнем мы тестирование не с игр, а с теста полосы пропускания памяти.

Пропускная способность памяти:

Судя по Sandra 2003, самая быстрая работа с системной памятью – у системы на Athlon 64 FX-51. Это и не удивительно, учитывая встроенный в процессор двухканальных контроллер DDR400. Следом вровень идут интеловские системы, причем Extreme Edition немного отстает тут от обычного Pentium 4. И замыкают список Athlon 64 c одним каналом памяти и Athlon XP 3200+ с двумя каналами памяти, но "узкой" системной шиной, эквивалентной фактически одному каналу DDR400. Эффективность использования теоретической полосы пропускания двухканальной DDR400 (6400 Мбайт/с) самая высокая – именно у топового процессора AMD.

Кодирование MP3 и MPEG4:

И перед тем, как окунуться с головой в игры, посмотрим на тесты в некоторых других "развлекательных" приложениях – при кодировании музыки в формат MP3 и видео в формат MPEG4.

При кодировании аудио оба процессора Intel немного впереди и Extreme Edition практически не имеет преимуществ в скорости перед обычным Pentium 4. Точно так же не видно разницы между одноканальныи и двухканальным использованием памяти DDR400 с процессором Athlon 64, хотя Athlon XP 3200+ уступает всем ощутимо.

При перекодировании видео с DVD-диска в MPEG4 преимущество Pentium 4 над Athlon 64 возрастает, хотя по прежнему разницы между двумя Пентиумами нет, как нет ее и между двумя Атлонами 64.

Кодирование WMA:

А вот при перекодировании видео из MPEG2 в формат WMA разница в пару процентов по скорости уже появляется, и Extreme Edition начинает показывать свои мускулы, так же, как и Athlon 64 FX-51.

По этим четырем тестам преимущество старших процессоров Intel не вызывает сомнений.

IV. Игровые тесты

Для тестирования процессоров в игровых приложениях мы использовали 12 тестов:

3DMark 2001 SE

Испытания быстродействия наших "подопытных кроликов" в играх начнем со старого доброго MadOnion 3Dmark 2001 SE, который нам покажет, кто сильнее в старых играх под DirectX 7. Хотя Athlon XP 3200+ здесь сильно отстает от процессоров Intel, новый супергеймерский процессор Athlon 64 FX-51 (и даже будущий Athlon 64 3400+ c одним каналом памяти) прибавляют к Athlon XP почти 20% скорости и уверенно лидируют. Между тем, Pentium 4 Extreme Edition быстрее обычного Pentium 4 аж на 10% (за счет большой кэш-памяти), и это помогает ему почти догнать лидеров.

Comanche 4

В более новой DirectX 8 игре Comanche 4 мы наблюдаем до 30% обещанного прироста от архитектуры AMD64 (и это во вполне "игровом" разрешении!) и 11% прироста от большой кэш-памяти Pentium 4 Extreme Edition, что позволяет последнему победить с едва заметным преимуществом в полтора процента. Интересно также, что с одноканальной памятью Athlon 64 смотрится весьма неплохо, почти не уступая себе же с двухканальной памятью!

Unreal Tournament 2003

Еще более новая DirectX 8 игра - UT2003, движок которой используется и в других современных играх (например, Splinter Cell, которую мы здесь за ненадобностью опустим), показывает полное превосходство Athlon 64 над Pentium 4 Extreme Edition и предшественниками. Во вполне игровом разрешении 1024х768 в трех различных демо-фрагментах (в том числе – два ботматча) мы имеем прирост для Атлонов от 21 до 29% (очень неплохо), очень слабое (2-3%) падение производительности при переходе на одноканальную память и преимущество над Pentium 4 Extreme Edition в среднем от 7 до 17%! Хотя сам Pentium 4 прибавляет от кэша Extreme Edition свои стандартные 10-11%, что тоже достаточно хорошо – по крайней мере, это раза в два-три выше, чем прибавка от перехода Pentium 4 с FSB 533 на 800 МГц и использование двухканальной DDR400.

3DMark 2003

В комплексном современном DirectX-тесте Futuremark 3DMark 2003 мы наблюдаем превосходство Pentium 4 в четырех игровых фрагментах (где требуется активная работа графического ускорителя), однако здесь все скорее зависит именно от видеокарты и меншье зависит от скорости самих процессоров. По крайней мере, прирост для Пентиумов – всего 1%, для Атлонов – 2%, а разница между старшими конкурентами – всего полтора процента. Некоторый проигрыш Athlon 64 здесь можно связать с тем, что для Intel-систем шина AGP работает с системной памятью почти напрямую (через низколатентный северный мост чипсета), тогда как для Athlon64-систем данным из памяти приходится проходить через целую цепочку: контроллер памяти в процессоре, шина Hyper-Transport, сам чипсет и, наконец, шина AGP, прежде, чем попасть в видеокарту.

Совершенно иная картина в процессорном тесте 3Dmark03, где быстрая работа шины AGP почти не важна, зато критична скорость работы самого процессора с памятью. Тут уже побеждает Athlon 64 FX-51, прибавивший аж 34% по сравнению с одним с ним по частоте Athlon XP 3200+, но и Pentium 4 Extreme Edition прибавил 25% за счет большой кэш-памяти и отстает, тем не менее, на 9% от лидера. Будем считать, что 3DMark03 не выявил победителя.

AquaMark 3

Совсем свежий игровой тест AquaMark 3 (использующий DirectX9-движок реальной игры) также не позволяет однозначно утверждать о лидерстве в споре Intel против AMD. Суммарный игровой индекс практически одинаков для четырех старших систем (лишь Athlon XP немного отстал), хотя систем Intel тут все же чуточку проворнее.

Зато в подиндексах "графика" и "процессор" лидеры явно видны и меняются в зависимости от задачи: в графическом лидирует Athlon 64, тогда как в процессором существенно (на 38%!) быстрее Pentium 4 (почти независимо от наличия кэша L3). Тут может сказаться то, что мы использовали видеодрайверы версии 44.03 вместо более свежих и производительных последующих. Однако все эти последующие драйверы так или иначе были замечены в "порче" качества картинки в угоду скорости, тогда как к качеству картинки драйверов 44.03 претензий почти нет. Поэтому мы предпочитаем использовать здесь именно их.

Quake III

Переходим к играм под OpenGL. Сперва, конечно, Quake III. Нас он интересует не столько как реальная игра (уж очень велики тут fps), сколько как проверенный временем тест платформ, высокочувствительный к скорости практически всех компонент системы (процессора, памяти, шин и пр.). Всегда этот тест был "любимчиком" процессоров Pentium 4, однако с приходом Athlon 64 ситуация начинает меняться: "одноканальный" Athlon 64 3400+ почти догнал Pentium 4 3,2 ГГц, а Athlon 64 FX-51 даже перегнал его (правда, всего на пару процентов). И лишь приход Pentium 4 Extreme Edition, добавивший Нортвуду еще 10,3% скорости за счет емкого кэша L3, позволил системе Intel восстановить лидерство с заметным запасом – более 8%.

Return to Castle Wolfenstein

Другая, более "тяжелая" игра на этом же игровом движке – Return to Castle Wolfenstein – также не дает в обиду Pentium 4 Extreme Edition (системы тут расположились в том же порядке, что и в Quake III), хотя разрыв между соперниками здесь уже едва заметен.

Serious Sam SE

Еще одна суперпопулярная OpenGL-игра с собственным движком – Serious Sam SE. В ней процессоры AMD почти всегда побеждали Intel, и этот раз не стал исключением: Athlon 64 FX-51 (правда лишь он один) смог немного обогнать оба Pentium 4. Прибавка за счет L3 для последних составила менее 5%, а для Athlon 64 – всего 10%. Зато это один из немногих игровых тестов, где использование одноканальной памяти вместо двухканальной для Athlon 64 резко ухудшает его быстродействие.

Если же использовать в этой игре менее производительный движок DirectX, то скорость падает примерно вдвое, но Атлоны резко вырываются вперед, обгоняя Пентиумы почти на 40%!

Vulpine GLmark 1.1

Следующий OpenGL-игровой тест с собственным движком – это Vulpine GLmark 1.1. Здесь мы снова наблюдаем гегемонию Pentium 4, а Extreme Edition добавляет Нортвуду еще 10% скорости, тогда как Athlon 64 идет почти вровень с Athlon XP, отставая от лидера почти на 13%.

DOOM3

Наконец, один из наиболее интересных нам сейчас тестов – это "ворованная" альфа демка будущей игры DOOM 3. Мы использовали две записанные нами демо-ролика (их можно найти на нашем FTP). В одной из них побеждает Pentium 4 Extreme Edition с отрывом всего 2% от Athlon 64 FX-51, тогда как в другой чуть быстрее Атлон (на 1%). Прирост от кэша L3 здесь не так велик – 3-4%, а AMD64 быстрее Athlon XP всего на 5-9%. Безйсловно, эти результаты могут не иметь прямого соответствия со скоростью систем в финальном релизе игры DOOM3, поскольку ее движок наверняка будет еще заметно изменяться и оптимизироваться под обе архитектуры.

AntiPlanet

Напоследок взглянем еще на пару игровых синтетических тестов. Отечественный проект AntiPlanet на движке Virtual Ray в тесте процессора показывает небольшое преимущество Pentium 4 Extreme Edition: он прибавил 8,3% по сравнению с Northwood и обошел почти на 4% лучший игровой процессор AMD, который быстрее Athlon XP 3200+ "всего" на 15%.

Real Storm

Модный "тяжелый" трехмерный бенчмарк Real Storm мы использовали в двух разрешениях – "красивом и медленном" 1024x768 и "менее качественном игровом" 640х480. И в обоих случаях с подавляющим преимуществом победили систем от AMD, продемонстрировав явную "недооптимизацию" этого теста и движка под Pentium 4 – ведь иначе почти полутора кратное отставание почти равноценных в остальных тестов процессоров объяснить сложно.

Выводы:

Итак, подведем итоги сравнению Pentium 4 Extreme Edition и Athlon 64 FX-51 в играх.

Если в мультимедиа-кодировании Pentium 4 пока не испытывает почти никакой конкуренции со стороны самых мощных настольных процессоров AMD (особенно при работе с видео, где отлично проявляет себя технология Hyper-Threading), то в играх все не так однозначно.

Судя по показанным выше трехмерным тестам соперничество Pentium 4 Extreme Edition и Athlon 64 FX-51 находится в самом разгаре и явного победителя определить невозможно – примерно в половине тестов победил Pentium 4 Extreme Edition, а другая половина – явно за Athlon 64 FX-51. Я не стану говорить, что "победила дружба" - уж слишком различны два продукта. И если Athlon 64 прибавил по сравнению с Athlon XP от 10 до 30% скорости за счет более прогрессивной микроархитектуры, то единственно большой кэш L3 добавляет Pentium 4 Extreme Edition от 3 до 10% быстродействия. По сравнению с 2-5% от роста частот FSB/DDR это оказалось не так уж плохо и достаточно перспективно.

Вместе с тем, перспективы роста частоты у обоих этих ядер весьма туманны: в лучшем случае корпорациям Intel и AMD удастся выпустить массовые 0,13-микронные версии на 3,4 ГГц и 2,4 ГГц соответственно. И дальнейший рост частот и скорости будет связан с переходом на более тонкий техпроцесс – 90 нм, поскольку другие меры (рост частот FSB и памяти и размеров кэша) на ближайшее время исчерпаны. И если у Intel такое ядро под именем Prescott ожидается в конце этого года, то у AMD 90-нанометровое ядро San Diego пока лишь в относительно далекой перспективе. Поэтому, если сейчас явного лидера среди процессоров для экстремальных геймеров нет, то в ближайшем будущем Intel имеет лучшие перспективы для захвата первых позиций.

Предыдущие процессоры AMD:

Предыдущие процессоры Intel:

Дополнительные материалы: