Эффектный закат "гигагерц-ориентированной" эры в процессоростроении, или Первые ростки "постгигагерцевой" эры

Сергей Антончук, "Комиздат"

Последнее обновление в продуктовой линейке Intel, процессор Intel Pentium 4 Extreme Edition 3.46 ГГц с технологией HT, имеет практически ту же частоту ядра, что и предшественник, но более быструю FSB в 1066 МГц.

Совсем недавно IT-общественность была взбудоражена сообщением компании Intel о том, что производство чипов с частотой 4 ГГц пока откладывается, а основное внимание компании переносится на многоядерные процессоры и архитектуры систем. Комментариев по этому поводу было много. Хотя большая часть из них просто была связана с тем, что компания Intel кардинально начала ломать стереотип "скорость=частота". То, что повышение частот в мейнстрим-сегменте откладывается, совсем не означает, что откладывается выход более быстрых процессоров для обычных систем. Резервов повышения производительности пока более чем достаточно и без повышения частоты ядра процессора. И основной резерв - это, как ни странно, не технологический, а "идеологический" резерв. Современный ПК уже нельзя рассматривать как просто вычислительную платформу. Современный ПК - это центр обработки различных по своей природе и интенсивности информационных потоков, которые не всегда должны проходить через процессор или обрабатываться им.

Это стало заметно уже довольно давно, но только недавно архитектура массовых ПК стала строиться исходя из таких принципов. Массово появившиеся четыре месяца назад PCI Express платформы и стали началом этих изменений, причем настолько многочисленных и радикальных, что не все заметили главного :). ПК стал центром коммутации и обработки информационных потоков. И шина PCI Express создала прочный скелет для этой архитектуры, которая теперь может развиваться и наращивать свою производительность во многих направлениях.

И собственно появление нового процессора, Intel Pentium 4 Extreme Edition с эффективной частотой FSB 1066 МГц, - это в некоторой степени просто отражение изменений в околопроцессорной архитектуре, направленных на повышение общесистемной производительности. Именно здесь компания Intel видит большой резерв в повышении производительности системы в целом.

Pentium 4 EE 3,46 c FSB 1066, новый флагман процессоростроения, вышел в свет вместе с модернизированной платформой Intel 925XE Express, также поддерживающей новую частоту FSB. Изменение это было запланированным. О нем компания заявляла еще при появлении семейства LGA775 процессоров и чипсетов i915/i925.

Технические характеристики процессора Intel Pentium 4 3,46 EE

Сокет - LGA775
Тактовая частота, МГц - 3460
Front Side Bus, МГц - 266
L1-Cache, Кб - 8
L2-Cache, Кб - 512
L3-Cache, Кб - 2048
Наборы инструкций - MMX, SSE, SSE2
64-битные расширения - Отсутствуют
Hyper-Threading - Присутствует
Максимальная потребляемая мощность, Вт - 110,7

В новой связке "процессор-чипсет-память" частоты элементов и шин, их соединяющих, являются наиболее согласованными. Эффективная частота FSB - 1066 МГц, то есть ее физическая частота составляет 266 МГц (процессорная шина Pentium 4 является Quad Pumped, то есть передает четыре бита информации на каждый такт синхронизации). Такую же частоту имеет интерфейс памяти DDR2-533. Таким образом, физические частоты соотносятся как 1:1, а эффективные - как 2:1. Для всех остальных систем, использующих память DDR2-533, эти соотношения дробные, то есть они работают в асинхронном режиме, который неизбежно ведет к потерям производительности. Поэтому степень повышения пропускной способности памяти в новой системе превышает просто соотношение частот FSB - 1066 к 800, оно несколько больше.

Кроме синхронного режима работы, новый процессор имеет еще несколько преимуществ. Прежде всего это:

* Встроенный в процессор кэш L3 объемом 2 Мб, обеспечивающий быстрый доступ к большим объемам часто используемых данных. Его использование позволяет сократить среднее время доступа к основной памяти и повысить ее пропускную способность.

* Advanced Transfer Cache L2 объемом 512 Кб - работающий на частоте ядра процессора 256-разрядный кэш с развитым механизмом предварительной выборки данных.
Enhanced floating-point/multimedia unit. Регистры для работы с вещественными числами расширены до 128 бит, и добавлен дополнительный регистр для пересылки вещественных данных. Это позволяет повысить производительность и в вычислительных, и в мультимедийных задачах.

* Rapid Execution Engine. Четыре целочисленных АЛУ работают на удвоенной частоте ядра процессора, что позволяет увеличить вычислительную пропускную способность и снизить время выполнения некоторых целочисленных операций.

* Execution Trace Cache. Модернизированный кэш инструкций L1 убирает задержки в при считывании декодированных инструкций. Это позволяет значительно повысить эффективность работы кэша по сравнению с кешированием самих инструкций. Данный подход позволяет значительно поднять производительность подсистемы памяти при выполнении повторяющихся фрагментов программного кода.

* Advanced Dynamic Execution. Механизм улучшенного предсказания ветвлений позволяет повысить производительность для всех типов приложений путем оптимизации последовательностей выполняемых команд.

* Расширены и возможности чипсета. Чипсет Intel 925XE теперь поддерживает работу с более быстрой памятью DDR2 533 CL3. Основная ее особенность - меньшая латентность доступа. Именно большое время доступа многие раньше считали основным недостатком памяти DDR2 533. Следует также отметить, что память типа DDR2 400 этим чипсетом не поддерживается. Эффективность изменений

Естественно, нас заинтересовал практический эффект от модернизации основных скоростных характеристик "околопроцессорной" части архитектуры. Поэтому мы провели сравнение двух примерно равных по частоте и по архитектуре процессоров Pentium 4 EE 3,4 ГГц (FSB 800 МГц) и Pentium 4 EE 3,46 ГГц (FSB 1066 МГц). Платформа была одна - это материнка Intel Desktop Board D925XECV2, 1Гб памяти DDR2 533, видеокарта ATI X800XT, винчестер Maxtor MaXLine III 250Гб. Так что разницу в результатах можно смело относить именно на изменение скорости FSB. Результаты тестов и оценка прироста приведены в таблице.

Как мы видим, прирост производительности составляет от 2 до 8% в зависимости от используемых приложений. Это только эффект от повышения частоты FSB. Что осталось у нас незадействованным, так это использование памяти DDR2 533 CL3. Как только она появится, мы проанализируем эффект и от нее.

В ближайшей перспективе следует также ожидать поддержки памяти DDR2 667, стандарт на которую утвержден и которая уже появляется на рынке. По заявлению некоторых производителей материнских плат, им не нужно будет делать никакого редизайна существующих плат для поддержки этой памяти. Правда, в этом случае и для FSB 800, и для FSB 1066 система будет работать в асинхронном режиме. В несколько отдаленном будущем следующей "красивой" комбинацией станет DDR2-800 и FSB 800. Это действительно будет интересно, все соотношения будут 1:1. Так что и без повышения частот процессоров скучать не придется.