3 - Непостоянство производительности Phenom и Cool’n’Quite

Процессоры Phenom удивительны во многих отношениях, и одним из пунктов, вызвавших наше недоумение во время тестирования, стало нелинейное и непредсказуемое ухудшение показателей производительности. Такое странное поведение проявилось при тестировании в пакете SYSMark 2007 и Photoshop CS3, SYSMark показывал падение производительности в пределах 10%, что явно выходит за рамки погрешности измерений, а в продукте Adobe разница вообще доходила до 50%!

Изначально возможным объяснением казался переход на степпинг B3 в сочетании с установкой SP1 на Vista – вполне возможно, что даже аппаратное исправление ошибки TLB приводит к потере производительности. Однако многие тесты, такие как WinRAR, которые должны были в первую очередь пострадать от известного бага, никак не изменяли своих результатов.

После различных «плясок с бубном» в виде замены материнской платы с 780G на 790FX и обратно без переустановки Windows, удалось в некотором роде исправить показания производительности – SYSMark стал вести себя адекватно, при нескольких прогонах показав корректные результаты. Однако с Photoshop’ом ничего сделать так и не удалось.

Более подробное исследование сущности проблемы установило факт виновности Cool’n’Quite в описанной ситуации. C’n’Q – маркетинговое название технологии AMD для управления частотами и напряжениями процессоров. Функциональность схожа с EIST у Intel – в режиме простоя множитель и напряжения снижаются, под нагрузкой CPU функционирует в полную мощность. Реализация C’n’Q в Phenom, по заявлениям AMD, самая продвинутая изо всех схожих технологий – введено раздельное управление частотами ядер.

Оказалось, что именно некорректной работой этой технологии и вызваны странные потери производительности. Вот какие результаты показали процессоры с включенными и выключенными технологиями энергосбережения:

Отключение Cool’n’Quite в BIOS восстановило справедливость и прибавило 12% к недостающей производительности в пакете SYSMark, тогда как рендеринг в Photoshop занял почти вполовину меньше времени (35.2 секунды против 58.7). Это же действие дало и дополнительные 5% производительности в 3DMark Vantage. Обратите внимание, что обозначенная проблема имеет место лишь на процессорах поколения K10, не затрагивая представителя более старой K8 – Athlon X2.

Конечно, выявив столь странное поведение, хотелось бы разобраться в ситуации более подробно, но без систематического повторения проблемы (далеко не всегда при включенном Cool’n’Quite SYSMark показывал заниженные результаты) и без официальных комментариев AMD нам остается только гадать, в чем причина. Ведь если SYSMark это приложение, ежедневное использование которого является нормой только для тестеров, то далеко не факт, что включенный Cool’n’Quite не проявит себя схожим образом и в других программах, которые не вошли в состав нашего тестирования. Вывод напрашивается сам собой – отключать C’n’Q?

Мы попробовали отследить более точно, когда возникают проблемы, для чего установили на тестовую систему утилиту AMD Power Meter, которая должна показывать помимо всего прочего и активность Cool’n’Quite. Как ни странно, после установки программы проблемы пропали. Опять же, возможно это простое совпадение – точно сказать нельзя. Мы удалили утилиту, перезагрузились, тестировали с включенным C’n’Q и без него, и ни разу после этого не наблюдали никаких странностей – производительность всегда была в норме, а получаемые результаты различных тестовых прогонов находились в пределах погрешности.

Что мы можем утверждать точно – какие-то блоки в процессоре работают неправильно, и не единой ошибкой TLB нам запомнится Phenom. Возможно, K10 требуется слишком много времени для того, чтобы вернуться из состояния пониженного энергопотребления к полноценному функционированию, однако никаких причин, которые давали бы сделать это процессорам архитектуры K8 быстрее, нет. Еще одной вероятной причиной может стать и некорректная работа под управлением Windows Vista. Эта ОС берет на себя распределение потоков по ядрам, и далеко не всегда делает это безукоризненно. Во время тестирований в Photoshop мы не раз наблюдали, как нагрузка скачет по различным процессорным ядрам, или просто циклично перебрасывается с одного ядра на другое. В сочетании с тем, что Cool’n’Quite имеет раздельное управление частотами, это может только увеличить задержки, связанные с выводом отдельных ядер из состояния пониженной производительности и энергопотребления на полную мощность. Мы не можем проверить эту гипотезу, так как у процессоров Intel все ядра работают на одинаковой частоте, поэтому асинхронности принципиально быть не может.

Что интересно, схожее неправильное поведение при использовании технологий энергосбережения мы наблюдали и на видеочипах производства AMD! В частности, многие тестеры отмечали фризы во время игры в Crysis, связанные именно с динамическим управлением питанием PowerPlay, изменяющим производительность карты в зависимости от нагрузки. Из-за особенностей графического движка игры и конкретной несовместимости, видеокарты AMD постоянно то замедлялись, то снова выходили на полную мощность работы прямо в процессе игры, создавая абсолютно ненужные падения производительности, тогда как должны были работать в полную силу на протяжении всей игры. Вопрос только в том, что в случае с GPU ошибка была официально признана и устранена, а с CPU семейства Phenom AMD хранит молчание. Нам неизвестно точно, из-за чего иногда происходят падения производительности процессоров K10, возможно, имеют место схожие с PowerPlay проблемы – управляющая логика неверно определяет степень загруженности процессора, и вместо того, чтобы держать полностью активными все задействованные ядра, наоборот уменьшает их частоты. Будем надеяться, что AMD каким-то образом прокомментирует отмеченные нами падения производительности (а ведь очевидно, что так задумано не было), а мы пока провели все тесты с выключенным C’n’Q, чтобы полностью избавиться от опасности занижения результатов и необъективности.

Неочевидная производительность с активированным Cool’n’Quite уже вынудила нас отключить энергосберегающие функции процессора, однако вместе с решением одной проблемы была получена другая: отсутствие стабильности. Большинство материнских плат среднего уровня имеют трехфазную систему питания процессора, которая, как оказывается, не в состоянии полноценно удовлетворять требования мощных Phenom с TDP на уровне 125 и 140 Вт. Несмотря на это, большинство производителей продолжают утверждать, что 125 Вт процессоры вроде Phenom X4 9850 BE нормально работают в таких материнских платах. Конечно, скорее всего, никто не будет совмещать дорогой 9850 с относительно дешевой материнской платой на базе 780G, однако вполне возможен вариант выбора такой платы в качестве основы для разгона какого-нибудь Phenom X4 9550, а в таком случае пользователи столкнутся со схожими проблемами.

Пока технология Cool’n’Quite была активирована, мы не испытывали никаких проблем, а система на базе материнской платы Gigabyte с 780G на борту исправно выполняла все задания тестового пакета. Однако, как только C’n’Q была выключена, система стала заметно менее стабильной. Так, не удалось даже завершить кодировку в Windows Media Encoder 9. Как оказалось, во всем виноват перегрев слабой подсистемы питания. Помог решить эту проблему обычный корпусный вентилятор.

Таким образом, как нам кажется, проблема с Cool’n’Quite может не только оказать негативное влияние на производительность, но и косвенно неприятно повлиять на общую стабильность системы даже на материнских платах с качественными схемами питания.

Один из наиболее интересных вопросов, относящихся к 9350e, заключается в том, действительно ли TDP в 65 Вт имеет какие-либо преимущества перед стандартными процессорами линейки Phenom X4 с TDP 95 Вт. Действительно ли уменьшается энергопотребление, или же маркетинг, как часто бывает, стоит выше инженерных решений? Тестирование показывает, что все зависит от ситуации. Если говорить о штатных частотах и напряжениях, по сравнению с 9550 X4 в режиме простоя 9350e потребляет на 8% меньше энергии, на 7% при проигрывании видео H.264 и в среднем на 13% в игровых приложениях. Стоит заметить, что при этом стандартное напряжение питания 9550 ниже, чем у 9350e и составляет 0.896 В против 0.992 В.

С другой стороны, этот небольшой выигрыш в энергопотреблении сопровождается для Energy Efficient процессора понижением частоты на в 200 МГц и повышением цены, или, в процентном выражении, 9350e на 10% медленнее и на 11% дороже. В нашей IGP платформе с интегрированной графикой разница в пониженной тактовой частоте ядра не ухудшит положение в играх (так как узким местом является интегрированное графическое ядро). Также вряд ли можно будет почувствовать ухудшение в обычной офисной работе, или же в проигрывании аудио/видео. Получается, что при относительно небольшом снижении производительности повышенная цена должна быть оправдана общей экономией электроэнергии, полученной за все время использования процессора. Думается, каждый для себя может решить сам, насколько оправданы слова об экономичности нового процессора в контексте оплаты электричества. Нам же интересно другое – возможно ли сэкономить 11% стоимости при покупке процессора, а понизив его частоту до уровня 9350e получить такую же «Energy Efficient» модель?

Для этого достаточно было понизить тактовую частоту нашего 9550 до 2 ГГц, чтобы проверить, отличается ли 9350e чем-то еще, кроме частоты, от своих собратьев без суффикса «e». В таком режиме в состоянии покоя наш «псевдо-EE» процессор потреблял на 6 Вт больше, разница в играх и при проигрывания видео находилась в пределах погрешности измерений. Мы проверяли полученные данные на нескольких материнских платах, и в каждом случае получали одинаковые результаты. Таким образом, сравнение процессоров на одинаковых частотах показывает, что Phenom степпинга B3 это именно Phenom B3, неважно как его обозначить и под каким именем продавать.

Чтобы окончательно убедиться в том, что фактически кроме изначальных параметров 9350e ничем не отличается от, например, 9550, мы решили провести тест на минимальное напряжение, на котором процессоры заработают. Если бы EE CPU специально отбирались, или даже производились, безусловно, минимально-возможное напряжение их работы было ниже, чем таковое у обычных Phenom’ов. Немного поэкспериментировав с настройками напряжений в BIOS, мы остановились на значении в 1.125 В, как минимально возможном. В таком случае при работе C’n’Q напряжение сбрасывалось до 0.944, что соответствовало 9350e, а система была абсолютно стабильна (Prime95, Vantage, игровые, аудио/видео приложения и т.д.). При таких настройках расхождения нашего «9550e» с 9350e по энергопотреблению составляли не более 1-2%. Из полученных данных следует элементарный и безусловный вывод – никакого смысла переплачивать за 9350e нет. Если вы можете потратить пару минут на изменение параметров BIOS и несколько часов на тестирование стабильности системы, лучше купить на 11% более дешевый и на 10% более производительный изначально процессор, и, при необходимости, сделать из него Energy Efficient версию.

Если говорить точнее, для того, чтобы проделать описанные выше операции, нам потребовалось также поднять напряжение на северном мосту с 1.10 до 1.25 В, чтобы пройти весь набор тестов. Это не является сколь-либо существенной причиной прибавки потребляемой мощности, а скорее просто нашим опытом, который пригодится читателям, которые захотят сделать свой собственный 9350e из обыкновенного 9550.

Мы только что доказали, что когда дело касается энергопотребления, Phenom X4 9350e выступает отнюдь не лучшим образом – дешевле и логичнее купить 9550, и при необходимости занизить подаваемое напряжение и частоту, тем самым сравняв показатели с более дорогим 9350e. Однако так ли все однозначно при оверклокинге, возможно, именно здесь раскроется потенциал EE процессора? К сожалению, для описания наших попыток достичь мало-мальски приличных частот на 9350e, сохранив стабильность, на ум приходит лишь одно слово – разочарование. Во-первых, отнюдь не радует то, что теперь для разгона процессоров AMD необходимы дорогие материнские платы. Мы испробовали с десяток плат на базе 780G/GF8200/GF8300, однако ни на одной из них полученный результат нельзя было считать «разгоном». Да, с чипсетами линейки 790FX/780a/750a дело обстоит