Подождите...Каталог
Последствия некоторых архитектурных решений.Работа с памятьюВо время написания теоретической статьи мы множество раз задумывались о характере изменений, внесенных инженерами в Nehalem относительно Core 2. Согласно формуле, которую избрали для себя сами проектировщики, на 1% увеличения энергопотребления должно было приходиться 2% увеличения производительности. Однако вопрос в том, как правильно измерять эту самую производительность. Ведь даже добавление шины QPI в одних задачах может не сказать вообще, а в других – проявить себя в полный рост. Тоже справедливо и для нового трехканального контроллера памяти, и для реструктурированной иерархии кэша. На самом деле больше всего вопросов вызывают именно изменения в работе с памятью, на них стоит остановиться подробнее. По опыту предыдущих тестирований несложно предугадать, например, в каких приложениях эффект от виртуальных ядер HyperThreading будет ощутим, а вот попытаться предсказать поведение Bloomfield при работе с памятью в обычных домашних приложениях – трудновато. Судите сами – с одной стороны полностью переработана кэш-память. Вместо простой, привычной и понятной структуры двухуровнего кэша перед нами механизм, работающий с тремя типами памяти разного размера и скорости. При этом крайне важный размер L2 сокращен до 256 Кб на ядро. Сможет ли это компенсировать большой, но медленный L3? Как поспособствует встроенный КП, в каких режимах он будет наиболее эффективен? Все это лишь предстоит выяснить. Чтобы не быть голословными, приведем для начала таблицу задержек кэшей различных уровней в Bloomfield и Penryn:
Такое устройство характерно скорее для серверных CPU, Opteron давно использует схожую структуру с небольшим L2 и огромным L3. А вот самый первый Pentium 4 Extreme Edition, в котором добавили L3 в свое время не получил от этого существенной прибавки в скорости обычных приложений. Про базы данных и прочие серверные операции мы не говорим, так как перед нами все-таки процессор под торговой маркой Core, а не Xeon. Тем не менее, замерить непосредственно эффективность работы кэш-памяти проблематично. Необходимые инструменты отсутствуют, да и в любом случае неравные платформы (не забываем про месторасположение КП) даже с одинаковой памятью могут дать слишком большую погрешность измерений, сводящую полезность результатов на “нет”. А вот отдельно скорость работы с памятью измерить можно. Только посмотрите, насколько сократились задержки КП при работе с DDR3 от переноса последнего в ядро! Более того, как уже отмечалось, каналов памяти теперь целых три, и пиковую пропускную способность в 25.6 Гб/c CPU достигает только при установке модулей на все три 64-битных контроллера. Нельзя не сказать и об особенностях работы КП Nehalem, которые будут трактоваться производителями материнских плат на свой вкус. Дело в том, что “набрать” трехканальность можно будет двумя способами. На некоторых материнских платах будет установлено 4 слота, на некоторых – 6. В случае использования конфигурации 4х слотов, первые три будут соответствовать трем каналам контроллеров в CPU, а модуль RAM, установленный в четвертый слот, будет разделять пропускную способность одного из каналов. Другими словами, если у вас установлено 4 планки по гигабайту во все 4 слота, при доступе к первым трем гигабайтам пропускная способность будет на уровне заявленных 25.6 Гб/с, а как только потребуется обратиться к четвертому гигабайту, она упадет до уровня производительности при использовании одноканального режима. В любом случае даже в таком режиме общая производительность будет больше, чем при двухканальной памяти. Выглядеть это будет так:   Однако все это теория. Дополнительный третий канал памяти это, конечно, очень серьезно, однако будет ли заметен от него эффект, или же в реальных приложениях практическая ценность третей планки будет сводиться лишь к увеличенному объему? Проведя тестирование Nehalem с использованием двух и трехканального режима работы, можно сделать вывод, что это задел на будущее. Серьезный эффект от огромной пропускной способности могут получить лишь будущие серверные системы, построенные на базе CPU с числом физических ядер более шести и с несколькими такими процессорами, объединенными для параллельных вычислений. Сейчас же для домашних пользователей третий модуль является, фактически, пустой тратой денег. Хотя для получения максимальной отдачи от Nehalem и он, конечно, не лишний. Судите сами:
Фактически результаты многих испытаний находятся в пределе погрешности испытаний, так что огромная пропускная способность Nehalem’а, работающего с памятью в трехканальном режиме, в домашних приложениях просто не используется. Итак, мы поняли, что высокий уровень производительности при работе с памятью достижим и без использования трех модулей памяти. Однако встает другой вопрос – какого типа памяти будет минимально достаточно для полного раскрытия потенциала Bloomfield? Ведь, скажем, многие пользователи на волне выхода первых чипсетов X38 и P35 с поддержкой DDR3 приобрели не самые производительные на текущий момент киты. Следующая таблица результатов даст ответ на этот вопрос.
Сделаем небольшую оговорку для внимательных читателей – частота памяти 1600 МГц была получена на i7-965 EE путем установки множителя Uncore в положение x24.0, и, соответственно, памяти в x12.0,то есть, фактически, это уже нештатный режим работы и небольшой разгон. Как и следовало ожидать, бескомпромиссную производительность показывает кит из трех модулей быстрой DDR3-1600. Однако нельзя не заметить, что разница между DDR3-1066 и 1600 на сходных таймингах (а это, между прочим, полуторакратная разница в пропускной способности) не очень сильно влияет на результаты. Это только подтверждает выводы предыдущего абзаца – используя в повседневной работе стандартные неспециализированные приложения, не стоит гнаться за максимальной производительностью подсистемы памяти Core i7. Разница в цене между самым производительным и средним вариантом (не стоит уходить в крайности и оставлять одноканальную память) будет бросаться в глаза намного больше, чем разница в скорости работы реальных приложений. Источник: www.tomshardware.com www.anandtech.com [N5-Последствия некоторых архитектурных решений. Новый вариант реализации HyperThreading] Еще одним важным нововведением в Nehalem стала реализация HyperThreading. В свое время, проектируя Core 2, инженеры отказались от данной технологии, так как софт был еще не оптимизирован даже под два реальных ядра, а уж о реальной пользе двух дополнительных виртуальных ядер можно было и не мечтать. Сейчас по мнению Intel ситуация иная, и самое время реализовать HT для обновленной архитектуры. Вспоминая первый вариант HyperThreading на Pentium 4, можно выделить два основных минуса: серьезное возрастание и без того немалого энергопотребления при активации технологии, и снижение производительности CPU в случае, если программа не задействует виртуальное ядро. С учетом того, что сегодня о соотношении производительности на Ватт разработчики не забывают, но и реальных ядер без того много, особенно интересно, как поведет себя новая версия HT. Скажем, что для получения полной картины мы провели достаточное количество тестов, однако приводить все результаты не имеет смысла. Технология работает хорошо, хотя и не идеально. Можно выделить 3 результата, соответственно отражающих максимальный эффект, среднее положение вещей, и наихудший вариант.
Видно, что в приложениях, хорошо оптимизированных под многоядерность, эффект от включения HT может достигать 30%, что сопровождается 12% ростом энергопотребления (как раз вспоминается правило 1:2). При этом, в общем и целом, большинство приложений не получают никакого выигрыша от HT, так как не способны задействовать и 4 физических ядра. В худшем случае производительность немного падает, однако при этом хотя бы не возрастает энергопотребление, как было в случае с Pentium 4, да и случаи такие редки. Таким образом, выключать HT смысла нет – вы как минимум не проиграете в производительности, а, можете и существенно выиграть. Причем чем “тяжелее” приложения, запускаемые на Nehalem, тем выигрыш будет больше. Источник: www.tomshardware.com www.anandtech.com [N6-Последствия некоторых архитектурных решений. Новые технологии контроля энергопотребления Core i7] На особое место хочется поставить заслуги инженеров Intel, сумевших сделать новый процессор энергетически эффективным и столь же экономичным, как его предшественника, несмотря на возросшую сложность дизайна и добавление многочисленных усовершенствований и улучшений. Стоит повториться, что первый коммерческий степпинг не идеален. Например, Core 2 Quad Q9450, работающий на частоте 2.66 ГГц, имеет TDP на уровне 95 Вт, тогда как i7-920 на той же частоте требует 130 Вт. Обусловлено это тем, что Intel приходиться перестраховывается. Пока производство не отлажено у корпорации нет возможности тестировать CPU на пониженных напряжениях, поэтому почти для всех Core i7 сейчас Vcore устанавливается не ниже отметки 1.137 В. Q9450, при этом, штатно может питаться и 0.85 В (конечно, все зависит от удачности конкретного экземпляра процессора, но официально заявленное минимальное значение такого). Это отнюдь не значит, что i7-920 не может работать, например, на 1.0 В, но такие пониженные напряжения надо подбирать самостоятельно, не забывая тестировать стабильность. Новые степпинги однозначно принесут понижение напряжения и TDP, но, как показало тестирование, даже сейчас дела обстоят очень хорошо. Для сравнения мы решили воспользоваться самыми горячими топовыми процессорами новой и предыдущей линеек – Core i7-965 Extreme Edition и Core 2 Extreme QX9770 соответственно. Они имеют схожий TDP (130 Вт для i7 и 136 Вт для QX) и работают на одинаковой частоте 3.2 ГГц. Для получения более точных результатов мы использовали несколько семплов процессоров, усредняя в таблице полученные данные:  
Крайне впечатляющие результаты! Особенно если принимать во внимание, что контроллер памяти теперь находится под крышкой процессора, и что активация HT также вносит свою лепту в энергопотребление. Особенно заметен выигрыш в состоянии покоя. В играх также разница очень и очень существенна. Более того, посмотрите на сами результаты тестов, во время которых были сделаны замеры энергопотребления:
Поразительно, но почти во всех тестах Core i7 взял верх над своим предшественником, потребляя при этом меньше энергии. Выходит, что, несмотря на одинаковый техпроцесс, Nehalem может быть намного экономичнее Penryn. Особенно интересным выглядит факт превосходства нового CPU под высокой нагрузкой на все вычислительные блоки – ведь если победу в состоянии покоя легко можно объяснить новомодной технологией энергетических шлюзов, полностью отключающих питание ядер, то в остальных сложных режимах спасибо говорить надо однозначно интеллектуальному блоку Power Control Unit. Источник: www.tomshardware.com www.anandtech.com [N7-Последствия некоторых архитектурных решений. Функционирование турбо-режима и оверклокинг] Так сложилось, что последние семейства процессоров Intel отлично разгоняются. Видимо, сказывается высокая степень отлаженности 65 и 45 нм техпроцессов в паре с удачной компоновкой самих CPU и постоянной работой над улучшением тепло-электрических характеристик в виде постоянно обновляющихся степпингов. 4 ГГц на простом воздушном охлаждении для процессоров Penryn – привычная частота, покоряющаяся подавляющему большинству CPU без каких-либо проблем. Однако штатные частоты CPU в первую очередь по маркетинговым причинам ограничены. Какой смысл выпускать, скажем, 3.8 ГГц Core 2 Duo, когда и на трех гигагерцах конкуренты из стана AMD повержены, а конкуренция идет не на поле производительности, а скорее ценообразования. Тем не менее, процент пользователей, о разгоне осведомленных, крайне невелик, и разномастные CPU от Pentium Dual Core E2140 до Core 2 Duo E8600 трудятся на штатных частотах, никак не задействуя свои резервы. Справедливо решив, что незачем добру пропадать, в Intel решили создать встроенную в CPU технологию авто-разгона. Впервые она была представлена в мобильной версии Penryn, а в Nehalem получила свое дальнейшее развитие. Мы уже рассказывали о принципе ее работы, однако стоит кратко повторить суть, так как с этим связаны некоторые возникшие недоразумения при ручном разгоне. Итак, у каждого CPU есть заводской TDP. Сейчас, напомним, для всех Bloomfield он равен 130 Вт. Блок PCU постоянно мониторит потребляемую энергию, напряжения, температуру процессора и другие параметры. Если в данный конкретный момент температура достаточно низкая, а TDP не выходит за установленные рамки, множитель может быть увеличен либо на единичку, либо на двойку. Это может сопровождаться отключением неиспользованных ядер и прочими действиями для поддержания приемлемого тепловыделения. 
Много это или мало – судить сложно, наверное, лучше, чем ничего. В любом случае, автоматический разгон никогда не поднимал производительность системы существенно. А вот с ручным разгоном Nehalem изначально возникли сложности. Дело в том, что появилась информация, согласно которой блок PCU намертво блокировал любые попытки разгона при превышении процессором установленных границ TDP. Естественно, при любом мало-мальски значимом повышении частот энергопотребление и тепловыделение существенно превышает заводское значение TDP. Отключить эту функцию было возможно только на “экстремальном” i7-965. Таким образом, об оверклокинге фактически можно было забыть. Началось шаманство с целью выяснения, как повысить значения множителя при переходе CPU в Turbo Mode и прочие неочевидные действия. Однако, в конце концов, оказалось, что невозможность отключения аппаратной защиты от превышения TDP – не более чем недоработка первых версий BIOS, которыми снабжались самые популярные платы с LGA1366 – ASUS Rampage II Extreme и Intel DX58SO. После обновления появляется такая опция:     Что касается экстремального i7-965 EE, возможность вручную поднять множитель без повышения частоты системного генератора способствовала разгону до 4 ГГц при том же напряжении 1.37 В, с которым i7-920 работал на 3.7 ГГц. 4.2 ГГц покорились при напряжении 1.5 В:  Источник: www.tomshardware.com www.anandtech.com [N8-Intel X58 как неотъемлемая составляющая новой платформы] Так как новый процессор Core i7 является полностью новой моделью CPU в конструктивном и компоновочном плане, для него нужен и новый чипсет. Основная причина, по которой старые северные мосты вроде P45 или X48 с Core i7 несовместимы – интеграция контроллера памяти в сам процессор. Так как Intel традиционно является лидером в производстве чипсетов для своих процессоров, и в этот раз синхронно с релизом Core i7 корпорация представила новый набор логики X58. На сегодня он является единственным чипсетом, который работает с Core i7. Его блочная диаграмма в традиционных цветах Intel выглядит так:   |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Источник: НИКС - Компьютерный Супермаркет