Вступление
Лаборатория продолжает цикл статей о ретроклокинге. И в этот раз мы решили посвятить статью одной цифре. Хотя она всего одна, но для компьютерной индустрии значила очень многое, если не больше.
Как вы, наверное, уже догадались, речь далее пойдет об одном гигагерце. Еще на заре компьютерных времен, когда производительность исчислялась мегагерцами, основные игроки процессорного рынка – AMD и Intel, и они же конкуренты, стремились первыми покорить заветный гигагерц…
В рамках данной статьи были собраны все процессоры AMD и Intel со штатной частотой 1 ГГц, дабы выяснить, инженерам какой компании это удалось лучше.
Немного истории
С момента выпуска в 1971 году первого однокристального и общедоступного процессора Intel 4004, который работал на 0.74 МГц, для покорения заветного гигагерца понадобилось чуть более 28 лет.
Первую гонку за покорение этой вершины выиграла AMD и ее процессор, носящий имя Athlon. Второй гигагерц был покорен всего лишь через полтора года, первым в этот раз был Intel и его Pentium 4 – первенец микроархитектуры «NetBurst». Третий гигагерц был также за Intel, но срок его покорения все тем же Pentium 4 составил уже год и два месяца.
Четвертый гигагерц дался тяжелее. Производители процессоров поняли, что не в частоте ядер счастье, а в их количестве. На его покорение индустрии понадобилось 9 лет и 3 месяца. Первым взял эту планку представитель AMD с микроархитектурой Bulldozer - FX-4170. Пятый гигагерц вновь оказался за AMD и ее FX-9590, принадлежащий к микроархитектуре «Piledriver», который в номинале работал на 4.7 ГГц но благодаря технологии «Turbo Core» покорял заветные 5 ГГц. Для достижения этой частоты с предыдущей отметки понадобилось 1 год и 4 месяца.
Эволюция процессорных гигагерц продолжает развиваться, и пока еще загадка, кто первым покорит следующий рубеж в 6 ГГц. Быстрее, наверное, будет 60 ядер под крышкой, нежели процессоры доберутся до этой следующей заветной частоты. Я же представлю героев теста. Встречаем!
Перед вами девять процессоров: четыре из «зеленого» лагеря и пять из «синего». Кто есть кто, думаю, понятно. Остановлюсь отдельно на каждом экземпляре.
Первым честь быть представленным выпала покорителю одного гигагерца – AMD Athlon в слотовом исполнении (подробнее об особенностях картриджей AMD можно прочесть в этой статье).
На фото выше Athlon c частотою 1 ГГц с маркировкой K7100MNR53B А, который основан на ядре «Pluto». Хотя AMD специально, чтобы подчеркнуть значимость своих высокочастотных версий процессоров от 900 МГц до 1 ГГц, назвала ядро отдельным именем – «Orion».
Перед вами лидер гонки гигагерц . Процессор вышел 6 марта 2000 по рекомендованной цене $1299. Ну что, когда-то и AMD стоили недешево, сейчас даже топовый AMD Threadripper доступнее.
Процессор производился по нормам 180 нм, форм-фактор – слотовый картридж, под которым находилось ядро и две микросхемы кэш-памяти второго уровня общим объемом 512 Кбайт. Рабочее напряжение ЦП составляло 1.8 В.
Следующий представитель – это 1 ГГц AMD Athlon c FSB 100 МГц и маркировкой A1000AMT3C. В основе процессора лежит знаменитое ядро «Thunderbird» или «Буревестник», который наделал в свое время много шума на процессорном рынке.
Процессор, как и предыдущий экземпляр, изготавливался по нормам 180 нм техпроцесса, имел 256 Кб кэш-памяти второго уровня, интегрированной в кристалл CPU, и рабочее напряжение 1.75 В.
Еще одним вариантом 1 ГГц «буревестника» была модель с FSB равной 133 МГц и уменьшенным с 10 до 7.5 множителем, в остальном же это был такой же процессор.
Новые процессоры на ядре «Thunderbird» производили в то время две фабрики: первая «Fab 32» в Остине, штат Техас (180 нм алюминий) и вторая «Fab30» в Дрездене, Германия (180 нм медь). По данным производителя декларировалось, что разницы между двумя чипами, изготовленными на различных фабриках, нет. Но на практике все было иначе. Процессоры, изготавливающиеся с применением медных технологий, разгонялись лучше из-за лучших токопроводящих свойств меди. Как ни странно, отличить их можно и сейчас на глаз. Чипы с алюминиевыми соединениями переливаются зеленоватым блеском, а медные – синим.
Четвертым представителем «зеленого» лагеря является процессор с некогда непривычным русскому слуху именем – Duron, основанный на ядре «Morgan». Процессор с тактовой частотой 1 ГГц коренным образом отличался от своих старших братьев.
Для начала посмотрим на его характеристики глазами утилиты CPU-Z:
Техпроцесс производства остался прежним 180 нм, объем кэш-памяти второго уровня сократился вчетверо и равнялся скромным 64 Кб, что вдвое меньше чем у Intel Celeron. Но из-за особенности архитектуры процессоров AMD K7 данные кэша L1 не дублировались в L2, поэтому эффективный объем кэша можно принять равным суммарному объему L1 и L2 - то есть 192 Кб.
Важно отметить, что процессор обзавелся набором инструкций SSE, так как, по сути, он представлял собою следующее поколение процессоров AMD на ядре «Palomino» из новой линейки Athlon XP. В новом ядре было пересмотрено заново расположение всех его модулей в целях уменьшения энергопотребления, которое в результате удалось снизить на 20%. Значительно улучшена система кэширования, добавился блок аппаратной предвыборки данных, позволяющий более эффективно работать с памятью, а также был расширен набор инструкций 3DNow!.
Мне удалось найти интересные фото ядра Thunderbir’a c макро увеличением, на них хорошо видны структурные блоки процессора, думаю многим будет интересно взглянуть:
Теперь переходим к конкурирующим моделям «синего» лагеря. Начну с процессора в слотовом исполнении Intel со SPEC кодом SL4BS.
Перед нами Pentium-III на ядре «Coppermine», облаченный в картридж. Из маркировки видно, что процессор работает на частоте 1 ГГц, обладает кэш-памятью второго уровня объемом 256 Кбайт, рабочее напряжение составляет 1.7 В, частота FSB равна 133 МГц.
Процессор был анонсирован через два дня после выхода слотового Athlon – 8 марта 2000 c рекомендованной ценой $990.
Как и у AMD, у INTEL существовали 1 ГГц модели с FSB 100 и 133 МГц. Мне удалось найти самый быстрый вариант с FSB 133 МГц и множителем х7.5. Модели с FSB 100 МГц и множителем х10 найти сейчас очень проблематично.
Как видите, CPU-Z несколько недоумевает и думает, что перед нами 750-й «третий пентиум», но на самом деле все иначе.
Следующим представителем будет выступать такой же «Coppermine», но с форм-фактором Socket 370. Все остальные характеристики полностью совпадают со слотовой версией.
Следующий Pentium-III уже интереснее. Достаточно взглянуть на его внешний вид:
Перед нами процессор со SPEC кодом SL5QJ, который обзавелся теплораспределительной крышкой и представляет собою минимально улучшенный вариант предыдущего ядра «Coppermine». Онподдерживает работу системной шины GTL+, отличающуюся более низким энергопотреблением и ориентирован на работу с чипсетами, поддерживающими процессоры с ядром «Tualatin».
По сути «Coppermine-Т» был переходным мостом к новому процессорному ядру и обкатке новых технологий на старых системных платах. Благодаря двойной поддержке сигнальных уровней шины AGTL+ 1.5 В и 1.25 В, процессор на ядре «Coppermine-Т» мог легко работать как в платах поддерживающих процессоры в исполнении FC-PGA ,так и FC-PGA2. Ниже на скриншоте спецификация процессора из утилиты CPU-Z:
Как видно из скриншота, все те же 256 Кбайт кэш-памяти второго уровня и частота системной шины 133 МГц. Утилита никак не идентифицирует данный «Coppermine-T» и не отличает от простого «Coppermine».
Следующим участником тестирования станет Intel Celeron с частотой 1 ГГц, со SPEC кодом SL5XT, в основе которого лежит ядро «Coppermine-128».
Перед нами классическая половинка Pentium-III. Под половинкой подразумевается объем кэш-памяти второго уровня по отношению к полноценному Pentium-III. В остальном, кроме частоты системной шины, работающей на 100 МГц, отличий от старших братьев нет.
А вот следующий Celeron относится к более прогрессивному семейству. Достаточно взглянуть на скриншот CPU-Z:
Перед нами Intel Celeron обладающий 265 Кб кэш-памяти 2-го уровня, совсем как у Pentium III.
В основе процессора со SPEC кодом SL5ZF лежит ядро «Tualatin-256», которое производилось по более тонкому 130 нм техпроцессу, потребляло меньше электроэнергии и имело теплораспределительную крышку сверху. В остальном это «урезанный» в некотором роде Pentium III на ядре «Tualatin».
Кроме выше названных отличий от «Coppermine», у нового ядра есть еще одно отличие, заключающиеся в наличие дополнительного блока под названием – «Data Prefetch Logic». Данный блок реализует механизм предвыборки данных, позволяющий загружать в кэш второго уровня данные с упреждением, т.е. до того, как они будут запрошены ядром процессора.
Похожие операции умеет делать Pentium 4, а также AMD Athlon XP на ядре «Palomino», однако для такой предвыборки данных сам канал данных между процессором и памятью должен быть достаточно широким, но ширина FSB у Pentium III явно для этого малопригодна из-за своей малой пропускной способности.
Тестовый стенд
Конфигурация тестового стенда
Процессоры:
- AMD Athlon, 1 ГГц, «Orion», Slot A, FSB 100 МГц;
- AMD Athlon, 1 ГГц, «Thunderbird», S-462, FSB 100 МГц;
- AMD Athlon, 1 ГГц, «Thunderbird», S-462, FSB 133 МГц;
- AMD Duron, 1 ГГц, «Morgan», S-462, FSB 100 МГц;
- Intel Pentium III, 1 ГГц, «Coppermine», Slot 1, FSB 133 МГц;
- Intel Pentium III, 1 ГГц, «Coppermine», S-370, FSB 133 МГц;
- Intel Pentium III, 1 ГГц, «Coppermine-T», S-370, FSB 133 МГц;
- Intel Celeron, 1 ГГц, «Coppermine-128», S-370, FSB 100 МГц;
- Intel Celeron 1 ГГц, «Tualatin-256», S-370, FSB 100 МГц.
Материнские платы:
- ASUS K7V, Slot A, чипсет VIA KX133;
- EPoX 8K3A, Socket 462, чипсет VIA KT333;
- ASUS TUSL2-C, Socket 370, чипсет Intel i815EP;
- ABIT BE6-II, Slot 1, чипсет Intel i440BX.
Оперативная память:
- Hyundai Electronics SDRAM 256 Мбайт, PC133 CL=2;
- Samsung DDR SDRAM 256 Мбайт, PC2700 CL=2.
Видеокарта:
- Leadtek GeForce FX 5950 Ultra, AGP, 256 Мбайт, (Forceware 81.85).
Программное обеспечение
- Операционная система: Windows XP Sp3;
- Super Pi mod. 1.5XS (задача 1M);
- PiFast v.4.1;
- wPrime v.1.43;
- HWBOT Prime v.0.8.3;
- WinRAR x86 v. 5.40;
- Cinebench 2003;
- PCMark 2004 v.1.30;
- 3DMark 2000 Pro v.1.1;
- 3DMark 2001 SE Pro b330;
- AIDA64 5.50.3600.
Выбор конфигураций
Итак, пора проверить, инженеры какой компании лучше справились с поставленной задачей. Но перед оглашением результатов я остановлюсь на тестируемых конфигурациях.
Для всех платформ действовал единый подход: одна и та же система охлаждения, одна и та же оперативная память, настройки конфигурации в BIOS Setup и тайминги памяти установлены на максимальную производительность. При разгоне выбирались последние, либо предпоследние значения, отвечающие за поднятие напряжения на ядро CPU и чипсета.
Если посмотреть на материнские платы, то для тестирования взяты лучшие представители каждого слота/сокета, хотя особняком стоит платформа на Socket 462. Мне, с одной стороны, не хотелось брать модель, рассчитанную на обыкновенную память стандарта SDRAM, поскольку она была бы узким местом при работе с более скоростной шиной EV6. Модели системных плат на чипсете Nvidia nForce2 также отпадали из-за большого отрыва от остальных платформ по техническим характеристикам. Выбор представлялся в виде чипсетов VIA KT266A либо KT333, и я остановился на последнем.
А для того чтобы память с процессором обменивались на одинаковых скоростях, для 1 ГГц Thunderbird c FSB 100 МГц режим памяти устанавливался синхронно – 100 МГц. Для модели «Буревестника» с FSB 133 МГц память работала в режиме 166 МГц для полной демонстрации возможностей чипсета.
Итоговые значения разгона получились следующими:
Модель |
Athlon 1000
(Orion)
|
Athlon 1000
(FSB 100)
|
Athlon 1000
(FSB 133)
|
Duron
1000
|
Pentium III
1000EB
|
Pentium III
1000EB
|
Pentium III
1000EB
|
Celeron
1000
|
Celeron
1000A
|
Ядро |
Orion
|
Thunderbird
|
Thunderbird
|
Morgan
|
Coppermine
|
Coppermine
|
Coppermine-T
|
Coppermine-128
|
Tualatin-256
|
Техпроцесс, нм |
180
|
180
|
180
|
180
|
180
|
180
|
180
|
180
|
130
|
Разъем |
Slot A
|
Socket 462
|
Socket 462
|
Socket 462
|
Slot 1
|
Socket 370
|
Socket 370
|
Socket 370
|
Socket 370
|
Частота, МГц |
1000
|
1000
|
1000
|
1000
|
1000
|
1000
|
1000
|
1000
|
1000
|
Разгон, МГц |
1100
|
1205
|
1200
|
1240
|
1120
|
1125
|
1120
|
1250
|
1400
|
Множитель |
10.0x
|
10.0x
|
7.5x
|
10.0x
|
7.5x
|
7.5x
|
7.5x
|
10x
|
10x
|
FSB, МГц |
100
|
100
|
133
|
100
|
133
|
133
|
133
|
100
|
100
|
Кэш L1, Кбайт |
128
|
128
|
128
|
128
|
32
|
32
|
32
|
32
|
32
|
Кэш L2, Кбайт |
512
|
256
|
256
|
64
|
256
|
256
|
256
|
128
|
256
|
Напряжение питания, В |
1.80
|
1.75
|
1.75
|
1.75
|
1.75
|
1.75
|
1.75
|
1.75
|
1.50
|
TDP, Вт |
65
|
54.3
|
54
|
46.1
|
29
|
29
|
29
|
29
|
27.8
|
Количество транзисторов, млн |
22
|
37
|
37
|
25.5
|
28
|
28
|
28
|
28
|
44
|
Наличие SSE инструкций |
Нет
|
Нет
|
Нет
|
Да
|
Да
|
Да
|
Да
|
Да
|
Да
|
Как можно видеть, в лидерах по разгону оказался Celeron на ядре Tualatin, который за счет более тонкого техпроцесса опередил всех участников.
Остальные процессоры расположились практически одинаково среди соотечественников по лагерю, и только слотовый AMD продемонстрировал более скромный прирост частоты. Очевидно, что из него уже и так выжали все соки. Переходим к результатам тестов.
|