Архитектура и производительность

Все мы хорошо знаем, что процессоры для персональных компьютеров выпускают две конкурирующие компании - Intel и AMD. До сих пор не утихают споры о том, чьи процессоры лучше. Сторонники Intel утверждают, что процессоры этой корпорации надежны и устойчивы, хорошо разгоняются, умеренно нагреваются, не требовательны к качеству исполнения материнской платы и блока питания. А процессоры AMD, говорят приверженцы альтернативной платформы, имеют гораздо меньшую стоимость при более высокой производительности.

Но ведь есть и третий производитель процессоров. Тайваньский разработчик VIA тоже имеет свою линейку из нескольких моделей и более-менее регулярно обновляет ее. Тем не менее, купить процессор этой фирмы очень проблематично. В чем же причина такой непопулярности? Я постараюсь дать ответ на этот вопрос.

Архитектура процессора VIA C3 на ядре Samuel-2

Ядро Samuel-2 (кодовый номер C5B) является дальнейшей модификацией того, на котором базировался первый процессор C3. Изменения, в основном, затронули только кэш (появился кэш второго уровня) и блок предсказания ветвлений (увеличен объем его буферов). Структурная схема ядра процессора Samuel-2 представлена на диаграмме.

Общая длина конвейера процессора составляет 12 стадий - от выборки инструкции до записи результатов. Тем не менее, само исполнительное устройство не конвейерное. Кроме того, насколько мне позволяют судить мои познания в области микропроцессоров, у VIA имеется множество других недостатков. Его ядро не суперскалярное - процессор не может параллельно обрабатывать несколько инструкций, и потому пропускная способность ограничена одной инструкцией за такт. Даже первый Pentium имел второй конвейер. Допускаю, что не все программы оптимизированы с учетом распараллеливания потока команд, но современные процессоры применяют механизм переупорядоченного выполнения (out-of-order execution), который позволяет "скармливать" команды процессору в оптимальной последовательности. Samuel-2 этот прием не использует, так как все равно не способен исполнять команды параллельно.

Еще один примечательный момент - блок FPU (но не MMX/3DNow!) процессора VIA работает на половинной частоте. Нечто подобное имеет место в архитектуре Pentium-4: у этого процессора блок ALU работает вдвое быстрее FPU.

У Samuel-2 нет также механизма преобразования x86-инструкций в RISC-подобный набор команд. Впрочем, кое-какие действия в этом направлении все же предпринимаются: процессор аппаратно выполняет только ограниченный набор инструкций, а редко используемые команды x86 заменяются микропрограммами, загружаемыми из ПЗУ.

Как объясняют разработчики, они намеренно пошли на сокращение конвейеров и упрощение архитектуры, чтобы обеспечить малый размер ядра и низкое потребление энергии. Этому же способствует динамическое управление потреблением энергии - многие блоки процессора при простое способны отключаться. Тем не менее, процессор имеет большие внутренние кэши, которые, как известно, требуют особенно много места на кристалле. Почему разработчики потратили столько места на 192 Кб памяти, если они так заботятся о размере кристалла? Загадка…

Другие особенности процессора

Впрочем, ядро Samuel-2 все-таки получилось небольшим. При использовании техпроцесса 0.15 мкм его размер всего 52 кв. мм. Процессор работает на напряжении 1.6 В. Потребление энергии - тоже большой плюс процессора: для моделей 700-800 МГц оно составляет 5.8-6.6 Вт, что на 30% меньше, чем у Celeron с такой же тактовой частотой. Тем не менее, эксплуатировать процессор с кулером без вентилятора VIA не советует.

Частота процессорной шины для Samuel-2 может варьироваться. На сегодня существуют модели с шиной 100 МГц (700, 750, 800) и 133 МГц (733A, 800A). VIA нет смысла искусственно понижать шину, так как у нее нет процессоров старшей линейки - в отличие от Intel.

Множитель процессора C3 заблокирован, но не полностью. Как утверждает VIA, его можно изменять динамически, программируя регистры шинного интерфейса процессора. Впрочем, этот механизм должен корректно поддерживаться программным обеспечением или BIOS. Скажу сразу, мне не удалось изменить множитель C3.

Процессор упакован в устаревший керамический корпус и потому похож на Cyrix 6x86/MII. Причем производитель "догадался" наносить маркировку краской прямо на контактную площадку - видимо, не заботится о хорошем контакте с кулером. Механически и электрически C3 совместим с процессорами Intel семейства P6. Он может устанавливаться практически на все материнские платы с разъемом Socket-370, и даже на те, которые не поддерживают Tualatin. Кроме того, он способен работать и на самых последних платах, в отличие от старых моделей Celeron на ядре Mendocino (333-533 МГц).

Позиционирование

Проанализировав результаты работы инженеров Centaur, VIA пришла к выводу, что ее процессор должен использоваться только в самых дешевых ПК, а также специализированных компьютерах - ТВ-приставках, "интеллектуальных" бытовых приборах, планшетных и мобильных компьютерах. Вряд ли он сможет составить конкуренцию аналогам от Intel и AMD - слишком примитивная архитектура не позволит эффективно обрабатывать интенсивные потоки команд, а блок FPU с пониженной частотой не подходит для задач со сложной математикой. Зато низкое потребление и рассеивание энергии - очень ценное свойство для компьютеров без мощной системы охлаждения. Да и себестоимость такого компактного процессора получается небольшой, что актуально для дешевых компьютеров.

Но все-таки, какова производительность VIA C3? Стоит ли обращать на него внимание нам, владельцам настольных компьютеров? Постараемся это выяснить.

Тестирование

С трудом достав младшую модель процессора, C3-733A, я решил провести сравнительное тестирование. В качестве конкурента выступил, конечно, Celeron. Причем я решил не использовать Coppermine - процессоры на базе этого ядра постепенно исчезают из прайсов, и в скором времени их полностью заменят Tualatin. Однако найти Tualatin c частотой 733 МГц нереально, поэтому я взял Celeron 1.0 и понизил его частоту до 750 МГц (75х10). Замечу, что C3 использует более высокую частоту процессорной шины, что должно, по идее, повысить эффективность работы с памятью. Правда, у Celeron больше суммарный объем кэша - 256 Кб (L2) против 192 Кб (L1+L2) у C3. Но для несложных офисных задач это не критично.

Для тестирования я выбрал плату Canyon 6SP2AS-T. Это недорогая, но достаточно качественная и надежная материнка на чипсете i815EP step 'B'. Она имеет форм-фактор ATX, полный набор слотов (3DIMM, 6PCI, CNR, AGP), качественный двухканальный модуль питания, поддерживает процессоры Coppermine, Tualatin и VIA Samuel/Samuel-2/Ezra. Встроенный звук основан на кодеке ALC201, разведен качественно. Особенность платы - поддержка питания PCI-устройств в режиме Soft-off. А вот возможностей по разгону у нее практически нет, поскольку она ориентирована на корпоративный сектор.

Поскольку C3-733A работает на шине 133 МГц, мне удалось и память поставить на 133 МГц. В случае с Celeron этого сделать нельзя - так уж устроен чипсет i815EP.

Начнем с процессорных тестов. Очевидно, что C3 в силу своих архитектурных особенностей не сможет тягаться даже с не очень-то быстрым Celeron. В тесте CPUMark'99 процессор VIA медленнее в полтора раза, в Sandra - более чем вдвое медленнее в целочисленной и вчетверо - в плавающей арифметике. В тестах PCMark2002 он тоже медленнее в два-три раза. Фактически C3 может поспорить только с таким "древним" процессором, так AMD K6-II.

А как насчет работы с памятью? Согласно Sandra, при выполнении целочисленных операций скорость работы с памятью составляет всего 187 Мб/с - Celeron показывает на 50% лучший результат. С плавающей запятой, впрочем, разница небольшая. Другой тест, Cachemem, утверждает, что запись C3 делает достаточно быстро (если сравнивать с Celeron), а вот читает вдвое медленнее.

Может быть, в реальных задачах C3 реабилитирует себя? Да нет, Celeron опять быстрее в полтора раза (согласно тесту Winstone2001 Business). В трехмерных играх даже при наличии такой дорогостоящей видеокарты, как GeForce3, система на базе C3 остается далеко позади (все те же 60-130% отставания в разрешении 640х480).

К тому же с совместимостью не все в порядке - по неизвестной причине не прошел тест SYSmark2002. И еще одну вещь я обнаружил. Если внимательно проанализировать график, полученный с помощью Cachemem, становится очевидным, что у C3 не работает кэш второго уровня! Блоки данных объемом более 64 Кб не могут быть прочитаны без обращения к памяти, в то время как кэш Celeron справляется и с 256 Кб блоками. А если посмотреть на ситуацию с записью, то выясняется, что у C3 данные отправляются сразу в память, минуя кэш. Это связано либо с ошибками в процессоре, либо, что более вероятно, с некорректной инициализацией процессора.

Итог

В общем, VIA C3 - неудачный процессор, показывающий низкую производительность. Для настольной машины его использовать не имеет смысла. К тому же с поддержкой этого процессора не все в порядке, из-за чего результаты оказались еще хуже.

Впрочем, нагревается он действительно очень слабо, стоит недорого, подходит для устаревших систем с разъемом Socket-370. VIA также предлагает недорогие интегрированные платы с этим процессором, которые выгодно использовать для компьютеров, предназначенных для ввода и несложной обработки данных.

Плюсы:

• низкое потребление энергии;
• совместимость со старыми и новыми платами;
• можно не беспокоиться о перегреве;
• поставка в составе целых платформ;
• низкая цена.

Минусы:

• очень низкая производительность;
• неполная совместимость с BIOS и ПО;
• малая распространенность.

Макс КУРМАЗ,
max@hw.by,
"Белорусский 'железный' сайт" (www.hw.by)

Процессор VIA C3 733A предоставлен фирмой Jet

Материнская плата Canyon 6SP2AS-T и процессор Intel Celeron 1.0A предоставлены фирмой ASBIS