Основным вектором развития компьютеров всегда будет производительность. Новые технологии и технические решения чаще всего преследуют цель увеличить вычислительную мощность подсистем компьютера или системы в целом. Существует несколько путей повышения производительности. Самым популярным из них остается наращивание тактовой частоты главного вычислительного узла - центрального процессора. Частоты современных процессоров для ПК уже достигли отметки 3 ГГц, и это далеко не предел для современных технологий. Однако на производительность влияет не только непосредственно скорость обработки данных, но и скорость их доставки к месту обработки. Другими словами, быстрому процессору необходимо обеспечить быстрый канал для обмена данными с подсистемой памяти. Частично эта проблема решается за счет кэширования данных, но объем кэша относительно невелик, а его наращивание сопряжено с проблемами технологического характера. Остается увеличивать пропускную способность внешних каналов, подключающих процессор к памяти.

Как известно, между процессором и памятью лежат два канала - от процессора к системному контроллеру чипсета и от системного контроллера к модулям памяти. Пропускная способность второго канала увеличивается из года в год. Сначала память была переведена на технологию удвоенной передачи данных (DDR), потом стали расти ее частоты: 100 (PC1600), 133 (PC2100), 166 (PC2700), а теперь и 200 МГц (PC3200). Внедрение двухканальных контроллеров памяти увеличило пропускную способность подсистемы памяти еще вдвое, и сегодня современные системы могут обмениваться данными с памятью со скоростью 6,4 Гб/с.

А вот с наращиванием частоты процессорной шины вышла заминка. Первые процессоры нынешнего поколения имели шины с частотой 100 МГц. У процессоров Pentium 4 передача данных с самого начала ведется с учетверенной скоростью (пропускная способность - 3.2 Гб/с), у процессоров Athlon - с удвоенной скоростью (1.6 Гб/с). Чуть позже частоту увеличили до 133 МГц, но на этом остановились.

Прогресс в этом направлении осуществился совсем недавно. И для Pentium 4, и для Athlon XP увеличили частоту шины до 200 МГц - вдвое по сравнению с тем, с чего начинали. Были выпущены четыре новые модели Pentium 4 и одна модель Athlon XP. В этой статье я буду рассматривать процессор Intel с шиной 800 (200) МГц, поступивший ко мне на тестирование.

800 или 200?

Очень часто ко мне приходит вопрос о настоящей частоте шины процессора Pentium 4. Покупая процессор Intel, пользователь видит в прайс-листе, например, цифру "533" и считает, что у нового процессора частота шины будет 533 МГц. А потом узнает, что внутренний множитель слишком большой для тактовой частоты процессора. Например, процессор Pentium 4 2.40 имеет множитель 18х. Умножив его на 533, мы получим частоту 9.6 ГГц, а не 2.40 ГГц, как должно быть.

Налицо путаница в частотах. Шина процессора Pentium 4 тактируется импульсами с частотой от 100 до 200 МГц, однако данные и адреса по ней передаются с большими скоростями. Так, адреса передаются по два пакета за один тактовый импульс - фактически частота выдачи адресов удваивается. Данные по шине передаются по четыре пакета за такт, поэтому частота обмена данными оказывается в четыре раза больше, чем базовая тактовая частота. Поскольку частота обмена данными - самая важная для описания пропускной способности шины, Intel в спецификациях процессора указывает именно ее.

Новые процессоры Pentium 4 имеют шину 800 МГц. Это значит, что базовая тактовая частота шины составляет 200 МГц, частота передачи адресов - 400 МГц, частота обмена данными - 800 МГц. Пропускная способность 64-разрядной шины процессора (теоретическая) составляет 4х200х(64/8)=6.4 Гб/с.

В дальнейшем, во избежание путаницы, я буду указывать шину 800 МГц.

Процессоры

На момент написания статьи было выпущено четыре модели процессоров Pentium 4 с шиной 800 МГц - 2.40C, 2.60C, 2.80C и 3.0. Буква "С" добавлена в маркировку для того, чтобы не спутать процессоры с прежними моделями, имеющими шину 400 или 533 МГц. Ведь внешне новые процессоры ничем не отличаются от старых.

Да и архитектурно они не изменились. Новые процессоры базируются на прежнем ядре Northwood, выполненном по технологии 0.13 мкм и содержащем 512 Кб кэша второго уровня. Следующее ядро, Prescott, появится не ранее осени 2003 года и будет содержать ряд улучшений (детали пока не разглашаются). А нынешние процессоры отличаются только внутренним множителем.

Стоимость процессоров с шиной 800 МГц выше, чем процессоров с той же частотой, но другой шиной. Например, по официальному прайсу Intel (www.intel.com/intel/finance/pricelist) Pentium 4 2.80 стоил $262, а Pentium 4 2.80C - уже $278.

Чипсеты

Почему разработчики выбрали именно 800 МГц? Почему был пропущен следующий шаг после 533 - 667 МГц? Ответ очевиден - процессоры были "подогнаны" под возможности современных чипсетов.

Обратите внимание на то, что пропускные способности новой шины процессоров Pentium 4 и последних контроллеров памяти совпадают. Так, чипсеты Intel серий 865 и 875 поддерживают память DDR400 (PC3200) и имеют двухканальные контроллеры памяти. Для обеспечения максимальной эффективности работы чипсета необходимо, чтобы контроллер памяти и контроллер шины процессора работали синхронно. Если тактовая частота шины памяти составляет 200 МГц, то частота шины процессора должна иметь ту же величину. Тогда данные смогут поступать в процессор, минуя промежуточные буферы синхронизации.

Специально для поддержки синхронного режима работы в чипсете Intel 875P была применена технология "Performance Acceleration Technology" (PAT). Внутри чипсета при помощи последних полупроводниковых технологий были созданы каналы с максимальной скоростью распространения сигнала. Когда шины памяти и процессора работают на частоте 200 МГц, буферы синхронизации отключаются, и данные направляются по этим каналам. Тем самым снижаются задержки, уменьшается латентность запросов к памяти, повышается быстродействие канала между процессором и памятью.

(Замечу в скобках, что у чипсета i865PE тоже есть такие каналы, но они отключены. Некоторым разработчикам материнских плат удается их включать, и тогда производительность системы увеличивается. Следует учесть, что работоспособность каналов гарантируется только у чипсета i875P, у других чипсетов они даже не тестируются в процессе производства).

Кроме чипсетов Intel 875P, 865PE и 865G, процессоры с шиной 800 МГц будут поддерживаться следующими чипсетами:

• 655FX, 648FX и последующими чипсетами SIS;
• VIA PT800 (название чипсета условно, так как оно уже менялось несколько раз и неизвестно, как чипсет будет называться в момент выхода);
• ATI Radeon 9100 IGP и последующими;
• Неофициально с шиной 800 МГц работают чипсеты Intel 845PE и 845GE, SIS 655 и 648, VIA P4X400 - достаточно, чтобы в BIOS была возможность выбрать шину 200 МГц.

В ходе тестирования замечен один нюанс. Младшие процессоры в новом семействе, Pentium 4 2.40C и 2.60C, имеют множители 12х и 13х, а Pentium 4 "родился" уже с множителем 14х. Теоретически некоторые материнские платы на чипсетах, официально не совместимых с шиной 800 МГц, могут некорректно поддерживать эти процессоры. Кроме того, поскольку все процессоры с шиной 800 поддерживают HyperThreading, необходимо, чтобы BIOS платы тоже поддерживал эту технологию, иначе она не будет работать. И еще следует обратить внимание на наличие в BIOS средств настройки процессорной шины, если вы хотите установить новый процессор в старую плату.

Тестирование

В моем распоряжении оказался один экземпляр процессора Pentium 4 с поддержкой шины 800 МГц. Это не серийный, а тестовый образец, обладающий замечательной особенностью - возможностью изменения множителя. Благодаря ей с помощью одного процессора можно промоделировать работу любого процессора из нового семейства. Поскольку у меня есть процессор Pentium 4 2.40A (18x133), тестовый процессор был установлен в режим 200x12, чтобы сымитировать работу процессора с той же тактовой частотой, но другой шиной - Pentium 4 2.40C.

Для тестирования была использована плата на новом чипсете i865G - Intel D865GBF. Это тоже тестовый образец, имеющий более широкие возможности настройки, нежели серийные платы Intel. Также в состав тестовой конфигурации входили две планки памяти PC3200, видеокарта GeForce4 Ti4200, винчестер Seagate Barracuda ATA IV. Операционная система - Windows XP.

Первый, серийный процессор, работал на шине 533 МГц. BIOS платы позволял установить любую частоту памяти, в том числе и 200 (400) МГц. Однако в спецификациях чипсета i865G явно указано, что память DDR400 будет работать на своей "родной" частоте только в синхронном режиме. То есть в том случае, если частота процессорной шины тоже будет 200 МГц. Какова была реальная частота памяти - выяснить не удалось. Второй, тестовый процессор, работал на шине 800 МГц, и частота памяти была максимальной - 200 (400) МГц. Тайминги были выставлены в обоих случаях одинаково, работал двухканальный режим.

Новые процессоры реализуют технологию HyperThreading, и тестовый Pentium 4 не был исключением. Два процессора в системе появились после установки ядра (HAL) "ACPI Multiprocessor PC". Правда, по моим прежним наблюдениям, технология HyperThreading в большинстве тестов не дает положительного эффекта, поэтому ее влиянием в общем случае можно пренебречь.

Сначала - синтетические тесты памяти. Поскольку сама память в обоих случаях работает одинаково, разница в этих тестах обусловлена только более быстрой шиной у тестового процессора и изменениями в задержках, связанными с синхронным режимом. Так, тест Sandra, традиционно "чувствительный" к пропускной способности не только памяти, но и шины процессора, а также кэша, показал солидный прирост - 30%. Похожий результат дал классический тест Linpack, решающий систему линейных уравнений - 33%. В тесте Cachemem показатели другие - 7% при чтении и 37% при записи данных. Он не так реагирует на собственно процессор, как на память, однако изменения в доступе к памяти вследствие синхронного режима он "заметил".

Сжатие данных в архиваторе WinRAR ускорилось на 12% - итог роста скорости записи в память. А вот процесс сжатия видео (как DivX'ом, так и WMV) практически не изменился, так как "внутри" оба процессора работали одинаково.

3D-игры в низком разрешении (640х480х16 бит) ускорились на 10-12%. Исключение составил Serious Sam. Судя по всему, ему "не понравилась" HyperThreading: в ранних тестах этой технологии именно Serious Sam дал на нее отрицательную реакцию.

Тест SPECViewperf показал прирост производительности в дизайнерских приложениях. В Pro/Engineer и DesignReview эффект был очень существенным - более 20%, в LightScape он не очень большой - около 10%. А в Data Explorer быстродействие снизилось на 10%. Результат пока необъяснимый.

Тест SYSMark2002, суммарная производительность в офисных и креативных задачах. Результат - 4% прироста. Эффект положительный, хоть и не очень впечатляющий.

Вердикт

Перевод процессора Pentium 4 на шину 800 МГц - это ощутимый шаг вперед. Что интересно, шаг этот был сделан синхронно с таким же шагом в области микросхем системной логики. Intel одним махом заменила целую платформу, модернизировав не только процессор, но и графический интерфейс (AGP 8x), шину памяти и интерфейс подключения жестких дисков (Serial ATA). Новая шина процессора стала необходимым звеном в общей цепи технологий, призванных увеличить производительность платформы ПК.

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