Сравнение реальной производительности

После того, как AMD и Intel начали упаковывать всё больше и больше вычислительных ядер в свои CPU, потенциал производительности стал увеличиваться быстрее, чем во времена одноядерных CPU – и всё из-за параллельных вычислений. В те времена увеличение тактовых частот и производительности в расчёте на такт являлось единственным способом ускорения вычислений. Сегодня разработчикам приходится оптимизировать приложения, чтобы они смогли выигрывать от нескольких ядер. Но подобный подход, в свою очередь, обеспечивает масштабируемость, которая раньше была просто недостижима.

Мы знаем, что улучшения техпроцесса производства прокладывают путь для увеличения количества ядер на CPU, да и частота медленно поднимается. Но насколько существенно AMD и Intel удалось улучшить производительность, которую может дать каждое ядро при определённой частоте? Будут ли современные CPU работать быстрее при равных тактовых частотах, чем Core 2, вышедший пять лет назад? Мы взяли 16 разных процессоров от обоих производителей и провели полный набор последних тестов при работе с частотой 3 ГГц. В данной статье мы рассмотрим, какую производительность дают разные модели искусственно созданных CPU за последние пять лет.

Требования и процессоры

При подготовке данной статьи мы просмотрели все процессоры, доступные для тестов. Конечно, мы планировали включить последние продукты AMD и Intel, включающие шесть и четыре ядра. Да и неплохо было бы добавить двуядерные процессоры. В конце концов, на рынке процессоров многое изменилось после того, как на нём доминировали Athlon 64 X2 и Pentium 4. Среди отобранных нами процессоров есть Core первого и второго поколения с двумя, четырьмя и шестью ядрами, а также модели Phenom II, Athlon II и Athlon 64 X2.

Но самые большие проблемы возникли с поиском материнской платы, которая смогла бы подойти для нашей задачи, и при этом содержала бы опцию ограничения числа ядер в BIOS. Нам пришлось протестировать немало материнских плат, прежде чем мы нашли подходящую модель для каждого сокета CPU, которая позволяла бы менять количество активных ядер. Кроме того, поскольку отключение вычислительных ядер в BIOS может и не означать их отключение на физическом уровне, нам пришлось отказаться от измерения энергопотребления.

Битва на 3 ГГц

Данное сравнение вряд ли имело бы особый смысл, если бы мы использовали все процессоры на штатных тактовых частотах. Помимо ограничения количества работающих ядер одним, мы также заблокировали частоты каждого чипа до 3 ГГц. Мы также отключили механизмы энергосбережения, подобные Cool’n'Quiet и SpeedStep, а также функции улучшения производительности, подобные Turbo Core и Turbo Boost. Всё это обеспечило одинаковые условия для тестов CPU. За исключением двух моделей: процессоры на ядрах Clarkdale и Lynnfield работали на частоте 2,93 ГГц. Мы могли бы увеличить частоты до 3 ГГц, отрегулировав базовую частоту и множитель, но это повлияло бы на результаты. Конечно, потеря 66 МГц заметна по тестам, но она не должна существенно изменить расстановку сил.

Шестиядерные CPU: AMD Thuban и Intel Gulftown

AMD Thuban, 45 нм (Phenom II X6, Rev. E0)

Мы использовали процессор AMD Phenom II X6 1100T на основе степпинга E0. Он поддерживает последний набор функций AMD, включая Turbo Core и Cool’n'Quiet. Обе технологии были выключены в наших тестах, чтобы гарантировать постоянную тактовую частоту 3,0 ГГц (хотя 1100T работает по умолчанию на 3,3 ГГц). Процессор содержит 512 кбайт кэша L2 на ядро, а также 6 Мбайт общего кэша L3. 45-нм техпроцесс позволяет работать этому процессору с тепловым пакетом 125 Вт, а двухканальный контроллер DDR3 поддерживает режимы работы до 1333 MT/s.

Intel Gulftown, 32 нм (Core i7-980X, Rev. B1)

32-нм шестиядерные процессоры Intel имеют кодовое название Gulftown. Они вышли на рынок в виде моделей Core i7-980X, -990X и -970. Мы использовали в нашей статье 3,3-ГГц процессор -980X, частоты которого мы снизили до 3 ГГц с помощью множителя 22x.

Несмотря на то, что дизайн Sandy Bridge является более свежим, перед нами один из нынешних флагманов Intel, хотя бы из-за шестиядерного дизайна, 256 кбайт кэша на ядро и крупного 12-Мбайт общего кэша L3. Однако процессоры Gulftown требует более дорогой платформы с сокетом LGA 1366 и трёхканальной памятью DDR3. Тепловой пакет чипа составляет 130 Вт.

Современные четырёхъядерные CPU: AMD Deneb и Intel Sandy Bridge

AMD Deneb, 45 нм (Phenom II X4 980, Rev. C3)

Четырёхъядерный дизайн AMD Deneb имеет общую базовую архитектуру (подобную интерфейсу Socket AM3, двухканальному контроллеру памяти DDR3-1333 и 45-нм техпроцессу) с шестиядерной конфигурацией Thuban. Поскольку процессор работает с меньшим числом ядер, то и у большинства моделей тепловой пакет снижен до 95 Вт. Впрочем, высокая штатная тактовая частота Phenom II X4 980 3,7 ГГц привела к увеличению теплового пакета до 125 Вт.

Intel Sandy Bridge, 32 нм (Core i5-2500K, Core i7-2600K, Rev. D2)

Мы решили протестировать два четырёхъядерных процессора Sandy Bridge для интерфейса LGA 1155. Core i7-2600K оснащён 8 Мбайт общего кэша L3, а Core i5-2500K справляется со своей работой и с 6 Мбайт общего кэша L3. Оба процессора используют 256 кэша L2 на ядро.

По сравнению с 32-нм шестиядерным дизайном Gulftown, Sandy Bridge кажется очень схожим. Однако перед нами второе поколение архитектуры Intel Core, и многие её детали подверглись редизайну. Процессор использует внутреннюю кольцевую шину для более быстрой передачи данных, да и у него добавлена поддержка расширений AVX (не говоря о встроенном графическом движке HD Graphics с поддержкой функциональности Quick Sync).

Данная архитектура, как ожидается, станет основой для всех грядущих процессоров для настольных ПК, серверов и ноутбуков в 2011 году, и положение не изменится до тех пор, пока на рынок не выйдут чипы Ivy Bridge. Как вы увидите в тестах, архитектура Sandy Bridge обеспечивает максимальную производительность в расчете на такт.

Intel Lynnfield, 45 нм (Core i7-875K, Rev. B1)

45-нм дизайн Lynnfield продаётся в виде процессоров Intel Core i7 и Core i5 первого поколения для интерфейса LGA 1156.

Важно обращать внимание на модельные номера, поскольку семейство Intel Core i7-900 требует интерфейса LGA 1366, а линейка Core i7-800 предназначена для установки в сокет LGA 1156. Путаница между двумя семействами потенциально может привести к проблемам совместимости, так что будьте внимательны.

Процессоры Lynnfield оснащаются 8 Мбайт общего кэша L3 и 256 кбайт кэша L2 на ядро, работают с тепловым пакетом 95 Вт, а также оснащены встроенным контроллером DDR3, поддерживающим два канала памяти 1333 MT/s.

Intel Bloomfield, 45 нм (Core i7-975, Rev. D0)

Перед нами первый четырёхъядерный процессор на дизайне Nehalem, нацеленный на high-end настольные ПК и рабочие станции. Несмотря на свой возраст, чипы Core i7 базируются на дизайне Bloomfield, который по-прежнему можно считать довольно современным. Но у них нет новых функций компании, таких как AES-NI и AVX.

Современные двуядерные CPU: AMD Regor и Intel Clarkdale

AMD Regor, 45 нм (Athlon II X2 260, Rev. C3)

Regor – кодовое название современных двуядерных процессоров AMD. Чип производится по тому же 45-нм техпроцессу SOI, что и более скоростные модели компании с большим количеством ядер.

Athlon II X2 260 оснащён 1 Мбайт кэша L2 на ядро, но данный продукт не содержит кэша L3 вообще. Модель CPU работает на частоте 3,2 ГГц, но мы смогли выставить 3 ГГц, снизив множитель.

AMD также предлагает процессоры Athlon II X3 и X4, которые технически схожи и базируются на идентичном дизайне ядер. Поскольку производительность у ядер та же самая (и мы отключали все ядра за исключением одного), то нет никакого смысла добавлять к нашим тестам трёхъядерный Rana и четырёхъядерный Propus.

Intel Clarkdale, 32 нм (Core i5-661, Core i5-530, Rev. C2)

32-нм двуядерный процессор на дизайне Clarkdale является первым чипом Intel, который содержит в упаковке процессора интегрированное графическое ядро. На самом деле в упаковке присутствуют два кристалла. Один кристалл содержит графическое ядро, контроллер памяти и контроллер PCI Express. Он производится по 45-нм техпроцессу. Второй кристалл содержит оба ядра CPU и производится по 32-нм техпроцессу.

Мы выключили технологии Turbo Boost и SpeedStep, чтобы наши процессоры Core i5-661 и Core i3-530 всегда работали на постоянной тактовой частоте 3 ГГц. Однако точного уровня 3 ГГц нельзя получить без изменения базовой частоты, поэтому в обоих случаях мы проводили тесты на частоте 2,93 ГГц (133 МГц x22).

Старые двуядерные дизайны: AMD Brisbane, Intel Conroe и Intel Wolfdale

AMD Brisbane, 65 нм (Athlon 64 X2 6000+, Rev. G2)

Brisbane стал последним процессоров в довольно успешной линейке AMD Athlon 64 X2. Процессор оснащён 512 кбайт кэша L2 на ядро, и данная модель работает на 3,1 ГГц. Athlon 64 X2 6000+ требует интерфейса Socket AM2, при этом чип включает интегрированный контроллер памяти.

Intel Wolfdale, 45 нм (Core 2 Duo E8600, Rev. E0)

Intel использовала кодовое название Wolfdale для данного процессора на урезанном дизайне Core 2, производимом по 45-нм техпроцессу. Процессор Wolfdale одновременно смог улучшить эффективность энергопотребления, а также обеспечил пространства для установки большего кэша L2. Если Conroe обладает 4 Мбайт кэша L2, то чипы на основе Wolfdale оснащаются 6 Мбайт.

Мы использовали процессор Core 2 Duo E8600, который по умолчанию работает на тактовой частоте 3,33 ГГц. Но путём снижения множителя с 10x до 9x мы смогли получить нужную тактовую частоту 3 ГГц.

Intel Conroe, 65 нм (Core 2 Duo E6850, Rev. E0)

Ядро Conroe первым заменило проблемную архитектуру NetBurst среди настольных ПК. Данный процессор на самом деле стал знаковой вехой в истории, поскольку он завершил доминирование AMD в 2006 году, обеспечивая намного большую производительность в расчёте на такт по сравнению с NetBurst, и вместе с тем процессор существенно уменьшил энергопотребления. В наших тестах мы использовали модель Core 2 Duo E6850.

Устаревшие двуядерные дизайны: AMD Windsor и Intel Prescott

AMD Windsor, 90 нм (Athlon 64 X2 5400+, Rev. F3)

90 нм ядро Windsor вышло на рынок с 512 кбайт или 1 Мбайт кэша L2 на ядро, что в те времена считалось весьма приличным объёмом. Athlon 64 X2 5400+, протестированный нами, работал на тактовой частоте 2,8 ГГц. Нам пришлось разогнать его до 3 ГГц.

Intel Prescott 2M, 90 нм (Pentium 4 660, Rev. N0)

Вероятно, данный процессор можно назвать самым интересным в нашей статье. 90-нм Prescott 2M (что обозначает 2 Мбайт кэша L2) является модифицированной версией для интерфейса LGA 775 и шины PCI Express (напомним, что первое поколение чипов на дизайне Prescott устанавливалось в интерфейс Socket 478).

Чипы Pentium 4 в своё время неплохо показали себя, поскольку по тактовой частоте мы получили прирост от 1,3 ГГц до почти 4 ГГц – и всё это за несколько лет. Вместе с тем дизайн оказался тупиковым для Intel. Архитектура NetBurst требовала существенной энергии, чтобы достичь высокие тактовые частоты, и при этом она не давала высокой производительности на ватт (или на такт, если вас этот параметр интересует больше).

Pentium 4 660 был 3,6-ГГц процессором, который в нашей статье мы ограничили частотой 3,0 ГГц, снизив множитель.

Платформы: LGA 1366, 1156, 1155, 775, Socket AM2+ и AM3

Ниже приведены фотографии платформ, которые мы использовали в нашем тестировании. Многие с грустью вспомнят свои старые конфигурации с чипами LGA 775 или Socket AM2. После представления платформ мы перейдём к рассмотрению результатов тестов.

Тесты и настройки

Тесты и настройки

Результаты тестов

3DMark 11

3DMark 11 требует аппаратного обеспечения, совместимого с DirectX 11.

Если посмотреть на результаты графического теста 3DMark, то станет очевидно, что большинство вычислительных ядер Intel обеспечивают очень близкие результаты, а процессоры AMD без кэша L3 страдают из-за заметного падения производительности.

Общие результаты, похоже, отражают потенциал архитектуры кэширования каждого ядра. Sandy Bridge использует наиболее продвинутую систему кэширования, да и последние процессоры Phenom II тоже показывают себя относительно хорошо. Процессоры AMD без кэша L3 не могут работать быстрее старого Intel Pentium 4 в данном тесте.

Комбинированный тест нагружает процессор и видеокарту, поскольку содержит тесселяцию и физику. Результаты наглядно показывают, что современный четырёхъядерный CPU (или даже шестиядерный) действительно имеет смысл в ситуациях, когда программное обеспечение должным образом оптимизировано под многопоточность. Но, опять же, перед нами синтетический тест, который может соответствовать сценарию лучшего или худшего случая; в реальных условиях. Реальные тесты могут давать значительно отличающуюся картину производительности.

Sandra 2010 Pro

Intel поддерживает аппаратное ускорение шифрования и расшифровки AES (в виде инструкций AES-NI), что даёт впечатляющий прирост производительности. Эти инструкции позволяют процессорам с их поддержкой справляться с криптографическими задачами намного быстрее конкурентов.

В целом, тестовый пакет Sandra демонстрирует преимущества дизайнов Intel, хотя двуядерный процессор Clarkdale оказывается довольно слабым. Мы наблюдаем прирост, который стал возможен благодаря набору инструкций AES-NI, а также и мощной архитектуре кэширования.

С другой стороны, тест Sandra наглядно показывает, что прогресс, произошедший при переходе с одной архитектуры на другую, был весьма существенным за одним исключением: по сравнению со всеми остальными CPU Pentium 4 кажется аутсайдером.

Кодирование аудио/видео

AMD и Intel удалось снизить время обработки звукового файла в однопоточных приложениях при переходе со старого поколения архитектуры на новое. Опять же, здесь мы можем видеть, что большой и "умный" кэш помогает значительно, так как семейство процессоров Intel Core обгоняет модели AMD, хотя последние, конечно, и стоят дешевле.

Как и можно было ожидать, результаты iTunes и кодировщика Lame MP3 (оба приложения являются однопоточными) близки друг к другу. Если вы кодируете или перекодируете большое количество музыки на старом процессоре Pentium 4, то пришло время заменить систему.

Обратите внимание, что разница по производительности процессоров AMD и Intel увеличивалась со временем. Intel продолжала вносить совершенствования при переходе от одного поколения продуктов к другому, а архитектурные решения AMD оказывались по своей сути более эволюционными.

Опять же, процессор Pentium 4 даёт очень низкую производительность по сравнению со всеми нынешними моделями. Возможно, нам следовало бы взять для сравнения Atom?

Результаты в MainConcept несколько отличаются, но расстановка сил очень схожая.

Помните, что результаты соответствуют одному вычислительному ядру, а приложения кодирования видео очень хорошо масштабируются на нескольких вычислительных ядрах. Однако целью нашей статьи было сравнение архитектур, оставив все остальные параметры одинаковыми. Добавление нескольких ядер существенно изменило бы результат.

Архиваторы

В архиваторе 7-Zip различия между AMD и Intel оказались не такими существенными после урезания количества ядер до одного и уравнивания частоты до 3 ГГц. Но результаты Pentium 4 по-прежнему остаются просто ужасными.

Архиватор WinRAR явно лучше оптимизирован для дизайна Intel. AMD Phenom II работает так же быстро, как и ядро Core 2, но современное поколение чипов Sandy Bridge даёт существенно более высокую производительность в приложения архивации. Процессор Pentium 4 оказывается аутсайдером.

WinZip – очень популярное приложение, несмотря на свою однопоточную природу. Оно работает быстрее на процессорах Intel за исключением Pentium 4 с дизайном NetBurst. Если выбирать среди моделей AMD, то следует брать Phenom II с кэшем L3.

Приложения оптического распознавания символов и создания PDF

Вы можете существенно сэкономить по времени, если будете распознавать PDF в формат MS Word с помощью Abbyy FineReader на процессорах Intel, а не AMD.

Однако мы нагружали только одно вычислительное ядро (а у большинства современных CPU их три, четыре или даже шесть), поэтому разница оказалась больше теоретической, чем относящейся к реальным приложениям по распознаванию символов.

Примерно то же самое можно сказать и про создание PDF из документа Microsoft Office. Если принимать в расчёт равную тактовую частоту, то одно ядро Intel оказывается, в целом, быстрее в Adobe Acrobat 9. В данном случае результаты уже более актуальны, поскольку Acrobat не так хорошо масштабируется на несколько ядер.

Профессиональные приложения

Производительность профессиональных пакетов рендеринга графики существенно зависит от количества доступных вычислительных ядер, то есть результаты одного ядра можно назвать синтетическими, учитывая нынешнее преобладание многоядерных CPU. Если запускать данный тест со всеми активными ядрами, то мы получим совершенно иную картину.

Опять же, современные процессоры Intel обеспечивают лучшую производительность в расчёте на такт. Впрочем, сравнение того же шестиядерного процессора AMD с четырёхъядерным CPU Intel за ту же цену существенно изменит картину производительности. С другой стороны, не следует забывать, что мы хотели оценить производительность в расчёте на такт одного ядра.

Photoshop – одно из немногих приложений, где архитектурные улучшения Intel x86 приводят к существенному отрыву от процессоров AMD. Несложно представить, какой прирост производительности вы получите, если нагрузите все ядра CPU. В то же время при любом ценовом уровне будет проще выжать больше производительности из ядер AMD, чем Intel.

Различия хорошо заметны и в Adobe Premiere. Результаты наглядно демонстрируют, что вам не следует использовать ранние процессоры Athlon 64 X2 или модели Intel на архитектуре NetBurst, если таковые у вас ещё остались.

Ядра AMD выглядят намного лучше в Blender, которое тоже относится к приложениям рендеринга. Обратите внимание на солидный выигрыш архитектуры Sandy Bridge.

Заключение

Мы решили провести небольшой экскурс во времени при подготовке данной статьи и сравнили разные дизайны процессоров. Нам было интересно узнать, насколько сильно эволюционировали продукты от AMD и Intel за последние несколько лет. По этой причине нам пришлось нормализовать все параметры во время тестирования. Так, мы тестировали каждый процессор только с одним активным ядром, работающим на частоте 3 ГГц. Хорошая новость заключается в том, что мы смогли получить весьма интересные данные о том, как работало каждое следующее поколение процессоров в расчёте на такт. Но плохая новость состоит в том, что многие результаты оказались больше теоретическими по своей природе, нежели практически значимыми. Вполне естественно, что многопоточные приложения смогут выиграть от наличия более одного ядра, и если вы за одну и ту же цену сможете получить больше ядер в процессоре AMD, чем в модели Intel, то картина производительности изменится.

Синтетические тесты, подобные 3DMark 11 и Sandra 2010 Pro, не оставляют никаких сомнений, что современные приложения требуют современного "железа". Учитывая результаты теста криптографии Sandra Cryptography, всем пользователям, выполняющим шифрование или расшифровку, например, системного раздела Windows, следует выбирать процессор с соответствующей аппаратной поддержкой. То же самое касается и энтузиастов-геймеров. Тесселяция и физика нагружают как графическую карту, так и CPU, то есть процессоры с несколькими ядрами сегодня становятся актуальны как никогда, даже для массовых пользователей.

Усреднить полученные нами результаты довольно сложно; они отличаются при переходе от одной нагрузки к другой. Опять же, хотя одно ядро процессоров Clarkdale или Lynnfield обгоняет ядро Phenom II, но процессор Core i5 или i7 со всеми ядрами может оказаться медленнее, чем чип AMD по той же цене. В конце концов, AMD смогла компенсировать слабые позиции по производительности в расчёте на такт тем, что упаковала больше ядер, чем в конкурирующие процессоры Intel.

Ядра Intel показывают очень высокую производительность в большинстве тестов, но результаты оказались вполне оптимистичными и для AMD. Процессоры Intel в целом намного быстрее, чем чипы AMD по производительности на такт (в расчёте на одно ядро). Но AMD компенсирует свой недостаток тем, что отсутствующая производительность навёрстывается добавлением большего количества физических ядер. И с учётом одинаковой цены чипы AMD Phenom II с четырьмя или шестью ядрами по-прежнему обеспечивают неплохую производительность в однопоточных приложениях или даже более высокую производительность в многопоточных программах. Добавим к этому и агрессивные цены, которые дают хорошее соотношение производительность/цена для энтузиастов.

С другой стороны, явно видно, что для AMD настало время вывести на рынок серьёзные и заметные изменения в своей настольной платформе, если компания желает продолжать конкуренцию с Intel в заданном темпе. 22-мм процессоры Ivy Bridge находятся на горизонте, и они явно будут работать на более высоких тактовых частотах. Да и эффективность энергопотребления тоже наверняка станет одним из преимуществ нового эволюционного шага Intel. И нам не хотелось бы делать вывод, что ядра AMD сами по себе могут побеждать только старые ядра Intel Pentium 4 или, возможно, старые ядра Core 2 поколения 2006/2007. Но они просто не могут конкурировать с ядрами современнее Nehalem на сегодня. Опять же, это касается соотношения производительности в расчёте на такт, а не многоядерных CPU, которые мы можем купить сегодня. AMD следует утвердиться на рынке не только наполняя свои процессоры большим количеством ядер, но и значительно улучшив соотношение производительности в расчёте на такт.