Intel Clarkdale: практическое исследование новых CPU

В первой части материала мы подробно рассмотрели архитектуру новых процессоров Intel Core i3 и Core i5, основанных на ядре Clarkdale. Пришла очередь оценки их производительности.

В качестве представителей нового ядра использовались две модели: Intel Core i5 661, работающий на частоте 3,33 ГГц, обладающий формулой Turbo Boost 2/1, 4 МБ кэша L3 и оснащенный самым быстрым вариантом графического ядра с тактовой частотой 900 МГц, а также младшая модель Сore i3 530 (2,93 ГГц, 4 МБ L3, без поддержки Turbo Boost, Intel HD Graphics на частоте 733 МГц). Оба этих процессора, а также использованный для сравнения архитектур представитель семейства Lynnfield Intel Core i5 750 устанавливались на материнскую плату Gigabyte GA-H57M-USB3. Все участники тестирования были отобраны, исходя из их розничной стоимости, как непосредственные конкуренты. Системы работали с использованием одинаковой оперативной памяти емкостью 2 ГБ (типичный объем для ПК начального и среднего уровня), кроме оценки встроенной графики, где представлены платформы, использующие DDR2 (в этом случае устанавливались 2 ГБ DDR2-1066). Тестовые платформы работали под управлением Microsoft Windows 7 Ultimate 32-bit с использованием наиболее свежих версий драйверов и тестовых приложений на момент тестирования. Замер энергопотребления систем проводился с применением ваттметра WattsUp! Pro после 5-минутного простоя и 15-минутного прогрева CPU в тесте Linpack пакета OCCT для соответствующих режимов.

Конфигурация тестового стенда

Контроллер памяти: необходимый компромисс

Как мы уже говорили, новые процессоры сложно назвать полноценными представителями микроархитектуры Nehalem, поскольку в них инженеры Intel снова убрали встроенный контроллер памяти, воспользовавшись модифицированным северным мостом предыдущего поколения, расположенным на одной подложке с кристаллом CPU. Поскольку теперь вычислительная часть процессора снова «общается» с ОЗУ посредством дополнительной шины, как и в архитектурах прошлых поколений (только вместо FSB используется QPI), это должно в значительной мере влиять на производительность при работе с памятью.

Как видим, использование старого контроллера и наличие промежуточной шины отразились на пропускной способности памяти очень неблагоприятно. Даже несмотря на то что используется быстрая шина QPI, демонстрируемые контроллером показатели ближе к Core 2, чем к Nehalem. Отлично прослеживается прирост скорости копирования блоков памяти в процессорах, имеющих интегрированный контроллер: если по скорости чтения и записи отдельно Clarkdale заметно опережает архитектуру AMD Deneb, то необходимость дважды «прогнать» данные по шине сводит это преимущество на нет. Не менее удручающими оказались и показатели латентности, хотя, возможно, в данном случае повлияла неполная оптимизация последней бета-версии тестового пакета Everest для процессоров Clarkdale.

Нас заинтересовала зависимость между скоростью шины QPI и эффективностью работы новых CPU Intel с памятью, потому были проведены дополнительные эксперименты. Мы выбрали четыре комбинации частоты шины и множителя процессора, при которых итоговая частота составляла бы около 3,33 ГГц и различия состояли только в режиме работы QPI. Оперативная память всегда работала на частоте 1333 МГц с одинаковыми задержками.

Результаты замеров показывают, что наиболее выгодным методом повышения производительности Clarkdale будет разгон шины: за счет повышения ее частоты со 133 до 166 МГц можно получить прирост пропускной способности памяти около 25%, одновременно снизив и латентность.

Стоит отметить несколько факторов, повлиявших на решение Intel пойти подобным путем. Интеграция контроллера памяти в ядро CPU – задача сложная и требующая дополнительного времени на разработку. Реальные тесты же показывают, что в большинстве случаев для домашнего применения пропускная способность памяти практически не влияет на быстродействие ПК. Поскольку Intel позиционирует Clarkdale в бюджетный и средний сегменты, подобное построение процессора является необходимым компромиссом между быстродействием и стоимостью разработки и производства CPU (что в конечном итоге формирует ценник на эти модели). Что касается «медленности» примененной шины, то отметим, что QPI в данном случае работает на максимальной частоте из сертифицированных (3,2 ГГц или 6,4 млрд трансферов в секунду, поскольку шина полнодуплексная) и обеспечивает теоретическую пропускную способность 25,6 ГБ/с, что соответствует шине FSB на 1600 МГц. Ничего более быстрого без переноса IMC на кристалл процессора Intel попросту не могла применить.

AES-NI: ускоряем безопасность

Появление в Clarkdale поддержки набора инструкций AES-NI является скорее имиджевым ходом, нежели реальной необходимостью: типичный пользователь ПК практически не пользуется шифрованием. Пожалуй, можно представить лишь три модели использования, в которых эти инструкции могут принести пользу в домашнем ПК: работа с архивами, защищенными паролем (в данный момент AES-NI поддерживается WinZIP и 7Zip), всевозможные службы голосовой и видеосвязи по IP, шифрующие свои потоки данных посредством ключа AES, и, при определенной степени паранойи, шифрование жесткого диска технологией BitLocker. В корпоративном же сегменте выгода от появления новых инструкций будет более очевидна, т.к. там к безопасности хранения и передачи данных относятся намного серьезней.

Мы оценили прирост быстродействия от использования AES-NI в синтетическом тесте SiSoft Sandra: превосходство Clarkdale над ближайшим соперником – четырехъядерным Core i5 750 – достигает семикратного значения. Как видно, при работе с другим популярным алгоритмом шифрования – SHA – новые инструкции никакого преимущества не приносят. Также отметим, что любая мало-мальски ресурсоемкая задача, включающая в себя шифрование (например, то же архивирование с паролем) будет в значительной мере нивелировать прирост от AES-NI, поскольку основная нагрузка будет связана с другими операциями над данными.

Выгоду от AES-NI в работе с сетевыми приложениями можно оценить посредством набора тестов Communications Suite из PCMark Vantage: он использует реализованный в Windows 7 Cryptography API: Next Generation, благодаря чему прирост производительности составляет около 50%. Отметим, впрочем, что шифрование в данном случае является достаточно несложной задачей, и заметить этот прирост на практике удастся лишь по сниженной степени загрузки процессора в диспетчере задач.

Архиваторы

В различных пакетах для архивации применяются разные алгоритмы, требовательные к быстродействию той или иной подсистемы ПК. Например, WinRAR получает заметный прирост производительности на процессорах с большим объемом кэша L2 и высокой тактовой частотой. Во встроенном синтетическом тесте этот архиватор отдает предпочтение Core i5 750 благодаря наличию у того четырех мощных вычислительных ядер, на втором же месте оказывается AMD Phenom X4 965 Black Edition, поскольку тактовая частота этого CPU составляет 3,4 ГГц. В то же время при работе с реальными данными (сжатии 1 ГБ изображений и разжатии их на жесткий диск) 6 МБ кэша второго уровня у Core 2 Duo E8500 и тактовая частота 3,2 ГГц выводят этот процессор далеко вперед (WinRAR, к сожалению, не способен полностью загрузить работой 4 ядра в старших моделях CPU).

7Zip, в свою очередь, более эффективно управляет потоками и за счет этого получает больший прирост на многоядерных процессорах. Впрочем, и тут основным фактором является тактовая частота.
Тем не менее наиболее важной информацией, которую можно получить из этих тестов, является безоговорочное преимущество Clarkdale над конкурирующими процессорами AMD. Даже Core i3 530 опережает позиционируемые в его сегмент Phenom II и Athlon II, единственным процессором AMD, работающим быстрее новинок Intel, оказывается топовый Phenom II X4 965 Black Edition.

Работа с мультимедиа

Отлично оптимизированный кодек x264 хорошо работает с многоядерными процессорами, потому возглавляют график, естественно, четырехъядерные СPU Intel и AMD. В то же время высокая тактовая частота, наличие кэша L3 и поддержка Turbo Boost позволяют Core i5 661 вырваться вперед в соперничестве с младшим «четырехъядерником» Intel Core 2 Quad Q8200, работающим на частоте 2,33 ГГц. О конкуренции со стороны AMD не идет и речи: даже трехъядерный Phenom II X3 720 не может потягаться с Core i3 530, не говоря уж о двухъядерных моделях. В работе с видео козырь этого вендора – младшие четырехъядерные процессоры Athlon II X4.

Звуковой кодировщик LAME получает больший прирост производительности от высокой тактовой частоты, чем от количества ядер, потому наилучшего результата в данном тесте добивается именно Core i5 661, который при загрузке двух ядер работает на частоте 3,46 ГГц. Отметим, что в данном тесте технология Hyper-Threading никак не влияет на производительность: разница в одну секунду между этими режимами работы Core i3 530 скорее является погрешностью измерений.

Рендеринг и графика

Тестовый пакет Maxon CineBench R10 достаточно хорошо оптимизирован и для архитектур AMD, и для Intel, потому все процессоры показывают результаты соразмерно количеству ядер и тактовой частоте. Особых сюрпризов тест не преподносит, из интересного отметим, что Core i5 661 вновь опережает низкочастотный Core 2 Quad Q8200, а Core i3 530 не оставляет камня на камне от позиций AMD Phenom X3, не говоря уж о двухъядерных моделях. Также очевидна выгода от наличия в Clarkdale поддержки Hyper-Threading – в рендеринге эта технология оказывается неплохим подспорьем.

Применяемый нами тест Adobe Photoshop CS4 характеризуется тем, что разные фильтры из его состава требовательны к разным подсистемам. Большинство из них критичны к объему кэша, также большое значение имеет тактовая частота. Наличие четырех ядер, как ни удивительно для такого «серьезного» программного пакета, практически никак не сказывается на результатах. Clarkdale в целом выступает очень достойно: высокая частота и поддержка Turbo Boost дает Core i5 661 возможность работать так же быстро, как Core 2 Duo E8500, оснащенный 6 МБ кэша, аналогичным образом Core i3 530 обходит процессоры AMD.

Игры

Современные игровые движки разрабатываются с учетом многоядерных процессорных архитектур, однако до сих пор игр, способных задействовать более двух ядер, крайне мало. В значительной степени это объясняется тем, что большинство так называемых. AAA-тайтлов (качественных игр с большим бюджетом на разработку и продвижение) в первую очередь ориентированы на консоли, цикл обновления которых составляет в среднем 5-8 лет, в отличие от динамично развивающихся комплектующих на ПК, и потому не так требовательны к оборудованию. К тому же сам по себе игровой движок зачастую довольно плохо поддается параллелизации по причине своей интерактивности и большой зависимости от действий пользователя, которые предсказать очень сложно. Соответственно, в основном под параллельное исполнение оптимизируются сопутствующие процессы (физический движок, фоновая подгрузка объектов и текстур и т.п.).

Одной из немногих современных игр, поддерживающих четырехъядерные процессоры, является FarCry 2. Даже не на максимальных настройках она полностью загружает работой четырехъядерный Core i5 750, однако новый Core i5 661 практически не остает от значительно более мощного собрата: разницу в 2 кадра в секунду при обеспечиваемых этой платформой 89 можно считать пренебрежимо малой, хотя процессор при этом уже явно ограничивает общую производительность. Ближайшим соперником оказывается AMD Phenom II X4 965 Black Edition, однако отставание его от Clarkfield довольно значительно и растет с повышением разрешения. Core i3 также прекрасно показывает себя, опережая как все процессоры AMD из своего класса, так и абсолютно все модели Intel предыдущего поколения.

Вторая игра из числа недавних хитов – украинская разработка STALKER: Call of Pripyat – менее оптимизирована для четырехъядерных процессоров и в процессе работы загружает их неравномерно: два ядра работают в полную силу, а еще два – на 30-40%. Кроме того, она явно критична к объему кэша: быстрее всех тут работает Core 2 Duo E8500, следом идет Core i5 750, однако с ростом разрешения Lynnfield уступает первенство новому Core i5 661, работающему на более высокой частоте. Intel Core i3, не поддерживающий Turbo Boost, заметно уступает процессору старшей серии, однако все равно опережает все CPU AMD, включая и топовую модель.

Интегрированная графика: Intel выходит из тени

Одной из основных отличительных черт Clarkdale является наличие в процессоре встроенного графического процессора Intel HD Graphics. Он представляет собой значительно усовершенствованное ядро Intel GMA X4500 и, по заявлениям Intel, должен обеспечить приемлемый уровень быстродействия в казуальных играх, а также в сравнительно сложных старых играх вроде Quake 4 и новых, но с низкими настройками.

Как показывает тестирование, усовершенствования в Intel HD Graphics действительно довольно серьезны. Мы использовали наиболее производительный вариант из доступных – Core i5 661, в котором графическое ядро работает на частоте 900 МГц. В большинстве тестов оно практически вдвое превосходит своего предка – интегрированную графику из чипсета G45. Прямым конкурентом для этого решения будет NVIDIA GeForce m9300, однако его нельзя назвать массовым, не говоря уж о старшей версии – GeForce m9400. Нынешний козырь AMD в бюджетном сегменте — чипсет AMD 785G — заметно уступает Intel HD Graphics, к тому же, если вести речь о платформе, решение на базе Clarkdale выглядит более выигрышно за счет большей производительности самого процессора.

Тем не менее игровым этот графический акселератор назвать нельзя: он обеспечивает удовлетворительное быстродействие только в низких разрешениях и с упрощенными настройками. Конечно, на сегодняшний день 1280х1024 нельзя назвать типичным разрешением в играх, однако Intel и не позиционирует свое решение в качестве игрового. Речь идет скорее о том, чтобы дать пользователю возможность иногда оторваться от работы и провести час-другой за современной игрой, получив представление о современном уровне трехмерной графики. Если же захочется большего – можно купить дискретную видеокарту. Подобный подход довольно приятен в свете того, что конкуренты зачастую заявляют, что на их интегрированной графике можно играть во все что угодно, но это обычно не соответствует действительности.

Также значительным шагом вперед стало то, что теперь Intel HD Graphics в полной мере поддерживает обработку HD-видео посредством DXVA2: нам без проблем удалось не только смогли воспроизвести содержимое диска Blu-ray и несколько разнообразных рипов и роликов, но и запустить одновременно два видеопотока HD.

Энергопотребление

Благодаря использованию 32-нанометрового техпроцесса для производства CPU и примененным технологиям энергосбережения (в частности, возможности полного отключения питания простаивающих ядер процессора) системы на базе Clarkdale потребляют крайне мало: 72 Вт в простое и не более 130 Вт при полной загрузке CPU. Отметим, что замер проводился на системе с видеокартой Radeon HD 5870, которая добавляет около 30 Вт в общее энергопотребление стенда. Двухъядерный Core 2 Duo E8500, выпускаемый 45-нанометровыми производственными линиями Intel, потребляет примерно на 20 Вт больше, а ближайший конкурент AMD – Athlon II X2 550 – оказывается на 29 Вт «прожорливее» под нагрузкой.

Выводы

Сложно сказать, что Intel Clarkdale содержит некие глобальные инновации и является большим шагом вперед в развитии процессорных архитектур. Скорее, это пример взвешенного использования имеющихся в распоряжении разработчиков ресурсов. В новых процессорах используются два быстрых ядра Nehalem, чего вполне достаточно для современного ПК среднего класса, и значительно ускоренное по сравнению с прошлым поколением графическое ядро, позволяющее без проблем смотреть HD-видео и даже играть в довольно сложные игры. Наконец, использование 32-нанометрового техпроцесса дает Intel возможность установить на новинки очень привлекательные цены. Все это делает Clarkdale отличным решением для начального и среднего сегмента рынка ПК.