Yorkfield QX9650 на 5 GHz: новые вершины производительности

Поколение процессоров, ранее известное под кодовым названием Penryn, является развитием микроархитектуры Core, дебютировавшей в 2006 г. с ядром Conroe. Согласно стратегии выпуска новых продуктов Intel, именуемой «тик-так», раз в два года выходит новая архитектура («тик» – в данном случае это Conroe), которая через год переводится на следующий техпроцесс («так» в виде Penryn). Таким образом, ключевое отличие новинок от Conroe/Kentsfield именно в применении 45-нанометрового процесса, в то время как улучшение дизайна – это уже приятное дополнение.

45 нанометров

Сложно оценивать, легко ли дался Intel переход на следующую ступеньку минитюаризации транзисторов. Если судить по итоговому результату в виде QX9650, то никаких проблем не возникло – производительность, энергопотребление и частотный потенциал улучшились по сравнению с предыдущим поколением. Но с точки зрения инженера 45 нм явно оказались «крепким орешком». Для того чтобы реализовать этот техпроцесс, разработчикам пришлось изменить одну из фундаментальных характеристик – материалы, применяемые в производстве. Вместо используемого с 1960-х годов оксида кремния в качестве диэлектрика взят силицид гафния – изолятор с высокой диэлектрической проницаемостью (high-k). А затвор транзистора выполнен из металла вместо поликристаллического кремния. Благодаря этому удалось решить ключевую проблему – миниатюризация транзисторов привела к невозможности дальнейшего эффективного использования оксида кремния в качестве диэлектрика. Попутно существенно (в 5–10 раз) были снижены токи утечек. Важно, что для производства по 45-нанометровому техпроцессу по-прежнему применяются 300-миллиметровые пластины и 193-нанометровая литография, что означает отсутствие необходимости обширных модернизаций фабричных мощностей. На сегодняшний день техпроцесс освоен двумя фабриками: опытные партии изготовлялись на D1D в Орегоне, а серийные CPU начали выпускать на Fab 32 (штат Аризона). В следующем году к списку добавятся еще Fab 11x в штате Нью-Мексико и израильская Fab 28 (Кирьят-Гат).

Что касается практических преимуществ нового процесса, то они традиционны – повышение производительности, улучшение частотного потенциала, снижение энергопотребления, уменьшение габаритов ядра (сравните: кристалл Conroe с 290 млн транзисторов занимает 143 кв. мм, а Wolfdale при 410 млн – 107 кв. мм).

Позиционирование 45-нанометровых CPU

Сегмент	Наименование ядра	Предшественник
Настольный	Yorkfield	Kentsfield
	Wolfdale	Conroe
Мобильный	Penryn	Merom
Серверный	Harpertown	Clovertown
	Wolfdale-DP	Woodcrest
	Dunnington	Tigerton

Архитектура

Наиболее очевидное улучшение архитектуры Core в новых процессорах – это увеличившийся объем L2-кэша: теперь каждый кристалл имеет по 6 МБ памяти второго уровня, разделенной между двумя ядрами. Собственно, кэш-памятью занята бoльшая часть площади ядра. Это уже не первый раз, когда Intel использует возможности новых техпроцессов по уплотнению транзисторов в ядре одного и того же размера для наращивания объемов кэша. И стоит отметить, что ход весьма оправдан – очень многие приложения позитивно реагируют на увеличение L2.

В Yorkfield и Wolfdale появилась поддержка нового набора SIMD-инструкций, названного SSE4.1. Он состоит из 47 новых инструкций различных типов, ускоряющих работу процессора, в первую очередь в таких задачах, как обработка видеопотоков, 3D-графика и научные расчеты. Интересно, что данный комплект инструкций является только частью полноценного SSE4 – полный набор будет включать еще 7 инструкций и появится в процессорах поколения Nehalem. Как всегда, прирост производительности от SSE4 наблюдается только в ПО с поддержкой новых расширений: на сегодняшний день это DivX 6.7 и TMPEG Xpress 4.4. Тем не менее там, где оптимизация есть, эффект от новых инструкций более чем заметный (QX9650 на десятки процентов быстрее QX6850).

Другие изменения по сравнению с предыдущим поколением заключаются в появлении блоков Fast Radix-16 Decoder и Super Shuffle Engine, существенно ускоряющих выполнение операций с делением и битовой перестановкой. Кроме того, была усовершенствована технология виртуализации.

Технические характеристики процессоров

Название	Core 2 Extreme QX9650	Core 2 Extreme QX6850
Кодовое наименование ядра	Yorkfield	Kentsfield
Тактовая частота, МГц	3000
Разъем	Socket LGA775
Технический процесс, нм	45	65
Количество ядер	4
Количество кристаллов	2
Объем кэш-памяти L1, КБ	4×32
Объем кэш-памяти L2, КБ	2×6144	2×4096
Частота FSB, МГц	1333
Поддержка SIMD-инструкций	SSE 4.1	SSSE3
Поддержка EM64T	Есть
Поддержка Intel VT
TDP, Вт	130
Количество транзисторов, млн	2×410	2×291
Площадь кристалла, кв. мм	2×107	2×143
Рекомендуемая цена, $	999

Ассортимент

В первую очередь следует отметить, что привычное название Penryn не совсем правильно – по отношению к 45-нанометровым процессорам Intel оно означает конкретно мобильный вариант ядра, выходящий в первом квартале следующего года. Кодовые названия настольных ядер – Yorkfield и Wolfdale для четырех- и двухъядерного варианта соответственно. Серверные процессоры в корпусе типа LGA771, дебютирующие 12 ноября, относятся к линейкам Harpertown (4 ядра) и Wolfdale-DP (2 ядра), а ожидаемая во второй половине 2008 г. замена для Xeon 7300 именуется Dunnington.

Кроме Harpertown и Wolfdale-DP, до конца этого года будет доступен только один 45-нанометровый процессор – Core 2 Extreme QX9650, ориентированный исключительно на энтузиастов (что подтверждается традиционной для «экстремальных версий» стоимостью $999). Остальные пользователи смогут ощутить преимущества новых CPU только в следующем квартале, т. е. после нового года. Планы по выведению на массовый рынок Wolfdale и Yorkfield известны – в январе в ассортименте Intel появятся семь моделей серий E8xxx и Q9xxx. Они займут те же ниши, которые сейчас принадлежат продуктам на базе Conroe и Kentsfield, распределившись в диапазоне от $163 за двухъядерный процессор с частотой 2,66 ГГц до $530 за четырехъядерный 2,83 ГГц. Стоит отметить две необычные младшие модели: Core 2 Duo E8190 будет полностью аналогичен E8200, но с отключенной поддержкой виртуализации (что не скажется на цене), а Core 2 Quad Q9300 выделяется среди остальных Yorkfield вдвое уменьшенным объемом L2-кэша – всего 6 МБ. При этом подобное «урезанное» двухъядерное решение выйдет позже, не ранее II квартала 2008 г. А вот QX9650 не долго будет иметь статус флагмана – в первые месяцы следующего года должен появиться Core 2 Extreme QX9770, выделяющийся тремя показателями. Во-первых, это будет первый настольный CPU от Intel с шиной 1600 МГц, официальную поддержку которой обеспечит чипсет X48. Во-вторых, заявленный TDP для него составляет 136 Вт (хотя вряд ли Yorkfield на частоте 3,2 ГГц реально потребляет столько энергии). В-третьих, рекомендованная розничная стоимость составит эпические $1399 – столько за десктопные процессоры, даже топовые, не просили уже давно…

Линейка настольных CPU

Наименование модели	Цена, $	Количе- ство ядер	Тактовая частота, МГц	Частота FSB, МГц	Объем L2-кэша, МБ	TDP, Вт	Дата выхода
Core 2 Extreme QX9770	1399	4	3200	1600	2×6	136	I квартал 2008 г.
Core 2 Extreme QX9650	999		3000	1333		130	11/12/07
Core 2 Quad Q9550	530		2830			95	Январь 2008
Core 2 Quad Q9450	316		2660
Core 2 Quad Q9300	266		2500		2×3
Core 2 Duo E8500	266	2	3160		6	65
Core 2 Duo E8400	183		3000
Core 2 Duo E8200	163		2660
Core 2 Duo E8190

Kentsfield vs. Yorkfield

Именно в таком формате проходили практические тесты нового CPU. Увы, единственный доступный на рынке процессор, достойный сравнения с Core 2 Extreme QX9650, – это его же предшественник QX6850 на ядре Kentsfield с той же тактовой частотой и системной шиной. Двухъядерные Core 2 Duo ему явно не конкуренты, да и наиболее производительный Athlon 64 X2 6400+ находится в совершенно другом ценовом диапазоне. Скорый выход Phenom, разумеется, добавит остроты (наконец-то можно будет сравнить принципиально разные четырехъядерные CPU между собой), но пока K10 еще не добрались до Тестовой лаборатории.

С другой стороны, сравнение двух практически идентичных по основным характеристикам процессоров позволяет хорошо оценить эффективность нового технологического процесса и оптимизаций микроархитектуры. Правда, к сожалению, разный объем кэш-памяти второго уровня все-таки вносит неясность.

Результаты тестов демонстрируют, что, несмотря на сохранение прежних частот ядра и системной шины, Yorkfield во всех задачах быстрее Kentsfield. Кое-где разница эта едва заметна, кое-где составляет несколько процентов и лишь в редких случаях оказывается выше 20%. Для столь незначительных, в принципе, изменений в архитектуре – отличный результат!

Однако более интересны другие замеры, показывающие преимущества нового техпроцесса.

Во-первых, это температурный режим. Несмотря на то что заявленный TDP у QX9650 составляет 130 Вт, на практике тепловыделение (и потребление энергии, соответственно) явно существенно ниже, чем у QX6850 с тем же значением TDP. Особенно впечатляет эффективность реализации схем снижения энергопотребления при простое – четырехъядерный Yorkfield не горячее обычного Conroe.

Во-вторых, потенциал разгона. Для энтузиастского продукта, каковым является Core 2 Extreme QX9650, данный показатель и так очень важен, но наш интерес определяется еще и тем, что хорошо отлаженный техпроцесс, при прочих равных, должен улучшать предел максимально достижимой тактовой частоты. На сей раз мы рассмотрели этот вопрос еще глубже, чем раньше, сравнив разгон Kentsfield и Yorkfield в трех различных условиях: при обычном воздушном охлаждении (ThermalTake BlueOrb II), с использованием системы фазового перехода Asetek VapoChill LS [AC] и… специально изготовленного теплообменника для жидкого азота. Во всех случаях QX9650 нас порадовал – в среднем его потенциал на 300 МГц выше, чем у QX6850 при одинаковом охлаждении. Что касается производительности в экстремальных режимах, то тесты под жидким азотом проводились только в двух бенчмарках, представляющих интерес для оверклокеров – PiFast (18,13 с при 5230 МГц) и SuperPi 1M (8,56 с при 5280 МГц).

Итоги

Причина, по которой Intel вот уже полтора года не спешит поднимать частоту своих процессоров, проста – отсутствие конкуренции в верхнем ценовом диапазоне. Если в массовых сегментах AMD серьезно борется за победу по показателю «единиц производительности на доллар» (что в ответ приводит, например, к появлению трехгигагерцевого E6850 за $266), то рынок энтузиастов полностью принадлежит топовым четырехъядерным CPU от Intel. В случае, если Phenom удастся сдвинуть нынешние модели с трона – у Intel есть в запасе огромный потенциал роста тактовых частот Yorkfield. Рискну утверждать, что уже сегодня, не дожидаясь новых степингов (которые, как всегда, улучшают этот показатель), не составило бы особых проблем запустить в производство QX9xxx с частотой 3,6 ГГц. Откровенно говоря, наличие целого гигагерца стабильной частоты «над головой» у флагманского процессора ненормально, такого не было даже во время максимально отточенной архитектуры NetBurst, отличавшейся высокими абсолютными значениями тактовой частоты. Впрочем, это наглядная демонстрация того, чем же плоха монополия даже в отдельном сегменте. Так что пока обеспеченные оверклокеры ликуют, ожидая появления Core 2 Extreme QX9650 в розничной продаже невзирая на цену, более рациональным потребителям остается лишь… надеяться на успех AMD. От того, насколько удачным получится Phenom, зависит и то, насколько быстро цены на 45-нанометровые процессоры Intel будут падать, а их штатные частоты (откровенно заниженные сейчас по маркетинговым соображениям) – расти.

Что же касается нашего впечатления от QX9650, то оно исключительно позитивно: очень быстрый, не слишком горячий и отлично масштабирующийся по частоте. Чего еще желать?

Конфигурация тестового стенда

Материнская плата	ASUS Blitz Extreme (Intel P35)
Охлаждение	Thermaltake BlueOrb II; Asetek VapoChill LS [AC]; жидкий азот
Оперативная память	OCZ FlexXLC OCZ3FX16002GK (@ DDR3-1333, 7-7-7-21)
Видеокарта	ASUS GeForce 8800 Ultra
Жесткий диск	Seagate Barracuda 7200.9 80 ГБ
Блок питания	Hiper Type-R II 770W
Операционная система	Windows XP Professional SP2

Продукты предоставлены

ASUS	Представительство ASUS в Украине	www.asus.com
Intel	Представительство Intel в Украине	www.intel.com
Hiper, OCZ, Asetek	Nebesa	www.nebesa.com

Читайте также:
44 процессора
21 процессор в разгоне: бесплатные мегагерцы
Разгон – это просто. Руководство пользователя