Штатный разгон процессоров Core i7

Дают ли реальный прирост производительности технологии Turbo Boost и Multi Threading? Являются ли заданные «по умолчанию» параметры Core i7 оптималь ными?

Не так давно представленные в Украине, но уже появившиеся в продаже процессоры Intel семейства Core i7 помимо новой архитектуры отличаются от предшественников еще и тем, что компания Intel похоже стала более лояльно относиться к любителям разгона своей продукции, и мало того, в новых процессорах появились некоторые функции, которые позволяют их безопасно разгонять в пределах максимально допустимой для каждого процессора рассеиваемой мощности.

Технология эта называется Turbo Boost и основана на том, что имеющийся в составе процессора блок управления питанием процессора может повышать частоту работы одного или нескольких ядер в том случае, если остальные простаивают. То есть, если у нас работает старое однопоточное приложение, которое полностью загружает свое ядро, энергопотребление процессора в целом все равно очень скромное. Поэтому частота загруженного ядра может быть немного повышена без опасности превышения максимального тепловыделения и, следовательно, перегрева процессора. Для имеющихся на сегодня в продаже процессоров i7 частота ядра может быть повышена путем увеличения множителя частоты на 2, то есть на 266 Мгц. Есть впрочем, еще один вариант разгона. Если в процессоре загружены все ядра, то множитель частоты ядер увеличивается на 1, а значит частота каждого из них увеличивается на 133 Мгц. Таким образом, формулу разгона нынешних процессоров Core i7 можно обозначить как 2-0-0-1:

• 1 ядро загружено — множитель +2
• 2 ядра загружено — множитель +0
• 3 ядра загружено — множитель +0
• 4 ядра загружено — множитель +1

Мы акцентируем ваше внимание на этой схеме, так как по заявлению компании, в новых поколения процессоров Core i7 эта схема значительно изменится в сторону увеличения разгонных значений:
Core i7 будут значительно гибче и сильнее разгоняться при разных типах нагрузки. А это, по всей видимости, сделает необходимым включать эту схему в перечень характеристик CPU наряду с его частотой, которая будет относиться к нулевой позиции в формуле. Уже сейчас для тестируемого нами процес для тестируемого нами процессора Core i7 965 Extreme его частота официально составляет 3,2 ГГц, а в разнообразных диагностических утилитах высвечивается 3,46 ГГц когда система простаивает (работает только одно ядро, частота + 0,26 ГГц) и при полной загрузке. А его официальная частота относится только к случаям, когда работает 2 или 3 потока. Хотя более логичной схемой было бы что-то наподобие 4-2-1-0.

Multi Threading + Turbo Boost

В процессорах Core i7, впрочем, есть еще одна технология, которая способна значительно ускорить выполнение некоторых задач и никак не связана с разгоном. Это технология Multi Threading, по сути — тот же Hyper Threading с которым мы знакомы по семейству процессоров Pentium 4. Суть технологии Multi Threading состоит в том, что на каждом ядре процессора путем сравнительно небольшой его модернизации стало возможно выполнять два логических потока, каждый из которых операционная система видит как отдельные процессоры. Зачем это нужно? Во первых, каждое ядро фактически содержит несколько вычислительных блоков разных типов, что в некоторых случаях дает возможность выполнять оба логических потока практически одновременно. Во вторых, даже если блоки мы разделить не можем, то при исполнении любого потока всегда бывают операции ветвления алгоритмов. И часто бывают случаи, когда по вычислении какого либо условия программа должна сделать переход в другую свою часть. Для любого современного процессора эта операция может быть довольно медленной, так как процессоры на сегодня являются супер скалярными. То есть исходная программа разбивается на последовательность микроопераций, для которой выполняется оптимизация исполнения, и потом уже исполнение. Таким образом, если мы натолкнулись на переход, который не смогли предугадать (а процессоры всегда стараются это сделать, но не всегда это получается), то весь наш массив микроопераций (он же «конвейер исполнения»), над которым мы уже потрудились, пропадает. С новой точки все нужно начинать сначала. Но если у нас есть Multi Threading, то в этом случае у нас всегда под рукой второй конвейер, который ждет своей очереди. Мы просто раньше расписания переключаемся на него и начинаем исполнять. Тем временем происходит
заполнение и оптимизация нашего первого конвейера. Поэтому в большинстве случаев Multi Threading, также ускоряет работу процессора, а иногда и значительно. Но ведь потоков теперь 8 (для Core i7 965 Extreme), а не 4. Как теперь на них будет реагировать Turbo Boost? И как эти технологии будут действовать вместе и раздельно? Собственно выяснение этих вопросов и было целью нашего тестирования.

Включайте все!

По умолчанию в BIOS и Multi Threading и Turbo Boost включены, но есть возможность их выключить. Поэтому мы в наших тестах перепробовали все четыре варианта — от «все выключено» до «все включено» (vs будем их обозначать дальше как MT-/ TB-, MT-/ TB+,| ФЕВРАЛЬ 2009 MT+/ TB-, MT+/ TB+). При этом мы попытались проанализировать систему на «чистых» однопоточных задачах и многопоточных задачах, а также в смешанных приложениях. Первые два варианта мы
тестировали в бенчмарке Cinebench10, в котором есть варианты рендеринга «1хCPU» и «xCPU», а смешанная нагрузка тестировалась нами в тесте PCMark05.

тестирования в режиме однопоточности, Cinebench10, 1хCPU

Для однопоточного приложения самым быстрым оказался режим выключенного Multi Threading и включенного Turbo Boost, но его преимущество над режимом «все включено» — мизерное, в принципе, оно укладывается в погрешность измерения. Включение одного Multi Threading однопоточному приложению только мешает, но не сильно. Следует отметить, что на сегодня однопоточные приложения — это уже скорее исключение, чем правило.

тестирования в режиме многопоточности, Cinebench10 хCPU, PCMark05

Практически все программы поддерживают многопоточность в той или иной мере. Поэтому в таком же тесте, но уже в многопоточных или синтетических тестах ситуация вполне однозначна: и включение Multi Threading, и включение Turbo Boost приводят к увеличению производительности, а режим «все включено» демонстрирует самый большой прирост. Причем в этот раз больший эффект уже оказывает одиночное включение Multi Threading, чем Turbo Boost. Таким образом, мы можем
констатировать, что одновременное использование Multi Threading и Turbo Boost
дают наибольший прирост производительности как для однопоточных, так и для многопоточных приложений. В редких случаях, когда Multi Threading не помогает, а лишь слегка мешает, Turbo Boost с лихвой компенсирует негативное влияние. Седовательно, эти режимы в BIOS лучше не трогать – пусть остаются включенными постоянно. Также следует отметить, что в связи с тем, что прибавка Turbo Boost составляет всегда 266 или 133 МГц, то она больше будет чувствоваться на младших моделях процессорах с изначально более низкой частотой. Для топовых процессоров прибавка производительности от нее выглядит относительно более скромно.

Все новое — хорошо забытое старое

Как уже упоминалось выше, Multi Threading разрабатывалась вовсе не с нуля. «Предком» новой технологии можно считать Hyper Threading, которая в свою очередь была расширением технологии Super-Тhreading. Hyper Threading появилась впервые в процессорах Intel Xeon, а позднее была добавлена в процессоры Pentium 4. Идея Hyper Threading заключалась в том, что один физический процессор представляется операционной системе как два логических процессора, а операционная система, в свою очередь, «не видит» разницы между двумя «виртуальными» процессорами и двумя обычными процессорами. Операционная система направляет потоки как на двухпроцессорную систему, а в дальнейшем все решается на аппаратном уровне.

Увеличение производительности достигалось за счет параллельного использования тех частей процессора, которые в обычном режиме простаивали. Вместе с тем Hyper Threading имела свои характерные недостатки — к примеру, при загрузке процессора однотипными операциями она зачастую не только не повышала производительность CPU, но и несколько понижала ее. В общем случае применение Hyper Threading могло дать как прирост производительности до 30%, так и ее уменьшение на несколько процентов. Как видно из проведенных нами испытаний, Multi Threading унаследовала от «родителя» не только позитивные, но и негативные стороны. Технология Turbo Boost тоже не была создана на пустом месте — в ее основании многолетний опыт энтузиастов, которые на свой страх и риск экспериментировали с повышением напряжения питания процессора и его рабочей частоты. К тому же попытка Intel взять на вооружение методы оверклокеров вовсе не уникальна. К примеру, компания Asus успешно применяет автоматическое повышение частоты графического процессора в своих видеокартах серии Matrix. Отличие Turbo Boost лишь в том, что данная технология ориентирована на многоядерные процессоры, и умеет регулировать частоту как одного отдельно взятого ядра, так и всех ядер вместе.