Intel Quad Core - Core2 z napędem na cztery rdzenie

O nowej Mikroarchitekturze procesorów Core2 pisaliśmy już odrobinę podczas premiery Core2 Duo. Ponowny wykład z tego, jak działa architektura Quad byłaby z pewnością interesująca dla garstki osób. Ale zamiast ponownie bawić się w 'inżynierów', bo w sumie póki co wiemy tylko tyle, ile przeczytamy z PDF'ów lub innych stron, dociekać jak co zostało zbudowane, udawać że potrafimy rozgryźć to, co twardsze głowy niż nasze projektowały przez kilkanaście miesięcy, wskazywać słabe punkty i błędy, lepiej chyba będzie poświęcić ten czas, aby odpowiedzieć sobie na ciekawsze pytanie: i co nam przyjdzie z tych czterech rdzeni?

W jednym z artykułów pisaliśmy już na benchmarku, że prawdziwym powodem, dla którego Intel i AMD zdecydowały się na tę technikę nie był fakt, że dual-core, a teraż już quad-core, nagle okazał się świetnym pomysłem.  Producenci układów byliby bardziej zadowoleni z postępu polegającego na produkcji coraz szybszych, jednordzeniowych procesorów.  Jednakże nie było to możliwe, ponieważ w chwili, gdy taktowanie zegarów procesorów przekroczyło barierę 3 GHz, jednordzeniowe procesory zaczęły zużywać zbyt dużo energii.

Wraz ze wzrostem wydajności, super szybkie jednordzeniowe procesory stały się drogie w chłodzeniu, wymagają większych radiatorów i potężniejszych wiatraczków, które są w stanie utrzymać eksploatacyjną temperaturę.

Początkowo wydawało się, że dwa rdzenie posłużą producentom CPU do tworzenia sprytniejszych reklam w stylu: "Dwa za cenę jednego! Zapytaj sprzedawcę", albo "5.6 GHz !" - czyli ordynarne dodanie częstotliwości 2.8GHz dwóch rdzeni. Ale to prawda.

Powiedzmy to sobie szczerze, dla większości domowych użytkowników, graczy, pracowników biurowych itp, dwa rdzenie są po prostu niepotrzebne. Wyobraźcie sobie, że producenci silników do samochodów zachowują się identycznie jak producenci chipów, zwiększając ich moc i osiągi. Mamy silnik o pojemności 1.4 litra i 90 koni mechanicznych, 2.0 litry i 150KM, 3.0 litry i 200 KM... 8.0 litrów itd. W pewnym momencie osiągają pułap fizycznych i technicznych możliwości. Silnik jest za duży, za gorący, zużywa masakryczne ilości paliwa i wydziela masę spalin. A my przecież jeździmy tylko do pracy i na zakupy.

Co mogliby zrobić? Oczywiście zamontować w samochodzie dwa, a potem nawet cztery silniki np: 2.0 litra i pochwalić się, że oto oddają nam auto o łącznej mocy odpowiednio 300 i 600KM. Brzmi nawet nieźle. Rzecz jednak w tym, że nasze autko w drodze na zakupy i do pracy (a nawet weekendowym wypadzie 'z łokciem'), przez 99% czasu eksploatacji i tak będzie jeździć na jednym silniku.

I raczej nie będzie mieć już znaczenia, że taki silnik mógłby na 'zamkniętym liczniku' zużywać 2 litry paliwa, bo nawet nie będzie gdzie rozpędzić tych trzystu koni. A przynajmniej do czasu, gdy pewna firma drogowa "Miękki asfalt" pomiędzy naszym domem, pracą i supermarketem, dla poprawienia i pokolorowania nam naszego 'szarego' życia, położy nową drogę, niczym 'Col de Turini' albo 'Pikes Peak'. Koniec z nudnymi dojazdami do pracy! ...oczywiście przejazd będzie płatny (a po zmianie auta trzeba będzie wykupić nowy karnet na przejazd ;))

Ale pomyślcie też, że poza zwykłymi, przeciętnymi użytkownikami peceta, są jeszcze osoby wykorzystujące komputer do pracy, do zadań specjalnych i profesjonalnych. Oni swoim komputerem nie jeżdżą już tylko po mieście. Codziennie wjeżdżają na 800 kilometrową autostradę, którą chcą pokonać najszybciej jak tylko mogą, albo na totalne bezdroża, gdzie łatwo utknąć w szczerym polu na kilka godzin. Oni z pewnością będą bardzo, bardzo zadowoleni z pojazdu, który na tej trasie pozwoli im wycisnąć maksimum z tych dwóch, albo czterech silników pod maską, a jazda przez 'bezdroża' będzie niczym jazda dobrą terenówką z napędem na cztery koła.

No i tu pojawia się całe sedno sprawy. Owszem, pokonają ten 800km odcinek szybciej cztero-silnikowcem, pod warunkiem, że autostrada, drogi i dróżki przez które będą jechać, pozwolą im na to.

Korzyści z dwu- i cztero-rdzeniowych procesorów są zasadniczo dwie: dużo szybciej wykonana jedna operacja/obliczenia dzięki rozłożeniu jej na dwa lub cztery rdzenie (przykład renderingu w Cinema 4D), oraz płynna praca kilku aplikacji jednocześnie (przykład testu Multithreaded w PCmark05). O ile w tym drugim przypadku możemy zawierzyć jedynie systemowi operacyjnemu na którym pracujemy, to pierwszy jest bardzo łatwy do sprawdzenia - wystarczy dowiedzieć się, czy aplikacja, którą wykorzystujemy w pracy, 'potrafi' działać na platformach wieloprocesorowych.

Nie powinien nam też umknąć inny bardzo ważny fakt - Wirtualizacja. Ktoś, kto zdecyduje się na korzystanie z tego dobrodziejstwa, w przypadku dwu-rdzeniowego procesora realnie będzie mieć po jednym rdzeniu w każdym systemie. Przy czterordzeniowym CPU, każdy z systemów będzie mieć do dyspozycji ponownie 'dwa'. To przynajmniej tyle w teorii, bo jak to działa naprawdę jeszcze nie mieliśmy okazji się przekonać, ale mnie osobiście możliwość uruchomienia dwóch systemów na jednym komputerze niezwykle pociąga.

A przy okazji, na hasło 'Wirtualizacja' do naszych drzwi zapukało natarczywie dociekliwie pytanie: a jak wirtualizacje dwóch OS wytrzyma dwu-rdzeniowy Core2 i jego współdzielony Smart Cache? Czy biedaczysko nie pogubi się już wtedy na amen? Krążą plotki, że już na jednym systemie, w szczególnym przypadku, może dojść do kolizji w takiej wspólnej pamięci podręcznej. Postaramy się zadać to pytanie fachowcom z Intela.

Kolejną nadzieją na wykorzystanie wielordzeniowych procesorów będzie zastosowanie w grach 3D osobnych obliczeń dla fizyki. Jednak w tej materii nie jest jeszcze nic pewnego. Nie wiadomo kto pierwszy zdecyduje się wziąć na swoje barki tę działkę, producenci GPU czy CPU. Dla tych drugich bez wątpienia byłaby to wielka szansa na wciśnięcie wszystkim graczom dwu-, a może nawet cztero- rdzeniowych procesorów.

Intel Core 2 Extreme QX6700 - czyli coś jakby dwa procesory E6700 w jednej obudowie

Podsumowując, nikt nie mówi, że już dziś mamy biec do sklepu po Quad'a, ale wielordzeniowe procesory to wcale nie taki 'głupi' pomysł - z punktu widzenia nowych technologii i wygody pracy. Oczywiście pod warunkiem, że kupujemy je świadomie i wiemy jakie będziemy z nich mieć korzyści. Bo sam fakt posiadania dwu lub cztero-rdzeniowca podczas gry w 'Company of Heroes', powodem do dumy i radości przecież być nie może.

Premierowego Kentsfielda 2.66 GHz mieliśmy przyjemność testować w niezwykle wypasionej maszynie dostarczonej nam przez firmę Komputronik. Niektóre z jej elementów są tak 'gorące', że nawet nie wolno nam jeszcze dziś o nich pisać ;)

W środku zestawu Geo-PC znaleźliśmy następujące elementy:

główny bohater tego testu, czyli procesor:
• QuadCore Intel Core 2 Extreme QX6700, 2666 MHz (10 x 267)
•chłodzenie: Zalman CNPS 9500 LED;
radiator miedziany, wiatrak 2600 obr./min, 27,5 dB

• najszybsza karta graficzna na świecie... bohater kolejnego artykułu ;)
•płyta główna: EVGA z chipsetem nVIDIA xxxx
•pamięci RAM: 2GB DDR2 @800, 2x Corsair CM2X1024-8500C5D DHX Technology
fabrycznie to moduły 1066MHz z CL5-5-5-15, tu zostały ustawione jako 800MHz z CL4-4-4-15-T1

•karta muzyczna: Creative SB X-Fi Fatal1ty Sound Card
•dyski twarde: 2x WD740GD Stripe (Raptor 74GB) i 2x WD2500KS Mirror (SE-16 250GB)
•zasilacz: TAGAN 900W - U95 TurboJet Serie Dual Fan

moduły Corsair z DHX Technology (Dual path Heat eXchange),

czyli grzebieniami zwiększającymi odprowadzanie ciepła

- Zalman CNPS 9500 zamknięty w tunelu powietrznym obudowy Silverstone TJ06

Jak można było przypuszczać, czterordzeniowy Kentsfield wydziela sporo ciepła. Jakby na to nie patrzeć, są to w końcu dwa procesory E6700 zamknięte w jednej obudowie. Przy największym obciążeniu wiatrak Zalmana CNPS 9000 pracował na najwyższych obrotach (2600 obr./min), generując około 27 dB szumu, a średnia temperatura procesora i tak dochodziła do 60°C.

Biorąc pod uwagę, że projektanci zestawu Geo-PC zastosowali najlepsze z możliwych (powietrznych) rozwiązań do chłodzenia tego CPU, można chyba bez wahania wydać opinie, że największą wadą QX6700 będzie stosunkowo wysoka temperatura pracy.

Zacznijmy od najbardziej oczywistych korzyści z czterech rdzeni. Jak wspomnieliśmy we wstępie, świetnym przykładem jest benchmark z programu Cinema 4D. Widok poniżej powinien zainteresować każdego grafika, który ma do wyrenderowania spory kawał grafiki, a specjalnie nie lubi za długo czekać na efekty swojej pracy.

każdy z czterech rdzeni renderuje swoją część danych

Gdyby wyrenderowanie złożonej grafiki na procesorze Intel Core2 E6700 zajmowało nam 30 minut, Quad zrobiłby to w zaledwie 17, czyli o 70% szybciej! Gdybyśmy chcieli potworzyć tę operacje 10 razy, na Quadzie zajęło by to nam tylko 3 godziny, na Core2 E6700 o dwie godziny więcej. To chyba mniej więcej daje pojęcie, jakie korzyści można czerpać z technologii wieloprocesorowych.

Według PCMarka, Quad jest tylko 15% szybszy od najmocniejszego dwurdzeniowca, czyli X6800. Jeśli jednak rozpatrywać procesory o tej samej częstotliwości, a więc Core2 E6700, cztero-rdzeniowy QX6700 charakteryzuje się o 26% większą wydajnością.

Współczynnik wydajności procesora program PCMark05 liczy na podstawie 8 testów:

• Test 1 : kompresja pliku - 3MB plik exe, 2MB dokument, 14.7MB plik video i 3.5MB plik audio
• Test 2 : dekompresja pliku - j.w.
• Test 3 : szyfrowanie pliku przy użyciu Crypto++ Library 5.0 - 3MB plik .exe, 2MB dokument, 1.1MB zdjęcie, 3.5MB plik audio. Klucz szyfrowania ma 256 bajtów.
• Test 4 : odszyfrowywanie pliku - j.w.
• Test 5 - dekompresja obrazu JPEG - jeden obrazek 130KB, dwa 900KB i jeden 1.1MB
• Test 6 - konwersja pliku audio - 3.5MB plik .wav konwertowany do formatu Ogg Vorbis.
  
• Multithreaded Test 1 - równocześnie wykonywane dwa wątki:
  1) kompresja pliku - j.w.
  2) dekompresja pliku - j.w.
  
• Multithreaded Test 2 - równocześnie wykonywane cztery wątki:
  1) dekompresja pliku - j.w.
  2) deszyfrowanie pliku - j.w.
  3) konwersja pliku audio - j.w.
  4) dekompresja obrazu - j.w.

W tym wypadku najbardziej interesują nas same testy Multithreaded, czyli sytuacje, gdy procesor wykorzystywany jest przez kilka aplikacji na raz.

W przypadku dwóch wątków nie widać żadnych rewelacji. Quad jest prawie tak samo szybki jak jak Core2 X6800. Co ciekawe - jak widać to na obrazku powyżej - te dwie operacje zostały rozdzielone na trzy rdzenie.

Trzy wątki jednocześnie, czyli coś, z czym dwurdzeniowym procesorom będzie się trudniej uporać. Tu widać już dokładnie, że każdy z rdzeni wykonuje swoje zadanie. Czwarty nie ma nic do roboty, więc leci na jałowym biegu.

Rozłożenie poszczególnych zadań jest przypadkowe, dlatego w pierwszym wątku Quad przegrywa z Core2 X6800 - różnica wynosi dokładnie 50%. Ale za to drugi wątek wykonywany jest już o 100% szybciej na cztero-rdzeniowcu, zaś w trzecim ma przewagę 15%. Po podsumowaniu, Quad wykonuje tę operacje prawie 50% szybciej niż Core2 Duo.

No i w końcu najciekawsza próba - cztery wątki jednocześnie. Quad po prostu połknął to zadanie za jednym kłapnięciem, bez zająknięcia. Każdy z rdzeni dostał swoją działkę do wykonania i test przeszedł błyskawicznie.

Pierwszy wątek o 90% szybciej. Drugi i trzeci 80~85% szybciej. Czwarty 'jedynie' 40%. Gdyby zsumować to w całość, Quad okazałby się średnio o 80% szybszy od Core2 X6800.

Będziemy mieć jeszcze kilka bardzo interesujących testów Quad QX6700 wraz z najnowszym GeForce 8800 GTX, ale wyniki te możemy zaprezentować Wam dopiero 8 listopada :) A zatem c.d.n.

Ponownie odnosząc się do artykułu z marca, można ten test zakończyć stwierdzeniem, że w przeciągu kilku lat, dual core może stać się technologią przeszłości. Intel właśnie rozpoczał erę czterordzeniowych procesorów, AMD także pracuje nad podobnymi układami.

W dalszych planach Intel ma zamiar przygotować ośmiordzeniowe urządzenie, o nazwie kodowej Yorkfield, które dostarczy w 2008 roku. AMD nie podaje tylu szczegółów, informuje za to o tym, że przygotowuje więcej niż dwurdzeniowe urządzenia na rok 2007.

Na froncie non-x86, Sun już oferuje ośmiordzeniowe procesory w formie UltraSparc T1 (wcześniej Niagara).

Coraz więcej rdzeni będzie w użyciu w przyszłości. "Wszystkie układy skończą jako wieloprocesorowe chipy, a my musimy się nauczyć jak je programować" powiedział EE Times zeszłej jesieni Simon Davidmann, założyciel Co-Design Automation Inc.