Zdecyduj, ile rdzeni powinien mieć twój procesor?

Polecamy: TOP-10 procesory do komputerów stacjonarnych

Ostra konkurencja pomiędzy AMD, a Intelem przynosi użytkownikom wiele korzyści. Producenci konkurują między sobą nie tylko jakością produktów, ale i cenowo. Nowe technologie są opracowywane niemal z dnia na dzień, oferta producentów procesorów jest niezwykle bogata i osoby które nie śledzą na bieżąco najnowszych wydarzeń w branży, mają wszelkie prawo zagubić się gąszczu nowych CPU.

Krzemowy wafel procesorów Intel Westmere w technologii 32-nm

Jeszcze rok temu wybór procesora był stosunkowo prosty. W przypadku gier sytuacja była wręcz oczywista. W tych zastosowaniach najlepiej sprawdzały się wysoko taktowane procesory dwurdzeniowe. Posiadanie zwykle niżej taktowanego procesora czterordzeniowego nie przynosiło żadnych profitów w przypadku oprogramowania rozrywkowego. Tym co się liczyło najbardziej, było wysokie taktowanie, bowiem gry nie potrafiły właściwie wykorzystać wielordzeniowych CPU. W czterordzeniowe procesory inwestowały osoby traktujące zakup CPU jako inwestycję długoterminową, bądź wykorzystujące ich moc do konkretnych zadań (obróbka wideo, czy wirtualizacja).  Dziś posiadanie procesora czterordzeniowego nie jest uznawane za ekstrawagancję,  a sytuacja komplikuje się jeszcze bardziej. Osoby zastanawiające się nad kupnem nowego sprzętu mogą mieć nielichy kłopot. Na rynku możemy się spotkać z procesorami jedno (jednordzeniowe procesory funkcjonują na platformach przenośnych, gdzie najbardziej liczy się oszczędność energii), dwu, trzy i czterordzeniowymi. W zastosowaniach serwerowych funkcjonują już procesory sześciordzeniowe (hexa core) i nie trzeba będzie długo czekać, aż trafią one do komputerów domowych. Zapowiadane są procesory ośmio oraz dwunastordzeniowe i na tej ilości z pewnością się nie skończy.

Czy inwestycja w procesor z jednym rdzeniem (można je spotkać choćby w netbookach) ma jakikolwiek sens i czy wystarczy on do podstawowych codziennych zadań? Czy dwurdzeniowe procesory mają przed sobą jakąkolwiek przyszłość i warto w nie jeszcze inwestować? Trzyrdzeniowe procesory są niezwykle atrakcyjne cenowo, jednak patrząc na zapowiedzi producentów może jednak lepiej zainwestować w cztery rdzenie? Do jakich zastosowań wystarczy nam dziś procesor dwurdzeniowy, a w których przypadkach powinniśmy wziąć pod uwagę CPU z większą ilością rdzeni?

Postanowiliśmy sprawdzić jak ilość rdzeni w procesorze wpływa na wydajność komputera w różnych sytuacjach. Przetestowaliśmy procesor z różną ilością rdzeni w codziennych zastosowaniach, benchmarkach syntetycznych, oraz takich zadaniach jak obróbka audio/wideo, rendering 3D oraz w kilku popularnych grach.

Do testów użyliśmy jednego, czterordzeniowego procesora w którym zależności od potrzeby wyłączaliśmy odpowiednią ilość rdzeni, czyniąc z niego procesor trzy, dwu i w końcu jednordzeniowy.

Karta graficzna w tym teście ma znaczenie drugorzędne, jednak dobraliśmy ją tak, by nie spowalniała działania procesora.

Komputer pracował pod kontrolą 32-bitowej wersji Windows 7 Ultimate. Pamiętajmy, że mamy tu do czynienia z systemem, który rozkłada obciążenie procesora na wiele rdzeni/wątków, nawet jeśli aplikacja pierwotnie potrafiła wykorzystać tylko jeden rdzeń. Więcej na ten temat znajdziecie w podrozdziale „Co jest przyszłościowe?”.

Na pierwszy ogień idzie jak zwykle Sandra. Sprawdziliśmy jak ilość rdzeni wpływa na wyniki wybranych testów procesora (Arithmetic, Multi-Media, Cryptography), a także maszyn wirtualnych (Virtual Machine .NET  i JAVA).

W testach syntetycznych kolejne rdzenie skalują się znakomicie, zarówno jeśli chodzi o "czystą" moc procesora, jak i zastosowania multimedialne, szyfrowanie za pomocą zaawansowanych algorytmów, czy pracę w środowiskach wirtualnych .NET i Java. Procesor czterordzeniowy potrafi być od trzech do ponad czterech razy szybszy od jednordzeniowego. Jak jednak doskonale wiadomo, wyniki testów syntetycznych dają jedynie ogólne wyobrażenie na temat możliwości podzespołów i często są dość brutalnie weryfikowane przez rzeczywistość. Jeśli aplikacja nie będzie potrafiła wykorzystać zalet systemów multi-core to zwiększanie ilości rdzeni nie przyniesie widocznej poprawy w szybkości działania programu, a co najwyżej poprawi ogólny komfort pracy z systemem operacyjnym, lub też z wieloma aplikacjami na raz. 

Testy PCMark Vantage powinny przynieść znacznie bardziej szczegółowe informacje na temat tego, w  jakich zastosowaniach większa ilość rdzeni przyniesie widoczną poprawę wydajności.

Tym razem widać dużą rozpiętość w wynikach. W niektórych testach procesor z 4 rdzeniami może być zaledwie dwukrotnie szybszy od jednordzeniowego (Memories), w innych różnica może być wręcz niezauważalna (Music, czy HDD). Największy wzrost wydajności widać w teście multimedialnym (TV and Movies), gdzie przewaga czterordzeniowego CPU w stosunku do jednordzeniowego jest ponad trzykrotna.

Ogólna ocena wydajności jest bezlitosna dla CPU z jednym rdzeniem, pokazuje znakomite skalowanie układu dwurdzeniowego oraz olbrzmi, niewykorzystany potencjał jaki wciąż tkwi w układach 3 i 4 rdzeniowych. O ile dwurdzeniowy CPU uzyskał niemal dwukrotnie większą ilość punktów niż jednordzeniowy, to dalsze zwiększanie ilości rdzeni nie przyniosło już takiego zwiększenia wydajności. Tym niemniej 3 i 4 rdzeniowe procesory są szybsze we wszystkich zastosowaniach, także w teście Gaming. Oczywiście wciąż musimy pamiętać, że właściwie wszystko zależy od aplikacji i jej możliwości w wykorzystywaniu wielu wątków. Pomimo, że sytuacja na rynku gier w tej kwestii się poprawia, to wciąż większość gier nie potrafi właściwie wykorzystać mocy tkwiącej w wielordzeniowych procesorach.

Technologia GPGPU wiele zmieniła w zastosowaniach wideo, jednak obróbka/konwersja materiału audio i wideo to wciąż dziedzina w której wielordzeniowe procesory mają sporo do powiedzenia. Pomimo, że NVidia CUDA i ATI Stream podbijają kolejne podwórka, to jednak wciąż nie są technologiami które są w powszechnym użyciu.

Do konwersji materiału wideo posłużył nam darmowy program MediaCoder  w wersji 0.7.2.4536 (z dnia 13 listopada 2009). Jako plik wejściowy wykorzystaliśmy wideoreportaż z PGA 2009 – był to plik MPEG audio/wideo o wielkości 1047 MB. Wybór formatu wyjściowego padł na H.264.

Jeśli przy obróbce materiałów wideo nie zamierzamy korzystać z technologii NVidia CUDA lub ATI Stream, każdy rdzeń procesora będzie tu na wagę złota i wydatnie skróci czas dokonywania konwersji.

W tym przypadku wyniki były łatwe do przewidzenia. Rozdział zadań na różne rdzenie w przypadku renderingu scen 3D jest bardzo prosty – po prostu każdy rdzeń zajmuje się wybranym fragmentem obrazu.W przypadku grafiki 3D ponownie potwierdza się zasada, że im więcej rdzeni tym lepiej.

W zalecanych wymaganiach sprzętowych gry, firma Capcom umieszcza informację o procesorach czterordzeniowych, które jakoby mają najlepiej służyć rozgrywce w piątą część Resident Evil. Dodatkowo producent imieścił w grze logo informujące o znakomitym działaniu Resident Evil 5 na procesorach Core i7.

Z naszych wcześniejszych testów wynika, że gra wykorzystuje procesor czterordzeniowy w dość niewielkim stopniu. Czyżby te wszystkie zalecenia i informacje o Core i7 były jedynie chwytem marketingowym?

Moc wykorzystanej karty graficznej sprawia, że w każdej rozdzielczości mamy zapewnioną płynną rozgrywkę, niezależnie od ilości rdzeni procesora. Tym niemniej różnica w ilości klatek na sekundę w zależności od ilości rdzeni procesora jest spora. W rozdzielczości 1280 x 1024 przy niskim poziomie detali, czterordzeniowy procesor ma prawie 40 klatek na sekundę przewagi nad procesorem dwurdzeniowym i ponad 60 klatek na sekundę przewagi na CPU jednordzeniowym.

Anomalią jest działanie Resident Evil 5 z trzyrdzeniowym procesorem. Powtarzaliśmy testy kilkukrotnie, ale za każdym razem wynik pozostawał niezmienny. Wszystko wskazuje na to, że Resident Evil 5 niespecjalnie lubi procesory z trzema rdzeniami i odrobinę lepiej sprawuje się na poczciwych dwurdzeniowcach. Różnica nie jest powalająca, tym niemniej kilka klatek na sekundę w testowej konfiguracji, może zmienić się na kilkanaście przy gorszej karcie graficznej.

W najwyższej rozdzielczości i maksymalnych ustawieniach graficznych różnice nie są już tak znaczące – tutaj największy wpływ na wydajność gry ma karta graficzna. Tym niemniej różnicy 5 klatek na sekundę pomiędzy konfiguracją z procesorem dwurdzeniowym a czterordzeniowym, raczej nie można złożyć na karb błędu pomiarowego.

Tym razem mamy do czynienia z grą na silniku Unreal. Testy zostały przeprowadzone z wyłączonymi efektami PhysX. Pomimo, że efekty tej technologii robią naprawdę pozytywne wrażenie, to uruchamianie ich na CPU zwykle mija się z celem. Dla przykładu rozgrywka w Cryostasis z efektami PhysX liczonymi za pomocą procesora praktycznie całkowicie uniemożliwia grę. Mirror's Edge również z powodzeniem korzysta z tej technologii, jednak jeśli obsługą PhysX zajmuje się CPU, na niektórych etapach gra spowalnia do tego stopnia, że konieczne staje się wyłączenie efektów fizycznych.

W przeciwieństwie do Resident Evil 5, najnowszy Batman chętnie sięga po moc procesorów trzyrdzeniowych. Użycie procesora jednordzeniowego może spowolnić grę nawet o połowę, nawet przy wykorzystaniu bardzo wydajnej karty graficznej. Warto także napomknąć o minimalnej ilości klatek na sekundę. W tym konkretnym teście procesor czterordzeniowy miał przewagę kilkunastu klatek na sekundę nad procesorem dwurdzeniowym.

Silnik zastosowany w Batman: Arkham Asylum pomimo solidnego liftingu ma już swoje lata, co znajduje odbicie w wynikach. Przy nieco wyższych rozdzielczościach i włączonym antyaliasingu różnica w średniej ilości klatek na sekundę pomiędzy działaniem na procesorach z 2, 3 i 4 rdzeniami jest niewielka. Różnica w minimalnej ilości klatek na sekundę jest korzystna dla procesora z czterema rdzeniami, jednak jego przewaga nad dwurdzeniowcem wynosi jedynie 5 klatek na sekundę.

Silnik Ego zastosowany w Race Driver: GRID nie jest szczególnie wymagający. Producent zaleca do gry zaledwie dwurdzeniowy Core 2 Duo 2,66 GHz lub Athlona X2 3800+.

Różnica w minimalnej ilości klatek na sekundę także jest niebagatelna, bowiem wynosi ponad 20 klatek na sekundę na korzyść procesora czterordzeniowego w porównaniu do dwurdzeniowego.

Przy wykorzystaniu najwyższej rozdzielczości i antyaliasingu x8 zanikają wszelkie różnice w średniej ilości klatek na sekundę pomiędzy procesorami posiadającymi więcej niż jeden rdzeń. Pierwsze skrzypce gra tutaj karta graficzna. W najwyższej rozdzielczości widoczna jest jednak także różnica pomiędzy minimalną ilością klatek na sekundę. Procesor czterordzeniowy ma przewagę kilku klatek na sekundę nad procesorem dwurdzeniowym.

Pamiętajmy, że wyniki z testowanych gier nalezy należy traktować indywidualnie - jako próbkę możliwości każdego z silników.

WinRAR jest aplikacją, która praktycznie od momentu pojawiania się na rynku procesorów wielordzeniowych potrafi wykorzystać ich możliwości. W praktyce im więcej posiadamy rdzeni, tym proces archiwizacji jest szybszy i tym mniej przeszkadza archiwizowanie odbywające się w tle. W przypadku procesorów 3 i 4 rdzeniowych proces ten może być właściwie niezauważalny.

Pojemność twardych dysków w domowych komputerach rośnie stale i niepowstrzymanie. Oznacza to między innymi coraz więcej pracy dla oprogramowania antywirusowego. Szybkość procesu skanowania zależy głównie od możliwości twardego dysku, ale procesor także odgrywa tu swoją rolę. Więcej rdzeni z pewnością przyda się tym, którzy trzymają na twardym dysku duże ilości danych (np. pliki ISO, które potrafią zajmować wiele gigabajtów).

Przeprowadzenie testów wydajnościowych przeglądarek internetowych nie jest zadaniem prostym. W tym przypadku z pomocą przyszedł nam benchmark Peacekeeper firmy Futuremark.

Twórcy Google Chrome od dawna podkreślają, że ich przeglądarka potrafi wykorzystać zalety systemów multi-core, jednak Peacekeeper pozostał obojętny na ilość rdzeni w procesorze, wskazując jedynie na mniejszą wydajność systemu z procesorem jednordzeniowym.

Peacekeeper wykazuje niewielkie różnice pomiędzy procesorami z różną ilością rdzeni. Przy użyciu 4-rdzeniowego procesora wyniki są minimalnie gorsze, niż w przypadku wykorzystania procesorów z 2 i 3 rdzeniami. Wnioski nasuwają się dwa – albo wszystkie wyniki znajdują się w obrębie błędu pomiarowego, albo też test ten nie jest szczególnie wiarygodny. Nie uwzględnia on kilku istotnych czynników, jak choćby animacji Flash, od których roją się dzisiejsze strony i które potrafią obciążyć 1-rdzeniowy procesor w 100%. Jak jednak wiemy, firma Adobe usilnie pracuje nad wersją Flash Playera wykorzystującego GPU, co może wydatnie odciążyć jednostkę centralną.

W przypadku procesorów AMD sprawa jest jeszcze stosunkowo prosta, bowiem ilość fizycznych rdzeni równa się ilości rdzeni logicznych (wątków). Premiera procesorów o mikroarchitekturze Nehalem przyniosła jednak powrót zastosowanej onegdaj w Pentium IV technologii HT (HyperThreading – wielowątkowość). Obecność technologii HT oznacza po prostu, że każdy fizyczny rdzeń potrafi obsługiwać dwa wątki równocześnie.

Dzięki temu zabiegowi system operacyjny „widzi” dwukrotnie większą liczbę wątków. I tak dwurdzeniowy procesor widziany jest w systemie jako czterordzeniowy, a czterordzeniowy - jako ośmiordzeniowy. Oczywistym jest, że dwa rdzenie fizyczne z HT, nigdy nie będą tak wydajne, jak cztery rzeczywiste rdzenie, tym niemniej w przypadku aplikacji które potrafią dobrze wykorzystać zalety wielowątkowości (bądź przy wykorzystaniu wielu programów równocześnie), powinno przynieść to wzrost wydajności. Przy okazji testów notebooków wyposażonych w czterordzeniowe procesory Core i7 sprawdziliśmy wpływ HT na wydajność, wykonując testy z włączonym (4 rdzenie/8 wątków) i wyłączonym (4 rdzenie/4 wątki) HT. Benchmarki syntetyczne wykazały momentami wyraźną różnicę w wydajności, jednak nie udało nam się stwierdzić jakiejkolwiek różnicy w działaniu gier.

HyperThreading to jednak nie jedyny as w rękawie Intela. Nowe procesory wyposażone sa także w technologię TurboBoost, która zwiększa taktowanie aktywnych rdzeni procesora.

Wydawałoby się, że Intel znalazł złoty środek, równocześnie stosując w swoich procesorach technologię HT i TurboBoost. Dzięki temu swoje możliwości mogą pokazać zarówno aplikacje wykorzystujące wielowątkowość (HT), jak i na przykład te wykorzystujące tylko jeden rdzeń (TurboBoost). Rozwiązanie wydawałoby się idealne, zwłaszcza dla tych, którzy wahają się pomiędzy kupnem CPU z dwoma, a czterema rdzeniami. Najnowsze procesory Intela oparte na mikroarchitekturze Westmere (32-nanometrowy proces produkcyjny), są wyposażone w dwa rdzenie i technologię HT.

Procesory Core i3 oraz i5 należy uznać za produkt jak najbardziej udany, jednak wyniki niektórych testów praktycznych dość mocno rozmijają się z teoretycznymi założeniami. Dobrym przykładem jest test Crysis: Warhead, w którym 32 nanometrowy procesor Core i5 661, nie wykazuje wyższości nad Phenomem II X2 550 i potrafi dość wyraźnie przegrywać z Core 2 Duo E8500. Oczywiście należy pamiętać o tym, że procesory Westmere należą do średniego segmentu, a silnik Crysisa jest już dość wiekowy. A może to właśnie strategia AMD, polegająca na wprowadzaniu coraz większej ilości fizycznych rdzeni bez dodatkowych technologii jak HT czy TurboBoost, okaże się najbardziej skuteczna?

Dodatkowo sytuację diametralnie zmienia najnowszy system operacyjny firmy Microsoft. Już Vista potrafiła w pewnym stopniu rozkładać obciążenie procesora na różne rdzenie, a Windows 7 radzi sobie z tym jeszcze lepiej. W przypadku posiadania tego systemu każdy program może korzystać z tylu rdzeni/wątków iloma dysponuje system. Nieistotne jest, czy program został pierwotnie napisany tak, by mógł wykorzystywać tylko jeden wątek/rdzeń. System i tak rozłoży proces na odpowiednią liczbą wątków (niekoniecznie musi to być rozłożenie na maksymalną liczbę wątków, ale np. na dwa).

Inną kwestią jest to, że możliwości Windows 7 w rozkładaniu zajętości  procesora na wiele wątków nie przyniesie nam takiej wydajności, jak w przypadku programu który natywnie został napisany z myślą o wykorzystaniu wielu rdzeni. Na pewno jednak daje to lepsze wykorzystanie zasobów sprzętowych i pozostawia rezerwę mocy dla oprogramowania.

W chwili obecnej największym problemem jest właściwe wykorzystanie przez oprogramowanie zasobów sprzętowych komputera. Cóż z tego jeśli posiadamy wielordzeniowe procesory, skoro oprogramowanie nie potrafi wykorzystać tkwiących w nich możliwości? Dobrym przykładem są gry, które potrafią eksploatować kartę kartę graficzną do maksimum, równocześnie wykorzystując zaledwie kilkanaście procent mocy wielordzeniowego procesora. Wśród zalet nowego API giganta z Redmond wymienia się nie tylko teselację i DirectCompute (GPGPU), ale też Multi-Threading, czyli doskonale nam znaną wielowątkowość. Ma to pozwolić producentom gier na lepsze wykorzystanie możliwości wielordzeniowych procesorów, a więc gry w teorii będą mogły działać szybciej.

Najnowsza odsłona Aliens vs. Predator będzie obsługiwać biblioteki DirectX 11

Gry wykorzystujące DirectX 11 można na razie policzyć na palcach jednej ręki, jednak już wkrótce można spodziewać się takich tytułów jak Aliens vs. Predator, Battlefield: Bad Company 2, czy Crysis 2, których twórcy zapowiedzieli już wsparcie dla nowej wersji bibliotek. Co ważne: funkcja Multi-Threadingu będzie mogła zostać wykorzystana także w przypadku komputerów wyposażonych w karty graficzne z obsługą DirectX 10/10.1, chociaż jej działanie może nie być aż tak wydajne jak w przypadku najnowszych kart z pełnym wsparciem DirectX 11.

Nie należy zapominać też o OpenCL, czyli otwartym standardzie programowania równoległego dla GPU i wielordzeniowych CPU. To wszystko powinno sprawić, że procesory wyposażone w wiele rdzeni w końcu ujawnią nam swoje pełne możliwości.

W tym momencie olbrzymi wybór różnych technologii powoduje, że wybór procesora nie jest łatwą sprawą nawet dla osób obeznanych z nowinkami technologicznymi. Na pewno konstrukcje jednordzeniowe są już reliktem przeszłości. Jeden rdzeń może się okazać niewystarczający nawet do przeglądania stron internetowych, choć może się to zmienić po wprowadzeniu przez Adobe odtwarzacza animacji Flash wykorzystującego GPU. Procesory dwurdzeniowe wciąż sprawują się świetnie w większości zastosowań, a dzięki nowym technologiom mogą one pracować jeszcze wydajniej. Zasadnicze pytanie jest takie, czy wybór procesora dwurdzeniowego dziś, okaże się właściwą decyzją jutro?

CPU z 3 i 4 rdzeniami dopiero teraz zaczynają ukazywać swój prawdziwy potencjał i to one na dziś dzień wydają się konstrukcjami w które warto zainwestować. Oczywistym jest, że procesory z większą ilością rdzeni będą się lepiej sprawować w takich zastosowaniach jak wirtualizacja, grafika 3D, czy obróbka wideo. W przypadku tej ostatniej do głosu dochodzą jednak technologie GPGPU, które potrafią wykonać takie zadania wielokrotnie szybciej od najnowocześniejszego CPU.

Odpowiedź na pytanie, czy do większości codziennych zastosowań (włączając w to gry) wystarczy nam dwurdzeniowy procesor z HT, czy też w pełni czterordzeniowy CPU, nie jest prosta. Silniki gier ewoluują powoli, ale już dziś widać, że procesory z 3 i 4 rdzeniami uzyskują w tym segmencie niewielką przewagę. Wśród przetestowanych gier jedynie Resident Evil 5 działała minimalnie gorzej na procesorze 3-rdzeniowym niż na 2-rdzeniowym.

Tekst ten rozpoczął serię artykułów dotyczących procesorów i zależności pomiędzy ilością rdzeni, a wydajnością w różnych zastosowaniach. W tym krótkim artykule chcieliśmy jedynie zasygnalizować związane z tym tematy i przedstawić pierwsze wyniki. Już wkrótce zaprezentujemy kolejne testy, tym razem z wykorzystaniem procesorów Intela, a także testy najnowszego sześciordzeniowego procesora AMD Thuban.