Prescott 3.2E, Northwood 3.4C - экстремальное тестирование

Prescott 3.2E, Northwood 3.4C - экстремальное тестирование

Введение

Переход на новый технологический процесс дался Intel непросто. Начало поставок процессоров Pentium 4 на ядре с кодовым наименованием Prescott, призванных заменить нынешние Northwood на пути к новым гигагерцам, откладывалось несколько раз. И вот 2 февраля Intel официально представили мировой общественности презультаты своей работы за последнее время: семь новых процессоров с частотами от 2.8ГГц до 3.4ГГц. Вместе с новой линейкой Prescott из пяти процессоров, дебютировал и "последний из могикан" - Pentium 4 3.4C на ядре Northwood, а также Pentium 4 Extreme Edition аналогичной частоты.

Матчасть

Несмотря на сохранившуюся торговую марку Pentium 4 и точно такой же внешний вид, под крышкой скрывается совершенно другое ядро. Что нового нам принес Prescott?

Изменение номер один в нашем списке - технологический процесс. Northwood изготавливался по 0.13-микронной технологии, Prescott - 0.09-микронной (или как теперь принято говорить, 90-нанометровой). Уменьшение размера транзисторов позволяет снизить напряжение питания, таким образом уменьшая нагрев и повышая максимально достижимую тактовую частоту.

Второе изменение тоже ориентировано именно на рост частоты - конвейер у Prescott по сравнению с предыдущим ядром вырос с 20 стадий до 31. На нынешних частотах конвейер Northwood еще не стал ограничивающим фактором, но в будущем его удлинение позволит Intel легче наращивать частоты. Однако, длинный конвейер снижает, так сказать, "удельную производительность на мегагерц". Для того, чтобы компенсировать такие потери, в ядре Prescott вдвое увеличен объем кэш-памяти первого и второго уровней, до 16КБ и 1МБ, соответственно, и внесены другие изменения в архитектуру. Многие из них ориентированы на улучшение работы Hyper-Threading. Технология обработки информации в многопоточном режиме получила развитие в Prescott и теперь прирост от ее наличия будет больше.

Последнее важное изменение по сравнению с Northwood - появление 13 новых инструкций SSE3. С появлением оптимизированных под новые инструкции приложений (а это, в первую очередь, всевозможные аудио- и видеокодеки) владельцы Prescott ощутят прирост производительности. Причем SSE3 нацелен, в основном, на "домашнее" применение в мультимедийных задачах.

Несмотря на масштабность внесенных изменений, общая архитектура процессора (NetBurst) осталась прежней. Он способен работать на большинстве современных материнских плат, требуется только обновление BIOS. Для подчеркивания преемственности сохранено и название Pentium 4. Кстати, полное официальное название Prescott 3.2E звучит как "Процессор Intel Pentium 4 с поддержкой технологии Hyper-Threading и частотой 3,20E ГГц". Индекс "Е" означает принадлежность к Prescott.

Процессоры семейства Prescott позиционируются Intel как массовый продукт. Для рынка энтузиастов и всех, кому требуется предельная производительность от настольного ПК, Intel предлагает Pentium 4 Extreme Edition. Который, кстати, 2 февраля обрел и версию с частотой 3.4ГГц. Имея линейку топовых процессоров с соответствующими ценами (официальная цена Pentium 4 Extreme Edition 3.40GHz в партиях от 1000 штук составляет $999), Intel несколько снизили цены на "обычные" Pentium 4. И официальная цена на процессор с тактовой частотой 3.4ГГц на ядре Prescott составляет на день презентации ... 417 долларов. Феномен ситуации в том, что традиционно вершина модельного ряда Intel в момент появления на рынке оценивается в сумму ровно $637 в партиях по 1000 штук. При этом, трехгигагерцовую модель можно приобрести за значительно более скромные 218 долларов. Использование 90нм процесса в производстве Prescott позволяет снизить затраты и таким образом несколько удешевить продукт на радость покупателям. Пожалуй впервые мы можем говорить о Pentium 4 как о недорогих процессорах. Казавшиеся все это время недосягаемыми без применения разгона три гигагерца для массового потребителя (сначала по техническим причинам, а потом - по материальным) внезапно оказались очень близкими.

Процессор из будущего

Перед тем, как мы начнем изучать собственно производительность новинки, хочется сделать одно важное замечание. Нынешние Prescott - это, практически, "обкатка технологии". Ожидать чудес производительности от него не стоит, собственно даже по заявлениям Intel нам обещали паритет между Prescott и Northwood на равных частотах.

Socket 478 уже заканчивает свой век в роли основной платформы для массовых продуктов Intel и в этом году на смену ему придет Socket 775 (он же Socket T, он же LGA775). Вместе с ним дебютирует и новое поколение чипсетов Grantsdale/Alderwood, ориентированных на работу с Prescott. Степпинг C0 для Prescott под Socket 478 уступит место D0, который принесет более высокие тактовые частоты, технически недоступные Northwood и, скорее всего, снижение уровня нагрева кристалла.

Производители программного обеспечения, вероятно, подтянутся с поддержкой SSE3, а следующая операционная система от Microsoft, пока известная под кодовым именем Longhorn, вообще прекрасно вписывается в философию Prescott. И уж по крайней мере, неплохо бы дождаться Service Pack для Windows XP и свежих версий драйверов видеокарт, для того чтобы более точно оценить производительность нового ядра.

Осмотр

В наших руках оказался инженерный образец процессора Intel Pentium 4 3.2E на ядре Prescott. К сожалению, топовые 3.4E пока недоступны в Украине даже в виде сэмплов. Зато в наше распоряжение поступил последний процессор семейства Northwood - Intel Pentium 4 3.4C. Хотя производительность этого ядра при любых условиях уже давно изучена наизусть, мы посчитали целесообразным привести информацию и по второй новинке Intel тоже. Тем более, что разгонный потенциал у нее оказался весьма любопытным.

Что касается внешнего вида, то оба процессора не совсем обычны.

Prescott на оборотной стороне имеет очень характерное расположение элементов - некоторые из них стоят перпендикулярно к большинству. Такое размещение самый простой способ отличить Prescott. Второй способ более традиционен;), по маркировке. К сожалению, наш экземпляр несет внутреннюю маркировку Intel, посему для использования в качестве эталона Prescott непригоден. Но в маркировке имеется указание на объем кэша 1М вместо 512К у Northwood и 2М у Gallatin.

Для корректной работы с Prescott пришлось прошить последнюю бета-версию BIOS материнской платы - 1015.02. Других проблем в эксплуатации не возникло.

Утилита WCPUID определяет новый процессор таким образом:

Значения Model и Stepping ID отличаются от Northwood. Надпись Genuine Intel Processor вместо Intel Pentium 4 прошита в некоторых инженерных образцах. Точную логику я понять не смог, но кажется это означает что сэмпл достаточно ранний.

Pentium 4 3.4C тоже со своими особенностями. Как известно, приведенный ниже порядок размещения элементов на оборотной стороне процессора ранее был характерен для степпинга Northwood M0 и процессоров на ядре Gallatin. Теперь возможность такой идентификации пропала - наш экземпляр основан на привычном степпинге D1.

Тестовая система

В качестве конкурентов для Prescott выступил проверенный временем Intel Pentium 4 3.2C (на ядре Northwood) и наш основной тестовый процессор Intel Pentium 4 Extreme Edition с частотой 3.2 ГГц. Конечно, его присутствие не совсем уместно, но, думаю нашим читателям будет любопытно увидеть и его результаты на сводных диаграммах.

Таким образом, тестовый стенд был собран в такой конфигурации:

Процессоры: Intel Pentium 4 3.20E GHz (Prescott), Intel Pentium 4 3.40C GHz (Northwood), Intel Pentium 4 3.20C GHz (Northwood), Intel Pentium 4 Extreme Edition 3.20 GHz (Gallatin).
Материнская плата: ASUS P4C800-E Deluxe Gold
Оперативная память: два модуля по 256Мб Kingston HyperX KHX3500/256 на чипах Winbond BH-5
Видеокарта: Sapphire Atlantis Radeon 9800XT 256Mb
Жесткий диск: Western Digital 800BB
Блок питания: Antec TrueControl 550
Система охлаждения: nVENTIV Mach II

Операционная система: Windows XP Professional SP1
Версия DirectX: 9.0
Драйвер видеокарты: ATI Catalyst 3.10

Все остальные компоненты системы на итоговую производительность не влияют.

Увы, тесты Prescott были проведены до появления драйвера ATI Catalyst 4.2 с поддержкой инструкций SSE3.

Методика тестирования

Тестовые программы: 3DMark 2001 SE Pro build 330, 3DMark03 build 340, AquaMark 3, PCMark 2002 (Memory benchmark), SiSoft Sandra Memory Benchmark, Hexus PiFast, Return to Castle Wolfenstein: Enemy Territory.

Кроме привычных тестов на штатных частотах и проверки на разгон, мы провели экстремальное тестирование используя систему охлаждения nVENTIV Mach II основанную на принципе фазового перехода. С ее помощью мы смогли провести полное тестирование всех четырех процессоров (3.2C на ядре Northwood, 3.2E на ядре Prescott, 3.2EE на ядре Gallatin и 3.4С на ядре Northwood) в режиме 4200МГц при системной шине 300(1200)МГц. Для этого множитель выставлялся на значение 14 - все тестируемые процессоры являются инженерными образцами с разблокированной возможностью смены множителя. Оперативная память устанавливалась в режим 5:4 (240 МГц) с таймингами 2-5-2-2 при напряжении Vddr = 3.35В.

Главная цель проверки в экстремальных условиях - определить потенциал ядра Prescott на тех частотах, которые ему суждено достичь в будущем. Фактически, после 4ГГц он "только жить начинает". Именно на таких частотах негативное влияние длинного конвейера постепенно уменьшается и производительность в пересчете на мегагерцы начинает расти.

Прошу заметить, что наше сравнение не совсем корректно по отношению к новичку. Ни Northwood, ни Gallatin не смогут добраться до 4.2ГГц никакими другими методами, кроме экстремального охлаждения. А Prescott 4.2 мы через некоторое время увидим с обычным воздушным кулером.

Особой необходимости в приведении результатов тестирования Pentium 4 3.4C мы не видим: в штатном режиме он везде немного опережает 3.2C за счет увеличившейся тактовой частоты, а при 4200МГц результаты двух Northwood идеально совпадают, чего и следовало ожидать.

Разгон

Даже нынешний степпинг Prescott C0, явно не самый удачный в плане потенциала, позволяет достичь частот более высоких, чем любой другой процессор от Intel. При воздушном охлаждении пределом для Northwood становятся 3600МГц. Лишь лучшие экземпляры 3.2С (и большинство P4EE) способны дойти до 3.7ГГц.

Наш образец Prescott 3.2ГГц стабильно работал на 3800МГц в аналогичных условиях, а водяное охлаждение в виде системы Лэйка прибавило еще 50МГц. Питающее напряжение при этом составляло 1.55В, а температура - около 70 градусов. Да, из-за резко увеличившегося количества транзисторов даже перевод на новый техпроцесс и снижение напряжения ядра (при установке выше 1.6В Prescott вообще автоматически отключается) не помогли - греется новинка от Intel весьма серъезно. Этот недостаток, кстати, тоже обещают исправить в будущих ревизиях.

На сегодняшний день температурный режим Prescott на 15-25 градусов выше привычного для других Pentium 4. Особенно это заметно на "фреонке" - рабочей температурой Prescott на 4.2ГГц при 1.55В были -5-(-8)С вместо -25С. Максимальная стабильная частота работы в экстремальном режиме составила 4250МГц (к сожалению, из-за глюка WCPUID максимумом для сохраненного результата составил 4200МГц). Это несколько ниже Northwood и Gallatin, и ограничивающим фактором стала именно температура. Как известно, чем ниже температуры в загрузке, тем выше предел разгона. Двадцать градусов тепловой форы у "старых" процессоров обеспечили этот самый прирост. Сменив охлаждение на VapoChill XE (и получив те самые -8С в загрузке, уравняв температурные условия с Prescott), мы получили бы 4065МГц для Northwood и 4150МГц для Gallatin.

Интерестны показатели Northwood 3.4C. На воздушном охлаждении он без проблем работал на 3700МГц при 1.8В, водяное охлаждение почти сравняло его с Prescott - 3.8ГГц "для скриншота" и всего на 20МГц ниже для стабильной работы. Удивительно небольшой разрыв между стабильной и "скриншотной" частотами. При этом, POST процессор проходил аж до 4.1ГГц - невероятно много для неэкстремального охлаждения.

С переходом на Mach II ситуация осталась прежней - высокие 4350МГц при 1.85В для стабильной работы, всего 4396МГц на скриншоте и аж 4.62ГГц для POST. Поведение этого экземпляра принципиально отличается от всех остальных Pentium 4 и Celeron, которые к нам попадали. Впрочем, из этого случая мы просто не имеем права делать какие-либо выводы: слишком мало статистической информации, да и среди инженерных сэмплов еще те уникумы иногда попадаются (апофеозом извращенности был раритетный Pentium 4 2.40C D1-степпинга с FSB800: без Hyper-Threading и штатным напряжением 1.2В)...

Что касается флагманского Extreme Edition, то его пределом стабильной работы в данной системе являются 4310МГц (и до 4350МГц в тестовых целях). При этом рекордный скриншот, который я смог запечатлеть - не много, не мало 4555МГц.

Производительность

Тестирование в штатном режиме не принесло никаких сверхестественных итогов. Первое место везде за P4EE. 3.2C и Prescott меняются местами в различных тестах.

Результат в абстрактных баллах. Больше - лучше.

Пропускная способность памяти в целочисленных операциях в Мб/сек. Больше - лучше.

Кадры/сек. Больше - лучше.

Результат в секундах. Меньше-лучше.

Можно отметить общую тенденцию (в том числе проведенных, но неопубликованных здесь тестов): Prescott быстрее в "мультимедийных" задачах и архивации (и разрыв будет расти с внедрением поддержки SSE3!), выигрывает в SPEC ViewPerf, и сохраняет паритет с Northwood в играх, но проигрывает по чистой вычислительной мощности (тесты Hexus PiFast, ScienceMark 2.0). Странно, но SiSoft Sandra не показывает особого прироста в скорости работы памяти (хотя Prescott во всех режимах выигрывает у соперников), в то время как по "честному" CacheBurst он весьма значителен. PCMark 2002 реагирует в первую очередь на объем кэш-памяти, поэтому Prescott разместился точно между Northwood и Gallatin.

Что касается нашего эксперимента по экстремальному разгону всех трех 3.2-гигагерцовых процессоров от Intel, то тут необходимы дополнительные комментарии.

Конечно, "идущий вне конкурса" Extreme Edition вне конкуренции - результаты в любом из тестов весьма впечатляющи. Но нас больше интересуют показатели тех тестов, где Prescott проигрывает Northwood. Так вот, с ростом частоты разрыв сокращается, причем более чем в два раза в тестах 3DMark 2001 и Enemy Territory! В то же время, разрыв между Northwood и Gallatin как минимум сохраняется, если не растет.
Эта информация является ключевой для понимания сути Prescott - он просто не может показать себя "в полную силу" прямо сейчас, так как ориентирован на несколько другие частоты и условия работы. Как параллель, можно привести ситуацию с первыми Pentium 4 и Pentium III. На равных частотах Pentium 4 проигрывал во многих задачах, но зато смог достичь недосягаемой для предыдущего поколения производительности с ростом частот.

Итого

По большому счету, "домашний" пользователь в типовых задачах (игры, реальные рабочие приложения - в-общем все, кроме тестов) даже не заметит разницы между Prescott и Northwood идентичной частоты. Выросшая производительность в определенных задачах (к примеру, Prescott обгоняет даже P4EE в "профессиональном" SPEC ViewPerf) и возросший потенциал разгона может убедить некоторых пользователей приобрести именно Prescott прямо сейчас. Однако, для платформы Socket 478 пока все же лучше использовать именно Northwood. Степпинг C0 невероятно горяч, даже лучшие экземпляры воздушных кулеров с трудом справляются с охлаждением Prescott. По слухам, процессоры степпинга D0 должны быть менее горячими и более разгонябельными, возможно тогда для оверклокеров Prescott приобретет бОльшую ценность, обгоняя Northwood по скорости за счет недосягаемой для того частоты.

Плюсы:

хороший потенциал разгона
большие перспективы (SSE3, улучшенный Hyper-Threading)

Минусы:

производительность, как минимум, не выше Northwood
сильный нагрев требует хорошего охлаждения

Уже достаточно скоро в продаже появятся платы и процессоры нового поколения под Socket 775 и тогда альтернативы Prescott не будет. Надеемся, что производительность будущих решений не заставит нас задумываться о поиске этой альтернативы...

А вот энтузиастам пока остается только копить на Extreme Edition и света в конце туннеля не видно. Скорость Prescott в экстремальном разгоне неубедительна, планы по выпуску Prescott Extreme Edition туманны, а перспектив для процессоров Gallatin не так уж и много. Вряд ли их переведут на Socket 775 (хотя если чудо произойдет - это будет идеальным решением всех проблем!), да и 3.4ГГц уже близки к пределу ядра - максимум, что можно выжать из серийной модели будет 3.6ГГц. С другой стороны, до сентябрьского IDF никто не знал о самом существовании Extreme Edition, и кто знает, какие карты есть в рукаве у Intel для достойной встречи Socket 939...

Процессоры для тестирования предоставлены украинским представительством Intel, система охлаждения nVENTIV Mach II - компанией Eletek.

© ALT-F13