Одноядерный или двухъядерный? Двухъядерные процессоры

Первые компьютерные процессоры с несколькими ядрами появились на потребительском рынке ещё в середине двухтысячных, но множество пользователей до сих пор не совсем понимает — что это такое, многоядерные процессоры, и как разобраться в их характеристиках.

Видео-формат статьи «Вся правда о многоядерных процессорах»

Простое объяснение вопроса «что такое процессор»

Микропроцессор — одно из главных устройств в компьютере. Это сухое официальное название чаще сокращают до просто «процессор») . Процессор — микросхема, по площади сравнимая со спичечным коробком . Если угодно, процессор — это как мотор в автомобиле. Важнейшая часть, но совсем не единственная. Есть у машины ещё и колёса, и кузов, и проигрыватель с фарами. Но именно процессор (как и мотор автомобиля) определяет мощность «машины».

Многие называют процессором системный блок — «ящик», внутри которого находятся все компоненты ПК, но это в корне неверно. Системный блок — это корпус компьютера вместе со всеми составляющими частями — жёстким диском, оперативной памятью и многими другими деталями.

Функция процессора — вычисления . Не столь важно, какие именно. Дело в том, что вся работа компьютера завязана исключительно на арифметических вычислениях. Сложение, умножение, вычитание и прочая алгебра — этим всем занимается микросхема под названием «процессор». А результаты таких вычислений выводятся на экран в виде игры, вордовского файла или просто рабочего стола.

Главная часть компьютера, которая занимается вычислениями — вот, что такое процессор .

Что такое процессорное ядро и многоядерность

Испокон процессорных «веков» эти микросхемы были одноядерными. Ядро — это, фактически, сам процессор. Его основная и главная часть. Есть у процессоров и другие части — скажем, «ножки»-контакты, микроскопическая «электропроводка» — но именно тот блок, который отвечает за вычисления, называется ядром процессора . Когда процессоры стали совсем небольшими, то инженеры решили совместить внутри одного процессорного «корпуса» сразу несколько ядер.

Если представить процессор в виде квартиры, то ядро — это крупная комната в такой квартире. Однокомнатная квартира — это одно процессорное ядро (крупная комната-зал), кухня, санузел, коридор… Двухкомнатная квартира — это уже как два процессорных ядра вместе с прочими комнатами. Бывают и трёх-, и четырёх, и даже 12-комнатные квартиры. Также и в случае с процессорами: внутри одного кристалла-«квартиры» может быть несколько ядер-«комнат».

Многоядерность — это разделение одного процессора на несколько одинаковых функциональных блоков. Количество блоков — это число ядер внутри одного процессора.

Разновидности многоядерных процессоров

Бытует заблуждение: «чем больше ядер у процессора — тем лучше». Именно так стараются представить дело маркетологи, которым платят за создание такого рода заблуждений. Их задача — продавать дешёвые процессоры, притом — подороже и в огромных количествах. Но на самом деле количество ядер — далеко не главная характеристика процессоров.

Вернёмся к аналогии процессоров и квартир. Двухкомнатная квартира дороже, удобнее и престижнее однокомнатной. Но только если эти квартиры находятся в одном районе, оборудованы одинаково, да и ремонт у них схожий. Существуют слабенькие четырёхядерные (а то и 6-ядерные) процессоры, которые значительно слабее двухядерных. Но поверить в это сложно: ещё бы, магия крупных чисел 4 или 6 против «какой-то» двойки. Однако именно так и бывает весьма и весьма часто. Вроде как та же четырёхкомнатная квартира, но в убитом состоянии, без ремонта, в совершенно отдалённом районе — да ещё и по цене шикарной «двушки» в самом центре.

Сколько бывает ядер внутри процессора?

Для персональных компьютеров и ноутбуков одноядерные процессоры толком не выпускаются уже несколько лет, а встретить их в продаже — большая редкость. Число ядер начинается с двух. Четыре ядра — как правило, это более дорогие процессоры, но отдача от них присутствует. Существуют также 6-ядерные процессоры, невероятно дорогие и гораздо менее полезные в практическом плане. Мало какие задачи способны получить прирост производительности на этих монструозных кристаллах.

Был эксперимент компании AMD создавать и 3-ядерные процессоры, но это уже в прошлом. Получилось весьма неплохо, однако их время прошло.

Кстати, компания AMD также производит многоядерные процессоры, но, как правило, они ощутимо слабее конкурентов от Intel. Правда, и цена у них значительно ниже. Просто следует знать, что 4 ядра от AMD почти всегда окажутся заметно слабее, чем те же 4 ядра производства Intel.

Теперь вы знаете, что у процессоров бывает 1, 2, 3, 4, 6 и 12 ядер. Одноядерные и 12-ядерные процессоры — большая редкость. Трёхядерные процессоры — дело прошлого. Шестиядерные процессоры либо очень дороги (Intel), либо не такие уж сильные (AMD), чтобы переплачивать за число. 2 и 4 ядра — самые распространённые и практичные устройства, от самых слабых до весьма мощных.

Частота многоядерных процессоров

Одна из характеристик компьютерных процессоров — их частота. Те самые мегагерцы (а чаще — гигагерцы). Частота — важная характеристика, но далеко не единственная . Да, пожалуй, ещё и не самая главная. К примеру, двухядерный процессор с частотой 2 гигагерца — более мощное предложение, чем его одноядерный собрат с частотой 3 гигагерца.

Совсем неверно считать, что частота процессора равна частоте его ядер, умноженной на количество ядер. Если проще, то у 2-ядерного процессора с частотой ядра 2 ГГц общая частота ни в коем случае не равна 4 гигагерцам! Даже понятия «общая частота» не существует. В данном случае, частота процессора равна именно 2 ГГц. Никаких умножений, сложений или других операций.

И вновь «превратим» процессоры в квартиры. Если высота потолков в каждой комнате — 3 метра, то общая высота квартиры останется такой же — всё те же три метра, и ни сантиметром выше. Сколько бы комнат не было в такой квартире, высота этих комнат не изменяется. Так же и тактовая частота процессорных ядер . Она не складывается и не умножается.

Виртуальная многоядерность, или Hyper-Threading

Существуют ещё и виртуальные процессорные ядра . Технология Hyper-Threading в процессорах производства Intel заставляет компьютер «думать», что внутри двухядерного процессора на самом деле 4 ядра. Очень похоже на то, как один-единственный жёсткий диск делится на несколько логических — локальные диски C, D, E и так далее.

Hyper- Threading — весьма полезная в ряде задач технология . Иногда бывает так, что ядро процессора задействовано лишь наполовину, а остальные транзисторы в его составе маются без дела. Инженеры придумали способ заставить работать и этих «бездельников», разделив каждое физическое процессорное ядро на две «виртуальные» части. Как если бы достаточно крупную комнату разделили перегородкой на две.

Имеет ли практический смысл такая уловка с виртуальными ядрами ? Чаще всего — да, хотя всё зависит от конкретных задач. Вроде, и комнат стало больше (а главное — они используются рациональнее), но площадь помещения не изменилась. В офисах такие перегородки невероятно полезны, в некоторых жилых квартирах — тоже. В других случаях в перегораживании помещения (разделении ядра процессора на два виртуальных) смысла нет вообще.

Отметим, что наиболее дорогие и производительные процессоры класса Core i7 в обязательном порядке оснащены Hyper- Threading . В них 4 физических ядра и 8 виртуальных. Получается, что одновременно на одном процессоре работают 8 вычислительных потоков. Менее дорогие, но также мощные процессоры Intel класса Core i5 состоят из четырёх ядер, но Hyper Threading там не работает. Получается, что Core i5 работают с 4 потоками вычислений.

Процессоры Core i3 — типичные «середнячки», как по цене, так и по производительности. У них два ядра и никакого намёка на Hyper-Threading. Итого получается, что у Core i3 всего два вычислительных потока. Это же относится и к откровенно бюджетным кристаллам Pentium и Celeron . Два ядра, «гипе-трединг» отсутствует = два потока.

Нужно ли компьютеру много ядер? Сколько ядер нужно в процессоре?

Все современные процессоры достаточно производительны для обычных задач . Просмотр интернета, переписка в соцсетях и по электронной почте, офисные задачи Word-PowerPoint-Excel: для этой работы подойдут и слабенькие Atom, бюджетные Celeron и Pentium, не говоря уже о более мощных Core i3. Двух ядер для обычной работы более чем достаточно. Процессор с большим количеством ядер не принесёт значительного прироста в скорости.

Для игр следует обратить внимание на процессоры Core i3 или i5 . Скорее, производительность в играх будет зависеть не от процессора, а от видеокарты. Редко в какой игре потребуется вся мощь Core i7. Поэтому считается, что игры требуют не более четырёх процессорных ядер, а чаще подойдут и два ядра.

Для серьёзной работы вроде специальных инженерных программ, кодирования видео и прочих ресурсоёмких задач требуется действительно производительная техника . Часто здесь задействуются не только физические, но и виртуальные процессорные ядра. Чем больше вычислительных потоков, тем лучше. И не важно, сколько стоит такой процессор: профессионалам цена не столь важна.

Есть ли польза от многоядерных процессоров?

Безусловно, да. Одновременно компьютер занимается несколькими задачами — хотя бы работа Windows (кстати, это сотни разных задач) и, в тот же момент, проигрывание фильма. Проигрывание музыки и просмотр интернета. Работа текстового редактора и включённая музыка. Два процессорных ядра — а это, по сути, два процессора, справятся с разными задачами быстрее одного. Два ядра сделают это несколько быстрее. Четыре — ещё быстрее, чем два.

В первые годы существования технологии многоядерности далеко не все программы умели работать даже с двумя ядрами процессора. К 2014 году подавляющее большинство приложений отлично понимают и умеют пользоваться преимуществами нескольких ядер. Скорость обработки задач на двухядерном процессоре редко увеличивается в два раза, но прирост производительности есть почти всегда.

Поэтому укоренившийся миф о том, что, якобы, программы не могут использовать несколько ядер — устаревшая информация. Когда-то действительно было так, сегодня ситуация улучшилась кардинально. Преимущества от нескольких ядер неоспоримы, это факт.

Когда меньше ядер у процессора — лучше

Не следует покупать процессор по неверной формуле «чем больше ядер — тем лучше». Это не так. Во-первых, 4, 6 и 8-ядерные процессоры ощутимо дороже своих двухядерных собратьев. Значительная прибавка в цене далеко не всегда оправдана с точки зрения в производительности. К примеру, если 8-ядерник окажется лишь на 10% быстрее CPU с меньшим количеством ядер, но будет в 2 раза дороже, то такую покупку сложно оправдать.

Во-вторых, чем больше ядер у процессора, тем он «прожорливее» с точки зрения энергопотребления. Нет никакого смысла покупать гораздо более дорогой ноутбук с 4-ядерным (8-поточным) Core i7, если на этом ноутбуке будут обрабатываться лишь текстовые файлы, просматриваться интернет и так далее. Никакой разницы с двухядерником (4 потока) Core i5 не будет, да и классический Core i3 лишь с двумя вычислительными потоками не уступит более именитому «коллеге». А от батарейки такой мощный ноутбук проработает гораздо меньше, чем экономичный и нетребовательный Core i3.

Многоядерные процессоры в мобильных телефонах и планшетах

Мода на несколько вычислительных ядер внутри одного процессора касается и мобильных аппаратов. Смартфоны вместе с планшетами с большим количеством ядер почти никогда не используют все возможности своих микропроцессоров. Двухядерные мобильные компьютеры иногда действительно работают чуть быстрее, но 4, а тем более 8 ядер — откровеннейший перебор. Аккумулятор расходуется совершенно безбожно, а мощные вычислительные устройства попросту простаивают без дела. Вывод — многоядерные процессоры в телефонах, смартфонах и планшетах — лишь дань маркетингу, а не насущная необходимость. Компьютеры — более требовательные устройства, чем телефоны. Два процессорных ядра им действительно нужны. Четыре — не помешают. 6 и 8 — излишество в обычных задачах и даже в играх.

Как выбрать многоядерный процессор и не ошибиться?

Практическая часть сегодняшней статьи актуальна на 2014 год. Вряд ли в ближайшие годы что-то серьёзно поменяется. Речь пойдёт только о процессорах производства Intel. Да, AMD предлагает неплохие решения, но они менее популярны, да и разобраться в них сложнее.

Заметим, что таблица основана на процессорах образца 2012-2014 годов. Более старые образцы имеют другие характеристики. Также мы не стали упоминать редкие варианты CPU, например — одноядерный Celeron (бывают и такие даже сегодня, но это нетипичный вариант, который почти не представлен на рынке). Не следует выбирать процессоры исключительно по количеству ядер внутри них — есть и другие, более важные характеристики. Таблица лишь облегчит выбор многоядерного процессора, но конкретную модель (а их десятки в каждом классе) следует покупать только после тщательного ознакомления с их параметрами: частотой, тепловыделением, поколением, размером кэша и другими характеристиками.

Процессор	Количество ядер	Вычислительные потоки	Типичная область применения
Atom	1-2	1-4	Маломощные компьютеры и нетбуки. Задача процессоров Atom — минимальное энергопотребление. Производительность у них минимальна.
Celeron	2	2	Самые дешёвые процессоры для настольных ПК и ноутбуков. Производительности достаточно для офисных задач, но это совсем не игровые CPU.
Pentium	2	2	Столь же недорогие и малопроизводительные процессоры Intel, как и Celeron. Отличный выбор для офисных компьютеров. Pentium оснащаются чуть более ёмким кэшем, и, иногда, слегка повышенными характеристиками по сравнению с Celeron
Core i3	2	4	Два достаточно мощных ядра, каждое из которых разделено на два виртуальных «процессора» (Hyper-Threading). Это уже довольно мощные CPU при не слишком высоких ценах. Хороший выбор для домашнего или мощного офисного компьютера без особой требовательности к производительности.
Core i5	4	4	Полноценные 4-ядерники Core i5 — довольно дорогие процессоры. Их производительности не хватает лишь в самых требовательных задачах.
Core i7	4-6	8-12	Самые мощные, но особенно дорогие процессоры Intel. Как правило, редко оказываются быстрее Core i5, и лишь в некоторых программах. Альтернатив им просто нет.

Краткий итог статьи «Вся правда о многоядерных процессорах». Вместо конспекта

Ядро процессора — его составная часть. Фактически, самостоятельный процессор внутри корпуса. Двухядерный процессор — два процессора внутри одного.
Многоядерность сравнима с количеством комнат внутри квартиры. Двухкомнатные лучше однокомнатных, но лишь при прочих равных характеристиках (расположение квартиры, состояние, площадь, высота потолков).
Утверждение о том, что чем больше ядер у процессора, тем он лучше — маркетинговая уловка, совершенно неверное правило. Квартиру ведь выбирают далеко не только по количеству комнат, но и по её расположению, ремонту и другим параметрам. Это же касается и нескольких ядер внутри процессора.
Существует «виртуальная» многоядерность — технология Hyper-Threading. Благодаря этой технологии, каждое «физическое» ядро разделяется на два «виртуальных». Получается, что у 2-ядерного процессора с Hyper-Threading лишь два настоящих ядра, но эти процессоры одновременно обрабатывают 4 вычислительных потока. Это действительно полезная «фишка», но 4-поточный процессор нельзя считать четырёхядерным.
Для настольных процессоров Intel: Celeron — 2 ядра и 2 потока. Pentium — 2 ядра, 2 потока. Core i3 — 2 ядра, 4 потока. Core i5 — 4 ядра, 4 потока. Core i7 — 4 ядра, 8 потоков. Ноутбучные (мобильные) CPU Intel имеют иное количество ядер/потоков.
Для мобильных компьютеров часто важнее экономичность в энергопотреблении (на практике — время работы от батареи), чем количество ядер.

Самым значимым событием 2005 года в области микропроцессоров стало появление в продаже CPU с двумя ядрами. Причем появление в продаже двухъядерных процессоров произошло очень быстро, и без особых трудностей. Самым большим достоинством новых продуктов явилось то, что переход к двухъядерной системе не требовал смены платформы. Фактически любой пользователь современного компьютера мог придти в магазин и поменять один только процессор без смены материнской платы и остального "железа". При этом уже установленная операционная система моментально обнаруживала второе ядро (в списке оборудования появлялся второй процессор), и никакой специфической настройки программного обеспечения не требовалось (не говоря уже о полной переустановки ОС).

Идея появления подобных процессоров лежит на поверхности. Дело в том, что производители CPU практически достигли потолка наращивания производительности своих продуктов. В частности AMD уперлась в частоту 2.4Ггц при массовом производстве процессоров Athlon 64. Справедливости ради отметим, что лучшие экземпляры способны работать на частотах 2,6-2,8Ггц, но их тщательно отбирают и выпускают в продажу под маркой Athlon FX (соответственно модель с частотой 2,6Ггц имеет маркировку FX-55, а 2,8Ггц - маркировку FX-57). Однако выход столь удачных кристаллов очень мал (это легко проверить разогнав 5-10 процессоров). Следующий скачек в тактовой частоте возможен при переходе на более тонкий техпроцесс, но этот шаг запланирован компанией AMD только на конец этого года (в лучшем случае).

У компании Intel ситуация похуже: архитектура NetBurst оказалась неконкурентоспособной в плане производительности (макс. частота 3,8 ГГц) и тепловыделения (~150 Вт). Смена ориентации и разработка новой архитектуры должна занять некоторое время (даже с учетом большого количества наработок Intel). Поэтому, для Intel выпуск двухъядерных процессоров также является большим шагом вперед по повышению производительности. В сочетании с успешным переходом на 65 нм техпроцесс, подобные процессоры смогут на равных конкурировать с продуктами AMD.

Главным инициатором в продвижений двухъядерных процессоров выступила компания AMD, которая сначала представила соответствующий Opteron. Что касается настольных процессоров, то здесь инициативу перехватила компания Intel, анонсировавшая процессоры Intel Pentium D и Intel Extreme Edition. А через считанные дни, состоялся анонс линейки процессоров Athlon64 X2 производства AMD.

Итак, обзор двухъядерных процессоров мы начинаем с рассмотрения Athlon64 X2

Процессоры AMD Athlon 64 X2

Первоначально компания AMD объявила о выпуске 4х моделей процессоров: 4200+, 4400+, 4600+ и 4800+ с тактовыми частотами 2,2-2,4Ггц и разным объемом кеш-памяти второго уровня. Цена на процессоры находится внутри диапазона от ~430$ до ~840$. Как мы видим, общая ценовая политика выглядит не очень дружественно к среднестатистическому пользователю. Тем более, что самый дешевый двухъядерный процессор Intel стоит ~260$ (модель Pentium D 820). Поэтому, что бы увеличить привлекательность Athlon 64 X2, AMD выпускает модель X2 3800+ с тактовой частотой 2.0 Ггц и объемом кеша L2 = 2x512Кб. Цена на этот процессор начинается с 340$.

Поскольку для производства процессоров Athlon 64 X2 используется два ядра (Toledo и Manchester), то для лучшего восприятия сведем характеристики процессоров в обну таблицу:

Наименование	Степпинг ядра	Тактовая частота	Объем кеш-памяти L2
X2 4800+	Toledo (E6)	2400Мгц	2 x 1Мб
X2 4600+	Manchester (E4)	2400Мгц	2 х 512Кб
X2 4400+	Toledo (E6)	2200Мгц	2 x 1Мб
X2 4200+	Manchester (E4)	2200Мгц	2 х 512Кб
X2 3800+	Manchester (E4)	2000Мгц	2 х 512Кб

Все процессоры имеют кеш-память первого уровня 128Кб, штатное напряжение питания (Vcore) 1,35-1,4В, а максимальное тепловыделение не превышает 110 Вт. Все перечисленные процессоры имеют форм-фактор Socket939, используют шину HyperTransport = 1Ггц (множитель HT = 5) и произведены по 90нм техпроцессу с использованием SOI. Кстати, именно использование столь "тонкого" техпроцесса позволило добиться рентабельности производства двухъядерных процессоров. Для примера ядро Toledo имеет площадь 199 кв. мм., а количество транзисторов достигает 233,2 миллионов!

Если посмотреть на внешний вид процессора Athlon 64 X2, то он совершенно не отличается от других процессоров Socket 939 (Athlon 64 и Sempron).

Стоит обратить внимание, что линейка двухъядерных процессоров Athlon X2 унаследовала от Athlon64 поддержку следующих технологий: функция энергосбережения Cool"n"Quiet, набор команд AMD64, SSE - SSE3, функцию защиты информации NX-bit.

Как и процессоры Athlon64, Двухъядерные Athlon X2 имеют двухканальный контроллер памяти DDR с максимальной пропускной способностью 6,4 Гб/с. И если для Athlon64 пропускной способности DDR400 было достаточно, то для процессора с двумя ядрами это потенциальное узкое место, которое негативно влияет на производительность. Впрочем, серьезного падения скорости не будет, поскольку поддержка многоядерности была учтена при разработке архитектуры Athlon64. В частности в процессоре Athlon X2 оба ядра находятся внутри одного кристалла; и при этом процессор имеет один контроллер памяти и один контроллер шины HyperTransport.

В любом случае, несоответствие пропускной способности памяти будет ликвидировано после перехода на Socket M2. Напомню, что это произойдет уже в этом году и соответствующие процессоры будут иметь контроллер памяти DDR-II.

Пара слов о совместимости новых процессоров Athlon X2. На всех последних протестированных материнских платах топовый процессор Х2 4800+ заработал без каких-либо проблем. Как правило это были платы на чипсетах nVidia nForce4 (Ultra & SLI), а также плата на чипсете ATI Xpress 200 CrossFire™ (ECS KA1 MVP Extreme). Когда же я установил этот процессор на плату Epox 9NDA3+ (nVidia nForce3 Ultra), то второе процессорное ядро операционной системой обнаружено не было. И прошивка последней версии биоса ситуацию не исправила. Но это частный случай, а в целом статистика совместимости двухъядерных процессоров с материнскими платами весьма и весьма положительна.

Тут же уместно будет отметить, что у новых двухъядерных процессоров нет каких либо специфических требований к дизайну модуля питания материнской платы. Более того, максимальное тепловыделение процессоров Athlon X2 не выше тепловыделения процессоров Athlon FX выпущенных по 130 нм техпроцессу (т.е. чуть выше 100Вт). В то же время, двухъядерные процессоры Intel потребляют энергии почти в полтора раза больше.

Пару слов скажем о разгоне

Из всех процессоров AMD разблокированный множитель имеют только технические семплы и процессоры линейки FX. А двухъядерные Athlon X2, как и одноядерные Athlon 64 / Sempron имеют заблокированный в сторону увеличения множитель. А в сторону уменьшения множитель разблокирован, поскольку именно путем понижения множителя работает технология энергосбережения Cool"n"Quiet. А для разгона процессора нам бы хотелось иметь разблокированный множитель именно в сторону увеличения, для того что бы все остальные компоненты системы работали в штатном режиме. Но AMD пошла по стопам Intel и с определенного момента запретила разгон таким способом.

Впрочем, разгон путем повышения HTT еще никто не отменял и не запрещал. Но при этом нам придется подобрать качественную память, или использовать понижающий делитель частоты памяти. Кроме того, необходимо уменьшить множитель шины HT, что впрочем, не оказывает никакого влияния на уровень производительности.

Итак, используя воздушное охлаждение нам удалось разогнать процессор Athlon X2 4800+ с штатной частоты 2,4 Ггц до частоты 2,7 Ггц. При этом напряжение питания (Vcore) было увеличено с 1,4В до 1,55В.

Статистика разгона показывает, что данный экземпляр продемонстрировал не самый плохой прирост частоты. Однако на большее рассчитывать не приходится, поскольку самые "удачные" ядра AMD отбирает для производства процессоров с частотой 2,6Ггц и 2,8Ггц

Двухъядерные процессоры Intel

Первые двухъядерные процессоры Intel были основаны на ядре Smithfield, которое является ничем иным, как двумя ядрами Prescott степпинга E0 объединенными на одном кристалле. Между собой ядра взаимодействуют через системную шину при помощи специального арбитра. Соответственно размер кристалла достиг 206 кв. мм., а количество транзисторов увеличилось до 230 миллионов.

Интересное рассмотреть как реализована технология HyperThreading в двухъядерных процессоров на ядре Smithfield. Так у процессоров Pentium D поддержка этой технологии полностью отсутствует. Маркетологи Intel посчитали, что два "реальных" ядра вполне достаточно для большинства пользователей. А вот в процессоре Pentium Extreme Edition 840 она включена, и благодаря этому процессор может исполнять 4 потока команд одновременно. Кстати, именно поддержка HyperThreading является единственным отличием процессора Pentium Extreme Edition от Pentium D. Все остальные функции и технологии полностью одинаковы. Среди них можно выделить поддержку набора команд EM64T, технологии энергосбережения EIST, C1E и TM2, а также функцию защиты информации NX-bit. В результате разница между процессорами Pentium D и Pentium EE является полностью искусственной.

Перечислим модели процессоров на ядре Smithfield. Это Pentium D с индексами 820, 830 и 840 а также Pentium Extreme Edition 840. Все они работают на частоте системной шины 200 МГц (800QPB), выпущены по 90нм техпроцессу, имеют штатное напряжение питания (Vcore) 1,25-1,388 В, максимальное тепловыделение ~130 Вт (хотя по некоторым оценкам тепловыделение EE 840 находится на уровне 180 Вт).

Честно говоря, каких-либо положительных сторон у процессоров на ядре Smithfield я не обнаружил. Основная претензия заключается в уровне производительности, когда во многих приложениях (которые не оптимизированы под многопоточность) двухъядерные процессоры Smithfield проигрывают одноядерным Prescott, работающих на той же тактовой частоте. При этом у процессоров AMD такой ситуации нет. Очевидно проблема кроется во взаимодействии ядер через процессорную шину (при разработке ядра Prescott не было предусмотрено масштабирование производительности путем увеличения количества ядер). Возможно именно по этой причине, компания Intel решила скомпенсировать недостатки более низкой ценой. В частности ценник на младшую модель Pentium D 820 был установлен на уровне ~260$ (самый дешевый Athlon X2 стоит 340 $).

Кстати, модель Pentium D 820 несовместима со всеми материнскими платами на чипсете nForce4 SLI Intel Edition (операционная система не видит второе ядро). Проблема кроется в самом чипсете и nVidia официально признала данный факт. Кроме того, в интернете встречались сообщения о несовместимости более старших моделей (но это были единичные случае с отдельными конфигурациями). Тут же отметим, что новый чипсет nForce4 SLI Х16 Intel Edition избавлен от этой проблемы.

Потенциал разгона у процессора на ядре Smithfield оказался не очень высоким. Стабильная работа системы сохранялась только при тактовой частоте не превышающей 3,25 ГГц.

Справедливости ради отметим, что данный процессор запускался на частоте 3,8 Ггц, и при использовании более эффективной системы охлаждения можно было бы достичь стабильной работы.

Забегая вперед отметим, что это все "цветочки" по сравнению с разгонным потенциалом 65нм процессоров.

Что касается совместимости, то процессоры на ядре Smithfield потенциально могут быть установлены в любую LGA775 материнскую плату. Однако эти процессоры имеют повышенные требования к модулю питания платы. Подводя итоги, можно сказать что процессоры на ядре Smithfield являются неудачным продуктом. Однако, разговор о двухъядерных процессорах Intel мы не заканчиваем, ибо под конец 2005 года компания успешно перешла на новейший 65нм техпроцесс, а в начале 2006 года на прилавках магазинов (по традиции впервые это случилось в Японии) появились первые процессоры на ядре Presler и Cedar Mill.

Что же дает новый, более "тонкий" техпроцесс? Если кардинально не менять архитектуру ядра, но новый техпроцесс позволяет уменьшить площадь ядра (т.е. увеличить количество процессоров на одной пластине, и тем самым снизить себестоимость), уменьшить энергопотребление (соответственно - тепловыделение) и повысить тактовые частоты. Впрочем, два последних параметра взаимосвязаны: если мы не увеличиваем частоту, то получаем процессор с меньшим тепловыделением. Если же не изменяем энергопотребление, то получаем процессоры с более высокими частотами.

Инженеры компании Intel выбрали именно второй путь - официальное тепловыделение осталось на уровне 130 Вт, что позволило увеличить тактовые частоты до значения 3,4 ГГц и 3,46 ГГц. Причем как показали наши опыты с разгоном, потенциал 65 нм техпроцессора очень велик, и по мере усовершенствования и оптимизации техпроцесса рост тактовых частот будет продолжен (вплоть до перехода на совершенно новую процессорную архитектуру).

Что касается процессорного ядра Presler, то подчеркнем те технические моменты, которые отличают их от ядра Smithfield. Самый главный факт - на одном ядре Presler размещены два ядра Cedar Mill, которое является ничем иным как ядром Prescott 2M выпущенным по 65нм техпроцессу (у ядра Smithfield два "обычных" ядра Prescott). Тем самым инженеры Intel воспользовались преимуществом 65 нм техпроцесса, который позволяет либо уменьшить площадь кристалла либо увеличить кол-во транзисторов.

Впрочем такое описание ядра Presler не совсем корректно. Дело в том, что под крышкой теплораспределителя можно обнаружить два отдельных процессорных ядра, тогда как Smithfield представлял собой единое ядро (хотя внутри существовало разделение между ядрами). Таким образом значительно улучшается эффективность производства: появляется возможность для производства одного 2х-ядерного процессора использовать ядра с разных участков пластины (или даже с разных пластин). Кроме того, из-за модульной архитектуры повышается уровень выхода годных кристаллов (причем условно "негодные" можно отмаркировать как процессоры Pentium D:).

Утилита CPU-Z предоставляет нам следующую информацию о процессоре:

Внешний вид процессора с лицевой стороны ничем не отличается от других LGA775 процессоров. А с обратной стороны есть различия в расположении элементов:

Слева-направо: Prescott 2M, Smithfield, Presler

Presler крупным планом:

Итак, новые двухъядерные процессоры на ядре Presler получили наименование Pentium D с индексами 920 - 950. Кроме того, был выпущен процессор Pentium Extreme Edition 955 с включенной технологией HyperThreading и работающий на частоте системной шины = 266 МГц (1066QPB). Для того, что бы читатель не запутался во всех представленных процессорах, мы сведем их характеристики в единую таблицу:

Наименование	Степпинг ядра	Тактовая частота	Частота шины (FSB)	Объем кеш-памяти L2	HyperThreading	Поддержка виртуализации
Pentium D 820	Smithfield	2800Мгц	800Мгц	2 x 1Мб	Нет	Нет
Pentium D 830	Smithfield	3000Мгц	800Мгц	2 x 1Мб	Нет	Нет
Pentium D 840	Smithfield	3200Мгц	800Мгц	2 x 1Мб	Нет	Нет
Pentium Extreme Edition 840	Smithfield	3200Мгц	800Мгц	2 x 1Мб	Да	Нет
Pentium D 920	Presler	2800Мгц	800Мгц	2 x 2Мб	Нет	Да
Pentium D 930	Presler	3000Мгц	800Мгц	2 x 2Мб	Нет	Да
Pentium D 940	Presler	3200Мгц	800Мгц	2 x 2Мб	Нет	Да
Pentium D 950	Presler	3400Мгц	800Мгц	2 x 2Мб	Нет	Да
Pentium Extreme Edition 955	Presler	3466Мгц	1066Мгц	2 x 2Мб	Да	Да

Несколько слов про совместимость новых процессоров с материнскими платами. Официально новые процессоры на ядре Presler с частотой шины 1066 МГц совместимы только с материнскими платами на новейшем чипсете i975X. Однако каких-либо принципиальных ограничений на работу с платами на других чипсетах с поддержкой такой шины (i945P, i955X и nForce4 SLI (x16) Intel Edition) нет. Главное, что бы модуль питания платы был рассчитан на соответствующие нагрузки, а версия биоса корректно распознавала новый процессор. В частности, мы без проблем запустили процессор Pentium Extreme Edition 955 на материнской платы Asus P5WD2 Premium, которая основана на чипсете i955X.

Что касается процессоров с частотой шины 800Мгц (ядра Presler и CedarMill) то в большинстве случаев они заработают на всех материнских платах поддерживающих эту шину.

Теперь поговорим о разгоне. Также как и у процессоров AMD, у процессоров производства Intel множитель заблокирован в сторону увеличения. Но на тестовом процессоре Pentium Extreme Edition 955 он оказался полностью разблокирован (от 12 до 60) что дало нам возможность оценить потенциал 65нм ядра без влияния остальных компонентов системы (прежде всего чипсета и памяти, которые работали в штатных режимах). Итак, без повышения напряжения ядра процессор с легкостью взял частоту 4,0 ГГц, а с незначительным увеличением Vcore процессор работал совершенно стабильно на частоте 4,26 ГГц.

А при увеличении напряжения до 1.4125В, процессору покорилась частота 4.55Ггц.

Но в этом случае нельзя было говорить о полной стабильности: некоторые тесты проходили отлично (их результаты приведены на сл. странице), а другие выдавали совершенно неправильные результаты (из-за сбоя системного таймера). При этом повышать напряжение на процессоре мы уже не могли (использовался воздушный кулер Gigabyte G-power), поскольку это приводило к троттлингу. Так что, потенциал в области разгона мы оцениваем на отлично, и владельцы систем водяного охлаждения смогут достичь 4,5Ггц (по сообщениям в интернете, владельцы криогенных систем достигли уже 5.5Ггц!).

Итак, предварительный вывод по процессорам на ядре Presler. Благодаря новому 65 нм техпроцессу, Intel смогла выпустить новое поколение двухъядерных процессоров, которые по всем техническим характеристиками (функциональность, скорость работы, тепловыделение) лучше процессоров на ядре Smithfield. И именно процессоры на ядре Presler смогут дать достойный отпор конкурентам в лице линейки Athlon X2. Но насколько изменилось соотношение сил, мы увидим на следующей странице, которая посвящена производительности.

Итак, обзор двухъядерных процессоров мы начинаем с рассмотрения Athlon64 X2

Процессоры AMD Athlon 64 X2

Наименование	Степпинг ядра	Тактовая частота	Объем кеш-памяти L2
X2 4800+	Toledo (E6)	2400Мгц	2 x 1Мб
X2 4600+	Manchester (E4)	2400Мгц	2 х 512Кб
X2 4400+	Toledo (E6)	2200Мгц	2 x 1Мб
X2 4200+	Manchester (E4)	2200Мгц	2 х 512Кб
X2 3800+	Manchester (E4)	2000Мгц	2 х 512Кб

Если посмотреть на внешний вид процессора Athlon 64 X2, то он совершенно не отличается от других процессоров Socket 939 (Athlon 64 и Sempron). Запуск утилиты CPU-Z позволяет нам получить следующую информацию:

Пара слов о совместимости новых процессоров Athlon X2. На всех последних протестированных материнских платах топовый процессор Х2 4800+ заработал без каких-либо проблем. Как правило это были платы на чипсетах nVidia nForce4 (Ultra & SLI), а также плата на чипсете ATI Xpress 200 CrossFire™ (ECS KA1 MVP Extreme). Когда же я установил этот процессор на плату Epox 9NDA3+ (nVidia nForce3 Ultra) , то второе процессорное ядро операционной системой обнаружено не было. И прошивка последней версии биоса ситуацию не исправила. Но это частный случай, а в целом статистика совместимости двухъядерных процессоров с материнскими платами весьма и весьма положительна.

Пару слов скажем о разгоне.

Процессор - это основной компонент компьютера, без него ничего работать не будет. С момента выпуска первого процессора эта технология развивается семимильными темпами. Менялись архитектуры и поколения процессоров AMD и Intel.

В одной из предыдущих статей мы рассматривали , в это статье мы рассмотрим поколения процессоров AMD, рассмотрим из чего все начиналось, и как совершенствовалось пока процессоры не стали такими, как они есть сейчас. Иногда очень интересно понять как развивалась технология.

Как вы уже знаете, изначально, компанией, которая выпускала процессоры для компьютера была Intel. Но правительству США не нравилось, что такая важная для оборонной промышленности и экономики страны деталь выпускается только одной компанией. С другой стороны, были и другие желающие выпускать процессоры.

Была основана компания AMD, Intel поделилась с ними всеми своими наработками и разрешила AMD использовать свою архитектуру для выпуска процессоров. Но продлилось это недолго, спустя несколько лет Intel перестала делиться новыми наработками и AMD пришлось улучшать свои процессоры самим. Под понятием архитектура мы будем подразумевать микроархитектуру, расположение транзисторов на печатной плате.

Первые архитектуры процессоров

Сначала кратко рассмотрим первые процессоры, выпускаемые компанией. Самым первым был AM980, он был полным восьмиразрядного процессора Intel 8080.

Следующим процессором был AMD 8086, клон Intel 8086, который выпускался по контракту с IBM, из-за которого Intel была вынуждена лицензировать эту архитектуру конкуренту. Процессор был 16-ти разрядным, имел частоту 10 МГц, а для его изготовления использовался техпроцесс 3000 нм.

Следующим процессором был клон Intel 80286- AMD AM286, по сравнению с устройством от Intel, он имел большую тактовую частоту, до 20 МГц. Техпроцесс уменьшился до 1500 нм.

Дальше был процессор AMD 80386, клон Intel 80386, Intel была против выпуска этой модели, но компании удалось выиграть иск в суде. Здесь тоже была поднята частота до 40 МГц, тогда как у Intel она была только 32 МГц. Техпроцесс - 1000 нм.

AM486 - последний процессор, выпущенный на основе наработок Intel. Частота процессора была поднята до 120 МГц. Дальше, из-за судебных разбирательств AMD больше не смогла использовать технологии Intel и им пришлось разрабатывать свои процессоры.

Пятое поколение - K5

AMD выпустила свой первый процессор в 1995 году. Он имел новую архитектуру, которая основывалась на ранее разработанной архитектуре RISC. Обычные инструкции перекодировались в микроинструкции, что помогло очень сильно поднять производительность. Но тут AMD не смогла обойти Intel. Процессор имел тактовую частоту 100 МГц, тогда как Intel Pentium уже работал на частоте 133 МГц. Для изготовления процессора использовался техпроцесс 350 нм.

Шестое поколение - K6

AMD не стала разрабатывать новую архитектуру, а решила приобрести компанию NextGen и использовать ее наработки Nx686. Хотя эта архитектура очень отличалась, здесь тоже использовалось преобразование инструкций в RISC, и она тоже не обошла Pentium II. Частота процессора была 350 МГц, потребляемая мощность - 28 Ватт, а техпроцесс 250 нм.

Архитектура K6 имела несколько улучшений в будущем, в K6 II было добавлено несколько наборов дополнительных инструкций, улучшивших производительность, а в K6 III добавлен кєш L2.

Седьмое поколение - K7

В 1999 году появилась новая микроархитектура процессоров AMD Athlon. Здесь была значительно увеличена тактовая частота, до 1 ГГц. Кэш второго уровня был вынесен на отдельный чип и имел размер 512 кб, кэш первого уровня - 64 Кб. Для изготовления использовался техпроцесс 250 нм.

Было выпущено еще несколько процессоров на архитектуре Athlon, в Thunderbird кэш второго уровня вернулся на основную интегральную схему, что позволило увеличить производительность, а техпроцесс был уменьшен до 150 нм.

В 2001 году были выпущены процессоры на основе архитектуры процессоров AMD Athlon Palomino c тактовой частотой 1733 МГц, кэшем L2 256 Мб и техпроцессом 180 нм. Потребляемая мощность достигала 72 Ватт.

Улучшение архитектуры продолжалось и в 2002 году компания выпустила на рынок процессоры Athlon Thoroughbred, которые использовали техпроцесс 130 нм и работали на тактовой частоте 2 ГГц. В следующем улучшении Barton была увеличена тактовая частота до 2,33 ГГц и увеличен в два раза размер кэша L2.

В 2003 году AMD выпустила архитектуру K7 Sempron, которая имела тактовую частоту 2 ГГц тоже с техпроцессом 130 нм, но уже дешевле.

Восьмое поколение - K8

Все предыдущие поколения процессоров были 32 битной разрядности и только архитектура K8 начала поддерживать технологию 64 бит. Архитектура притерпела много изменений, теперь процессоры теоретически могли работать с 1 Тб оперативной памяти, контроллер памяти переместили в процессор, что улучшило производительность по сравнению с K7. Также здесь была добавлена новая технология обмена данными HyperTransport.

Первые процессоры на архитектуре K8 были Sledgehammer и Clawhammer, они имели частоту 2,4-2,6 ГГц и тот же техпроцесс 130 нм. Потребляемая мощность - 89 Вт. Дальше, как и с архитектурой K7 компания выполняла медленное улучшение. В 2006 году были выпущены процессоры Winchester, Venice, San Diego, которые имели тактовую частоту до 2,6 ГГц и техпроцесс 90 нм.

В 2006 году вышли процессоры Orleans и Lima, которые имели тактовую частоту 2,8 ГГц, Последний уже имел два ядра и поддерживал память DDR2.

Наряду с линейкой Athlon, AMD выпустила линейку Semron в 2004 году. Эти процессоры имели меньшую частоту и размер кэша, но были дешевле. Поддерживалась частота до 2,3 ГГц и кэш второго уровня до 512 Кб.

В 2006 году продолжилось развитие линейки Athlon. Были выпущены первые двухъядерные процессоры Athlon X2: Manchester и Brisbane. Они имели тактовую частоту до 3,2 ГГц, техпроцесс 65 нм и потребляемую мощность 125 Вт. В том же году была представлена бюджетная линейка Turion, с тактовой частотой 2,4 ГГц.

Десятое поколение - K10

Следующей архитектурой от AMD была K10, она похожа на K8, но получила много усовершенствований, среди которых увеличение кэша, улучшение контроллера памяти, механизма IPC, а самое главное - это четырехъядерная архитектура.

Первой была линейка Phenom, эти процессоры использовались в качестве серверных, но они имели серьезную проблему, которая приводила к зависанию процессора. Позже AMD исправили ее программно, но это снизило производительность. Также были выпущены процессоры в линейках Athlon и Operon. Процессоры работали на частоте 2,6 ГГц, имели 512 кб кэша второго уровня, 2 Мб кэша третьего уровня и были изготовлены по техпроцессу 65 нм.

Следующим улучшением архитектуры была линейка Phenom II, в которой AMD выполнила переход техпроцесс на 45 нм, чем значительно снизила потребляемую мощность и расход тепла. Четырехъядерные процессоры Phenom II имели частоту до 3,7 ГГц, кэш третьего уровня до 6 Мб. Процессор Deneb уже поддерживал память DDR3. Затем были выпущены двухъядерные и трех ядерные процессоры Phenom II X2 и X3, которые не набрали большой популярности и работали на более низких частотах.

В 2009 году были выпущены бюджетные процессоры AMD Athlon II. Они имели тактовую частоту до 3.0 ГГц, но для уменьшения цены был вырезан кэш третьего уровня. В линейке был четырехъядерный процессор Propus и двухъядерный Regor. В том же году была обновлена линейка продуктов Semton. Они тоже не имели кэша L3 и работали на тактовой частоте 2,9 ГГц.

В 2010 были выпущены шести ядерный Thuban и четырехъядерный Zosma, которые могли работать с тактовой частотой 3,7 ГГц. Частота процессора могла меняться в зависимости от нагрузки.

Пятнадцатое поколение - AMD Bulldozer

В октябре 2011 года на замену K10 пришла новая архитектура - Bulldozer. Здесь компания пыталась использовать большое количество ядер и высокую тактовую частоту чтобы опередить Sandy Bridge от Intel. Первый чип Zambezi не смог даже превзойти Phenom II, уже не говоря про Intel.

Через год после выпуска Bulldozer, AMD выпустила улучшенную архитектуру, под кодовым именем Piledriver. Здесь была увеличена тактовая частота и производительность примерно на 15% без увеличения потребляемой мощности. Процессоры имели тактовую частоту до 4,1 ГГц, потребляли до 100 Вт и для их изготовления использовался техпроцесс 32 нм.

Затем была выпущена линейка процессоров FX на этой же архитектуре. Они имели тактовую частоту до 4,7 ГГц (5 ГГц при разгоне), были версии на четыре, шесть и восемь ядер, и потребляли до 125 Вт.

Следующее улучшение Bulldozer - Excavator, вышло в 2015 году. Здесь техпроцесс был уменьшен до 28 нм. Тактовая частота процессора составляет 3,5 ГГц, количество ядер - 4, а потребление энергии - 65 Вт.

Шестнадцатое поколение - Zen

Это новое поколение процессоров AMD. Архитектура Zen была разработана компанией с нуля. Процессоры выйдут в этом году, ожидается что весной. Для их изготовления будет использоваться техпроцесс 14 нм.

Процессоры будут поддерживать память DDR4 и выделять тепла 95 Ватт энергии. Процессоры будут иметь до 8 ядер, 16 потоков, работать с тактовой частотой 3,4 ГГц. Также была улучшена эффективность потребления энергии и была заявлена возможность автоматического разгона, когда процессор подстраивается в под возможности вашего охлаждения.

Выводы

В этой статье мы рассмотрели архитектуры процессоров AMD. Теперь вы знаете как они развивались процессоры от AMD и как обстоят дела на данный момент сейчас. Вы можете видеть что, некоторые поколения процессоров AMD пропущены, это мобильные процессоры, и мы их намерено исключили. Надеюсь, эта информация была полезной для вас.