Athlonтида: расцвет цивилизации
АрхивВопросы лидерства между процессорами AMD Athlon и Intel Pentium
Около полугода назад наш журнал опубликовал статью Романа Косячкова, в которой анализировался вопрос о лидерстве на рынке процессоров для ПК (см. «КТ» #384). Два сегодняшних «кита» - Intel и AMD - сравнивались по величине прибыли, доходности и прочим денежным параметрам. Сторона техническая и, с позволения сказать, инновационная тогда практически не рассматривалась. Вывод был однозначен: несмотря на очевидные достижения AMD в процессоростроении и растущую популярность ее продуктов рыночным лидером (то есть лидером по финансовым показателям) является компания Intel, и ее позиции пока непоколебимы.
Та статья получила большой резонанс среди наших читателей (достаточно взглянуть на отклики в форуме). И главным поводом для недовольства как раз и было то, что мы не уделили внимания техническому аспекту, где у AMD на руках много козырей (см., например, сайт). Я попробую хотя бы частично восполнить этот пробел и рассмотреть вопрос лидерства между процессорами AMD Athlon и Intel Pentium именно с этой стороны, почти не касаясь финансов.
На самом-то деле в финансовом отношении у AMD сейчас не все гладко. Как показали результаты второго (календарного) квартала 2001 года (см. пресс-релиз), объемы продаж снизились на 17% (по сравнению с первым кварталом), а чистая прибыль составила всего $17,4 млн. против $124,8 млн. в первом квартале. В первом полугодии по сравнению с тем же периодом прошлого года общие продажи упали на $90 млн. (или на 4%), а чистая прибыль - почти в три (!) раза, с $396 млн. до $142 млн. С другой стороны, на 10% возросли ежеквартальные расходы на исследования и разработки, и было продано на 5% больше процессоров (в количественном отношении). А всего продано более 7,7 млн. процессоров Athlon и Duron за последний квартал, что является рекордом для компании и связывается, главным образом, с очень агрессивной ценовой политикой AMD. Процессоры Athlon начали применять даже в суперкомпьютерах в виде кластеров из 32 и 80 штук!
Однако руководство фирмы связывает финансовые неудачи не с процессорным рынком, а с рынком flash-памяти, где AMD также крупный игрок. С процессорами, наоборот, у нее большие планы: в самое ближайшее время намечен выпуск Duron с частотой 1 ГГц, настольных и двухпроцессорных вариантов Athlon 4, повышение частоты до полутора гигагерц. А в четвертом квартале - до 1,733 ГГц и запуск техпроцесса 0,13 мкм с SOI (кремний на диэлектрике). Как показывают независимые исследования, доля AMD на рынке процессоров будет по-прежнему расти (на данный момент Intel принадлежит чуть более 75%, AMD - около 22%).
Еще из ближайших планов AMD. На смену процессорам Athlon на «выдающемся» ядре Thunderbird придут модели на ядре Palomino (Athlon 4). Оно уже отчасти используется в вышедших недавно Athlon MP. Для линейки Duron новое ядро будет носить имя Morgan и, возможно, тоже поддерживать дуальность. Причем вполне вероятно, что новые настольные процессоры AMD будут иметь не керамическое, а более дешевое полимерное основание (как у процессоров Intel на ядре Coppermine). Переход на новое ядро позволит заметно снизить тепловыделение Атлонов (ставшее уже притчей во языцех): Palomino на 1,4 ГГц потребляет 62 Вт против 73 Вт у аналогичного Thunderbird (правда, для Palomino 1733 МГц этот показатель составит 77 Вт). Кроме того, в ядро будет встроена поддержка интеловского набора мультимедийных инструкций SSE (впервые появившихся в Pentium III), что должно, по идее, заметно ускорить работу Athlon 4 во многих приложениях (и предварительные тесты сэмплов это подтверждают). Ведь не секрет, что собственный набор инструкций AMD 3Dnow! не слишком активно используется производителями программ, да и его эффективность уступает SSE.
Теперь перейдем к практике и посмотрим, насколько наш герой хорош в реальных повседневных задачах. Для оценки производительности платформ я буду использовать в общей сложности около двадцати разнообразных тестовых задач (выбранных по своему усмотрению, на всеохватность я не претендую). В частности, нас будут интересовать преимущества и недостатки Athlon по сравнению с ближайшим (по историческим причинам) конкурентом - Pentium III, получившим недавно второе дыхание и некоторую перспективу роста частоты благодаря переходу с 0,18-микронного на 0,13-микронный техпроцесс. Безусловно, потребителя интересуют не только мегагерцы, но и «килобаксы». Поэтому сравнивать процессоры надо и по этому показателю. Например, гигагерцовый Athlon на момент написания статьи стоил всего около ста долларов, тогда как Pentium III с такой же частотой - вдвое больше, и в этом отношении он ближе к Athlon 1333. Так что показатели производительности вы можете сами условно делить на текущую цену моделей.
Несмотря на одновременное присутствие на рынке и даже близость максимальных тактовых частот Intel Pentium 4 все же нельзя назвать прямым рыночным конкурентом Athlon, поскольку он в несколько раз дороже. То есть системы на этих процессорах пока находятся в разных «весовых» категориях. Поэтому с точки зрения среднего компьютерного пользователя, готового отдать за современный «камень» от 100 до 200 долларов, имеет смысл сравнивать Athlon именно с третьим, а не четвертым Пентиумом. Хотя, безусловно, в ближайшем будущем, когда цены на платформы на базе Pentium 4 снизятся до уровня «неэлитных», будет иметь практический смысл провести и такое сопоставление. Причем, согласно недавно обнародованным планам Intel, это может наступить очень скоро - в начале осени, когда стоимость младших моделей Pentium 4 упадет ниже 150 долларов.
Но прежде всего - о функциональности, надежности и совместимости. Довольно часто встречается мнение, что системы на основе процессоров AMD Athlon недостаточно стабильны в работе, несовместимы с некоторыми приложениями, не рекомендуются в качестве надежных рабочих станций и серверов, а пригодны лишь как дешевые игровые или офисные персоналки. Такое мнение, в частности, настойчиво культивируется и навязывается окружающим некоторыми гуруподобными почитателями марки «Intel Inside» и зачастую не имеет под собой достаточных оснований применительно к сегодняшней ситуации.
Одна из причин этой точки зрения - чисто историческая. Когда-то много лет назад компания Advanced Micro Devices попробовала нарушить монополию Intel в производстве семейства х86-совместимых процессоров. И вслед за несомненным успехом - процессором 486DX-133 (или 5х86) - последовал ряд неудач. Так, AMD K5 и K6, безусловно, имели немало недостатков, и не спасала их даже низкая цена. Однако затем дела пошли в гору, и процессоры линейки AMD K6-2 заслуженно завоевали широкую популярность в сегменте недорогих ПК. Достаточно сказать, что удачную архитектуру ядра K6-2 компания эксплуатировала несколько лет, выпустив модельный ряд с частотами от 200 до 550 МГц, а впоследствии добавив в чип (модели K6-2+, которые и до сих пор продаются) вместительный кэш второго уровня на 128 Кбайт, работающий на частоте ядра (как в Intel Celeron). Венцом линейки по праву можно считать процессоры AMD K6-III, где высокоскоростной кэш L2 разросся до «профессиональных» 256 Кбайт (как у Intel Pentium III Coppermine). Жаль, что технологические проблемы на фабриках компании предопределили безвременный уход этих «камушков», так и не достигших частоты 500 МГц в массовых поставках.
Пожалуй, единственным слабым звеном этого ряда процессоров был математический сопроцессор (а также медленная по тому времени системная шина), и представители клана AMD K6-2 все же заметно проигрывали в скорости аналогам от Intel в 3D-приложениях (например, играх) и некоторых математических задачах (опережая в ряде других). Сознавая этот недостаток, инженеры AMD разработали принципиально новую архитектуру - AMD K7 (Athlon), - существенно усилив сопроцессор, увеличив пропускную способность системной шины и расширив кэш первого уровня (L1) до гигантских размеров в 128 Кбайт. Однако и здесь не обошлось без «детских» болезней, и первые модели этой архитектуры (когда кэш L2 располагался не на ядре, а в картридже) грешили и ошибками, и нестабильностью в работе, и плохой совместимостью с некоторым программным обеспечением (отсюда и предубеждение против них). Ситуация начала выправляться с переходом на ядро Thunderbird, где кэш L2 уже был встроен в чип, ошибки постепенно исправлены, техпроцесс отлажен, а чипсеты и материнские платы (что немаловажно) доведены до нужной кондиции. Да и производители операционных систем, драйверов и прикладного программного обеспечения, почуяв перспективный продукт (промоутеры AMD тоже постарались на славу), стали ориентироваться в своих разработках и тестах не только на платформу Intel, что тоже способствовало повышению надежности работы платформы AMD с приложениями.
Параллельно компания выпустила облегченную версию Athlon под именем Duron, который продемонстрировал редкостную резвость мышления, что вкупе с достаточно емким кэшем (L1+L2=128+64=192 Кбайт, работающие на частоте ядра, плюс продвинутый алгоритм кэширования) обеспечило ему производительность во многих задачах не хуже, чем у старшего брата, имеющего вдвое больший кэш (L1+L2=128+256=384 Кбайт). А поразительно низкая цена Duron (младшие модели сейчас стоят около 30 долларов) и отличная разгоняемость (в том числе по коэффициенту умножения, который у процессоров Intel, к сожалению, заблокирован) снискали им любовь широчайших масс «неснобствующих» поклонников Intel.
Еще одним немаловажным фактором, напрямую влияющим на надежность, стабильность и широкую совместимость платформы на базе того или иного процессора, являются чипсеты системной логики, ответственные за взаимодействие процессора, памяти и периферии. Когда говорят о высокой стабильности и универсальности платформы на процессорах Intel, имеют в виду, разумеется, и чипсеты от Intel, причем не любой, а, например, таких заслуженных «старичков», как i440BX или i440GX (далеко не все современные чипсеты Intel так же безгрешны). Почти никому из фанатов Intel не придет в голову говорить о суперстабильности Пентиумов на чипсетах от VIA Technologies (скорее наоборот). А ведь до недавнего времени AMD Athlon в подавляющем большинстве случаев устанавливались на материнские платы именно с чипсетами от VIA, которые не раз и не два были уличены в «подвохах» (достаточно вспомнить недавние проблемы с KT133A; см., например, мою статью в «КТ» #398). Так стоит ли ругать при этом сами Атлоны?
К счастью, ситуация с чипсетами под Атлоны сейчас налаживается, и сразу пять (!) ведущих компаний 1 предлагают желающим самые современные наборы системной логики под память DDR и процессоры AMD. Не это ли говорит о всеобщем признании стабильности, совместимости и надежности процессоров AMD Athlon? Да и чипсеты VIA раз от раза становятся все лучше. Так, например, в недавних продолжительных испытаниях Атлона на чипсетах VIA (KT133A и KT266, см. «КТ» ##397-400), а также в повседневной интенсивной работе на одной из машин на базе Athlon я не столкнулся ни с одной проблемой совместимости ПО или железа (стабильность работы и производительность чипсета KT266 в настоящее время, по информации от VIA, тоже заметно улучшена). И ни один из опрошенных мною приятелей, работающих на аналогичных платформах, - тоже. Замечу, что под Windows 2000 для Athlon надо ставить патч, устраняющий некоторые проблемы с шиной AGP (подробности см. на www.amd.com/products/cpg/athlon-duron/amd_win2k_patch.html и support.microsoft.com/support/kb/articles/q270/7/15.asp). Впрочем, я не исключаю возможность наличия таких проблем, и если у вас есть что сказать за или против платформ на AMD Athlon - заходите на форум на нашем сайте - обсудим с фактами в руках.
[i40628]
1 (обратно к тексту) - Это, конечно, VIA, cама AMD (видать, замучили «необоснованные претензии» к процессорам), ALi, SiS и даже графическая nVidia - новичок на рынке чипсетов. Да и Micron не выдержала и скоро присоединится к этой компашке. Не хватает только Intel.
Теперь подробнее о быстродействии Атлона в приложениях. Здесь для тестов я пользовался платформой на чипсетах от VIA - KT133A (для SDRAM) и KT266 (для DDR SDRAM) в лице материнских плат Soltek SL-75KAV и MSI K7T266Pro (она же MS-6380, подробности о них можно прочесть в «КТ» ##398 и 400). Для сравнения привожу результаты системы c процессором Intel Pentium III 1000 МГц, полученные как на самом быстром (и надежном) чипсете i440BX для SDRAM (использовалась не совсем стандартная для этого чипсета частота системной шины 133 МГц на материнской плате ABIT BX133), так и на чипсете VIA Apollo Pro266 для памяти DDR (стандарта PC2100) - близняшке атлоновского чипсета Apollo KT266 (подробности об этой платформе см. в «КТ» #393). Во всех тестах участвовали также популярный графический ускоритель ASUS V6800 (на чипе nVidia GeForce с 32 Мбайт DDR-памяти c «родными» драйверами), 256 Мбайт системной памяти (производства Micron и PQI), работающей по самому быстрому из возможных таймингов (Bank Interleave для чипсетов VIA включен на «4-way»), и жесткий диск от IBM серии Deskstar 60GXP (см. «KT» #394) 2.
Прежде всего - о влиянии на скорость системы частоты системной шины и памяти. В современных процессорах AMD для связи с чипсетом используется системная шина Alpha EV6, разработанная в свое время фирмой DEC для процессоров Alpha и лицензированная фирмой AMD для своих процессоров седьмого поколения (К7). Она обеспечивает передачу данных по обоим фронтам тактовых импульсов (Double Data Rate, аналогичный прием используется в памяти DDR SDRAM), благодаря чему при частоте системной шины 133 МГц частота передачи данных (в пакетах) фактически составляет 266 МГц. На диаграмме 1 показана производительность систем на базе AMD Athlon 1000 МГц (один и тот же экземпляр процессора) в некоторых типовых синтетических тестах, имитирующих работу реальных приложений. Частота системной шины процессора (FSB) менялась между 200 и 266 МГц для каждого из трех типов памяти: PC133 (на KT133A), PC1600 (DDR 200 МГц на KT266) и PC2100 (DDR 266 МГц на KT266).
Как и следовало ожидать, самым быстрым вариантом оказался процессор c FSB 266 МГц и памятью PC2100 тоже на 266 МГц. Однако аналогичный вариант с памятью PC133 отстал ненамного («сырость» чипсета KT266). Интересно другое: системы, где одна из частот (FSB или памяти) снижена до 200 МГц, практически не отличаются друг от друга, но заметно проигрывают лидеру (это хорошо видно даже на «процессорном» тесте CPUmark 99 из комплекта WinBench 99). Если же обе частоты снижены до 200 МГц, то такая система работает крайне медленно, зачастую уступая даже варианту с памятью PC133. Это лишний повод подумать, что предпочесть - новую память DDR PC1600 или старую добрую PC133 (по доллару за каждые 10 Мбайт), но процессор с быстрой шиной 266 МГц.
Отсюда можно сделать два важных вывода. Первый - о нецелесообразности применения DDR SDRAM PC1600. Второй вывод - о необходимости всеобщего и скорейшего перевода всех процессоров AMD на системную шину 266 МГц (о чем так долго молчали большевики). Кстати, по слухам, в начале следующего года планируется начать выпуск Duron на FSB 266 МГц.
Особняком на диаграмме стоят результаты теста Video 2000. Этот синтетический тест компании MadOnion измеряет скорость (и качество) работы системы с двухмерной графикой. В частности, он определяет производительность при ресэмплировании (изменении размеров) большой картинки, кодировании и декодировании видео по стандарту MPEG2, скорость передачи данных между видеокартой и системной памятью и т. п. Вот здесь память DDR (даже PC1600) как раз и демонстрирует свое превосходство над PC133 (правда, незначительное), а применение FSB 266 МГц вместо 200 способно повысить производительность системы аж на 10% (в остальных тестах это не так заметно)! Pentium 4 с FSB 400 МГц шлет привет.
Теперь о скорости в математических расчетах. Нынешние Атлоны обладают очень мощным арифметическим процессором (для операций с целыми числами) и многоконвейерным сопроцессором (для расчета чисел с плавающей запятой). Наконец-то AMD смогла догнать в этом (и даже где-то перегнать) Intel. На диаграмме 2 показаны результаты некоторых специальных математических тестов, проведенных при помощи программ CPU Math Mark 2.0 (комплексная оценка на распространенных целочисленных и дробных расчетах), ProcessorMark 1.0 (скорость расчета фрактальных структур), и популярный TestCPU (показана только часть теста, состоящая из вычислений большого факториала, простых чисел и некоторых преобразований матриц) 3. Выводы очевидны: при одинаковой тактовой частоте AMD Athlon, как правило, заметно опережает Intel Pentium III в математике. Однако в TestCPU это не так, и Пентиум берет верх за счет лучшей работы с матрицами больших размеров.
Еще более интригующая картина наблюдается для скорости архивирования популярными архиваторами WinZip и WinRAR (диаграмма 3). Время архивирования тоже напрямую зависит от математических возможностей процессоров и пропускной способности системной шины (тест проводился в идентичных условиях, погрешности от записи/чтения на диск не превышают 2-3 с). Тем не менее, здесь Intel Pentium III существенно обгоняет AMD Athlon. Особенно это заметно для WinRAR, где даже Athlon 1333 МГц сильно отстает от Pentium 1000 МГц, а 1000-й Атлон проигрывает почти вдвое! Иного объяснения, нежели то, что программа WinRAR оптимизирована под процессоры Intel, я найти не могу. И конечно, такой катастрофический проигрыш Атлонов на любимом многими архиваторе не может не расстроить. Но с другой стороны, у AMD есть еще стимул и возможности для шлифовки математики своих процессоров (а у программистов - для оптимизации приложений под Athlon).
Сравнительная производительность систем в приложениях «общего профиля» показана на диаграмме 4. Здесь Атлон тоже хорош, но не всегда самый лучший. В тесте CPUmark 99 он опережает Пентиум даже на чипсете i440BX (а на аналогичном VIA c DDR - и подавно). В работе с двухмерной графикой (тест Video 2000) Пентиум вообще разбит наголову и ведет себя примерно как Атлон с частотой 800 МГц. Похожая картина наблюдается при работе в Photoshop 6.0: гигагерцовый Пентиум выполняет, например, фильтр Colored Pencil для фотографии размером 4600х3300 за 52 секунды (55 для чипсета VIA Pro266), а гигагерцовый Атлон то же самое делал за 48 секунд (38 для частоты 1333 МГц). И это несмотря на традиционную оптимизацию Фотошопа под Intel. А вот для встроенного фоторедактора программы ACDSee 3.1, напротив, Пентиум немного обгонял Атлона. То же фото он ресэмплировал в 1,33 раза за 20 секунд (22 для VIA Pro266) против 26 для такого же Атлона (23 секунды для 1333 МГц), а операцию Despecle проводил за 23 (25) секунд против 27 (22) для Атлонов. Опять же, налицо оптимизация конкретного приложения под процессоры Intel (а может, и слабость Атлона на больших матрицах).
Сильно отличается картина в тесте SPECviewperf 6.1.2 (см. www.spec.org), результаты которого показаны на диаграмме 4. Этот тест имитирует работу системы в шести распространенных профессиональных пакетах трехмерного моделирования объектов (см. скриншот). При этом используются возможности графического ускорителя через OpenGL. Здесь Athlon неожиданно провалился, показав заметно худшие результаты, чем Pentium III (для остальных четырех пакетов, не показанных на диаграмме, результаты практически такие же). Порой показатели отличались в полтора раза! Поначалу я был просто в недоумении, но, полазив по Сети, нашел сходные картины поведения Атлона в этих тестах. Смеха ради, я выполнил их и под Windows 98 (какой профи в здравом уме начнет моделировать под этой «домашней» операционкой вместо NT?), однако результаты неожиданно выравнялись! Видимо, драйверы и возможности профессиональных операционных систем еще не до конца «вылизаны» для использования процессоров AMD. А может, «виновата» и лучшая оптимизация таких приложений для набора команд SSE, нежели для 3Dnow!?
Мои догадки подтвердились в нескольких игровых тестах. Сам я в игрушки не играю, новейших игровых тестов не знаю, поэтому воспользовался проверенным третьим Кваком (OpenGL), популярным и довольно свежим (весенним) тестом 3DMark2001, имеющим в составе полный набор тестовых и игровых фрагментов для проверки 3D-возможностей системы, а также насоветованным мне Колей Радовским из «Game.Exe» демо Mersedes Benz Truck Racing (скорость под DirectX). Использовался DirectX версии 8.0а для Windows 98 и 2000. И если в 3DMark2001 Атлоны немного опережают третьи Пентиумы (см. www.compuferra.ru), то в обеих демо-играх налицо ощутимое преимущество процессоров Intel - как для OpenGL, так и для Direct3D, причем под обеими операционками оно примерно одинаково. И не спасает даже более быстрый процессор, хотя, не исключаю, что с другим графическим ускорителем картина может измениться. Хотя похожие результаты, где Атлон прогрывает Пентиуму в играх, встречались мне и в других источниках. Таким образом, оптимизация этих игр под инструкции SSE от Intel на данный момент эффективнее, чем под набор 3Dnow! от AMD (или сами инструкции эффективнее). Будем ждать обещанные Атлоны с поддержкой интеловских наборов команд. Хотя, если честно, разница в количестве кадров в секунду (fps) столь незначительна, что вряд ли будет заметна на глаз, а в целом оба процессора демонстрируют отличную играбельность.
И, наконец, на диаграмме 5 показана скорость систем на дисковых операциях. Тесты выполнялись на протоколе UltraATA/100 для диска Maxtor серии DiamondMax Plus 60 (подробности см. в «КТ» #389). Для совместимости с прежними результатами частота всех процессоров выставлялась равной 800 МГц (FSB 133 или 266 МГц). Оказалось, что Pentium III лидирует во всех четырех дисковых тестах (WinBench 99 и при непосредственном копировании файлов). Соответственно, Athlon медленнее даже при сравнении однотипных чипсетов Pro266 и KT266 с одинаковым южным мостом. И пусть проигрыш невелик, он заставляет задуматься о возможных причинах и следствиях (драйверы-то для чипсетов VIA были везде одни и те же).
Подытоживая этот небольшой сравнительный обзор, хочется сказать, что компания AMD создала, безусловно, самый удачный за свою историю процессор для настольных ПК. Он может реально конкурировать с аналогами от Intel той же частоты даже при одинаковой цене, а уж в случае, когда процессоры AMD вдвое дешевле (как, например, сейчас), - и подавно!
Надежность и стабильность работы систем на базе процессоров AMD уже достигла весьма высокого уровня, а совместимость с разнообразным программным обеспечением не «напрягает» многочисленную армию поклонников. Конечно, фирме еще придется поработать над оптимизацией ряда популярных приложений под эти процессоры, чтобы наиболее полно раскрыть все его скоростные возможности. Хотя уже сейчас удельные (на мегагерц) показатели производительности процессоров AMD впечатляют. Вместе с тем иногда выгоднее все же использовать процессоры Intel Pentium ввиду их более высокой производительности для некоторых типов задач (и не надо кидать в меня полуторагигагерцовыми камнями от AMD). Так что решать в конечном счете вам.
2 (обратно к тексту) - Оборудование для испытаний было любезно предоставлено московскими компаниями ASBIS, БЭСМ-2000 и Никс, за что им огромное спасибо.
3 (обратно к тексту)- Эти программы можно найти, например, на www.tweakfiles.com/benchmark.
