iXBT: Intel Celeron 1.2 GHz под Socket 370 на базе ядра Tualatin и его производительность по сравнению с конкурентами

Чехарда на рынке Intel-процессоров уже достигла своего апогея - даже человеку, неплохо разбирающемуся в мире IT-технологий, немудрено запутаться в столь частой смене сокетов, процессоров, чипсетов, процессорных ядер и т.д. Давайте кратко обрисуем ситуацию, которая сложилась сегодня.

Итак, high-end сегмент рынка. Ну, здесь все более-менее понятно - серверный вариант Tualatin, старшие модели Intel Pentium 4 в связке с RDRAM или, в недалеком будущем, DDR SDRAM памятью, i845 или i850. Стоимость системы учитывается в последнюю очередь. Middle-end. Только Intel Pentium 4 и i845. Других вариантов пока нет. Low-end. Опять же Intel Pentium 4, благо, цены на низкочастотные модели этого процессора уже опустились до разумных, доступных обыкновенному пользователю пределов.

А вот с чипсетом немного сложнее. i845 достаточно дорог, да и до момента выхода его модификации, поддерживающей DDR SDRAM, покупка материнской плате на его основе вызывает, мягко говоря, неоднозначные мысли. Разумеется, есть еще альтернативный чипсет от VIA Technologies, который уже сегодня может работать с DDR памятью, и, к тому же, дешевле, но ситуация с P4X266 пока еще достаточно туманна - вроде производители и анонсировали продукты на нем, вроде и на рынке они постепенно появляются, но чем закончится тяжба Intel vs. VIA пока с уверенностью не может сказать никто. Хорошо, если этот чипсет все-таки выживет, а если нет? Поэтому оставим пока в стороне этот пусть и примечательный, но слишком уж "авантюрный" чипсет. Разумеется, энтузиасты будут приобретать платы на его основе, хотя бы просто "в пику Intel", но кроме фанатов есть же еще и простые пользователи, о которых тоже не стоит забывать. Кроме того, многие уже обзавелись материнскими платами на i815 B-step и, переход на Pentium 4 им вряд ли подойдет по той простой причине, что мало кто согласится менять плату, купленную совсем недавно.

Учитывая то, что Pentium III Coppermine постепенно убирается с рынка самой Intel, возникает закономерный вопрос: "А что же придет ему на смену? Где low-end процессоры, переход на которые не повлечет за собой смены материнской платы и чрезмерных финансовых затрат? Где, в конце - концов, столь полюбившийся нам Celeron?!" Есть, никуда он не пропал. Мало того, не только не пропал, но и перешел в новое качество, его и Celeron-ом теперь не очень-то и назовешь. Судите сами - ядро Tualatin, именно то ядро, в расчете на которое многие и соблазнились покупкой платы на i815 B-step, объем L2 кэша - 256 КБ. "Да это же честный Pentium III !" скажут многие. И да и нет. Есть одно "но" - частота системной шины ограничена 100 MHz. Ведь это все же процессор бюджетного уровня.

В общем, оставив неизменным объем кэша второго уровня и снизив частоту FSB до 100 MHz у ядра Tualatin для desktop применения, Intel выпустила "новый Celeron". Это именно тот "настольный Tualatin", о котором так долго ходили слухи, и никто так и не был до конца уверен - будет ли он вообще, или Intel ограничится только серверным и мобильным вариантами.

Процессоры на ядре Tualatin

Ядро Tualatin пришло на смену Coppermine. Изменений в самом ядре немного - добавилась только технология "Data Prefetch Logic". Она повышает производительность предварительно загружая данные, необходимые приложению в кеш. Кроме этого отличие этих ядер заключается в используемой технологии производства - Coppermine изготавливается по технологии 0.18, а Tualatin по 0.13. Однако за этим на первый взгляд простым усовершенствованием скрывается гораздо больше отличий. Главное из них заключается в совершенно новом подходе к проблеме питания процессора. Во первых напряжения питания ядра значительно снизилось: с 1.65..1.75V до 0.9..1.475V. Также изменилось и рабочее напряжение процессорной шины - с 1.5V до 1.25V. Но самое главное, это новая спецификация на VRM - модуля на материнской плате, вырабатывающего напряжение питания ядра. Для корректной работы процессоров с ядром Tualatin VRM материнской платы должен удовлетворять версии 8.5.

Рассмотрим отличие новой спецификации от старой. Поскольку процессоры в современных ПК потребляют очень большой ток (например Pentium III 1000EB - до 20А), то построение VRM, обеспечивающего постоянное напряжение питания при большом разбросе рабочих токов является непростой задачей. Ранее спецификация 8.4 задавала следующие параметры: отклонение от Vcore (задаваемого процессором через выводы VID) при работе во всем диапазоне токов и отклонение от Vcore при резких изменениях в потреблении тока. В частности допустимый разброс напряжения составлял коридор шириной порядка 15% от задаваемого процессором. Для нового ядра при сохранении старой технологии VRM Vcore необходимо было бы выдерживать в 3% коридоре и это при очень высоких допустимых токах (до 30A)! Такая задача технологически очень сложна, и поэтому стоимость новых материнских плат была бы велика. Поэтому Intel в результате проведенных исследований пришел к новой спецификации VRM версии 8.5. Наиболее понятно ее суть можно представить на иллюстрации:

Где синим обозначен коридор Vcore для статической нагрузки, а красным - для резких изменений. Как вы видите, такое понятие как Vcore в VRM 8.5 практически исчезло! Значение напряжения питания ядра больше не является постоянным. Вместо этого предлагается построение так называемой нагрузочной прямой (Load Line), где выдаваемое VRM напряжение линейно зависит от потребляемого процессором тока. А выводы VID процессора теперь задают некоторое базовое значение Vcore, определяющее смещение коридоров по высоте. Как показали исследования Intel такое решение во первых легко реализуемо (даже на основе существующих микросхем управления VRM), а во вторых оно является более подходящим для ядра на основе технологии 0.13, чем постоянное напряжение питания.

Кроме новой спецификации VRM, от материнской платы требуется и поддержка нового pinout (расположения и значения выводов) процессора, а также возможность работы с 1.25V процессорной шиной. Заметим, что эти отличия не очень велики и возможно построение универсальных - Coppermine/Tualatin материнских плат. На сегодняшний момент для этого можно использовать например чипсет Intel i815 степпинга B а также чипсеты других компаний, имеющих поддержку Tualatin. Естественно потребуется и поддержка со стороны BIOS. Как вы видите, использование нового процессора в старых платах практически невозможно - новый VRM, другое напряжение шины, pinout... конечно это все решаемо, но цена да и производительность такой системы могут сильно пострадать.

Ядро Tualatin сегодня используется в четырех различных процессорах компании Intel:

	FSB (MHz)	L2 cache (KB)	Freq	Package	SMP	Speed step
Celeron	100	256	1.2GHz	FCPGA2/IHS	-	-
P3P desktop	133	256	1.133GHz, 1.2GHz	FCPGA2/IHS	-	-
P3P server	133	512	1.133GHz, 1.266GHz	FCPGA2/IHS	+	-
P3P mobile	100/133	512	700MHz..1.2GHz	BGA2/uPGA2	-	+

Первый из них, Celeron, планируется для рынка недорогих ПК - об этом говорят и низкая для сегодняшних процессоров частота FSB и отключение Data Prefetch Logic. Однако благодаря новому ядру эти процессоры будут работать на частотах 1.2GHz и возможно выше. Процессор для настольных ПК (P3P desktop) на ядре Tualatin приходит на смену Pentium III Coppermine. Однако, как вы видите, его отличие от предшественника заключается в более высоких частотах и Data Prefetch Logic. В настоящий момент максимальная рабочая частота составляет 1.2GHz, что конечно на 20% больше предыдущей модели. К слову, это еще не финал Pentium III. На самом деле будет Pentium III в семействе процессоров для так называемых "small formfactor", при этом конструктивно он от обычного Pentium III отличаться гне будет и сможет легко устанавливаться в стандартный Socket 370 на обычной системной плате.

Серверный процессор с ядром Tualatin имеет вдвое больший объем кеша - 512 KB, а также может использоваться в двухпроцессорных конфигурациях. Основное применение этого процессора видится в масштабируемых серверных кластерах, где важна не сколько скорость одного процессора, а больше низкая стоимость и энергопотребление всей системы. Ожидается, что использование этого варианта процессора позволит создавать стоечные модули размера 1U, в которых будет находиться до четырех автономных систем. Отметим и очень важное отличие его от десктоп варианта (оно имеет большое практическое значение :) - несмотря на одинаковую версию VRM эти процессоры не могут быть взаимозаменяемы! Дело в том, что их требования по питанию отличаются. Если коротко, то прямые на вышеприведенном рисунке VRM 8.5 соответствуют десктоп варианту процессора, а для серверного они имеют другой наклон и установка серверного процессора в десктоп плату приведет к тому, что при повышении нагрузки на него будет подаваться большее, чем предусмотрено напряжение для питания ядра. И поскольку сам процессор не может контролировать этот процесс, то это отразиться только на надежности системы. Это отличие отражено и на подверсии VRM: 8.5-5 для десктоп, 8.5-3 для серверов.

Естественно не исключается выпуск материнских плат, в которых можно использовать оба процессора, но для этого они должны реализовать оба варианта VRM или использовать заменяемый модуль, тем более, что спецификация VRM как раз и создавалась для внешних модулей.

И последний представитель семейства Tualatin - процессор для мобильных применений. Его основными преимуществами являются высокая скорость и низкое потребление энергии. По этим параметрам он сегодня вне конкуренции.

Все варианты процессоров на ядре Tualatin, кроме мобильного, выпускаются в корпусе FCPGA2. От FCPGA он отличается использованием дополнительной теплорассеивающей пластины - Integrated Heat Spreader (IHS). Необходимость такого решения продиктована тем, что теплопроводность между ядром и охлаждающим устройством ранее была вне контроля Intel, а она является очень значимой для обеспечения надежности работы системы.

Сравним их с последними моделями предшественников (частота/FSB/кэш/SMP):

	Coppermine	Tualatin
Celeron	1.1GHz/100MHz/128K/-	1.2GHz/100MHz/256K/-
Pentium III	1.0GHz/133MHz/256K/+	Desktop 1.2GHz/133MHz/256K/- Server 1.266GHz/133MHz/512K/+
Mobile Pentium III	1.0GHz./100MHz/256K/-	1.2GHz/133MHz/512K/-

С одной стороны изменения не слишком существенные - в основном рост тактовой частоты, однако преодоление барьера в 1GHz для архитектуры P6 компании Intel все таки состоялось и оказалось вполне успешным. Переход на 0.13 технологию был сопряжен со многими дополнительными исследованиями и решением ранее не встречавшихся проблем. Новая технология, Data Prefetch Logic, новый VRM, Integrated Heat Spreader, все это очередные шаги, позволяющие архитектуре P6 бороться с конкурентами на очень динамичном поле микропроцессоров.

Тестирование

Прежде чем перейти к диаграммам и обсуждению результатов тестирования, отдельно хотелось бы прокомментировать следующее:

3DMark 2001, общий балл

Борьба "всего со всем" - процессоров с разной тактовой частотой, разным объемом кэша, разной архитектурой (все-таки у Celeron / Pentium III и Athlon они различны, хоть и похожи), закончилась в этом тесте… да в общем-то ничем. Только Celeron 1.1 GHz (видимо, за счет комбинации малого объема кэша и самой маленькой из всех участников частоты) проиграл всем подчистую, результаты же остальных процессоров с поправкой на погрешность измерений можно считать практически равными. Хорошо заметно, что объем L2 cache и частота FSB имеют серьезнейшее значение в некоторых приложениях - Tualatin с частотой всего 1.13 GHz выиграл у всех Celeron. Что тут сыграло большую роль? Как нам кажется, это комбинация частоты FSB и технологии "Data Prefetch Logic" (на самом деле префетчер - мощная штука).

3DMark 2001, игровые тесты

У Celeron маленький кэш и частота FSB 100 MHz, но в системах на его основе повышение частоты все-таки дает в этом тесте стабильный прирост. Однако проблемы этого процессора удается пофиксить только уж очень большой частотой - в соперничестве с Tualatin 1.13 GHz потягаться с ним на равных смог только Celeron 1.44 GHz. Оба Athlon выигрывают, и, кстати, не забудем про то, что у этого CPU суммарный объем кэша самый большой из всех процессоров (за счет эксклюзивной архитектуры L1/L2).

А вот в этом подтесте явно главное - частота и… видимо, "Pentium-ориентированность" приложения (читай - наличие поддержки SSE). Даже самый слабенький Celeron обогнал Athlon 1.2 GHz, а одинаковый по частоте с Athlon 1.4 GHz Celeron идет с ним наравне. Tualatin - в хвосте, что еще раз подчеркивает что размер кэша в подтесте Dragothic несущественен.

Практически такой же вариант как и в Lobby - решающее значение играет частота FSB и объем кэша. Athlon опять в выигрыше.

Quake III

Что интересно - картина полностью повторяет тесты Lobby и Cars из бенчмарка 3DMark 2001, причем это настолько бросается в глаза, что просто нельзя не заметить. Одинаковые по архитектуре Celeron и Pentium III Tualatin окончательно расставляют все по местам - да, с ростом частоты у Celeron растет и производительность, но 100 MHz FSB + 128 KB L2 cache "делают свое черное дело", и гораздо более экономичным решением оказывается 133 MHz FSB + 256 KB L2 у Tualatin. Под "экономичным" мы при этом подразумеваем не столько материальный аспект, сколько технологический - можно предположить, что простое введение поддержки 133 MHz FSB в линейку Celeron могло бы привести к гораздо большим результатам по производительности нежели экстенсивный путь - наращивание мегагерц работы ядра. Это было бы, так сказать, более изящным решением :)

Z&D Winstone 2001 и SYSmark 2001

Бенчмарк от ZD Labs (сейчас уже eTesting Labs) "предпочитает" всем процессорам CPU от AMD, это уже не секрет. Однако не стоит обвинять именитую компанию в подтасовке - это просто-напросто обусловлено тем, какие приложения используются в этом тесте. Ведь опять-таки не секрет, что ядро Athlon все-таки немного совершеннее с точки зрения привычной "пентиумной" архитектуры, чем ядро Pentium III / Celeron / Tualatin (хотя бы потому, что оно намного новее и AMD имела прекрасную возможность учесть все ошибки Intel). Приложений же, задействующих возможности Pentium 4, в Winstone 2001 практически нет. Впрочем, этого процессора в этом тестировании нет тоже :)

Поэтому мы не будем останавливаться на Athlon, а рассмотрим более детально сравнительную производительность Celeron и Tualatin. Картина получается интересная - в приложениях бизнес-класса большее значение имеет частота работы ядра, кэш и частота FSB оказываются "побоку", это четко видно на примере Tualatin 1.13 GHz, который лишь чуть-чуть обогнал Celeron 1.1 GHz, и проиграл всем остальным. А вот при работе с графикой и мультимедиа-данными кэш и FSB дают о себе знать - только 1.44 GHz Celeron смог обогнать Pentium III Tualatin. И еще раз обратим ваше внимание на то, что при одинаковой частоте FSB, у Athlon "суммарный" объем кэша больше.

SYSmark 2001 демонстрирует схожую ситуацию, правда, тут уже Tualatin чувствует себя немного лучше в офисных приложениях. Связано это прежде всего с тем, что трактовка "офисности" у компаний BAPCo (SYSmark) и ZD (Winstone) немного разная. К примеру, с точки зрения первой программа распознавания речи Dragon Naturally Speaking (фактически работающая с самыми что ни на есть мультимедийными данными - голосом) - тоже относится к классу офисных.

SPEC ViewPerf

Тест в большей степени на скорость текстурирования, и четко видно, что начиная с определенной частоты, скорость процессора в нем уже не важна. А вот производительность подсистемы памяти дает о себе знать, и в данном случае - проигрышем всех процессоров Intel. Сюда бы Pentium 4 с его 3.2 GB/sec двухканальной RDRAM - вот он бы всем показал! :) Ну а Tualatin и Celeron, довольствующиеся PC133, можно сказать, "не виноваты" - их проигрыш обусловлен не производительностью самих процессоров, а использованием PC2100 DDR на системах с Athlon. Впрочем, поправимся - Athlon с его 266 MHz FSB еще и способен утилизовать такую память, чего CPU на ядре P6 сделать не могут - полоса пропускания их шины равна полосе пропускания именно PC133, и не более.

Разница между различными процессорами Intel видна, и Tualatin с его большим кэшем и 133 MHz FSB опять на высоте - он обгоняет даже Celeron 1.44 GHz. Да уж, совершенно четко видно, что для профессиональных приложений даже самый "навороченный" и высокочастотный Celeron мало подходит. Но, увы - даже Tualatin, видимо, "упирается" еще и в память, поэтому абсолютным чемпионом опять выходит Athlon.

3DStudio MAX

Ситуация повторяет многое из описанного ранее - налицо преимущество Tualatin над Celeron в профессиональных приложениях при равной (или даже немного меньшей) частоте. И опять на всех Socket 370 системах "частота ядра уперлась в память" - это хорошо видно на диаграмме. Дальнейший прирост производительности наблюдается только на Athlon за счет 2.1 GB/sec PC2100 DDR.

Expendable и Unreal Tournament

Мы не стали уделять повышенного внимания описанию и трактовке результатов этих тестов, но для справки приводим и их диаграммы (а чего добру пропадать - оттестировали же! :). В общем и целом картина стандартна для описанных выше игр. Тест на латентность (ахиллесова пята, которую здорово выпячивает Expendable) все системы "откатали" без нареканий, что и не удивительно - "падучей" под Expendable страдает только связка из Pentium 4 + RDRAM из-за особенностей аппаратной реализации последней, здесь же все системы работали с SDRAM, а DDR или SDR - в данном случае не суть важно.

Выводы

Редко в последнее время мир hardware радует нас чудесами, не произошло этого и сейчас. Наращивание частоты работы ядра в 100-мегагерцевой (по FSB) линейке Celeron определенный результат приносит, но уже на пороге 1.44 GHz видно, что в дальнейшем прирост производительности будет все меньше и меньше. Фактически, повторяется история с 66-мегагерцовым Celeron - модели с частотой выше 667 MHz (коэффициент умножения 10 и более) уже не сильно отличались по производительности между собой из-за простоев, вызванных разницей между частотой работы памяти и ядра. Однако это не означает, что новые Celeron плохи - как раз выпускаемые сейчас модели еще не достигли вышеупомянутого "частотного тупика", и при привлекательной цене вполне могут составить конкуренцию процессорам AMD. Но это уже моменты рыночные…

Pentium III Tualatin остается как high-end, и в этом качестве оправдывает себя на все 100% - в профессиональных (особенно графических) приложениях даже сверхбольшая частота работы ядра при малом объеме процессорного кэша заведомо проигрывает, в чем мы еще раз убедились. Так что для серьезных профессионалов, предпочитающих платформу Intel, но не спешащих пересесть на Pentium 4, выход сверхвысокочастотных Celeron ничего по сути не изменил - Pentium III в компьютерах класса "графическая рабочая станция" они заменить не смогут.

Системная плата Asus TUSL2 предоставлена компанией "Пирит"

Владимир Рыбников aka "Dandelion Puree" (puree@ixbt.com)
Дмитрий Майоров (destrax@ixbt.com)
Кирилл Кочетков (kochet@ixbt.com)
Опубликовано -- 18 октября 2001 г.