Многоядерные процессоры в 3D играх



Со времени публикации нашей статьи, посвящённой исследованию производительности двухъядерных процессоров в трёхмерных играх, прошло более полутора лет. За прошедшее время место топовых CPU заняли четырёхъядерники, а компания AMD выпустила и процессоры с тремя рабочими ядрами (хотя физически их там всё-таки четыре, но включены лишь три). Вместе с увеличением доли мультиплатформенных игр и развитием соответствующего инструментария, это привело к увеличению доли 3D игр, использующих возможности не просто двухпроцессорных систем, а уже многопроцессорных. Ведь консоль Microsoft Xbox 360 основана на трёхъядерном CPU, а Sony PlayStation 3 — на процессоре Cell, состоящем из одного универсального ядра и нескольких вычислительных элементов.

Ранее слабая поддержка многопроцессорных систем в компьютерных играх была обусловлена их слабым распространением в игровых компьютерах. Теперь же найти приличный одноядерный процессор в продаже просто невозможно, минимальными для современных игровых ПК стали двухъядерные процессоры, а нередко и трёхъядерные или четырёхъядерные. Причем, стоят они уже не так уж и много, их цена приемлема для обычного пользователя. Соответственно, пользователям интересно, какая польза есть от второго, третьего, четвёртого ядра CPU в 3D играх. В данной статье мы исследуем эту тему, и покажем прирост производительности в современных играх от каждого дополнительного ядра центрального процессора, вплоть до четырёх.

Напомним, что прирост производительности на многоядерных системах возможен даже в тех случаях, когда само приложение однопоточное, или когда вспомогательные потоки слабо используют мощности имеющихся процессоров. 3D приложения, сами по себе умеющие использовать ресурсы только одного ядра, в некоторых случаях ускоряются на многоядерных процессорах из-за того, что Direct3D API и драйверы видеокарт умеют частично распределять расчёты и использовать возможности более чем одного ядра в своих целях. Помогает и операционная система, распределяющая потоки на физические ядра процессора, кроме случаев, когда этим управляет само приложение. Итак, чтобы перейти от теории к практике, мы протестировали несколько трехмерных игр на четырёхядерном процессоре и сделали анализ полученных результатов.

Конфигурация и настройки тестовой системы

Использовалась следующая программно-аппаратная конфигурация:

  • Процессор: Intel Core 2 Quad Q6600
  • Системная плата: Foxconn X38A (Intel X38)
  • Оперативная память: 4096MB DDR2 SDRAM PC6400
  • Видеокарта: Nvidia Geforce 9800 GTX 512MB
  • Жесткий диск: Seagate Barracuda 7200.10 320GB SATA
  • Операционная система: Microsoft Windows Vista Home Premium
  • Видеодрайвер: Nvidia Geforce Release 178

В качестве процессора был взят один из популярных четырёхядерных процессоров компании Intel. Отключение отдельных ядер было бы корректнее на процессорах AMD Phenom в силу «склеенности» Core 2 Quad из двух половинок и соответствующих особенностей взаимодействия ядер с кэш-памятью. Зато у него кэш-память L3 общая… В общем, только если в нашем исследовании обнаружатся непонятные моменты с относительной производительностью трёх- и четырёхядерных конфигураций Core 2, связанные с этой проблемой, мы попробуем перепроверить их на AMD Phenom.

Во время предварительной подготовки к тестам было отмечено, что установка использования конкретных ядер CPU при помощи «Set affinity» в Диспетчере задач Windows для конкретного приложения не даёт корректных результатов при тестировании. Многие игры определяют физическое количество ядер процессора, доступное в операционной системе, и при запрете использования некоторых из ядер процессора системой, это приводит к тому, что на одном ядре запускаются сразу несколько требовательных потоков приложения. В результате производительность получается ещё ниже, чем в реальности показывает система на основе одноядерного CPU.

Поэтому, для отключения процессорных ядер использовался встроенный в операционную систему метод изменения количества доступных ОС и приложениям процессоров при помощи утилиты bcdedit (аналог файла boot.ini в Windows XP, отсутствующий в Windows Vista). Так, чтобы использовать в Vista лишь два процессора, нужно выполнить в командной строке:

bcdedit /set {current} numproc 2

Тогда после перезагрузки система и приложения будут видеть только заданное число ядер, что почти аналогично физическому наличию, за исключением некоторых различий, в т.ч. описанных выше специфичных для четырёхъядерных процессоров на основе ядер Intel Core 2.

Настройки видеодрайвера использовались устанавливаемые по умолчанию, качество текстурной фильтрации было выставлено в значение «High quality». Использовались три тестовых разрешения, все широкоформатные: 1280x720(800), 1680x1050 и 1920х1200 — это стандартные режимы для распространенных ЖК-мониторов.

Тесты проводились с использованием анизотропной текстурной фильтрации уровня 16х и антиалиасинга MSAA 4x из игровых настроек, если такие поддерживаются самим приложением. Влияние процессорной мощи было бы заметней в случае отключенных анизотропной фильтрации и антиалиасинга, но это противоречит самой цели тестирования в реальных условиях, ведь на мощных системах все играют с высокими настройками качества изображения.

Набор игр, использовавшихся в данной статье, включает и приложения со встроенными стандартными бенчмарками, часто используемых в статьях, и некоторые игры, не предоставляющие стандартных средств для измерения производительности. В части игр использовался метод измерения производительности при помощи программы FRAPS, имеющий некоторые недостатки, отмеченные в наших статьях. Для единовременного тестирования такой метод подходит, хотя погрешность тестирования и возрастает.

Помимо средней частоты кадров в трёх разрешениях и с разным количеством включенных ядер процессора, измерялась средняя и максимальная загрузка каждого из ядер четырёхъядерника. Эти цифры полезны для определения того, насколько эффективно используют предоставленные им ресурсы приложение, графический API, видеодрайвер и операционная система. Для сокращения объёма табличной информации было использовано только разрешение 1280х720(800), в нём нагрузка на CPU должна быть максимальной. Анизотропная фильтрация и мультисэмплинг остаются включенными.

Для этих тестов использовалась утилита PIX for Windows из DirectX SDK, а в случае приложений, по тем или иным причинам не работающим под PIX (а это Crysis, ETQW, Lost Planet, DMC4, GRID), использовались универсальные возможности мониторинга утилиты RivaTuner.

Результаты тестирования

Crysis

Эта игра является вершиной технического прогресса во многих областях, в том числе и использовании многопроцессорных систем. К сожалению для данного тестирования, в Crysis производительность рендеринга ограничена, прежде всего, мощностью видеокарты. И даже представленная в нашем тесте сцена на открытом пространстве, с большим количеством геометрии и наличием активных физических расчётов, упирается в мощность видеокарты, а не центрального процессора.

Но посмотрим, что дают нам многопроцессорные системы в таких условиях. Мы включили игровые настройки на «High», а не на максимально возможный уровень, чтобы производительность хотя бы оставалась в рамках приличий. С той же целью был отключен и мультисэмплинг.

Как видим, хотя Crysis хорошо нагружает в том числе и центральный процессор системы, двух ядер ему вполне достаточно. Разница между 2, 3 и 4 доступными ядрами у CPU не превышает погрешности измерений. Ну а два ядра действительно прилично увеличивают производительность во всех режимах, даже в разрешении 1920х1200 есть разница.

Причём, по двум низким разрешениям явно виден упор в производительность одного ядра процессора. Видимо, ускорение получается за счёт переноса физических вычислений а также обработки вызовов D3D API на второе ядро CPU. Посмотрим, насколько сильно были загружены ядра CPU в процессе тестирования:

Core 1 Core 2 Core 3 Core 4
Average 6.7 9.5 35.9 92.4
Maximum 12.5 21.9 62.5 100


И сразу же нашли интересное — даже с учётом неплохой загрузки второго ядра процессора, а также небольшой работы и для третьего с четвертым, общую производительность ограничивает производительность одного ядра. Вот посмотрите, средняя загрузка Core 4 была под 100%, а это значит, что почти всё время он работал на полную мощность. То есть, общая скорость игры, скорее всего, была ограничена процессором.

Впрочем, в случае игровых приложений зачастую бывает так, что производительность упирается в то процессорное ядро, которое обрабатывает вызовы функций отрисовки Direct3D API. И в его версиях до Direct3D 10 включительно, просто нет возможности распараллеливания этих расчётов. Остаётся ждать выхода DirectX 11 и соответствующих оптимизаций в будущих играх. Ну а пока подтвердить то, что для Crysis лучшим выбором будет быстрый двухъядерный процессор.

Если за 100% принять мощность одного ядра Core 2 Quad Q6600, то средняя его загрузка в этой игре в нашем тесте составила около 145%. То есть, налицо ещё одно косвенное подтверждение тому, что одноядерника игре не хватит, а вот двухъядерный CPU будет в самый раз.

Call of Duty 4

Это мультиплатформенная игра, корни движка которой идут ещё от Quake 3 Engine. Правда, от него, скорее всего, ничего уже не осталось. Зато что уж точно есть — так это неплохая поддержка мультипроцессорных систем, ведь на консолях без этого нелегко. Игра по современным меркам не особенно требовательна к мощности видеокарт, поэтому есть большая вероятность того, что она упирается в скорость CPU. Несмотря на то, что вышла уже следующая часть игры, никаких особенных изменений в её движке нет, по причине всё той же мультиплатформенности. Смотрим на результаты:

Видим в них почти ту же самую ситуацию, что и в предыдущем случае с Crysis, разве что разница между одноядерной и двухъядерной конфигурациями тут больше. Сильный рост производительности наблюдается только при сравнении одноядерного и двухъядерного процессоров, в самом лёгком режиме (но с анизотропной фильтрацией и антиалиасингом) разница ближе к двукратной, но и в тяжёлых режимах она ощутима — более 20%. Небольшая разница есть и для трёх рабочих ядер против двух, но уж очень она небольшая, меньше 3%. Ясно видно, что одного ядра CPU игре также недостаточно, но и больше двух вряд ли необходимо. Посмотрим на загрузку всех ядер процессора:

Core 1 Core 2 Core 3 Core 4
Average 53.4 57.4 25.7 59.4
Maximum 87.5 87.5 57.2 100


Хорошо видно, что игра, драйверы и система в этом случае лучше распределяют работу по имеющимся ядрам — равномерно загружены три из четырёх ядер, да и последнему работа достаётся. Хотя, в этой игре не так велики затраты на обработку вызовов функций отрисовки Direct3D, по сравнению с Crysis, видимо поэтому и нет явного упора в производительность одного ядра.

Приведём требуемую мощность центрального процессора в переводе на одно ядро. Средняя загрузка CPU в этой игре в нашем случае составляет около 195%. Это близко к мощности двухъядерника, и вместе с 100% максимумом загрузки одного из ядер объясняет небольшой прирост от включения третьего ядра в разрешении 1280х720. В целом же, для Call of Duty 4 также не хватит процессора мощностью равной одному ядру Core 2 Quad Q6600, а соответствующий двухъядерный CPU вполне справится с игрой в использованных нами настройках.

Enemy Territory: Quake Wars

А эта многопользовательская игра основана на движке DOOM 3 Engine от id Software, который всегда отличался неплохой поддержкой многопроцессорных конфигураций. Движок довольно сильно процессорозависим, так как центральный процессор системы используется в алгоритмах расчета и наложения теней. Также на процессор возложен расчёт и физических взаимодействий.

Очень важно, что в отличие от DOOM 3, Quake 4 и Prey, в Enemy Territory: Quake Wars бои идут на открытом пространстве. Это также может серьёзно повлиять на результат, так как рендеринг открытых пространств традиционно зависит больше от мощности процессора, чем от видеокарты. Проверим вышесказанное на практике:

Но в этом случае мы видим даже меньшее влияние мощности процессора на производительность, чем в ранее протестированных играх. Результаты для многоядерников не такие впечатляющие, по сравнению с предыдущими приложениями. Хотя 45% прибавки от второго ядра в «легком» режиме наблюдаются, в более «тяжёлых» они испарились. И если в среднем разрешении какая-то разница ещё есть, то в самом высоком она уже в пределах погрешности. Смотрим, как были загружены ядра:

Core 1 Core 2 Core 3 Core 4
Average 19.7 29.8 31.8 44.4
Maximum 37.5 59.4 54.7 67.2


Операционная система разделила нагрузку на все ядра процессора примерно на равные части, хотя трём из ядер досталось больше работы. Но всё равно, работы для CPU явно слишком мало, чтобы получать прирост производительности от более чем двух ядер процессора. Посчитаем требуемую мощность — около 125%, то есть, в разрешении 1280x720 с анизотропной фильтрацией и антиалиасингом игре требуется чуть больше одного ядра процессора Core 2, работающего на частоте 2.4 ГГц. Это хорошо объясняет результаты — толк есть только от второго дополнительного ядра CPU, и не более того.

Race Driver: GRID

Ещё одна игра, основанная на мультиплатформенном движке. Его корни идут от Colin McRae Rally: DiRT, и данный движок отличается тем, что очень хорошо использует возможности многопроцессорных систем. В зависимости от количества процессоров, доступных системе, создаются несколько отдельных потоков для 3D рендеринга, физических расчётов, AI, звуковых данных, подгрузки данных с носителя, Force Feedback и т.д. В конфигурационных файлах есть настройки распределения потоков вплоть до восьмипроцессорных систем.

Естественно, все возможности восьми процессоров игра не в состоянии использовать, но путь разработчики избрали правильный. Игра не особенно требовательна к мощности видеосистемы, и можно ожидать, что её производительность упрётся в скорость CPU, и мы наконец увидим смысл от третьего и/или четвёртого ядер тестового процессора. К сожалению, в игре нет нормальных возможностей , пришлось воспользоваться методом тестирования с использованием FRAPS:

Итак, действительно, некая небольшая разница между конфигурациями с тремя/четырьмя и двумя ядрами есть, не говоря уже об однопроцессорной. Но разница невелика, игре явно хватает и двух процессоров в тестовых разрешениях. Но вот одноядерные CPU для игры совершенно точно не подходят, отставая от двухъядерной конфигурации в полтора-два раза. Вот что значит настоящее многопоточное приложение, сделанное таким изначально, и не особенно требовательное к GPU. Даже от третьего ядра в низких разрешениях толк есть. Смотрим нагрузку по ядрам:

Core 1 Core 2 Core 3 Core 4
Average 66.5 87.2 53.0 58.6
Maximum 85.9 96.9 82.8 75.0


Ну вот, сразу все четыре ядра нагружены более чем наполовину в среднем, и до 80-95% в пике. Это явно говорит об ограничении производительности игры маломощными процессорами в разрешениях 1280х720 и ниже (максимальные игровые настройки, MSAA 4x и AF 16x, напомню). А что получается в пересчёте на одно ядро? 265%! Вот она — первая игра в наших тестах, которой в разрешении 1280х720 явно недостаточно двух ядер Core 2, работающих на частоте 2.4 ГГц. Значит, приросты от третьего ядра всё-таки не случайность и не погрешности тестирования (FRAPS, всё-таки, мало ли что…).

Call of Juarez DX10

Эта уже не новая игра, получившая поддержку Direct3D 10, интересна тем, что совсем не использует возможности многоядерных процессоров, как выяснилось в нашем предыдущем исследовании (впрочем, там были D3D9 версия). Если где и есть упор в CPU, то в производительность одного из вычислительных ядер центрального процессора, из-за сравнительно большого количества вызовов отрисовки. Но в основном, производительность в Call of Juarez ограничена видеокартой, на неё ложится большая нагрузка, а процессору остаются несложные физические и AI расчеты.

Как видим, ничего не изменилось со времени нашего предыдущего тестирования в этой игре — никакой существенной разницы между конфигурациями с одним, двумя, тремя и четырьмя ядрами просто нет. Если где и есть очень маленькая разница, то её можно объяснить снижением небольшой нагрузки на процессор со стороны системных и фоновых процессов. А в остальном, игра подтверждает высказанное ранее предположение, что скорость рендеринга в ней почти полностью зависит от мощности видеокарты.

Но посмотрим на загрузку по ядрам отдельно, чтобы убедиться в предположениях окончательно:

Core 1 Core 2 Core 3 Core 4
Average 60.6 2.9 2.7 5.0
Maximum 87.9 16.4 19.5 35.0


Цифры говорят сами за себя — мало того, что в процессе тестирования работой реально было нагружено лишь одно из ядер процессора (средние 3-5% у других ядер это почти ничто), так ещё и то единственное в среднем работало лишь на две трети своих сил в среднем, и до максимальных 100% загрузка не доходила никогда. А значит, что упора скорости ни в несколько ядер CPU, ни даже в одно в данной игре не наблюдается, и приложение однопоточное по своей природе, поэтому ему хватит одноядерного процессора. Об этом же говорит и суммарная загрузка ядер, которая не доходит и до 75%.

Company of Heroes: Opposing Fronts

Возможно, в играх других жанров (стратегиях) от многопроцессорных конфигураций будет больше толка и мы увидим большие приросты. Рассмотрим давно известный бенчмарк в Company of Heroes, также получивший поддержку Direct3D 10 в дополнении Opposing Fronts. К сожалению, встроенный бенчмарк в игре не отражает игровую производительность, так как показывает лишь скриптовый ролик, не относящийся к игровому процессу, но всё равно будет интересно посмотреть на разницу в производительности между разными конфигурациями.

Ну вот, одного ядра Core 2 на частоте 2.4 ГГц тут явно не хватает, и прирост от второго ядра явно присутствует, хоть и небольшой — от 15 до 30%. Делаем вывод, что производительность скриптовых роликов в игре Company of Heroes: Opposing Fronts ускоряется на двухпроцессорных конфигурациях. Вероятно, даже если приложение многопоточное само по себе, часть прироста получается из-за оптимизации драйвера и более эффективного распределения нагрузки от фоновых и системных процессов. Рассмотрим нагрузку на ядра нашего тестового процессора:

Core 1 Core 2 Core 3 Core 4
Average 18.3 21.0 57.1 35.4
Maximum 42.1 50.6 100 72.5


По этим цифрам убеждаемся, что приложение само по себе многопоточное — загружены работой все четыре ядра. Пусть и в разной мере, так как два из них выполняют больше работы, чем оставшиеся. В целом, игре достаточно двух ядер нашего тестового процессора, загрузка в пересчёте на одно ядро Core 2 составила чуть более 130%. То есть, от второго ядра приложение действительно получает некоторый прирост в частоте кадров, а вот дальнейшее увеличение количества процессоров в системе для рассмотренной игры бессмысленно.

Need for Speed: ProStreet

Need for Speed: ProStreet — это одна из игр известной серии, движок которой мультиплатформенный в своей основе. Он отличается хорошей распараллеленностью, что важно для игровых консолей. К сожалению, в игре также нет никаких возможностей по измерению производительности, отсутствуют и возможности записи и проигрывания повторов гонок, поэтому приходится использовать FRAPS метод с большей чем обычно погрешностью. Однако, игра весьма интересна с точки зрения основной темы статьи, она мультиплатформенная, и должна получать преимущество на многопроцессорных системах, поэтому пропустить мы её не могли.

Даже в самом тяжёлом разрешении видна разница между одноядерной и остальными конфигурациями. А в двух остальных так и вовсе — даже три ядра оказались быстрее двух. Впрочем, разница там уже не столь явная и из-за погрешностей тестирования к ней нужно относиться осторожно.

Преимущество у трёхъядерного и четырёхъядерного процессоров перед одноядерным в меньшем разрешении получилось почти двукратное. В остальных случаях также видна приличная разница — 20-40%, что явно говорит об использовании игрой нескольких потоков, которые распределяются системой между ядрами CPU. Посмотрим в таблице, насколько эффективно было это распределение:

Core 1 Core 2 Core 3 Core 4
Average 89.4 66.3 57.2 68.9
Maximum 100 84.8 81.6 90.8


Ну что же, вот и ещё одна игра, которой явно не хватает двух ядер Core 2 на частоте 2.4 ГГц, и даже в тяжёлых графических настройках. Работой были довольно сильно загружены все четыре ядра тестового процессора, одно из которых порой до 100%, а ещё одно — до 90%. Остальным досталось меньше, но средняя загрузка всё равно была выше 50%, что очень много.

В пересчёте на одно ядро получается более 280%, то есть, игра почти полностью использовала возможности трёх из четырёх ядер нашего тестового Core 2 Quad. Получается, что для Need for Speed: ProStreet очень желательны трёх- и четырёхъядерные процессоры, причем разница прослеживается далеко не в самых простых игровых и графических настройках.

Lost Planet

Очередная мультиплатформенная игра, движок которой умеет использовать возможности многопроцессорных игровых систем. Игра отличается неплохой технологичной графикой, и основная нагрузка приходится на видеокарту. Но, в случаях большого количества динамических объектов в кадре, количество вызовов функций отрисовки Direct3D растёт, и вместе с этим резко увеличивается нагрузка на центральный процессор системы. Игра предлагает встроенный бенчмарк, разделённый на два теста. Рассмотрим цифры, полученные в обоих подтестах:

Хорошо видно, что первая часть бенчмарка под названием Snow, почти полностью ограничена скоростью видеокарты — мы не наблюдаем никакой разницы в зависимости от используемой конфигурации с разным количеством включенных процессорных ядер. Зато второй тест, отличающийся большим количеством объектов в кадре, очень сильно ограничен скоростью процессора, и одного его ядра явно не хватает для приемлемой производительности хотя бы на уровне 30 кадров в секунду. В этом случае преимущество от двух ядер приличное, и что особенно интересно — оно даже больше, чем два раза. Возможно, сказываются дополнительные расходы, связанные с исполнением нескольких потоков на одном ядре.

Возможно, разобраться в этом нам помогут цифры средней и максимальной загрузки ядер при тестировании в разрешении 1280x720 с включенными антиалиасингом и анизотропной текстурной фильтрацией:

Snow Core 1 Core 2 Core 3 Core 4
Average 9.6 44.6 12.2 22.4
Maximum 25.0 82.8 31.3 48.4
Cave Core 1 Core 2 Core 3 Core 4
Average 18.5 66.1 15.7 20.7
Maximum 65.6 90.6 43.8 68.8


Итак, для подтеста Snow мы получили очень низкую загрузку процессора. Хотя, что интересно, работу выполняет не единственное ядро, а все помаленьку. Значит, движок всё-таки хорошо распараллелен, и в первой части бенчмарка CPU банально простаивает, общая загрузка была бы около 90%, то есть, теоретически с подтестом Snow справляется и одно ядро, что мы и видели на диаграмме.

В случае второй части под названием Cave, складывается несколько иная ситуация. Хотя загрузка трёх из четырёх ядер примерно такая же, основное ядро загружено в полтора раза больше. В целом, по второму подтесту получается более 120% требуемых ресурсов, в пересчёте на одно ядро тестового CPU. То есть, одно ядро Core 2 на частоте 2.4 ГГц с Cave уже не справляется, и нужен хотя бы двухъядерник.

Тем не менее, так и не прояснилась ситуация с более чем двукратным отставанием одноядерного CPU от остальных конфигураций. Мы склонны предположить, что это результат выполнения нескольких потоков на одном физическом ядре, что даёт дополнительное снижение производительности из-за переключения потоков.

Devil May Cry 4

Вторая игра на том же самом движке, который использовался в предыдущем тесте. То есть, мультиплатформенном и распараллеленном движке производства компании Capcom. Впрочем, игра отличается от предыдущей и в игровом плане, и по нагрузке на систему. DMC4 предлагает встроенный бенчмарк, состоящий уже из четырёх частей. Впрочем, мы взяли результаты только двух из них, так как остальные мало от них отличаются, и забивать бессмысленными цифрами уже и так наполненную ими статью смысла нет.

Рассматриваем второй и четвёртый подтесты, которые также отличаются по типу нагрузки. Второй подтест (как и первый и третий, кстати), прежде всего, требователен к скорости GPU, а вот четвёртый содержит меньше работы для видеокарты и большое количество объектов, которые грузят больше уже центральный процессор.

Сразу видно, что движок у Lost Planet и Devil May Cry 4 одинаковый, да и подтесты показывают практически одно и то же. Так что все выводы по предыдущей игре можно смело отнести и к этой — в случае первых трёх подтестов основным ограничителем служит видеокарта, а в четвёртом — CPU. Последний отличается большим количеством объектов в кадре и ограничен скоростью процессора. Так, что одного ядра снова не хватает для приемлемой производительности.

И снова мы видим более чем двукратный прирост от второго ядра… Что, как минимум, подтверждает то, что в предыдущем случае мы не ошиблись при тестировании. Наверное, на одноядерном процессоре все потоки выполняются вместе, и при переключении между ними расходуются дополнительные ресурсы, что приводит к такому поведению. Рассмотрим цифры загрузки ядер в разрешении 1280х720:

Scene 2 Core 1 Core 2 Core 3 Core 4
Average 24.5 33.3 4.4 5.1
Maximum 48.4 64.1 68.8 73.4
Scene 4 Core 1 Core 2 Core 3 Core 4
Average 29.4 44.4 3.9 5.4
Maximum 67.2 79.7 65.6 59.4


Выводы повторяют сделанные в случае Lost Planet, разве что разница в загрузке ядер CPU между двумя сценами встроенного бенчмарка не такая большая, как в прошлой игре. Соответственно, получаем менее 70% загрузки во втором, и лишь 83% в четвёртом подтесте, в пересчёте на одно ядро тестового процессора.

Вторая цифра интересна тем, что если судить исключительно по ней, то одного ядра должно хватать в теории, но на практике его не хватает. И в этом «виновата» именно многопоточная природа мультиплатформенного движка Capcom. Вообще же, игре вполне хватит двухъядерного процессора.

World in Conflict

Вторая стратегическая игра в нашем обзоре, которая может показать необходимость в многоядерных процессорах для этого жанра. В ней также есть встроенный бенчмарк, но, в отличие от Company of Heroes, он вполне отражает игровую производительность, хоть и не так кинематографичен.

С точки зрения технологий это одна из самых интересных и технически продвинутых стратегических игр, она очень сильно нагружает как CPU, так и видеокарту, вы убедитесь в этом, когда посмотрите на диаграмму — частота кадров на максимальных настройках весьма низка для довольно мощной тестовой системы. Жаль, что встроенный бенчмарк не показывает десятые доли среднего FPS, хотелось бы определять производительность несколько точнее.

Впрочем, даже так видно, что игра очень хорошо относится к многопроцессорным системам, и приросты производительности получаются при переходах с одноядерного на двухъядерный и с двухъядерного на трёхъядерный процессоры, как минимум. Причём, однопроцессорная система отстаёт от двухпроцессорной в полтора-два раза, в зависимости от тестового разрешения, что очень и очень много. Значит, наблюдается явный упор в производительность универсального процессора. Посмотрим, как сильно загружены работой ядра CPU:

Core 1 Core 2 Core 3 Core 4
Average 41.3 35.8 38.1 48.3
Maximum 84.8 56.6 67.7 84.4


Хорошо видно, что все ядра заняты работой почти в равной степени, что говорит о хорошем распараллеливании. Ни одно из ядер не было загружено на 100% на протяжении всего теста, так что ограничением частота процессора (и одного ядра в частности) не является.

В целом, игра требует не менее 160% мощности в переводе на одно ядро Core 2 на частоте 2.4 ГГц, то есть, минимум два ядра, а лучше три, с учётом хорошей многопоточности приложения. Большая производительность в случае четырёхпроцессорной конфигурации, которая у нас получилась, связана скорее с тем, что системные процессы используют незанятые ресурсы и не мешают игре.

S.T.A.L.K.E.R.: Shadow of Chernobyl

Эта игра была в нашем предыдущем исследовании полуторагодичной давности, оставили мы её и для текущего. Правда, в этот раз использовали не записанную разработчиками демку, а свою, сделанную под собственные нужны, поэтому результат может и должен отличаться. Впрочем, мы знаем, что игра нагружает сильнее GPU, а упор в скорость CPU есть разве что в низких разрешениях, причём, большее значение имеет только одно ядро, хотя игра многопоточная, основной поток, ограничивающий производительность — один. Посмотрим, что получается в разных конфигурациях:

Видно, что оригинальный S.T.A.L.K.E.R. получает неплохое преимущество от второго ядра процессора в самом простом режиме экрана — 1280x720. В более тяжелых разница становится почти незаметной. Интересно, что для двух тяжёлых режимов средняя частота кадров отличается несильно. Это говорит об упоре производительности в скорость одного из ядер процессора, и многоядерные процессоры тут ничем не помогут.

Полученное преимущество от второго ядра CPU достигло 10-30%, что в общем, хоть и не мало, но и не много. Оптимизации под многопроцессорные системы игре явно не достаёт. Или не игре, а графическому API, который пока не способен распараллеливать вызовы функций отрисовки на разные процессоры. Посмотрим, как сильно были загружены ядра Core 2 Duo Q6600 при тестировании:

Core 1 Core 2 Core 3 Core 4
Average 97.8 1.9 17.3 40.6
Maximum 100 10.4 38.6 72.3


Ну вот и практическое подтверждение нашим предположениям. Несмотря на то, что приложение явно не однопоточное (активно используются три ядра) основной упор был явно в скорость основного ядра, которое почти всегда загружено на 100%!

В теории получается, что для S.T.A.L.K.E.R. необходимо около 160% мощности одного ядра Core 2 на частоте 2.4 ГГц, то есть, двухъядерника вполне достаточно. Но так как производительность больше зависит от скорости одного ядра, то частота CPU также должна быть высокой. И быстрый двухъядерный процессор вполне может быть быстрее слабого четырёх- или трёхъядерного.

S.T.A.L.K.E.R.: Clear Sky

Это продолжение (точнее — предыстория) оригинального S.T.A.L.K.E.R. Естественно, игровой движок получил дальнейшие усовершенствования, и его характеристики могли измениться. Именно для проверки этого мы и включили в тесты Clear Sky. Посмотрим, изменилось ли что в плане поддержки приложением многопроцессорных систем, и продолжает ли движок упираться в скорость единственного ядра центрального процессора. Смотрим сначала на диаграммы:

Судя по диаграмме, создаётся такое впечатление, что это тот же S.T.A.L.K.E.R., но в два раза медленней. Наблюдается примерно такой же прирост производительности от второго ядра, почти такой же упор разрешений 1680x1050 и 1920х1200 в некий невидимый потолок…

Игра явно многопоточная, и второе ядро даёт до трети прироста в средней частоте кадров в секунду, но это только в низком разрешении, в высоких ситуация меняется, и мы снова видим упор в единственное ядро CPU. Сейчас проверим:

Core 1 Core 2 Core 3 Core 4
Average 99.1 1.5 12.8 1.2
Maximum 100 6.3 23.4 9.4


Всё ровно то же самое — первое ядро загружено работой под завязку (в среднем 99.1% — это явно чистый упор производительности), а остальные выполняют какие-то мелкие задачи, то ли системные, то ли вторичные игровые. Тут даже нет смысла считать необходимую скорость в пересчёте на одно ядро, так как всё равно скорость зависит только от частоты процессора.

В любом случае, одного ядра не хватает (потребляется более 115% его ресурсов даже в случае с упором в одно из ядер), но и более двух процессоров игра не способна эффективно использовать. Следовательно, для неё лучше подойдет быстрый двухъядерник.

Unreal Tournament 3

Ещё одной мультиплатформенной игрой, в отличие от множества протестированных выше ПК-эксклюзивов, стала Unreal Tournament 3 на основе известного движка Unreal Engine третьего поколения. Он также неплохо распараллелен и использует возможности многопроцессорных систем. Мы проверим, так ли это на самом деле.

Единственное, в чём сложность — снова нет нормальных тестовых инструментов во всех играх на основе этого движка. Есть так называемые flyby демки, которые слабо грузят CPU, а есть botmatch, которые хорошо подходят для CPU тестов, но дают слишком большой разброс в результатах. Но проверяем так, уж как получается:

А получилось не очень хорошо. Налицо явный упор в скорость одного ядра CPU, ещё хуже, чем у обоих Сталкеров… Хотя польза от дополнительных ядер также есть, её просто не видно на фоне упора в единственное ядро. Видимо, нужно было форсировать антиалиасинг, который из игры не поддерживается, поэтому настройки получаются не такими тяжелыми. Впрочем, упор в CPU это вряд ли бы полностью убрало. Посмотрим, как были загружены ядра в процессе тестирования:

Core 1 Core 2 Core 3 Core 4
Average 91.0 40.3 39.1 52.3
Maximum 100 75.0 75.1 78.3


Ну вот такая весьма процессорозависимая игра Unreal Tournament 3 получилась. Все ядра четырёхъядерника загружены, и одно из них почти полностью, в него всё и упирается. Остальным тоже достаётся до половины возможной нагрузки. Ясно, что игра съест и трёхъядерные и четырёхъядерные процессоры, но как и в случае с обоими S.T.A.L.K.E.R., важна и тактовая частота процессора. То есть, CPU должен быть и многоядерный и высокочастотный.

В пересчёте на одно ядро игра использует более 220% его возможностей. То есть, даже двухъядерник её не устроит полностью. Но всё же ещё более важна частота CPU, в которую производительность игры и упирается.

Far Cry 2

Ну а последней игрой нашего исследования, в котором вы увидели и старые и новые игры, будет новейшая Far Cry 2. Она не имеет ничего общего с игрой Far Cry, кроме названия, и основана на совершенно ином мультиплатформенном движке производства Ubisoft, которое грозится активно использовать возможности мультипроцессорных систем, и на ПК и на консолях.

Игра весьма хороша технологически, несмотря на свою мультиплатформенность, и требовательна как к мощности видеокарты, так и к центральному процессору. Посмотрим, что получается в сравнении конфигураций с разным количеством активных процессорных ядер:

В общем, можно сказать, что основной упор в тестах был явно в GPU. Но от второго ядра универсального процессора толк тоже был — около 20% во всех разрешениях. А вот между двух-, трёх- и четырёхъядерниками разницы не отмечено никакой. Вероятно, Far Cry 2 хватает мощности двух ядер Core 2, работающих на частоте 2.4 ГГц. Сейчас мы это проверим:

Core 1 Core 2 Core 3 Core 4
Average 29.2 24.4 57.5 39.3
Maximum 51.6 37.5 70.3 62.5


Так и есть, загрузка четырёх ядер Core 2 Quad Q6600 невелика, два ядра загружены примерно наполовину, а остальные — на четверть. В целом получается около 150% от мощности одного ядра. То есть, мы видим ещё одно подтверждение того, что двухъядерного процессора игре хватает за глаза, и толку от дальнейшего увеличения количества процессоров в системе для неё нет.

Впрочем, и в мощности одного ядра игра не упирается, ни одно ядро не было загружено более чем на 70% в любой момент теста. То есть, налицо основной ограничитель скорости в виде тестовой видеокарты Geforce 9800 GTX, а вот от CPU скорость зависит разве что только в случае одноядерной конфигурации нашего Core 2 Quad.

Выводы

Подведём основные выводы, полученные при анализе результатов тестирования:

  • Наблюдается явная зависимость от времени выхода игр, когда более новые приложения эффективнее используют возможности многопроцессорных систем, получая на них большую производительность. Если раньше основная часть увеличения производительности относилась к оптимизации видеодрайверов под многопроцессорные системы и выполнение потока графического API на ядре, отличном от основного для игрового приложения, то теперь большинство игр специально оптимизируются для многопроцессорных конфигураций. Игры используют несколько потоков, исполняющихся на разных ядрах процессора, обычно выделяют потоки для расчётов AI, физических эффектов, динамической подгрузки, рендеринга и т.п. Всё это явно указывает на необходимость использования многоядерных CPU для современных игр.


  • Немудрено, что именно мультиплатформенные игры, движки которых предназначены и оптимизируются в том числе и под игровые консоли нынешнего поколения (Microsoft Xbox 360 и Sony PlayStation 3), показывают большие приросты на многопроцессорных конфигурациях. Ведь в этих консолях также используются многоядерные центральные процессоры, и такие игры получают преимущества от многоядерных CPU и на ПК. Ведь если движок использует несколько потоков на консолях, то ничего не мешает делать также и на настольных компьютерах.


  • Сейчас среднее увеличение производительности (частоты кадров в секунду) от второго ядра CPU, составляет 20-40% в играх, которые используют один требовательный поток и несколько менее требовательных, и до двух раз и даже более — для игр, лучше оптимизированных под многопроцессорные системы. Лишь в малом количестве игр прирост от второго ядра крайне невелик, и он достигается оптимизацией видеодрайверов и более эффективным распределением нагрузки от фоновых и системных процессов. Большинство современных игр — это специально написанные многопоточные приложения, обеспечивающие увеличение производительности на двухъядерных процессорах, а некоторые — и на трёх- и четырёхъядерных.


  • На данный момент, и минимально допустимым игровым CPU и оптимальным для игр является именно двухъядерный процессор (собственно, одноядерные уже и не купить). Смысла в трёх- и четырёхъядерных процессорах для игр до сих пор немного, и именно быстрые двухъядерники можно считать оптимальным выбором для игровых ПК. Ведь большая часть игр использует одно из ядер активнее всего, и очень часто скорость упирается именно в его производительность. Иными словами, для игр лучше приобрести двухъядерный процессор, работающий на частоте 3.0 ГГц, чем четырёхъядерный с частотой 2.4 ГГц (речь об одном и том же семействе процессоров). В большинстве современных игр первый будет быстрее. Правда, в играх будущего ситуация может измениться, ведь наблюдается явная тенденция увеличения количества потоков в игровых приложениях. Для примера можно посмотреть на протестированные игры Race Driver: GRID и NFS: ProStreet.




Дополнительно

iXBT BRAND 2016

«iXBT Brand 2016» — Выбор читателей в номинации «Процессоры (CPU)»:
Подробнее с условиями участия в розыгрыше можно ознакомиться здесь. Текущие результаты опроса доступны тут.

Нашли ошибку на сайте? Выделите текст и нажмите Shift+Enter

Код для блога бета

Выделите HTML-код в поле, скопируйте его в буфер и вставьте в свой блог.