Процессорные войны: Intel против AMD. Часть III – Архитектуры Nehalem и K10.5 (2009 – 2011 гг.)
В третьей части цикла материалов «Процессорные войны» мы познакомимся с архитектурой Intel Nehalem и первыми процессорами семейств Core i7, Core i5 и Core i3, а так же микроархитектурой AMD K10.5, легшей в основу таких чипов как Phenom II и Athlon II.
Оглавление
- Вступление
- Микроархитектура AMD К10.5 (техпроцесс 45-нм)
- Микроархитектура Intel Nehalem (техпроцесс 45-нм – 32-нм)
- Заключение
Вступление
Так как это уже третья часть цикла о развитии процессорной индустрии для настольных компьютеров, в которой повествование начнется с конца 2008 года, давайте вкратце вспомним, какой же расклад сил к тому времени был на процессорном рынке.
Intel на тот момент в своем арсенале имела процессоры семейств: Core 2 Quad, Core 2 Duo, Pentium Dual Core и Celeron Dual Core. В их основе лежала очень удачная микроархитектура Core, переведенная в начале 2008 года на прогрессивный 45-нанометровый технологический процесс.
Компания AMD для производства своих процессоров использовала в то время архитектуру К10. В ее ассортимент входили процессоры Phenom X4, Phenom X3 и Athlon X2. Правда, в отличие от конкурентов, все они изготавливались еще по 65-нм техпроцессу. Конечно, на рынке можно было встретить чипы и более старых поколений, но упоминать их в рамках данного материала нет никакого смысла.
Если же говорить о быстродействии, то здесь пальма первенства была у Intel. Ее решения в общей массе были производительнее, чем у AMD. В особенности это касалось топового сегмента, где баллом правили четырехъядерные процессоры Core 2 Quad серии Q9000 на базе ядра Yorkfield. Хотя, в среднем и низшем сегментах AMD все еще могла навязывать борьбу, и в первую очередь, за счет низких цен, устанавливаемых на свою продукцию. Но общей картины это не меняло, «зеленые» находились в роли догоняющих, что наверняка их совсем не устраивало.
Микроархитектура AMD К10.5 (техпроцесс 45-нм)
Было понятно, что для того чтобы далеко не отпустить конкурента и остаться ключевым игроком на процессорном рынке, AMD архитектуры К10 в ее текущем варианте было не достаточно. Поэтому уже в конце 2008 года дебютировала обновленная архитектура AMD K10.5, в основе которой лежал, наконец освоенный компанией, 45-нанометровый техпроцесс. В целом это позволило повысить тактовые частоты процессоров AMD, увеличить количество ядер до 6, а так же снизить тепловыделение и себестоимость новых продуктов.
При этом чипы, произведенные по более тонкому технологическому процессу, получили название Phenom II. Так же в рамках обновленной архитектуры увидело свет новое семейство процессоров Athlon II и модифицированные бюджетные решения Sempron.
Еще одним нововведением для процессоров Phenom II и Athlon II стала интеграция контроллера памяти, поддерживающего сразу два ее типа – DDR2 и DDR3. При этом для работы с ОЗУ DDR3 был разработан новый разъем Socket AM3, который сохранил обратную совместимость с предыдущим Socket AM2+. Это означало, что новые ЦП могли устанавливаться в старые материнские платы и работать с памятью предыдущего поколения DDR2.
Что бы лучше понять эволюцию процессоров AMD для настольных ПК на базе микроархитектуры К10.5, рассмотрим несколько подробнее их основные характеристики и хронологию появления на рынке.
Phenom II X4 800/900 (Deneb). Первые четырехъядерные процессоры AMD изготовленные на базе обновленной архитектуры К10 с использованием 45-нанометрового техпроцесса были представлены в начале января 2009 года. Начальные версии Phenom II X4 были построены на ядре Deneb и имели кэш-память L2 для каждого ядра равную 512 Кб. Кэш третьего уровня, общий для всех ядер, разнился, и у 800-ой серии составлял 4 Мб, а у 900-ой – 6 Мб. Частотный потенциал X4 находился в довольно широком диапазоне от 2.5 ГГц до 3.7 ГГц.
Phenom II X3 700 (Heka). По уже устоявшейся традиции, следом за четырехъядерной линейкой, в феврале 2009-ого компания AMD выпускает трехъядерные процессоры со схожими характеристиками 900-ой серии, но только с одним отключенным ядром. В отличие от чипов с четырьмя рабочими ядрами, здесь максимальная тактовая частота была ограничена тремя гигагерцами.
Phenom II X2 500 (Callisto). В июне 2009 года следует и еще один предсказуемый шаг – выпуск двухъядерного процессора Phenom II. Как несложно догадаться это был тот же X4 900-ой серии только с двумя отключенными ядрами, у которых по тем или иным причинам при работе возникали ошибки. Диапазон тактовых частот этих чипов составлял от 2,8 ГГц до 3,4 ГГц. Несколько оторванным от серии оказался выпущенный в мае 2011 года Phenom II X2 570 с тактовой частотой 3.5 ГГц.
Athlon II X2 200 (Regor). В июне 2009 года компания AMD приступила к выпуску нового семейства процессоров под названием Athlon II. Первым из них стал двухъядерный чип, имевший в отличие от Phenom II X2, два ядра на кристалле, а не четыре из которых половина была отключена. Это позволил снизить себестоимость Athlon II и соответственно его конечную розничную цену.
Еще одной отличительной особенностью Athlon II от Phenom II стало отсутствие кэш-памяти третьего уровня L3 у всех процессоров этого семейства и удвоенный объем кэша L2 для каждого ядра до 1 Мб у чипов 200-ой серии. Исключение составляла только младшая модель с индексом 215, которая имела прежние 512 Кб кэша второго уровня. Диапазон тактовых частот модельного ряда 200-ой серии составлял от 2,7 ГГц до 3,3 ГГц.
Sempron 100 (Sargas/Regor). В конце лета 2009 года, AMD решила вспомнить о своем самом бюджетном семействе Sempron, представив общественности одноядерный процессор (ядро Sargas) с индексом 140, тактовой частотой 2,7 ГГц и кэшем второго уровня 1 Мб. Следующие же чипы из этой серии с частотами 2,8 и 2,9 ГГц дебютировали только осенью 2010 года. Так же в третьем квартале 2010 года увидел свет и первый двухъядерный Sempron 180 на ядре Regor. Его тактовая частота была ниже, чем у одноядерного собрата и равнялась 2,4 ГГц. Общим объем L2-кэша остался тем же, хотя в пересчете на каждое ядро, был уменьшен в два раза до 512 Кб.
Athlon II X4 600 (Propus) – можно назвать самыми бюджетными четырехъядерными процессорами того времени. Будучи анонсированными в сентябре 2009 года имел тактовые частоты 2.2 – 3.1 ГГц и размер L2-кэша 512 Кб для каждого ядра.
Athlon II X3 400 (Rana). Логичным завершением формирования модельного ряда линейки Athlon II в ноябре 2009 года стали трехъядерные процессоры 400-ой серии, являвшимися теми же X4, но имевшие одно отключенное ядро и несколько больший частотный диапазон от 2.2 до 3.4 ГГц.
Athlon II 100 (Sargas). Еще одной осенней новинкой 2009-ого года стало немногочисленное маломощное семейство одноядерных процессоров с пониженным энергопотреблением, которое практически не использовалось для домашних настольных систем. По сути, это стало еще одним примером безотходного производства. Ведь для данной серии можно было использовать не только усеченные ядра Regor с одним отбракованным вычислительным ядром, но и чипы с низким частотным потенциалом (1.8 ГГц – 2 ГГц).
Phenom II Х6 1000T (Thuban). В апреле 2010-ого года AMD пускает в бой тяжелую артиллерию и выпускает свою первую линейку шестиядерных процессоров, ставшей венцом всей архитектуры K10. Флагманский чип с индексом 1100Т имел тактовую частоту 3,3 ГГц, которая в турборежиме автоматически могла повышаться до 3,7 ГГц, а так же на радость любителям разгона - разблокированный множитель (BlackEdition). Самая младшая модель работала на частоте 2,6 ГГц (3,1 ГГц в режиме Turbo). Величины кэша второго и третьего уровней остались такими же, как и у всей серии Phenom II - 512 Кб на каждое ядро (L2) и 6 Мб для всех ядер (L3).
Phenom II X4 840/850 (Propus). Одними из последних представителей архитектуры K10.5 стали две новые модели процессоров Phenom II X4 800-ой серии, выпущенные в начале 2011 года. Их отличительной особенностью стало полное отсутствие в чипах кэш-памяти третьего уровня.
Ну а теперь давайте посмотрим в наглядном виде, как позиционируются друг относительно друга все семейства процессоров, построенных на архитектуре К10.5, исходя из их производительности. Для этого мы построим диаграмму на основе информации, взятой из открытой базы данных проекта PassMark, насчитывающей более 200 тысяч результатов проверки различных процессоров тестовым пакетом CPU Benchmark PassMark Performance Test.
В результирующей диаграмме все семейства процессоров будут представлены старшими моделями. Более того, что бы лучше понять, насколько эффективной оказалась обновленная архитектура К10, сюда же мы поместим результаты чипов AMD предыдущего поколения, а так же их основных конкурентов - процессоров Intel на архитектуре Core.
Итак, как видно из диаграммы, переход AMD к новому 45-нанометровому техпроцессу и обновленной архитектуре положительно сказался на общей производительности процессоров компании. При этом мы видим, что от былого преимущества Intel не осталось и следа. Конечно, здесь стоит сделать небольшую поправку с учетом хронологии выхода конкретных моделей по времени, так как производство наиболее производительных решений пришлось уже на конец 2010, начало 2011 года, спустя почти два года с момента анонса K10.5. Но главное, что новая архитектура позволила AMD все же сделать шаг вперед и вновь навязать борьбу на рынке своему основному конкуренту.
Микроархитектура Intel Nehalem (техпроцесс 45-нм – 32-нм)
После успеха процессоров построенных на базе архитектуры Core первого поколения, Intel не стала долго почивать на лаврах и спустя два года, в 4-ом квартале 2008-ого, представила на суд общественности следующую микропроцессорную архитектуру - Nehalem. В ее основу легла все та же Core, но при этом в новую разработку было внесено столько кардинальных изменений, что даже странно, почему Intel не стала называть Nehalem архитектурой Core второго поколения.
Но прежде чем говорить непосредственно о ключевых инновациях, которые принесла новая архитектура, несколько забегая вперед обратим внимание на один немаловажный факт. В этот момент компания Intel решила поменять систему разделения процессоров на семейства и их позиционирование на рынке, что в свою очередь повлекло за собой изменение названий чипов. Примечательно, что разработанная в те времена система наименования процессоров, используется Intel, и по сей день.
Итак, было решено разделить процессоры с названием Core на три семейства вместо двух в то время существовавших Core 2 Duo и Core 2 Quad. Из наименований убрали двойку и обозначение количества ядер, заменив их, на индексы: i7, i5 и i3. Семейство Core i7 должно было включать самые передовые решения компании. Процессоры Core i5 были нацелены на массовый сектор производительных компьютеров. И наконец, Core i3 должны были занять нишу в бюджетном секторе систем среднего уровня. При этом брэнды Pentium и Celeron продолжили свое существование в самых бюджетных секторах рынка.
Помимо других имен, новые процессоры получили и другие разъемы. Первые чипы из семейства Core i7 были рассчитаны на установку в собственный сокет LGA 1366. Для всех же остальных представителей новой архитектуры, включая и некоторые модели Core i7, был предназначен сокет LGA 1156.
Ну а теперь давайте посмотрим, какие же новаторства принесла с собой новая архитектура. Одним из главных изменений в Nehalem стало то, что контроллер оперативной памяти DDR3 был перенесен из северного моста чипсета непосредственно в сам процессор, что должно было повысить эффективность обмена данными в этой ключевой связке. При этом шина FSB, обеспечивавшая многие годы соединение центрального процессора с главным системным контроллером была упразднена, а на смену ей пришли новая шина QPI (QuickPath Interconnect) для LGA 1366 и модифицированная DMI (Direct Media Interface) для LGA 1156. Кстати, стоит отметить, что компания AMD пошла на этот шаг несколько раньше своего конкурента.
Не менее важным стал и тот факт, что в рамках архитектуры Nehalem, компания Intel осуществила очередной переход на более тонкий литографический процесс. Таким образом, в январе 2010 года увидело свет новое поколение процессоров, изготовленных при помощи 32-нанометрового техпроцесса, в которые были интегрированы графическое ядро, и контроллер шины PCI-E x16. Таким образом, ключевой до этого компонент в системной логике Intel – северный мост, распаивавшийся на материнских платах в виде отдельной микросхемы, перестал существовать.
Помимо этого в новое процессорное ядро был добавлен кэш третьего уровня и возвращена поддержка технологии Hyper-Threading, позволяющая создавать 2 виртуальных ядра на базе одного физического. То есть четырехъядерный процессор определялся системой, как восьмиядерный.
Ну и наконец, в рамках архитектуры Nehalem дебютировала и еще одна процессорная технология – Turbo Boost, которая активно применятся и в нынешнее время. Turbo Boost, по сути является технологией «саморазгона» процессора и позволяет увеличивать тактовую частоту активных ядер выше номинальной в автоматическом режиме. При этом частотный потолок рассчитывается исходя из допустимых показателей температуры и энергопотребления. Например, четырехъядерный процессор с номинальной частотой 2.8 ГГц, при двух неиспользуемых ядрах может быть разогнан до 3,33 ГГц.
Ну а теперь давайте посмотрим в хронологическом порядке, как формировался модельный ряд процессоров, построенных на архитектуре Nehalem.
Core i7 900 (Bloomfield). Первые процессоры со встроенным трехканальным контроллером памяти на архитектуре Nehalem (техпроцесс 45-нм) были анонсированы публике 16 ноября 2008 года. Ими стали чипы, относящиеся к флагманской линейке Core i7. Все они имели по четыре вычислительных ядра, расположенных на одном кристалле, 256 Кб кэша второго уровня для каждого ядра, 8 Мб неразделяемого кэша третьего уровня и поддержку технологии Hyper-Threading. Тактовые частоты находились в диапазоне от 2,66 ГГц до 3,2 ГГц.
Все процессоры данного семейства устанавливались в разъем LGA 1366, а для обмена данными между вычислительными ядрами и памятью, использовали высокоскоростную шину QPI, пришедшую на замену FSB. При этом все чипы на базе Bloomfield не имели встроенного графического ядра.
Стоит отметить, что решения на базе Bloomfield в первую очередь были ориентированы на премиум-сектор производительных систем и имели довольно высокую стоимость. Причем это касалось не только самих процессоров, но и системных плат для них.
Core i7 800 (Lynnfield). Следующая волна новых процессоров на базе новой архитектуры появилась только лишь спустя почти год, в начале сентября 2009-ого. Объяснялось это тем, что в основе новой линейки Core i7 лежало уже другое ядро - Lynnfield, принесшее целый ряд кардинальных отличий от 900-ой серии, призванных снизить стоимость производительных процессоров и сделать их более доступными для массового сектора.
В новом ядре трехканальный контроллер памяти был заменен на двухканальный, а шина QPI, на DMI. Так же процессоры получили новый разъем LGA 1156 и технологию Turbo Boost. Зато без изменений осталось количество ядер, как и прежде во всех процессорах линейки Core i7 их было по четыре штуки, а так же объемы кэшей L2 и L3, которые равнялись 4х256 Кб и 8 Мб соответственно. Так же практически не изменился и частотный потенциал новых чипов, который варьировался от 2.66 ГГц до 3.07 ГГц. Правда, благодаря технологии Turbo Boost, в определенных режимах ядра процессора могли разгоняться до 3,6 – 3,73 ГГц.
Будучи изготовленными еще по 45-нм технологии, чипы 800-ой серии так же не имели встроенного видеоядра.
Core i5 700 (Lynnfield). Одновременно вместе с семейством Core i7 800 в сентябре 2009 года компания Intel анонсировала новые микропроцессоры для настольных систем среднего уровня – Core i5. В стартовую линейку вошли три четырехъядерные модели с тактовыми частотами 2,4 ГГц, 2,66 ГГц и 2,8 ГГц. Всех их характеристики были такими же, как и у старших собратьев из 800-ой серии за исключением одной детали - процессоры Core i5 не имели поддержки технологии Hyper-Threading.
Corei5 600 (Clarkdale). 4 января 2010 года компания Intel представила свои первые процессоры, изготовленные по 32-нм технологическому процессу. Как и следовало ожидать, новое ядро Clarkdale принесло с собой кардинальные изменения для семейства Core i5. Все процессоры 600-ой серии стали двухъядерными, но при этом им была возвращена поддержка технологии Hyper-Threading. Но главное, что с этого момента в процессорах Intel появилось встроенное видеоядро, работавшее на частоте 733 МГц (Core i5 661 – 900 МГц).
Частотные характеристики самих процессоров, за счет меньшего количества ядер и более тонкого техпроцесса возросли. Самая младшая модель имела номинальную частоту 3,2 ГГц (в режиме Turbo Boost – 3,46 ГГц), а старшая – 3,6 ГГц (в режиме Turbo Boost– 3,8 ГГц). Кэш второго уровня остался прежним и составил 256 Кб на каждое ядро, а вот L3, как и количество ядер, был урезан наполовину до 4 Мб.
Core i3 500 (Clarkdale). Вместе с Core i5 600, того же 4 января 2010 года, дебютировало новое семейство процессоров Intel Core i3 младшего уровня, ориентированное на бюджетный сектор ПК. Главным их отличием от решений 600-ой серии стали пониженные тактовые частоты (2.93 ГГц - 3.33 ГГц) и отсутствие режима Turbo Boost. В остальном основные характеристики процессоров Core i3 практически не отличались от Core i5.
Pentium G6900 (Clarkdale) – немногочисленное семейство двухъядерных процессоров начального уровня, анонсированное вместе с линейками Core i5 600 и Core i3 500 в начале января 2010-ого и включавшее в себя всего два процессора с тактовыми частотами 2,8 ГГц и 2,93 ГГц. В отличии от Core i3, у чипов G6900 был урезан кэш третьего уровня до 3 Мб, снижена частота встроенного графического ядра до 533 МГц и отсутствовала поддержка технологии Hyper-Threading.
Celeron G1101 (Clarkdale) стал единственным процессором этого семейства, изготовленным на базе архитектуры Nehalem. G1101 имел два вычислительных ядра, работавших на частоте 2,26 ГГц, кэш L2 по 256 Кб на каждое ядро, кэш L3 урезанный до 2 Мб, а так же видеоядро, функционирующее на частоте 533 МГц. Из характеристик ясно, что это сверхбюджетный процессор, ориентированный на компьютеры самого начального уровня.
Core i7 970 (Gulftown). В третьем квартале 2010 года Intel выпустила на рынок свой первый шестиядерный процессор для настольных компьютеров, который стал ответом на уже существующую к тому моменту линейку AMD Phenom II Х6 1000T, так же включавшую в себя процессоры с 6 вычислительными ядрами. Core i7 970 имел тактовую частоту 3.20 ГГц, способную повышаться в режиме Turbo Boost до 3.46 ГГц. Кэш второго уровня составил те же 256 Кб на каждое ядро, а вот L3 подрос до немалых 12 Мб. Процессор был рассчитан на установку в разъем LGA1366 и использовал шину QPI.
Заключение
Теперь, после того как мы познакомились со всеми линейками процессоров Intel и AMD того времени, давайте посмотрим на их производительность, и самое главное, сравним решения, построенные на базе архитектур Nehalem, конкурирующей К10.5 и бывшего лидера Core. Для этого, как и в предыдущем случае, воспользуемся опубликованными на ресурсе cpubenchmark.net, результатами тестирования процессоров, полученными с помощью бенчмарка CPU PassMark Performance Test . В сравнении участвуют старшие модели серий.
Из итоговой диаграммы наглядно видно, каким был расклад сил на процессорном рынке к концу 2011 года. Однозначно можно сказать, что процессоры на архитектуре Nehalem получились быстрее своих предшественников и позволили Intel сохранить лидирующие позиции в секторе производительных решений.
Так мы видим, что шестиядерный Core i7 970 оказался просто вне конкуренции, оставив шестиядерный Phenom II X6 далеко позади. При этом для того, что бы добиться такой же производительности, как у флагманского чипа AMD, процессорам Intel оказалось достаточно на два вычислительных ядра меньше. Так четырехъядерные Core i7 с более низкими тактовыми частотами показывают практически такие же результаты, что и Phenom II X6. Правда здесь стоит сделать одну оговорку. Все таки Core i7 970 являлся очень нишевым продуктом, ориентированным на энтузиастов, готовых платить большие деньги за столь высокую производительность и не был расчитан на массовый рынок.
Ту же самую картину мы наблюдаем и в среднем сегменте. Двухъядерный Core i5 навязывает борьбу Athlon II X4 и Phenom II X4, имеющих по четыре ядра. Таким образом, видно, что AMD из-за менее эффективной архитектуры приходится добиваться приемлемой производительности за счет увеличения в процессорах количества ядер. Именно поэтому все двухъядерные решения от AMD безнадежно застряли в самом низу рейтинга, составив конкуренцию устаревшему к тому времени Core 2 Duo E7600 и сильно урезанному Pentium G6960.
Итак, мы видим, что к концу 2011 года паритет на процессорном рынке остался прежним. Intel продолжала доминировать и выпускать самые производительные решения. AMD же удалось хорошо закрепиться в среднем и бюджетном сегменте за счет недорогих четырехъядерных и трехъядерных решений. Но это и не удивительно, так как на протяжении последних нескольких лет именно невысокие цены на свою продукцию позволяли AMD держаться на плаву и противостоять более быстрым решениям Intel.
Правда, уже к концу года все могло измениться, так как в третьем квартале 2011-ого обе компании приступили к выпуску процессоров, в основе которых лежали новые архитектуры: AMD Bulldozer (К11) и Intel Sandy Bridge (Core второго поколения). Но о них мы вам расскажем уже в следующем материале.
Читайте также:
Процессорные войны: Intel против AMD. Часть I - Как все начиналось (2000 – 2006 гг.)
Процессорные войны: Intel против AMD. Часть II – Архитектуры Core и К10 (2006 – 2008 гг.)
Пособие для начинающих: Центральный процессор и его характеристики