Долгожданный Athlon XP 2200+ на 0.13-микронном ядре Thoroughbred

Введение

Спустя примерно год после того, как компания Intel начала массово выпускать x86 процессоры, при производстве которых используется 0.13-микронный технологический процесс, завершил перевод своих мощностей на применение новой технологии и давний конкурент Intel, фирма AMD. Надо сказать, что довольно длительное время AMD удавалось вполне успешно соперничать с Intel и без помощи самой современной технологии. Благо, прогрессивная архитектура K7, используемая в процессорах, построенных на ядре Palomino, давала возможность Athlon XP не отставать по производительности от старших моделей Pentium 4, работающих на гораздо более высоких тактовых частотах. Однако, в последнее время ситуация значительно изменилась. Частоты Pentium 4 резко подросли, а AMD оказалась в своего рода тупике со своим 0.18-микронным технологическим процессом, ограничивающим частоты процессоров на ядре Palomino числом 1.73 ГГц.
Именно такое положение дел и сложилось к началу лета, когда, после ряда задержек, компания AMD, наконец, смогла объявить о выпуске своих первых CPU для настольных PC с новым ядром Thoroughbred, при производстве которого применяется 0.13-микронный технологический процесс. Именно вследствие вышеизложенного, на новое ядро поклонники продукции компании AMD возлагают огромные надежды. Thoroughbred, хотя и не обладает практически никакими архитектурными отличиями от предшественника, способен дать возможность продолжить увеличение тактовых частот линейки Athlon XP, что вполне может позволить производительным процессорам от AMD настичь своих конкурентов от Intel.
Итак, в моих руках оказался первый процессор с ядром Thoroughbred, имеющий частоту 1.8 ГГц, то есть всего лишь на 66 МГц большую, чем у старшей модели Palomino. Однако интерес этот CPU представляет не столько благодаря своей частоте, сколько, благодаря новому ядру, произведенному по более современной технологии. Поэтому далее я уделю внимание не столько производительности нового Athlon XP, сколько несколько другим, не менее важным вопросам. В их числе:

Отличия Thoroughbred от Palomino
Температурный режим новых процессоров Athlon XP
Дальнейшие планы AMD по развитию линейки Athlon XP
Разгон процессоров на ядре Thoroughbred

Что такое Thoroughbred?

В первую очередь обратим внимание на отличия нового ядра Thoroughbred от его предшественника, используемого в процессорах семейства Athlon XP, ядра Palomino.
Коротко, основное различие между этими ядрами кроется в используемом для их производства технологическом процессе. Если же подходить к ответу на поставленный вопрос более развернуто, то нужно отметить что переход на 0.13-микронный процесс для выпуска Thoroughbred позволит AMD убить сразу несколько "зайцев".
"Зайцы" эти, в первую очередь, технологического характера. Так, усовершенствование технологического процесса влечет за собой уменьшение размера процессорного ядра, а это в свою очередь, выливается в возможности производства большего числа процессорных ядер на одной подложке. По данным AMD из одной пластины диаметром 200 мм (а именно такие пластины и используются на Fab30 в Дрездене) можно получить 322 кристалла Thoroughbred, в то время как на пластине того же диаметра ранее помещалось лишь 201 ядро Palomino. Итог – удешевление производства, дающее шанс нам, как конечным пользователям, надеяться на дальнейшее продолжение текущей ценовой политики AMD.
Также, нельзя упускать из виду и тот факт, что смена технологического процесса позволит наращивать частоты процессоров Athlon XP еще выше. Как уже неоднократно отмечалось, частота 1.73 ГГц, фактически, является пределом для 0.18-микронного ядра Palomino. Замена же ядра Palomino на Thoroughbred должна позволить AMD дальнейшее ускорение своей линейки производительных CPU. Например, по предварительным данным, процессоры Athlon XP с ядром Thoroughbred должны будут до конца года, как минимум, перевалить за двухгигагерцовый рубеж. Впрочем, в то же время AMD планирует заменить ядро Palomino на Thoroughbred и в младших моделях Athlon XP с рейтингом, начиная с 1700+.

Однако ядро Thoroughbred рассматривать как простую переделку Palomino с учетом новых норм технологического процесса все же не совсем верно. Thoroughbred по своей внутренней структуре значительно отличается от Palomino, в чем можно убедиться по следующим фото процессорных ядер:
Надо сказать, что именно подобные переделки вызвали некоторую задержку появления Thoroughbred на рынке. Первоначальный вариант этого ядра не удовлетворил разработчиков, и именно поэтому в начале года, как планировалось изначально, Thoroughbred мы не увидели. AMD пришлось дополнительно поработать над дизайном 0.13-микронного ядра, результаты этой работы – налицо, но к сожалению, время было потеряно, и после выхода Athlon XP 2100+ на ядре Palomino с выпуском очередных процессоров семейства произошла некоторая заминка.

Несмотря на то, что внешне Thorougbred похож на Palomino не сильно, по своим характеристикам оба ядра практически идентичны. Отличия состоят лишь в технологии и как следствие – в площади и геометрии ядра. В таблице ниже приводятся основные характеристики ядер Athlon XP в сравнении с характеристиками Pentium 4 на ядре Northwood:


Тот факт, что в Thoroughbred мы не увидели никаких архитектурных изменений по сравнению с Palomino, объясняется достаточно просто. В настоящее время AMD уже сосредоточилась на доводке своих процессоров восьмого поколения Hammer, которые увидят свет в начале следующего года. Поэтому заниматься усовершенствованием старой архитектуры K7 у AMD нет ни желания, ни свободных ресурсов. Дальнейшее развитие Athlon XP будет происходить по накатанной колее – путем простого увеличения тактовых частот.

Впрочем, еще одно изменение с Athlon XP все же произойдет. В следующем ядре, которое будет использоваться в процессорах этой линейки до конца ее существования, имеющем кодовое название Barton, до 512 Кбайт будет увеличен кеш второго уровня. Отметим, что увеличение кеш-памяти станет единственным отличием Barton от Thoroughbred. Это изменение AMD решила внести в свой будущий продукт вследствие вынужденного редизайна 0.13-микронного ядра для перевода его выпуска на производственные мощности UMC.
Поскольку до выхода Barton остается еще около полгода, вернемся к герою сегодняшнего рассказа, ядру Thoroughbred.

Подводя итог вышесказанному, остается только констатировать, что отличий Thoroughbred от Palomino немного. Что же касается "внешних проявлений" нового ядра, то есть признаков, по которым процессоры с ядрами Palomino и Thoroughbred можно отличить друг от друга, то тут надо отметить следующее:

CPUID процессоров с ядром Thoroughbred изменен на 68xh. Напомню, что CPUID процессоров с ядром Palomino – 66xh.

Пассивные компоненты, располагавшиеся ранее внизу процессора, теперь перенесены на его верхнюю поверхность.

Маркировка процессора, располагавшаяся ранее на самом ядре процессора, теперь вынесена на дополнительную пластиковую наклейку на корпусе CPU.

Слегка изменилась и сама маркировка – теперь строка начинается с символов "AXD". Полностью же маркировка процессоров Athlon XP на ядре Thoroughbred расшифровывается следующим образом:

Что касается совместимости, то согласно утверждениям AMD, новые процессоры с ядром Thoroughbred полностью совместимы с Socket A инфраструктурой и единственное, что требуется от материнских плат для поддержки новых Athlon XP, это обновленная и понимающая новые процессоры версия BIOS. Впрочем, имеется и ряд утверждений пользователей о том, что некоторые материнские платы все еще не поддерживают Thoroughbred. Поэтому перед покупкой нового CPU не забудьте удостовериться на сайте производителя платформы, что конкретно ваша материнская плата поддерживает процессор с ядром Thoroughbred (не забудьте удостовериться в ревизии материнской платы).

Так ли горячи Athlon XP, как мы привыкли об этом думать

Еще одним бонусом, который практически всегда получает производитель процессоров при переходе на более "тонкую" технологию, является уменьшение тепловыделения. Исключением не стал и новый Athlon XP на ядре Thoroughbred. Благодаря тому, что новые процессоры используют меньшее напряжение питания процессорного ядра, они действительно выделяют меньше тепла. Ниже я привожу официальные данные AMD о максимальном тепловыделении Athlon XP на ядре Thoroughbred и Palomino.


Как видно из приведенной таблицы, переход на 0.13-микронный технологический процесс дал возможность уменьшить тепловыделение Athlon XP на 22% для младших моделей с напряжением питания 1.5В и на 12% для старших моделей с напряжением питания 1.65В. Любопытно, но согласно приведенной таблице, составленной на основе официальных данных, будущие процессоры с ядром Thoroughbred будут выделять тепла не больше, чем старшая на сегодня модель Athlon XP 2200+ на базе ядра Palomino.
Следует отметить, что снижение тепловыделения на 12% - не столь впечатляющий результат. Хотя, учитывая то, что напряжение питания старших моделей Thoroughbred по сравнению с Palomino понизилось всего на 6%, большего ожидать и не приходится.
С другой стороны – а так ли нужно понижать тепловыделение Athlon XP? Например, на следующей диаграмме я сравнил тепловыделения старших моделей Athlon XP на ядре Thoroughbred и Intel Pentium 4 на ядре Northwood:
Да, действительно, типичное тепловыделение процессоров Athlon XP слегка выше, чем у Pentium 4. Однако никакой трагедии в этом нет. Ситуация драматична не настолько, как это представляется подавляющему большинству пользователей. По моему убеждению, никто бы и не стал акцентировать внимание на якобы ужасающем тепловыделении Athlon XP, если бы не три факта, которые, обрастая различного рода подробностями и приукрашиваниями, привели к тому, что средний пользователь считает Athlon XP экстремально горячим CPU.
Итак, вот факты, действительно имеющие место:

Процессоры семейства Athlon XP и особенно, основанные на новом ядре Thoroughbred, нуждаются в качественном кулере с медным основанием, в то время как Pentium 4 не предъявляет к системам охлаждения таких жестких требований;

Процессоры семейства Athlon XP выходят из строя от перегрева чаще, чем Pentium 4;

Процессоры Athlon XP при обычном использовании имеют более высокую температуру ядра, чем Pentium 4.

Поставленный перед этими фактами неподготовленный читатель тут же сделает вывод о чрезмерно высокой и, возможно, даже опасной, температуре Athlon XP. Однако указанные факты нуждаются в комментариях, проясняющих суть дела, потому что сравнение с Pentium 4 здесь не совсем корректно – механизмы работы этого процессора Intel, его термические режимы и мониторинг существенно отличаются от функций, реализованных в Athlon XP.
Итак, попробуем разобраться. Что касается необходимости использования с Athlon XP на ядре Thoroughbred кулеров с медным основанием, то тут все просто: ядро Thoroughbred обладает маленькой площадью поверхности кристалла, через которую необходимо отводить тепло. Поэтому, плотность теплового потока, которая должна забираться от процессора у Thoroughbred достаточно высока, и выделяемое тепло должно успевать быстро распространяться по основанию охладителя во избежание локального перегрева. Именно поэтому основание радиатора должно быть выполнено из материала с высокой теплопроводностью.

Что касается Pentium 4, то этот процессор снабжен IHS (Integrated Heat Spreader), выполняющим ту же роль, что и медное основание кулера Athlon XP. У Pentium 4 выделяемое ядром тепло сначала распределяется на IHS, представляющий собой двухмиллиметровую медную пластину с никелевым покрытием, а потом через большую площадь поверхности теплораспределителя отдается на основной радиатор. Вследствие этого, кулер для Pentium 4 может быть выполнен и из алюминия, поскольку IHS – по сути медное основание радиатора, интегрированное сразу на процессор.
Впрочем, наличие IHS у Pentium 4 имеет и минусы. Из-за возникающего дополнительного контакта IHS c кулером, термическое сопротивление систем охлаждения Pentium 4 получается несколько большим, чем могло бы быть в случае прямого прилегания радиатора к ядру. Однако, Intel при помощи IHS смог довольно эффективно решить проблему локального перегрева процессорного ядра.
AMD, к сожалению, так и не пришла к использованию IHS в процессорах с ядром Thoroughbred. Также, IHS не будет и у CPU с ядром Barton. Однако все процессоры AMD восьмого поколения, выходящие в конце этого - начале следующего года будут оборудоваться теплораспределителем.
Что касается сгораний процессоров Athlon XP, то тут возразить нечего – эти CPU действительно порой выходят из строя от перегрева, в то время как конкурирующее семейство Pentium 4 снабжено термозащитой, останавливающей процессор при превышении критической температуры. У Athlon XP подобной защиты нет, поэтому в случае ошибок пользователя при монтаже кулера или при использовании некачественных или неплотно прилегающих к ядру систем охлаждения, процессоры как на ядре Palomino, так и на ядре Thoroughbred могут попросту сгорать.

Говорить о том, что AMD не позаботилась о защите своих CPU от перегрева – неверно. Просто компания возложила часть задачи контроля на материнскую плату и, как мы видим, крупно просчиталась. Снабдив свои процессоры на ядрах Palomino и Thoroughbred встроенным термодатчиком, показания которого должна, согласно первоначальному замыслу, обрабатывать материнская плата, AMD стала заложником производителей плат, которые отнюдь не поспешили поддержать новую инициативу. Установка схемы термического контроля на материнскую плату требует от производителей дополнительных затрат. Даже учитывая, что эти затраты невысоки (необходимая логика стоит не более $1), тратиться, как оказалось, никто не желает. Посему, на сегодняшний день на рынке присутствует очень немного материнских плат, обладающих корректной схемой термоконтроля. Отметим, что надежда на изменение ситуации все же есть: AMD решила требовать от производителей материнок поддержки термоконтроля силовым методом и больше не будет сертифицировать устройства, не обладающие адекватной схемой термозащиты.
Справедливости ради замечу, что процессоры восьмого поколения, в отличие от предшественников, будут обладать встроенной защитой от перегрева ядра, подобно Pentium 4.

Теперь поговорим о более высокой температуре Athlon XP во время работы. Как это не выглядит парадоксальным, виноват в этом также не сам процессор, а опять же производители материнских плат для него. Дело в том, что при выполнении команды HALT, означающей остановку процессора в связи с отсутствием инструкций для выполнения, CPU обычно переключаются в соответствующий "ждущий" режим (Halt и Stop Grant). Процессоры семейства Pentium 4 при этом автоматически переходя в режим пониженного энергопотребления. В случае с Athlon XP, для перехода в состояние пониженного энергопотребления, требуется отключение от системной шины (Bus Disconnect), что, по идее, реализуется средствами набора системной логики и BIOS материнской платы.
К сожалению, с отключением шины вышел казус, очень похожий на положение дел с термодиодом. Как показывает практика, BIOS практически всех материнских плат сконфигурирован таким образом, что Athlon XP никогда не входит в состояние пониженного энергопотребления. В результате, в то время как процессоры Pentium 4 отдыхают, Athlon XP - продолжают работать. Если при этом учесть, что при своем обычном использовании в офисных задачах компьютеры простаивают в ожидании данных для обработки более 95% времени, становится вполне понятным, почему в обычных условиях температура Athlon XP выше температуры Pentium 4.
На настоящий момент мне известен лишь один производитель материнских плат, реализующий в BIOS своих продуктов переход в состояние пониженного энергопотребления процессоров Athlon XP. Это – Fujitsu-Siemens, платы которого, к сожалению, в розничной продаже практически отсутствуют.

Температура Thoroughbred – практическое тестирование

Я провел ряд экспериментов, в рамках которого выполнялось измерение температуры работающих процессоров Athlon XP с ядрами Palomino и Thoroughbred, а также Pentium 4 с ядром Northwood. Целью этих опытов являлось экспериментальное подтверждение изложенной в предыдущем разделе теории, а также изучение температуры новых Athlon XP на практике.
Для тестирования термических характеристик процессоров мною использовался открытый стенд, работающий при температуре окружающего воздуха в комнате 25 градусов. Температура процессорного ядра измерялась при помощи встроенного в процессор термодиода средствами материнской платы. В качестве Socket A платформы была использована ASUS A7V333 на базе набора логики VIA KT333 (одна из немногих, способная использовать встроенный в Athlon XP термодатчик), а в качестве платформы для Pentium 4 применялась плата MSI 845GMax, основанная на чипсете i845G. В целях соблюдения "чистоты эксперимента" для охлаждения процессоров в Socket A и Socket 478 платформах использовался один и тот же кулер – Thermaltake Volcano 7+. Этот охладитель был выбран мною по одной простой причине – он может крепиться на оба типа сокетов благодаря входящим в комплект поставки различным наборам креплений. Скорость вращения вентилятора на кулере устанавливалась в 3000 оборотов в минуту для получения приемлемого уровня шума.Перед каждым тестом процессоры и кулер остывали по 30 минут, показания температур в устойчивых состояниях снимались через 30 минут после запуска аппаратно-программного обеспечения. Используемая операционная система – MS Windows XP Professional. Всего в испытаниях приняло участие четыре процессора: Athlon XP 2100+ на ядре Palomino, Athlon XP 2200+ на ядре Thoroughbred, Pentium 4 2.2 и Pentium 4 2.53 на ядре Northwood.
В первую очередь мной была измерена температура процессоров в Windows XP в "пассивном режиме". Спустя полчаса после запуска операционной системы установилась следующая картина:
Вот – наглядное подтверждение сказанному выше. В состоянии покоя процессоры Athlon XP оказываются несколько горячее процессоров Pentium 4 на ядре Northwood. Корень проблем Athlon XP – в материнской плате, не переводящей его в состояние пониженного энергопотребления в моменты простоя.
Посмотрим теперь, как поведут себя процессоры под нагрузкой. Для эмуляции "экстремального" прогрева CPU мною использовались программки из пакета CPUBurn.
Ага! Оказывается, если Pentium 4 загрузить работой по полной программе, не давая ему выполнять спасительных инструкций HALT, его температура будет ничуть не ниже температуры Athlon XP. Более того, процессору Pentium 4 2.53 ГГц удается обойти даже Athlon XP 2100+ на ядре Palomino, несмотря на то, что теоретическое тепловыделение у Pentium 4 меньше. Кроме того, надо заметить, что новый Athlon XP 2200+ на ядре Thoroughbred оказывается холоднее предшественника на целых четыре градуса.
Следующий эксперимент – исследование температуры процессоров при реальной работе. Для этого с частотой раз в пять секунд снималось значение температуры CPU во время выполнения теста SYSmark 2002. Как известно, данный бенчмарк моделирует действия реального пользователя, запуская приложения и работая в них со скоростью среднего "гипотетического" человека. Поэтому, располагая полученными данными, мы можем с достаточно высокой точностью утверждать, что средняя температура в SYSmark 2002 является средней температурой процессора при работе в офисных приложениях и задачах для создания цифрового контента.
Как видим, в целом ситуация не в пользу Athlon XP. Если при полной загрузке Pentium 4 2.53 ГГц удавалось нагреться сильнее соперников от AMD, то в нашей модели реальной работы Athlon XP на обоих ядрах оказывается горячее. Причины этого те же – процессоры AMD в моменты простоя не переходят в состояния с пониженным энергопотреблением. Справедливости ради надо заметить, что при подобных испытаниях, проводимых с использованием Socket A материнской платы от Fujitsu-Siemens, результаты которого, надеюсь, я смогу обнародовать несколько позже, температура Athlon XP оказывается значительно ниже и не превосходит температуру старшей модели Pentium 4.
Отмечу также, что Athlon XP 2200+, построенный по технологии 0.13-микрон, оказывается не сильно холоднее своего собрата Athlon XP 2100+ c 0.18-микронным ядром Palomino.

На последнем и, пожалуй, самом красочном, графике в данном разделе запечатлен протокол изменения температуры во время выполнения SYSmark 2002.
Картинка не только забавная, но и полезная. Во-первых, в глаза бросается то, что характер кривой изменения температуры Pentium 4 коренным образом отличается от характера кривой изменения температуры Athlon XP. Если температура процессора от AMD изменяется плавно, то градиент температуры Pentium 4 скачет достаточно сильно. Я не хочу делать на основании этого факта далеко идущих выводов, потому что весьма вероятно, что данное отличие объясняется различными принципами работы схем измерения температуры или различным местоположением термодиода внутри кристалла процессора.
Во-вторых, заметим, что почти всегда Athlon XP нагрет сильнее Pentium 4. Однако, примерно в конце первой трети графика имеется пик, в котором температура Pentium 4 2.53 превосходит температуру обоих Athlon XP. Этот пик приходится на момент обработки видеоролика в Adobe Premiere, что, очевидно, задействует все ресурсы процессора.
В-третьих, еще раз хочется обратить внимание, что во время реальной работы температура Athlon XP 2200+ на ядре Thoroughbred не намного ниже температуры Athlon XP 2100+ на ядре Palomino. Впрочем, учитывая, что в дальнейшем AMD не намерена увеличивать тепловыделение последующих моделей Athlon XP на ядре Thoroughbred, температурный режим Athlon XP 2200+ выглядит вполне приемлемым.

О будущем Thoroughbred

Несмотря на то, что выпуск Thoroughbred ознаменовал для AMD начало новой эры – использование технологического процесса 0.13 мкм, просуществовать это ядро, похоже, сможет весьма непродолжительный срок. Вообще, у AMD наблюдается крайне странная тенденция – каждое новое ядро имеет все более и более короткий жизненный цикл. Так, первое Socket A ядро Thunderbird просуществовало в процессорах Athlon XP примерно 16 месяцев. За это время его частота выросла в два раза: с 700 до 1400 МГц. Пришедшее на смену Thunderbird ядро Palomino смогло прожить уже только 8 месяцев. Его частоты лежали в диапазоне 1.2-1.73 ГГц. Новое 0.13 микронное ядро Thoroughbred просуществует, похоже, и того меньше – только до конца года.
Что касается частот процессоров на базе 0.13-микронного ядра Thoroughbred, то согласно планам AMD, компания в течение третьего квартала предложит процессоры Athlon XP (Thoroughbred) с рейтингами 2300+ и 2400+, частоты которых будут соответственно равны 1.87 ГГц и 1.93 ГГц. Далее, в четвертом квартале будут выпущены Athlon XP c рейтингами 2500+ и 2600+. Частоты этих процессоров будут равны 2.0 ГГц и 2.07 ГГц. А далее… все. Больше Athlon XP, основанных на ядре Thoroughbred выпускаться не будет.
Объяснение этого парадокса достаточно очевидно. AMD сейчас делает основной упор на развитие линейки процессоров восьмого поколения, поэтому с каждым днем внимания архитектуре K7 будет уделяться все меньше и меньше. В течение 2003 года AMD вообще хочет избавиться от выпуска Socket A процессоров, полностью переориентировавшись на производство ClawHammer и SledgeHammer, по крайней мере, на своей фабрике Fab30. Как известно, Fab25 полностью прекратит производство CPU и будет переориентирована на выпуск микросхем флеш-памяти.
В связи с этим производство CPU для разъема Socket A будет отдано на откуп тайваньской компании UMC. Однако UMC подхватит эстафету AMD не при помощи того же самого ядра Thoroughbred, а начнет производить процессоры Athlon XP, использующие новое ядро, известное сегодня под кодовым именем Barton. Именно поэтому Thoroughbred в настоящий момент смотрится как некоторое переходное звено на пути к Barton.
Barton, также как и Thoroughbred, будет выпускаться с применением 0.13-микронного технологического процесса без использования SOI. Однако, это ядро по сравнению с Thoroughbred будет оснащено вдвое большим кешем второго уровня. В результате, площадь ядра Barton возрастет до 115 кв. мм, а число транзисторов в этом ядре увеличится до 53.9 миллионов.
Очевидно, из-за того, что Barton – гораздо более сложное процессорное ядро по сравнению с Thoroughbred, его частоты AMD вряд ли удастся поднять выше предельных частот Thoroughbred. Поэтому весьма вероятно, что Athlon XP от UMC на ядре Barton, которые появятся на рынке в начале 2003 года, будут иметь тактовые частоты не более 2 ГГц. Однако, увеличенный L2-кеш несомненно повлияет на общую производительность процессоров, в результате чего AMD сможет присвоить 2-гигагерцовым Barton более высокий рейтинг, например 2800+.
В итоге, примерное расписание выхода новых Socket A процессоров выглядит следующим образом:


На этом дальнейший рост тактовых частот CPU для разъема Socket A по логике должен будет прекратиться, так как в противном случае эти процессоры начнут конкурировать с перспективными CPU восьмого поколения на ядре ClawHammer. Тем не менее, окончание производства CPU для разъема Socket A произойдет значительно позднее. По крайней мере, AMD обещает, что в течение всего 2003 года это гнездо поддержки не лишится.

Разгон процессоров на ядре Thoroughbred

Многие из наших читателей наверняка интересуются, насколько сильно можно разогнать новые процессоры Athlon XP на ядре Thoroughbred. Ведь кажется, что использование 0.13-микронной технологии для производства этих CPU должно способствовать их хорошей разгоняемости. Если к этому добавить и тот факт, что согласно планам AMD частоты Thoroughbred смогут впоследствии перевалить за отметку 2 ГГц, от новых Athlon XP можно ожидать неплохого потенциала для оверклокинга.
К сожалению, реальность оказалась гораздо хуже. Наш Athlon XP 2200+, работающий на частоте 1.8 ГГц и использующий частоту FSB 133 МГц работал только при повышении частоты FSB до 142 МГц. Улучшить этот результат не получилось никакими силами – ни при помощи лучшего охлаждения, ни поднятием напряжения питания ядра. Таким образом, максимальная частота, которую удалось достичь, составила 1917 МГц. То есть с одной стороны мне удалось увеличить частоту свыше штатной всего на 6.8%. Но с другой – мне удалось практически достичь скорости Athlon XP 2400+, чья частота будет равна 1933 МГц.
В то же время необходимо иметь в виду следующее. Традиционно, первые процессоры на новых ядрах от AMD гонятся не так хорошо, как хотелось бы. Такая ситуация была в свое время с Thunderbird, затем повторилась с Palomino, и теперь мы снова наблюдаем ее в случае Thoroughbred. Дело в том, что новый технологический процесс, по которому производятся 0.13-микронные Athlon XP пока окончательно не отлажен, и со временем выход кристаллов, способных работать на более высоких тактовых частотах, будет значительно улучшаться. Поэтому не будет удивительно, если приобретаемые через несколько месяцев Athlon XP на ядре Thoroughbred при разгоне смогут беспрепятственно преодолевать 2-гигагерцоый барьер. А пока нам придется довольствоваться лишь теми скромными результатами, которые удалось получить сегодня.

Как я тестировал

В принципе, в плане производительности многого от новых Athlon XP ждать не приходится. Поскольку в них нет никаких архитектурных усовершенствований по сравнению с предшественниками на ядре Palomino, прирост производительности, который может дать Athlon XP 2200+ на ядре Thoroughbred по сравнению со старым Athlon XP 2100+, будет обуславливаться только лишь увеличением тактовой частоты на 66 МГц.
Поэтому целью данного тестирования производительности явилось выявление уровня производительности нового Athlon XP 2200+ по отношению к предшественнику Athlon XP 2100+ и конкурентам в лице процессоров семейства Intel Pentium 4.
Чтобы поставить процессоры в равные условия, они тестировались в платформах с DDR333 SDRAM системной памятью. Платформа для Athlon XP использовала самый быстрый на сегодня набор логики VIA KT333, а Pentium 4 работал на плате, основанной на чипсете i845G, который, согласно данным моих предыдущих исследований, обладает наилучшей производительностью среди DDR333 наборов логики для Socket 478 процессоров.
В итоге, состав тестовых систем можно описать следующей табличкой:


Все тесты выполнялись в операционной системе MS Windows XP Professional, материнские платы настраивались на максимальную производительность (были установлены минимальные тайминги для памяти).
Также, к результатам тестов я решил добавить и показатели разогнанного процессора Athlon XP на ядре Thoroughbred. Поскольку при оверклокинге этот CPU смог достичь частоты 1917 МГц, близкой к цифре 1933 МГц, на диаграммах разогнанный Athlon XP 2200+ будет проходить под названием "Athlon XP ~2400+". Просьба не забывать об этом во избежание недоразумений.
Поскольку количество тестов, проведенных нами в рамках исследования новых процессоров значительно превосходит обычное, мы разбили результаты на несколько групп по характеру тестовых задач.

Производительность: Офисные приложения и кодирование данных

По данным SYSmark 2002, процессоры семейства Pentium 4 смотрятся лучше своих соперников от AMD. Причем, преимущество CPU от Intel настолько явное, что даже разогнанный Athlon XP на ядре Thoroughbred не может догнать Pentium 4 2.2 ГГц. Объясняется это по-видимому тем, что новые версии приложений, входящие в состав SYSmark, стали использовать набор инструкций SSE2, не поддерживаемый семейством Athlon XP.
Сжатие звука в формат mp3 на Athlon XP выполняется достаточно быстро. Новая модель с рейтингом 2200+ работает практически с той же скоростью, что и Pentium 4 2.4B ГГц.
А вот при компрессии видео кодеком DivX на высоте вновь процессоры семейства Pentium 4. Новая, пятая версия этого кодека, используемая нами для теста, поддерживает SSE2 инструкции. К тому же, обработка видео – алгоритм, чувствительный к пропускной способности магистрали процессор-память, а по этому параметру платформы на базе Pentium 4 превосходят Athlon XP из-за более скоростной процессорной шины.
Скорость нового Athlon XP 2200+ близка при архивировании данных архиватором WinRAR к производительности процессора Pentium 4 с частотой 2.2 ГГц.
Хотя PCMark2002 и является синтетическим тестом, его результаты я поместил именно в этот раздел, так как алгоритмы, используемые им для оценки скорости CPU, включают декомпрессию JPEG, компрессию и декомпрессию по алгоритму LZ77, текстовый поиск и преобразование аудиопотока. Результаты таковы, что по производительности в этом бенчмарке Athlon XP 2200+ чуть-чуть не дотягивает до результатов Pentium 4 2.2 ГГц.

Что же касается измеренного быстродействия подсистем памяти, то Pentium 4 обгоняют Athlon XP ввиду более быстрой процессорной шины, даже несмотря на одинаковую память, используемую в платформах. Хотя в Athlon XP системе пиковая пропускная способность памяти равна 2.7 Гбайт в секунду, полоса пропускания процессорной шины в 2.1 Гбайт в секунду в ней не дает процессору утилизировать шину памяти полностью. У процессоров Pentium 4 линейная пропускная способность шины памяти гораздо больше – 3.2 или 4.2 Гбайт в секунду в зависимости от частоты FSB (100 или 133 МГц), а поэтому выше оказывается и скорость работы с памятью, измеренная практически.

Производительность: 3D-игры

В этом тесте производительность нового Athlon XP 2200+ оказывается выше производительности Pentium 4 2.2 ГГц, но меньше быстродействия Pentium 4 2.4В ГГц.
В Return to Castle Wolfenstein скорость Pentium 4 несколько выше, что позволяет Pentium 4 2.2 ГГц обойти Athlon XP 2200+. Однако, эта игра основана на движке Quake3, известном своей лояльностью к процессорам производства Intel.
Подобную ситуацию видим мы и в популярной игре – симуляторе вертолета Comanche 4.
А вот в новой ролевой игре Dungeon Siege Athlon XP 2200+ обгоняет Pentium 4 2.2 ГГц и приближается к Pentium 4 2.4B ГГц.
Вторая версия шутера Serious Sam: Second Encounter наоборот, особенно "атлонолюбива". Новый Athlon XP 2200+, работающий на частоте 1.8 ГГц обгоняет даже топовый Pentium 4, имеющий на 40% большую частоту – 2.53 ГГц. Очевидно, что создатели игры не стали оптимизировать свой движок под SSE2, что не дало преимущества Pentium 4, продемонстрировав мощь FPU Athlon XP.

Производительность: 3D рендеринг

Мы исследовали скорость 3D рендеринга в трех популярных пакетах – 3ds max 4.26, Maya 4.0.1 и новой версии Lightwave 7.5. Во всех тестах мы хронометрировали скорость рендеринга сцен, поэтому на диаграммах меньшее значение соответствует лучшему результату. Для тестирования в 3ds max была использована сцена islands, измерение скорости в Maya 4.0.1 проводилось по методике Maya-Testcenter rendertest, а в Lightwave нами были использованы сцены sunset и raytrace.
Что бы ни говорили поклонники процессоров Athlon XP, но последняя версия 3ds max 4.26 имеет неплохую оптимизацию под набор инструкций SSE2. Поэтому финальный рендеринг на процессорах семейства Pentium 4 теперь выполнятся быстрее, чем на Athlon XP, несмотря на выдающиеся вычислительные свойства последнего.
Maya специальной оптимизации под какие бы то ни было процессоры не имеет, поэтому результат в ней таков, что скорость нового Athlon XP 2200+ примерно соответствует скорости Pentium 4 2.4B ГГц.
Новая версия пакета Lightwave также как и 3ds max 4.26 получила оптимизацию под набор инструкций SSE2. Поэтому удивляться столь впечатляющим результатам семейства Pentium 4 не следует. Кроме того, использованная в данном случае сцена raytrace является бенчмарком, рекомендованным для использования компанией Intel. Естественно, я не мог обойти стороной возможность измерить скорость рендеринга сцен, которые Intel использовать не рекомендует. Результат, мягко говоря, получился прямо противоположный:
Таким образом, ничего определенного про превосходство какой-либо архитектуры в Lightwave 7.5 сказать нельзя. Все зависит от конкретных сцен.

Производительность: CAD

В "общем зачете" результаты распределились привычным образом: Athlon XP 2200+ показывает скорость, близкую к быстродействию Pentium 4 2.2 ГГц.
Комментируя более конкретные цифры, следует отметить, что Athlon XP оказывается силен при выполнении вычислений, в то время как визуализация при помощи Pentium 4 выполняется несколько эффективнее. Особенно это касается каркасного 3D режима.

Производительность: Научные и профессиональные OpenGL приложения

Вполне естественно, что семейство Athlon XP при решении задач математического моделирования показывает себя с лучшей стороны. В приложениях такого типа основное значение имеет скорость работы блока операций с плавающей точкой, а это – сильная сторона архитектуры Athlon. Pentium 4, работающий на гораздо более высокой тактовой частоте, уступает в этом тесте Athlon XP, оснащенному трехконвейерным высокопроизводительным блоком FPU.
В бенчмарках, входящих в состав пакета SPECviewperf 7.0, процессоры Athlon XP достаточно сильны. Причины те же: используемые в тестах алгоритмы достаточно стары и не задействуют SSE2 инструкций. Ну а при выполнении интенсивной вычислительной работы равных Athlon XP все еще нет.
Также, мы протестировали CPU еще в одном бенчмарке – SPECapc for 3ds max 4.26. Этот новый тест позволяет оценить скорость работы во viewports в последней версии пакета 3ds max 4.26. Тест использует четыре различных сцены и выполняет их анимацию в оболочке программы. Подробнее о тесте можно прочитать тут.
Результаты по своей сути очень похожи на то, что мы уже наблюдали в другом профессиональном приложении, AutoCAD. Вычислительный рейтинг Athlon XP высок, однако при визуализации большая пропускная способность магистрали процессор-память и поддержка SSE2 инструкций выводит Pentium 4 вперед. В итоге, общая производительность Athlon XP 2200+ оценивается несколько лучше производительности Pentium 4 2.2 ГГц, но хуже быстродействия Pentium 4 2.4B ГГц.

Выводы

Пора подвести итоги. Переход AMD на 0.13-микронную технологию не принес ничего нового. Ядро Thoroughbred архитектурно оказалось таким же, как и Palomino, со всеми его плюсами и минусами. В результате, от новых Athlon XP многого ждать не следует. AMD получила возможность дальнейшего неспешного увеличения тактовых частот, что и будет происходить еще примерно в течение полугода, пока на смену Thoroughbred не придут Barton с большим L2 кешем и ClawHammer c архитектурой восьмого поколения.
В то же время, хотя новые Athlon XP на ядре Thoroughbred выделяют меньше тепла и потенциально могут работать на более высоких частотах, их разгоняемость на данный момент оставляет желать лучшего. Поэтому с прицелом на оверклокинг брать Athlon XP на ядре Thoroughbred сегодня бессмысленно.
Запустив 0.13-микронные CPU в серию, AMD еще раз подтвердила, что проблем с производством будущего потенциального хита Hammer у компании быть не должно. Кроме того, перевод линейки Athlon XP на более совершенную технологию означает удешевление ее производства, что в итоге должно будет вылиться в понижение цен на процессоры AMD, значительно повышающее их привлекательность.

Что же касается производительности, то мы только можем констатировать, что AMD отстала от Intel и сейчас не может предложить процессоров с быстродействием, близким к скорости старшей модели Pentium 4 с частотой 2.53 ГГц. Новые Athlon XP 2200+ работают в большинстве случаев всего-навсего чуть быстрее, чем Pentium 4 2.2 ГГц. Кроме того, по мере постепенного внедрения системы команд SSE2 процессоры Pentium 4 начинают проявлять себя все лучше и лучше. Если добавить к этому недавний перевод линейки Pentium 4 на частоту шины 533 МГц, что также внесло свой небольшой вклад в повышение ее производительности, то можно ожидать, что Athlon XP с рейтингом, эквивалентным частоте процессоров от Intel начнет слегка отставать от них в значительном числе приложений.
С другой стороны надо сказать, что хотя пальму первенства в терминах быстродействия AMD утратила, равных процессорам Athlon XP по соотношению цена-производительность на рынке нет и не предвидится. Ну и не следует забывать о том, что существует категория задач, где Athlon XP и не думал упускать лидерство – это алгоритмы, связанные с вычислениями, выполняемыми блоком FPU.