Pentium M 780 в основе настольного PC: применяем переходник ASUS CT-479 на практике

Введение

То, что архитектура NetBurst оказалась не столь удачной, как обещал Intel при её выведении на рынок – вполне очевидный факт. Хотя при создании семейства процессоров Pentium 4 инженеры Intel собирались покорить частоты до 10 ГГц, реализация этих планов натолкнулась на невозможность одновременно с высокими частотами обеспечить и приемлемое тепловыделение CPU. В результате, Intel официально отказался от выпуска процессоров с архитектурой NetBurst, работающих с частотами свыше 4 ГГц. К счастью для Intel, дальнейшее развитие процессоров пошло по несколько другому пути. Вместо интенсивного наращивания тактовых частот производители CPU выбрали экстенсивный путь – увеличение количества вычислительных ядер. В противном случае положение Pentium 4 по отношению к конкурирующим продуктам оказалось бы весьма незавидным. Впрочем, даже сейчас старшие модели процессоров AMD побеждают процессоры Pentium 4 в большинстве тестов.
Тем не менее, неожиданно проявившиеся минусы архитектуры NetBurst, заключающиеся в чрезмерно высоком тепловыделении и энергопотреблении процессоров, основанных на ней, не означают, что в числе продуктов Intel нет более удачных CPU. К счастью, в гонке за гигагерцами Intel не свернул дальнейшее развитие и выпуск процессоров с предыдущей архитектурой, Pentium III. Хотя процессоры этого семейства и были ликвидированы с рынка решений для настольных компьютеров, для них нашлась другая подходящая ниша. CPU с близкой к Pentium III архитектурой нашли применение в мобильных компьютерах. Более совершенный технологический процесс плюс отдельные усовершенствования, направленные на уменьшение тепловыделения и увеличение эффективности, дали Pentium III новую жизнь, в которой эти процессоры приобрели имя Pentium M.
С самого появления CPU семейства Pentium M они не переставали привлекать внимание энтузиастов. Одновременно с низким тепловыделением эти процессоры показывали и очень хорошую производительность, благодаря чему, кстати, ноутбуки на базе Pentium M смогли завоевать чрезвычайно широкую популярность. К сожалению, до недавнего времени эксплуатация процессоров этого перспективного семейства в настольных компьютерах была невозможна из-за того, что на рынке не существовало соответствующих наборов системной логики. Лишь совсем недавно некоторые производители материнских плат смогли преодолеть противодействие со стороны Intel и выпустили несколько платформ, позволяющие установку Pentium M в настольные компьютеры. Однако эти платформы были несколько неприспособленны для применения в десктопах из-за того, что они основывались на тех же чипсетах для ноутбуков. В результате, их функциональность была ограничена, а производительность сдерживалась как минимум одноканальным контроллером памяти, который в настоящих настольных платформах встречается лишь в системах самого нижнего ценового диапазона.
К счастью, позднее нашлась и другая возможность использования процессоров линейки Pentium M в настольных компьютерах. Благодаря тому, что процессоры Pentium M, несмотря на близкое родство с Pentium III, используют системную шину Quad Pumped Bus, инженерам компании ASUS удалось разработать переходник, позволяющий установку мобильных CPU класса Pentium M в обычные материнские платы, предназначенные для процессоров Pentium 4. В данной статье мы познакомимся с этим замечательным устройством, а также изучим тот уровень производительности, который могут предложить сегодня процессоры Pentium M при их использовании в основе настольных PC. Однако начнём рассказ мы прежде всего с краткого знакомства с архитектурой Pentium M.

Об архитектуре Pentium M

Итак, что же представляет собой Pentium M? Сам Intel не балует пользователей подробной информацией об архитектуре этого процессора. В материалах компании указываются формальные характеристики этих процессоров, а также лишь некоторые их особенности: оптимизация архитектуры для мобильных PC, выделенный менеджер стеков, технология micro-ops fusion и поддержка расширенной технологии Intel SpeedStep. Однако такое описание ясности относительно строения процессоров Pentium M не добавляет. То есть, Intel не склонен сообщать пользователям детальную информацию о Pentium M и на это есть свои причины.
Дело в том, что в основе процессоров Pentium M лежит архитектура P6 (применявшаяся в процессорах начиная с Pentium Pro и заканчивая Pentium III), в которую внесены лишь некоторые усовершенствования. Таким образом, на фоне широко разрекламированной архитектуры NetBurst процессоры Pentium M выглядят на первый взгляд неким "шагом назад". Впрочем, это только на первый взгляд. Более детальное знакомство с внутренним устройством Pentium M показывает, что во многих отношениях эти процессоры лучше Pentium 4, если к вопросу сравнения подходить более комплексно. Кроме того, не следует забывать и о том, что архитектура P6 была одной из самых удачных архитектур, разработанных Intel. Об этом, например, говорит хотя бы то, сколько времени она смогла просуществовать на рынке в виде различных воплощений. Поэтому, очередная реинкарнация Pentium III в лице Pentium M вполне может претендовать на то, чтобы добиться немалых успехов.
Впрочем, давайте посмотрим, какие же усовершенствования были внесены Intel в старый добрый Pentium III, для того, чтобы он стал многообещающим процессором Pentium M.

Конвейер и исполнительное ядро. Поскольку Pentium M основывается на той же RISC архитектуре, что и CPU семейства Pentium III, то в части исполнительного ядра отличий между этими процессорами немного. Первое, что выдаёт сходство этих CPU – это наличие одинакового количества исполнительных устройств – по пять. Однако уже в части исполнительного конвейера у процессоров обнаруживаются некоторые отличия. В то время как процессоры семейства Pentium III имели целочисленный конвейер длиной 10 стадий, длина конвейера в процессорах семейства Pentium M была несколько увеличена. Конечно, речь не идёт о том, что Pentium M имеет конвейер, по длине сопоставимый с длиной конвейера процессоров Pentium 4, однако цели при добавлении дополнительных стадий к конвейеру Pentium M инженеры Intel преследовали аналогичные. Как известно, удлинение конвейера в процессорном ядре позволяет увеличить предельные тактовые частоты, однако при этом, что особенно существенно для мобильных процессоров, тепловыделение и энергопотребление CPU возрастает пропорционально росту длины конвейера. Поэтому, судя по имеющимся эмпирическим данным, длина исполнительного конвейера процессоров семейства Pentium M составляет 12-14 стадий: лишь немногим более чем у Pentium III. Кроме увеличения частотного потенциала, добавление дополнительных стадий исполнительного конвейера связано и с появлением в процессорах Pentium M новой технологии micro-ops fusion (наслоения микроопераций), о которой подробнее будет рассказано чуть ниже.
Как уже неоднократно говорилось, увеличение длины конвейера современных суперскалярных процессоров, имеющих механизм внеочередного исполнения инструкций, влечёт за собой и ряд отрицательных эффектов, помимо роста тепловыделения и энергопотребления. В первую очередь – это снижение уровня производительности, вызванное необходимостью перезаполнения конвейера при неправильных предсказаниях переходов. Поэтому, в большинстве случаев разработчики при добавлении к исполнительному конвейеру дополнительных стадий заботятся об уменьшении отрицательного влияния этого эффекта. Соответственно, на втором месте среди усовершенствований Pentium M по сравнению с Pentium III следует отметить улучшения, направленные именно на уменьшение количества неправильных предсказаний переходов.

Улучшенный механизм предсказания ветвлений и аппаратная предвыборка данных. Механизм предсказания ветвлений как раз и предназначается для уменьшения количества ситуаций, в которых процессору приходится полностью сбрасывать конвейер из-за того, что на нём начала исполняться не та ветвь программы. По сравнению с механизмом предсказания ветвлений в Pentium III, соответствующий блок процессора Pentium M был существенно улучшен. Фактически, в Pentium M используется схема предсказания переходов, родственная применённой в процессорах Pentium 4.
Механизм предсказания переходов в Pentium M подобен аналогичному блоку в процессорах с ядром Prescott: в нём добавлен отдельный механизм определения циклов и дополнительный механизм косвенного предсказания переходов. То есть, в части предсказания переходов Pentium M существенно отличается от своего прародителя и даже превосходит в этой области процессоры семейства Pentium 4, выпущенные до их перевода на ядро Prescott. Конечно, уйти от классической статистической схемы предсказания переходов, основанной на использовании таблицы истории переходов, в Pentium M не удалось. Однако благодаря добавлению нескольких новых методик инженерам Intel удалось увеличить точность предсказания переходов в Pentium M более чем на 20% по сравнению с Pentium III.
Первое усовершенствование – наличие механизма определения циклов. Дело в том, что при использовании обычного статистического подхода результат предсказания перехода по условию выхода из цикла оказывается всегда неверным. Конечно, можно просто наращивать размер буферов, в которых накапливается информация о переходах, однако, это будет вызывать достаточно большие задержки, вызванные необходимостью анализа всей этой информации. Поэтому, в Pentium M применён несколько иной подход: отдельный механизм по характерным признакам выделяет циклы в коде и накапливает информацию о количестве итераций, выполняемых в рамке того или иного цикла. Благодаря этому точность предсказания условий выхода из циклов значительно увеличивается.
Второе улучшение – появление механизма предсказания косвенных переходов, то есть таких, адрес перехода в которых не известен на этапе компиляции кода, а определяется состоянием того или иного регистра в процессе работы программы. В таких переходах использование стандартного статистического метода с таблицей истории переходов и таблицей адресов переходов даёт сравнительно плохие результаты: правильно предсказывается не более 75% таких ветвлений. Поэтому, в Pentium M как раз для ветвлений такого рода разработчики добавили дополнительную таблицу, сохраняющую информацию об адресах переходов этого типа.
Итогом добавления этих двух схем стало значительное сокращение простоев исполнительных устройств, вызванное необходимостью перезаполнения исполнительного конвейера. В результате, только благодаря описанным усовершенствованием, производительность Pentium M удалось увеличить примерно на 7% относительно производительности Pentium III, работающего на аналогичной тактовой частоте.
Вместе с усовершенствованной схемой предсказания переходов, в Pentium M появилась и новая схема аппаратной предвыборки данных из памяти в кеш. Новый алгоритм, нашедший своё применение в Pentium M, более эффективен, нежели аналогичный алгоритм процессоров Pentium III, и подобен алгоритму аппаратной предвыборки данных процессоров Pentium 4 на ядре Prescott.

Технология micro-ops fusion. Процессоры Pentium M, подобно Pentium III или Pentium 4, имеют RICS архитектуру. Это значит, что их исполнительные устройства работают не напрямую с x86 инструкциями, а с некими внутренними более простыми командами. Дело в том, что выполнение RISC инструкций проще алгоритмизируется, чем исполнение x86 команд, которые частенько могут иметь три или даже большее число операндов. В результате, x86 команды, после прохождения декодера CPU могут заменяться как одной микроинструкцией, так двумя или даже тремя. За примерами ходить далеко не надо. Очень распространенные команды типа сохранения данных в памяти или оперирования данными из памяти декодируются процессором в пару инструкций. В первом случае этой парой оказываются команды вычисления адреса и сохранения данных в буфере, во втором – команды чтения данных из памяти и оперирования над этими данными. Учитывая тот факт, что все современные процессоры обладают возможностью внеочередного исполнения микроинструкций, команды, являющиеся частями одной x86 операции могут приходить на исполнительный конвейер независимо. В случае если исполнение одной такой микроинструкции не связано с исполнением другой микроинструкции, в этом нет ничего плохого, однако в противном случае, если выполнение одной микроинструкции требует знания результата другой, это может вызывать простои конвейера. Такие простои, которые в общем-то не так страшны для процессоров с архитектурой NetBurst, где количество исполнительных устройств сравнительно велико, в CPU класса Pentium M могут ощутимо снижать производительность. Более того, такие простои вызывают и необоснованное потребление процессором энергии, что для мобильных компьютеров является неоправданным расточительством. Поэтому, в процессорах семейства Pentium M введена технология micro-ops fusion, призванная бороться с такого рода простоями исполнительных устройств.
Суть технологии micro-ops fusion чрезвычайно проста. Для некоторого набора x86 инструкций, перечень которых Intel не разглашает, декодер осуществляет привязку друг к другу микроинструкций, получающихся при декодировании сложной x86 команды. Очевидно, что список таких команд состоит как раз из x86 инструкций, распадающихся на зависимые микроинструкции. Несмотря на то, что при использовании технологии micro-ops fusion число инструкций, исполненных не в порядке следования в программе, снижается примерно на 10%, производительность от этого отнюдь не падает. Более того, при работе процессора с целочисленным кодом использование технологии micro-ops fusion поднимает быстродействие примерно на 5%, а при работе с вещественными числами – на величину порядка 9%.
Отметим, что такие последовательности микроинструкций, склеенные технологией micro-ops fusion для исполнения процессором в определённом порядке, представляются процессором на всех этапах кроме собственно выполнения одной командой. Этот подход позволяет ещё больше сократить расход энергии на выполнение сложных x86 инструкций.

Выделенный менеджер стека. Ещё одна инновация, применённая в процессорах Pentium M – это так называемый выделенный менеджер стека, роль которого заключается в уменьшении нагрузки на вычислительные устройства процессора при исполнении стековых x86 инструкций. Суть работы менеджера стека процессора Pentium M состоит в выделении инструкций типа PUSH, POP, CALL и RET поступающих на декодер процессора и частичной их обработки ещё до поступления на исполнительные устройства. Выделенный менеджер стека берёт на себя работу с регистром указателя стека, изменение которого в процессорах Pentium M происходит без участия целочисленных исполнительных устройств, как в процессорах с другими архитектурами. Поскольку программное обеспечение достаточно активно использует операции со стеком, в частности при вызове подпрограмм, использование выделенного менеджера стека позволяет значительно уменьшить загрузку исполнительных устройств CPU. В конечном итоге это выливается как в увеличение производительности процессора, так и в уменьшение его тепловыделения. В частности, использование выделенного менеджера стека позволяет сократить число обрабатываемых целочисленными исполнительными устройствами инструкций примерно на 5%.

Процессорная шина. Несмотря на то, что архитектура процессоров Pentium M основывается на архитектуре процессоров Pentium III, используемая ими шина кардинально отличается от шины прародителей. Действительно, предусмотренная архитектурой P6 процессорная шина имела очень низкую по сегодняшним меркам пропускную способность (максимум – 1 Гбайт в секунду), и поэтому её применение в современных процессорах было признано нецелесообразным. Следовательно, совершенно неудивительно, что в Pentium M инженеры Intel решили использовать Quad Pumped Bus – процессорную шину, применяющуюся в CPU семейства Pentium 4. Фактически, использование Quad Pumped Bus – единственное сходство между Pentium 4 и Pentium M. Впрочем, шина Pentium M всё же отличается от шины Pentium 4: некоторые возможности у неё урезаны. В первую очередь это касается частоты. В то время как частота шины процессоров Pentium 4 на сегодня достигла 800 МГц, частота шины, используемой в Pentium M, составляет на сегодня лишь 533 МГц. Во-вторых, шина Pentium M предусматривает лишь 32-битную адресацию, то есть позволяет работать с памятью объёмом не более 4 Гбайт. И, в-третьих, шина, используемая в Pentium M, не имеет поддержки многопроцессорных конфигураций. Впрочем, все эти отличия незначительны, и в целом на уровне интерфейса Pentium 4 и Pentium M совместимы, что теоретически позволяет использование процессоров для мобильных компьютеров с наборами логики, ориентированными для десктопов.

Поддержка SSE2 инструкций. Все процессоры Pentium M поддерживают наборы SIMD инструкций: SSE и SSE2. Таким образом, набор SIMD команд мобильных CPU от Intel по сравнению с Pentium III был расширен. Однако, к сожалению, поддержка набора SSE3, появившегося в Pentium 4 на базе ядра Prescott, в Pentium M не реализована.

Энергосберегающий кеш второго уровня. Следует заметить, что одной из отличительных черт процессоров Pentium M является чрезвычайно большой по сегодняшним меркам объём кеша второго уровня. Так, процессоры этого семейства обладают L2 кешем размером 2 Мбайта. Использование столь больших массивов кеш-памяти позволяет разгрузить процессорную шину и шину памяти, что в конечном итоге положительным образом сказывается на снижении энергопотребления процессора. Однако при этом необходимо заметить, что для снижения электрической мощности, потребляемой кеш-памятью, в Pentium M применяется специальная техника. Так, как и в других процессорах Intel, организация кеш памяти Pentium M предусматривает наличие восьми областей ассоциативности. Однако в Pentium M области ассоциативности дополнительно делятся на четыре квадранта, доступ к которым осуществляется раздельно. В результате такого подхода Intel удалось значительно (почти в 4 раза) снизить энергию, необходимую для питания L2 кеша. Обратной стороной этого усовершенствования явилось увеличение на 1 цикл латентности L2 кеша, по сравнению с латентностью L2 кеша процессоров Pentium III.
Что касается кеша первого уровня, то его объём составляет 64 Кбайта – по 32 Кбайта на код и данные. Это в два раза больше, чем у Pentium III. Ещё одно отличие в организации кеш-памяти Pentium III и Pentium M состоит в том, что у последнего длина строки увеличена до 64 байт: данное изменение позволяет более эффективно организовать работу с данными, используемыми современными программами.

Технология SpeedStep III. Поскольку процессор Pentium M ориентирован на использование в мобильных компьютерах, он оснащён дополнительными энергосберегающими технологиями, главной из которых является технология SpeedStep III. Согласно имеющимся эмпирическим данным, энергопотребление процессоров линейно зависит от тактовой частоты и загрузки CPU работой и квадратично – от напряжения питания CPU. Знание этого факта давно наводит разработчиков на мысль о возможности значительного снижения энергопотребления путём уменьшения тактовой частоты и напряжения питания процессора в те моменты, когда от CPU не требуется полная отдача производительности. Например, во время работы в большинстве офисных приложений, которые для мобильных компьютеров являются одним из основных применений, загрузка процессора достаточно часто далека от 100%. Как раз в такие моменты частота процессора может быть снижена без ущерба для комфортной работы пользователя. Вместе со снижением частоты возможно и снижение питающего процессор напряжения – именно в этом и состоит суть технологии SpeedStep.
Первая реализация технологии SpeedStep, которая присутствовала в CPU семейства Pentium III-M, предполагала возможность работы процессора в двух режимах – производительном (стандартном) и экономичном, с низкой частотой и пониженным напряжение питания. Переход в экономичный режим осуществлялся либо при снижении уровня зарядки аккумулятора ниже некоторого предела, либо в случае полного простоя процессора. Вторая версия SpeedStep, реализованная в мобильных Pentium 4, добавила третий дополнительный режим – адаптивный. В этом режиме переключение между состоянием с максимальной производительностью и пониженным энергопотреблением выполнялось "на лету", в зависимости от загрузки процессора. То есть, по умолчанию процессор работал в состоянии с пониженным энергопотреблением, но при запуске ресурсоёмких приложений автоматически мог переходить на полную мощность. Третья версия технологии SpeedStep, присутствующая в Pentium M, предполагает гораздо большую гибкость адаптивного режима. Процессоры семейства Pentium M имеют до семи различных состояний с пониженной частотой и напряжением питания, которые могут быть активизированы в зависимости от загрузки CPU работой в каждый конкретный момент времени. В результате, SpeedStep III – очень гибкая технология, позволяющая значительно сократить энергопотребление процессора без ущерба для комфортной работы пользователя.

Процессорное ядро. В основе процессоров Pentium M, присутствующих в настоящее время на рынке, используется ядро Dothan. Для производства процессоров с этим ядром применяется технологический процесс с нормами 90 нм и использованием технологии "растянутого кремния". Фактически, технологический процесс, по которому делаются ядра Dothan, аналогичен технологическому процессу, который используется для выпуска CPU семейства Pentium 4 на ядре Prescott. Ядро Dothan имеет площадь 83.6 кв. мм и содержит 140 миллионов транзисторов.
В таблице ниже мы приводим характеристики Pentium M на базе ядра Dothan, где они сравниваются с аналогичными характеристиками процессоров Pentium 4:

Переходник ASUS CT-479

Итак, процессоры семейства Pentium M используют шину Quad Pumped Bus, аналогичную применяемой в процессорах семейства Pentium 4. Какие же препятствия стоят на использовании Pentium M в обычных десктопных платформах, помимо маркетинговых ограничений?
В первую очередь, процессоры Pentium M используют иное процессорное гнездо Socket 479, которое не совместимо по выводам с процессорными разъёмами LGA775 и Socket 478. Казалось бы, эта проблема может быть легко решена посредством простого изменения разводки платы. Однако оказывается, что на пути использования Pentium M с обычными наборами системной логики есть и другое препятствие. Буфера ввода/вывода процессоров Pentium M используют иное сигнальное напряжение. В то время как в процессорах Pentium 4 буфера используют напряжение, равное напряжению ядра, в CPU семейства Pentium M используется пониженное до 1.05 В напряжение на буферах ввода-вывода. Именно поэтому процессоры Pentium M обладают весьма ограниченной совместимостью с классическими наборами логики.
Тем не менее, как показала практика, эта препятствие не является непреодолимым. Инженеры компании ASUS смогли разработать плату-адаптер, позволяющую установку процессоров класса Pentium M в Socket 478 материнские платы, основанные на наборах логики i875/i865.

Данный адаптер ASUS CT-479 решает все проблемы, связанные с различием в назначении контактов в разъёмах Socket 478 и Socket 479, а также берёт на себя и вопросы электрической совместимости. Таким образом, при условии совместимости BIOS материнской платы с процессорами Pentium M, этот адаптер способен позволить использование мобильных CPU от Intel в материнских платах для настольных компьютеров.
Впрочем, список плат, совместимых с ASUS CT-479 не так уж и велик и в настоящее время включает лишь пять продуктов: ASUS P4P800 SE, ASUS P4P800-VM, ASUS P4C800-E Deluxe, ASUS P4GD1 и ASUS P4GPL-X. Эти материнские платы в последних прошивках BIOS содержат необходимый для работы с Pentium M микрокод, что обеспечивает их совместимость (посредством переходника ASUS CT-479) с процессорами Pentium M и Celeron M, основанными на ядрах Dothan и Banias. К сожалению, материнские платы других производителей с ASUS CT-479 работать не могут из-за отсутствия поддержки процессоров Pentium M в BIOS.
Следует заметить, что питание процессора, установленного через адаптер, осуществляется посредством штатного стабилизатора напряжения материнской платы, переходник здесь абсолютно "прозрачен" для CPU. Именно поэтому ASUS CT-479 не поддерживает процессоры класса Low Voltage и Ultra Low Voltage: конвертер питания Socket 478 материнских плат не способен выдавать требуемые для них напряжения. Кроме того, при использовании переходника пользователям придётся пожертвовать и технологией Enhanced Intel SpeedStep. Pentium M, установленный в Socket 478 материнскую плату посредством ASUS CT-479, работает исключительно на штатной частоте.
Установка переходника в систему проста и очевидна. После его подсоединения к Socket 478 разъёму материнской платы, на ASUS CT-479 посредством джамперов следует задать штатную частоту шины процессора Pentium M (400 или 533 МГц), а также подключить к переходнику дополнительное питание.
В комплекте с ASUS CT-479 поставляется специальный кулер, необходимый для охлаждения процессоров Pentium M, установленных через адаптер, и имеющий типоразмер и крепёж, позволяющий его размещение в Socket 478 материнских платах.

Этот кулер не представляет собой ничего особенного: он состоит из небольшого по современным меркам алюминиевого радиатора и вентилятора диаметром 80 мм с максимальной скоростью вращения 3000 оборотов в минуту. В виду того, что процессоры семейства Pentium M изначально предназначены для использования в мобильных компьютерах, их тепловыделение невысоко, и они вполне могут ограничиться достаточно простой системой охлаждения.

Итак, плюсы ASUS CT-479 – налицо. Этот переходник позволяет применять процессоры семейства Pentium M в стандартных Socket 478 материнских платах. Это значит, что настольным системам на базе этого процессора могут быть доступны двухканальный контроллер памяти и полный набор дополнительных контроллеров, присутствующих на Socket 478 платах ASUS для энтузиастов. Однако при использовании переходника приходится жертвовать поддержкой технологии Enhanced Intel SpeedStep.

Процессор Pentium M 780

Данный материал мы планировали как сравнение процессоров Intel различных архитектур: Pentium 4 и Pentium M. Поэтому, для целей тестирования нами было решено выбрать старшие модели CPU в обоих семействах. Самым скоростным процессором в семействе Pentium M в настоящее время является процессор Pentium M 770, имеющий штатную тактовую частоту 2.13 ГГц. Однако, как выяснилось, в ближайшие дни Intel намеревается анонсировать ещё один более производительный CPU в это линейке, Pentium M с рейтингом 780. К счастью, нам представилась возможность заполучить этот процессор в своё распоряжение, поэтому тесты мы выполнили именно с ним.

Так как в обзоре принимает участие не анонсированный пока процессор Pentium M 780, кратко остановимся на его особенностях. Процессор Pentium M 780 основывается на ядре Dothan с 2-мегабайтным кешем второго уровня и имеет тактовую частоту 2.26 ГГц. Процессор работает при частоте шины 533 МГц и имеет номинальное напряжение при штатной частоте, равное 1.372 В. Типичное максимальное тепловыделение Pentium M 780, как и у предшественников, составляет 27 Вт.


Внешне процессор Pentium M смотрится несколько необычно. Дело в том, что на мобильные процессоры не устанавливается крышка-теплораспределитель, защищающая кристалл от механических повреждений. Впрочем, мобильные процессоры редко устанавливаются конечными пользователями, поэтому на таких продуктах теплораспределитель не особо нужен.
Диагностическая утилита CPU-Z пока не знакома с этим процессором, и присваивает ему неправильный рейтинг.

В остальном, данные, приведённые на скриншотах, действительности соответствуют.

Энергопотребление

Процессоры семейства Pentium M разработаны специально для применения в мобильных компьютерах. Поэтому, одно из основных отличительных свойств этих CPU – низкое тепловыделение и энергопотребление. Если, например, сравнивать Pentium M 780 с Pentium 4 670 по параметру "максимальное типичное тепловыделение", то эта величина у Pentium M меньше более чем в четыре раза.
Впрочем, нас в первую очередь интересовало типичное энергопотребление процессоров при практическом использовании. Поэтому, при помощи токовых клещей мы измерили потребляемую процессором мощность тока при его высокой нагрузке специальной утилитой S&M 1.6.0. Полученные данные приведены на диаграмме ниже. Заметим, что цифры, измеренные нами, не учитывают КПД преобразователя напряжения на материнской плате.


Как видим, при высокой загрузке работой Pentium M демонстрирует чрезвычайно низкое энергопотребление. Оно не только почти в шесть раз уступает энергопотреблению старших моделей Pentium 4, но и оказывается в два раза меньше, чем у Athlon 64 на базе нового ядра Venice. Теперь совершенно неудивительно, что Pentium M 780 обходится небольшим алюминиевым кулером, в то время как кулеры для десктопных процессоров уже давно содержат как минимум медные вставки.
Давайте посмотрим теперь, что же происходит с энергопотреблением Pentium M в режиме простоя. Следует заметить, что при наших испытаниях технология Enhanced Intel SpeedStep была отключена для всех процессоров. Но, тем не менее, CPU семейства Pentium 4 в моменты простоя сбрасывают свою частоту до 2.8 ГГц благодаря технологии Enhanced Halt State, аналогов которой у Pentium M нет.


В состоянии простоя Pentium M уже нельзя назвать единоличным лидером. Новые CPU семейства Athlon 64, основанные на ядре Venice, могут похвастать примерно столь же низким энергопотреблением в состоянии простоя. Однако если сравнивать энергопотребление в состоянии простоя у Pentium M и у Pentium 4, то тут мобильный процессор вновь имеет значительное преимущество, даже несмотря на то, что при его использовании через адаптер ASUS CT-479 все специальные технологии энергосбережения оказываются недоступны.
Таким образом, Pentium M можно рассматривать как отличную основу для экономичного компьютера. Этот процессор потребляет мало электроэнергии и к тому же достаточно слабо греется под нагрузкой. Так что для домашних систем он подходит идеально.

Разгон

Прежде чем рассказать о практических опытах по разгону процессора Pentium M, следует заметить, что хотя мы и тестировали старшую модель в этом семействе, это отнюдь не означает, что разгонный потенциал этого CPU невелик. Дело в том, что процессоры Pentium M нацеливаются производителем на мобильный сегмент рынка, поэтому для таких продуктов чрезвычайно важно оставаться в определённых узких рамках с точки зрения тепловыделения. То есть, рост частоты старших моделей в линейке Pentium M ограничивается не столько возможностями архитектуры и существующего технологического процесса, сколько уровнем максимального типичного тепловыделения. В этой связи предельные частоты процессоров семейства Pentium M могут быть значительно выше тех частот, на которых в настоящее время работают старшие модели процессоров в этой линейке.
Таким образом, максимальный уровень частот, достижимых процессорами Pentium M, представляет особый интерес. Чтобы проверить его на практике мы собрали систему на базе материнской платы ASUS P4C800-E Deluxe с переходником ASUS CT-479, посредством которой и выполняли опыты по оверклокингу Pentium M 780. В качестве системы охлаждения нами использовался кулер, поставляемый в комплекте с переходником. Следует заметить, что установка адаптера ASUS CT-479 несколько ограничивает разгонные возможности материнской платы. Так, из числа изменяемых параметров в BIOS Setup пропадает коэффициент умножения, который в процессорах Pentium M, поддерживающих технологию Enhanced Intel SpeedStep, может изменяться в сторону понижения относительно штатного значения. Кроме того, некоторые материнские платы с установленным в них переходником ASUS CT-479 отказываются менять и напряжение на процессоре. К счастью, используемая нами ASUS P4C800-E Deluxe этого недостатка оказалась лишена.
При исследовании частотного потенциала процессора Pentium M 780, штатная частота которого равна 2.26 ГГц, первым делом мы решили определить, каких результатов можно достичь при разгоне без повышения напряжения питания. Напомним, что номинальная частота FSB у тестируемого процессора равна 133 МГц, а коэффициент умножения – 17x.
Как выяснилось, процессор Pentium M 780 действительно позволяет ощутимо увеличить свою частоту при разгоне без применения каких-либо специальных трюков. Просто наращивая частоту FSB, нам легко удалось довести её до 160 МГц. Частота процессора составила при этом 2.72 ГГц, то есть возросла относительно штатного значения на 20%.


Таким образом, получается, что старшая модель в линейке Pentium M обладает 20-процентным запасом по тактовой частоте. В данном случае в этом нет ничего удивительного, однако если бы таким разгонным потенциалом располагал бы старший процессор в линейке десктопных PC, это можно было бы, не сомневаясь, назвать сенсацией.
Памятуя о том, что процессоры семейства Pentium III разгонялись лучше при увеличении напряжения питания, подобный эксперимент мы решили проделать и с Pentium M. Повысив напряжение на 0.1 В выше номинального значения, нам удалось достичь несколько лучших результатов при разгоне. В таком состоянии максимальная частота FSB, при которой процессор сохранял стабильность при своём функционировании, составила 166 МГц. То есть, при повышении напряжения до 1.48 В предельная частота составила 2.82 ГГЦ, что выше штатной частоты уже на 25%.


Таким образом, разгон процессоров семейства Pentium M – весьма выгодное предприятие. Даже старшие модели CPU этого семейства способны работать на частотах, заметно превышающих номинальные. Очевидно, что младшие процессоры в этом семействе могут порадовать своих владельцев ещё больше. Примечательно, что переходник ASUS CT-479 допускает разгон Pentium M использованием практически всех средств материнской платы. Благодаря тому, что он совершенно "прозрачен", для процессора и платы, оверклокинг CPU семейства Pentium M выполняется абсолютно также как и в случае с Socket 478 CPU.
Следует отметить, что обратной стороной увеличения напряжения на процессоре и увеличения его тактовой частоты становится рост тепловыделения и энергопотребления. Например, при работе на частоте 2.82 ГГц энергопотребление Pentium M под нагрузкой составляет уже 40.8 Вт, что, естественно, никаким образом не вписывается в стандартный тепловой пакет этих CPU. Поэтому, вполне логично, что при увеличении эффективности применяемой системы охлаждения, результаты разгона могут оказаться значительно лучше. К сожалению, использование переходника ASUS CT-479 приводит к неприменимости стандартных Socket 478 кулеров для охлаждения Pentium M. Поэтому, если вы задумываетесь о серьёзном разгоне, то главная проблема, которую предстоит решить, - это создание уникальной и эффективной системы охлаждения.

Как мы тестировали

Одной из главных задач, которую мы ставили перед собой при работе над этим материалом, являлось определение уровня производительности процессора Pentium M при его работе в основе настольной системы. Такое применение этого процессора стало возможно с появлением на рынке адаптера ASUS CT-479. Учитывая тот факт, что стоимость старших моделей процессоров Pentium M в сумме с ценой переходника составляет порядка $700, сравнение Pentium M 780 мы выполняли с топовыми процессорами в линейках десктопных CPU: Pentium 4, Pentium D, Athlon 64, Athlon 64 FX и Athlon 64 X2.
Несмотря на то, что теперь процессоры семейства Pentium M можно использовать в обычных материнских платах для энтузиастов, определённые ограничения, связанные с частотой работы подсистемы памяти в системах на их основе, всё-таки остаются. В частности, из-за того, что частота шины современных процессоров Pentium M равна всего лишь 533 МГц, чипсеты i875 и i865, на которых основываются материнские платы, совместимые с переходником ASUS CT-479, могут работать лишь с двухканальной памятью типа DDR333/DDR266 SDRAM. Впрочем, данный недостаток не является определяющим: двухканальной DDR333 памяти с пропускной способностью 5.3 Гбайта в секунду вполне хватает для обеспечения данными процессорной шины, пропускная способность которой у Pentium M составляет 4.3 Гбайта в секунду.

В составе используемых нами тестовых систем применялось следующее оборудование:

Процессоры:

AMD Athlon 64 X2 4800+ (Socket 939, 2.4 ГГц, 2 x 1024KB L2, ревизия ядра E6 - Toledo);
AMD Athlon 64 FX-55 (Socket 939, 2.6 ГГц, 1024KB L2, ревизия ядра CG - Clawhammer);
AMD Athlon 64 4000+ (Socket 939, 2.4 ГГц, 1024KB L2, ревизия ядра CG - Clawhammer);
AMD Athlon 64 3800+ (Socket 939, 2.4 ГГц, 512KB L2, ревизия ядра E3 - Venice);
Intel Pentium Extreme Edition 840 (LGA775, 3.2 ГГц, 2 x 1MB L2);
Intel Pentium 4 Extreme Edition 3.73 ГГц (LGA775, 3.73 ГГц, 2MB L2);
Intel Pentium 4 670 (LGA775, 3.6 ГГц, 2MB L2);
Intel Pentium 4 660 (LGA775, 3.6 ГГц, 2MB L2);
Intel Pentium 4 570 (LGA775, 3.8 ГГц, 1MB L2);
Intel Pentium M 780 (Socket 479, 2.26 ГГц, 2MB L2).

Материнские платы:

ASUS A8N SLI Deluxe (Socket 939, NVIDIA nForce4 SLI);
ASUS P4C800-E Deluxe (Socket 478, Intel 875P);
ASUS P5ND2-SLI Deluxe (LGA775, nForce4 SLI (Intel Edition));
ASUS CT-479 (Socket 479 converter).

Память:

1024MB DDR400 SDRAM (Corsair CMX512-3200XLPRO, 2 x 512MB, 2-2-2-10)*;
1024MB DDR2-667 SDRAM (Corsair CM2X512A-5400UL, 2 x 512MB, 4-4-4-14).

Графические карты:

PowerColor RADEON X800 XT (PCI-E x16);
PowerColor RADEON X800 XT (AGP 8x).

Дисковая подсистема: Maxtor MaXLine III 250GB (SATA150).
Операционная система: Microsoft Windows XP SP2.

* DDR400 SDRAM при использовании с Pentium M работала на частоте DDR333 SDRAM.

Производительность

Офисная работа


Процессоры Pentium M обладают двумя качествами, благодаря которым в офисных приложениях они показывают достаточно неплохие результаты. Во-первых, L2 кеш Pentium M имеет достаточно большой объём, 2 Мбайта, а во-вторых, этот кеш обладает очень низкой латентностью – всего 5 тактов. Благодаря этому в Business Winstone 2004, который измеряет производительность CPU в таких приложениях как Microsoft Access 2002, Microsoft Excel 2002, Microsoft FrontPage 2002, Microsoft Outlook 2002, Microsoft PowerPoint 2002, Microsoft Project 2002, Microsoft Word 2002, Norton AntiVirus Professional Edition 2003 и
WinZip 8.1 результаты Pentium M выглядят весьма убедительно.

К сожалению, другой тест, SYSmark 2004 оценивает производительность Pentium M в офисных приложениях не столь оптимистично. Дело в том, что сценарии, используемые в этом бенчмарке, моделируют работу пользователя с одновременным задействованием нескольких задач. Поскольку Pentium M не имеет никаких технологий многопоточности, в частности Hyper-Threading, его результаты оказываются не столь высоки.

Создание цифрового контента


Здесь результат, продемонстрированный Pentium M 780, снова не радует. Приложения для работы с цифровым контентом, входящие в этот тест (а это Adobe Photoshop 7.0.1, Adobe Premiere 6.50, Macromedia Director MX 9.0, Macromedia Dreamweaver MX 6.1, Microsoft Windows Media Encoder 9 Version 9.00.00.2980,
NewTek LightWave 3D 7.5b и Steinberg WaveLab 4.0f) поддерживают многопоточность и получают большой выигрыш от высокой скорости подсистемы памяти. Ни того, ни другого у системы, построенной на Pentium M, нет.

Абсолютно аналогичная картина наблюдается и в SYSmark 2004.

PCMark04, 3DMark 2001 SE, 3DMark05


Пессимистично оценивает скорость Pentium M 780 и популярный бенчмарк PCMark04. Дело в том, что этот тест активно использует многопоточность, аппаратной реализации которой в мобильных процессорах от Intel нет и в помине. Кстати, этим же объясняется высокий результат семейства Pentium 4 на фоне весьма бледного выступления процессоров AMD Athlon 64.


Зато в тесте 3DMark2001 SE Pentium M 780 выходит на первые позиции. Это позволяет нам надеяться на то, что в играх этот процессор сможет проявить себя с лучшей стороны.


Однако в более новом тесте 3DMark05 Pentium M 780 вновь уступает своим основным конкурентам. Причины этого, очевидно, кроются в использовании в платформе на его основе AGP видеокарты, в то время как Pentium 4 и Athlon 64 платформы работали с PCI Express x16 графикой.

Впрочем, и в процессорных тестах Pentium M выступил весьма бледно. Хотя, в данном случае это вполне объяснимо. Эти тесты, моделируя шейдеры на процессоре, активно используют блок FPU, который в Pentium M слаб по современным меркам.

Игровые приложения

Результаты Pentium M 780 в игровых приложениях просто поражают. Процессор, основанный на архитектуре Pentium III и ориентированный на мобильные применения, не только превосходит все доступные на рынке модели Pentium 4, но и на равных соперничает с Athlon 64 4000+, одним из лучших процессоров для геймеров. Думается, если бы Pentium M обладал бы более скоростной шиной и работал бы с двухканальной DDR400 памятью, его можно было бы признать лучшим процессором для игр без каких бы то ни было оговорок.

Сжатие информации


Как это ни кажется странным, но процессор Pentium M 780 с медленной DDR333 памятью обгоняет в WinRAR полную линейку Pentium 4. Очевидно, что помогает ему в этом большой и быстрый L2 кеш.


Впрочем, в другом архиваторе, 7-zip, ситуация несколько отличается. Тут уже Pentium M не может похвастать столь высокими результатами.

Кодирование аудио и видео


Хотя при кодировании аудио в формат mp3 Pentium M 780 и уступает всем процессорам семейства Pentium 4, его результат оказывается лучше, чем у любых одноядерных CPU семейства Athlon 64.

Лучшими процессорами для кодирования видео продолжают себя показывать Pentium 4. Pentium M же в задачах такого типа терпит полное фиаско. Это связано и с низкой производительностью блока FPU, и с отсутствием поддержки Hyper-Threading, и с тем, что в Pentium M не реализована система команд SSE3.


Впрочем, при использовании отдельных кодеков, например XviD, быстродействие Pentium M 780 выглядит не столь плачевно.

Редактирование изображений и видео

Достаточно неплохой результат показывает Pentium M в Photoshop и After Effects. Здесь этот процессор выступает на уровне старших процессоров семейства Athlon 64, уступая, к сожалению, при этом линейке Pentium 4.


Однако в Adobe Premiere результат мобильного процессора от Intel иначе как провальным не назовёшь.

Математические вычисления


Совершенно закономерен результат Pentium M в Sciencemark. Этот тест активно использует блок FPU, который у Pentium M слабее, чем у Pentium 4 и, тем более чем у Athlon 64.

3D рендеринг

Также как и в расчётных задачах, при финальном рендеринге производительность Pentium M весьма низка.

Выводы

Рассмотренный в рамках этой статьи адаптер ASUS CT-479 показал себя весьма инновационным устройством. На сегодняшний день этот переходник является наилучшим вариантом, позволяющим использование мобильных процессоров семейства Pentium M в настольных системах. Этот конвертер работает со значительным количеством Socket 478 материнских плат от ASUS и даёт возможность использования с Pentium M двухканальной памяти, а также всех дополнительных контроллеров, имеющихся на относительно современных материнских платах для энтузиастов. Кроме того, ASUS CT-479 не препятствует разгону, оставляя в распоряжении пользователя практически полный набор оверклокерских инструментов, реализованных в BIOS Setup материнских плат.
Что же касается целесообразности использования процессоров Pentium M в основе настольных систем, то тут вынести однозначный вердикт вряд ли возможно. В числе несомненных плюсов процессоров этого семейства следует отметить чрезвычайно малое тепловыделение и энергопотребление, что позволяет создание тихих и экономичных платформ на их основе. Производительность таких систем находится на вполне современном уровне, однако говорить о лидерстве всё-таки не приходится.
Архитектура процессоров Pentium M, по сути являющихся обновлёнными процессорами Pentium III, имеет множество минусов. Например, эти процессоры используют относительно медленную системную шину, обладают низкопроизводительным блоком FPU, не поддерживают современные наборы SIMD инструкций SSE3, а также не имеют 64-битных расширений архитектуры x86. Поэтому, в большом числе приложений процессоры Pentium M не могут продемонстрировать такой же уровень производительности, как современные процессоры Pentium 4 и Athlon 64.
Однако при этом быстродействие Pentium M в игровых приложениях смотрится весьма впечатляюще. Благодаря, главным образом, высокоскоростной кеш-памяти большого объёма, Pentium M в игровых приложениях способен демонстрировать скорость под стать старшим моделям Athlon 64, благодаря чему процессоры этого семейства могут приглянуться геймерам.
Впрочем, мы бы не стали рекомендовать Pentium M и этой категории пользователей. Нельзя отрицать тот факт, что архитектура Pentium III выглядит многообещающей и сегодня, однако для её эффективного применения в настольных системах современного уровня она нуждается в определённой доработке. К счастью, планы по совершенствованию архитектуры Pentium M у Intel имеются. Выходящий в следующем году двухъядерный процессор с кодовым именем Yonah будет иметь как раз те усовершенствования, о которых говорилось выше.