Второе пришествие Nehalem: платформа LGA1156 и процессоры Core i7-870 и Core i5-750

Введение

С того времени, как Intel вывела на рынок свои новые процессоры, относящиеся к семейству Nehalem, прошёл уже почти целый год. Однако сказать, что за прошедшее время эти процессоры смогли завоевать широкое признание у пользователей, мы не можем. Несмотря на то, что Nehalem могут обеспечить действительно более высокий уровень производительности, чем процессоры поколения Core 2, спрос на них оказался не столь уж и велик. Даже по статистике, взятой из базы данных утилиты CPU-Z, которой пользуются в первую очередь энтузиасты, уделяющее большое внимание обновлению собственных компьютеров, доля систем, построенных на процессорах Core i7, на данный момент составляет лишь немногим более 10 процентов.

Причина столь вялого интереса к Core i7 вполне объяснима: эти процессоры обладают достаточно высокой стоимостью и к тому же используют собственную платформу LGA1366, включающую специализированные материнские платы и трёхканальную DDR3 память, построение которой оказывается не менее затратным мероприятием, чем приобретение процессора. Однако невысокая популярность систем на базе процессоров семейства Nehalem среди индивидуальных пользователей до сих пор не сильно расстраивала Intel. Главной целью компании, в которую должен был бить новый процессор, являлось усиление позиций на серверном рынке. И здесь, в классе многопроцессорных решений, он действительно смог стать отличным предложением. Новая межпроцессорная шина QPI с топологией «точка-точка» плюс интегрированный контроллер памяти в каждом процессоре стали теми элементами, благодаря которым производительность серверных решений, основанных на процессорах семейства Nehalem, вышла на принципиально новый уровень. Пользователи же настольных систем большинство из этих преимуществ не могут почувствовать при всём желании, поэтому серверный процессор для настольных систем в лице Core i7 на данный момент так и не стал хитом продаж.

Впрочем, прошлое поколение процессоров, Core 2, продолжало успешно удерживать долю на рынке настольных систем, превосходя предложения конкурента и обеспечивая вполне достаточную производительность для решения типичных пользовательских задач и после выхода Nehalem. Как-то меняться эта ситуация начала только теперь: компания AMD, наконец, смогла освоить 45-нм технологический процесс, что дало ей возможность наладить серийный выпуск процессоров семейства Phenom II, способных (при определённых оговорках) конкурировать с Core 2 по быстродействию. Такое положение дел Intel, естественно, устроить не могло, поэтому осень текущего года компания выбрала для кардинального обновления своей платформы среднего уровня. Обновление это вполне логичное и потому предсказуемое: с данного момента процессоры с микроархитектурой Nehalem будут применяться не только в системах верхнего ценового диапазона, но и в компьютерах среднего уровня. Дороговизна же платформы LGA1366 при этом Intel совершенно не останавливает, поскольку для общеупотребительных систем компания хочет предложить другое процессорное гнездо LGA1156, другой чипсет и другие материнские платы. Благодаря небольшим изменениям в архитектуре процессоров и систем новые аппаратные компоненты должны оказаться более доступными для широких масс покупателей. Собственно, знакомству с платформой, состоящей из таких обновлённых компонентов, и будет посвящена данная статья.

Курс на удешевление

Первые процессоры поколения Nehalem, ориентированные на использование в составе настольных компьютеров и относящиеся к серии Core i7-900, были построены на кристаллах с кодовым названием Bloomfield. Они объединяли четыре вычислительных ядра, единый кэш третьего уровня ёмкостью 8 Мбайт, контроллер DDR3 памяти и контроллер шины QPI. В таком виде Core i7 были унифицированы с серверными Xeon, но при этом вызывали определенные неудобства при их применении в настольных компьютерах. Например, они требовали использования трёхканальной DDR3 SDRAM, которая для десктопов не только непривычна, но и явно избыточна.

В результате, платформа, построенная на процессорах Bloomfield, выглядела следующим образом:

Для массовых же процессоров Intel решила разработать новые полупроводниковые кристаллы, которые не отличаются от Bloomfield по ключевым параметрам, вроде четырёхъядерности и наличия 8-мегабайтной разделяемой кэш-памяти третьего уровня, но при этом являются более выгодными с точки зрения сочетания характеристик и цены. Такие «оптимизированные» четырёхъядерные процессоры, также относящиеся к поколению Nehalem, получили кодовое название Lynnfied.

Сразу следует отметить, что для производства Lynnfield используется тот же самый 45 нм технологический процесс, что и для выпуска процессоров Bloomfield. Хотя ввод в строй 32 нм технологии запланирован Intel на этот год, обкатывать новый техпроцесс на данных процессорах компания не планирует. Первая встреча же с 32 нм полупроводниками ждёт нас чуть позднее в продуктах, известных под кодовым именем Clarkdale, которые сделают микроархитектуру Nehalem доступной для покупателей с ещё более ограниченными финансовыми возможностями. Так что отличия Lynnfield от Bloomfield кажутся не столь значительными на первый взгляд, однако их оказывается вполне достаточно для того, чтобы снизить общую стоимость платформы почти вдвое.

Как известно, одним из основных преимуществ микроархитектуры Nehalem является модульная структура процессорного кристалла, позволяющая легко и без трудоёмкого редизайна изменять набор входящих в процессор функциональных блоков. Именно этой возможностью и воспользовались инженеры Intel при создании Lynnfield. В частности, в первую очередь было решено заменить трёхканальный контроллер DDR3 SDRAM на более понятный пользователям двухканальный. Уменьшение количества каналов памяти с трёх до двух незначительно сказывается на производительности системы, однако оказывает прямое влияние на стоимость платформы, позволяя уменьшить в системе количество модулей DDR3.

Сделано было и ещё одно давно напрашивавшееся упрощение платформы. Очевидно, что шина QPI, попавшая в Bloomfield главным образом из-за его серверных корней, выполняет там лишь единственную функцию — обеспечение связи процессора с контроллером шины PCI Express, к которой подключается графическая подсистема. И с функциональной точки зрения совершенно ничего не изменится, если в представленной структуре убрать чип X58 IOH и шину QPI, заменив её контроллер в процессоре на контроллер шины PCI Express. Сделано было и это. В результате, системы, построенные на базе Lynnfield, приобрели следующую, куда более простую структуру:

Вместо интерфейса высокоскоростной шины QPI в Lynnfield теперь присутствует контроллер шины PCI Express 2.0, поддерживающий 16 линий и позволяющий при этом работу как одной, так и пары видеокарт по технологиям ATI CrossfireX и NVIDIA SLI в режиме 8х + 8х. Кроме того, в процессор добавлена низкоскоростная шина DMI, обеспечивающая взаимодействие процессора с южным мостом чипсета.

В итоге, платформа на базе Lynnfield позволяет не только отказаться от трёхканальной памяти в пользу двухканальной, но и обойтись вообще без северного моста набора логики. Это, естественно, даёт возможность упростить и дизайн материнских плат. Итог же вполне предсказуем: кроме того, что Intel собирается продавать процессоры Lynnfield дешевле старших собратьев, покупатели смогут сэкономить и на памяти, и на материнских платах. В результате, вписать платформу, включающую процессор поколения Nehalem вместе с материнской платой и памятью в 400-долларовый бюджет, отныне будет более чем реально.

При этом достаточно забавно выглядит то, что полупроводниковый кристалл Lynnfield оказался больше, чем у более дорогого Bloomfiled: реализация контроллера PCI Express потребовала больше транзисторов, чем использовалось для контроллера шины QPI.

Соотносятся же характеристики полупроводниковых кристаллов этих двух процессоров следующим образом:

Тем не менее, такое соотношение размеров кристаллов совершенно не помешало Intel сделать процессоры Lynnfiled более дешёвыми, чем их предшественники. Так, официальные цены Lynnfield составят от 200 до 555 долларов США, в то время как различные модели процессоров Bloomfield продаются в настоящее время по ценам от 285 до 1000 долларов.

Модельный ряд Lynnfield

Процессоры Lynnfield уступают присутствующим на рынке Bloomfield не только по количеству каналов памяти встроенного контроллера. Разница есть и в тактовых частотах: более дешёвые Lynnfiled будут работать на слегка более низкой частоте. Однако эти отличия не кажутся уж слишком серьёзными, поэтому вполне логично, что Lynnfield будут продаваться под той же торговой маркой, что и Bloomfield — Core i7.

Впрочем, младшая модель Lynnfield всё-таки будет отнесена к семейству более низкого класса Core i5, но она будет отличаться от всех остальных десктопных Nehalem ещё и отсутствием поддержки технологии Hyper-Threading. Соответственно, становится понятна логика Intel по присвоению своим новым процессорам наименований. Те четырёхъядерные модели, которые выглядят в операционной системе как восьмиядерные благодаря поддержке Hyper-Threading, относятся к серии Core i7. Если же процессоры представляются в операционной системе как четырёхъядерные, то они получат название Core i5. В этой связи нетрудно предположить, что семейство Core i9 будет состоять из перспективных шестиядерных процессоров с поддержкой технологии Hyper-Threading, известных под кодовым именем Gulftown. Что же касается процессоров Core i3, то тут будет работать другая логика: в это семейство войдут бюджетные процессоры с урезанными характеристиками.

На начальном этапе модельный ряд Lynnfield будет включать три продукта с частотами 2,66, 2,8 и 2,93 ГГц. При этом немаловажно, что в силу более низких частот эти процессоры будут обладать уменьшенным расчетным типичным тепловыделением, составляющим не 130 Вт, как у Bloomfiled, а 95 Вт. Это позволит рассматривать новые модели в качестве полноценной замены для Core 2 Quad не только с точки зрения быстродействия, но и по энергопотреблению.

Целиком же список актуальных процессоров с микроархитектурой Nehalem теперь состоит из шести продуктов:

Учитывая, что с микроархитектурной точки зрения Lynnfield очень похож на Bloomfield и, фактически, отличается лишь в Uncore части, совпадение основных характеристик между процессорами Core i7-900 и Core i7-800, а также Core i5-750 кажется совсем неудивительным.

В числе характерных особенностей строения новых процессоров Lynnfield, во многом роднящих их с присутствующими на рынке моделями Core i7-900, следует отметить:

Врождённое четырёхъядерное строение. Единый процессорный кристалл включает четыре ядра с 256-килобайтным L2 кэшем и общий разделяемый L3 кэш.
Ликвидацию процессорной шины в её традиционном понимании благодаря переезду контроллера PCI Express 2.0 непосредственно в процессор. Встроенный в процессор контроллер обеспечивает работу 16 линий PCI Express 2.0, к которым может быть подключена либо одна (в режиме PCI Express x16), либо две (в режиме PCI Express x8 + PCI Express x8) видеокарты.
Встроенный в процессор контроллер памяти, поддерживающий двухканальную DDR3 SDRAM. При этом каждый канал способен работать с тремя небуферизованными модулями DIMM.
Поддержку технологии Hyper-Threading (только для старших моделей Lynnfield, относящихся к серии Core i7-800). Благодаря ей каждое ядро Core i7-800 может исполнять два вычислительных потока одновременно, в результате чего процессор представляется в операционной системе восемью ядрами.
Разделяемый кэш третьего уровня общим объёмом 8 Мбайт.
Встроенный микроконтроллер PCU, независимо управляющий напряжением и частотой каждого из ядер, обладающий возможностями автоматического разгона отдельных ядер при сниженной нагрузке на другие ядра.
Поддержку нового набора инструкций SSE4.2.
Core i7-800 и Core i5-700 производятся по технологии с нормами производства 45 нм, состоят из 774 млн. транзисторов и имеют площадь ядра 296 кв.мм.

Близкое родство между Core i7-900 и новыми процессорами младших серий нетрудно заметить и по показаниям диагностической утилиты CPU-Z. В частности, для процессоров Core i7-870 и Core i5-750, поступивших в нашу лабораторию они были следующими.

В целом, всё выглядит ровно так же, как и у наших старых знакомых — Core i7-900. Единственное, что несколько сбивает с толку в приведённых стриншотах, это — отображение на них частоты процессорной шины QPI. Очевидно, что это — ошибка программы, поскольку такой шины у процессоров Lynnfield попросту нет. Тактовая же частота процессора формируется как произведение множителя на частоту базового тактового генератора, которая традиционно для всех Nehalem составляет 133 МГц.

Если же судить по формальным характеристикам, то самым заметным отличием новых процессоров от Core i7-900 является новый сокет, LGA1156. Как следует из названия, этот разъём обладает меньшим количеством контактов, нежели привычный LGA1366, что, в общем-то, совершенно неудивительно и легко объясняется сокращением числа каналов памяти во встроенном контроллере и замену QPI интерфейсов на обычный PCI Express.

Уменьшение количества контактов вместе с некоторой миниатюризацией контактных площадок на процессоре позволило уменьшить физические габариты и самого процессора, и процессорного гнезда до размеров, примерно соответствующих размерам LGA775.

Однако при взгляде на новинку с обратной стороны становится ясно, что LGA1156 и LGA775 процессоры различаются кардинально. Хотя габариты и похожи, число контактов на брюшке у Lynnfield значительно выше.

Таким образом, новые процессоры Core i7-800 и Core i5-700 не совместимы ни с какими старыми платформами и требуют использования собственных LGA1156 материнских плат. Более того, для новых процессоров необходимы и собственные системы охлаждения. Согласно нормативной документации, крепёжные отверстия должны быть расположены на LGA1156 материнских платах на меньшем расстоянии друг от друга, чем в LGA1366 системах, но дальше, чем на LGA775 платах. Честно говоря, учитывая равенство типичного тепловыделения у старших LG775 и LGA1156 процессоров, такая дифференциация систем охлаждения вызывает некоторое недоумение, но факт остаётся фактом: для Core i7-800 и Core i5-700 требуются собственные кулера.

При этом заслуживает определённого внимания боксовый кулер, который мы получили вместе с процессором Core i7-870. Несмотря на то, что этот процессор — старший в семействе Lynnfield, кулер для него предлагается достаточно небольших размеров. Высота его сделанного из алюминия радиатора с медным сердечником составляет всего лишь 13 мм.

Это даёт осязаемое представление о том, что процессоры Lynnfield обладают не столь «горячим» нравом, как, например, Bloomfield.

Новый набор логики: Intel P55

Выпуск процессоров Lynnfield повлёк за собой существенные изменения в строении платформ. Ориентируясь на использование исключительно в однопроцессорных системах, эти процессоры не имеют интерфейса QPI, который в LGA1366 платформах используется для связи между процессором и чипсетом. Поэтому, для процессоров Core i7-800 и Core i5-700 был разработан собственный набор логики, получивший название Intel P55 Express.

Основной особенностью этого чипсета является его крайняя простота. Появление микроархитектуры Nehalem позволило удалить из набора системной логики контролер памяти, теперь же дело дошло и до контроллера PCI Express. Поскольку за работу с этой шиной теперь отвечает сам процессор, получилось, что он «перетянул» на себя все функции, традиционно исполняемые северным мостом чипсета. Соответственно, необходимость в этой микросхеме отпала, и Intel P55 стал первым набором логики компании Intel, состоящем из единственной микросхемы — Platform Controller Hub (PCH).

Соединение же между процессором и чипсетом в LGA1156 системах выполняется посредством шины Digital Media Interface (DMI) с пропускной способностью 10 Гбит в секунду в каждую сторону, которая ранее применялась для связи северного и южного мостов наборов логики. Поэтому, нет никаких препятствий для использования совместно с процессорами Lynnfield в LGA1156 системах не только нового чипсета P55, но и старого южного моста ICH10.

При этом мы не можем сказать, что P55 PCH по своим возможностям кардинально отличается от ICH10. Фактически, речь идёт исключительно об обновлении имеющихся интерфейсов и небольшом расширении их количества. Хорошее представление об этом может дать следующая таблица.

Реализация 8 линий PCI Express 2.0 в P55 необходима для обеспечения возможности подключения дополнительных устройств, помимо графических карт. Процессор в LGA1156 системах способен обеспечить лишь соединение с PCI Express графическими картами, за работу же со всеми другими устройствами отвечает P55 PCH. Собственно, примерно такая же схема была реализована и в X58, где на роль северного моста возлагалось лишь взаимодействие с графическими картами. Важным же усовершенствованием P55 стало то, что в нём введена поддержка шины PCI Express 2.0. Это означает, что устройства, поддерживающие эту спецификацию, смогут обмениваться данными с чипсетом в два раза быстрее, чем ранее.

Кроме того, изменения внесены и в контроллер USB. Он не стал поддерживать новые и более скоростные версии протокола, но зато стал обеспечивать большее количество портов, а кроме того получил функцию аппаратного отключения отдельных портов, которая может быть полезна для целей безопасности.

К анонсу процессоров в LGA1156 исполнении производители материнских плат подготовили большое количество продуктов, основанных на наборе логики Intel P55. В качестве примера такой платы мы хотим привести фотографию собственной разработки компании Intel, DP55KG, и отметить на ней некоторые характерные детали.

Собственно, помимо наличия на плате лишь одной чипсетной микросхемы, в глаза бросается и то, что на ней установлен достаточно «слабый» радиатор, идущий в разрез с теми витиеватыми конструкциями, которые обычно любят устанавливать на своих платах производители плат для энтузиастов. Однако в данном случае Intel отнюдь не сэкономил, микросхема P55 PCH действительно не нуждается в какой-то из ряда вон выходящей системе охлаждения. Хотя она и производится по 65 нм техпроцессу, её типичное тепловыделение составляет всего лишь 4.7 Вт. Для примера: типичное тепловыделение северного моста чипсета X58 составляет 24.1 Вт. Поэтому, те из производителей материнских плат, которые вновь предпочтут установку на своих продуктах массивных чипсетных радиаторов, по сути, занимаются бессмысленным удорожанием своих продуктов и введением пользователей в заблуждение.

Второй особенностью LGA1156 плат является упрощённое устройство процессорного разъёма. По сравнению с LGA1366 крепление процессора привинчивается к плате тремя, а не четырьмя винтами, а закрывающий его механизм теперь защёлкивается за один из винтов и не включает металлическую рамку, обрамляющую процессорное гнездо. Впрочем, вряд ли это можно считать сколь-нибудь принципиальным изменением: дело, скорее всего, в банальной экономии металла.

Также, заслуживает определённого внимания конструкция второго графического слота PCI Express. Учитывая, что при установке пары видеокарт он сможет работать лишь в режиме 8x, компания Intel «вырезала» из него вторую половину, которая при любом стечении обстоятельств сможет выполнять лишь косметическую роль.

Первое разочарование: контроллер памяти Lynnfield

Мы решили добавить в статью отдельный раздел, посвящённый встроенному в Lynnfield контроллеру памяти потому, что он отличается от контроллера памяти Bloomfield не только числом каналов. Дело в том, что в новых LGA1156 изменению оказался подвергнут весь процессорный Uncore блок, а именно схема формирования частот работы шин и L3 кэша.

Напомним, что процессоры Core i7 в LGA1366 исполнении для получения частот используют один 133-мегагерцовый базовый тактовый генератор (BCLK) и несколько независимых множителей, формирующих частоты вычислительных ядер, шины QPI, L3 кэша и контроллера памяти, а также частоту работы DDR3 SDRAM. В новых Core i7, предназначенных для LGA1156 систем, принципиально схема осталось точно такой же, но количество доступных для изменения множителей сократилось, например, из-за ликвидации шины QPI, независимый коэффициент умножения для которой ликвидирован за ненужностью.

В результате, процессорами Core i7-800 и Core i5-700 используются только три множителя:

1. Множитель частоты процессора. Данный множитель определятся штатной частотой процессора и не может быть повышен пользователем выше номинального значения. Однако в процессе работы он может изменяться автоматически, благодаря работе технологий Turbo Mode и Enhanced Intel SpeedStep.
2. Множитель частоты памяти. Формально, процессоры Lynnfield поддерживают DDR3 SDRAM с частотой до 1333 МГц. Однако набор доступных коэффициентов умножения для процессоров Core i7-800 включает 8х, 10х и 12х, что подразумевает возможность использования в LGA1156 системах памяти типа DDR3-1067, DDR3-1333 и DDR3-1600. Процессоры же серии Core i5-700, к сожалению, множитель 12x для частоты памяти не поддерживают, поэтому для них предельная частота памяти составляет 1333 МГц.
3. Множитель Uncore, задающий частоту работы контроллера памяти и L3 кэша. Для всех LGA1156 процессоров этот множитель зафиксирован. При этом для Core i7-800 он равен 18x, а для Core i5-700 — 16х. Соответственно, в процессорах Core i7-800 Uncore часть работает на частоте 2,4 ГГц, а в Core i5-700 — на 2,13 ГГц. Напомним, что в моделях для LGA1366 систем эта частота могла варьироваться по желанию пользователя, а по умолчанию была в два раза выше частоты памяти.

Таким образом, подсистема памяти в Lynnfield оказывается медленнее, чем у процессоров Bloomield и объясняется это не только уменьшением числа каналов, но и более низкой частотой контроллера памяти и L3 кэша.

Всё это, естественно, сказывается и на практической пропускной способности и латентности подсистемы памяти. Если в LGA1366 системах мы видели, что уменьшение числа активных каналов памяти с трёх до двух не влечёт за собой сколь-нибудь заметного падения производительности, то в LGA1156 системах память работает всё-таки медленнее, хотя и не на много.

Это хорошо заметно по результатам синтетических тестов подсистемы памяти. Например, для проверки мы решили сравнить практическую скорость подсистемы памяти LGA1366 и LGA1156 процессоров Bloomfield и Lynnfield, работающих на одной и той же тактовой частоте 2,93 ГГц. В обеих системах использовалась DDR3-1333 SDRAM с одинаковыми таймингами 7-7-7-18.

Например, такие цифры можно видеть в тесте Cachemem из популярной диагностической утилиты Everest.

Если скорость работы L3 кэш-памяти у процессоров оказывается не отличающейся не столь сильно, то про скорость памяти это сказать нельзя. Трёхканальный контроллер Bloomfield показывает слегка более высокую производительность на всех операциях с памятью, чем двухканальный контроллер памяти Lynnfield. Некоторым утешением тут может служить разве только то, что подсистема памяти новой LGA1156 платформы демонстрирует несколько более низкую латентность.

В целом, подтверждаются эти результаты и при использовании другой утилиты, измеряющей практические параметры подсистемы памяти, MaxMem.

Однако в этом случае вместе с небольшим падением практической пропускной способности в LGA1156 системах, наблюдается и некоторое увеличение латентности.

Таким образом, новая платформа LGA1156 не может рассматриваться в качестве полной замены LGA1366. Конечно, старшие процессоры Lynnfiled смогут составить конкуренцию младшим моделям Bloomfield, но вот наиболее быстрые Core i7-900 в любом случае останутся обладателями непревзойдённой производительности. И обеспечиваться это будет не только высокими тактовыми частотами и возможностью формирования CrossfireX и SLI систем по схеме 16x + 16x, но и немного более высокой скоростью работы подсистемы памяти.

Секретное оружие Lynnfield: Turbo Mode

Одной из интересных инновации, введённых в процессорах семейства Nehalem, стал специализированный блок Power Control Unit (PCU), имеющий возможность контроля и управления энергопотреблением отдельных ядер. Благодаря PCU в процессорах Core i7 появилась технология Turbo Mode, посредством которой реализуется динамический и автоматический разгон процессора. Напомним, что суть этой технологии сводится к тому, что когда мощности процессора остаются недозагружены, а его энергопотребление далеко от предельных значений, процессор поднимает собственный множитель выше штатного значения. Особенно полезной данная технология оказывается в тех случаях, когда нагрузка на процессор не имеет ярко выраженного многопоточного характера.

Процессоры, относящиеся к семейству Core i7-900, умели увеличивать свой множитель на единицу, а при активно работающем только одном ядре — на два. В итоге, зачастую частота таких процессоров оказывалась на 133 или 266 МГц выше номинального значения. Конечно, такой прирост частоты кажется не столь значительным, но даже благодаря ему средневзвешенная производительность LGA1366 платформ с активированным Turbo Mode оказывалась на 3—5 % выше производительности аналогичных систем, не использующих эту технологию. Иными словами, на Core i7-900 технология Turbo Mode была успешно обкатана и зарекомендовала себя с лучшей стороны.

Именно поэтому процессоры Lynnfield получили дальнейшее развитие этой технологии. Принципы её работы остались прежними, но новые процессоры получили возможность куда более агрессивного управления собственной тактовой частотой. В новых процессорах множитель может быть повышен на величину до 5x, благодаря чему при благоприятных условиях тактовая частота Core i7-800 и Core i5-700 может возрастать на 667 МГц сверх номинального значения, а это уже не шутки. Впрочем, следует понимать, что реальная величина такого прироста определяется исходя из текущей загрузки процессора работой и его энергопотребления. Так, повышение множителя на 5х возможно только в случае загрузки единственного процессорного ядра, если же под нагрузкой находится два или три из четырёх ядер, то множитель может быть повышен лишь на 4х. Но и даже в случае, если работой заняты все четыре ядра, коэффициент умножения может увеличиваться на 2х.

Более подробное представление о частотах Lynnfield при работе Turbo Mode можно получить из таблицы:

Из этой таблицы следует один очень важный вывод. В ситуациях, когда нагрузка на процессор носит не многопоточный или слабо многопоточный характер, процессоры Core i7-800 и Core i5-700 могут оказаться быстрее своих предшественников из старшей серии Core i7-900, поскольку они умеют саморазгоняться значительно сильнее.

Причём, речь в данном случае идёт не о каком-то эфемерном увеличении частоты. На самом деле большинство материнских плат могут переводить процессор в режим Turbo Mode напостоянно, таким образом, что тактовая частота возрастает до максимально значения, невзирая на текущее энергопотребление процессора. Поэтому, при активации Turbo Mode пользователи скорее всего смогут наблюдать такую ситуацию (для иллюстрации мы приводим скриншоты, сделанные в системе с процессором Core i7-870 со штатной частотой 2,93 ГГц):

Процессор находится в состоянии простоя. Благодаря энергосберегающей технологии Enhanced Intel SpeedStep его частота снижена до минимального значения — 1,2 ГГц.

Однопоточная нагрузка позволяет поднять частоту до максимума — 3,6 ГГц, что на 667 МГц выше номинального значения.

При двухпоточной нагрузке частота процессора повышена на 533 МГц до 3,46 ГГц.

Четырёхпоточная нагрузка также позволяет процессору продолжать спокойно работать при 3,46 ГГц.

А вот при полной нагрузке процессора восемью вычислительными потоками, его частота устанавливается равной 3,2 ГГц, что, тем не менее, выше номинального значения на 266 МГц.

Впечатляюще выглядят не только приведённые скриншоты с показаниями частоты. Для оценки реального эффекта от работы Turbo Mode мы сравнили производительность системы с процессором Core i7-870 с включённым Turbo Mode и без него.

В среднем, положительный эффект от включения обновлённой технологии второй версии составляет порядка 8 %. В тех же приложениях, которые оптимизированы под системы с многоядерными процессорами недостаточно хорошо, этот прирост может достигать и более значительных величин. В итоге, Turbo Mode выглядит отличным козырем платформы LGA1156, повышая её привлекательность в глазах пользователя. Ведь благодаря этой технологии Intel отчасти решает проблемы производителей программного обеспечения, до сих пор не озаботившихся адаптацией используемых алгоритмов под концепцию многопоточности. Новые процессоры Core i7-800 и Core i5-700, по сути представляющие собой настоящие четырехъядерные модели, при возможности могут превращаться в скоростные псевдодвухъядерные или псевдоодноядерные процессоры. Причём, что особенно приятно, превращение это происходит совершенно прозрачно для системы и не требует никакого вмешательства со стороны пользователя.

Как мы тестировали: переходим на Windows 7

Главными героями сегодняшних тестов производительности выступают LGA1156 процессоры Core i7-870 и Core i5-750, являющиеся, соответственно, старшим и младшим представителем в семействе Lynnfield. В качестве соперников для этих моделей мы выбрали процессоры с аналогичной стоимостью, предназначенные для всех остальных актуальных платформ: LGA1366, LGA775 и Socket AM3.

В результате, в тестировании приняли участие следующие аппаратные и программные компоненты:

Процессоры:

AMD Phenom II X4 965 (Deneb, 3,4 ГГц, 4 x 512 Кбайт L2, 6 Мбайт L3);
AMD Phenom II X4 955 (Deneb, 3,2 ГГц, 4 x 512 Кбайт L2, 6 Мбайт L3);
Intel Core 2 Quad Q9650 (Yorkfield, 3,0 ГГц, 1333 МГц FSB, 2 x 6 Мбайт L2);
Intel Core 2 Quad Q9550 (Yorkfield, 2,83 ГГц, 1333 МГц FSB, 2 x 6 Мбайт L2);
Intel Core 2 Quad Q9400 (Yorkfield, 2,66 ГГц, 1333 МГц FSB, 2 x 3 Мбайт L2);
Intel Core i7-950 (Bloomfield, 3,06 ГГц, 4,8 ГГц QPI, 4 x 256 Кбайт L2, 8 Мбайт L3);
Intel Core i7-920 (Bloomfield, 2,66 ГГц, 4,8 ГГц QPI, 4 x 256 Кбайт L2, 8 Мбайт L3);
Intel Core i7-870 (Lynnfield, 2,93 ГГц, 4 x 256 Кбайт L2, 8 Мбайт L3);
Intel Core i5-750 (Lynnfield, 2,66 ГГц, 4 x 256 Кбайт L2, 8 Мбайт L3).

Материнские платы:

ASUS P5Q3 (LGA775, Intel P45, DDR3 SDRAM);
Gigabyte GA-EX58-UD5 (LGA1366, Intel X58 Express);
Gigabyte GA-P55-UD6 (LGA1156, Intel P55 Express);
Gigabyte MA790FXT-UD5P (Socket AM3, AMD 790FX + SB750, DDR3 SDRAM).

Память:

2 x 2 Гбайта, DDR3-1333 SDRAM, 7-7-7-20 (Mushkin 996601);
3 x 2 Гбайта, DDR3-1333 SDRAM, 7-7-7-20 (Mushkin 998679).

Графическая карта: Sapphire Radeon HD 4890;
Жёсткий диск: Western Digital VelociRaptor WD3000HLFS;
Блок питания: Tagan TG880-U33II (880 Вт);
Операционная система: Microsoft Windows 7 Ultimate x64;
Драйверы:

Intel Chipset Software Installation Utility 9.1.1.1015;
ATI Catalyst 9.8 Display Driver.

Отдельно необходимо отметить, что в наших тестированиях мы переходим на использование новой операционной системы Windows 7, которая, хотя официально ещё не анонсирована, уже существует в виде финальной RTM версии. В нашем случае, когда речь идёт о тестировании процессоров семейства Core i7, это имеет особое значение. Дело в том, что в этой операционной системе сделаны специальные оптимизации, увеличивающие производительность платформ с процессорами, поддерживающими технологию Hyper-Threading. В тесном сотрудничестве инженеры Intel и Microsoft реализовали технологию SMT parking, оптимизирующую Windows 7 для работы на процессорах с виртуальными ядрами. Выражается это в том, что в большинстве случаев, когда под Windows Vista и XP технология Hyper-Threading могла вызывать замедление работы приложений, под Windows 7 этого происходить не должно, так как планировщик этой операционной системы различает физические и виртуальные ядра и предотвращает случаи, когда исполнение двух потоков на одном ядре может приводить к падению быстродействия.

Производительность

Общая производительность

Судя по всему, все наши беспокойства по поводу недостаточно быстрого контроллера памяти в процессорах Lynnfiled были совершенно напрасны. С точки зрения реальной производительности Core i7-870 и Core i5-750 оказываются блестящими продуктами. Абсолютно во всех сценариях даже младшая из новинок, не поддерживающая технологию Hyper-Threading, оказывается и быстрее процессоров семейства Core 2 Quad, и быстрее конкурирующих Phenom II.

Что же касается соотношения производительности процессоров Lynnfield и Bloomfield, то тут картина не столь однозначна, но, тем не менее, Core i7-870 и Core i5-750 выглядят вполне достойно, обеспечивая высокую скорость в сценариях E-Learning и 3D, демонстрируя явное отставание от «старшей» платформы Intel лишь при обработке видеоконтента.

Игровая производительность

LGA1156 показывает себя и отличной игровой платформой. После того, как мы перешли на использование операционной системы Windows 7, все былые проблемы со скоростью Core i7 в играх прошли сами собой. В результате, даже 200-долларовый Core i5-750 оказывается на голову быстрее процессоров Phenom II X4 и Core 2 Quad. Core i7-870 же при этом вполне успешно штурмует позиции, занимаемые представителем платформы LGA1366, процессором Core i7-950.

Производительность при перекодировании аудио и видео

Ситуация со скоростью работы популярных кодеков выглядит несколько интереснее. В первую очередь следует обратить внимание на то, насколько быстры оказываются LGA1156 процессоры при перекодировании аудио-файлов в iTunes. Это — наглядная демонстрация преимуществ второй версии Turbo Mode, реализованной в Lynnfield; ведь iTunes относится к тем приложениям, которые создают только лишь двухпоточную нагрузку.

DivX же, как мы знаем, был неплохо оптимизирован под четырёхъядерные процессоры, но вот технология Hyper-Threading этому кодеку оказывается ни к чему. Такой вывод можно сделать на основании того, что процессоры Core i7-870 и Core i5-750 показывают достаточно близкие результаты. Впрочем, даже несмотря на то, что одна из важнейших технологий процессоров Nehalem оказывается «не у дел», их вычислительной мощности оказывается достаточно для того, чтобы опередить все процессоры с другой архитектурой. Особой же разницы в производительности LGA1366 и LGA1156 вариантов Nehalem в этом тесте не заметно.

Зато при использовании кодека x264 Hyper-Threading позволяет получить достаточно серьёзный прирост в быстродействии. В результате все Core i7, поддерживающие эту технологию оказываются в верхней части диаграммы с большим отрывом. При этом скорость нового Core i7-870 лишь совсем немного не «дотягивает» до производительности Core i7-950. Что же касается Core i5-750, который Hyper-Threading не поддерживает, то его отставание от собратьев выглядит достаточно серьёзно. Но, тем не менее, даже несмотря на это, он опережает практически все остальные четырёхъядерные процессоры, не относящиеся к классу Core i7, за исключением Phenom II X4 965.

Производительность в видеоредакторах

Нелинейный видеомонтаж оказывается задачей, сильно загружающей мощности всех процессорных ядер и требующей высокой пропускной способности подсистемы памяти. В результате, технология Turbo Mode оказывается бессильной, что влечёт за собой достаточно ощутимое отставание Lynnfield от Bloomfield. Тем не менее, на фоне остальных процессоров платформа LGA1156 н выглядит всё равно весьма привлекательно.

Производительность в графических редакторах

При редактировании и обработке изображений в свободно распространяемом графическом редакторе Paint.Net процессор Core i5-750 выступает примерно на одном уровне со старшими процессорами Core 2 Quad, а Core i7-870 работает чуть быстрее, чем Core i7-920. В Photoshop CS4 же процессоры в LGA1156 исполнении обгоняют своих предшественников благодаря удачной реализации технологии Turbo Mode. Соответственно, их отрыв от остальных участников тестирования оказывается более чем внушительным.

Производительность при рендеринге

Финальный рендеринг, пожалуй, является одной из наиболее эффективно распараллеливаемых задач. Именно поэтому лучшие результаты здесь показывают четырёхъядерные процессоры, имеющие в своём арсенале технологию Hyper-Threadng. В частности, Core i7-870 лишь незначительно уступает Core i7-950, но при этом обгоняет старшие процессоры Core 2 Quad и Phenom II X4 на весьма внушительные 30-40 %. Что же касается не имеющего поддержки Hyper-Threading процессора Core i5-750, то он может похвастать производительностью лишь на уровне старших Socket AM3 и LGA775 процессоров.

Архивация и математические вычисления

Благодаря высокоскоростному интегрированному контроллеру памяти процессоры Core i7 и Core i5 справляются с архивацией явно лучше конкурирующих продуктов. Даже младший представитель этого семейства, Core i5-750 весомо обгоняет и серию Core 2 Quad, и процессоры Phenom II X4, которые, к слову, также оснащены интегрированным контроллером памяти.

Никаких неожиданностей не приносит и тестирование в пакете Mathematica. В нём, как и во многих других приложениях, новинки обгоняют всех конкурентов, за исключением представителей платформы LGA1366, с которыми наблюдается некий паритет.

В проекте распределённых вычислений Folding@Home, как и в других подобных вычислительных задачах, многое решает технология Hyper-Threading. Core i7-870, поддерживающий эту технологию, показывает результат, близкий к результату Core i7-950. Производительность же Core i5-750, не поддерживающего Hyper-Threading, находится на уровне быстродействия старших моделей в сериях Core 2 Quad и Phenom II X4.

Производительность при однопоточной нагрузке

В заключение исследования производительности процессоров Lynnfield мы решили посмотреть, как они будут выглядеть при однопоточной нагрузке, когда технология Turbo Mode получает возможность максимально разогнать их. В качестве тестов мы выбрали старый добрый SuperPi, рассчитывающий 8 миллионов знаков числа π, и однопоточный вариант теста финального рендеринга Cinebench R10.

Выступление процессоров Core i7-870 и Core i5-750 в таких несколько искусственных условиях иначе как триумфальным назвать нельзя. Благодаря Turbo Mode их частоты поднимаются до 3,6 и 3,33 ГГц соответственно, что позволяет им достаточно серьёзно опережать даже более дорогие процессоры для платформы LGA1366. Все же остальные четырёхъядерные модели, которые, исходя из их стоимости должны являться прямыми конкурентами для Lynnfield, безнадёжно отстают даже от Core i5-750, не говоря уже о старшем LGA1156 продукте.

Иными словами, хотя платформа LGA1156 на данный момент укомплектована лишь тремя моделями четырехъядерных процессоров, на неё можно переходить безо всякой опаски, даже если вы не используете многопоточные приложения вовсе. Благодаря весьма агрессивному турбо-режиму скорость процессоров Core i7-800 и Core i5-700 будет весьма впечатляющей не только при многопоточной нагрузке, но и в однопоточных или двухпоточных задачах. И за это можно сказать Intel большое спасибо, ведь реализованная в Lynnfield вторая версия Turbo Mode однозначно решает проблему правильного выбора количества процессорных ядер для любой модели использования системы.

Разгон

Полупроводниковое ядро процессоров Lynnfield мало отличается от ядра Bloomfield. Действительно, при производстве этих процессоров используется одинаковый техпроцесс, а основные узлы этих процессоров совпадают. Поэтому, было бы странно, если бы свежеанонсированные LGA1156-процессоры по своему разгонному потенциалу сильно отличались бы от LGA1366-моделей. Тем не менее, для проверки этой гипотезы мы провели опыты по внештатному увеличению частоты имеющихся в нашей лаборатории процессоров Core i7-870 и Core i5-750.

Тесты проводились в платформе, основанной на материнской плате Gigabyte GA-P55-UD6. Для охлаждения во всех случаях был использован кулер Thermalright MUX-120 (с традиционно кривым основанием) с вентилятором Enermax Magma UCMA12 (1500 об/мин). Проверка стабильности системы под нагрузкой выполнялась утилитой LinX 0.6.3.

Разгон процессоров в LGA1156 исполнении можно производить лишь единственным образом — увеличением частоты тактового генератора BCLK. Конечно, при этом вместе с частотой процессорных ядер будет расти и частота Uncore, однако с этим сделать ничего нельзя: процессоры Lynnfield обладает не только зафиксированным процессорным множителем, но и заблокированным коэффициентом умножения для частоты Uncore. Также, при увеличении частоты BCLK возрастает и частота памяти, однако для неё, к счастью, соответствующие множители могут быть понижены.

Пытаясь разогнать процессор Core i7-870, мы смогли добиться его стабильной работы на частоте 4,07 ГГц.

Для достижения этого результата напряжение процессора было повышено до 1,4 В, что можно считать относительно безопасным уровнем для Lynnfield при условии достаточного охлаждения. Однако в нашем случае температуры ядер процессора доходили до 93 градусов. И хотя это — достаточно высокая температура, процессор работал совершенно стабильно и не перегревался. Таким образом, процессоры, относящиеся к серии Core i7-800, вполне способны работать на частотах порядка 4 ГГц при использовании воздушного охлаждения, как и их старшие собратья серии Core i7-900.

Вторая часть экспериментов была проведена с процессором Core i5-750. Этот процессор не поддерживает технологию Hyper-Threading, что является причиной его более низкой температуры во время полной загрузки. Хочется надеяться, что благодаря этой особенности разгон Core i5 станет более удачным мероприятием. Однако с другой стороны он осложняется тем, что процессор Core i5-750 имеет более низкий множитель, что требует повышения частоты BCLK при разгоне до более высоких значений. Но, к счастью, верхний предел частоты BCLK, наблюдавшийся у типичных LGA1366 платформ, составлявший 210—215 МГц, в случае LGA1156 платформ может быть легко превзойдён.

Однако в конечном итоге повышать частоту BCLK выше 210 МГц нам так и не потребовалось. Наш экземпляр Core i5-750 смог работать стабильно только при частоте 4,1 ГГц, для достижения которой достаточно повышения частоты BCLK лишь до 205 МГц.

Напряжение питания ядер было повышено до 1,4 В, но температура такого разогнанного процессора не превысила 82 градусов. Получается, что, несмотря на достаточно небольшую разницу в результатах разгона Core i7-870 и Core i5-750, температура процессора, не поддерживающего технологию Hyper-Threading под полной нагрузкой, действительно, оказывается значительно ниже. А значит, при оверклокерских экспериментах с Core i5-750 можно пользоваться и относительно недорогими системами охлаждения.

Следует заметить, что мы проводили разгон, отключая технологию динамического изменения коэффициента умножения Turbo Mode. Однако достаточно любопытной следует признать возможность разгона с активированной технологией Turbo Mode. Ведь, вполне возможно, что в случае низкой вычислительной нагрузки на процессор, его частота может быть повышена сильнее, чем нам удалось в сегодняшних тестах. Поэтому, в ближайшее время мы подготовим новый материал, в котором рассмотрим различные аспекты оверклокинга LGA1156 процессоров подробнее.

Измерение энергопотребления

Одной из наиболее интригующих характеристик процессоров в LGA1156 исполнении является их расчётное типичное тепловыделение, составляющее 95 Вт. Это — на 35 Вт меньше расчётного тепловыделения практически таких же LGA1366-процессоров. Если к этому прибавить значительно снизившееся в LGA1156 материнских платах тепловыделение набора логики, то можно ожидать, что новая платформа Intel может оказаться весьма выгодным решением с точки зрения соотношения быстродействия и энергопотребления. И вполне вероятно, что эта платформа даже сможет составить конкуренцию LGA775 системам, которые уже давно вызывают наше искреннее восхищение, когда речь заходит об энергетической эффективности.

Однако в таких вопросах принимать на веру обещания производителя достаточно опрометчиво. Поэтому, мы провели тестирование реальных энергетических характеристик участвовавших в тестах систем. Приводимые далее цифры представляют собой полное энергопотребление тестовых платформ в сборе (без монитора) «от розетки». Во время измерений нагрузка на процессоры создавалась 64-битной версией утилиты LinX 0.6.3. Кроме того, для правильной оценки энергопотребления в простое мы активировали все имеющиеся энергосберегающие технологии: C1E, Cool'n'Quiet 3.0 и Enhanced Intel SpeedStep.

В состоянии покоя энергопотребление платформы LGA1156 выглядит более чем превосходно. Среди всех систем, участвующих в тестах, именно платформы, основанные на процессорах Lynnfield, обеспечивают наименьшее энергопотребление. Объясняется это отчасти тем, что энергосберегающие технологии в этих процессорах были в очередной раз усовершенствованы. В частности, в состоянии покоя Core i7-870 и Core i5-750 имеют возможность сбрасывать свою частоту до 1,2 ГГц, а напряжение — до 0,85 В.

Достаточно неплохо выглядит ситуация и при измерении энергопотребления под нагрузкой. Системы с LGA1156 процессорами стали однозначно экономичнее LGA1366 платформ, их энергопотребление уменьшилось более чем на 50 Вт. При этом система с процессором Core i5-750, не поддерживающем технологию Hyper-Threading, оказывается даже более экономичной, чем LGA775 системы. То есть, наши ожидания оправдались вполне: компьютеры с LGA1156 процессорами вполне способны предложить лучшее соотношение «производительность на ватт», чем все остальные варианты. Более того, в планах у Intel есть и специальные энергоэффективные процессоры в LGA1156 исполнении, так что эта платформа со временем имеет все шансы стать фаворитом у тех пользователей, которые заботятся об экономии электроэнергии.

Для получения более полной и разносторонней картины было проведено и отдельное исследование энергопотребления протестированных процессоров и материнских плат под нагрузкой, в отрыве от остальных компонентов компьютера. Точнее говоря, измерению подверглось потребление по 12-вольтовой линии питания, подключаемой непосредственно к преобразователю напряжения процессора на материнской плате, и по линиям питания материнской платы.

Как это ни удивительно, но наименьшее потребление среди сегодняшних участников тестирования продемонстрировал процессор Core i5-750, оказавшийся даже более экономичным, чем Core 2 Quad Q9400. Потребление же Core i7-870 несколько выше, но, тем не менее, и этот процессор вполне способен соревноваться по своим электрическим характеристикам с моделями семейства Core 2 Quad. Впрочем, низкие цифры потребления, демонстрируемые процессорами с микроархитектурой Nehalem, отчасти объясняются конструкцией их схемы питания. Дело в том, что к выделенной 12-вольтовой линии питания подключаются лишь процессорные ядра. Uncore же часть процессора питается от материнской платы, через 24-контактный ATX разъём. Именно поэтому на этот раз мы дополнительно приводим цифры потребления материнских плат.

Учитывая сказанное, то, что LGA1366 и LGA1156 материнские платы оказываются самыми прожорливыми в электрическом плане, совершенно неудивительно. Ведь в измеренные величины потребления включается немалая «добавка», вносимая Uncore частью процессора. Тем не менее, нельзя не заметить, что ликвидация северного моста в LGA1156 системах действительно сделала соответствующие материнские платы значительно более экономичными, чем платы для LGA1366-процессоров. Разница в потреблении плат для Bloomfield и для Lynnfield доходит в общей сложности до 20 Вт.

Выводы

В целом, новая платформа LGA1156 производит очень приятное впечатление. И хотя, очевидно, что главная цель Intel, которую компания хочет решить выпуском процессоров Lynnfield, это — перевод микроархитектуры Nehalem в средний ценовой сегмент, во время тестирования у нас нередко возникало ощущение, что мы имеем дело не с удешевлённым вариантом платформы LGA1366, а с её обновлённой и улучшенной версией.

И ощущение это нельзя назвать беспочвенным. У новой платформы LGA1156 действительно есть целый ряд преимуществ. В первую очередь она более проста для понимания: в ней применяется привычная двухканальная памяти, а сами процессоры Lynnfield выглядят настоящими десктопными процессорами, а не серверными, из маркетинговых соображений засунутыми в настольные системы. Во-вторых, системы с процессорами Core i7-800 и Core i5-700 выгодно отличаются от своих предшественников по энергопотреблению. Ценой некоторой перестройки структуры платформы инженерам Intel удалось добиться, что платформы, построенные на процессорах Lynnfield, имеют энергопотребление, сравнимое с потреблением LGA775 систем, служивших до настоящего времени эталоном удачного сочетания экономичности и хорошей производительности. В-третьих, огромным козырем новинок является технология Turbo Mode, позволяющая процессорам Lynnfield эффективно работать даже в том случае, когда создаваемая нагрузка не имеет ярко выраженного многопоточного характера.

Впрочем, если принять во внимание не субъективные, а объективные факторы, то платформа LGA1156 всё-таки не сможет изменить сложившегося положения вещей. Несмотря на все её явные преимущества, LGA1366 процессоры и материнские платы останутся вполне востребованными в верхнем ценовом сегменте. Ведь только они позволяют строить мульти-GPU системы, использующие две графические карты, работающие в режиме PCI Express x16 + x16, а то и вовсе более двух графических карт. Только LGA1366 платформы будут совместимы с будущими шестиядерными процессорами Gulftown. И только в серии процессоров Core i7-900 доступны продукты, относящиеся к классу Extreme Edition, обладающие не только непревзойдённой производительностью, но и дополнительными разгонными возможностями.

Тем не менее, процессоры серий Core i7-800 и Core i5-700 выглядят превосходной заменой LGA775 процессоров семейства Core 2 Quad, предлагая по примерно такой же цене гораздо более высокую производительность. Появление платформы LGA1156 означает настоящую революцию в среднем ценовом сегменте. Эта платформа автоматически отправляет процессоры Core 2 и Phenom II в число устаревших решений, которые могут быть актуальны лишь в качестве предложений, продающихся в ценовом сегменте «дешевле двухсот долларов».

Иными словами, с этого момента можно говорить о настоящем наступлении эры Nehalem. Процессоры, построенные на этой микроархитектуре, стали не просто доступны по цене, они дозрели и приобрели дополнительную привлекательность. В результате, вне всяких сомнений, новинки серий Core i7-800 и Core i5-700 смогут быстро завоевать широкую популярность и станут хитами продаж этого сезона.

Другие материалы по данной теме

AMD Phenom II X4 965 Black Edition: вершина эволюции Deneb
Возвращение Celeron: Intel Celeron E3300
Nehalem ускоряется: процессоры Core i7-975 XE и Core i7-950