На 14 ноември миналата година корпорацията Intel анонсира новия си флагмански процесор Pentium 4, работещ на честота 3.06 GHz (23*133=3.06), първият процесор, преминал границата от 3 гигахерца.

Paul Otellini от Intel цитира няколко интересни цифри при анонсирането на процесора на Intel Developers Forum, веднага събудили интереса на пресата и журналистите. В частност, беше споменато увеличаване на производителността на системите, използващи Hyper-Threading, със около 25%.

След Otellini и Bill Siu, вице-президент на групата платформи Intel, продължи коментара относно производителността на новия процесор. Според него, при някои приложения производителността би могла да нарастне с 70% (!), докато при изпълнението на други увеличаване на производителността може и да няма. Особено голямо е увеличението на производителността при изпълнението на програмите от пакета Microsoft Office благодарение на множеството задачи, които се изпълняват във фонов режим.

По-същественото в случая е това, че за пръв път в процесорната история в процесор, предназначен за изграждане на настолна система, е използвана технология, достъпна до този момент само в сървърните процесори Intel Xeon (при тях тя се нарича SMT - Symmetric Multi-Processor). Става дума за SMT (simultaneous multi-threading technology), наречена от Intel с термина Hyper-Threading (HT). И SMT, Simultaneous Multi Threading, и SMP, Symmetric Multi Processing, са два способа да бъдат преодоляни ограниченията на конвенционалния процесор, изпълняващ една "опашка" инструкции.

По този начин, Intel успя да отхвърли обвиненията на конкуренцията в лицето на AMD, че не предлага напоследък нищо ново в архитектурен план, а само увеличава мегахерците. Новият процесор (по-точно, новият двупроцесор) успява да увеличи значително изчислителната мощ, без това да бъде постигнато чрез увеличаване на работната честота. А що се отнася до това, доколко е голямо увеличението, ще можете да го видите по-долу в статията, там, където са резулататите от направените от нас тестове.

Като начало, нека видим една обобщена архитектурна схема на прецесорната част на една мултипроцесорна система, и на новия процесор, използващ технологията Hyper-Threading:

В сравнение с класическата мултипроцесорна система (отляво на схемата), изградена, например, посредством двойка процесори Xeon, базирани върху идентичната на използваната в Pentium 4 NetBurst архитектура, в кристала на HT процесора са интегрирани два отделни комплекта регистри, буфери и др. модули, означени на схемата като AS. Така, за операционната система един физически процесор става еквивалентен на два отделни процесора, макар и логически.

Всеки от двата логически процесора има свой собствен контролер на прекъсванията APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller), а за да могат да се координират транзакциите между отделните блокове, съществуват и две свързани с логическите процесори таблици RAT (Register Alias Table), в които се фиксират състоянието и достъпността на регистрите с общо предназначение на физическия процесор.

Основния замисъл на разработчиците на технологията HT е приложенията да могат да използват едновременно дублираните блокове на процесора. Разбира се, и на теория, и на практика ще има достатъчно количество ситуации, при които заявки към дублираните блокове или към общите части на процесора ще са повече от изпълнимите реално в даден момент, и в тези случаи ефект от HT технологията не би могло да има.

За да работи цялото това "богатство", е необходима поддръжка на ниво хардуер и операционна система. "Ниво хардуер" в общия случай означава, че на ниво чипсет/BIOS процесорите с тази технология би трябвало да могат да бъдат разпознати правилно и технологията да може да бъде активирана от тях на ниско ниво. За момента не всички чипсети поддържат технологията Hyper-Threading. Не я поддържат по-старите чипсети на Intel (до i845D), почти всички чипсети на SiS (с изключение на нови ревизии на чипсетите SiS 645DX, SiS 648, SiS 655), както и тези от VIA. Със сигурност поддържат Hyper-Threading чипсетите от Intel i845PE, i7205, i845G, както и новите Canterwood и Springdale, т.е. всички чипсети, поддържащи FSB 533 MHz. За някои дънни платки може да се наложи подмяна на BIOS с по-нова версия.

Що се отнася до поддръжката на ниво операционна система, собствениците на системи с Windows 95/98/МЕ могат да започнат траур: само операционните системи, базирани на ядро NT (NT4/2000/XP), могат да разпознаят двата логически процесора в ядрото на P4 3.06 GHz. Това не означава, обаче, че компютър, оборудван с такъв процесор и управляван от Windows 98, например (звучи ужасно, нали?), няма да работи - просто ОС ще "вижда" само един процесор.

От предимствата на Hyper-Threading ще могат да се възползват почти всички Unix-базирани ОС, включително и Linux. Що се отнася до последния, ще се наложи да се използва някоя по-нова версия на ядрото (над 2.4.18), което не е проблем.

Приключваме дотук с теорията, и обръщаме малко внимание върху физическите особености на новия процесор, който бе предоставен за тестове в Retail вариант от официалния дистрибутор на продуктите с марка Intel за България, фирмата ASBIS:

Нищо по-различно от обикновеното, освен увеличената честота, няма нито в опаковката, нито върху етикета:

Дори самият процесор от горната страна изглежда като всеки един P4:

Все пак, от маркировката можем да разберем, че процесорът има 512kB кеш от второ ниво, и е предназначен за FSB 333 MHz (по-нататък ще има вариант, работещ на FSB 800 MHz и честота 3GHz).

Разликите се виждат при обръщането на процесора от обратната му страна. Новата ревизия на ядрото на процесора (отляво на снимката), се отличава значително от досега използваната):

Увеличеният брой елементи, както и по-високата работна честота, увеличиха и изискванията към охлаждането. Влизащия в BOX-окомплектоването радиатор с вентилатор, е с масивна медна пластина, а мощността на вентилатора, доколкото успяхме да преценим, също в увеличена.

При стартирането на компютъра BIOS на дънната платка P4PE безпогрешно разпозна двата логически процесора, и ги отрази по съответен начин върху екрана:

Благодарение на изобилието на настройки в BIOS на дънната платка от ASUSTeK, честотата на паметта не е задължително да бъде 333MHz:

Като цяло, абсолютно никакви проблеми при инсталирането на процесора и разпознаването му от операционната система Windows XP Professional не възникнаха.

Прозорецът на Task Manager-а в различни моменти от изпълнението на задачите показваше различен процент на натоварване на логическите процесори, дори и при изпълнение на едно-единствено приложение, но не трябва да забравяме, че и самата операционна система стартира периодично най-различни процеси, които се изпълняват във фонов режим, "невидими" за потребителя.

Тестове

Тествахме този процесор при default честота х множител = 23х133. При тестовете ще видите резултати както при изключена Hyper-Threading технология, така и при включен Hyper-Threading. При тестовете, в които беше възможно за изпитване на възможностите на Hyper-Threading технологията, се пускаше съответната програма/тест, но като две паралелно работещи програми т.е. една и съща програма/тест, пусната два пъти. Теста се извършваше чрез запускане на програмата да работи паралелно на себе си и се отчиташе времето, за което ще се извърши теста общо за двете програми. Все пак, за сравнение, направихме и “нормалните” тестове с една-единствена програма.

При две паралелно работещи програми теста е отразен като “2х”, докато нормалните тестове с една програма са отразени като “1х”.
Освен това, за да различавате тестовете с включен Hyper-Threading и изключен Hyper-Threading – тестовете с включен Hyper-Threading са означени като “HT”, тези без включен Hyper-Threading - “No-HT”

Все пак, не при всички тестове беше възможно извършването на “2х” тестовете – примерно при тестовете с игри – не смятам, че някой ще хване да прави нещо друго тежко на компютъра, на който примерно иска да играе на "пълни обороти" UT2003.

Тестова система:

EPoX 4GEAE i845GE MoBo
Intel P4 3.06 HT CPU
TwinMOS 2x256MB DDR400
80GB Seagate Barracuda ATA IV
MSI GeForce4 Ti4200 64MB
400W SUNNY PSU + 300W FSP Group PSU
17” ReliSYS FLAT

CCWS2002

Ей тука беше голямата изненада, сериозно. Не очаквахме, че No-Hyper-Threading резултата ще бъде по-добър. Направихме тестовете 2 пъти, но резултатите бяха почти идентични т.е. грешка нямаше.

DVD to DivX compression

Ето първият пример, където се забелязва силата на Hyper-Threading технологията. При “1х” тестовете разликата не е въобще голяма, но всъщност по-интересен беше резултата при 2х тестовете – около 30% подобрение в резултатите се забелязва при включен Hyper-Threading. Реално имаме само два логически процесора, чрез които получаваме тези 30% повишение в производителността.

WinACE

Под WinACE се забелязва зависимостта от DivX компресията – при “1х” тестовете разлики няма, но вече при “2х” тестовете сами виждате какво се получава. Отново виждаме предимството при използване на HyperT технологията при работата на две програми едновременно – No-HT Р4 процесора няма повече сила, за пресмятане на операциите, докато HT P4 варианта успява да се “облегне” на Hyper-Threading технологията за допълнителна изчислителна мощност.

LAME 3.91

Под LAME компресията разликите при “No-HT” и “HT” не са големи както в “1х” тестовете, така и в “2х”. Все пак разликата в “2х” е по-голяма и донякъде оправдава използването на Hyper-Threading технологията.

Quake3

При тестовете под Quake3 разлика никаква нямаше, резултатите бяха идентични (понеже не съм фен на Q3, разбрах в последствие, малко късно, че има специална команда за работа в SMP режим т.е. при двупроцесорна машина). Има вероятност в този режим резултатите да бъдат различни.

PC MARK2002

Под PC MARK резултатите бяха идентични почти, графиките илюзорно лъжат за големи разлики в резултата.

3D MARK 2001SE

Под 3D MARK отново не виждаме никакви разлики в тестовете, графиката отново подвежда окото.

SiSoft SANDRA 2003

Под SANDRA беше ясно, че ще има разлика – това беше първата тестова програма, за която се знаеше, че ще “поддържа” Hyper-Threading технологията на Intel. И “поддържката” е налице – наличен е прираст в производителността при използване на Hyper-Threading.

CodeCreatures Benchmark

И този тест няма никакви оптимизации за използване на Hyper-Threading технологията и разлики в резултатите нямаше.

Unreal Tournament 2003

Под Unreal също не се забелязват разлики между включен и изключен Hyper-Threading.

Това сигурно ще натъжи армията поклонници на тази (пък и други подобни игри), които тайно са се надвали, че при използването на два логически процесора ще успеят да изкарат двойно повече кадри за секунда. За съжаление, за този тип твърдения няма място - нито на теория, нито, както видяхме, и на практика.

SuperPI

Беше ни много интересно да видим резултатите при “2х” теста под SuperPI, но бяхме донякъде разочаровани – при две парелно работещи програми (SuperPI) се получаваше грешка в едната от двете, която ни попречи да отчетем валиден резултат в “2х” режима. При “1х” тестовете, както виждате, разлика няма.

Направихме още няколко теста с помощта на приложенията от пакета SPECviewperf 7, използван най-често при тестовете на професионални видеокарти, и то защото в комплекта му влизат приложения от типа на 3D MAX. На практика в нито единия от шестте теста от пакета не отчетохме разлика в резултатите при включването и изключването на HT. При стартирането на втори фонов процес успоредно с теста, за което редактирахме BAT файловете, регистрирахме по-добри резултати при активирана Hyper-Threading технология, но разликите не бяха много значителни.

Заключение

Разгледахме набързо като теория, и ви запознахме с резултатите на едно донякъде импровизирано тестване на новия процесор на могъщата корпорация Intel - Pentium 4, работещ на честота 3066 MHz и поддържащ технологията Hyper-Threading.

Определено може да се кажат следните две думи – производителност, цена. Това, казано малко по-просто, се транслира в “Много производителност за много пари”. И с право. Този процесор в момента е най-бързия x86 процесор на пазара, но тази висока производителност идва със своята солена цена – около 2 пъти по-скъп от 2.8GHz версия на P4 Northwood, 3.06GHz P4 като че ли не може да се похвали с толкова високи показатели, които да заслужават високата цена.

От друга страна, наличието на Hyper-Threading технологията помага до някъде да се оправдаят разходите за компютър, който ще използва този процесор. Особенно при многозадачна работа, която е лесно постижима под операционна система като Windows 2000/XP (Windows XP Home, макар че има ограничение от един поддържан процесор, прекрасно се справя с разпознаването и управлението на два логически процесора). Оптимизирането на многозадачна паралелна работа е особенно полезнo при използването на системата като сървър или при работа с много активни приложения по едно и също време, т.е. така, както работи една съвременна компютърна система. Точно тук се включва и Hyper-Threading технологията на Intel, която както добре се вижда в някои от тестовете, успява да се справи много успешно с повишената нужда от процесорна мощ.

В крайна сметка, обаче, от гледна точка на обикновения, не интересуващ се много-много от технически подробности потребител, последния получава (почти) два процесора в един корпус, който (които) в повечето случаи са по-производителни, отколкото един-единствен, при незначително увеличение на размера на процесорното ядро. Разбира се, за момента цената на този top процесор е висока, но тя няма да бъде такава още дълго време. А тогава, когато почти всички произвеждани от Intel процесори ще поддържат технологията HT (говори се, че най-ниският ще бъде с честота 2.4GHz), цените ще намалеят значително и всеки, желаещ да получи мощна модерна система, ще може да я има на една поносима цена. При това дву-логически-процесорна.

Процесорът Intel Pentium 4 3.06GHz HT е предоставен за тестове от ASBIS Bulgaria.