Procesory od początków po PIV i Athlona XP

PORÓWNANIE PROCESORA PENTIUM IV A ATHLON XP:

Testując te procesory o zbliżonych osiągach bardzo łatwo zauważyć, iż w niektórych benchmarkach zdecydowanie lepiej zachowuje się układ AMD, a w innych bezkonkurencyjny okazuje się Intel. Różnice te spowodowane są przede wszystkim odmienną architekturą oraz zupełnie innymi możliwościami każdego z układów.

Pentium 4 oraz AMD Athlon obok siebie

Różnica architektur:

AMD i Intel różnie podchodzą do problemu wydajności. Athlon to przede wszystkim szybka jednostka zmiennoprzecinkowa, sprawdzona i znana architektura, wykorzystanie pamięci DDR SDRAM oraz mnogość chipsetów na rynku. Pentium 4 wydaje się być procesorem zaprojektowanym zarówno na dziś jak i na najbliższą przyszłość. Został wykonany w najnowszej technologii 0,13 um. Wydajna magistrala, zastosowanie instrukcji optymalizujących prace, platforma socket 478 oraz do niedawna praktycznie brak chipsetów konkurencyjnych firm.

Wracając jednak do Athlona, należy dokładniej przyjrzeć się jego wysokiej wydajności. Zadowalające wyniki w testach są rezultatem niezwykle zaawansowanej hiperskalarnej architektury x86, posiadającej trzy równoległe potoki wykonawcze, dla trzech jednostek wykonawczych. Wszystko to współpracuje z układem nie kolejnego wykonywania instrukcji. Ponadto, obecnie na rynku są dostępne dwie odmiany tych procesorów. AMD Athlon oraz AthlonXP to dwa różne układy. Pierwszy, o nazwie kodowej Thunderbird wykonany jest w technologii 0,18 um i powoli zostaje wycofywany ze sprzedaży - zastępuje go nowy, wykonany w tej samej technologii 0,18 um AthlonXP z rdzeniem Palomino.

Ten ostatni różni się od swojego poprzednika kilkoma zasadniczymi cechami. Najważniejszą jest zastosowanie nowych instrukcji SIMD (Single Instruction, Multiple Data), w skład których wchodzą intelowskie SEE. Druga to implementacja nowej jednostki pobierania wyprzedzającego (Data Prefetch). Trzecia polega na zastosowaniu większego bufora TLB (Translation Lookaside Buffer). Czwartą cechą jest zastosowanie diody termicznej mającej chronić procesor przed spaleniem podczas awarii chłodzenia. Jednak to co łączy obydwa procesory to ta sama platforma - socket 462.

Athlon posiada 133 MHz-owe magistrale DDR (faktycznie 266 MHz) o przepustowości 2.1 GB/s. Pamięć cache jest podzielona na dwie części: L1 (pierwszego poziomu) o pojemności 64 kB dla danych i tyle samo dla instrukcji oraz L2 - 256 kB. Magistrala wewnątrz procesora odpowiadająca za komunikację pomiędzy wewnętrzną pamięcią a rdzeniem ma szerokość 64 bitów, a pracuje z szybkością zegara.

Najbliższa przyszłość Athlona to przede wszystkim zmiana procesu technologicznego na 0,13 um i kolejny rdzeń o nazwie Thoroughbred (czystej krwi). Pozwoli to na uzyskanie dużo wyższych częstotliwości taktowania, zmniejszy ilość emitowanego ciepła oraz pobieraną moc.

Konkurencyjny Pentium 4 jest nieco inaczej zaprojektowany. Główną różnicą jest obsługa szybkich pamięci RDRAM komunikujących się za pomocą 100 MHz-owej magistrali QDR (faktycznie 400 MHz) o przepustowości 3.2 GB/s. Cache L1 o pojemności 8 kB dla instrukcji i tyle samo dla danych jest połączony z rdzeniem procesora za pomocą 256 bitowej magistrali pracującej z szybkością jądra. Pamięć podręczna drugiego poziomu ma pojemność 256 kB (w rdzeniu Northwood - 512 kB) - taką samą jak Athlon. Dość ciekawym mechanizmem jest układ ze śledzeniem instrukcji, a także jednostka wykonawcza Rapid Execution Engine. Wszystko jest wspomagane przez długą listę instrukcji SIMD (Single Instruction, Multiple Data), w skład których wchodzi SSE2. Wydajne działanie tych mechanizmów wymaga jednak, w przeciwieństwie do Athlona, zoptymalizowania oprogramowania.

Najszybszy procesor Intela występuje w dwóch odmianach. Pierwsza to układ wykonany w technologii 0,18 um na rdzeniu Wilamette, występujący na rynku w odmianach od 1.3 GHz do 2.0 GHz. Nowy Pentium 4 wykonany jest natomiast w technologii 0.13 um i posiada rdzeń o nazwie Northwood. Obecnie występuje w wersjach od 2 GHz wzwyż i będzie stanowił w najbliższej przyszłości podstawę do dalszego podnoszenia częstotliwości taktowania. Zasadniczą różnicą pomiędzy dwiema odmianami Pentium 4 jest o połowę większa pamięć cache L2, która w nowym układzie wynosi 512 kB.

W niedalekiej przyszłości Intel zaprezentuje dużo wydajniejsze procesory wyposażone w rdzeń Northwood, technologia 0,13 um pozwala na uzyskanie szybkości dochodzących nawet do 10 GHz, wątpliwe jest jednak aby tak szybki procesor ukazał się jeszcze w tym czy następnym roku i z tą architekturą. Jednak o potencjale CPU niech świadczą wyniki uzyskane dzięki overlockerom. Procesor pracujący z szybkością nominalną 2.2 GHz bez przeszkód stabilnie działał z zegarem 3 GHz, problem stanowi jedynie wodne chłodzenie układu.

Wewnętrzna architektura Athlona

Wewnętrzna architektura Pentium 4

Dostępność platform:

Każdy, kto chciałby zakupić jeden z najszybszych układów na rynku musi brać pod uwagę dostępność płyt głównych obsługujących konkretny procesor. Za samą płytą główna kryją się obsługiwane przez nią pamięci. W przypadku Athlona nie ma to praktycznie znaczenia, ponieważ w większości obecnie produkowanych chipsetów (VIA KT266A, KT333 SiS735, nVidia nForce420 czy AMD760) można zastosować jedynie pamięci DDR. Układy te są dwukrotnie szybsze od swoich poprzedników (SDRAM), a cena ich produkcji jest zaledwie o kilka procent wyższa.

Pentium 4 został tak zaprojektowany, aby korzystać z szybkiej pamięci RDRAM (chipset i850), która jest jednak nadal sporo droższa. Dlatego Intel przedstawił układ i845 obsługujący dziś już zbyt wolną ale tanią pamięć SDRAM. Najbardziej logicznym wydaje się wobec tego zastosowanie pod procesory Intela obsługi pamięci DDR.

Taką możliwość daje nowy i bardzo udany chipset Tajwańskiej firmy SiS - SiS645 - jednak na razie jest niewielki wybór płyt głównych z tym układem. Alternatywą mógłby być także chipset VIA P4X266 obsługujący DDR jednak nie będzie on powszechnie dostępny na rynku przynajmniej do czasu zakończenia procesu sodowego pomiędzy VIA Technologies a Intelem o licencję na magistralę do Pentium 4. Jedyna firma, która przedstawiła nową płytę z tym układem - Tajwański Epox - bardzo szybko została podobnie jak VIA pozwana do sądu przez Intela.

Jednak testy jakie przeprowadzono dowiodły, iż aby w pełni wykorzystać możliwości architektury Pentium 4 nie jest konieczne stosowanie pamięci RDRAM - zastosowanie szybkich pamięci DDR pozwoliło na obniżenie ceny całego systemu praktycznie bez strat wydajności. Na szczególną uwagę zasługuję wspomniany już SiS645, który obsługuje nowe pamięci PC2700 DDR SDRAM o przepustowości 2.7 GB/s (wobec 3.2 GB/s w przypadku RDRAM). Przy różnicy około 25% układy DDR SDRAM mają zdecydowanie lepszy czas dostępu do danych, co sprawia iż okazują się nawet wydajniejsze w zastosowaniach nie wymagających ciągłego transferu.

Marketing:

AMD, produkując procesory o niższych częstotliwościach zegara, zmuszony został do wprowadzenia, wraz z AthlonemXP, nowego sposobu na oznaczanie swoich układów. Nie lubiany kiedyś wskaźnik PR-rating, czyli porównywanie wydajności z procesorami Intela, znów fałszuje rzeczywistą wartość zegara układu (oficjalnie AMD twierdzi, iż jest to wskaźnik związany z architekturą QuantiSpeed i oznaczający wyższość wydajności procesorów AthlonXP nad starszymi Athlonami). I tak, na przykład AthlonXP 1900+ posiada zegar pracujący z częstotliwością 1600 MHz, a nie jak wskazywało by oznaczenie - 1900 MHz. Jednak od czasu kiedy pojawiły się nowe AthlonyXP większość użytkowników zdążyła się przyzwyczaić do takiego sposobu oznaczeń. A i AMD jest łatwiej sprzedać procesor "AthlonXP 1900+" niż "Athlon 1600 MHz" za tą samą cenę - górą więc marketing.

Który układ jest lepszy?

Na to pytanie nie ma jednoznacznej odpowiedzi. Pentium 4 okazuje się wydajnym procesorem w zastosowaniach wykorzystujących jego szeroką magistralę pamięci. Athlon jest za to zdecydowanie lepszym wyborem, gdy ważna jest wydajność koprocesora arytmetycznego.

Okazuje się więc, iż Pentium 4 znacznie lepiej nadaje się do aplikacji wymagających szybkiej wymiany dużych bloków danych. Do takich zastosowań zaliczają się np. trójwymiarowe gry. Wyższą wydajność będą miały także programy napisane z wykorzystaniem instrukcji SSE2 np. Adobe Photoshop. Produkt Intela wykazuje także wyższość w aplikacjach internetowych oraz podczas dekowanie plików MPEG-4.

AMD Athlon zdecydowanie wyprzedza układ Intela w zastosowaniach profesjonalnych, takich jak modelowanie obiektów 3D, aplikacje CAD/CAM czy obliczenia matematyczne z użyciem profesjonalnych programów (jak np. Mathlab, Matcad) oraz programach symulacyjnych (np. PcNap). Zdecydowanie szybszy jest także w renderingu scen trójwymiarowych za pomocą 3DStudio MAX.

Podsumowanie:

Wraz z wprowadzeniem nowego jądra Nothwood, Pentium 4 spowodował bezapelacyjnie odebranie palmy pierwszeństwa AMD. W obecnej chwili nic nie wskazuje na to aby pozycja Intela była jakoś specjalnie zagrożona, 1666 MHz to zdecydowanie za mało aby pokonać szybkie Pentium 4400 MHz. A nowe układy są już na horyzoncie - Intel będzie stopniowo, ale coraz szybciej zwiększał częstotliwość taktowania, a AMD czeka na zmianę procesu technologicznego, aby możliwe stało się zwiększenie częstotliwości.

Dużą zaletą procesorów AMD jest ich cena, najwydajniejsze układy ustępują zaledwie o kilka procent najszybszemu Pentium 4, a ich cena jest nawet o połowę niższa. Zaletą przemawiająca na korzyść Athlona jest także jeden Socket dla wszystkich procesorów oraz wykorzystanie tańszych pamięci DDR. Walka o prymat najszybszego układu na pewno się jeszcze nie skończyła, jednak bardzo prawdopodobne, że przeniesie się tym razem na kolejną platformę procesorów siódmej generacji.