Procesorji: Dvoboj Davida in Goljata
Procesorji so nekakšno srce računalnika. S svojo močjo ne premetavajo le gora ničel in enic, temveč napajajo tudi druge komponente, denimo grafične in zvočne kartice; predvsem delovanje prvih je zelo odvisno od osrednjega procesorja. Preizkusili smo 27 aktualnih procesorjev za namizne računalnike ...
Čeprav na trgu procesorjev nastopata praktično le dva izdelovalca, imamo uporabniki v vsakem trenutku na voljo vsaj 40 različnih modelov, ki so ponavadi razdeljeni v tri generacije: odhajajočo, trenutno aktualno in prihajajočo. Prvo izdaja zelo ugodna cena in omejena ponudba, ki večkrat premami predvsem nezahtevne kupce. Velika večina uporabnikov posega po aktualnih procesorjih, kateri razpon je tudi daleč najširši, prav takšna je tudi njihova razporeditev na ceniku trgovin. Za peščico prihajajočih modelov nove generacije velja, da se vedno znajdejo prav na vrhu cenikov, saj procesorski gigant Intel najprej predstavi najmočnejše in najdražje predstavnike neke serije procesorjev in tako pobere smetano uporabnikov, ki so za najnovejšo tehnologijo pripravljeni mastno plačati, nato pa postopoma niža delovne takte, količino predpomnilnika in seveda ceno posameznih modelov. Ta proces zna trajati tudi dve leti, odvisno od pritiska, ki ga nanj izvaja glavni konkurent, podjetje AMD. To se je v zadnjih letih znašlo v precejšnjih finančnih in proizvodnih težavah. To se, ne nazadnje, pozna tudi pri tempu razvoja novih procesorjev; več o tej problematiki pišemo v nadaljevanju.
V naš veliki test procesorjev smo vključili veliko večino aktualnih primerkov procesorjev obeh največjih izdelovalcev, AMD in Intel. Sodelujejo vse družine procesorjev, od enojedrnih prek dvo- in trijedrnih procesorjev pa vse do štirijedrnikov, ki trenutno predstavljajo vrh ponudbe. Procesorje smo pognali čez večje število testov, pri čemer smo merili njihovo surovo računsko moč, obnašanje v igrah, 3D in grafičnih programih, sposobnosti kodiranja videa ter stiskanja datotek. Seveda smo vestno izmerili tudi porabo energije v stanju mirovanja in ob polni delovni obremenitvi, ki jo za svoje delo zahtevajo sodobni procesorji.
S temi preizkusi smo poskušali dognati, kateri procesorji so primerni za posamezno opravilo, in si predstavljati njihovo tipično rabo. Različni uporabniki imamo do procesorjev različne zahteve, zato lahko pri ozko specializirani namembnosti odloča le en rezultat, ki prevlada nad vsemi drugimi (denimo pri kodiranju video vsebin ali stiskanju datotek). Ugotavljamo, da prav slabih procesorjev danes ni več in da silicijeve rezine precej dobro in uravnoteženo opravljajo svoje delo - ni procesorjev, ki bi na nekaterih preizkusih blesteli, na drugih pa bili pri dnu lestvice.
***
Začenjamo s predstavitvijo posameznih razredov procesorjev in njihove arhitekture, njihove rezultate na posameznih preizkusih in po posameznih modelih pa si bomo ogledali kasneje.
AMD Sempron, podnožje AM2
AMD Sempron je med tokrat preizkušenimi procesorji pravi starosta, saj njegove korenine segajo že v daljno leto 2006, ko je AMD predstavil prve procesorje AM2. Enojedrniki so danes že postali prava redkost, sicer pa svojo nalogo v računalnikih nezahtevnih uporabnikov še vedno dobro opravljajo. Odlika teh procesorjev je silno nizka poraba energije, saj naj bi ob največjem mučenju porabili do 45 W, ponavadi pa še precej manj. Prav po zaslugi svoje varčnosti hladilna rešitev s procesorjem nima veliko dela in ostaja prijetno tiha. AMD Semproni premorejo tipično le 128 KB prvostopenjskega predpomnilnika in 512 KB predpomnilnika L2, zato se pri pomnilniško zahtevnih aplikacijah slabše odrežejo, omejeni z enim samim jedrom pa so tudi računsko precej omejeni. Razlog, zakaj se jim je uspelo obdržati do današnjih dni, je ta, da velika večina podpira 64-bitne operacijske sisteme; to je bilo že pred tremi leti v razredu vstopnih procesorjev velik plus. Pričakovati je, da bodo AMDjevi Semproni kaj hitro zginili s prodajnih polic, oziroma, bolje rečeno, bodo preimenovani v AMDje serije 100 (več o tem v razdelku, v katerem pišemo o procesorski prihodnosti).
AMD Athlon X2, podnožje AM2
AMDjevi dvojedrni Athlon so prepoznavni po oznaki X2 v imenu, včasih pa jih je krasil še napis 64, ki je jasno označeval podporo 64-bitnim sistemom. Tudi ti procesorji s koreninami segajo zelo daleč nazaj, vendar jih je AMD vmes neštetokrat posodobil z najrazličnejšimi spremembami v proizvodnem procesu (z 90 na 65 nm) in to jim je pomagalo hkrati do višjih delovnih taktov in nižje porabe energije. Danes najdemo na trgu večino primerkov, ki porabijo od 45 do 65 W energije. To je sorazmerno ugodno (najbolj požrešni starejši primerki so se zadovoljili tudi šele s 125 W). Količina drugonivojskega predpomnilnnika niha glede na različico, praviloma pa se giblje med 512 KB in 1 MB na jedro. Predpomnilnik L1 pa ostaja pri 128 KB. Pomnilniški krmilnik je integriran v samo sredico procesorja, sodeluje pa s pomnilnikom DDR2. Ker je AMD v svoje Athlone X2 že takoj vgradil podporo virtualizaciji, so ti procesorji dolgo časa ostali aktualni. AMDjevi dvojedrniki so namreč kos tudi zahtevnejšim opravilom, ki bi jih od njih zahteval povprečen uporabnik, glede na najboljše izdelke pa jih še najbolj tepejo razmeroma nizki delovni takti (v primerjavi s konkurenco) in starejša zasnova.
AMD Phenom X4 in X3, podnožje AM2+ in AM3
V AMDju so, soočeni s trdo konkurenco s strani Intela na področju dvojedrnih procesorjev, sklenili narediti opaznejši korak naprej. Žal so imeli pri pripravi svojega štirijedrnika precej težav in zamud, predvsem slednje pa so Intelu zopet prepustile tudi zahtevnejši del trga. Kot da ne bi bilo dovolj smole, so se prvi primerki štirijedrnikov Phenom X4 spoprijemali še z matematičnim hroščem (TLB), ki sam po sebi ni bil nič kaj nevaren, je pa poskrbel za veliko slabe reklame. Z revizijo procesorske sredice B3 (in novejših) znajo tudi Phenomi X4, ki jih prepoznamo po zadnji številki 50 v imenu, vse izračune opraviti pravilno. Štiri jedra, vsako opremljeno s 512 KB predpomnilnika L2 in deljenim 2 MB tretjenivojskim predpomnilnikom, so sprva onemogočala višje delovne takte, s prehodom s 65 nm na 45 nm proces izdelave pa se je tudi poraba energije krepko zmanjšala (s 125-140 W na 65-95 W, odvisno od različice). Obenem s procesorji Phenom X4 so v AMDju splavili tudi čipovje 790FX, ki je skupaj z lastnimi grafičnimi rešitvami Radeon HD sestavljalo varčno platformo, imenovano Spider. Marketinški oddelek v AMDju je zaradi slabših zmogljivosti izpostavljal predvsem energijsko varčnost platforme in primerjavo zmogljivosti na porabljeni vat energije, h kateri je pomembno prispevala tudi uporaba pomnilnika DDR2. AMD je do nadaljnjega ostajal na podnožju AM2+ in brez uporabe hitrejšega pomnilnika DDR3. Tega je prinesla šele naslednja generacija teh procesorjev.
Inženirji v podjetju AMD sprva sploh niso načrtovali trijedrnih procesorjev, a so jih prve proizvodne težave pri pripravi štirijedrnikov pripravile do tega, da so procesorje, ki niso prestali vseh preizkusov izdelovalca, a še vedno niso bili za smeti, ustrezno predelali (izklopili posamezno jedro) in zapakirali kot trijedrnike. Recept splavitve procesorjev Phenom X3 z ravno prav nižjo ceno je kar dobro uspel, saj so se tako znebili visokega odpada v proizvodnji in obenem ustvarili povsem svoj razred - konkurent namreč trijedrnikov nima v programu. Da gre dejansko za "pohabljene" štirijedrnike, je uspelo dokazati peščici srečnih posameznikov, ki jim je uspelo obuditi zamrznjeno jedro (zelo majhno število izoliranih primerov) in jim procesor zdaj deluje kot štirijedrnik.
AMD Phenom II X4, podnožje AM2+ in AM3
V AMDju trenutno skrbijo predvsem za polno izrabo svojih proizvodnih zmogljivosti s 45-nm tehnološkim procesom. Zadnji v vrsti so novi štirijedrni procesorji (sredica s kodnim imenom Deneb), ki slišijo na ime Phenom II X4. Najprej sta luč sveta ugledala modela 920 in 940 na "starem" podnožju AM2+ in požela veliko zanimanje javnosti, kasneje pa se jima je pridružil še brat, model 810 na novem, dolgo pričakovanem podnožju AM3. Platforma AM3 je prva, ki v svet procesorjev AMD prinaša podporo pomnilniku DDR3, ki bo tem procesorjem pomagal zmanjšati razliko v primerjavi z Intelovimi procesorji Core i7.
Čeprav podnožje AM3 predstavlja opazno pohitritev cele platforme, je model 810 frekvenčno in predpomnilniško najšibkejši in hkrati tudi najcenejši iz družine procesorjev Phenom II X4. Očitno bo za najmočnejše štirijedrnike iz t. i. serije Black Edition na podnožju AM3 treba še malo počakati.
V AMDju so poskrbeli tudi za združljivost procesorjev AM3 s starejšo platformo AM2+. Lastniki nekaterih takšnih osnovnih plošč morajo nanje namestiti le ustrezno strojno programsko kodo (BIOS) in že lahko vgradijo procesor zadnje generacije. Ta bo v tem primeru komuniciral le s pomnilnikom DDR2, a bo še vedno hitrejši od starejših rešitev. Takšna združljivost tudi razkriva, da je v nove Phenome II vgrajen univerzalni pomnilniški krmilnik, ki zna komunicirati tako s pomnilnikom DDR2 kot tudi DDR3.
To, da je AMD za platformo AM3 najprej ponudil le sredino ponudbe iz razreda procesorjev Phenom II X4, razkriva eno večjih pomanjkljivosti pomnilnika DDR3. Slednji je sicer zmožen delovanja pri občutno višjih delovnih taktih, a za ta dosežek žrtvuje veliko latence (zakasnitveni časi so občutno višji). To se kaže tudi na samih rezultatih. Če primerjamo delovanje pomnilnikov vrste DDR2 in DDR3 v svetu procesorjev in svetu grafičnih kartic, je razlika kot dan in noč. Pri procesorjih je namreč, vsaj zaenkrat, še precej majhna, a verjamemo, da bodo nadaljnje optimizacije pomnilniških krmilnikov prinesle bistveno boljše rezultate - obema taboroma.
So pa Phenomi II na podnožju AM3 opazno varčnejši od svojih najzmogljivejših bratov na podnožju AM2+, saj so njihove termalne meje postavljene pri 95W (preostali 125W), ko jih uporabnik popolnoma obremeni. Ker pa je pomnilnik DDR3 energijsko požrešnejši od pomnilnika DDR2, se ta razlika v praksi kaj hitro porazgubi.
Procesorje AM3 na pogled le težko ločimo od modelov za podnožje AM2+, saj imajo prvi le dve nožici manj. To zadostuje, da se skupno število nožic ustavi pri številki 938. Sredica štirijedrnika je prav zajetna, saj zaseda površino 258 mm2, to pa je le malce manj od velikanov z imenom Core i7. Procesorji AMD Phenom II X4 so na voljo v dveh družinah, različice 9xx premorejo 6 MB predpomnilnika L3, različice 8xx pa le 4 MB.
AMD Phenom II X3, podnožje AM3
Kot rečeno, trijedrniki sprva niso bili zajeti v načrte izdelovalca procesorjev, vendar so tehnične težave v proizvodnji prve generacije botrovale njihovemu nastanku. Ti procesorji so bili razmeroma dobro sprejeti med uporabniki, zato se je AMD odločil trijedrne procesorje obdržati tudi po prenovi. Novinci slišijo na ime Phenom II X3, pravzaprav sta trenutno na trgu le dva modela X3 720 in X3 710, med letom pa naj bi se jima pridružilo še več bratov, ki bodo tako kot novinca izkoriščali vse prednosti pomnilnika DDR3, čeprav zna integriran 128-bitni pomnilniški krmilnik delovati tudi s pomnilnikom DDR2 (in lahko te procesorje uporabimo tudi na starejših ploščah s podnožjem AM2+). S svojimi ugodnimi cenami bodo ti procesorji precej pripomogli k temu, da bi se platforma AM3 med uporabniki kar najhitreje prijela. Tako kot njihovi štirijedrni vrstniki bodo tudi trijedrniki na voljo v dveh družinah s po 4 ali 6 MB tretjenivojskega predpomnilnika. Za opis drugih tehničnih lastnosti si oglejte procesorje Phenom II X4, ki imajo dodatno delujoče jedro, poraba trijedrnikov pa tako ostaja pod sto vati (95W), kar je soliden dosežek.
Intel Celeron, podnožje Socket 775
Tudi procesorji Celeron so z uporabniki že celo večnost, saj ima to ime več kot desetletno zgodovino. Generacija Celeronov je arhitekturno naredila velik preboj, saj se je iz tipično enojedrne družine uspelo izmuzniti celo nekaj primerkom dvojedrnih procesorjev, ki jih ločimo že po imenu, saj imajo oznako "dual core". Danes tudi aktualni Celeroni temeljijo na arhitekturi Core (prej so bili grajeni na starejši arhitekturi Netburst, bolj znani iz procesorjev Pentium 4), le z ustrezno prirezanimi krili, sicer pa to ostajajo procesorji za nezahtevno rabo, ki potrebujejo za delovanje od 1,0 do 1,3 V napetosti, pri tem pa oddajo do 35 W toplote, zato hladilna rešitev (ki je dobesedno na tretjini odrezana kopija hladilnikov zmogljivejših modelov Core 2 Duo) z njimi nima nobenega dela. Nizki delovni takti, praviloma do dveh gigahercev, in majhna količina sekundarnega predpomnilnika (512 KB) se pri matematično zahtevnih opravilih ne izkažejo, a tega kupci od Celeronov tudi ne pričakujejo.
Intel Pentium Dual Core, podnožje Socket 775
Intel je z imenom Pentium dodobra zapolnil zgodovino procesorjev v zadnjem desetletju, saj so ti modeli vedno veljali za dobro (in nekdaj tudi drago) izbiro. Danes sestavljajo spodnji srednji razred in so na voljo v dveh različicah. Starejša, grajena še na 65-nm tehnološkem procesu, se počasi poslavlja, prepoznali pa jo boste po imenu E2xxx in le megabajtu drugonivojskega predpomnilnika (L2 cache), medtem ko imajo novejši predstavniki te serije, E5xxx, 2 MB in so izdelani po 45 nm postopku, ki jim pomaga dosegati tudi bistveno višje delovne frekvence. S temi procesorji, pri katerih je takt zunanjega vodila 800 MHz, se v Intelu začne svet resnejšega računalništva.
Intel Core 2 Duo, podnožje Socket 775
Ko so procesorji Core 2 Duo prišli na trg, so takoj postali uspešnica, saj AMD takrat ni imel pripravljenega protiorožja, zmogljivi dvojedrniki (takrat še 65 nm generacija Conroe) pa so osvajali najvišja mesta na prav vseh preizkusih. Razvoj tehnologije je dvigal takt zunanjega vodila (od 800 prek 1066 do 1333 MHz) in najvišji delovni takt (od 2,4 do 3,33 GHz), tudi količina predpomnilnika je postajala vedno večja. Trenutno sta aktualni predvsem dve družini teh procesorjev (kodno ime Wolfdale), in sicer modeli z oznakami E7xxx, ki imajo 1066 MHz zunanje vodilo in 3 MB predpomnilnika, ter njihovi zmogljivejši bratje E8xxx s 1333 MHz vodilom in 6 MB predpomnilnika L2. Poleg številnih naborov ukazov za pospeševanje računskih operacij imajo ti modeli podporo virtualizaciji, zato so že primerni za zahtevnejše operacije, s porabo vsega 65 W ob obremenitvi pa zelo dobra izbira tudi s stališča energijske učinkovitosti.
Intel Core 2 Quad, podnožje Socket 775
AMD je Intel strašil z napovedmi o splavitvi štirijedrnih procesorjev, zato so tudi na tem področju Intelovi inženirji pohiteli in elegantno sparili dva dvojedrnika, da je nastal štirijedrnik, logično imenovan Core 2 Quad (prva generacija procesorjev od Q6600 do QX68x0, ki je ni več na policah trgovin). S takšno potezo jim je tudi uspelo hitro priti na trg in zavladati na tem tržnem segmentu. Prvi tako sestavljeni štirijedrniki so imeli veliko težav s pregrevanjem, predvsem zaradi podvojene količine generirane toplote in zgolj pogojno ustreznih hladilnih rešitev, a so te z vsako novo revizijo postajale vse manjše. Danes imamo uporabniki na voljo že drugo generacijo teh štirijedrnikov (modeli Core 2 Quad Q9x00 in Q8x00), ki imajo le eno fizično jedro, a gre še vedno za elegantno iz dvojedrnikov sestavljene štirijedrnike, ki delujejo s frekvencami do treh gigahertzev (FSB ostaja 1333 MHz), razlikujejo se le po količini predpomnilnika L2, saj so na voljo v različicah s 4, 6 in celo 12 MB. Zaradi orjaške procesne moči je pri teh procesorjih že smiselna kombinacija z bolj prepustnim pomnilnikom DDR3, čeprav jih lahko uporabljamo tudi s ploščami, ki podpirajo le pomnilnik DDR2.
Z zlatimi črkami se je v zgodovino zapisal tudi Intelov prvi cenovno dostopni štirijedrnik Q6600, ki je bil prodajno nadvse uspešen, saj je imel zaradi za današnje razmere nizkega takta zunanjega vodila visok množilnik in je navijalcem omogočal doseganje zelo visokih taktov. Prav zato je druga generacija po tej plati med računalniškimi zanesenjaki bistveno manj priljubljena, saj jim daje manj svobode.
Intel Core i7, podnožje Socket 1366
Zadnja generacija Intelovih procesorjev sliši na ime Core i7 in je v svet računalništva prinesla kar precejšen napredek. S procesorji Core i7 je Intel znova dvignil letvico v razredu namiznih procesorjev in tako še zagrenil življenje svojemu konkurentu. Pa vendar moramo priznati, da je Intel od AMD kljub vsemu prevzel nekaj posrečenih delov arhitekture procesorjev. Jedra Core i7 imajo tako zdaj (po zgledu AMD) vgrajenih precej funkcij, ki jih je prej opravljal severni most na osnovnih ploščah, integriran je pomnilniški krmilnik, pa tudi štirijedrni dizajn je postal monoliten (štiri združena jedra, v prejšnji generaciji sta štirijedrnik sestavljala dva dvojedrna čipa, povezana med seboj).
Procesorji Core i7 temeljijo na mikroarhitekturi s kodnim imenom Nehalem. Sredica s štirimi jedri, od katerih vsako premore 256 KB drugonivojskega predpomnilnika, vsebuje tudi nov vmesnik za komunikacijo med jedri. Ta se imenuje QuickPath Interconnect in skrbi tako za komunikacijo med jedri kot tudi med procesorjem in veznim naborom. Vgrajen pomnilniški krmilnik je trikanalen in namenjen pomnilnikom vrste DDR3 (od 800 do 1066 MHz). Vsak kanal podpira do dva pomnilniška modula, zato je na ploščah s pripadajočim novim čipovjem Intel X58 moč zaslediti po šest pomnilniških rež in ne le zgolj štiri kot v prejšnjih generacijah. Z vsako generacijo pri Intelu povišajo tudi nivo tretjenivojskega predpomnilnika (L3), novi procesorji ga imajo tako kar 8 MB. Dodali so jim tudi nekaj novih ukazov, nabor SSE4.2 skrbi predvsem za delo z večpredstavnimi vsebinami.
Intel je v Core i7 vgradil tudi tehnologijo SMT (Simultaneous Multithreading), ki svoje delo opravlja podobno kot njena predhodnica Hyper-Threading. To pomeni, da procesor hkrati opravlja dve procesni nalogi, operacijski sistem pa tak procesor vidi kot osemjedrni (oziroma osemnitni). V procesorje Core i7 je vgrajen tudi poseben mikrokrmilnik, ki zna neodvisno uravnavati napetost in delovni takt posameznih jeder, po potrebi jih zna tudi naviti (glede na obremenitev in dokler temperature ostajajo v dokaj nizko postavljenih varnostnih mejah); to tehnologijo so krstili za Turbo Boost.
Procesorji Core i7 so izdelani v 45 nm izdelavnem procesu in imajo 731 milijonov tranzistorjev, zasedajo pa površino 263 mm2. Od prejšnje generacije procesorjev se jasno ločijo že navzven, saj niso več kvadratni, temveč pravokotni, pa tudi večji so. Zato jih seveda ni moč posaditi na podnožje Socket 775, temveč so dobili svoje - Socket 1366. Večje število nožic gre predvsem na račun trikanalne pomnilniške arhitekture, saj se sicer drobovje ne razlikuje prav močno od družine procesorjev Core 2 Quad. S tem Intel razveseljuje izdelovalce osnovnih plošč, ki pripravljajo nove modele, s katerimi bi obudili zmanjšano povpraševanje po osebnih računalnikih v zadnjem letu, manj navdušeni pa so uporabniki, saj preprosta nadgradnja procesorja ne pride v poštev - zamenjati je treba celotno platformo.
Ker je proces izdelave ostal enak kot pri prejšnji generaciji (45 nm), prav tako so sorodne tudi delovne frekvence (med 2,4 in 3,2 GHz v primeru prvih procesorjev) in delovna napetost (1,2V), se je, začuda, spremenila količina oddane toplote (žal na slabše). Procesorji Core i7 tako ob polni obremenitvi oddajo do 130 W toplote, serija Extreme Edition pa še dodatnih 9 W več. In če so v Intelu pomagali izdelovalcem plošč, so uslugo naredili tudi izdelovalcem hladilnih rešitev. Preprosta sprememba razdalj med pritrdišči hladilnikov je dovolj, da na Core i7 ne bomo namestili nobenega izmed starejših hladilnikov. Intel svojim procesorjev v različicah BOX prilaga razmeroma zmogljive hladilnike, izdelane iz kombinacije aluminija in z bakrenimi vročecevnimi povezavami na samo jedro, pa tudi polovica lističev za odvajanje toplote je narejena iz bakra. Hladilnik je zelo masiven, k sreči pa na njem delo opravlja ventilator, ki se vrti počasneje kot pri predhodnikih in tako skrbi za nehrupno delovanje hladilne rešitve.