Производительность процессора. Разгон процессора,
апгрейд системы путём замены процессора.

Макс Урсул (DigiMakc)

11.05.2016

Оглавление

1. Вступление
   Теоретическая часть
      • Основные параметры сердца компьютера — процессора
      • Производительность процессора
      • Как увеличить производительность системы?

2. Практическая часть
      • Конфигурация тестового стенда
      • О процессоре. LGA771-775-мод
      • Тестовые приложения и методика тестирования
      • Результаты тестов
      • Обобщение результатов. Выводы

Вступление

• Из чего складывается производительность системы и на что нужно обратить внимание?
• Что такое разгон и что он даёт? Какая польза разгона и какой вред?
• Апгрейд. Простой способ увеличить производительность.

Эти и многие другие вопросы рассмотрим в данной статье.

Теоретическая часть

Рассмотрим на примере системы 8-ми летней давности. Это будет, пожалуй, самая популярная и долгоживущая система, основанная на архитектуре Core 2, разъём LGA775.

Основные параметры сердца компьютера — процессора

Часто можно встретить такое описание системы, как Intel C2D E5300 S775 2x2.6 ГГц / FSB 800 МГц / 2 МБ L2. Наверняка основное из этого понятно, но если кто подзабыл — напомню: это процессор фирмы Intel, архитектуры Core 2 (не путать с core i, так как это другая архитектура); D — Duo — 2-ядерный; E5300 — модель, LGA775 — гнездо, в которое устанавливается процессор (в другое не вставится); 2х2,6 ГГц — два ядра по 2,6 ГГц; FSB 800 МГц — это системная шина процессора (Front Side Bus) и её частота, через шину процессор обменивается информацией с чипсетом (северным мостом), который, в свою очередь, связывает с ним оперативную память, видеокарту и другие устройства. Важно отметить, что у процессоров, основанных на следующих после Core 2 архитектурах, контроллер памяти и контроллер шины PCI-E переместили непосредственно в процессор; 2 МБ L2 — это кэш-память второго уровня, которая расположена в процессоре — самая быстрая "оперативная" память в компьютере (после кэша L1), предназначенная для хранения часто используемых данных.

Производительность процессора

Из чего же складывается производительность конкретного процессора? Конечно же, основное — это архитектура процессора, то есть — это скорость выполнения различных инструкций за такт, наличие самих инструкций, пропускная способность и объём кэш-памяти, и так далее. Но с этим мы ничего не можем поделать — процессор такой, какой есть. Мы можем либо использовать его, если он удовлетворяет нашим требованиям, либо нет.

Частота процессора (МГц) — один из основных параметров, от которого, во многом, зависит производительность процессора. Грубо говоря, это количество тактов в секунду, за один или несколько которых процессор выполняет определённые вычислительные действия. Соответственно, процессор за секунду выполняет несколько миллиардов этих действий. Частота устанавливается производителем на заводе, и зависит она от двух характеристик: FSB (частота шины) и некий множитель. Так, например, у вышеназванного процессора частота шины 800 МГц, а множитель 13. Кто-то сразу заметит, "так ведь 800 х 13 = 10400 МГц, а не 2600!", заметит правильно, но тут тоже не всё просто... хотя нет, просто! Частота шины процессора на самом деле не 800 МГц, а 200 МГц! 200 х 13 = 2600 МГц, сходится! Скажете, «почему так?» На самом деле за каждый такт по шине передаётся не 1 порция данных, а целых 4! Таким образом, при шине 200 МГц передаётся в 4 раза больше данных, и производитель условно назвал это 800 МГц. Согласен, это неправильно, но что поделать, такова природа маркетинга.

Но частота процессора — не самое главное. Так, например, при шине 333 МГц (1333 эффективных, 333 х 4) и множителе 8 процессор получит частоту 2,66 ГГц, что по сути почти одно и то же, что и 2,6 ГГц (200 х 13), но при этом скорость обмена с другими устройствами повысится на 66%, что весьма прилично, да? Особенно важно это для обмена с оперативной памятью (об этом ниже).

Но и это ещё не всё. Есть же ещё кэш-память второго уровня (L2). «Почему второго, а как же первый?» — Скажете вы. А первый тоже важен, но его объём маленький, поэтому его обычно не рассматривают в сравнениях. А вот кэш второго уровня различается в разы. Так между 2-ядерниками архитектуры Core2 разница по этому параметру составляет 6 раз! 1 МБ у младших моделей, и 6 МБ у старших. «Но 6 МБайт это же до смешного мало!», скажете вы. И будете правы. Но тут, как обычно, есть "подводные камни". Кэш-память расположена в процессоре, она занимает значительную долю площади кристалла процессора, что делает её дорогой в производстве, а также существенно повышает потребление энергии процессором. Однако кэш влияет на производительность весьма относительно. На некоторых задачах более-менее существенно (например, +30%), на некоторых — вообще почти не влияет. В среднем 5-10%.

Ну и ещё один из самых важных параметров — количество ядер. От их количества в значительной мере зависит производительность. Что вообще такое количество ядер, и зачем их нужно больше одного?

Это, грубо говоря, два 1-ядерных процессора объединённых в один. Между этими ядрами общими являются кэш второго уровня, множитель и шина. Важно учесть и запомнить, что 2 ядра по 2,6 ГГц не дадут процессор на 5,2 ГГц. То есть, когда некоторые компании, которые продают железо (или продавцы), пишут: "процессор 2х2,6 ГГц=5,2 ГГц", или что-то в этом роде, то это, мягко говоря, очень неправильно (маркетинговый трюк). Но почему? А потому, что даже сегодня, в "эру многоядерных процессоров" много программ, которые неэффективно используют многоядерность. То есть программа, которая выполняется на компьютере, не может задействовать все ядра процессора, что делает многоядерный процессор малоэффективным. Один из ярких примеров — популярнейшая игра, завоевавшая миллионы поклонников — World of Tanks. Разработчики этой игры в 2012 году имели прибыль 6,1 млн. евро, при этом с 2010 года и до недавнего времени не могли или не хотели (по каким либо причинам) сделать нормальный игровой движок, который бы эффективно задействовал многоядерные процессоры. В итоге эта игра на 2-ядерниках работала примерно так же, как и на многоядерниках (3-6 и более ядер). И это далеко не единственный пример. И поэтому (если не рассматривать разницу архитектур), например, топовый "8-ядерный" процессор AMD FX-8350 во многих задачах работает как младший 4-ядерный Intel Core i5 или даже "бюджетный" i3. То есть «модульная» архитектура процессора FX-8350 довольно сомнительная, однако у него "8 ядер", и если бы их можно было эффективно использовать, то этот процессор составлял бы серьёзную конкуренцию 4-ядерным процессорам Intel Core i5/i7.

Немного об AMD FX и «модулях». Один модуль в процессорах AMD на архитектуре Buldozer (и последующих) представляет собой некий гибрид между 1- и 2-ядерным исполнением, но при этом называется «2-ядерным». Один модуль, помимо общей кэш-памяти L2 на оба ядра, имеет ещё несколько общих для двух ядер «вспомогательных» и вычислительных блоков, которые до архитектуры Buldozer были каждый со своим ядром. Это сделано с целью увеличения количества ядер, и при этом для экономии транзисторного бюджета и минимизации энергопотребления. Так процессор AMD FX-8150 имеет «8 ядер» — 4 модуля по 2 ядра в модуле, с общей кэш-памятью L3 (третьего уровня) 8 Мбайт для всех 4-х модулей. Тем не менее, совместное использование ядрами общих ресурсов модуля привело к падению производительности на ядро, которую попытались компенсировать ростом частоты. Но в работе с реальными приложениями этого оказалось не достаточно, и поэтому процессоры AMD FX в «малопоточных» приложениях существенно уступают процессорам Intel того же года выпуска с аналогичной частотой.

Но зачем же тогда много ядер? Многоядерные процессоры хорошо раскрывают себя в приложениях, оптимизированных под многоядерные процессоры, ускоряя тем самым работу приложения, и для многозадачности. К многопоточным приложениям можно отнести качественные игры, приложения для обработки/конвертирования аудио и видео, 3D-моделирование и рендеринг (преобразование модели в фотореалистичное изображение), современные веб-браузеры (открывают каждую вкладку в новом процессе), и другие. Пример многозадачности — это когда одновременно используется и выполняется несколько программ. Они могут быть как оптимизированные под многопоточность, так и нет. Но работать за компьютером, с многоядерным процессором комфортнее, так как он быстрее отвечает на запросы и меньше подтормаживает при выполнении нескольких программ. При условии, что частота процессора примерно одинакова.

Слабое место практически любого компьютера — это скорость работы с памятью. А для процессоров архитектуры Core 2 (2005-2009 годы), помимо того, что архитектура устарела, это очень актуальная проблема, которая по сути является бутылочным горлышком системы.

Что вообще это за проблема и почему? Когда процессор выполняет какую-то работу, он обращается за данными в память. Одна из первых — кэш-память, быстрая, тут всё хорошо, но её мало, тогда процессор через шину обращается к оперативной памяти. И в этом, собственно, проблема. Вернее их тут даже несколько:

1. Скорость шины процессора недостаточная.

Так, например, при шине 800 МГц получим: 800 МГц х 64 бит (ширина шины) / 8 = 6,4 Гбайт/сек. С шиной 333 (1333) скорость будет 10,6 ГБ/сек.

2. Скорость памяти.

В компьютере зачастую используется 2 канала для памяти. По этой причине лучше устанавливать 2 или 4 планки оперативной памяти. Два канала памяти с планками DDR2 по 800 МГц дадут теоретическую скорость 12,8 ГБ/сек. Но, во-первых, двухканальность используется не очень эффективно, а во-вторых сама память не очень эффективна. Коэффициент эффективности в среднем где-то 0,7 (зависит от таймингов памяти и настроек чипсета). Что на практике даст где-то около 8-9 ГБайт/сек. Тут для процессоров с шиной 800 МГц проблем нет, память даже перекрывает возможности шины. Но шина 800 — сама по себе проблема, так как медленная.

3. Помимо памяти, процессору ещё нужно "общаться" с видеокартой, и видеокарте нужно "общаться" с памятью, что опять же забивает шину процессора и памяти.

Плюс к тому, чипсет, который является связующим звеном, может быть не очень оптимально настроен, и будет снижать скорость памяти. Есть вариант DDR3 памяти со значительно большей пропускной способностью и объёмом. Но узкость шины процессора и тонкости работы чипсета никуда не уходят. Недавно появилась память DDR4. Она имеет ещё большую скорость (и объём). Но материнские платы с поддержкой DDR4 для процессоров c разъёмом LGA775 не выпускались и не выпускаются.

Учитывая всю эту информацию, можно задуматься над тем, как увеличить производительность системы. Тут есть несколько вариантов.

Как увеличить производительность системы?

Разгон — это увеличение производительности системы сверх номинала различными методами, кроме замены комплектующих.

Апгрейд — увеличение производительности системы путём замены комплектующих на более производительные. Модернизация, обновление.

То есть, имея неплохие комплектующие, можно изменить некоторые настройки так, что, например, шина процессора будет не 800 МГц, а 1200 МГц, и тогда частота процессора станет не 2,6 ГГц, а 3,9 ГГц. То есть, +50% производительности. Вот это и есть разгон. Неплохо, да? И это реально вполне. Но в каждом случае разгон индивидуален. От возможностей и параметров комплектующих зависит очень многое. Зачастую для стабильной работы необходимо повышать напряжения питания процессора, чипсета, иногда и памяти. Это зависит от степени разгона системы. При существенном разгоне приходится улучшать охлаждение, а значит, прибегать к некоторому апгрейду.

Какие проблемы в этом случае?

• Необходимость хороших комплектующих, например функциональной материнской платы с качественными элементами, в BIOS которой можно изменять различное множество параметров для тонкой настройки.
• Необходимость качественной оперативной памяти, способной работать сверх номинала.
• В связи с поднятием напряжения питания требуется более эффективная система охлаждения.
• Необходимо проверить стабильность системы по мере и после разгона.
• Разгон непропорционально увеличивает тепловыделение компонента, к которому он применяется. Из-за нагрева сокращается ресурс детали, возрастает риск преждевременного выхода из строя. Однако, как показывает практика, при «аккуратном» разгоне риск выхода устройств из строя крайне мал.

Что касается апгрейда. Есть несколько нюансов, которые нужно учитывать:

• Нужно выяснить, поддерживает ли материнская плата процессор, который планируется установить. Для конкретной модели материнской платы эту информацию можно найти на сайте производителя материнской платы. Соответствующий пункт обычно называется "CPU Support". Где перечислены поддерживаемые процессоры, TDP процессоров, ревизии процессоров, версии БИОС, в которые добавлена поддержка того или иного процессора.
• Нужно определиться с системой охлаждения процессора. Так, например, если стоит процессор Core 2 Duo с TDP 65 Вт с кулером, рассчитанным для отвода тепла от этого процессора, то при установке процессора Core 2 Quad Q9550 с TDP 95 Вт может потребоваться замена кулера на более производительный, чтобы процессор не перегревался.
• Нужно определиться с совместимостью оперативной памяти. Так как при установке процессора с частотой шины 1333 МГц нужно, чтобы память DDR2 была с частотой не ниже 667 МГц. С памятью DDR3 такой проблемы нет.

О том, какой выбрать процессор и как его разогнать можно пообщаться в конференции.

Рассмотрим, что может дать разгон 2-ядерника. Для этого сравним Core 2 Duo E4300 1.8 ГГц с Core 2 Duo E6850 3 ГГц. Так, если разгонать Е4300 по шине до 333 МГц (1333), то он станет примерно равен процессору E6850 без разгона.

Как видим, производительность прилично возросла. Как в однопоточных приложениях, так и многопоточных.

Что будет, если заменить процессор на 4-ядерник с частотой 3 ГГц? Т.е. сделать небольшой апгрейд. Без разгона.

Как видим, в однопоточных приложениях производительность изменилась несущественно, зато в многопоточных возросла почти двукратно. Таким образом получается, что разгон процессора практически линейно увеличивает его производительность. Замена процессора на 4-ядерник аналогичной частоты ещё вдвое увеличивает производительность в хорошо распараллеливаемых задачах. Но ведь можно и 4-ядерник разогнать! Однако тут требования к качеству комплектующих значительно повышаются. 4-ядерник поколения Core 2 Quad Yorkfield (второго поколения, 45 нм.) в среднем разгоняется до 3,8-4 ГГц. Что добавляет ещё около 30% производительности. Core 2 Quad Kentsfield (первого поколения, 65 нм) разгоняются до ~ 3,4 Ггц, но некоторые экземпляры первых ревизий этих процессоров не преодолевали отметку в 2,8 ГГц.

Вот, например, апргейд с разгоном: 2-ядерник E2160 1,8 ГГц с разгоном до 3,4 ГГц против 4-ядерника Q9550 (Xeon X3363) 2,83 ГГц с разгоном до 3,82 ГГц.

было:

стало:

Результат от смены ЦП и разгона E2160 3.4 ГГц => X3363 3.82 ГГц :

ICE STORM: 52219 => 125504 (+140,3%)
CLOUD GATE: 7246 => 13735 (+89,5%)
FIRE STRIKE: 3834 => 4344 (+13,3%)

* Тест Fire Strike очень требователен к производительности видеокарты из-за очень высокого качества графики, поэтому прирост производительности такой маленький, так как видеокарта в данном тесте стала слабым звеном.

Страницы: 1 | 2

Наверх

Обсудить в конференции