Многоядерные процессоры в ПК – никаких революций!

Смена поколений процессоров, появление в них каких-либо инноваций происходит в последнее время с такой скоростью, что за ними не всегда поспевают даже информационные источники, о пользователях же разговор вообще не идет. Предыдущий лидер по быстроте перемен, индустрия графических акселераторов давно смирилась со своим вторым местом. Центральные процессоры – по-прежнему самое важное, интересное, дорогое и прибыльное направление информационных технологий, соответственно и внимание к нему наибольшее.

...меня очень беспокоит вектор развития
современной IT-индустрии.
Из бесед в курилке

Начало

Чтобы избежать неправильных трактовок, сразу условимся, что речь пойдет исключительно о персональных компьютерах x86. Поэтому если говорить о первых шагах в использовании SMP-технологий для обычных ПК, то пионером следует считать компанию Intel. Интенсивное развитие процессоров сопровождалось не менее интенсивным развитием программного обеспечения, особенно для различных версий OC Windows. Но на определенном этапе требования, предъявляемые ПО к центральному вычислителю, изменились, точнее, изменилась культура работы с компьютером. Пользователя все чаще стала волновать не производительность одной отдельно взятой программы (как правило, современного среднестатистического CPU всегда хватает для любой из программ, используемых на обычном ПК), а возможность одновременно выполнять несколько задач без потери комфорта и стабильности работы.

Вот здесь и начали возникать проблемы: иногда даже очень мощного (но одного) ядра оказывается недостаточно для выполнения двух на первый взгляд несложных задач – скажем архивирования данных и просмотра DVD. Примеров можно привести массу, но вывод всегда будет один: в настоящих многозадачных средах два «обычных» процессора окажутся быстрее одного, пусть даже экстремального. Но применить классическую двухпроцессорную компоновку, даже и оптимизированную для десктопов, никто не решался. Причины этого носят больше маркетинговый характер, чем технический. Стоимость готовой системы ощутимо бы возросла, аналогично выросли бы и возможности, при этом возникла бы реальная угроза «настоящим» серверам и рабочим станциям. От таких сложностей отказались и разработчики CPU, и производители материнских плат и чипсетов, причем сейчас можно сказать, что они сделали правильно. Но раз на нативную многозадачность появился серьезный спрос, предложение тоже не заставило себя долго ждать – вышел Pentium 4 с технологией Hyper-Threading, который сразу приобрел огромную популярность. Соблюдались все условия: недосягаемость показателей полноценных двухпроцессорных систем, почти «прозрачность» как для чипсета (материнской платы), так и для ОС, значительный прирост быстродействия в многопоточных приложениях и доступная цена. Именно поэтому последние три года данная технология чувствует себя совсем неплохо, впрочем, как и ее создатели. Но со временем стало понятно, что даже у очень хороших инноваций существует свой срок полезной эксплуатации, и потому все бросились искать другие пути удовлетворения потребностей покупателей, и как оказалось, самым простым из них стало клонирование.

Удвоение всего

Наверное, опыт, накопленный автомобильной промышленностью как более зрелой отраслью, в очередной раз помог IT-индустрии. Чем тратить сумасшедшие средства на поиск путей, как от одноцилиндрового мотора добиться роста характеристик, лучше увеличить количество самих цилиндров. Именно так стали поступать практически со всеми составляющими персонального компьютера: два логических процессора, два канала памяти, два выхода на видеокарте, две видеокарты в одной системе, два чипа на одной видеокарте, два независимых потока воспроизведения в аудиокодеках, два чипсета на одной материнской плате, два и более жестких диска в RAID-массиве... заметьте, тут дан еще не полный список. Почему до этого не додумались раньше, тоже понятно. Идеологически персональный компьютер создавался для выполнения в каждый момент времени одной задачи, именно поэтому для десктопного сообщества долго незыблемыми были один процессор, одна видеокарта, одна звуковая плата. Но поскольку развивать дальше одиночные компоненты такими темпами уже слишком сложно, а потребитель требует все новых и новых высот, разработчикам пришлось поступиться основными принципами и начать клонирование.

Dual Core – ничего страшного

Название статьи мы выбрали совсем не случайно. На самом деле ничего особо выдающегося в двухъядерных процессорах нет. Просто технологии (в первую очередь производства) дошли до того уровня, когда стоимость готового двухъядерного процессора еще может вписаться в те рамки, в которых она останется доступной массовому потребителю. Хотя более детально о конкретных процессорах мы поговорим в следующем материале, ситуация все же требует освещения некоторых технических подробностей именно здесь.

Pentium 4 840 Extreme Edition на самом деле содержит два физических ядра процессора Pentium 4, так что по своим возможностям он полностью равноценен системе с двумя Pentium 4 540J (если предположить существование двухпроцессорной платы для Pentium 4) либо классической SMP-системе на базе двух Xeon DP 3,2 GHz на ядре Nocona. Сравнение это допустимо еще и потому, что у многопроцессорных систем Intel всегда использовалась одна общая процессорная шина для всех установленных CPU.

С подходом AMD все немного сложнее: два ядра уже не совсем эквивалентны двум CPU, установленным в систему. На новых моделях Opteron и Athlon 64 X2 применен общий контроллер памяти и процессорная шина для двух вычислителей, зато HyperTransport – полнодуплексный интерфейс, что гораздо предпочтительнее по сравнению с подходом Intel, особенно для многоядерных процессоров.

Огромное преимущество двухъядерных систем заключается в том, что потребителю не нужно прикладывать никаких усилий (кроме покупки системы), чтобы наслаждаться SMP-возможностями. Нет необходимости в дополнительных драйверах, «апдейтах» ОС, специально оптимизированном ПО – операционная система видит оба ядра как два независимых CPU. Соответственно в многозадачном режиме нагрузка равномерно распределяется между ними, в многопоточном – на полную мощность используются оба процессора.

Dual Core и/или 64-бита?

«Можно все закомпилить под 64 бита и получить
30%-ный прирост производительности!»
Цитата из форума ITC Online

Ядро нового процессора содержит 230 млн транзисторов, разместившихсяна площади 206 мм². При этом Pentium Extreme Edition 840 обладает тепловыделением 130 Вт

Мы совсем забыли – новые двухъядерные процессоры еще имеют 64-битные расширения. Вопрос «Что лучше, 64 бита или два ядра на одной подложке?» с технической точки зрения звучит, пожалуй, смешно, но с пользовательской он очень даже очевиден и вполне допустим. Зачем мы в очередной раз поднимаем эту тему, особенно если учесть, что скоро все выпускаемые CPU (даже бюджетного уровня) будут 64-битными? Для того, чтобы понять, какое из событий более важно для IT-индустрии в целом. Появление 64 битов в десктопах многие источники называют одним из основных переворотов наряду с появлением цветных дисплеев, «саундбластера», трехмерной графики и т. д. Если говорить о двухъядерных технологиях, то здесь метафоры и эпитеты значительно сдержаннее: что-то вроде очередного этапа совершенствования полупроводникового производства. Что же мы имеем в реальности? Начиная с 2003 г. называются сферы, где 64 бита должны принести огромные преимущества, перечислять которые уже все просто устали, причем мы делаем ударение исключительно на слове «сферы», а не названии конкретных пакетов. Аналогично все время повторяется, что нет ничего сложного в перекомпиляции программ под 64-битные процессоры. Только воз и ныне там по целому ряду причин: как уже показало тестирование, проведенное целым рядом информационных ресурсов, использование 64-битного комплекта, состоящего из CPU, ОС и драйверов, не дает никакого эффекта при работе с 32-битными приложениями. В мультимедийной сфере, где нужны «быстрые операции с большими числами», давно и успешно трудятся дополнительные блоки SSE/SSE2/SSE3, которые могут за такт оперировать даже 128-битными данными. В результате с перекомпиляцией никто не спешит, зато второй год ходят слухи об Unreal Tournament 2004 (64) с 70%-ным приростом FPS и о медиакодеках, «дробящих» в три раза быстрее любой DVD-фильм.

Что же до двухъядерных «бонусов», то, как мы уже говорили, они равносильны использованию двухпроцессорных систем, а значит, отдача есть здесь и сейчас. В данном случае мы совершенно не противопоставляем разрядность и многоядерность (тем более что новые DualCore-процессоры Intel и AMD только 64-битные). Просто одни технологии оказываются реально востребованными, а другие лишь потенциально пригодными.

Заглянем в процессорное завтра

«Вы пробовали познать процессор?»
Цитата из форума ITC Online

Завтра выглядит на самом деле очень радужным. По предварительной информации, цены на младшие модели двухъядерного Pentium D 2,8 GHz будут порядка $250, что может в корне изменить ситуацию на рынке. Давайте посчитаем: 250 – процессор, 150 – «средняя» материнская плата на чипсете Intel 945X, 150 – 1 GB памяти DDR2-533. В результате $550 за платформу, которая по производительности в многопоточных средах равноценна системе с Dual Xeon DP со стоимостью в 2,5–3 раза выше. Бюджетные CPU тоже наверняка подтянутся через полгода-год. Вообще, словосочетание «бюджетный 64-битный двухъядерный процессор», согласитесь, звучит очень непривычно, даже как-то неправильно, но такова реальность. Кстати, данная ситуация в чем-то схожа с выходом видеокарт PCI Express серии NVidia 6ххх, когда по сравнению с предыдущим поколением серьезно увеличилась производительность и возросли возможности, а стоимость снизилась до отметки «меньше $200». Если так пойдет и дальше, выиграет, как обычно, покупатель, что опять же только радует.

Относиться к появлению нового поколения центральных процессоров и соответственно компьютеров на базе них можно по-разному. Платформы меняются с устрашающей скоростью, при этом подавляющее большинство пользователей до сих пор «сидят» на Athlon XP 2500+ и GeForce Ti4200 и с надеждой ждут того времени, когда смогут перейти на Socket 478 или Socket 754. Другие же, имея передовую технику, уже сейчас задаются вопросом: «Как же я жил без двухъядерного процессора раньше?!», так что встреча нового поколения персональных систем будет, как всегда, разной. Если предварительные цены окажутся близкими к реальности, то «power users» крупных городов наверняка быстро сменят свои платформы на Pentium D и Athlon 64 X2, а до периферии новые процессоры доедут еще не скоро.

Таким образом, можно сделать вывод: ничего страшного в этих процессорах нет, никаких принципиальных перемен в IT-индустрии они не инициируют, в то же время практическая польза от них несомненна. Наверное, 2006 г. действительно станет периодом массового внедрения многоядерных систем во все сферы применения компьютерной техники, вот тогда и посмотрим, чьи двойки (или четверки) окажутся лучше.