¿Qué nos da FPU? ¡Suscríbete a nuestras actualizaciones! ¿Qué es el estrés de la fpu?
08.08.2012
Hasta el advenimiento de los procesadores Intel Core, nadie pensó en el concepto de "eficiencia del núcleo", pero su valor resultó ser mucho más alto que las frecuencias y cachés previamente celebrados. Pero cómo representar la eficiencia del núcleo en números. Le ofrecemos una de las opciones, con la que puede evaluar el rendimiento desde un ángulo diferente.
De inmediato haré una reserva de que los resultados de la prueba de hoy no representan la verdad última. Y no pretende ser cien por ciento exacto. Cuando se utilizan otros principios de prueba, se pueden obtener resultados diferentes, pero me parece que es este método el que permite sacar conclusiones adecuadas, que están confirmadas por la historia.
¿Qué hace que este o aquel procesador funcione en consecuencia? Esta pregunta atormentó a muchos aficionados y profesionales del mundo del hierro. Durante mucho tiempo, la principal medida de productividad fue frecuencia de reloj... Un poco más tarde, la atención se centró en la frecuencia del bus frontal, luego en los tamaños de caché y luego en la cantidad de núcleos. Pero siempre se pasaba por alto algo que realmente afectaba directamente la velocidad de los cálculos.
Esto es algo, sin duda, el mero rendimiento de dos de los bloques más importantes de los procesadores x86 modernos: la Unidad Aritmética Lógica (ALU) y la Unidad de Punto Flotante (FPU). Es la similitud de sus características lo que define el concepto de arquitectura, y este concepto no tiene nada que ver con el caché o la frecuencia, mientras que afecta directamente el rendimiento general del procesador.
Entonces, antes de comenzar un gran estudio, averigüemos qué son estos bloques, qué hacen y cómo funcionan. Como dije, este material no habla de trabajar con memoria, cachés y otras adiciones, solo hablaremos de ALU y FPU y, por supuesto, de dos de sus componentes importantes: pipelines y una unidad de predicción de rama. Bueno, hablemos un poco sobre la tecnología Hyper-Threading de Intel, ya que afecta directamente el rendimiento del núcleo al realizar operaciones simples.
Bloque de enteros
La primera y principal unidad procesadora. Aunque, es más correcto decir no un bloque, sino bloques, ya que hay varios de ellos en los procesadores. En términos generales, en los albores del desarrollo, aparte de este bloque, prácticamente no había nada en el procesador. La misión principal de ALU, desde los primeros modelos hasta los monstruos modernos, no ha cambiado. Todavía trabaja con números simples (enteros), realizando operaciones de suma, resta, comparación, conversión de números; realiza las operaciones lógicas más simples, así como cambios de bits.
Tenga en cuenta que a la ALU no se le asigna la tarea de multiplicación y división, pero todo porque estos tipos de cálculos son bastante raros y, como resultado, han asignado su propio bloque: un "multiplicador de enteros", gracias al cual fue posible aumentar el rendimiento de la ALU, salvándolo de tareas no estándar. ... Las operaciones de división también se asignan al multiplicador y se realizan utilizando una tabla especial de constantes. Aquí hay una unidad tan simple, cuyo rendimiento afecta directamente al rendimiento del procesador en muchas tareas, por ejemplo, aplicaciones de oficina, numerosos programas específicos para cálculos, etc.
Bloque de coma flotante
Este bloque apareció en procesadores mucho más tarde que ALU, y en un principio incluso se consideró como un coprocesador. Sin embargo, posteriormente, sin embargo, migró al núcleo del procesador principal y desde entonces ha sido una parte integral y muy importante de él (como en el caso de ALU, este bloque no es uno en el procesador). Como su nombre lo indica, la tarea principal de FPU son precisamente las operaciones con números de punto flotante.
Desde que apareció esta unidad en la CPU, la carga en ella ha ido creciendo todo el tiempo, lo que finalmente llevó al hecho de que la carga en la FPU a menudo excede la carga en la ALU. Además, dada la alta universalidad de esta unidad, gradualmente se le "colgaron" funciones adicionales, en particular, en este momento es él quien trabaja con todas las resoluciones de transmisión y procesa datos vectoriales, de los cuales ya hay muchos en los procesadores modernos. El rendimiento de este equipo afecta al rendimiento del procesador en la gran mayoría de aplicaciones, especialmente en multimedia, juegos, trabajo 3D con fotos, etc.
Transportador
Se sabe que cada operación en el procesador requiere una cierta cantidad de tiempo para procesarse, y hay una gran cantidad de estos datos, sin exagerar. Para optimizar el trabajo con ellos y agilizar su ejecución, para aumentar la velocidad de trabajo, se inventó una tubería.
Su principio es similar al funcionamiento de un transportador convencional en una fábrica: la pieza pasa gradualmente a través de varios puestos estacionarios de trabajadores que se dedican a su procesamiento, y cada uno realiza solo una operación en ella. En el procesador, en lugar de una pieza, hay datos, que también pasan por varios pasos en secuencia. Por supuesto, este enfoque hizo posible reducir significativamente el tiempo de inactividad de cada unidad de procesador individual, es decir, aumentar significativamente su rendimiento en comparación con el procesamiento de datos exclusivo.
Sin embargo, el transportador también tiene desventajas que son consecuencia de las ventajas. La principal es la necesidad de restablecer toda la tubería debido a un cambio inesperado en el flujo del programa. La mayoría de las veces, esto sucede cuando se utilizan operadores condicionales en el código que, según las condiciones, cambian más datos y rutas.
Hay un punto más importante: las canalizaciones de diferentes procesadores tienen un número diferente de etapas. Lo bueno de las tuberías cortas es que te permiten lograr más rendimiento a la misma frecuencia, mientras que una tubería larga ayuda a lograr una mayor velocidad de reloj. Un ejemplo simple de la vida real: los procesadores AMD Athlon XP y Athlon 64 con las arquitecturas K7 y K8, respectivamente, alguna vez compitieron con los procesadores Intel Pentium 4 con la arquitectura NetBurst. Como probablemente recordará, muchos procesadores de estas líneas tenían un rendimiento muy similar entre sí, pero al mismo tiempo tenían características completamente diferentes. En particular, Athlon 64 3200+ a 2200 megahertz, superó a menudo al Pentium 4 3200 megahertz. La razón de este hecho está en la diferente longitud de la tubería: si AMD, tradicionalmente, usó una etapa corta de 12, entonces Intel en el Pentium 4 usó una etapa de 20 etapas mucho más larga, y un poco más tarde, ¡una etapa de 31! De ahí la notable diferencia en el rendimiento.
Bloque de predicción de rama (bloque de predicción de rama condicional)
La aparición de este bloque fue inevitable tras la aparición del transportador. El problema ya expresado de los operadores condicionales y la inevitable puesta a cero completa de la tubería afectaron significativamente el rendimiento general, ya que en algunas aplicaciones, el porcentaje de rechazos en el procesamiento de datos simplemente se salió de escala.
Entonces, ¿qué está haciendo este bloque? Es simple: funciona como un procesador clarividente regular, es decir, superando los eventos (lea los cálculos de la rama de datos erróneos), determina si se realizará un salto condicional o no. Naturalmente, no hay adivinación en los posos del café. Por el momento, lo principal y prioritario es el método dinámico de predicción de rama, en el que la unidad de predicción de rama no solo analiza los datos y las instrucciones que se están preparando para su procesamiento por parte del procesador, sino que también analiza el historial de transiciones similares, que a su vez se acumula. Debido al hecho de que monitorea constantemente el resultado final (lo adivinó o no) y lo compara con su predicción, complementando sus propias estadísticas, la efectividad de las predicciones en situaciones similares en el futuro aumenta significativamente. Debido a tales tácticas, este bloque tiene predicciones mucho más correctas que incorrectas: los procesadores modernos de Intel y AMD en los casos 95-97 determinan correctamente la dirección de una rama condicional. Naturalmente, esto hace que la puesta a cero del transportador sea relativamente rara.
Bueno, tienes un pequeño programa educativo sobre procesadores y ahora podemos considerar cómo funciona todo en la realidad, qué tan efectiva es esta o aquella arquitectura y qué tan efectivas son las unidades ALU y FPU (y, por supuesto, sus unidades auxiliares). Para poder cubrir la gama más amplia posible de núcleos de procesador y al mismo tiempo minimizar el impacto en los resultados de las pruebas de partes tan importantes de las CPU modernas como el caché, el bus del procesador y el ancho de banda de la memoria, recurrimos al paquete de prueba AIDA 64. Además, solo se seleccionaron dos sintéticos del paquete. prueba - CPU Queen y FPU SinJulia. ¿Por qué exactamente lo son? La respuesta radica en el principio mismo de su funcionamiento y el pleno cumplimiento de los requisitos de esta prueba. Para comprender cómo se reflejan ciertas características arquitectónicas de cada prueba en los resultados de la prueba, echemos un vistazo a la descripción oficial:
CPU reina
Prueba de entero simple. El resultado depende principalmente del rendimiento del Bloque de operaciones de enteros, pero también es muy sensible a la eficiencia del Bloque de predicción de ramas, ya que su código contiene muchas ramas condicionales.
A velocidades de reloj de procesador iguales, un modelo con una canalización más corta y menos errores de predicción obtendrá ventaja. En particular, con HyperThreading desactivado, el procesador Pentium 4 en el núcleo de Northwood obtendrá un mejor resultado que el modelo con el núcleo de Prescott, ya que en el primer caso se usa una tubería más corta de 20 etapas, en comparación con la tubería de 31 etapas en el segundo.
Al mismo tiempo, habilitar HyperThreading puede cambiar la alineación de fuerzas y permitir que Prescott gane. Además, el rendimiento de la familia de procesadores AMD K8 debería ser superior al de la familia K7, gracias al uso de una unidad de predicción de rama mejorada.
El banco de pruebas CPU Queen utiliza las extensiones de transmisión MMX y SSE, hasta la versión SSSE3. Toma menos de 1 megabyte en memoria de acceso aleatorio... Admite HyperThreading, sistemas de multiprocesamiento (SMP) y procesadores de múltiples núcleos.
La elección de esta prueba fue dictada, en primer lugar, por la capacidad de erradicar por completo la influencia del subsistema de memoria y el tamaño de las cachés de todos los niveles en el resultado. Es decir, obtener el resultado del trabajo de la ALU apoyado por la unidad de predicción de rama. Otras pruebas del paquete ALU, aunque insignificantemente, todavía sienten la influencia de la frecuencia y el tamaño de los cachés, así como banda ancha bus de procesador y bus de memoria. Y en nuestro caso, cuando se comparen decenas de procesadores de distintas generaciones, la diferencia en el rendimiento de estos subsistemas puede alcanzar varios órdenes de magnitud. Por ejemplo, una tabla incluye: un procesador Pentium III que usa memoria SDR-133 con un bus de memoria de 64 bits y un Core i7 con un bus de memoria de 192 bits y que funciona con memoria DDR3-1333.
Pero el soporte HT en este caso no es muy agradable, ya que muchos procesadores de la lista no lo admiten, como muchas aplicaciones reales. Sin embargo, tendremos en cuenta este hecho cuando comparemos directamente dos procesadores con y sin soporte HT.
FPU SinJulia
Prueba de cálculos con coma flotante y con mayor precisión (80 bits). La prueba se basa en el cálculo de un fotograma del fractal de Julia modificado. El código para esta prueba está escrito en ensamblador y, por lo tanto, está perfectamente optimizado para los procesadores Intel y AMD. Especialmente aquellos núcleos que pueden usar instrucciones x87 trigonométricas y exponenciales.
El banco de pruebas SinJulia FPU ocupa menos de 1 megabyte de RAM. Admite HyperThreading, sistemas de multiprocesamiento (SMP) y procesadores de múltiples núcleos.
Como puede ver, la prueba SinJulia FPU, al igual que la CPU Queen, es completamente independiente del rendimiento del subsistema de memoria, así como de la frecuencia y el tamaño de las cachés del procesador. Además, el resultado de SinJulia será objetivo incluso al comparar el antiguo K6-III y el Phenom II moderno, debido al hecho de que la prueba no utiliza extensiones de transmisión como MMX y SSE. Bueno, la alta precisión de los cálculos nos permite sacar una conclusión adecuada para las tareas modernas asignadas a la CPU.
Se ha hecho la elección de las pruebas, pero ya puedo escuchar voces que se oponen a la adecuación de los resultados de comparar procesadores antiguos y nuevos. Uno de los argumentos esgrimidos es la cuestión de comparar procesadores con diferentes números de núcleos y diferentes frecuencias. Entonces, específicamente para la objetividad de la comparación, de acuerdo con los resultados, dedujimos un cierto coeficiente de desempeño para cada persona examinada, que se calculó mediante una fórmula simple:
resultado de la prueba / número de núcleos / frecuencia
Al dividir estos valores para cada procesador, obtenemos el resultado de un núcleo por ciclo. Dada la descripción de las pruebas, es necesario realizar varias correcciones. Primero, con la compatibilidad con HyperThreading, el procesador siempre obtiene mejores resultados. En segundo lugar, los procesadores que no admiten SSE mostrarán resultados más bajos en la prueba ALU, es decir, CPU Queen. Afortunadamente, no hay muchos procesadores de este tipo en la lista; de hecho, estos son solo AMD K6-III.
También es importante recordar que prácticamente todos los procesadores probados tenían su propia placa base. Y cada placa base, en consecuencia, tiene su propio generador de reloj, que es capaz tanto de sobreestimar como de subestimar la frecuencia de referencia del procesador. La consecuencia de este hecho son los resultados ligeramente diferentes del mismo procesador en diferentes placas base... Considerando que no podemos erradicar este momento, se decidió dejar un error bastante grande en los resultados, lo que al final se justificó, permitiendo agrupar a los procesadores.
Y esta información era necesaria para una comprensión adecuada de la efectividad de una arquitectura en particular y, en algunos casos, del kernel. Avanzando un poco, diré que este método de cálculo se ha justificado, demostrando una alta linealidad y dependencia de los resultados.
Ahora hablemos de cómo probamos todo esto. Si ya ha mirado la tabla dinámica, probablemente haya notado que hay 61 procesadores de diferentes generaciones en ella. Por supuesto, no todos fueron probados en nuestro laboratorio; solo un poco más de un tercio de los procesadores probados en nuestro laboratorio de pruebas. Una parte significativa de los resultados se tomó de la base de datos del propio programa AIDA 64 2.50, que fue el único paquete de prueba en esta comparación. Naturalmente, no confiamos ciegamente en los resultados anteriores. Y verificamos dos veces los resultados de su base de datos realizando nuestras propias pruebas para varios procesadores similares. Los resultados, si tenemos en cuenta el error en la frecuencia de referencia y, en consecuencia, la diferencia en esas frecuencias, agradaron, demostrando una similitud casi completa. Por lo tanto, indudablemente hemos reunido los resultados de la base del programa con nuestros propios resultados en una tabla.
También vale la pena señalar aquí que en diferentes versiones de AIDA, el cálculo de los resultados puede no ser el mismo y, por lo tanto, no se pueden comparar. En nuestro caso, todos los resultados se obtuvieron solo en la versión 2.50.
Bueno, es hora de pasar a examinar los resultados de las pruebas, que resultaron ser muy, muy interesantes. Es hora de echar un vistazo a nuestra tabla principal, donde encontrará las características de los procesadores que son importantes en esta prueba y, lo más importante, los resultados de ambas pruebas con datos ya mostrados sobre el rendimiento del núcleo por ciclo de reloj.
Teniendo en cuenta que la eficiencia de las FPU y las ALU puede ser muy diferente, no debe sorprenderse en los momentos en que el mismo procesador tiene un rendimiento excelente cuando trabaja con datos enteros, pero al mismo tiempo se desempeña significativamente peor con datos de punto flotante. Aunque sucede al revés. Antes de comenzar la historia, me gustaría señalar que el orden en mi descripción seguirá la línea de tiempo, mientras que en la tabla los resultados están ordenados por el resultado absoluto de la prueba ALU.
Los primeros y más antiguos procesadores de esta lista serán el AMD K6-III en el núcleo Sharptooth y el Pentium III en el núcleo Katmai. Estos procesadores tienen una tubería, que es bastante corta en la actualidad: solo 12 pasos para Intel y un mínimo de 6 pasos para AMD. Debido a esto, este último prácticamente no necesita una unidad de predicción de rama, ya que los errores asociados con la elección incorrecta de la ruta no tendrán un efecto tan significativo en el resultado como en el procesador Pentium. En realidad, no existía tal cosa en este procesador, pero sí en el procesador Intel, y aunque su eficiencia es baja para los estándares modernos, los mecanismos de análisis son los mismos que en los procesadores modernos. Como resultado, AMD K6-III tiene un resultado más alto en la prueba ALU debido al corto proceso. Su resultado es 2,03 unidades / ciclo frente a 1,93 del competidor. ¡Esto es a pesar del hecho de que esta generación de procesadores AMD no tenía soporte para extensiones de transmisión SSE! Al mismo tiempo, en la prueba FPU, el Pentium III ya está por delante, en gran parte debido a la unidad de predicción de rama, con un resultado de 0.164 unidades / reloj contra 0.128 para el representante de la arquitectura K6.
Pentium III fue notable por su excelente eficiencia. Solo Athlon pudo competir con él en este parámetro con éxito variable.
Los exitosos núcleos Coppermine y Tualatin de los procesadores Pentium III que aparecieron más tarde mantuvieron inalterada la arquitectura Katmai, y por lo tanto los resultados de dos procesadores: Celeron 700 y Pentium III 1333 son similares a los que ya hemos visto. Pero AMD, para cuando se lanzaron estos procesadores, ya había abandonado la arquitectura K6, ya que debido a un pipeline muy corto no permitía alcanzar frecuencias superiores a los 550 megahertz. Como resultado, la nueva arquitectura K7 recibió una canalización más larga de 10 etapas y muchas características y cambios adicionales que trajeron mejoras notables en el rendimiento. La principal innovación, y la más importante en el marco de este material, fue la aparición de un bloque de predicción de rama. Sin embargo, los nuevos productos, que recibieron su propio nombre Athlon, no superaron en rendimiento a los procesadores ALU y Pentium III. Por otro lado, la eficiencia de la FPU ha crecido significativamente: en este parámetro AMD K7 Athlon superó notablemente al K6 y alcanzó a los competidores, mostrando el resultado al nivel de 0.163 unidades / ciclo. Pero la tubería más larga redujo significativamente la eficiencia de la ALU, a 1,58 unidades / ciclo, es decir, en casi un 25 por ciento en relación con la K6. En otros aspectos, esto estaba justificado, ya que FPU era más importante en la mayoría de las aplicaciones en ese momento, y la mayor frecuencia, que finalmente se logró, cubrió estas pérdidas con interés.
La transición de AMD Athlon al núcleo Thunderbird no cambió de ninguna manera la alineación de fuerzas y la eficiencia por reloj, porque este núcleo tiene la misma arquitectura. Por otro lado, poco después de ellos, aparecieron en el mercado los primeros procesadores Pentium 4 basados \u200b\u200ben la arquitectura NetBurst completamente nueva. Quizás en términos de marketing y ventas, estos procesadores fueron un éxito absoluto, pero en términos de ingeniería y eficiencia, no hubo la peor arquitectura en la historia.
Pentium 4 basado en el núcleo de Willamette. Uno de los primeros procesadores basados \u200b\u200ben la arquitectura Netburst fallida, pero sorprendentemente tenaz.
La razón es esta: después de perseguir los grandes megahercios que los compradores querían tanto, los ingenieros de Intel optaron por un movimiento no trivial para alcanzar frecuencias más altas, alargaron significativamente la tubería, hasta 20 etapas. Por supuesto, en la carrera por los megahercios, inmediatamente se convirtieron en líderes, pero el rendimiento por reloj se ha reducido de forma notable. El resultado promedio de los procesadores Pentium 4 en los núcleos Willamette y Northwood es 1.02 en la prueba ALU y 0.108 en la FPU. Compare con los resultados de Pentium III: ¡la diferencia es enorme! Para superar en rendimiento a los procesadores de la generación anterior, el Pentium 4 necesitaba una frecuencia significativamente más alta. Es decir, de hecho, para obtener la misma eficiencia de las ALU con el procesador más antiguo de la familia Pentium III operando a 1400 megahertz, el núcleo Pentium 4 debe operar a 2536 megahertz. Y para lograr el mismo resultado en la prueba FPU, se necesitan 2111 megahercios, que es un poco menos, pero también bastante. Es decir, si promediamos los resultados, los procesadores Pentium III 1400 y Pentium 4 2.4 tendrán una igualdad aproximada en eficiencia.
Al mismo tiempo, AMD no persiguió a Intel en términos de frecuencias y, manteniendo la arquitectura K7 casi sin cambios, lanzó la línea de procesadores Athlon XP, en la que los procesadores ya no estaban marcados con una frecuencia, sino con calificaciones con un signo más, lo que demostró eficiencia en relación con los procesadores Pentium 4. Es decir, según los comercializadores de AMD, el procesador Athlon XP 1800+ debería competir con el Pentium 4 que funciona a 1800 MHz.
Veamos qué tan adecuado fue este enfoque, teniendo en cuenta que la eficiencia de los núcleos Athlon XP está en el nivel de 1.58 unidades / ciclo en ALU y 0.163 unidades / ciclo en FPU. Con una frecuencia real del modelo 1800+ igual a 1533 megahertz, el resultado es 2422 unidades en CPU Queen y 250 en FPU SinJulia. Al mismo tiempo, los Pentium 4 con una frecuencia de 1.8 GHz serán 1908 y 195 unidades, respectivamente. Parece que la calificación es incluso subestimada. Sin embargo, no olvide que el rendimiento en aplicaciones reales puede ser ligeramente diferente si tiene en cuenta otras características de los procesadores, como cachés, buses y otros.
Sorprendentemente, la amarga experiencia no les ha enseñado nada bueno a los ingenieros de Intel, y una vez más, al encontrarse con la imposibilidad de aumentar la frecuencia, vuelven a aumentar la longitud de la tubería. Además, no por un par de pasos, sino de manera bastante significativa: si el núcleo de Northwood tenía 20 pasos, entonces Prescott tenía 31. Y este no es solo un transportador largo, sino muy largo. Sí, por supuesto, gracias a este cambio, el umbral para la frecuencia máxima de reloj de los nuevos núcleos fue mayor, pero la disipación de calor también fue mayor.
El núcleo de Prescott fue una degradación adicional de la arquitectura Netburst en busca de megahercios más altos. El núcleo Intel más ineficiente de todos los tiempos.
Sin embargo, el cambio más importante, que no todos pudieron apreciar, fue una caída significativa en la eficiencia en relación con su predecesor, y aunque la aparición de la tecnología HyperThreading salvó la situación de alguna manera, los procesadores que no la utilizaron mostraron un nivel de eficiencia terrible. Encuentre procesadores Pentium D 820 y 925, así como procesadores Celeron D 326 en la tabla y comprenderá lo que quiero decir. El resultado por ciclo, demostrado en la prueba CPU Queen, fue la más modesta de 0,75 unidades, y FPU SinJulia estimó la eficiencia de la arquitectura NetBurst actualizada en solo 0,081 unidades. La caída en el rendimiento en relación con los núcleos Willamette / Northwood fue de aproximadamente un 30 por ciento en ALU y hasta un 40 por ciento en FPU.
No tiene sentido comparar Prescott-256 y Smithfield con procesadores AMD K8. Dado que la nueva arquitectura recibió solo dos etapas más largas que la tubería K7, pero al mismo tiempo obtuvo una unidad de predicción de rama mucho más eficiente y mejorada. Como resultado, los núcleos basados \u200b\u200ben la nueva arquitectura demuestran una eficiencia ligeramente mayor de ALU y FPU. El benchmark promedio de CPU Queen aumentó a 1.74 unidades, mientras que FPU SinJulia se mantuvo al mismo nivel que su predecesor. Como puede ver, no en vano los procesadores Athlon 64 y Sempron fueron una vez muy apreciados por los jugadores: su eficiencia es muy alta, más del doble que la del popular Pentium 4 con núcleos Prescott y Smithfield, que no fueron ayudados en la mayoría de las aplicaciones por los más altos a veces la frecuencia, ni la gran cantidad de caché L2.
Una solución muy exitosa de AMD es Athlon 64. En comparación con Pentium 4, estos procesadores se destacaron por su bajo consumo de energía y su excelente eficiencia.
Sin embargo, en esta etapa vale la pena recordar que la tecnología HyperThreading apareció en el núcleo de Prescott. Por supuesto, no parecía de una buena vida y fue un intento exitoso de disfrazar las deficiencias de un transportador largo. Fue gracias a esta tecnología, aunque todavía imperfecta en ese momento, que los ingenieros lograron nivelar el alargamiento del transportador. Por ejemplo, un procesador Pentium 4 2800E basado en el núcleo Prescott y compatible con HT demostró un rendimiento similar al de los núcleos con una canalización de 20 etapas, pero sin HT. Sin embargo, no se logró la ganancia de rendimiento del soporte HyperThreading para núcleos Willamette / Northwood, como lo demuestra el resultado del raro procesador Pentium 4 3.46 GHz Extreme Edition, que se basa en el núcleo Gallatin (similar a Northwood, pero con una caché L3 de 2 MB) y es compatible con esta tecnología. ...
Un poco más tarde, al final de la era NetBurst, los ingenieros de Intel lograron mejorar significativamente HyperThreading y lograr un buen aumento en la eficiencia de la unidad de punto flotante. Preste atención al más rápido de la línea, Pentium 4 3.73 GHz Extreme Edition de un solo núcleo y Pentium 955 Extreme Edition de doble núcleo. Su eficiencia FPU ya es de 0,138 unidades, aunque el rendimiento de ALU está al mismo nivel. Sin embargo, incluso gracias a esto, no fue posible superar a sus principales competidores en rendimiento, AMD Athlon 64 X2, a pesar de que este último funciona a una velocidad de reloj más baja y no es compatible con HT.
Mire la tabla: ninguno de los procesadores NetBurst puede competir con el Athlon 64 X2 5200+, ¿qué podemos decir sobre el mejor AMD Athlon 64 6400+ en ese momento? Sin embargo, Intel se dio cuenta hace mucho tiempo de que la búsqueda de “gigahercios grandes” era un error y, por lo tanto, estaba preparando la última arquitectura, que no iba a ser menos exitosa en marketing que Pentium 4, pero mucho más efectiva.
Athlon 64 X2 es quizás el último procesador hasta la fecha que podría superar a los principales procesadores Intel. Sin embargo, no fue difícil vencer al ineficiente y caliente Pentium D.
Esto es, por supuesto, sobre Core. Mientras desarrollaban esta arquitectura, los ingenieros de Intel volvieron al pipeline con solo 14 etapas, es decir, lo acortaron más del doble en comparación con los últimos representantes de NetBurst. Naturalmente, en tales condiciones, no se habló de alcanzar los 4 gigahercios, pero ya los primeros representantes de la nueva familia, a pesar de la baja frecuencia, demostraron el mayor rendimiento. Ambos procesadores de esta generación: Pentium M 730 en el núcleo Dothan y Dúo principal El T2500 en el núcleo Yonah mostró una frecuencia de reloj que supera incluso al Pentium III, y es notablemente más alta que la de la familia AMD K8 de la competencia.
La arquitectura probada en soluciones móviles en una forma ligeramente modificada llegó al mercado de escritorio en forma de procesadores Core 2 Duo y Pentium Dual Core. En el momento de su lanzamiento, no podían presumir de altas frecuencias, pero al mismo tiempo demostraron la mayor eficiencia y, como resultado, rendimiento, ¡incluso a pesar de la falta de soporte HyperThreading! La unidad de predicción de ramas significativamente mejorada naturalmente funcionó para esto. Mira los resultados. En la prueba de CPU Queen, la eficiencia promedio del núcleo Conroe y sus derivados ha aumentado a más de dos unidades por reloj y alcanzó 2,13 en promedio. En la prueba FPU SinJulia, el resultado también es muy bueno: 0,175. Esto es, aunque no mucho, pero más que el de los procesadores de arquitectura Core de primera generación, y mucho más alto que el del AMD K8 con el que el Pentium 4 luchó durante tanto tiempo y sin éxito.
La arquitectura Core 2 que reemplazó a NetBurst ha demostrado que Intel puede fabricar procesadores rápidos y fríos con alta eficiencia.
La mayor eficiencia de los núcleos fue probada una vez más por el Celeron de núcleo único, lanzado un poco más tarde, que a una frecuencia modesta, gracias al núcleo Conroe-L, mostró un rendimiento al nivel de sus predecesores operando al doble de frecuencia. Y esto, fíjate, con el mismo núcleo. En general, esta arquitectura ha demostrado ser la más eficaz y ha obligado a AMD a intentar ponerse al día con sus rivales.
Y aquí es donde AMD comenzó a meterse en problemas. Ahora no tenían una ventaja en la eficiencia del núcleo, y en lugar de emprender una revisión completa del mismo, los ingenieros, al crear la generación K10 y, en consecuencia, los procesadores llamados Phenom y Athlon, comenzaron a aumentar el número de núcleos y cachés. El rendimiento general de estas soluciones, por supuesto, aumentó, pero los cambios realizados solo afectaron ligeramente la eficiencia. El rendimiento de ALU aumentó ligeramente, aparentemente debido a la unidad de predicción de rama modificada, una vez más, pero la eficiencia de la FPU se mantuvo completamente sin cambios; con tales características, era posible competir con Core 2 solo debido a un mayor número de núcleos o una mayor frecuencia. Con este último, los procesadores de la generación K10 tenían, como probablemente recordarás, problemas muy graves.
El Phenom es claramente un mal procesador. Su eficiencia no llegó al Core 2 y hubo serios problemas con las frecuencias.
Como resultado, Phenom nunca compitió con los procesadores Core 2 Duo y Core 2 Quad. Sin embargo, pronto se resolvió el problema con las frecuencias, y los nuevos procesadores Phenom II y Athlon II de la arquitectura K10.5 estaban listos para competir con las soluciones de Intel en este indicador. Pero la eficiencia en la nueva generación se mantuvo al mismo nivel y, por lo tanto, las soluciones de AMD no pudieron competir con los competidores en frecuencias iguales. Además, al cambiar a una tecnología de proceso de 45 nanómetros, Intel volvió a hacer un poco de magia sobre la arquitectura y logró otro aumento en la eficiencia de la FPU, al nivel de 0,185 unidades / ciclo.
Pese a la cómoda superioridad, en los talleres y laboratorios de Intel, ya se forjó una nueva arma perfecta, desarrollando la arquitectura del Core, que vio la luz en los procesadores Core i3, i5 e i7 bajo el nombre general de Nehalem. Los cambios adicionales en los bloques y la mejora de todos los parámetros llevaron a un resultado excelente. Observe el rendimiento del Core i5-750: la eficiencia de ALU se ha mantenido casi al nivel del Core 2, pero el rendimiento del bloque más importante de operaciones de números enteros ha aumentado significativamente: ¡hasta 0,225 unidades por ciclo!
Pero, además de las mejoras arquitectónicas, Intel estaba preparando otra superama: la tecnología refinada HyperThreading. Su uso permitió obtener una eficiencia simplemente fantástica. ¡Esta tecnología, cuando se optimizó adecuadamente, dio un efecto enorme y un aumento de casi una vez y media en la eficiencia! 3.05 en ALU y 0.36 en FPU son simplemente excelentes resultados. Sin embargo, incluso sin el soporte de esta tecnología, los procesadores basados \u200b\u200ben la arquitectura Nehalem resultaron ser más eficientes que sus predecesores y competidores.
Nehalen fue la primera arquitectura de Intel que se centró en la eficiencia del núcleo. El resultado fue excelente. Los descendientes Sandy Bridge e Ivy Bridge han demostrado que todavía hay potencial.
Las siguientes dos generaciones de Intel, procesadores basados \u200b\u200ben núcleos Sandy Bridge e Ivy Bridge, también demostraron un mayor rendimiento no solo debido al aumento de la frecuencia. Pequeños cambios en los núcleos permitieron incrementar consistentemente el rendimiento del bloque de operaciones enteras, en 0.25 unidades / ciclo en cada generación, tanto con HyperThreading como sin él. Pero no hay cambios en la eficiencia de la FPU. Sin embargo, incluso sin mejoras, este indicador es muy bueno. Dada la tendencia, podemos esperar otro aumento en la eficiencia cuando aparezcan los procesadores de próxima generación de Intel.
AMD solo puede soñar con tal eficiencia. Sin embargo, no se quedan quietos, intentando mejorar el rendimiento de sus procesadores. En particular, los procesadores Llano basados \u200b\u200ben los núcleos de la arquitectura K10.5 demostraron una eficiencia ALU ligeramente mayor que los últimos Phenom y Athlon. Principalmente debido a la unidad de predicción de rama mejorada, mientras que la eficiencia de la FPU se mantuvo al mismo nivel que todos los procesadores AMD anteriores, comenzando con la primera familia Athlon K7.
El último representante de la familia AMD que comenzó en la generación K7 es la APU Liano. Desafortunadamente, tampoco brilla con eficiencia en el contexto de los últimos procesadores Intel.
Sin embargo, incluso Llano puede considerarse una solución obsoleta, ya que el futuro cercano de los procesadores AMD estará asociado con procesadores de la arquitectura Bulldozer completamente nueva, que se introdujo en los procesadores AMD FX, y sus derivados. Fueron estos procesadores, que resultaron lejos de ser indiscutibles, los que nos desconcertaron a la hora de calcular la eficiencia de los núcleos. Y todo porque el principio de organizar los núcleos en ellos es demasiado complicado. En particular, el procesador FX-8150 tiene cuatro módulos de doble núcleo y la compañía lo anuncia como de ocho núcleos. Para castigar a la empresa por esto, era bastante posible calcular su eficiencia a una tasa de ocho núcleos, pero esto sería técnicamente incorrecto y el resultado estaría al nivel de los procesadores Intel en la arquitectura NetBurst. Por lo tanto, se decidió considerar la eficiencia no por núcleo, sino por módulo, lo cual está bastante justificado, dado que cada módulo tiene solo una unidad de cálculo de punto flotante.
AMD FX en la arquitectura Bulldozer ha mostrado un aumento notable en la eficiencia, pero la arquitectura compleja aún no se ha revelado. Y, quizás, ya no lo revelará.
Con ALU, todo es más complicado: en realidad hay ocho bloques de este tipo en un procesador de cuatro módulos, pero no pueden funcionar en paralelo con suficiente eficiencia debido a las peculiaridades del administrador de tareas de Windows 7 y los sistemas operativos anteriores de Microsoft. Por lo tanto, se decidió calcular la eficiencia de ALU en términos del número de módulos. Esta decisión es controvertida y no insistiré en la objetividad de este resultado. Y los resultados, por cierto, resultaron ser relativamente buenos. Respecto a los predecesores, por supuesto. En particular, en cuanto a la eficiencia del controvertido resultado de ALU, los procesadores de arquitectura Bulldozer mostraron un resultado de 2.2 unidades / ciclo, que es notablemente más alto que en K10.5, Llano e incluso un poco más que en Core 2, aunque antes de Sandy Bridge, incluso sin soporte. Hyper Threading está todavía muy lejos. La eficiencia de la FPU (puede confiar completamente en este resultado) también superó significativamente todas las soluciones AMD anteriores, y resultó estar exactamente entre las arquitecturas Core 2 anteriores y posteriores.
Con base en estos resultados, podemos concluir que los procesadores de la arquitectura Bulldozer definitivamente no son competidores de los procesadores Intel que comienzan con Nehalem, pero con Core 2 pueden luchar de manera muy efectiva, e incluso superar a frecuencias iguales. No es la conclusión más positiva para los Verdes.
Para su comodidad, hemos resumido todos los resultados en una tabla con el rendimiento promedio de diferentes núcleos.
Sobre esto en nuestro estudio, puede poner puntos suspensivos. No, ni un punto, porque este material no pretende ser una globalidad absoluta, y como dije al principio del material, no tiene en cuenta la eficiencia de muchas unidades procesadoras muy importantes. Sin embargo, no hay procesadores rápidos sin ALU y FPU eficientes, y este material confirmó plenamente este postulado. La historia ha puesto todo en su lugar, y desde el apogeo de los años, se pueden poner sellos y señalar errores de forma fácil y natural. Pero son precisamente estos errores los que acompañan constantemente al progreso, que, a pesar de todas las ramas sin salida, nos lleva de manera constante a un futuro digital feliz.
Materiales relacionados:¡Un procesador rápido es genial! Sin embargo, hay muchos factores que afectan el rendimiento del procesador. Hay personas que miden la velocidad exclusivamente en gigahercios; cuanto más, mejor. Aquellos que tienen más experiencia generalmente evalúan el rendimiento de un procesador mediante pruebas especiales o por cómo maneja el procesamiento de información en aplicaciones computacionalmente intensivas del mundo real (gráficos 3D, compresión de video, etc.). Teniendo en cuenta el hecho de que la mayoría de las aplicaciones y juegos modernos requieren una gran cantidad de cálculos con números reales (números de punto flotante), el rendimiento general del procesador depende de la rapidez con que los procese. Para estos fines, el procesador tiene un módulo especial llamado Unidad de punto flotante (FPU), una unidad de cálculo de punto flotante. Al mismo tiempo, el rendimiento de este módulo depende no solo de la frecuencia de funcionamiento del procesador, sino también de sus características de diseño.
Al comienzo de la evolución de las computadoras compatibles con IBM, los cálculos con números reales fueron asumidos por un coprocesador matemático, estructuralmente realizado por separado del procesador central. Sin embargo, ya en el procesador 486, Intel usó un módulo de punto flotante integrado, aumentando significativamente la velocidad del procesador con números reales. Posteriormente, otros fabricantes de procesadores para computadoras personales también cambiaron a FPU integrado.
Tenga en cuenta que cuando se trabaja con números reales, existe el mismo matiz que en las operaciones con números enteros: el comando no se puede ejecutar en un ciclo del núcleo del procesador (consulte el artículo "Por qué un procesador necesita una canalización", "KB" № / 2003). Y si en 486 procesadores ya se usaba una canalización de cinco etapas para procesar instrucciones enteras, la FPU todavía no era del tipo de canalización, es decir, la siguiente instrucción de punto flotante siempre tenía que esperar a que se completara la anterior. Esto ralentizó significativamente el trabajo del procesador con aplicaciones multimedia. Y estos últimos en ese momento ya comenzaron a cobrar impulso rápidamente en sus "indagaciones". Por lo tanto, es bastante natural que Intel, comenzando con los procesadores Pentium, comenzara a usar la tubería no solo en números enteros, sino también en operaciones reales. AMD Corporation, a su vez, tomó un camino ligeramente diferente: en lugar de canalizar las FPU, comenzó a implementar la tecnología 3DNow! En sus productos, que también tenía como objetivo mejorar el rendimiento en las operaciones con números reales. Esta tecnología ha enfrentado muchos desafíos en su implementación. Creo que mucha gente recuerda cómo AMD K6-2, diseñado para competir con el Pentium II en operaciones con números enteros, se quedó atrás en un treinta por ciento en el procesamiento de números reales.
Pero, como dicen, aprenden de los errores, por lo que en Athlon "ah y los procesadores posteriores, AMD ha cambiado a un FPU canalizado. Además, en los nuevos procesadores, AMD ha aplicado no solo superpipeline, sino también superescalaridad en el módulo de computación de punto flotante, en un procesador. A grandes rasgos, se empezaron a localizar tres FPU, cada una de las cuales participa en cálculos de coma flotante, es decir, con el lanzamiento de Athlon /
AIDA64EXTREME
Tipo de licencia:
Gruñido
Idiomas:
Windows 8, 8 de 64 bits, 7, 7 de 64 bits, Vista, Vista de 64 bits, XP, XP de 64 bits
Descargado:
Pruebas de rendimiento
AIDA64 asume la presencia de varias pruebas utilizadas para determinar el rendimiento de piezas individuales de equipo o sistema completo generalmente. Estas pruebas se clasifican como sintéticas, capaces de evaluar el rendimiento teórico más alto del sistema. La prueba del ancho de banda de la memoria, el propio procesador central o las unidades FPU se basa en el sistema de prueba AIDA64, que puede admitir hasta 640 subprocesos de procesamiento simultáneamente, así como una docena de grupos de procesadores. Admite tecnologías de hiperprocesamiento y de varios núcleos, así como multiprocesadores: SMP.
El sistema AIDA64 hace posible, a través de pruebas separadas, evaluar el rendimiento de lectura, escritura, copia e inhibición de la caché. Todo esto va acompañado de un módulo de prueba que le permite evaluar el rendimiento de los dispositivos de almacenamiento, en particular discos duros (S) ATA o SCSI, unidades SSD, matrices RAID, tarjetas de memoria, unidades ópticas y unidades USB.
Prueba de la calidad del trabajo de GPGPU
Este panel de prueba tiene un paquete de pruebas OpenCL GPGPU. Puede acceder a esta función en la sección Servicio / Prueba GPGPU. Ayudan a evaluar el rendimiento computacional utilizando varias cargas de trabajo OpenCL. Cada prueba individual se puede ejecutar en 16 GPU, incluidas NVIDIA, AMD e Intel, o una combinación de las dos. Sin lugar a dudas, hay soporte completo para configuraciones CrossFire, SLI, APU y dGPU. En general, dicha función le permite determinar el nivel de rendimiento de cualquier equipo informático proporcionado como GPU en dispositivos OpenCL.
AIDA64 realiza no solo pruebas complejas, sino también micropruebas, que se encuentran en las secciones "Pruebas" / "Página". Debido a la base de datos completa, los indicadores se pueden comparar con otros similares para otras configuraciones.
Prueba del nivel de rendimiento de la memoria
Estas pruebas ofrecen una estimación del rendimiento más alto para tareas como leer, escribir y copiar. Escrito en lenguaje ensamblador y optimizado para los procesadores más populares del mundo: VIA, AMD e Intel. Aquí se utilizan conjuntos de comandos extendidos: SSE, SSE2, SSE4.1, 8x86 / x64, x87, 3DNow!, MMX, MMX + y AVX, AVX2.
Además, la prueba le permite estimar la latencia de la memoria que ocurre debido a que el procesador lee datos de la memoria del sistema. La latencia de memoria es el tiempo durante el cual los datos se transfieren en el registro aritmético de enteros del procesador después de que se emite el comando de lectura.
Prueba de rendimiento de la reina de la CPU entera
Esta prueba simple evalúa cómo está progresando la predicción de rama de la CPU y cómo la predicción de rama es defectuosa. Se dan soluciones para el rompecabezas con 8 reinas ubicadas en un tablero de ajedrez de 10x10. Tengamos en cuenta la teoría: si la velocidad del reloj es la misma, el procesador con una canalización más corta y un nivel más bajo de sobrecarga puede realizar mejores resultados de prueba como resultado de una predicción de rama errónea. Por ejemplo, al deshabilitar el hiperproceso, un Pentium 4 basado en Intel Northwood obtendrá una puntuación más alta que Intel Prescott. Esto se debe a que el primer procesador tiene una tubería de 20 etapas y el último tiene una tubería de 31 etapas. Optimizaciones de CPU Queen de enteros: MMX, SSE2, SSSE3.
CPU PhotoWorxx
La prueba de números enteros presentada permite establecer el rendimiento del procesador basándose en algoritmos para procesar fotografías bidimensionales. Con imágenes RGB bastante grandes, sucede lo siguiente:
- llenar la imagen con píxeles con un color elegido al azar;
- gire la imagen en sentido antihorario 90 grados;
- rotación de la imagen en 180 grados;
- diferenciación de imágenes;
- transformación del espacio de color, que se puede utilizar, por ejemplo, al convertir el formato JPEG.
La prueba está destinada principalmente a unidades aritméticas de la arquitectura SIMD del procesador principal y subsistemas de memoria existentes. Los kits de sugerencias de CPU PhotoWorxx tienen las siguientes extensiones: x87, MMX, MMX +, AVX, AVX2, 3DNow!, 3DNow! +, SSE, SSE2, SSSE3, SSE4.1, SSE4A, y también son compatibles con NUMA, multiprocesadores (SMP), Hyper-Threading y multinúcleo (CMP).
CPU ZLib
El punto de referencia de enteros propuesto proporciona una estimación combinada del rendimiento del procesador principal y el subsistema de memoria debido a la compresión de datos ZLib. Las instrucciones aplican x86 básico, pero son compatibles con hyperthreading, multiprocesadores (SMP) y multinúcleo (CMP).
CPU AES
La prueba de entero presentada evalúa el rendimiento del procesador principal cuando realiza el cifrado utilizando el algoritmo de cifrado AES (cifrado de bloque simétrico). Hoy AES se utiliza en varias herramientas de compresión: 7z, RAR, WinZip. También se utilizan en cifrados de software TrueCrypt, BitLocker, FileVault (Mac OS X). Las instrucciones son las siguientes: x86, MMX y SSE4.1. El sistema está acelerado por hardware en procesadores VIA C3, C7, Nano y QuadCore, con soporte VIA PadLock Security Engine. También aplicable para procesadores con conjunto de instrucciones Intel AES-NI. Hay soporte para Hyper-Threading, multiprocesadores (SMP) y multinúcleo (CMP).
Hash de CPU
Este punto de referencia de enteros mide el rendimiento de la CPU con algoritmos de almacenamiento en caché SHA1 de acuerdo con el Estándar federal de procesamiento de datos 180-4. El código se ejecuta en lenguaje ensamblador y está optimizado para los principales núcleos AMD, Intel y VIA, teniendo en cuenta el uso del siguiente conjunto de instrucciones SSE2, SSSE3, MMX, MMX + / SSE, AVX, AVX2, XOP, BMI y BMI2. Prueba CPUHash: hardware acelerado en procesadores VIA C7, VIA Nano y VIA QuadCore que pueden utilizar la tecnología VIA PadLock Security Engine.
FPU VP8
Esta prueba analiza la compresión de video con el códec Google VP8 (WebM) según la versión 1.1.0. La codificación se realiza en 1 pasada de un flujo de video con una extensión de 1280x720 y una velocidad de 8192 kbps (teniendo en cuenta la calidad máxima configurada). Los componentes del marco se generan utilizando el módulo fractal FPU de Julia. Las siguientes extensiones y conjuntos de comandos se aplican aquí: MMX, SSE2, SSSE3 o SSE4.1. También admite multiprocesadores (SMP), multinúcleo (CMP) e hiperprocesamiento.
FPU Julia
Esta prueba evalúa el rendimiento de operaciones de precisión simple (frecuencia flotante para un sistema de 32 bits). Se calculan varias piezas del fractal de Julia. Usan el mismo lenguaje, adecuado para los kernels AMD, Intel y VIA utilizando los siguientes conjuntos de instrucciones: x87, 3DNow!, 3DNow! +, SSE, AVX, AVX2, FMA y FMA4. El soporte es similar.
FPU Mandel
Las operaciones de coma flotante de doble precisión para una precisión de 64 bits se prueban con FPUMandel. Se realiza el modelado de partes del fractal de Mandelbrot. El idioma es el mismo, los procesadores son los mismos, el soporte es el mismo que en las pruebas anteriores. Conjunto de comandos: FMA y FMA4, x87, SSE2, AVX, AVX2,
FPU SinJulia
La prueba evalúa operaciones de coma flotante de alta precisión (sistema de 80 bits). Los cálculos se realizan para cada fotograma tomado utilizando el fractal de Julia (modificado). Idioma: como en las versiones anteriores, los núcleos son los mismos, utilizando instrucciones trigonométricas y exponenciales de la arquitectura x87. Admite Hyper-Threading, multinúcleo (CMP) y multiprocesadores (SMP).
FPU (Unidad de coma flotante): un bloque que realiza operaciones de coma flotante (a menudo se dice con una coma) o un coprocesador matemático.
FPU ayuda al procesador principal a realizar operaciones matemáticas con números reales.
Al principio, se utilizó de forma opcional, como procesador adicional.
La FPU se integró por primera vez directamente en la matriz del procesador en 1989 ( procesador Intel 80486).
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¿Pero es mejor, incluso antes de que aparezcan los primeros problemas, verificar inmediatamente la estabilidad de la computadora y averiguar si algo del hardware está muriendo?
Ejecutar y seleccionar en la ventana del programa "Servicio" - " Prueba de estabilidad del sistema".
Frente a nosotros, de hecho, vemos lo siguiente:
El gráfico superior muestra las temperaturas de los componentes de la computadora. Al marcar o desmarcar la casilla de verificación, puede habilitar o deshabilitar la visualización de la temperatura de cualquier componente en el gráfico. En consecuencia, si sabe con certeza que no se sobrecalienta durante el trabajo, simplemente desmarque la casilla para no abarrotar el horario con información innecesaria. En el mismo lugar, encima del primer gráfico, puede alternar entre las pestañas que muestran otra información (velocidad del ventilador, voltaje, etc.). La pestaña más valiosa es la última que hay, porque en ella, en una tabla visual (donde se registran los mínimos y máximos de cualquier parámetro), se indican todas las estadísticas (temperaturas, voltajes, etc.) recopiladas durante las pruebas.
Si tiene alguna pregunta, como de costumbre, estaré encantado de responderla en los comentarios o con ayuda.
