Производительность четырёхъядерных процессоров на базе микроархитектур Sandy Bridge и Lynnfield в максимально равных условиях

Первое тестирование процессоров на новой микроархитектуре Sandy Bridge оставило в целом благоприятное впечатление, однако дав нам представление о сравнительной производительности различных условно «старых» и «новых» процессоров, не дало прямого ответа на достаточно интересный вопрос: как же изменилась производительность собственно архитектуры — в чистом, так сказать, виде? И хотя в тестировании присутствовали процессоры с одинаковой тактовой частотой, всё равно, вмешательство технологии Turbo Boost (которая в Sandy Bridge и Lynnfiled к тому же работает по разным схемам), неизбежно «смазывало» картину. Поэтому мы решили провести ещё одно тестирование, в котором нас в первую очередь интересовало бы сравнение не конкретных продуктов, а, так сказать «архитектурной производительности». Для этих целей мы взяли два процессора прошлого и нынешнего поколений, уравняли по возможности все характеристики, и отключили технологию Turbo Boost. Получилось у нас следующее:

Процессор	Core i5-760	Core i5-2500K
Кодовое наименование ядра	Lynnfield	Sandy Bridge
Количество ядер	4	4
Hyper-Threading	−	−
Turbo Boost	−¹	−¹
Тактовая частота	2,8 ГГц	2,8¹ ГГц
L1 (I+D, на ядро)	64 КБ	64 КБ
L2 (на ядро)	256 КБ	256 КБ
L3 (общий для всех ядер)	8 МБ	6 МБ
Расширения команд	SSE 4.2	SSE 4.2 + AVX

¹ — Параметр принудительно изменён с помощью соответствующих установок BIOS Как видите, процессоры действительно поставлены в максимально возможно равные условия, не удалось уравнять только то, над чем BIOS бессилен: объём L3-кэша (а этот параметр, кстати, не в пользу Sandy Bridge) и поддержку дополнительного набора команд AVX (но о нём программное обеспечение образца 2010 года, по идее, всё равно ничего знать не должно). Посмотрим теперь на результаты тестов.

Трёхмерные пакеты: интерактивная работа

	Core i5-760 (TB Off)	Core i5-2500K @2,8 ГГц (TB Off)	Δ
3ds max	148	176	19%
Lightwave	147	181	23%
Maya	134	165	23%
UGS NX 6	93	162	74%
Pro/ENGINEER	126	152	21%
SolidWorks	107	115	7%
Средний балл	126	159	26%

Сразу обращает на себя внимание воистину фантастический прирост в пакете UGS NX 6 (забегая вперёд: этот пакет с различными результатами участвует сразу в двух группах тестов, и во второй группе результат пусть и менее, но всё равно столь же ошеломляющий). Понятно, что имея дело с двумя «чёрными ящиками», одним — в виде процессора, другим — в виде ПО с закрытыми исходниками, мы не можем выдвинуть ни одной гипотезы, которая была бы подтверждена какими-либо аргументами: потому что аргументы можно было бы почерпнуть только «раскрыв» хотя бы один из чёрных ящиков, что нам по определению недоступно. Однако логика и здравый смысл подсказывают, что подобная «сверхоптимизация» в ядре Sandy Bridge скорее всего явилась следствием не глобального прорыва в инженерной мысли сотрудников R&D Intel, а наоборот — устранения какого-то досадного, уже известного им на этапе разработки Sandy Bridge недостатка в ядре Lynnfield. Впрочем, это всего лишь догадки, не более.
Однако показатели прочих пакетов всё равно впечатляют, пусть и не настолько сильно. Средний прирост — 26%! То есть, если рассуждать совсем примитивно, то получается, что для того, чтобы догнать в данной группе тестов Sandy Bridge, работающий на частоте 2,8 ГГц, Lynnfield понадобилось бы работать на частоте порядка 3,5 ГГц!

Трёхмерные пакеты: рендеринг

	Core i5-760 (TB Off)	Core i5-2500K @2,8 ГГц (TB Off)	Δ
3ds max	167	173	4%
Lightwave	120	146	22%
Maya	131	148	13%
Средний балл	139	156	12%

Здесь прежде всего обращает на себя внимание совершенно разная реакция различных пакетов: весьма скромный (особенно если сравнивать с предыдущей подгруппой) 4% прирост в 3ds max, уже более существенные 13% прироста в Maya, и снова более чем внушительный 22% прирост в Lightwave. И снова хотелось бы дать какие-то объяснения, но... скажем честно: объяснений в этом материале будет мало. «Чёрные ящики»... Нам остаётся просто наблюдать картину изменений, и пытаться делать выводы разве что накапливая статистику.

Научно-инженерные вычисления

	Core i5-760 (TB Off)	Core i5-2500K @2,8 ГГц (TB Off)	Δ
Maya	130	143	10%
UGS NX 6	95	148	56%
Pro/ENGINEER	127	147	16%
SolidWorks	122	157	29%
MAPLE	131	143	9%
Mathematica	135	160	19%
MATLAB	148	163	10%
Средний балл	127	152	20%

Про UGS NX 6 мы уже писали раньше, поэтому сосредоточимся на результатах других пакетов. Но всё равно никакой общей картины не складывается. Подтесты Maya, Pro/ENGINEER и Maple в данной подгруппе в значительной мере «однопроцессорные» — и вроде бы прирост относительно скромен. Но SolidWorks тоже не умеет толком задействовать более одного CPU — а в этом пакете прирост почти 30%! Mathematica и MATLAB более одного ядра задействовать умеют — а прирост совершенно разный. Картинка рассыпается на куски, потому что мы понятия не имеем (во всяком случае, пока), какие блоки Sandy Bridge стали быстрее Lynnfield (и насколько), и, в равной степени — понятия не имеем, какие команды более часто используются в каком из тестируемых пакетов.

Графические редакторы

	Core i5-760 (TB Off)	Core i5-2500K @2,8 ГГц (TB Off)	Δ
ACDSee	133	165	24%
Paintshop	142	163	15%
Photoimpact	155	170	10%
Photoshop	136	163	20%
Средний балл	142	165	16%

Здесь можно было бы как-то притянуть за уши гипотезу о том, что чем выше многопоточная оптимизация, тем выше и прирост, но... сопоставление результатов ACDSee и Adobe Photoshop не оставляют от этой гипотезы камня на камне. Всё просто случайно. По крайней мере, внешне, и с нашим нынешним уровнем знаний о микроархитектуре Sandy Bridge (да и Lynnfiled, в общем-то, тоже...)

Архиваторы

	Core i5-760 (TB Off)	Core i5-2500K @2,8 ГГц (TB Off)	Δ
7-zip	134	134	0%
RAR	157	186	18%
Unpack (RAR)	152	171	13%
Средний балл	148	164	11%

Группа архиваторов, по крайней мере, добавляет один факт в нашу копилочку знаний о новом ядре: бывает и так, что никакого преимущества Sandy Bridge не демонстрирует вообще (подтест 7-Zip).

Компиляция

	Core i5-760 (TB Off)	Core i5-2500K @2,8 ГГц (TB Off)	Δ
Средний балл	136	144	6%

Отлично многопоточно оптимизированный тест — и довольно скромный (особенно на фоне предыдущих достижений) прирост.

Java

	Core i5-760 (TB Off)	Core i5-2500K @2,8 ГГц (TB Off)	Δ
Средний балл	124	142	15%

Ещё один отлично многопоточно оптимизированный тест — и в 2,5 раза больший прирост. Лотерея, просто лотерея... Применительно к конкретному приложению, мы не можем как-то предсказать, насколько быстрее окажется Sandy Bridge. Правда, накопленная на данном этапе статистика позволяет с уверенностью предполагать хотя бы одно: скорее всего, какой-то прирост будет.

Интернет-браузеры

	Core i5-760 (TB Off)	Core i5-2500K @2,8 ГГц (TB Off)	Δ
Google V8	146	167	14%
Sun Spider	196	225	15%
Средний балл	171	196	15%

Достаточно средние для данного тестирования цифры.

Кодирование аудио

	Core i5-760 (TB Off)	Core i5-2500K @2,8 ГГц (TB Off)	Δ
Apple Lossless	113	127	12%
FLAC	124	141	14%
Monkey's Audio	127	144	13%
MP3 (LAME)	135	156	16%
Nero AAC	130	148	14%
Ogg Vorbis	136	157	15%
Средний балл	128	146	14%

Здесь, может быть, следует обратить внимание на то, что прирост плавает в диапазоне 12-16% (не такой уж широкий диапазон для этого тестирования), несмотря на то, что кодеки используются самые разные, закрытые и открытые, все от различных разработчиков, не имеющих точек пересечения. Быть может, дело в том, что это — один из самых хорошо многопоточно оптимизированных тестов в нашей методике? Тогда получается такое предположение: «фантастические» цифры прироста у Sandy Bridge получаются только на одно- (или мало-) поточном ПО.

Кодирование видео

	Core i5-760 (TB Off)	Core i5-2500K @2,8 ГГц (TB Off)	Δ
DivX	128	138	8%
Mainconcept (VC-1)	131	146	11%
Premiere	137	149	9%
Vegas	228	258	13%
x264	132	145	10%
XviD	137	157	15%
Средний балл	149	166	11%

В принципе, результаты данной группы можно считать косвенным подтверждением нашей гипотезы.

Игры

	Core i5-760 (TB Off)	Core i5-2500K @2,8 ГГц (TB Off)	Δ
Batman	124	128	3%
Borderlands	126	134	6%
DiRT 2	100	111	11%
Far Cry 2	176	192	9%
Fritz Chess	134	136	1%
GTA IV	156	156	0%
Resident Evil	122	130	7%
S.T.A.L.K.E.R.	104	107	3%
UT3	146	150	3%
Crysis: Warhead	122	132	8%
World in Conflict	154	168	9%
Средний балл	133	140	5%

И снова полнейшая неразбериха, не позволяющая отследить даже самой завалящей тенденции. :) Впрочем, снова два факта в копилочку знаний: GTA IV оказалась ещё одним приложением, в котором Sandy Bridge не продемонстрировал никакого прироста вообще, а игровая группа в целом продемонстрировала самый низкий средний прирост из всех групп тестов.

Заключение

	Core i5-760 (TB Off)	Core i5-2500K @2,8 ГГц (TB Off)	Δ
Средний балл	138	157	14%

Честно говоря, никто изначально не надеялся, что подобный тест принесёт нам какие-то немыслимой глубины «откровения», и мы сразу всё поймём в новой архитектуре, её достоинствах и недостатках. Поэтому, пожалуй, не будем пытаться разводить глубокую философию на мелких местах. Статья про микроархитектуру Sandy Bridge вовсю готовится, и вот из неё-то мы и узнаем много нового и интересного (уж поверьте: автор подглядывал краем глаза...). Кстати, и результаты низкоуровневых микроархитектурных тестов там тоже будут, и тоже очень, очень интересные. Ну а пока...
Пока мы можем сформулировать несколько более-менее логичных предположений, на которые нас навело сегодняшнее тестирование:

• Микроархитектура Sandy Bridge была сильно переделана. Мы пока не можем судить о том, насколько глубоко, но по факту она существенно более эффективна: при прочих равных параметрах и при на четверть урезанном L3-кэше, она практически везде демонстрирует прирост, и в среднем его значение равно 14% (а уж какие пиковые «всплески» встречаются...)
• Даже зная более-менее детально микроархитектуру нового ядра, вряд ли можно делать какие-то обоснованные предположения относительно изменений в производительности конкретных (и ещё не протестированных) приложений. Даже сейчас, глядя на результаты пяти десятков различных тестов, мы можем констатировать одно: ни в какую общую картину они не складываются. Единственная «общая картина» — это те самые 14% прироста в среднем.
• Несмотря на более чем внушительное количество тестов, мы не обнаружили ни одного случая, когда ядро Sandy Bridge, работающее на одной частоте с Lynnfield, оказалось бы медленнее.
• Очень осторожно, можно обратить внимание на следующую закономерность: в рамках нашей методики тестирования, самый большой (выше 20%) прирост Sandy Bridge демонстрирует чаще всего на достаточно слабо многопоточно оптимизированном ПО.
• Ну а если уж совсем «зажигать» в рамках непроверенных смелых гипотез, то можно попытаться как-то увязать предыдущий факт с уменьшившимся объёмом L3 — чисто теоретически, эффективность работы нового ядра с большим количеством параллельно исполняемых потоков, может упираться в объём общего для всех них кэша.

В целом, можно сделать один достаточно банальный (на фоне результатов тестов) вывод: Sandy Bridge существенно лучше предыдущего ядра. Может, не настолько, насколько Core 2 (Conroe) был лучше Pentium 4 — но на архитектурном уровне это уж точно это более существенный шаг вперёд, чем Nehalem на фоне последних инкарнаций того же Core 2.

Станислав Гарматюк IXBT