Intel Centrino: детальный обзор технологии, подробные тесты производительности и энергосбережения на примере ноутбуков ASUS S1N и Roverbook Nautilus B570

Не многие способны углядеть за рекламной шумихой реальные преимущества новой платформы Intel. Уникальный обзор на примере сразу двух ноутбуков разного класса: на чипсетах 855GM и 855PM. 12 марта в рамках проходящей в Ганновере выставки «CeBIT’2003», а также по всему миру, в том числе и в Москве, корпорация Intel официально представила технологию Centrino. Товарная марка и основные черты Centrino были объявлены уже в начале года, однако только спустя два месяца опубликованы спецификации и показаны готовые к массовому производству ноутбуки ведущих производителей, реализующие новый замысел Intel. Intel троицу любит Замысел поистине велик. Все началось больше года назад с разработки нового мобильного процессора под кодовым именем Banias (см. наш репортаж с IDF EMEA 2002). Intel уже тогда заявляла, что строит его практически с нуля, абсолютно не похожим на Pentium 4-M (Northwood) и лишь отдаленно напоминающим Pentium III-M (Tualatin). Вне зависимости от конечного официального названия все, в общем-то, ожидали хоть и революционного, но все-таки только процессора. Разумеется, предполагалось, что с ним будет объявлен и соответствующий чипсет, — это уже никого не удивляет. Не удивило бы и на этот раз, однако уже на осеннем IDF в Сан-Хосе под именем Banias стали прорисовываться не только процессор и чипсет, но и третий неотъемлемый компонент — контроллер беспроводного доступа. Прошло еще три месяца, и 7 января Intel, пожалуй, впервые в микропроцессорной истории заявила не процессор как таковой с типичным окружением, а собственно окружение, с процессором как составной частью цельного решения для построения мобильных компьютeров нового поколения.Intel именует Centrino технологией и просит придерживаться этой терминологии. Однако для лучшего понимания и удобства читателей отметим, что Centrino имеет все черты платформы, тщательно оптимизированной для мобильных нужд. Она включает процессор Pentium M, семейство чипсетов Intel 855 и беспроводные адаптеры семейства Intel Pro/Wireless 2100.Процессор и платформа действительно разрабатывались с белого листа. Кристалл Pentium M содержит, как и ожидалось, 77 млн. транзисторов (на 40% больше, чем у нынешних Pentium 4 Northwood), причем, судя по его фотографиям, чуть меньше половины из них приходится на мегабайтный кэш второго уровня). Новую микроархитектуру отличают усовершенствованный метод прогнозирования ветвлений (Advanced Branch Prediction), технология наслоения микроопераций (Micro-Ops Fusion) и технология выделенного диспетчера стеков (Dedicated Stack Manager). Энергию в Centrino вообще и в процессоре в частности экономят все: кэш-память второго уровня, системная шина процессора, улучшенная (простите за тавтологию, но это именно так) технология Enhanced SpeedStep; ядро процессора оптимизирует потребляемую мощность интеллектуальным распределением энергии между своими блоками (отключая простаивающие). Программно процессор полностью совместим со всеми предыдущими настольными процессорами архитектуры IA-32 (имеется в виду уже созданное программное обеспечение), поддерживается набор инструкций SSE2.Хотим обратить внимание, что в технологии Centrino разработчки стремились не просто к высокой производительности или минимально потребляемой мощности платформы — они прежде всего искали баланс между ними. Pentium M (Илья Муромец?) Для начала рассмотрим основные приемы и новации в архитектуре процессора. Tехнология Enhanced SpeedStep была впервые представлена с процессорами Pentium III-M. Главным ее свойством является способность динамически выбирать между максимальной и минимальной тактовой частотой и разным напряжением ядра процессора в зависимости от его загрузки. Для сравнения, технология AMD PowerNow! с момента представления в мобильном процессоре К6-2+ поддерживает до 64 рабочих точек частоты и напряжения, программируемых производителем (обычно используется только 10–12 точек, иначе становятся заметными транзакционные задержки при переключении между ними). В ядре Pentium M и схеме Intel Mobile Voltage Positioning 4 наконец реализована похожая схема: доступны несколько (по первым тестам и оценкам — не менее пяти) состояний частота—напряжение. Ниже в тестах мы покажем, что благодаря такой гибкости Pentium M значительно выигрывает в экономичности у своих предшественников.Оптимизация энергопотребления при использовании системной шины очень эффективна (как будет показано ниже) и заключается в следующем. Усилители считывания используются на шине данных (64 вывода), стробах данных (8 выводов), а также для сигналов инверсии данных (4 вывода) и потребляют значительную энергию при использовании шины процессора. 855-й чипсет посылает команды (DPWR#) на включение этих усилителей перед посылкой данных в процессор и отключает их при отсутствии транзакций данных, даже в те периоды, когда процессор управляет шиной. Таким образом, усилители считывания данных процессора Pentium M включены только непосредственно при приеме данных. Наслоение микроопераций и внеочередное суперскалярное выполнение улучшают баланс производительности и энергопотребления. IA-32 принадлежит к классу CISC-архитектур. Поэтому, перед исполнением, они должны быть декодированы в RISC-образные (reduced ISC) микрооперации, понятные для исполняющих блоков процессора. Традиционно они обрабатываются по отдельности. Но так как в современных процессорах арифметические команды обрабатываются одним блоком, а работой с памятью заведует другой, выполнение подобных микроопераций можно совместить. Если параллелизуемые инструкции не идут непосредственно друг за другом, нужную пару могут достать из следующих команд и провести вне очереди. По данным Intel, такая техника экономит не менее десяти процентов числа микроопераций. Если вы знакомы с технологией HyperThreading, то это все то же стремление к максимальному параллелизму суперскалярности, просто в гораздо меньшем масштабе. Набор инструкций IA обеспечивает непосредственное управление стеком программным путем (например, команды push, pop, ret и call). Но операции управления стеком приводят к непроизводительным затратам. Как правило, это сводится к обычному исполнению команд, даже если они совсем элементарные вроде приращения указателя стека. Выделенный диспетчер стеков процессора Pentium M реализует усовершенствованную технологию аппаратного управления стеком, заменяя энергозатратное управление на уровне микроопераций. По данным, полученным при моделировании, это технология снижает число микроопераций более чем на пять процентов. В Pentium M реализована новая возможность предварительной выборки данных — поиск потоковых операций в памяти сразу двух типов: до восьми операций «поток вверх» (от низших адресов к высшим) и до четырех «поток вниз» (от высших к низшим адресам). Для сравнения, Pentium III-M отслеживал только операции типа «поток вверх», а Pentium 4-M отслеживает до восьми «вверх» и «вниз» в сумме. Pentium M имеет самую совершенную, как по организации, так и по объему, кэш-память среди потребительских процессоров (см. таблицу ниже). При обращении к ней активизируется только тот квадрант одного из восьми путей, с которым предстоит обмен данных, затрачивая только 1/32-ю часть традиционной для этой операции мощности.Громкое архитектурное обещание — улучшенное прогнозирование ветвлений. Напомним, что для увеличения тактовой частоты работу блоков процессора выстраивают в виде конвейера. Чем больше стадий у конвейера, тем меньше времени каждый блок затрачивает на свою стадию. Благожаря такому разделению труда можно повышать частоту процессора, не переходя на более тонкий техпроцесс. Однако у этого подхода есть серьезный недостаток, приведем упрощенное объяснение. Положим, у нас конвейер с двадцатью стадиями (Pentium 4). Хотя мы можем достигаем на нем очень больших значений тактовой частоты, безболезненно это возможно только при полностью последовательном коде. Главная проблема состоит в том, что программный код содержит много условных переходов и prefetcher (блок упреждающей выборки в начале конвейера) не может самостоятельно решить, какую ветвь кода ему надо доставать из памяти для процессора, пока арифметико-логический блок (АЛУ, почти последний блок конвейера) не обработает этот условный переход. Prefetcher может выбрать ближайшую (в адресном пространстве) из ветвей, и процессор начнет декодировать громоздкие CISC-инструкции в RISC-образный вид микроопераций для АЛУ. Однако, очевидно, что когда через 10-20 циклов АЛУ обсчитает дошедший до него условный переход, с большой вероятностью окажется, что все эти циклы блоки процессора проработали зря, и надо брать другую ветвь и начинать все сначала. Чтобы как можно меньше загружать конвейер вхолостую, применяют методы прогнозирования ветвлений (branch prediction). В основном условные переходы в коде программ происходят из-за циклов типа do-while, for-next и т. п. Как правило, переход на начало цикла совершается многократно до того, как сработает условие перехода к исполнению следующих инструкций. Данные для проверки условия могут быть одними и теми же или размещаться по адресу, изменяющемуся с постоянным шагом, свойственному этому циклу. Поэтому мы можем вести журнал переходов, и если заметим что-то похожее на цикл, prefetcher поймет, что надо нести в L1-кэш код и данные, угаданные опытным путем. Чем больше записей мы можем хранить в журнале, тем «больше опыта» может иметь процессор, а значит, точнее прогнозировать ветвления. Pentium 4 имеет таблицу в несколько тысяч записей, что позволяет ему правильно угадывать около 94 процентов переходов, больше чем у Athlon’а (92-93%), но все же меньше, чем у K6 (95%). В новом мобильном процессоре Intel реализованы блоки прогнозирования ветвлений трех типов. Бимодальный — прогнозирование условных и безусловных переходов. Локальный — прогнозирование циклов, завершающихся при определенном значении стека. Глобальный — прогнозирование ветвлений путем отслеживания хода выполнения программ. Такими усилиями (cудя по всему, кристаллу не давали разрастаться только из соображений энергопотребления, а не цены) число ошибок прогнозирования сокращается более чем на двадцать процентов. Для сравнения, процессоры Intel с микроархитектурой P6 (Pentim Pro/II/III), отличающиеся не очень длинным конвейером в двенадцать стадий, содержат только блок локального прогнозирования; основанные на архитектуре NetBurst (двадцать стадий) — уже способны на бимодальное и глобальное прогнозирование. Чипсет Intel 855 (Добрыня Никитич...) Одновременно с Pentium M представлено два поддерживающих его чипсета семейства Intel 855, имеющих, как и предсказывалось, хабовую архитектуру: два варианта северного моста и один южный (концентратор ввода-вывода) — ICH-4M.В первую очередь надо отметить Intel 855GM — первый интегрированный мобильный северный мост корпорации, работающий c DDR-памятью (напомним, что Intel не стала выводить интегрированное графическое ядро на мобильный рынок для Pentium 4-M). Дискретный вариант северного моста маркируется как 855PM. Оба северных моста поддерживают до двух гигабайт оперативной памяти стандарта PC2100 в одноканальном режиме, а новый южный мост имеет встроенную поддержку шины USB 2.0 (остальные подробности см. в таблице). Все чипсеты поддерживают память с частотой 100 МГц, но вряд ли кто-нибудь из производителей применит столь неразумную конфигурацию.Очевидные преимущества новых чипсетов — удвоение максимального объема поддерживаемой памяти, увеличение тактовой частоты интегрированного графического ядра и доступной ему пропускной способности памяти. Видимо, новые чипсеты производятся по более тонкому (130 нм) техпроцессу, так как потребляют энергии меньше, чем их предшественники. Снижению энергопотребления чипсета служит целый ряд способов и решений, которые коснулись напряжения Vcc для ядра (оно снижено до 1,2 В вместо 1,5 В) и Vccp (перепад PSB, уменьшено до 1,05 В вместо 1,5 В), управления питанием памяти DDR SO-DIMM (отключение питания памяти при любой возможности плюс улучшенный метод управления страницами) и блока ввода-вывода Intel 855 DDR I/O (использование сигналов управления с тремя состояниями, по возможности неполный их запуск, сокращение числа переключений линйи управления), оптимизации буферов ввода-вывода (отключение при первой возможности). С помощью внешнего датчика поддерживается технология DDR Read Throttling, сбрасывающая частоту памяти, если она перегревается от интенсивного обмена, — это может пригодиться в ультапортативных ноутбуках и планшетах, лишенных активного охлаждения.Упоминаемая рядом с чипсетом технология Intel Stable Image, получивашая в некоторых СМИ самые невероятные толкования и связываемая с видеоядром, на самом деле лежит в софтверной плоскости и адресована в первую очередь сборщикам и системных администраторов. Для установки операционных систем на большое количество похожих компьютеров используется эталонный образ разделов жесткого диска. Он уже содержит операционную систему с указанными параметрами сетевых подключений, пользовательского интерфейса, предустановленными программами и т. п. Все это безболезненно переносится на идентичные конфигурации. Однако если вы обновили парк компьютеров, начали продавать более новые модели или просто появилась новая ревизия чипсета, вам придется внести изменения в эталонный образ, так как изменилось аппаратное обеспечение. С введением унифицированного драйвера это стало менее критичным, но все таки ОС замечает, что изменился Hardware ID, и может запросить, у ничего не подозревающего пользователя, обновить драйвер. С технологией Stable Image вводится Compability Hardware ID, который может заменить меняющийся основной Hardware ID, оставаясь неизменным. Новые ревизии уже не нуждаются в обновленных драйверах, а новые чипсеты могут ориентироваться на Compability ID. Все это контролируется через BIOS, инструменты клонирования которого также существуют. Intel Pro/Wireless LAN (Алеша Попович) Третий неотъемлемый компонент, на котором сосредоточили небывалые (сравниться с этим может разве что раннее продвижение Pentium 4) усилия маркетологи и идеологи корпорации, — это адаптеры беспроводных сетей IEEE 802.11b (а позднее — 802.11a) Intel Pro/Wireless 2100 на чипах Calexico. О стандартах 802.11 и их реализации, в том числе и в картах mini-PCI, ведущими телекоммуникационными компаниями мы писали уже неоднократно, совсем недавно рассматривали новейшие устройства стандарта 802.11g, поэтому, даже несмотря на некоторые оригинальные разработки в адаптерах и программном обеспечении Intel Pro/Wireless 2100 (например, это принципиально одночиповые экономичные решения; кроме того, Intel заявляет особо корректное сосуществование IEEE 802.11b/g и Bluetooth, которые, как известно, работают в одном диапазоне и могут мешать друг другу), комментировать здесь беспроводную составляющую Centrino не будем. Коснемся этого позднее, когда, по прогнозам, это коснется нас.Важнее другое. Intel не отказывается лицензировать компоненты Centrino (кроме, процессора) другим производителям интегральных схем и не будет препятствовать гибридным решениям, однако без любой из трех составляющих этой технолгии в корпусе ноутбука его производитель не имеет право использовать сине-пурпурный логотип. Проводные Ethernet-контроллеры производители ноутбуков вольны выбирать на свое усмотрение, с Centrino это, в общем-то, никак не пересекается. Пионеры движения Пока нам удалось довольно подробно протестировать два из показанных в Москве ноутбука: тонкий одношпиндельный ASUS S1N на чипсете Intel 855GM (построен на базе успешной модели S1) и двухшпиндельный Roverbook Nautilus B570 на 855PM с внешним видеоускорителем ATI M9.Характеристики побывавших у нас ноутбуков сведены в таблицу. Никаких сюрпризов, разве что S1N неожиданно был укомплектован более емкой (3600 против 2800 мАч, 11,1 В), чем в S1, батареей. Кроме того, можно отметить применение обоими производителями быстрых винчестеров на 5400 об./мин. (однако на тесты, описываемые ниже, это, как мы писали ранее, влияния не оказывает).Оговоримся здесь же, что Roverbook Nautilus B570 прибыл в Москву и к нам на тест намного раньше, чем ASUS S1N, с полуофициальными сырыми драйверами, и ноутбук не смог пройти все тесты. В скором времени мы планируем взять его снова и составить максимально точное представление о системах на чипсете 855PM.В прошедшей через нас версии BIOS Setup ноутбука ASUS S1N есть интересный раздел управления энергосбережением, ранее в других моделях не встречавшийся. В частности, можно задать оптимизированное поведение технологии Enhanced SpeedStep в зависимости от типа питания (сеть или батареи) и метод управления переключением напряжения процессора (Geyserville Transition Model; лучше оставить в режиме SMM по умолчанию, так как другой вариант вовсе не дает переключать процессору рабочие точки).Мы оценили влияние настроек на работу ноутбука (к сожалению, их описания от ASUSTeK пока нет) и можем дать простой совет: ставьте «Automatic», не прогадаете. В остальных вариантах (если в Control Panel/Power Options стоит режим «Max Battery« или «Portable/Laptop«) меняется, пожалуй, только глубина мгновенного засыпания в моменты бездействия системы, то есть чувствуется ее вялость реакции на редкую активность пользователя. Однако потоковые (длительно интенсивные) тесты показывают, что во всех вариантах общая производительность остается на прежнем уровне, то есть процессор из любого сна разгоняется до максимума. Батарейтинг Тестирование Centrino — особый случай, мы сталкиваемся с процессором совершенно новой архитекуры (и это не громкие слова). Поэтому практические real-life тесты отложим на несколько абзацев вниз, а начнем с одного из самых громких (после шести часов автономной работы) обещания — улучшенного прогнозирования ветвлений. Pentium M, он же Banias, без преувеличения эпохальный продукт, и нас в первую очередь интересовала его архитектура. При всем уважении к разработчикам Intel, параллельная разработка четырех архитектур (P6, P4, IA-64, Banias) кажется невероятной. Из скудной информации, полученной по разным каналам, следовало, что разработка велась в израильском центре Intel, на основе архитектуры Pentium III с использованием некоторых наработок Pentium 4. Пока корпорация не опубликовала подробную архитектурную схему нового процессора, прощупаем синтетическими тестами каждый параметр нового продукта, не столько ради полезных показательных результатов, сколько ради удовлетворения собственного любопытства. (Как выяснилось, Intel вообще не собирается раскрывать какие-либо сведения о внутреннем устройстве процессорного ядра Pentium M, и даже не будет патентовать их, опасаясь восстановление секретной информации по описаниям патентов.) К тому же, парадоксально, но никто, в том числе сама Intel, не стремится рассказать как можно больше о процессоре — как уже говорилось выше, с точки зрения маркетинга сейчас важнее бспроводная часть Centrino. И на наш взгляд, как будет показано ниже, незаслуженно. Чтобы оценить работу прогнозирования ветвления на процессоре Pentium M и сравнить ее с другими процессорами, мы использовали задачу о расстановке ферзей на шахматной доске. Алгоритм решений не требует сложных вычислений, и весь программный код в основном состоит из сложений и условных переходов (во внутреннем цикле это только команды загрузить, сравнить, перейти; загрузить, сравнить, перейти…). Задача о ферзях широко известна в микропроцессорных кругах, и применялась специалистами Intel в демонстрации процессора IA-64.Этот синтетический тест напрягает блок прогнозирования ветвлений гораздо сильнее, чем это происходит в обычной жизни, но зато мы будем иметь представление who is who. Мы использовали вариант расстановки 32 ферзей на шахматной доске 32 на 32. Время засекалось средствами операционной системы (командная строка Windows XP) от начала до завершения исполнения программы, погрешность измерения времени для варианта n=32 составила менее половины процента. Хотя тест проводился на процессорах с разной частотой, мы в праве сравнить архитектуры потому, что программа помещается в любой кэш первого уровня, то есть результат идеально масштабируется с частотой. Для проверки мы также прогнали этот тест на ноутбуках в режиме максимального энергосбережения, когда процессор фиксирует свою частоту на минимум. На ноутбуках с мобильными процессорами Pentium 4-M, Pentium III-M и Athlon XP время, затраченное на расстановку ферзей, было строго обратно пропорционально частоте, так же как и на двух ноутбуках на процессоре Pentium M.Сравнивая нормированные результаты (см. таблицу), можно сделать вывод, что Pentium M (в ноутбуке ASUS S1N) теряет заметно меньше производительности от неправильно прогнозированных условных переходов, чем Northwood. Другие процессоры выигрывают в этом тесте потому, что перезаполнение их конвейера занимает гораздо меньше времени в таком обилии труднопредсказуемых ветвлений. Чтобы грубо оценить число стадий конвейера Pentium M, мы допустим, что вряд ли Pentium M заряжает каждую стадию конвейера быстрее высокооптимизированного Pentium 4, но и уж точно не медленней Pentium III. У нас получается вилка от тринадцати до семнадцати стадий, что вполне соответствует здравому смыслу и слухам о том, что выше двух гигагерц этот процессор не пойдет. Чтобы получше разобраться с ядром, воспользуемся в том числе тестами ScienceMark, Cachemem, Flops и Sandra 2003 (все эти тесты также проводились на ноутбуке ASUS S1N, который любезно был предоставлен нам на продолжительное время компанией Nexus). Для начала сравним производительность чистого FPU нового процессора, без использования оптимизаций SSE2, с помощью теста Flops, написанного Al Aburto. Имея не слишком быстрый FPU, процессор Pentium 4 долгое время проигрывал конкурентам, однако сейчас это не на столько актуально, так как программисты начали хорошо оптимизировать код под SSE2-блоки Pentium 4, способные выдавать до восьми (два по четыре) флопа за такт. Приведены нормализованные по частоте процессоров, результаты в мегафлопсах.Вкратце напомню устройство блоков операций с плавающей точкой. У Pentium 4 два блока — один для FMUL, FSUB и FADD и другой (очень медленный) для FDIV. У «Атлона» один FSUB/FADD, другой FMUL/FDIV, примерно так же (в грубом приближении) устроены FPU Pentium III. У K7 и P4 операции FSTORE и FLOAD выполняются отдельными блоками. Судя по первому и особенно четвертому тесту, у Pentium M за операции умножения и сложения отвечают разные блоки: результат P4 ниже почти в два раза, так как он не может распараллелизовать нагрузку. Вряд ли в Banias больше двух FP-конвейеров, иначе отставание от «Атлона» в седьмом тесте не было бы так велико. FMUL и FDIV обрабатываются вместе, отдельно от сложения и вычитания (см. #3), но затраты на извлечение корня очень велики (см. #2). Выполняются ли FSTORE и FLOAD отдельными блоками, определить по этим данным трудно, но нам это важно знать только в аспекте скорости работы с памятью, а ее мы рассмотрим следующими тестами. Cachemem также не оптимизирован для работы с памятью посредством SSE2, поэтому его результаты нам не так интересны. Особо интересующиеся читатели могут скачать (1 Кбайт) . Более современные и, что мне особенно нравится, наглядные результаты показывает пакет SiSoftware Sandra 2003.На графике отчетливо виден переход от кэш-памяти L1 к L2, а затем к основной памяти. Но все же, и здесь нас ожидает еще одна интрига: если L2-кэш работает на частоте процессора, то разрядность его шины составляет 45 бит! Будет что спросить Intel (на частоте 600 МГц результаты изменились пропорционально). Как бы криво ни измеряла Sandra 2003, результаты для 1,6-гигагерцового Pentium 4 в полтора раза выше, — такого расхождения мы не ожидали. Может быть, работу кэш-памяти подтормаживают описанные выше методы энергосбережения? Раньше такие объемы кэш-памяти встречались только в серверах, которые всегда обеспечивались должным охлаждением, но, по-видимому, в ноутбуках не все так просто...Пропускная способность интегрированного чипсета 855GM ноутбука ASUS S1N ниже, чем у дискретного 845D, но выше чем у стареющего (из-за поддержки старой памяти) 845G.В операциях с плавающей точкой при использовании SSE2 Pentium M на частоте 1,6 ГГц показывает почти равный результат с 2,4 ГГц Pentium 4 на 533-мегагерцовой шине. Если процессор правильно распараллеливает расчеты (а оптимизацию под SSE2 писали при участии Intel), то результаты на SSE2 отлично согласуются со здравым смыслом, говорящим, что не может быть в Pentium M блоков SSE2 больше, чем в Pentium 4. Взгляните внимательно на диаграммы. На чистых FPU-операциях Banias оставляет Pentium 4 далеко позади (что мы уже проверили flops’ами). Но при включении SSE2 старичок Pentium 4 догоняет за счет своей более высокой частоты. А судя по тому, что пропорции прироста производительности от SSE2 соответствуют частотам процессоров, мы делаем вывод, что блоки SSE2 у них одинаковы, и успокаиваемся на этом. От синтетических тестов перейдем к бенчамаркам, более приближенным к реальным приложениям, и приведем результаты тестирования в пакете Science Mark 2.0 последней беты (от 17 ноября 2002). Это очень набор отлично оптимизированных тестов, показывающих, насколько хороша система в качестве рабочей станции в научных вычислениях.Конечно, пока трудно представить перспективы Centrino в научных кругах, но свою высокую производительность уровня 2,53-гигагерцового Pentium 4 он подтвердил и здесь. Хотим заострить на этом ваше внимание, так как Intel и некоторые производители ноутбуков по понятным причинам до некоторых пор этого делать не будут. А процессор чертовски хорош... Наконец, переходим к нашим традиционным тестам, к батарейтингу. Как мы тестируем? Методика тестирования ноутбуков подробно описана в предыдущих публикациях (см. www.ferra.ru/online/mobilis/19816) и для оценки возможностей Centrino чуть дополнена более глубоким анализом энергопотребления мобильных систем в самых различных режимах. Здесь же в тридцать третий раз подчеркиваем: нам важно выяснить не отвлеченную производительность вычислительной платформы, упрятанной в корпус ноутбука, и не отдельно абстрактное время до полной разрядки батарей. Мы оцениваем баланс этих показателей, и, заметьте, в отличие от других тестлабов, как минимум для трех режимов энергосбережения, в которых может работать ноутбук под управлением операционных систем Windows: Always On, Portable/Laptop и Max Battery. Напомним и подчеркнем: именно эти настройки в разделе Power Options контрольной панели (если не предусмотрены фирменны утилиты, как у ASUSTeK, IBM, Toshiba) заведуют поведением фирменных технологий AMD PowerNow! и Intel SpeedStep, которые в свою очередь управляют рабочими точками мобильных процессоров. Прочие настройки этих режимов (обесточивание по тайм-ауту дисплея и жесткого диска) мы, как правило, отключаем, чтобы сравнивать в первую очередь исключительно процессоры. Почему мы не используем Mobile Mark 2002 от Futuremark, вы узнаете ниже, ознакомившись с результатами других тестов. Для сравнения мы выбрали ASUS S1 — вариант на Pentium III-M в том же конструктиве, ASUS L3 — как высокопроизводительный ноутбук на Pentium 4-M + Intel845MP с внешней графикой, а также ASUS L3D — ноутбук среднего класса, обладающий очень высокой производительностью и временем жизни от батарей. Результаты сведены в одну таблицу, а затем, для ранжирования ро конкретным параметрам, рассредоточены.Прежде всего, конечно, смотрим на время непрерывной работы в круговом прогоне — вплоть до полного истощения батарей — старого, проверенного, ничем не запятнавшего себя теста SYSmark 2001 (напомним, что при этом параллельно оценивается и производительность). Модели на Centrino здесь безусловно лидируют. Пятью часами здесь пока не пахнет, но не будем забывать, что скрипт SYSmark'а довольно сильно, почти без продыху нагружает систему, — в реальной жизни пользователю это не под силу. Сравнивая разницу продолжительности работы в режимах максимальной (Always On) и адаптивной (Portable/Laptop) частоты на примере S1N и его предшественника, отметим ощутимый выигрыш адаптивной схемы (при едва уловимом отставании в производительности), объясняемый применением в Pentium M, в отличие от Pentium III-M, нескольких рабочих точек тактовой частоты и напряжения. Pentium III-M в данном случае интенсивной нагрузки скриптом SYSmark 2001 вынужден держаться преимущественно на максимальной частоте, а Pentium M, по-видимому, умудряется хоть изредка сбрасывать ее до промежуточных значений. Это подтверждают и результаты ноутбука L3D на мобильном процессоре Athlon XP 2000+: между производительностью в адаптивном и максимальном режиме нет никакой разницы, зато огромный разрыв во времени работы и портебляемой мощности. Хотя производительность сама по себе не ставилась во главу угла, обратите внимание, что SYSscore в 211 баллов на частоте 1600 МГц — очень высокий результат. Время отклика компактных ноутбуков на Centrino с полуторагигагерцовыми процессорами сравнимо с полноразмерными системами на мобильных или настольных процессорах Pentium 4 c частотой 2400/2600 МГц. Они с легкостью выиграли у нашего бывшего лидера ASUS L3D с процессором Athlon XP 2000+ на интегрированном чипсете SiS740 (впрочем, цена систем различается почти в два раза не в пользу Centrino). Кроме того, обратите внимание на производительность S1N в режиме максимального энергосбережения: еще совсем недавно такие результаты показывали ноутбуки на 800-900-мегагерцовых Pentium III-M и Celeron (ядро Tualatin) на максимальной частоте! Равенство производительности в адаптивном и максимальном режиме у Roverbook Navigator B570 списываем на сырость образца и нехватку времени, чтобы исключить погрешность измерений. Примечательно, что, как и в первом ASUS S1, Pentium M на чипсете 855GM в модели S1N совсем не страдает от наличия интегрированного видеоядра. С полуторагигагерцовым чипом в Roverbook Nautilus B570 у них вполне ожидаемый паритет (напоминаем, что даже винчестеры у этих ноутбуков очень похожие, хотя SYSmark 2001 мало зависит от дисковой подсистемы), но все же удивляет, что система, обремененная необходимостью разделять системную память с графикой, так шустра. Пока таких показателей добивается только Intel — у других производителей интегрированные чипсеты ущербны даже в таких тестах, как SYSmark, где видеоускоритель работает скорее для галочки. Вообще, системная шина с частотой именно в 400 МГц — скорее дань моде, чем необходимость. Мегабайт кэш-памяти второго уровня на кристалле и память DDR266 совсем не обязывают к такой пропускной способности. Любопытно, что ни одна из программ измеряющих частоту системной шины, не доказала, что это именно 400 МГц. Версия WCPUID 3.09 (свежая 3.1а провожала системы в синий экран) показывала 230 для Roverbook’а, а Sandra 2003 — single data rate 133 / 320 для частоты процессора 600/1600 МГц соответственно. Это наводит на мысль как минимум о том, что теперь технология улучшенного Intel SpeedStep регулирует частоту процессора изменением частоты системной шины, тогда раньше все это делали изменением множителя; либо шина действительно динамически отключается, так что ни одна программа не успевает отследить ее реальную частоту... А теперь наше фирменное арифметическое действие: умножение производительности (SYSscore) на время, за которое эта производительность демонстрировалась. Мы называем это вычислительным запасом, запасом работы, которую можно сделать на ноутбуке автономно.По балансу производительности и энергопотребления Centrino оставил конкурентов далеко позади. Прирост свыше ста процентов! Никогда ранее ноутбуки не демонстрировали такую производительность и продолжительность работы от батарей одновременно. Как показывает таблица эффективности, победой над более быстрым процессором ASUS S1N во времени работы и вчислительном запасе RoverBook B570 обязан более емкой батарее.Тест-проигрывание DVD показывает экономичность системы при постоянной загрузке, с активным использованием видеоускорителя и оптического привода.Для справедливого сравнения разных ноутбуков делим время каждого на емкость его аккумуляторов, а также оцениваем потребляемую мощность. Пусть вас не слишком смущают результаты Nautilus B570 — у мощной видеокарты этого инженерного сэмпла не была установлена технология энергосбережения ATI PowerPlay (хотя мы и раньше замечали, что внешние видеоускорители относительно прожорливы даже в таких несложных задачах). Несмотря на то что видеоускоритель разгружает процессор, заметной экономии энергии это не дает (процессор все равно вынужден обсуживать софтверный DVD-плеер), но при этом сам ускоритель, похоже, ест не в меру... Зато хорошо видно, насколько сбалансирован интегрированный чипсет в тонком ASUS S1N.Далеко идущие выводы можно сделать с помощью таблицы, где приводится время жизни батарей в режимах минимальной активности и развлекательных приложениях. В MPEG4-тесте (проигрывание с жесткого диска) разница между аналогичными по конструктиву S1 составляет 10–11 Вт! Загрузка процессора Pentium III-M при этом составляла от 80 до 95% на частоте 1067 МГц (другой-то не дано!). Pentium M же в среднем держался на частоте 800 МГц (sic! новые рабочие точки в действии) с загрузкой на уровне 80%. По-видимому, этот уровень является пределом перехода на более высокую частоту, так как при малейшем усложнении декодирования сцены частота поднималась до 1000, а иногда и до 1200 МГц. Главное же — оценка средней потребляемой мощности в режимах проигрывания музыкальных электронных форматов и при обычном бездействии операционной системы (кстати, творческий процесс в текстовом или табличном редакторе по прожорливости как раз где-то посередине). Это — 12–13 ватт. Вспомните также 11 ватт в режиме максимальной экономии при прогоне SYSmark 2001 (см. выше). Минус дисплей и винчестер, на процессор, чипсет и память действительно приходится не больше 6-7 ватт, и при использованиии батареи емкостью от 60 Втч мы легко получим заявленные пять часов непрерывной работы!Для еще более глубокого измерения энергопотребления процессора был придуман следующий тест. Производитель заявляет, что технология Centrino умеет отключать незадействованные блоки процессора в целях энергосбережения. Выше мы описывали тесты Queens и Flops, первый из которых является чисто целочисленным, а второй на всю катушку использует FPU процессора. Если циклически запустить Queens без фоновых задач, использующих FPU (а такие большая редкость), то процессор должен отключить свои блоки FPU. Потом мы запустим Flops, которая заставит процессор пахать на всю катушку, так как параллельно ему надо будет обслуживать сервисы и фоновые задачи Windows и отключить целочисленные блоки не удастся. (Оба теста полностью умещаются в кэш-памяти, обращений к основной памяти почти не происходит. Проверка стандартной утилитой perfmon показала, что во время теста Queens обращений к памяти приблизительно в тысячу раз меньше, чем при тесте Sandra 2003 Memory Bandwidth.) Этот эксперимент проводился на ноутбуке ASUS S1N в режиме «Portable/Laptop».К нашему удивлению, чисто целочисленная работа процессора потребляет на полтора ватта больше (измерения с Queens проводились дважды). Если бы было наоборот, можно было сказать, что процессор отключил FPU и снизил потребляемую мощность, а равные результаты показали бы пустоту маркетинговой мишуры. В итоге же приходится делать вывод, что из-за частых ошибочных предсказаний ветвлений процессор потребляет заметно больше энергии, и Intel правильно сделала, потратив большие силы на улучшение в новом процессоре предсказания ветвлений. Если читателям будет интересно, мы постараемся найти время, что более тщательно исследовать все это собственноручно написанными программами под полностью управляемой операционной системой Linux. Еще один показательный вывод из этого теста можно связать с трудно усвояемым понятием теплового конверта. По данным ASUSTeK, тепловой конверт ее ноутбуков S1N и M3N равен 25 ваттам. Что это за величина? По всем тестам на приложениях (см. выше) максимальная потребляемая мощность S1N не превышала 17 Вт, а доля процессора, по нашим оценкам, не выходила за 12-13 Вт. Казалось бы, зачем рассчитывать систему охлаждения на вдвое большую мощность? И вот вам ответ — режим, пусть и чрезвычайно синтетический, в котором процессор рассеивает как раз около 25 Вт. В тестах трехмерной графики система на процессоре Pentium M и чипе ATI M9 почти в два раза, а иногда и более, быстрее конфигурации ASUS L3 (P4-M 1700, чипсет 845MP, видео ATI M7). Показательно, что в стандартном режиме 3DMark 2001SE модель Nautilus B570 быстрее своего родственника Explorer KT7+, имеющего Pentium 4 2,4 ГГц на чипсете i845E и такую же в точь видеокарту от ATI. В тесте 3DMark 2001 процессор Pentium M 1500 МГц на восемнадцать процентов быстрее Pentium 4-M 2400 МГц, без малейших подозрений на синтетичность этого преимущества. Undocumented На данный момент редкая информационная утилита способна в масштабе реального времени заглянуть «в душу» процессора Pentium M, чтобы можно было сделать экспериментальные выводы о гибкости новой реализации технологии SpeedStep (напомним, что PowerNow! благодаря фирменной утилите AMD всегда как на ладони). В частности, для нас стало полной неожиданностью, что широко известная и зарекомендовавшая себя только с лучшей стороны WCPUID упорно вгоняет систему на Centrino в синий экран. Иные же показывают какой-то частотный бред, мало коррелирующий с истинными значениями частоты ядра. Негаданно весьма адекватной, наряду с информационным окном Windows XP, оказалась довольно древняя утилитка WCPUCLK: по ее мнению, ASUS S1N в режиме «Max Battery» держится на частоте не выше 600 МГц, в «Portable/Laptop» скачет между 600 и 1600 МГц, проходя по пути как минимум два фиксированных значения — 800 и 1200 МГц, а в «Always On», как и положено, держится строго на максимальных 1600 МГц.Однако, как видно на скриншотах и говорилось, выше, операционная система своими механизмами улавливает — но, увы, не в реальном времени! — и более тонкие моменты, косвенно подтверждающие широкий спектр энергосберегающих приемов в связке процессор-чипсет (отключение от шины, обесточивание усилителей считывания и т. п.). Видимо, Microsoft знает немногим больше, чем мы с вами. В конечном счете, не настолько важны подробности колебаний частот, пользователи вряд ли будут в это вникать. Ведущие производители — ASUSTeK, IBM, Toshiba — традиционно снабдят свои ноутбуки фирменными утилитами (не такими изощренными, как BIOS Setup побывавшего у нас ASUS S1N, а примитивно понятными), которые будут выжимать из системы то, что потребует пользователь — время работы или производительность. Здесь же, в недокументированном, коснемся еще одного плохообъяснимого феномена, связанного с результатами тестов производительности. Около года назад в Интернете поднялась шумиха вокруг оптимизации пакета SYSMark 2002 исключительно под процессор Intel Pentium 4. Поговаривали, что ради продвижения нового процессора, Intel, являясь одним из учредителей Bapco (разработчика тестов SYSMark), повлияла на состав теста. В частности, AMD утверждает, что были убраны все фильтры в Photoshop, операции в MS Access и тому подобные, где Athlon выигрывал у Pentium 4, и увеличен вес выгодных для архитектуры NetBurst операций. P4 всегда показывает значительно лучшие результаты в SM2002, чем Athlon и предшественник Intel Pentium III. Многие тестлабы перестали после этого использовать SYSMark 2002, так как, даже наблюдая за тестом, было очевидно, что исчезла эмуляция некоторых операций, а другие выполняются большее количество раз (в скобках отметим, что мы также перешли на более объективные пакеты Veritest). Все это можно списать на преимущества внедрений SSE2 и на недовольство вечно обиженной AMD, общественность не получила явных доказательств нечестной игры. Для этого надо было сравнить с еще одним современным процессором, ведь не исключено, что Athlon был по-настоящему настолько медленней. Но другого конкурента Pentium 4 не существовало… до появления Pentium M, имеющего полноценный, от рождения, блоком SSE2 (доказано нами выше). Известный сайт Anandtech, продолжающий использовать SYSMark 2002, получил весьма занимательные результаты на системах с одноканальной DDR-памятью (он не стал обращать большое внимание на них, мы сделаем это за него). По ним, не то чтобы Banias равен по производительности Pentium 4 одинаковой частоты, оказалось еще хуже: 1400 МГц Pentium 4 заметно быстрее 1600 МГц Pentium M! И это при том, что из всех проведенных нами тестов, синтетических и «real life», не было и одной операции, где бы Pentium M проигрывал Pentium 4 на равной частоте. Напоминаем, что входящий в применение MobileMark 2002 построен на базе SYSMark 2002, поэтому относитесь к результатам в этом пакете с осторожностью. Цена вопроса Стоимость комплектов Centrino (чипсет Intel 855PM, карта Intel Pro/Wireless 2100 и процессор Pentium M с тактовой частотой 1600, 1500, 1400 или 1300 МГц) равна 720, 506, 377 и 292 долларов соответственно в партиях от тысячи штук. Для субноутбуков и планшетов предусмотрены процессоры на 1100 МГц с пониженным энергопотреблением (LV) и на 900 МГц со сверхнизким энергопотреблением (ULV). Цена этих комплектов 345 и 324 долларов соответственно.Уже известны рекомендованные цены на некоторые ноутбуки. Так, описанный здесь RoverBook Nautilus B570 (с приводом DVD и потрясающей по углам обзора и цветопередачей 15,1-дюймовой матрицей 1400х1050) — от 1745 долларов, а ThinkPad T40, похудевший и похорошевший флагман от IBM, помимо Centrino вобравший ряд фирменных новаций, — от 2700 долларов.