Test historických procesorů – díl I. (1995–1999)

Na rozdíl od grafických karet je testování starších procesorů na různých magazínech a především nadšeneckých stránkách podstatně rozšířenější. Většina těchto testů ale nejde do vzdálenější historie a omezuje se pouze na procesory, které se ještě dají otestovat běžně používanou metodikou navrženou pro současné CPU. Nejstarší použité kusy jsou pak obvykle z rodiny Intel Core 2 či AMD Phenom (Agena), v lepším případě Pentium 4 do socketu 775 a pozdní varianty Athlonů 64.

Tyto testy zpravidla obsahují velké množství procesorů, ale většinou je jejich počet „uměle“ navýšen zařazením mnoha podobných modelů lišících se jen pracovní frekvencí, což snižuje čitelnost grafů a nemá příliš vliv na vypovídající hodnotu testů (stačí naměřit pár modelů, zbytek si čtenář snadno odvodí).

Článek, který právě čtete, je prvním dílem velkého testu, jenž mapuje vývoj procesorů od roku 1995 až do současnosti. Test bude rozdělen na pět až šest částí, každá z nich se zhruba 35 procesory. Každý díl bude mít částečně obměněnou metodiku, která bude nejlépe pasovat k rozsahu měřených procesorů. Součástí testu budou klasické hry, benchmarky i aplikace běžně používané při práci na PC. 

Poznámka: hodnoty označené * jsou odvozeny od podobných procesorů, protože přesné údaje se nikde neuvádí, nebo se jedná o přetaktované kusy.

Úvod a parametry testovaných procesorů

Dobové ceny a testovací sestavy pro jednotlivé platformy

 

Dobové ceny (v ČR)

Testovací sestavy pro jednotlivé platformy

Pentium Pro (Socket 8, Intel 440FX)

• Intel RC440FX UP (i440FX)
• 2x 128 MB EDO DIMM
• 3dfx Voodoo3 2000 PCI
• Creative Audigy SE
• Marvell Yukon 88E8003 PCI GLAN
• IBM 36 GB, 10000 rpm, SCSI
• Delta 460 W (DPS-460CB)

Dual Pentium Pro (2x Socket 8, Intel 440FX)

• Siemens Nixdorf AG D970 (i440FX)
• 4x 256 MB ECC EDO DIMM
• 3dfx Voodoo3 2000 PCI
• Creative Audigy SE
• Marvell Yukon 88E8003 PCI GLAN
• IBM 36 GB, 10000 rpm, SCSI
• Siemens Nixdorf OEM zdroj (non-ATX)

Dual Pentium II (2x Slot 1, Intel 440FX)

• DELL i440FX
• 2x 64 MB + 1x 128 MB ECC EDO DIMM
• 3dfx Voodoo3 2000 PCI
• Creative Audigy SE
• Marvell Yukon 88E8003 PCI GLAN
• IBM 36 GB, 10000 rpm, SCSI
• SELL OEM zdroj (non-ATX)

Pentium II, III, Celeron (Slot 1, Intel 440BX)

• Abit BE6 (i440BX)
• 2x 256 MB SDRAM (CL2-2-2-6)
• 3dfx Voodoo3 3000 AGP
• Creative Audigy SE
• Marvell Yukon 88E8003 PCI GLAN
• IBM 36 GB, 10000 rpm, SCSI
• Delta 460 W (DPS-460CB)

Dual Pentium II (2x Slot 1, Intel 440BX)

• Tyan Tiger 100 (i440BX)
• 2x 256 MB SDRAM (CL2-2-2-6)
• 3dfx Voodoo3 3000 AGP
• Creative Audigy SE
• Marvell Yukon 88E8003 PCI GLAN
• IBM 36 GB, 10000 rpm, SCSI
• Delta 460 W (DPS-460CB)

Dual Celeron (2x Socket 370, Intel 440BX)

• Abit BP6 (i440BX)
• 2x 256 MB SDRAM (CL2-2-2-6)
• 3dfx Voodoo3 3000 AGP
• Creative Audigy SE
• Marvell Yukon 88E8003 PCI GLAN
• IBM 36 GB, 10000 rpm, SCSI
• Delta 460 W (DPS-460CB)

Pentium IIIEB (Slot 1, Intel 820)

• Intel VC820 (i820)
• 2x 256 MB RDRAM
• 3dfx Voodoo3 3000 AGP
• Creative Audigy SE
• Marvell Yukon 88E8003 PCI GLAN
• IBM 36 GB, 10000 rpm, SCSI
• Delta 460 W (DPS-460CB)

Cyrix 6x86L, K6-2, K6-III (Socket 7, VIA MVP3)

• AOpen AX59 (MVP3)
• 128 MB SDRAM (CL2-2-2-5)
• 3dfx Voodoo3 3000 AGP
• Creative Audigy SE
• Marvell Yukon 88E8003 PCI GLAN
• IBM 36 GB, 10000 rpm, SCSI
• Delta 460 W (DPS-460CB)

Cyrix MII, K6, K6-2, K6-III, Pentium, Pentium MMX (Socket 7, ALi Aladdin V)

• Asus P5A-B (Aladdin V)
• 128 MB SDRAM ; 2x 256 MB pro K6-III (CL2-2-2-6)
• 3dfx Voodoo3 3000 AGP
• Creative Audigy SE
• Marvell Yukon 88E8003 PCI GLAN
• WD 80 GB, 7200 rpm, IDE
• Delta 460 W (DPS-460CB)

Athlon (Slot A, VIA KX133)

• AOpen AK72 (KX133)
• 2x 256 MB SDRAM (CL2-2-2-6)
• 3dfx Voodoo3 3000 AGP
• Creative Audigy SE
• Marvell Yukon 88E8003 PCI GLAN
• IBM 36 GB, 10000 rpm, SCSI
• Delta 460 W (DPS-460CB)

Operační systém a ovladače

• Windows XP SP3
• SSFT A41 custom – Voodoo3 ovladač

Intel Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro, Pentium II, III a Celeron

 

Intel Pentium a Pentium MMX

S prvním Pentiem přišel Intel už začátkem roku 1993. Na tehdejší dobu to byl velmi pokrokový a složitý procesor – první se superskalární architekturou. Pentium obsahovalo 3,1 milionu tranzistorů, bylo vyráběno 800nm procesem s plochou jádra masivních 294 mm². Pro srovnání – tehdy běžná 486DX2 vyrobená stejným procesem zabrala jen 81 mm² a měla 1,2 milionu tranzistorů.

Pentium se vyrábělo jen ve dvou variantách – 60 a 66 MHz. Některé série těchto Pentií obsahovaly známý FDIV bug, který způsoboval chyby v určitých výpočtech. Zajímavostí je, že tyto procesory byly poslední nepoužívající násobič. Frekvence sběrnice byla shodná s frekvencí procesoru.

O rok později přišlo upravené Pentium vyráběné novějším 600nm procesem – P54C. To umožnilo snížit napětí na 3,3V a zmenšit plochu jádra téměř na polovinu. Postupně byly uvedeny modely 75, 90, 100 a 120 MHz. Později Intel znovu přešel na lepší výrobní proces a vznikla poslední revize Pentia – P54CS.

Na 350nm procesu se jádro zmenšilo na 83 mm², což značně snížilo výrobní náklady a množství vyzařovaného tepla. První P54CS Pentium byl 133 MHz model, který přišel na trh v polovině roku 1995. Následovaly verze 150, 166 a 200 MHz, což bylo poslední klasické Pentium.

Všechna Pentia P54C se osazovala do nového 296pinového socketu 5 a P54CS do socketu 7. Obě patice byly identické, a tudíž nebyl problém použít libovolnou socket 5/7 základní desku pro všechna Pentia 75 – 200 MHz (za předpokladu, že deska dokázala nastavit FSB a násobič na požadovanou hodnotu).

Poslední evolucí P5 architektury bylo Pentium MMX (kódové označení P55C). Změny proti klasickému Pentiu spočívaly ve zvětšení L1 cache na dvojnásobek (16 KB data + 16KB instrukční cache) a přidání 57 instrukcí MMX. Pentium MMX bylo možné použít výhradně se socket 7 deskami a vyžadována byla i podpora dvojitého napájení. Jádro procesoru nově pracovalo s napětím 2,8V, zatímco I/O obvody zůstaly na 3,3V.

Jako první se v lednu 1997 dostaly do prodeje modely 166 a 200 MHz. 233 MHz model byl uveden o půl roku později a stal se posledním desktopovým procesorem od Intelu do socketu 7.

Intel Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Celeron (architektura P6)

Pentium Pro

Pentium Pro bylo navrženo pro použití v serverech a výkonných pracovních stanicích. Ve srovnání s klasickým Pentiem bylo provedeno mnoho změn. Pentium Pro podporovalo Out-of-Order vykonávání instrukcí, 36bitovou adresaci paměti (PAE) a významně vylepšen byl i systém cache. Běžně byl podporován čtyřcestný SMP, se speciálními deskami až 8 procesorů v jednom systému (pro klasická Pentia existovaly maximálně dvouprocesorové desky).

Díky omezeným možnostem tehdejší výroby nebylo možné vyrobit jádro procesoru a L2 cache na jednom kusu křemíku. 486 a Pentia používaly externí L2 umístěnou na základní desce pracující na frekvenci sběrnice (obvykle 50–66 MHz pro Pentium a 33–40 MHz pro 486). Toto řešení však bylo příliš pomalé a pro Pentium Pro nepřijatelné. Intel tak přistoupil k oddělené výrobě – samotné jádro procesoru bylo na jednom kusu křemíku a L2 cache na dalším. Oba byly umístěny vedle sebe do jednoho pouzdra (Dual Cavity PGA). Takto mohla cache pracovat na plné frekvenci procesoru. Nevýhodou byly značné výrobní náklady, nízká výtěžnost a na tehdejší dobu i vysoké zahřívání a spotřeba.

 

Většina variant Pentia Pro byla uvedena v listopadu 1995. Později, koncem roku 1997, se objevil ještě jeden rychlejší (a zároveň poslední) model. Nejvýkonnější Pentium Pro běželo na frekvenci 200 MHz a obsahovalo 1 MB L2 cache. Cache se skládala ze dvou 512KB modulů a proto bylo nutné použít jiný typ pouzdra – plastové s hliníkovým rozvaděčem tepla. Původní keramické pouzdro bylo totiž navrženo pro dvě křemíková jádra, ale 1MB Pentium Pro se skládalo celkem ze tří (CPU + 2x cache).

V roce 1997 to byl rekordní procesor ve všech směrech. Zejména počet tranzistorů (67,5 milionu) byl extrémní a v x86 světě ho překonal z běžných desktopových procesorů až Athlon 64 FX v roce 2003 (105 milionů). Stejně tak celková plocha dosahuje 679 mm², což si nezadá s největšími serverovými procesory jako Nehalem-EX nebo Haswell-EP – ty jsou ovšem monolitické (z jednoho kusu křemíku).

 

 

Pentium II

Zhruba rok po Pentiu MMX se P6 architektura dostala i do mainstreamových PC. Začátkem května 1997 byly uvedeny tři varianty Pentia II – 233, 266 a 300 MHz (všechny vyráběné na prověřeném 350nm procesu – kódové jméno Klamath). Proti Pentiu Pro bylo provedeno několik změn. L1 cache se zdvojnásobila podobně jako v případě Pentia MMX, tedy celkem jádro obsahovalo 16 KB datové a 16 KB instrukční cache. Přepracována byla i optimalizace pro vykonávání 16bitových programů a implementována instrukční sada MMX. Největší změnou bylo jiné uspořádání L2 cache.

Kvůli snížení výrobních nákladů Intel použil externí cache o kapacitě 512 KB běžící na poloviční frekvenci procesoru. Socket 8 byl pro toto uspořádání nevhodný a tak vznikla nová patice – slot 1.

Na malý plošný spoj bylo připájeno samotné jádro procesoru (v BGA pouzdře), L2 cache a několik pomocných obvodů. To všechno bylo uzavřeno do masivního plastového pouzdra s hliníkovým rozvaděčem tepla, na který se montoval chladič – obvykle aktivní, ale vyráběly se i pasivně chlazené PII.

 

První Pentia II hodně topily a vyšší modely měly problémy s chlazením, takže netrvalo dlouho a Intel přešel na nový 250nm výrobní proces (jádro Deschutes). Původní PII zabíralo 203 mm², refresh potom 118 mm². Počet tranzistorů se nezměnil – 7,5 milionu. Tato čísla platí pouze pro samotné jádro, počet tranzistorů a plochu L2 cache Intel neuvádí. Díky modernější výrobě bylo možné výrazně snížit napětí z původních 2,8 na 2V. Rovněž zahřívání a spotřeba byly výrazně zredukovány.

Nové modely startovaly na 266 MHz a postupně se povedlo frekvenci navýšit až na 450 MHz. Změny proběhly i ve způsobu zapouzdření procesorů – pozdější PII používaly zjednodušené pouzdro SECC-2, které už neobsahovalo rozvaděč tepla, a chladič se montoval přímo na jádro.

Pentium III

V únoru 1999 spatřila světlo světa další modifikace osvědčené P6 architektury – Pentium III. Jako první byly na trh uvedeny 450 a 500 MHz varianty, do konce roku pak ještě 550, 600, 533B a 600B modely. Označení B značilo 133MHz  FSB, což ze začátku znamenalo nutnost použít nepříliš populární i820 čipset v kombinaci s RDRAM pamětí.

Ve srovnání s PII Deschutes znamenalo Pentium III Katmai jen mírnou evoluci. Kromě přidání instrukční sady SSE (a s tím spojenými úpravami) se nezměnilo vlastně nic. Jádro narostlo o dva miliony tranzistorů a celková plocha jádra se zastavila na 132 mm². L2 cache zůstala na kapacitě 512 KB (s rychlostí CPU/2) a stále byla umístěna vedle jádra procesoru v SECC-2 slot 1 modulu. Ačkoliv PIII Katmai byly vyráběny stále 250nm procesem, díky odladění výroby se Intel dostal s frekvencí až na 600 MHz

Prakticky současně s posledními PIII Katmai se začala objevovat další generace Pentium III založená na novém 180nm jádře Coppermine. S tímto procesorem Intel definitivně ustoupil od externí L2 cache a integroval ji přímo do jádra. Kapacita se sice snížila na polovinu, ale dvojnásobná rychlost (shodná se zbytkem CPU) to bohatě vykompenzovala.

Také 180nm proces se povedl a nejrychlejší PIII uvedené koncem roku 1999 dosahovaly 800 MHz, přičemž spotřeba byla proti předchozí generaci poloviční. Vzhledem k interní L2 cache (a tedy provedení vše v jednom čipu) bylo možné opět osazovat PIII do klasické PGA patice – konkrétně socket 370 používaný už dříve pro Celerony Mendocino. Starší desky ovšem kvůli změnám v napájení nebyly kompatibilní a bylo nutné koupit novou. Kromě socketu 370 se téměř všechny varianty PIII vyráběly i v provedení pro slot 1.

 

Celeron

Po nástupu Pentia II nějakou dobu zastávala roli střední a nižší třídy platforma socket 7 s Pentiem MMX. S narůstající frekvencí PII se však rozdíl ve výkonu prohluboval, a tak Intel vytvořil Celeron, který měl tento problém řešit. Celeron vycházel z PII, ale pro úsporu nákladů byla odebrána L2 cache. V této podobě byly vydány jen dva Celerony (interně označované jako Covington) – 266 a 300 MHz, oba v provedení pro slot 1. Tyto procesory nebyly příliš oblíbené, protože absence L2 cache způsobila velké propady výkonu, občas i pod úroveň Pentia MMX. Navíc situaci ještě zhoršovala nutnost kupovat drahé základní desky se slotem 1.

V druhé polovině roku 1998 se objevila druhá generace Celeronu založena na novém jádře Mendocino a zároveň s ním i platforma socket 370. Mendocino bylo po stránce architektury shodné s PII, ale velká změna proběhla v uspořádání L2 cache. Ta se přesunula do jádra procesoru a běžela na plné rychlosti. Kapacita byla sice snížena na 128 KB, přesto ale nové Celerony téměř dorovnaly stejně taktované (a mnohem dražší PII). Celerony Mendocino se vyráběly od 300 do 533 MHz odstupňované po 33MHz krocích, přičemž modely do 433 MHz (včetně) se vyráběly i v provedení pro slot 1, rychlejší už jen do socketu 370. Tyto procesory byly ve své době velmi oblíbené a mnozí je považují za nejúspěšnější Celerony vůbec.

 

 

AMD K6, K6-2, K6-III a Athlon

AMD K6, K6-2, K6-III, K6-III+

 

K6

K6 byla mířena jako konkurence pro Pentium MMX a později Pentium II. Architektura byla odkoupena od společnosti NexGen – procesor Nx686. AMD provedlo několik úprav, z nichž nejpodstatnější bylo zajištění kompatibility se socketem 7 a přidání instrukční sady MMX. První tři varianty taktované na 166, 200 a 233 MHz se začaly prodávat v dubnu 1997. Nejrychlejší verze přišla o měsíc před Pentiem II (i Pentiem 233 MMX) a poprvé se tak AMD podařilo získat výkonnostní trůn.

K6 měla velkou 64 KB L1 cache rozdělenou podobně jako u Intelu na datovou a instrukční část, každá 32 kB. To se značně podepsalo na počtu tranzistorů (8,8 milionu) a ploše – 162 mm² na 350nm procesu. U nejrychlejšího 233MHz modelu poměrně nepříjemně narostla spotřeba až nad hranici 30W, což bylo s tehdejšími chladiči problém rozumně uchladit. Obzvlášť ve skříních typu AT, kde prakticky chyběl airflow.

 

K6-2

Další zvyšování frekvence K6 nebylo s použitím 350nm výroby možné a proto přišlo AMD v lednu 1998 s nejprve s upravenou K6 na novém 250nm procesu a později i K6-2 (kódové jméno Chomper). K6-2 byl velmi úspěšný procesor, hlavní důvod popularity spočíval v kompatibilitě s mnoha existujícími deskami pro Pentium MMX, jednalo se tak o výhodný upgrade. I cena nových desek byla nižší ve srovnání s platformami socket 370 a slot 1. To ovšem bylo vykoupeno obecně horší stabilitou čipsetů a nižším výkonem proti Pentiím II a Celeronům. První K6-2 startovaly v květnu 1998 na 300 MHz a postupně s vyladěním výroby se podařilo takt výrazně navýšit a poslední K6-2 v roce 2000 skončila na 550 MHz.

Po technologické stránce se K6-2 příliš nelišila od zmenšené 250nm K6. Vlastně jedinou výraznější změnou bylo přidání instrukcí 3DNow! Ty měly zvýšit výkon v multimediálních aplikacích a hrách a částečně kompenzovat slabší FPU. Vyžadována byla ale podpora ze strany aplikací a to nějakou dobu trvalo. Výkon K6-2 velmi závisel od základní desky a potažmo čipsetu.

Celá platforma socket 7 spoléhala na externí L2 cache, která běžela na frekvenci sběrnice a zejména u rychlejších procesorů (nad 300 MHz) bylo omezení výkonu značné. Proto AMD zavedlo FSB běžící na 100 MHz namísto původních 66, čímž se výkon zvýšil o 20%, aniž by bylo nutné zvýšit frekvenci samotného procesoru.Koncept externí L2 cache kromě nižšího výkonu (ve srovnání s cache přímo v jádře) způsoboval ještě jedno omezení. V závislosti na čipsetu a velikosti L2 byla limitována kapacita efektivně využitelné operační paměti – v angličtině se tento jev nazývá „cacheable limit“. V praxi se to projevuje zpomalením přístupu do RAM nad oblastí stanovenou tímto limitem.

 

 

K6-III, K6-2+, K6-III+

Pár dní před uvedením Pentia III AMD přadstavilo další procesor založený na K6 architektuře. K6-III se od předchozí dvojky lišila jen v jediné věci – integrované L2 cache přímo v jádře (běžící na plné rychlosti) o kapacitě 256 KB. To byl krok správným směrem – velká a rychlá cache umožnila odbourat slabší přístup do paměti způsobený relativně pomalými čipsety na socket 7 platformě. Celkový výkon tak stoupl o desítky procent. Samozřejmě se to podepsalo na provozních vlastnostech. 21 milionů tranzistorů běžících na 450 MHz, to byl horní limit dosažitelný na 250nm výrobním procesu. Proto nejvyšší verze skončila na 450 MHz, tedy o 100 MHz níž než méně složitá K6-2.

V roce 2000 se objevily definitivně poslední procesory pro socket 7 – K6-2+ a K6-III+. Jednalo se o dieshrink původní K6-III na nový 180nm proces. Oba procesory byly původně určené pro notebooky, ale patice byla stejná jako pro desktop a většina desek uměla nastavit nižší napětí (2V), takže obvykle nebyl problém s použitím těchto procesorů ve stolních počítačích.

Oblíbená byla hlavně K6-2+, která sice nesla poloviční 128 KB L2 cache (přímo v jádře), přesto ale výkon za plnohodnotnými K6-III(+) nezaostával skoro vůbec. 180nm výrobní proces sice značně srazil spotřebu, ovšem frekvence se prakticky nehnula a nejvyšší verze zůstaly na 550 MHz. Architektura K6 měla krátkou pipeline, proto nebylo možné dále navyšovat takt ani výkon.

Všechny K6 s integrovanou cache používaly i externí cache na desce. Vůbec poprvé se tak v x86 světě objevila platforma využívající tříúrovňovou cache. Zároveň pro žádný z těchto procesorů neplatilo výše popsané omezení na „cacheable RAM“ – do paměti totiž dokázaly přistupovat s využitím vlastní L2 a využít tak celou osazenou kapacitu.

      

AMD Athlon

Architektura K6 výkonem na Pentia II/III zdaleka nestačila a frekvence narazila na limit okolo 600 MHz. Bylo nutné přijít s něčím lepším. V červnu 1999 AMD představilo novou, revoluční architekturu K7 a na ní založený procesor Athlon. Athlon překonával stejně taktované PIII Katmai a i pro pozdější Coppermine byl vyrovnaným soupeřem. Hlavně ve hrách – což byla do té doby doména Intelu – K7 s přehledem vítězila. Zajímavým prvkem nové architektury byla sběrnice DDR s efektivním taktem 200 MHz. Procesor tak mohl s deskou komunikovat rychlostí 1600 MB/s, zatímco PIII jen 800 nebo 1066 MB/s.

Vzhledem k nové sběrnici bylo pochopitelně nutné změnit i patici procesoru. Athlon stejně jako PII/III používal externí L2 cache o kapacitě 512 KB běžící na poloviční frekvenci jádra. Pro úsporu nákladů bylo použito stejné zapouzdření procesoru jako u prvních Pentií II – SECC. Po elektrické stránce byla však sběrnice AMD a Intelu nekompatibilní. Nová patice slot A proto měla obrácené klíčování, aby nehrozila možnost záměny se slotem 1.

Jako první byly začátkem léta 1999 uvedeny Athlony 500, 550 a 600 MHz, o něco později pak ještě modely 650 a 700 MHz. Všechny byly označovány kódovým jménem Argon a vyráběly se prověřeným 250nm procesem. Ačkoliv jádro neobsahovalo L2 cache, počet tranzistorů byl vysokých 22 milionů a plocha jádra 184 mm². Velkou mírou se na tom podílela velká a rychlá 128KB L1 cache. Ani spotřeba nebyla malá (kolem 50W), ale vzhledem k výkonu se to dalo akceptovat. Později přišly upravené 180nm modely (kódové jméno Pluto), které mírně snížily spotřebu a postupně umožnily dosáhnout vyšších frekvencí.

   

Cyrix 6x86, MII a IDT Winchip

 

Cyrix 6x86, MII

Stejně jako celá řada dalších výrobců, i Cyrix se začátkem devadesátých let zabýval převážně výrobou procesorů 486. Jednalo se o levnější a obvyklé méně výkonné alternativy i486. V roce 1995 Cyrix uvedl procesor 6x86 – konkurenci (kompatibilní se socketem 7) pro Intel Pentium a AMD K5.

Architektura byla proti Pentiu vyspělejší a v některých (zejména kancelářských) aplikacích byl 6x86 znatelně rychlejší. Proto Cyrix přistoupil ke značení „Pentium rating“. Označení procesorů odpovídalo vyšší frekvenci, než na které ve skutečnosti běžel – obvykle o stupeň vyšší. Reálná frekvence 6x86 PR166+ tak byla jen 133 MHz.

Reálný výkon 6x86 velmi záležel na konkrétní aplikaci, zejména při použití FPU bylo Pentium mnohem rychlejší a PR značení bylo příliš optimistické. Dalším problémem bylo vysoké zahřívání a problémy s chlazením. To se povedlo úspěšně vyřešit u vylepšené verze 6x86L (interní označení M1L). Snížení napětí z 3,5 na 2,8 V dokázalo srazit spotřebu zhruba na polovinu. Nejrychlejší uvedený model 6x86 byl PR200+ (běžící na 150 MHz) v roce 1996.

O rok později se objevil v mnoha směrech vylepšený nástupce – 6x86MX. L1 cache se navýšila z 16 na 64KB (stále však společná pro instrukce a data), byly přidány instrukce MMX a procesory se vyráběly na novém 300nm procesu. I nadále Cyrix tyto procesory označoval Pentium ratingem.

Tentokrát ale PR nezávisel jen na frekvenci jádra, ale i na FSB. Kromě standardních 66 MHz některé varianty 6x86MX používaly i 75 a 83 MHz. To sice umožnilo poměrně výrazně navýšit výkon, ale také způsobilo problémy s kompatibilitou a stabilitou na některých základních deskách. Původní 6x86MX se vyráběly v rozmezí PR166 (133 MHz) až PR233 (188 MHz). Později došlo k přejmenování na MII – architektura zůstala shodná, měnily se jen výrobní procesy a frekvence. Posledním procesorem Cyrixu se tak stal MII PR433 běžící na 300 MHz a vyrobený 180mn procesem. Tou dobou už byl Cyrix majetkem VIA, která zastavila další vývoj výkonných CPU.

 

IDT Winchip

Posledním ze známých výrobců x86 kompatibilních procesorů byla společnost IDT (obchodní značka pro Centaur Technology). Všechny jejich procesory byly navržené s důrazem na nízkou spotřebu a příznivou cenu. Na koci roku 1997 se objevil Winchip C6 – první x86 procesor od IDT. Celkem existovaly čtyři varianty – 180, 200, 225 a 240 MHz, přičemž poslední dvě jmenované přišly na trh až v dubnu 1998.

Všechny tyto procesory byly vyrobeny 350nm procesem, obsahovaly 5,4 milionu tranzistorů a osazovaly se do socketu 7. Ačkoliv byl počet tranzistorů vyšší než třeba u Pentia MMX, architektura byla velmi jednoduchá a velkou část jádra zabrala L1 cache (32 + 32 KB). Winchip C6 sice podporoval MMX, ale k lepšímu výkonu mu to nepomohlo, architektura byla totiž vzhledem ke konkurenčním čipům velmi slabá. Jádro Winchip se velmi podobalo 486 – obsahovalo jen jednu pipeline a nepodporovalo ani Out-of-Order vykonávání instrukcí. 6x86, K5, K6, P6 a částečně i P5 byly výrazně vyspělejší.

V průběhu let 1998 až 1999 se postupně objevily vylepšené verze Winchipu. Winchip 2 přidal podporu instrukcí 3DNow!, Winchip 2A u některých modelů používal 100MHz FSB. Všechny ostatní parametry zůstaly stejné jako u C6 a ani výkon se příliš nezlepšil. V této době už byly rozšířené K6-2 a Celerony, proti kterým působily Winchipy velmi slabě. V plánu byly ještě Winchip 2B (totéž co 2A, ale na 250nm procesu) a Winchip 3 – ani jedno se už na trh nedostalo. Koncem roku 1999 VIA odkoupila Centaur Technology a to znamenalo konec značky Winchip. Nikoliv však architektury Centaur – tu VIA používala ještě dlouhé roky v procesorech Cyrix III, C3 a C7.

Testy paměti a cache

Testy paměti a cache

 

Aida64 v4.50 – propustnost cache

Propustnost a latence cache měřena pomocí vestavěného benchmarku.

 

 

Aida64 v4.50 – propustnost RAM

Propustnost a latence RAM měřena pomocí vestavěného benchmarku.

 

 

 

Syntetické benchmarky

Syntetické benchmarky

SuperPI mod XS 1.5

Výpočet Ludolfova čísla na milion desetinných míst.

CPUmark 99

CPUmark testuje hrubý výkon procesoru s použitím x86 a x87 instrukcí. Skóre ovlivňuje i rychlost cache a paměti.

wPrime v1.55 32M

Vícevláknová obdoba jednoduchého benchmarku SuperPI (samozřejmě se nepočítá Ludolfovo číslo, ale prvočísla).

UCBench 2011

UCBench testuje rychlost prolomení RAR archivu chráněného heslem. Program dokáže využít více jader/procesorů a podporuje i moderní instrukční sady.

HWBOT Prime

Multiplatformní benchmark využívající Javu. Podporuje SMP.

 

Rendering

Rendering

Cinebench R10

Klasický benchmark pro měření rychlosti renderingu. Verze R10 má velmi široký záběr a lze v ní bez větších omezení porovnávat výkon od současných procesorů až po první Pentium (ačkoliv je v minimálních požadavcích uvedeno Pentium III).

POV-Ray v3.7 RC7

Beta verze freeware raytraceru POV-Ray umožňuje využít vícejádrové procesory. Pro tento test jsou použity scény chess2.pov a woodbox – oboje s rozlišením 800 × 600 px bez anti-aliasingu.

 

Multimedia encoding

Multimedia encoding

 

Ulead Video Studio 8

Konverze nekomprimovaného AVI na MPEG1, použita předvolba PAL VCD. Parametry Zdrojového videa: 6m:36s, rozlišení 352x288, 25 fps, 2,87 GB.

CDex 1.51

Převod 13 WAV souborů o celkové délce 36:37 na MP3. CDex využívá enkodér Lame, použité nastavení: vysoká kvalita (q=2), 192 kb/s.

FreeRIP MP3 Converter 4.5.2

Převod 13 WAV souborů o celkové délce 36:37 na FLAC. Výchozí nastavení programu.

 

Komprese a práce se soubory

Komprese a práce se soubory

Winrar 5.10

V praktickém testu je měřen čas komprese 500MB složky a následně dekomprese vytvořeného rar archivu.

7-Zip 9.20

Integrovaný benchmark, v grafu je celkový výsledek počítaný z výkonu při kompresi i dekompresi.

Total Commander 8.51a – přístup na síťový disk

Čtení a zápis velkého (několik GB) souboru ze síťového disku. Protistrana k testovanému PC je: Seagate 7200.14 3TB, Celeron G550, Debian 6, GLAN.

 

 

Úprava fotografií

 

Úprava fotografií

IrfanView 4.20

 

Resample 43 JPG fotografií (10 mpx) na 1024x768, JPG 90%.

Konverze 20 naskenovaných BMP  (10 - 20 mpx) na JPG 90%.

 

Zoner Photo Studio 10

 

Batch úprava 43 fotografií v JPEG (10 mpx) – vylepšení expozice, úprava křivky, doostření.

 

Multimedia, přehrávání

Multimedia, přehrávání

Winamp 5.666

Celkové vytížení procesoru při přehrávání MP3 a FLAC. Nula značí, že daný procesor nedokáže médium přehrát. 95 % je na hranici akceptovatelnosti s občasnými výpadky.

Windows Media Player 9

Celkové vytížení procesoru při přehrávání MPEG1 souboru (352x288, 25 fps, 1163 Kbps).

Nula značí, že daný procesor nedokáže médium přehrát. 95% je na hranici akceptovatelnosti s občasnými výpadky.

VLC Media Player 0.8.6f

 

Celkové vytížení procesoru při přehrávání DVD (720x576, 25 fps, MPEG2, 5500 Kbps).

Nula značí, že daný procesor nedokáže médium přehrát. 95% je na hranici akceptovatelnosti s občasnými výpadky.

 

Celkové vytížení procesoru při přehrávání Divx souboru (576x304, 24 fps, 908 Kbps, Divx 3). Nula značí, že daný procesor nedokáže médium přehrát. 95% je na hranici akceptovatelnosti s občasnými výpadky.

 

Hry

Hry

GLQuake

Testováno vestavěné timedemo "demo1".

Quake 3 Arena

Testováno vestavěné timedemo "demo1". Detaily nastaveny na maximum.

Unreal Tournament

Testováno demo "utbench". Detaily nastaveny na maximum.

3DMark 99

Výchozí nastavení.

 

Shrnující grafy

Shrnující grafy

Příkon (spotřeba)

Příkon (spotřeba)

Spotřeba procesoru je měřena pomocí ampérmetru s bočníkem přímo na 5V větvi ze zdroje. Na měřených platformách je většina komponent včetně procesoru napájena z 5V. Měření spotřeby je proto vždy prováděno s minimální konfigurací (bez zvukové a síťové karty, Matrox Mystique 220 místo Voodoo3), aby spotřeba samotného procesoru byla co nejméně ovlivněna zbytkem komponent. Dvouprocesorové desky pro Pentium Pro a Pentium II 266 používají nestandardní zdroje, které neodpovídají ATX normě, a proto není možné změřit spotřebu samotných procesorů.

Spotřeba celé sestavy je měřena běžným zásuvkovým wattmetrem – pouze PC, bez monitoru. Uvedená spotřeba odpovídá plné konfiguraci, tak jak je uvedeno na začátku článku.

Vysoká spotřeba bez zátěže u procesorů Pentium II 266 a Pentium Pro je způsobena chybějící podporou ACPI na deskách s čipsetem i440FX. ACPI je nutné pro funkční řízení spotřeby ze strany operačního systému.

Zajímavá je spotřeba bez zátěže u procesorů pro socket7. Pohybuje se na hranici 9 – 10 W, což se příliš neliší od nejmodernějších CPU disponujících pokročilými metodami řízení spotřeby v nečinnosti. Zde testované procesory samozřejmě nic takového neumí a jejich frekvence i napětí jsou po celou dobu neměnné.

Celkové shrnutí výkon, výkon/příkon (spotřeba)

Shrnutí výkonu

 

Shrnující graf je vytvořen tak, že v každé aplikaci tvoří 100 % (základ) nejlepší výkon a od něj jsou odvozeny další relativní výkony. Takto nemá žádná aplikace větší váhu. Pokud některý procesor danou aplikaci/benchmark nedokáže spustit, je do průměru započítána nula. Výsledky z Aida64 nejsou do průměru započítány.

Hodnocení testovaných procesorů

Hodnocení testovaných procesorů

 

AMD K6, K6-2, K6-III, K6-III+

První K6 byly směrovány jako konkurence pro Pentium MMX a později Pentium II. Při pohledu na výsledky je jasné, že i s odstupem času a při použití modernějších aplikací jsou Pentium MMX a K6 rovnocenní soupeři. K6 je o něco silnější ve zpracování zvuku, videa, fotografií a kompresi souborů. Pentium má zase výraznější náskok ve hrách a renderingu.

Horší je to ve srovnání s architekturou P6. Průměrný náskok základní 200MHz verze Pentia Pro na K6 233 je 30%, Pentium II 233 rozdíl navyšuje až na masivních 70%. Ani K6-2 na tom není o moc lépe – zlepšení proti původní K6 tady sice je, ale jen necelých 10% na stejné frekvenci. To na přímou konkurenci v podobě Celeronů Mendocino ani zdaleka nestačí. 450 MHz K6-2 zaostává za Celeronem 433 v průměru o třetinu.

K6-III se měla podle některých dobových testů vyrovnat Pentiu III nebo ho i v některých aplikacích překonat. Reálný výkon zdaleka tak dobrý není. Integrovaná L2 cache sice přidává kolem 20 % výkonu proti stejně taktované K6-2, ale i tak 450 MHz K6-III v konečném zúčtování stačí maximálně na Celeron 333. Celá rodina procesorů K6 poměrně rychle zastarala a stala se pro běžné použití příliš pomalou.

AMD Athlon

Zatímco celá K6 řada postupem času čím dál více odpadávala, Athlon dokázal držet krok s Pentiem III až dodnes. Stejně jako architektura P6 i K7 vydržela na trhu velmi dlouho a testované aplikace jsou pro obojí dobře optimalizovány. Silnými stránkami Athlonu jsou syntetické testy, rendering a hry. Právě Athlon nastartoval dlouhotrvající nadvládu AMD v herním výkonu, která trvala po zbytek generace PIII\a celou éru Netburstu.

Na první generaci K7 není moc slabých míst, ale o to výraznější jsou. První nedostatek je vysoká spotřeba. Podle dnešních měřítek by se dal Athlon se spotřebou 40-50 W označit za úsporný, ale pro hliníkový chladič klasické konstrukce se dvěma 50mm ventilátory to je na hranici možností. Ještě větším problémem je stejně jako u socketu 7 absence kvalitních čipsetů. Pro slot A existují jen dva – AMD-750 a VIA KX133. První jmenovaný byl uveden současně s prvními Athlony a po nějakou dobu nic jiného ke koupi nebylo. AMD-750 podporuje pouze PC100 SDRAM a AGP 2x, což poněkud omezuje výkon – zejména pomalejší paměť. VIA KX133 tyto nedostatky řeší, ale za cenu horší kompatibility AGP a problematického southbridge VT82C686A. V ojedinělých případech mohlo dojít k poškození dat na discích připojených k integrovanému IDE řadiči.

 

Intel Pentium, Pentium MMX

Rozdíl mezi klasickým Pentiem a MMX variantou překvapivě není velký. Ačkoliv jsou všechny testované aplikace o několik let mladší než Pentium MMX, zdá se, že nedovedou z přidané instrukční sady profitovat. Jedinou vyjímkou je Ulead Video Studio, které se bez MMX nespustí. I tak je rozdíl výkonu jen kolem 20%, což lze aspoň částečně připsat na vrub dvojnásobné L1 cache. Výraznější výhodou P MMX je pokročilejší výrobní proces, který při přetaktování snadno umožní dosáhnout frekvence nad 250 MHz, u povedených kusů až 300 MHz.

Stejně jako K6, i P5 architektura poměrně rychle zastarala a i vývojově starší Pentium Pro překonává Pentium MMX o desítky procent.

 

Intel Pentium Pro, Pentium II, Pentium III

Architektura P6 se ukázala být velmi nadčasovou a i ve své první implementaci – Pentium Pro (1995) – dokáže v relativně moderních aplikacích překonat konkurenty o mnoho mladší. Syntetické benchmarky ani testy přístupu do cache a RAM nejsou silnou stránkou Pentia Pro, zato Rendering, nebo hry mu sedí mnohem lépe. Vůbec nejsilnější pozice pro první P6 je v oblasti komprese a práce se soubory – nejsilnější Pentium Pro přetaktované na 233 MHz tady zdatně soupeří s K6-III 450.

Pentium II je i přes pomalejší L2 cache ve většině programů rychlejší, svůj podíl na tom má i výkonnější čipset i440BX doplněný SDRAM pamětí, která je proti původním EDO o dost rychlejší. Laťku výkonu ještě dále navyšuje PII 450 a PIII Katmai 500 MHz, které výrazně překonávají veškeré K6. PIII Coppermine podává výkon odpovídající o 100 MHz vyšší frekvenci a rychlým RDRAM pamětem kominovaným se sběrnicí taktovanou na 133 MHz. Nejrychlejší testované PIII dominuje hlavně v práci s fotkami a kompresi souborů, překvapivě slabý výkon podává ve hrách. To je možná způsobeno konzervativním nastavením BIOSu základní desky (Intel VC820).

 

Cyrix 6x86, MII, IDT Winchip C6

Cyrix 6x86L PR166+ je s velkou ztrátou nejpomalejším procesorem celého testu. O něco lépe na tom jsou inovované MII (resp. 6x86MX), ale ty těží převážně z vyšší pracovní frekvence a samotná architektura o moc lepší není. Z výsledků je jasně vidět, že Pentium Rating je značně přehnaný. MII PR233 fyzicky běží na 187,5 MHz (2,5x75), přesto vychází srovnatelně rychlý jako K6 166 nebo Pentium 166 MMX. Stejný poměr vychází i u MII přetaktovaného na 300 MHz, který odpovídá poslednímu vydanému Cyrixu – MII PR433.

Ani IDT Winchip si nevede moc dobře. Výkon je hodně nevyrovnaný a záleží podle aplikace – od srovnatelné rychlosti s Pentiem 166 MMX (komprese souborů) až po výkon méně než poloviční (hry).

Testované procesory ze sběratelského hlediska a závěr

Testované procesory ze sběratelského hlediska a závěr

Historické procesory jsou mezi sběrateli ceněné a jejich cena mnohdy ani zdaleka neodpovídá dosahovanému výkonu.

Všechny K6 s integrovanou L2 jsou dnes poměrně vzácné, protože nikdy nebyly příliš rozšířené a mezi sběrateli jsou oblíbené. Zejména K6-III+ se obtížně shání a cena je vysoká. Naopak původní K6 a K6-2 do 500 MHz jsou běžné a nemají příliš velkou hodnotu.

Slotové Athlony rovněž patří mezi vzácné sběratelské kusy. Nejvzácnější jsou modely pod 600 MHz a naopak nad 900 MHz. Starší 250nm Athlony s jádrem Argon jsou obecně méně časté než jejich 180nm nástupci.

Pentia P54 od 100 MHz nahoru a všechny P55 jsou stále ještě hodně rozšířené a jejich cena není vysoká. Vzácnější jsou Pentia 75 a 90 MHz, zejména jedná-li se o tzv. „Goldcap“ varianty – ty se od bežných odlišují zlatě natřeným IHS a jsou u sběratelů oblíbené a tím pádem dražší. Z hlediska výkonu ani ostatních parametrů mezi obyčejným a goldcap Pentiem není žádný rozdíl.

Mezi nejoblíbenější a zároveň i nejdražší historické procesory bezpochyby patří Pentium Pro. Nejběžnější je 200 MHz verze s 256KB L2 cache, podstatně hůř se shání 512KB varianty a nejrychlejší 1MB Pentium Pro se u nás nevyskytuje prakticky vůbec. Další problém je sehnat základní desku se socketem 8 – ty jsou o dost vzácnější než samotné CPU. Obzvlášť dvouprocesorové desky v česku skoro vymizely.

Pentium II a III se vyskytují v bazarech a na aukcích velmi často a jejich cena je příznivá. I desky se shání relativně snadno, pokud se nejedná o vyloženě exotický model. V následujícím grafu je odhad dnešních cen procesorů a základních desek použitých v prvním díle testu. 

Další část testu bude plynule navazovat a zmapuje další vývoj procesorů až do nástupu Athlonů XP a Pentia 4. Otestováno bude množství Pentií III a Celeronů (včetně těch založených na jádru Tualatin). Ze stáje AMD pak rychlejší varianty slotových Athlonů a z nich vycházející Thunderbird a AXP Palomino. Nebude chybět ani porovnání výkonu stejných procesorů na deskách s různými čipsety, odlišným typem RAM a další zajímavosti.