Test historických procesorů – díl II. (1999–2001 aneb AMD získává navrch)

První díl testu popisuje vývoj procesorů v letech 1995–1999. Za ty čtyři roky se změnilo mnohé. Postupně se vystřídaly tři výrobní procesy (350, 250, 180 nm), pracovní napětí CPU kleslo z 3,5 až na 1,65 V a frekvence se ztrojnásobila.

Během tohoto období se také několikrát změnilo uspořádání cache. Ze začátku se stále používala koncepce externí L2 cache známá z počítačů 486, následně se cache přesunula do pouzdra procesoru a nakonec přímo do jádra. Výrazně vzrostl samozřejmě i výkon. Při porovnání opačných konců tabulky průměrného výkonu vychází zhruba sedminásobné zlepšení za čtyři roky (Pentium 166 až Athlon 600).

Povede se podobné tempo růstu udržet i teď?

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

• Abit BE6 (i440BX)
• 2 × 256 MB SDRAM (CL2-2-2-6)
• GeForce FX 5900 SP
• Creative Audigy SE
• Marvell Yukon 88E8003 PCI GLAN
• Samsung 80 GB, 7200 rpm, IDE
• Delta 460 W (DPS-460CB)

Dual Pentium III (2 × Slot 1, Intel 440BX)

• Tyan Tiger 100 (i440BX)
• 2 × 256 MB SDRAM (CL2-2-2-6)
• GeForce FX 5900 SP
• Creative Audigy SE
• Marvell Yukon 88E8003 PCI GLAN
• Samsung 80 GB, 7200 rpm, IDE
• Delta 460 W (DPS-460CB)

Dual Pentium III Xeon (2 × Slot 2, Intel 840)

• SGI 550
• 768 MB RDRAM
• GeForce 6800 Ultra
• Creative Audigy SE
• Marvell Yukon 88E8003 PCI GLAN
• Seagate 18 GB, 10 000 rpm, SCSI
• OEM SGI zdroj

Pentium III, Celeron (Socket 370, Intel 815EP)

• Asus TUSL2 (i815EP)
• 2 × 256 MB RDRAM
• GeForce 6800 Ultra
• Creative Audigy SE
• Marvell Yukon 88E8003 PCI GLAN
• WD 80 GB, 7200 rpm, IDE
• Delta 460 W (DPS-460CB)

Pentium 4 (Socket 423, Intel 850)

• Abit TH7 (i850)
• 4 × 256 MB RDRAM
• GeForce 6800 Ultra
• Creative Audigy SE
• Marvell Yukon 88E8003 PCI GLAN
• Seagate 160 GB, 7200 rpm, IDE
• Delta 460 W (DPS-460CB)

Pentium 4 (Socket 478, SiS 645DX)

• ECS P4S5A-DX+ (645DX)
• 2 × 256 MB SDRAM (CL2-2-2-5) ; 2 × 512 MB DDR (CL2-2-2-5)
• GeForce 6800 Ultra
• Creative Audigy SE
• Marvell Yukon 88E8003 PCI GLAN
• Samsung 80 GB, 7200 rpm, IDE
• Delta 460 W (DPS-460CB)

Athlon (Slot A, VIA KX133 / AMD 750)

• AOpen AK72 (KX133) / MSI K7 Pro (AMD 750)
• 2 × 256 MB SDRAM (CL2-2-2-5/6)
• GeForce FX 5900 SP
• Creative Audigy SE
• Marvell Yukon 88E8003 PCI GLAN
• Samsung 80 GB, 7200 rpm, IDE
• Delta 460 W (DPS-460CB)

Athlon, Duron (Socket A, VIA KT133A)

• ENMIC 8TTX+ (KT133A)
• 2 × 256 MB SDRAM (CL2-2-2-5)
• GeForce 6800 Ultra
• Creative Audigy SE
• Marvell Yukon 88E8003 PCI GLAN
• Samsung 80 GB, 7200 rpm, IDE
• Delta 460 W (DPS-460CB)

Athlon XP, Athlon, Duron (Socket A, VIA KT266A)

• Biostar doplnit (KT266A)
• 2 × 512 MB DDR (CL2-2-2-5)
• GeForce 6800 Ultra
• Creative Audigy SE
• Marvell Yukon 88E8003 PCI GLAN
• Samsung 80 GB, 7200 rpm, IDE
• Delta 460 W (DPS-460CB)

Dual Athlon XP, Duron (Socket A, AMD 760MPX)

• Tyan Tiger MPX (AMD 760MPX)
• 1024 MB ECC Registered DDR (CL2-3-3-7)
• GeForce 7800 GS
• Creative Audigy SE
• Marvell Yukon 88E8003 PCI GLAN
• WD 80 GB, 7200 rpm, IDE
• Delta 460 W (DPS-460CB)

Operační systém a ovladače

• Windows XP SP3
• ForceWare 71.89 WHQL – GeForce FX 5900 SP, GeForce 6800 Ultra
• ForceWare 275.33 WHQL – GeForce 7800 GS

 

Intel Pentium III, Pentium 4, Celeron

Pentium III a Celeron – Coppermine

Procesory Pentium III založené na jádře Coppermine se poprvé objevily na trhu koncem roku 1999 a pracovaly na frekvencích 500 – 800 MHz. Během následujícího roku postupně dorazily rychleji taktované modely – v březnu 2000 to byly varianty 850, 866 a 1000 MHz. V této době Intel ukončil vývoj procesorů pro patici slot 1 – posledním se stalo Pentium III 1 GHz (v provedení 100 i 133 MHz FSB). Rychlejší kusy se daly osadit do starších desek jen přes redukci ze socketu 370.

V průběhu léta a podzimu pak Intel postupně uvedl Pentium III 933, 1100, 1133 a 900 MHz. Velmi problematické bylo nejrychlejší PIII 1,13 GHz. I přes zvýšené napětí, mohutnější chladič a omezení kompatibility jen na vybrané základní desky vykazoval tento procesor při provozu značnou nestabilitu. Intelu se nepovedlo problémy vyřešit a byl nucen svoji vlajkovou loď stáhnout z prodeje.

 

Teprve v roce 2001 se Intelu povedlo stabilně dosáhnout frekvence 1133 MHz s novým steppingem Coppemine D0. Někdy se tyto procesory označovaly jako Coppermine-T. Jádra Coppermine-T se kromě nejrychlejší varianty vyskytovala i v pomalejších Pentiích, konkrétně v modelech 800, 866, 933 a 1000 MHz – všechny byly určeny pouze pro socket 370 a běžely s FSB 133 MHz. Kromě vyšší stability při frekvencích nad 1 GHz se se nové PIII lišily i vzhledem. Změnil se formát potisku a některé kusy dokonce nesly integrovaný rozvaděč tepla.

Půl roku po uvedení PIII Coppermine se na trhu objevily i Celerony založené na novém 180nm jádře. L2 cache byla omezena na 128 kB a všechny Celerony až do 766 MHz používaly pomalou 66MHz sběrnici. Nechyběly ani SSE instrukce, takže v optimalizovaných aplikacích byl ve srovnání se staršími procesory značný nárůst výkonu.  Nejpomalejší nový Celeron začínal na 533 MHz a do konce roku 2000 postupně vyšly rychlejší modely až do 766 MHz. Během následujícího roku Intel uvedl 800–1100MHz varianty, přičemž všechny už běžely na rychlejší 100MHz FSB.

Pentium III a Celeron – Tualatin

Téměř současně s nejrychlejšími procesory Coppermine Intel uvedl poslední generaci PIII s novým jádrem Tualatin. Byly na něm založeny hned tři produktové řady – Pentium III-S, Pentium III a Celeron. Tualatin obsahoval celkem 44 milionů na ploše 80 mm². Díky novému 130nm výrobnímu procesu značně kleslo napájecí napětí – z 1,75V u nejrychlejších Coppermine až na 1,45 V. Všechny Tualatiny se stále osazovaly do socketu 370, ale díky určitým změnám byly nekompatibilní se současnými deskami. Přesto se ale časem přišlo na modifikace, které umožnily nové procesory zprovoznit i na starších deskách s čipsetem i440BX.

Proti předchozím PIII zavedl Intel určitá omezení – nově bylo SMP podporováno pouze na čerstvě zavedené řadě PIII-S a zároveň jen tyto CPU využívaly plně aktivní jádra s 512 kB L2 cache. PIII-S byly primárně určeny do serverů a pracovních stanic, ale neoficiálně fungovaly i ve většině běžných základních desek. V červenci 2001 byly uvedeny na trh tato serverová Pentia III: 1000-S, 1133-S a 1266-S. V lednu 2002 Intel představil PIII-S 1400 – poslední Pentium III.  Běžné PIII (bez přípony -S) nesly i nadále standardních 256 kB L2 cache a fungovaly pouze v jednoprocesorových základních deskách. Vyráběly se varianty 1000, 1133, 1200, 1333 a 1400 MHz.

 

Velmi oblíbené byly Celerony Tualatin. Ty měly stejně jako předchozí generace deaktivovanou polovinu L2 cache a sníženou rychlost FSB. Kapacita 256 kB byla pro architekturu P6 již relativně dostatečná a díky 100MHz FSB šly nižší modely Celeronů (1000 a 1100 MHz) snadno přetaktovat o 33 % jednoduchým přepnutím FSB na 133 MHz. Výsledný výkon byl vzhledem k ceně velice dobrý. Všechny Celerony i PIII Tualatin se vyráběly výhradně v provedení FC-PGA2 s integrovaným rozvaděčem tepla.

Pentium 4

Na podzim roku 2000 Intel představil úplně novou procesorovou architekturu, která měla nahradit postarší, ale stále velmi dobře konkurenceschopnou P6. Architektura NetBurst byla navržena s důrazem  na vysoké pracovní frekvence a velkou propustnost paměti. Původně Intel plánoval na pokročilejších výrobních procesech dosáhnout frekvence až kolem 10 GHz. Realita ale za těmito plány výrazně zaostala.

První implementace nové architektury NetBurst se objevila v procesoru Pentium 4, který byl představen 20. listopadu 2000. P4 s kódovým označením Willamette obsahovalo 42 milionů tranzistorů na ploše 217 mm² při použití prověřeného 180nm výrobního procesu. První P4 startovaly na 1,4 a 1,5 GHz, což bylo výrazně více než PIII, které v té době končilo na 1,1 GHz. Takto vysokého taktu se podařilo dosáhnout za cenu znatelně vyšší spotřeby a dvojnásobně dlouhé pipeline (20 stages pro Willamette).

Systém cache byl velmi odlišný od P6. Datová L1 cache byla zredukována na polovinu (8 kB), zároveň ale byla zvýšena propustnost a snížena latence. Instrukční cache nově uchovávala již načtené a dekódované instrukce, kapacita činila 12 000 instrukcí. L2 cache zůstala u Willamette na kapacitě 256 kB, výrazně narostla propustnost, ovšem za cenu zvýšení latence.

 

Další novinkou, kterou NetBurst přinesl, byla výrazně rychlejší sběrnice FSB. Zatímco Pentium III komunikovalo se základní deskou přes klasickou SDR sběrnici na taktu 133 MHz (1066 MB/s) a Athlon využíval DDR bežící na frekvenci až 266 MHz (2,1 GB/s), pro nové Pentium 4 Intel vytvořil zcela novou a podstatně rychlejší sběrnici. Základní frekvence byla 100 MHz, ale data se přenášela čtyřikrát za takt – při 64bitové šířce sběrnice a efektivním taktu 400 MHz narostla datová propustnost na 3,2 GB/s.

Pro využití takto vysoké propustnosti bylo potřeba použít i odpovídající paměť RAM. SDRAM paměť ani zdaleka nestačila a DDR v té době teprve začínaly, navíc na frekvencích maximálně kolem 200–266 MHz. Jedinou vhodnou volbou pro Pentium 4 tak byla paměť RDRAM. Tyto moduly se používaly už dříve na některých deskách pro PIII, tam ovšem kvůli pomalé FSB nebylo možné využít jejich plný potenciál. Frekvence dosahovala až 800 MHz (efektivně – přenos dat dvakrát za takt), ale při šířce sběrnice pouhých 16 bitů. Nový čipset Intel 850 proto používal zapojení dual channel, takže RAM dosahovala teoretické propustnosti 3,2 GB/s – stejně jako FSB.

 

Tak odlišný procesor samozřejmě nemohl fungovat v současných deskách se socketem 370. Vznikla tak nová patice – socket 423 a nedlouho potom socket 478. Balení procesoru pro socket 423 se skládalo ze dvou částí – interposeru se 423pinovým PGA rozhraním a samotného proceroru v BGA pouzdře, který byl na něm připájený.

Socket 423 byl pro Intel poslední klasickou PGA paticí s možností uchytit chladič přímo na patici (podobně jako starší socket 7, 8, 370 nebo socket 462 pro procesory AMD). Většina základních desek ale byla vybavena i plastovým rámečkem okolo patice – způsob uchycení pak závisel podle typu chladiče. Už po necelém roce Intel odepsal původní socket 423 a dále vyráběl Pentia 4 pouze do nové patice socket 478. Ta už byla založena na moderním standardu micro PGA a lépe přizpůsobena vysokým nárokům Pentia 4 na chlazení a napájení.

 
 

AMD Athlon, Athlon XP, Duron

Athlon, Athlon Thunderbird

Procesory AMD Athlon po svém nástupu úspěšně konkurovaly prvním PIII (s jádrem Katmai) a v mnohých oblastech dokázaly nabídnout i lepší výkon. S příchodem 180nm výrobního procesu se oba výrobci vrhli do gigahertzové války. Zatímco Intel u PIII Coppermine použil 256 kB L2 cache běžící na plné frekvenci procesoru, AMD stále sázelo na starší koncept s externí L2 umístěné namodulu SECC.

Architektura K7 zvládala vysoké frekvence velmi dobře, a proto nebyl problém během několika měsíců pokořit metu 1 GHz. Gigahertzový Athlon byl uveden 6. března 2000 – o dva dny před stejně taktovaným PIII. Problém byl s pamětí cache. Všechny Athlony až do 700MHz modelu (včetně) používaly L2 cache běžící na poloviční frekvenci – tedy maximálně 350 MHz. Dále už nebylo možné rychlost externí cache zvyšovat a kvůli tomuto omezení bylo AMD nuceno přistoupit ke zvýšení děličky na 2/5 pro Athlony 750 – 850 MHz a dokonce až 1/3 pro 900 – 1000 MHz verze. Díky tomuto omezení začaly rychlejší Athlony za stejně taktovanými PIII zaostávat. Pomalá cache se ukázala být poměrně výraznou brzdou.

 
 

AMD o tom samozřejmě vědělo a zanedlouho představilo nástupce Athlonu K75. Thunderbird přinesl podobný pokrok jako nahrazení PIII Katmai novějším Coppermine. L2 cache byla zredukována na 256 kB, přesunuta přímo do jádra a zrychlena na plnou frekvenci procesoru. Zároveň se změnilo i uspořádání cache. Původní Athlon využíval koncepci inkluzivní cache (obsah L1 je duplikován v L2), Thundebird přešel na exkluzivní cache – data jsou uložena vždy jen jednou a tudíž je možné kapacitu L1 a L2 sčítat.

Další novinkou byla úplně nová patice nazvaná socket A (někdy též označována jako socket 462). Naprostá většina nových Athlonů se prodávala v provedení pro socket A, ale AMD myslelo i na majitele starších základních desek. V menším množství se vyráběly také verze pro slot A.

Jádro Thunderbird se poprvé dostalo na pulty obchodů začátkem června roku 2000. Na výběr bylo devět typů odstupňovaných od 600 až po 1000 MHz. Do konce roku se povedlo pracovní frekvenci dostat až na 1,2 GHz, u některých variant byla navíc FSB zrychlena na 266 MHz, což se pozitivně provilo na výkonu v některých aplikacích. Vývoj pokračoval i v roce 2001, kdy byly uvedeny Athlony 1266, 1300, 1333 a 6. června pak spatřil světlo světa poslední Thunderbird na taktu 1400 MHz.

Všechny provedené změny Thunderbirdu výrazně pomohly k lepšímu výkonu ve srovnání se staršími Athlony pro slot A. Velkou mírou se na úspěchu podepsaly i nové čipsety používané na socket A deskách – hlavně VIA KT133A a později KT266A s podporou pamětí DDR.

Athlon XP

Ačkoliv byly Athlony Thunderbird hrubým výkonem velmi dobře konkurenceschopné, v některých oblastech se začala projevovat ztráta na PIII a P4 způsobená nedostatečnou podporou nových instrukčních sad. Athlony kromě standardní sady MMX podporovaly ještě 3DNow! a podmnožinu SSE nazvanou MMX extended (někdy také označovanou jako MMX2). Plná implementace SSE však chyběla. A to se právě změnilo s příchodem Athlonu XP (kódové jméno Palomino).

Kromě přidání SSE AMD zapracovalo i na menších optimalizacích výkonu a zlepšení spotřeby. Ačkoliv výrobní proces zůstal stále na 180nm, povedlo se znatelně snížit spotřebu a o něco navýšit dosahované frekvence. Zatímco nejrychlejší Thunderbird běžel na 1,4 GHz, poslední Palomino se zastavilo na 1733 MHz.

 
 

Nové Athlony byly od starších procesorů AMD snadno odlišitelné i pouhým pohledem. AMD přestalo používat keramická pouzdra – všechny AXP se vyráběly výhradně v provedení OPGA. Kvůli přepracování jádra se pozměnil i tvar samotného křemíku – z obdélníkového (Thunderbird) na čtvercový (Palomino). I přes poměrně výrazné modifikace se prakticky nezměnil počet tranzistorů – z 37 byl počet navýšen na 37,5 milionu. Ani plocha se nezměnila nijak znatelně – došlo k nárůstu o 8 mm² na celkových 128 mm².

Athlon XP byl na stejné frekvenci výrazně rychlejší než Pentium 4. Pentium 4 ale zase dokázalo pracovat na podstatně vyšším taktu. Po několika letech tak AMD opět zavedlo performance rating, aby značení AXP lépe odpovídalo konkurenci. Mezi lidmi bylo toto značení známé jako Pentium rating, i když to AMD nikdy netvrdilo. Oficiálně měl XP rating udávat frekvenci Athlonu Thunderbird potřebnou k dosažení stejného výkonu. Jádro Palomino pohánělo celkem sedm variant AXP. První čtyři – 1500+ (1333 MHz) až 1800+ (1533 MHz) byly představeny v říjnu 2001. O měsíc později pak AXP 1900+ (1600 MHz) a v průběhu prvního čtvrtletí 2002 se začaly prodávat nejrychlejší Palomina 2000+ (1667 MHz) a 2100+ (1733 MHz).

Na jádře Palomino byly založeny kromě desktopových Athlonů XP a mobilních Athlonů 4 i procesory Athlon MP. Ty byly určené do pracovních stanic a serverů. Jednalo se o historicky první procesor firmy AMD s oficiální podporou dvoucestného SMP. Neoficiálně se daly v dvouprocesorových deskách používat i Athlony Thunderbird, ale toto řešení bylo problematické a v některých případech nestabilní. Athlony MP byly ve své době povedenou konkurencí pro mnohem dražší Xeony. V některých dvouprocesorových deskách bylo možné provozovat i běžné Athlony XP nebo dokonce Durony (po jednoduché úpravě). Výsledný výkon tohoto řešení byl vzhledem k ceně vynikající.

 
 

Duron – Spitfire, Morgan

Architektura K7 a na ní založené procesory Athlon byly primárně určené pro highend. Ze začátku roli střední a nižší třídy zastávaly procesory předchozí generace – K6-2. Ty byly sice velmi levné, ale výkon ve srovnání s konkurenčními Celerony nebyl moc dobrý a i platforma socket 7 byla tou dobou již zastaralá. Slot A byl pro levné procesory nevhodný, a tak musely Durony počkat až na uvedení Athlonů Thunderbird (tedy zhruba do poloviny roku 2000) a s nimi spojené patice socket A.

První generace Duronu (označovaná Spitfire) byla odvozena od Athlonu Thunderbird. Duron se od plnohodnotného Athlonu lišil jen v jedné věci – zmenšené L2 cache na 64 kB. AMD se snažilo co nejvíc snížit výrobní náklady, proto jádro Duronu fyzicky obsahovalo jen 64 kB L2 cache (nepoužívala se osekaná jádra vyšších procesorů). Tato strategie umožnila snížit plochu jádra o 20 mm² ve srovnání s Athlonem. Durony Spitfire pracovaly na frekvencích 600–950 MHz, odstupňované po 50MHz krocích. Sběrnice vždy běžela na 200 MHz efektivně (DDR).

Ve druhé polovině roku 2001 nastal čas na refresh řady Duron. Spolu s Athlony XP AMD uvedlo i nové Durony od nich odvozené. Po technologické stránce byly Athlony a Durony Morgan shodné – nechyběla tedy podpora SSE ani optimalizace vedoucí k vyšším frekvencím (až 1300 MHz). Velikost cache i rychlost sběrnice zůstaly stejné jako u prvních Duronů. Tím pádem poněkud narostla ztráta na Athlony XP, protože ty používaly výhradně 266MHz FSB.

Durony byly ve své době velmi oblíbené, protože nabízely slušný výkon za nízkou cenu. Druhá generace založená na jádře Morgan neoficiálně podporovala SMP a bylo možné poměrně levně složit výkonný dvouprocesorový počítač.

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.

Google Octane 2.0

Octane měří rychlost provádění javascriptového kódu v prostředí webového prohlížeče – pro měření byl použit Firefox 33.1. Benchmark výrazně profituje z instrukční sady SSE2 a díky tomu Pentia 4 dosahují několikanásobného skóre ve srovnání Athlony nebo PIII. Google Octane 2.0 není započítán do souhrnného grafu kapitoly rendering ani do celkového průměru.

Multimedia – encoding

Multimedia – encoding

 

Ulead Video Studio 8 – MPEG-2 na DivX 6.8

Konverze videa ve formátu MPEG-2  na DivX 6.8, ponecháno výchozí nastavení encodéru. Na dvouprocesorových PC je zapnuta podpora pro vylepšený multithreading. Parametry zdrojového videa: 6:36 (min:s), rozlišení 720 × 576, 25 fps, 6347 kb/s.

Ulead Video Studio 8 – MOV na MPEG-2

Konverze videa ve formátu MOV na MPEG-2, použita předvolba PAL DVD. Parametry zdrojového videa: 2:45 (min:s), rozlišení 640 × 480, 30 fps, 11,1 Mb/s.

CDex 1.51

Převod 13 souborů WAV 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.

7-Zip 9.20

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

TrueCrypt 7.1a

Vestavěný benchmark, v grafu je zanesen průměr všech mezivýsledků.

AIDA64 v4.50 – CPU Hash

Rychlost šifrování algoritmem SHA1. Benchmark využívá instrukční sady MMX, MMX+/SSE, SSE2, SSSE3, AVX, AVX2, XOP, BMI, BMI2, podporována je akcelerace pomocí VIA PadLock Security Engine.

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 1024 × 768 px, JPEG 90 %.

Resample 159 JPG fotografií (2 – 47 Mpx) na 1024 × 768 px, JPEG 90 %.

Zoner Photo Studio 10

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

Multimedia – přehrávání

Multimedia – přehrávání

Windows Media Player 9

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

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

VLC Media Player 0.8.6f

Celkové vytížení procesoru při přehrávání DVD (720 × 576 px, 25 fps, MPEG-2, 5500 kB/s).

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

Celkové vytížení procesoru při přehrávání DivX souboru (576 × 304 px, 24 fps, 908 kB/s, DivX 3). Nula značí, že daný procesor nedokáže médium přehrát. Vytížení 95 % je na hranici akceptovatelnosti s občasnými výpadky.

MPC HC 1.7.5

Celkové vytížení procesoru při přehrávání H.264 videa v rozlišení SD (720 × 480 px, 24 fps, H.264, 1895 kB/s).

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

Hry

Hry

Detaily u všech her nastaveny na maximum s bilineárním filtrováním a bez anti-aliasingu. Rozlišení 1024 × 768 px, 32bitová barevná hloubka.

Kromě klasických grafů s průměrnými fps jsem připravil i balík všech logů naměřených Frapsem a program pro jejich pohodlné sledování. Fraps log prohlížeč dokáže zobrazit až čtyři průběhy fps současně, včetně grafu frametimes a histogramu.

  

GLQuake

Testováno vestavěné timedemo "demo1".

Quake 3 Arena

Testováno vestavěné timedemo "demo1".

Unreal Tournament

Testováno demo "utbench", ve hře nastaven OpenGL render.

Mafia: The City of Lost Heaven

Frapsem měřen průjezd městem – z Little Italy tunelem na jih Central Islandu k velkému parkovišti.

Grand Theft Auto III

Frapsem měřen průjezd Portlandem.

Call of Duty

Testováno timedemo „brecourt“, omezovač fps nastaven na 85.

Unreal Tournament 2004

Testováno pomocí utility UMark – mapa „primeval“. Detaily nastaveny na maximum.

Return to Castle Wolfenstein

Testováno vestavěné timedemo.

Max Payne 2

Frapsem měřena scéna s vybuchujícím výtahem na začátku hry.

Need for Speed: Underground 2

Frapsem měřeno jedno kolo na trati City Hall. Hra není započítána do souhrnného grafu kapitoly ani do celkového průměru.

3DMark 99

Výchozí nastavení.

3DMark 2001 SE

Výchozí nastavení.

Shrnující grafy

Shrnující grafy

Příkon (spotřeba)

Spotřeba

Spotřeba procesoru je měřena pomocí ampérmetru s bočníkem přímo na 5V větvi ze zdroje resp. na 12V P4 konektoru. 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), aby spotřeba samotného procesoru byla co nejméně ovlivněna zbytkem komponent. Toto samozřejmě neplatí pro základní desky vybavené přídavným 12V napájením procesoru. Tam naměřený příkon zahrnuje pouze spotřebu procesoru a ztráty na napájecích obvodech.

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

Shrnutí výkonu

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. Do průměru nejsou započítány následující benchmarky: testy RAM a cache v AIDA64, Google Octane 2.0, Need for Speed: Underground 2.

Hodnocení testovaných procesorů

AMD Athlon, Athlon XP

První Athlony osazované do slotu A si vedou dobře ve srovnání Pentiem II, Pentiem III Katmai nebo nižšími verzemi Celeronů. Hůře už ale vypadají v souboji s PIII Coppermine. Největším problémem slotových Athlonů je pomalá L2 cache. Zatímco jádro K7 dokáže pracovat na frekvencích blížících se k 1 GHz, cache se pohybuje jen v rozmezí 300–350 MHz.

V paměťově náročných aplikacích a hrách jsou potom Athlony 600–900 MHz skoro stejně rychlé. Dobře je to vidět třeba ve hře Quake 3 Arena – rozdíl mezi Athlonem 600 a 900 jsou pouhé dva fps. V konkrétních číslech to znamená 81,7 fps (Athlon 600) a 83,6 fps (Athlon 900). Při pohledu na výsledky Intelu je jasně vidět, jak slabý nárůst výkonu to je. Pro srovnání – 600MHz PIII dosáhne 78,6, ale 866MHz Pentium už dokáže Q3A rozpohybovat rychlostí 102,4 fps. Kromě problematické cache sráží výkon i špatné chipsety pro platformu Slot A, jak jsem zmínil v předchozím díle testu.

O poznání lépe si vedou Athlony s jádrem Thunderbird. Integrovaná L2 cache běžící na plné rychlosti dokáže výkon vrátit na úroveň odpovídající papírovým předpokladů – to znamená srovnatelný se stejně taktovanými PIII. Stejně tak čipsety pro socket 462 jsou výrazně vyladěnější a rychlejší – mezi nejlepší z této doby patří VIA KT133A.

Samotný čipset ale ještě nezaručuje dobrý výkon a funkčnost. Velký podíl na tom má návrh konkrétní základní desky a odladěný BIOS. Rozdíl mezi „dobrou“ a „špatnou“ deskou je klidně i 10% výkonu. Slabší stránkou Thunderbirdu (i původního Athlonu K7) je opět spotřeba. Podle naměřených čísel dosahuje první generace K7 nejvyšší efektivity výkon/watt okolo 700 MHz. Nad tuto hranici spotřeba roste o dost rychleji než frekvence. Zároveň je efektivita zhruba dvakrát horší než Pentium III Coppermine (Athlon 1000 = 60 W, Pentium III 1000EB = 29 W).

Athlon XP Palomino není o mnoho rychlejší než stejně taktovaný Thunderbird. Je ale nutné vzít v potaz, že Palomino dokáže bez problému pracovat na frekvencích o několik set MHz vyšších. Zároveň dosahuje podstatně vyšší efektivity výkon/watt, takže v konečném důsledku se jedná o výrazně povedenější procesor. Za povšimnutí stojí i podpora instrukcí SSE, které u AMD dlouho chyběly. Díky SSE dokáže Athlon XP spustit i relativně moderní aplikace jako MPC-HC nebo HandBrake.

Poněkud rozporuplné výsledky podávají dvouprocesorové sestavy založené na čipsetu AMD 760MPX. V případě aplikací nevyužívajících SMP podává dvojice AXP 1600+ stabilně slabší výkon než jediný Athlon XP 1600+ s čipsetem VIA KT266A. Největší ztráta je vidět ve hrách. V celkovém souhrnu ze všech testů dvoucestné SMP v podání AMD vykazuje nárůst výkonu 21 %. U Intelu je zisk při zapojení druhého procesoru 30 % (Pentium III 1000EB – 2× Pentium III Xeon 1000).

Intel Pentium III

Pentium III v žádném z testů výrazněji nepropadá a podává celkově vyrovnaný výkon. Mezi nejsilnější stránky PIII patří komprese souborů ve WinRARu, úprava fotek a hry. Naopak slabší je rendering v POV-Ray a syntetické benchmarky. Dříve se na energetickou efektivitu ani příkon procesoru příliš nehledělo. Ale při porovnávání procesorů podle dnešních měřítek jistě zaujme velmi dobrá efektivita výkon/watt všech PIII Coppermine. Z procesorů AMD dokáže konkurovat jen řada Athlon XP.

Ještě dále jde v efektivitě modernější Tualatin. Při započítání spotřeby jen samotného procesoru je efektivita ve srovnání s Coppermine vyšší o 70 %, u celé sestavy pak o 60 %. Velký podíl na tom jistě má nový 130nm výrobní proces, ale část úspory padá na vrub i základní desce, která z neznámého důvodu u procesorů Tualatin chybně dodává výrazně nižší napětí – jen 1,3 V místo standardních 1,45 V.

Intel Pentium 4

Procesory Pentium 4 jsou trochu rozporuplné. Architektura NetBurst byla navržena s důrazem na vysokou pracovní frekvenci a velkou propustnost paměti. Frekvence u první generace P4 není problém – už na konci roku 2000 byly dostupné 1,5GHz verze a do konce následujícího roku se takt vyšplhal až na 2 GHz. Dostatečně rychlá paměť už je větší oříšek. RDRAM (800 MHz, 32bit – 3,2 GB/s) i o něco modernější DDR (333 MHz, 64bit – 2,7 GB/s) dokáží Pentium 4 zásobovat daty bez problému.

Naprosto nedostačující jsou ale staré SDRAM (133 MHz, 64bit – 1 GB/s). P4 na frekvenci 1,5 GHz  vybavené pamětí SDRAM je brzděno prakticky ve všech aplikacích. Nejvýraznější ztráta je ve hrách (18 %) nebo při kompresi a práci se soubory (24 %).

I při použití nejlepších možných komponent nedopadají Pentia 4 moc dobře, hrubý výkon je zkrátka příliš nízký. Jádro Willamette není zrovna úsporné, poměr výkon/watt vychází proti PIII Coppermine horší. Přesto ale dokáže P4 v této disciplíně porazit všechny Athlony (kromě XP 1600+).

VIA C3

Procesory VIA jsou mířeny jako levná alternativa Intelu nebo AMD pro nenáročné kancelářské použití. C3 jsou vlastně jen mírně vylepšené a výše taktované procesory IDT WinChip vyráběné modernějším výrobním procesem. Ačkoliv měřené C3 pracuje na frekvenci 800 MHz, jednoduchá architektura s prováděním instrukcí in-order a jednotka FPU běžící na polovičním taktu nedokáží konkurovat ani o několik let starším procesorům. V naprosté většině testů se C3 umisťuje na posledním místě a některé z nich dokonce nedokáže spustit vůbec. V průměru tak zaostává za předposledním Pentiem II 450 o 35 %.

Testované procesory ze sběratelského hlediska a závěr

 

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

Slotové Athlony se těší veliké sběratelské oblibě – nejrozšířenější jsou varianty kolem 700 MHz. Athlony nad 800 MHz se moc nevyskytují, nejrychlejší 1GHz Athlon je prakticky nesehnatelný. Vzácné jsou i slotové Thunderbirdy, protože se montovaly převážně do OEM sestav a těch moc nebylo. Navíc je trochu problematická kompatibilita se základními deskami.

Modernější Athlony Thunderbird pro socket 462 jsou hodně rozšířené, hlavně verze kolem 1GHz. Vzácnější je jen nejrychlejší 1,4 GHz Thunderbird a také pomalejší Athlony pod 900 MHz. Mezi rozšířené a snadno dostupné patří i Athlony XP s jádrem Palomino. Méně je nejrychlejších kusů – AXP 2000+ a 2100+.

V případě Pentia III je sběratelská cena hodně závislá na konkrétním typu CPU. PIII Coppermine v provedení socket 370 s frekvencí do 1 GHz jsou hodně časté a není problém je sehnat za pár korun. Poněkud vzácnější jsou Coppermine pro slot 1, vyšší frekvence se shání těžko. Například PIII 1000/256/100/1.7 V S1 se prakticky nevyskytuje. PIII Tualatin odjakživa patří mezi oblíbené procesory. Nejvíce ceněné jsou serverové varianty (PIII-S) s větší 512kB L2 cache.

První generace P4 nepatří mezi oblíbené platformy pro stavbu retro PC. Přesto se jedná o docela zajímavý HW a není snadné získat všechny potřebné komponenty pro poskládání funkčního stroje. Kromě samotného procesoru je nutné sehnat některou z ne příliš běžných desek se socketem 423, chladič kompatibilní s touto paticí a RDRAM paměť.

---

Další část testu bude plynule navazovat a zmapuje další vývoj procesorů až do nástupu Athlonu 64 a Pentia 4 HT. Otestovány budou různé varianty Pentia 4 a z nich vycházející Celerony. Zajímavé jistě budou i Xeony založené na architektuře NetBurst a také další evoluce P6 – Pentium M. Ze stáje AMD nebudou chybět rychlejší Athlony XP (Thoroughbred, Barton) a hlavně první generace 64bitových procesorů K8 – Opteron a Athlon 64.