VS. Nízkonapěťový mistr

Transkript

1 VS. Nízkonapěťový mistr Jiří Pánek PAN096

2 Úvod Když dnes přemýšlíme o CPU v našich počítačích, máme na mysli výkonný Core 2 procesor, nebo levný Phenom, které zvyšují výkonnost nynějších herních systémů. Tyto procesory zápasí o první místa výkonnostních žebříčků a stává se z toho opravdový boj. Zatím co se koncentrujeme na tento sektor, zájem se začíná obracet k dolnímu konci tohoto spektra. Společnost VIA v minulosti skutečně ovládla tento trh, když se zaměřila na kompaktní počítače; největším úspěchem byla platforma EPIA a s vývojem procesorů (firmy VIA) se každá generace vylepšila jen trochu. Nyní, když Intel zpozoroval popularitu tohoto řešení, konečně máme nějakou konkurenci i v tomto odvětví. Donedávna procesor řady C7 představoval výkonnost při nízké spotřebě, jako jejich konkurenci Intel na letošním Computexu představil procesor řady Atom. Avšak VIA nechtěla Intel nechat vyhrát a tak ve stejný čas oznámila svůj poslední příspěvek do oblasti procesorů; procesor Nano. Podívejme se na rozdíly mezi platformou Atom a Nano. Kdo má lepší výkon a kdo je lepší v úspoře energie? - To zatím nevíme, ale na konci tohoto srovnání budeme mít dostatek informací k odpovědi na tyto otázky. Než se dostaneme k testování, podívejme se nejprve na tyto platformy jednotlivě.

3 Představení Atomu Atom je prvním procesorem Intelu, který je namířen na trh s úspornými produkty; stejně jako když VIA představila její procesory C3 a C7 před nějakým časem. Atom je namířen především do prostředí Mid, UMPC a HTPC (Mobilní integrovaná zařízení, Ultra mobilní PC a Home theater PC); navržených pro co možná nejmenší spotřebu při zachování co nejvyššího výkonu. Atom je novým druhem procesoru firmy intel s úplně novým designem. Toto je zajímavé neboť jak jsme mohli vidět mobilní Pentia byla přepracovanými Pentii III a dokonce i architektura Core 2 má v sobě mnoho z mobilních Pentií. Atom je první in-order procesorem od dob staré architektury 586, což z něj dělá něco, po čem nemůžeme chtít enkódování multimédií. Především se podívejme na každou platformu na niž je zaměřen. Atom je určený pro základní desky formátu mini-itx, což je dobře pro průmysl. Na Computextu nám bylo řečeno, že Intel usiloval o nový standard, který měl mít rozměr okolo 18-19cm, namísto 17x17, které udává norma mini-itx. Nějak si myslím, že Intel nechtěl být považován za následovníka VIA. Nakonec Intel použil standard mini-itx, ale doplnil jej o několik striktních omezení. Zaprvé, žádné digitální komponenty. Tím je jednoduše myšleno, žádné komponenty pro digitální video ( jako jsou DVI nebo HDMI ), nebo pro digitální audio výstup ( např. Toslink nebo RCA S/PDIF ). To znamená rozloučení se s použitím v HTPC. Dalším je zvuk; je povolen jen kodek AC 97. Nakonec je ještě osazen pouze jeden slot pro paměť, což ztěžuje zvyšování jejího výkonu. Dokladem úspory energie je jednofázový regulační systém, který CPU potřebuje. Atom je, v porovnání s kterýmkoliv jiným procesorem firmy Intel, extrémně energeticky efektivní. Rozšiřovací systém desky se skládá pouze z jednoho PCI slotu; není zde dostupný žádný ze současné generace ( PCIe ).

4 Teď si představme samotný Atom. Takto CPU vypadá pod chladičem. Díky své energetické účinnosti se při zátěži moc nepřehřívá; a tak si v podstatě vystačí jen s pasivním chladičem. Během měření při zátěži se teplota dostala jek k 38 C. Což je velmi působivé. Jde o první in-order procesor vyrobený Intelem od dob série Pentium 586. Není zamýšlen k lámání světových rekordů v počítání Ludolfova čísla; jeho cílem je pokusit se nahradit VIA jako číslo jedna v oblasti energeticky úsporných počítačů a snad i přebrat některé její zákazníky. Atom tiká na frekvenci 1,6GHz s 533MHz sběrnicí ( FSB ). Stejné sběrnice využívá P4, Core 2 a dokonce i C7, k navýšení množství dat přenesených mezi čipovou sadou a procesorem. 512K velká L2 cache umístěná na čipu, je pro nízkozpotřebovou jednotku velmi působivá. Zatímco má Atom jen jediné jádro, známé technologie se vracejí, aby umožnily Atomu používat jinak nevyužité cykly. Mluvíme o Hyper Threadingu. Ti z nás, kdo si pamatují procesory Pentium 4, si jistě vzpomenou i na HT technologii. Tato umožňuje jedinému fyzickému procesoru, aby byl detekován jako dvě logické jednotky, což umožňuje provedení většího počtu instrukcí během jednoho cyklu. Pokud je jedna instrukce dokončována, další nemusí být odeslána z paměti na sběrnici; toto se již zařídilo v uspořeném cyklu. Pokud si myslíme, že má tento procesor omezené schopnosti, pak jsme velmi daleko od pravdy. Sady instrukcí SEE, SEE2 a SEE3 spolu s EM64T umožňují běh Windows XP 64 a Vista 64, ačkoli jak dobře se jim to daří je věcí jinou. Toto všechno je vyrobeno 45nm procesem technologií High-K silicon die, stejné tranzistory jako u procesorů Penryn založených na Core 2 slouží tomuto CPU k dodání 25 wattů při maximální zátěži. Intel se rozhodl do tohoto CPU nevkládat čipset a ten tak zůstal jako externí řešení. Podle aktuálních standardů se však rozhodl pro poněkud zastaralé řešení. Nejspíš proto, že Intel nechtěl, aby Atom zastínil jeho high-end produkty. Za tímto účelem byl přestavěn čipset i945gm na platformu pro Atom. Problém s tímto čipsetem je ten, že je docela energeticky nenasytný pro systém, který je zamýšlen pro nízkou spotřebu; je smutné, že jeho spotřeba je mezi 20 a 25 watty, což je téměř jako stejně jako u procesoru samotného. Zatímco je čipset schopen podporovat dvoukanálový přístup do paměti, Intel omezuje Atom jen na jeden kanál. Nikdo nemá tušení, proč to Intel udělal. Možná Intel na něco čeká před tím, než se zcela zaměří na tento segment trhu. Čipset i945gm má vestavěný GMA950 IGP. Toto je docela starý grafický systém i pro Intel, který dnes používá spíš GMA X4500. Zaprvé tento grafický systém vyžaduje systémovou paměť a s jen jedním slotem pro paměť, ztratíme MB, v závislosti na rozhodnutí systému pro dynamické přidělování paměti. Maximální velikost paměti je 2GB. Nedostatkem, GMA950 je

5 absence podpory DirectX 10 a dekódování HD videa, takže bude zajímavé podívat se jak dobře ( nebo spíš špatně ) bude přehrávat videa ve formátu 720p a 1080p. Čip 945GM je doprovázen čipem ICH7. Tento jižní můstek je možná starý, ale stále podporuje všechny hlavní vlastnosti dneška. Rozhraní SATA-II podporuje až čtyři porty, ačkoli platforma Atom podporuje pouze dva porty. Zahrnuta je i podpora HD zvuku, ta je však nedostupná jelikož jediný Intelem podporovaný kodek je AC 97. Sběrnice PCI-E je také zahrnuta v čipu ICH7, ale opět není dostupná. Nakonec je zde ještě 10/100 Ethernet, který je jediným síťovým standardem pro platformu Atom. Intel, ve všech směrech zpomalil Atom v jeho omezených hardwarových možnostech.

6 Představení procesoru Nano Teď je čas podívat se na konkurenta Atomu. Zatímco Intel doufal jen v soupeření s C7, VIA měla jiný záměr. Na Computexu, kde byl taktéž představen Atom, VIA představila svou platformu Nano. Hlavním úkolem platformy Nano bylo nahradit C7 jako nejlepšího energeticky účinného procesoru a to především zvýšením výkonu. Platforma Nano je jednoduše VIA EPIA-SN, kde jediným rozdílem je nový procesor. To je krása

7 procesoru Nano; je úplně pinově kompatibilní s procesory C7, což umožňuje nahrazení bez potřeby změny, nebo upgrade BIOSU. Zatímco Intel přišel s jednofázovým regulačním systémem pro svůj Atom, VIA zabudovala fáze tři. Provozní teplota je tak nižší, když nemá mnoho práce. Naměřené hodnoty nepřesáhly 28 C, což je velmi impozantní výsledek. K výhodám patří nahrazení staré sběrnice PCI za jediný PCI Express x16 slot, který podporuje PCI-E 2.0, což umožňuje použít jakékoli PCI-E zařízení včetně grafické karty. Ale to není vše. Pokud například chceme bezdrátovou síť, na zadní straně desky je umístěn minipci slot, který může sloužit k připojení jakéhokoliv mini-pci zařízení včetně TV tuneru. Je tedy

8 velmi užitečný. Na zadní straně je také slot pro Compact Flash karty. Pokud opravdu chceme, je možno jej využít jako bootovací zařízení s Windowsy, nebo Linuxem, což výrazně redukuje dobu bootování zvlášť při použití 266x CF. Představme si bootování Xpéček za pouhých 8 vteřin v pěkné kompaktní jednotce. Procesor Nano je nová architektura postavená na tom, co již známe z C7, ale s novým napájecím managementem. Nano je procesorem typu out-of-order, tak jako Core 2 a Phenom, což umožňuje provádět instrukce mimo pořadí, při zachování stejného výsledku. To dává CPU výhodu v porovnání se starým in-order designem, na kterém jsou založeny C3, C7 a Atom. VIA taktéž implementovala sadu instrukcí x86-64 k umožnění provozu 64 bitovým operačním systémům. Jednou věcí, kterou VIA, na rozdíl od Atomu má, je 128-bitová šířka instrukční sběrnice podobné jako v architektuře Peryn. Toto procesoru umožňuje vykonání jedné SIMD instrukce v jednom taktu, zatímco Atom potřebuje cykly dva. Nano tak může přejít k další instrukci, když Atom by teprve dokončoval první. Nano je založeno na 65nm výrobním procesu, který je větší než ten, který využívá Intel. Avšak jeho spotřeba pouhých 25 wattů při 2GHz je lepší než 25 wattů při 1,6GHz u Atomu. Vzhledem ke kompatibilitě s C7, je použita stejná sběrnice V4 ( P4 ). Jedná se o stejnou sběrnici, kterou sdílí Core 2, Pentium 4 a Pentium-M. Současná generace běží na 800MHz FSB a v budoucnu může přejít na 1333MHz. Co se týče cache, má jí 64K L1 a 1MB L2. Poslední na seznamu je něco, co bychom čekali spíše u high-end procesorů, ale VIA to přesto ve svém CPU Nano implementovala; tím myslíme virtualizační technologii, neboli Vanderpool technologie, jak ji označuje Intel. Tak je vylepšena harwarová podpora virtuálních PC, což přináší především lepší odezvu.

9 K dosažení nejlepších výsledků VIA použila svůj nejnovější čipset se severním můstkem CN896. Tento čipset se používal pro kombinaci EPIA-SN/C7. Kromě podpory dvou typů CPU tak byl přidán i dvoukanálový řadič pamětí, který podporuje až 4GB paměti ve 128bitovém poli ( což je mnohem lepší přístup než u Atomu ). A nejen to, ale i PCI Express 2.0 umožňuje připojení nejnovějších grafických karet a jejich řádné využití. CN896 také zahrnuje IGP firmy S3, které je nazýváno Chrome9 HC. Toto IGP také nepodporuje rozhraní DirectX 10, ale jeho výhodou je podpora dekódování HD videa ve formátu 720p; což znamená výhodu především pro uživatele HTPC. Bohužel EPIA-SN nezahrnuje DVI, nebo HDMI výstup, což se snad v budoucnu zpraví. Stávající jižní můstek VT837A byl konečně nahrazen novým s označením VT8251. Dostáváme tak možnost připojení čtyř SATA II periferií, PCI Express interface, který je využit pro Gigabit LAN, a HD audio. Toto je další výhoda platformy VIA Nano; má podporu HD audia a využívá ji.

10 Přetaktování Jelikož se jedná o energeticky málo náročné platformy, nedá se od nich očekávat přímá podpora přetaktování. Její absence tak alespoň nikoho nezklame a zároveň tyto platformy drží hodně daleko od prvních míst žebříčků přetaktování.

11 Testovací systém Paměť: 2x 1GB DDR2-1186MHz Geil a 1x 2GB DDR2 Generic Pevný disk: 500GB Western Digital SE16 Grafická karta: GIGABYTE 9800GX2 a IGP Operační systém: Microsoft Windows Vista SP1 Ovladače: Intel INF Beta, VIA Hyperion, Forceware V testu byly použity dvě rozdílné sestavy. První z nich je Atom s jediným paměťovým modulem o velikosti 2GB a frekvenci 800MHz. Druhý je pak VIA Nano s dvěma moduly o velikosti 1GB, které fungují v dual channel módu. Oba systémy byly testovány s IGP běžícím s přidělenou maximální velikostí systémové paměti. A jen tak pro zábavu, bylo použito grafiky 9800 GX2, aby se prozkoumaly schopnosti platformy Nano. Testovací software: EVEREST Ultimate Edition 2006 EVEREST Ultimate Edition je hlavním průmyslovým diagnostickým a testovacím systémem pro zanícené uživatele. Během optimalizací a testování systém zobrazuje základní systémové informace, monitoruje a diagnostikuje výsledný efekt použitých nastavení. Umožňuje také měřit aktuální výkonnost jednotlivých částí systému a výsledky porovnává s předchozími.

12

13 Nejprve byla testována paměť, čímž jsme získali představu o tom, jaká je rychlost přístupu u obou platforem. Jak je vidět, dvoukanálový řadič umožňuje mnohem rychlejší práci s pamětí. Toto by mohlo přinutit Intel k použití druhého kanálu u čipsetu 945GM. Což se však nejspíš v brzké době nestane. Při použití odděleného grafického systému, Nano umožňuje o trochu lepší výkon paměti a zároveň uvolní více paměti pro CPU, protože ji není třeba alokovat pro IGP.

14 PCMark Vantage ( v ) PCMark Vantage je prvním objektivním testovacím programem pro počítače běžící na 32 a 64 bitových verzích MS Windovs Vista. PCMark Vantage se perfektně hodí k testování jakéhokoli typu PC s Vistami, od domácích multimediálních systémů, přes laptopy až po pracovní stanice. Bez ohledu na to, jestli je testér umělec, nebo IT profesionál, PCMark mu ukáže, kde má jeho systém silná a kde slabá místa a jak z jeho hardware dostat nejvyšší možný výkon. Jak můžeme vidět, VIA Nano má o 300 bodů více než Atom. Pokud ale IGP vypneme a připojíme grafickou kartu, dostáváme se na o více než 1000 bodů výš.

15 Přehrávání MPEG-2 Pro toto testování byl použit Matrix DVD. Výsledky udávají průměrné využití CPU při přehrávání trvajícím 30min. Obě sestavy přehrávají video ve formátu MPEG2 bezvadně; bez výpadků snímků a audio bylo synchronní s obrazem po celou dobu. Toto je možno považovat za úspěch pro obě platformy. Co se využití CPU týče, oba systémy běžely okolo 15%. Při použití grafické karty se využití CPU zmenšilo na 11%, což bylo způsobeno přenecháním dekódování na grafické kartě.

16 Přehrávání MPEG-4 Opět s použitím programu Matrix a po dobu 30min. Hlavní byly opět: plynulost, synchronizace zvuku a využití CPU. Zde vede VIA, přestože oba systémy byly schopny přehrávat MPEG-4 bez trhání a problémů se synchronizací, VIA nikdy nepřekročila 25% využití CPU, zatímco Atom byl na 60%. To znamená, že pokud na Atomu provozujeme více úloh, může docházet k zadrhávání videa. VIA přehrává video bez problémů i při načítání webové stránky, nebo pošty.

17 Přehrávání HD Videa Toto je velký problém pro obě platformy. K testu bylo použito náhodně vybrané video ve formátu 720p a řehráno Media Playerem v.11. Velké vítězství pro Nano. Atom se za ním zpožďoval ve všech směrech; měl problémy se synchronizací zvuku a trháním obrazu. V případě Atomu tak šlo spíš o sledování série obrázků. Atom byl vytížen na 98%, zatímco Nano se pohybovalo okolo 60%.

18 Crysis 1.1 Crysis nabízí fanouškům vysokých FPS nejlépe vypadající a vysoce vyvinutou hru, která po hráči vyžaduje použití adaptivních taktik a přizpůsobení se zbraním k přežití v dynamickém, nepřátelském prostředí, včetně prostředí s nulovou gravitací. Editace v reálném čase, bump mapping, dynamická světla, síťový systém, integrovaný fyzikální systém, shadery, stíny a dynamický zvuk, jsou jen některými možnostmi, které tato hra nabízí. VIA již na Computexu ukázala její Nano sestavu s přídavnou grafickou kartou, na které bylo možno Crysis hrát. Při použití procesoru Nano a grafiky 9800GX2, rozlišení 1024x768 a středních detailů, bylo možno hraní Crysis docela pohodlné. Největším překvapením bylo asi to, že je něco takového vůbec možné. Není však překvapující, že IGP v tomto směru neměly nejmenší šanci.

19 Spotřeba energie Teď se podívejme na množství spotřebované energie na námi testovaných strojích a na příslušné grafické kartě. Mějme na paměti, že tyto hodnoty se vztahují k systému jako celku ( kromě LCD, které je napájeno zvlášť ). Je zde ještě několik důležitých věcí, na které je třeba pamatovat; zatímco byl maximální odběr při testování v PCMarku, při některých speciálních testech může vzrůst ještě o 10%. Testování probíhalo vždy za stejných podmínek, což by mělo mít za následek spolehlivost a přesnost výsledů. Dále je třeba pamatovat, že testovací systém byl co možná minimální; připojen byl SATA-II disk se 7200 otáčkami bez připojení CD mechaniky, nebo spousty ventilátorů. Při použití v těchto technologií v konkrétních počítačích tak může dojít k nárustu spotřeby oproti naměřeným hodnotám. VIA vykazuje nižší energetické nároky oproti Atomu. S lepší architekturou a většími tranzistory je schopna držet se pod energetickou náročností Atomu. Bude zajímavé sledovat, co se stane při přechodu firmy VIA na 45nm výrobní proces.

20 Vyvíjené telpo Jako nové měřítko monitorujeme teplo vyvinuté klíčovými komponentami na základní desce; čipová sada a součástky okolo procesoru. Výsledky byly zaznamenány během klidu i zátěže. Závěrem se podívejme na teplo a jak jej VIA zvládla v porovnání s atomem. Překvapivě čipset 945GM generuje více tepla než samotný procesor Atom, čímž je VIA překonává oba. Vypadá to, že VIA zapracovala na výkonu a emitovaném teple nejen na jejím CPU, ale také na čipové sadě.

21 Závěrečné shrnutí Jak je patrné boj o úsporu a místo na trhu s nízkoenergetickými počítači je zde. VIA zde byla po nějaký čas jako doma, se svými deskamy EPIA a teď to vypadá, že je schopna je opět protlačit ve spojení s procesory Nano. Ačkoli to může vypadat, že má VIA konečně nějakou konkurenci, Intel prozatím nepředvedl nic vzrušujícího. Je milé sledovat Intel jak pokračuje ve snaze představit energetiky efektivní CPU jako je platforma Atom. Nicméně by mu jistě neuškodilo zaměřit se trochu víc na výzkum a vývoj. Především in-order design docela drasticky limituje schopnosti tohoto procesoru. Stejně tak jej omezuje použití jediného kanálu pro přístup do paměti obzvláště, využívá-li paměť IGP. K tomu ještě pouhý 10/100 Ethernet a absence HDMI či DVI výstupu pro IGP dělají z Atomu trochu moc omezenou záležitost. Přenesme pozornost na řešení firmy VIA; opět se jim to podařilo. Ač to nemusí být příliš překvapující vzhledem k jejich šestileté práci na standardu mini-itx. Nano zdvojnásobilo výkon C7 a přidalo 64bitové instrukce při ještě menším množství spotřebované energie. Platforma pro procesory Nano je extrémně přizpůsobivá. VIA na ni nekladla žádná omezení ať už v oblasti video výstupů, audio výstupů, či Ethernetových standardů. Mnohá možná rozšíření pak také umožňují slot pro CF kartu a Mini-PCI slot. VIA je tak nepopiratelným vítězem ( zatím ).

22 Překlad článku: JOHNSON, Cameron. Intel Atom vs. VIA Nano Platform Comparo. Tweaktown [online] [cit ], s Dostupný z WWW: <