Procesory Intel Core drugiej generacji – co wnoszą?

Kolejna rewolucja? (fot. Intel)

Stało się – 2011 rok rozpoczął „tock” w zegarku technologicznym Intela. Na rynek trafiła 2 generacja desktopowych i mobilnych procesorów Intel Core, znanych do tej pory jako Sandy Bridge. Co wnoszą nowe jednostki centralne i jakie to ma znaczenie dla użytkowników PC?

Nowa, jeszcze doskonalsza mikroarchitektura – Sandy Bridge

Wybił zegar - czas na nową mikroarchitekturę (fot. Intel)

O procesorach opartych na mikroarchitekturze Sandy Bridge mówiło się od dawna. Wszyscy pamiętają olbrzymi skok jakościowy, jaki Intel zafundował użytkownikom PC w 2008 roku, wprowadzając CPU wykorzystujące mikroarchitekturę Nehalem, która doskonale funkcjonuje do dziś. Premierę 2 generacji procesorów Intel Core wielu określiło jako kolejną rewolucję i nie ma w tym przesady. Zobaczcie, co nowego w Sandy Bridge piszczy.

Nowa organizacja procesora

Jedną z najważniejszych zmian względem mikroarchitektury Nehalem jest w pełni modułowa organizacja procesorów i integracja w monolitycznym układzie krzemowym rdzeni wraz z pamięcią podręczną LLC (Last Level Cache), układu graficznego i Agenta Systemowego, który steruje procesorem i integruje m.in. elementy mostka północnego, kontrolera pamięci i magistral PCI-Express i QPI.

SB (fot. Intel)

Na dodatek wymienione moduły są niezależne od siebie, dzięki czemu można je zmodyfikować bez ingerencji w pozostałe. Komunikacja między nimi odbywa się za pomocą specjalnej magistrali pierścieniowej (o szerokości 256 bitów dla danych), która zapewnia płynną wymianę informacji. Pozwala ona również na korzystanie z szybkiej pamięci podręcznej procesora przez rdzeń graficzny.

Westmere vs Sandy Bridge (fot. Intel)

Modułowa budowa CPU ma także inne zalety – pozwala na znacznie lepsze zarządzanie energią. Wszystkie trzy główne części procesorów Sandy Bridge (GPU, Agent Systemowy i rdzenie x86) są zasilane z oddzielnego źródła i taktowane własnym zegarem. Oczywiście procesory Intel Core drugiej generacji są wykonane w nowoczesnym, 32-nanometrowym procesie litograficznym.

Zmiany w mikroarchitekturze rdzeni i obsługa instrukcji wektorowych AVX

Jedną z najważniejszych zmian jest wprowadzenie w procesorach Intel Core drugiej generacji obsługi instrukcji AVX (Advanced Vector Extensions). Pozwalają one znacznie zwiększyć szybkość obliczeń strumieniowych i zmiennoprzecinkowych dzięki obsłudze instrukcji wektorowych. Umożliwić to ma wprowadzenie 256-bitowych operacji zmiennoprzecinkowych (w Nehalemach 128-bit) oraz zwiększenie liczby operandów z 2 do 3. Aby dało się to osiągnąć, zastosowano 16 nowych, 256-bitowych rejestrów, które rozszerzają obecne, 128-bitowe SSE.

Kolejna nowość to wydzielona z pamięci L1 dodatkowa pamięć podręczna, określana jako L0. Jest ona w stanie przechować około 1500 ostatnio zdekodowanych rozkazów. W praktyce w wielu sytuacjach nie trzeba będzie dzięki temu pobierać po raz kolejny rozkazu i go dekodować – wystarczy sięgnąć do superszybkiej pamięci podręcznej. Da to duży wzrost wydajności zwłaszcza w sytuacjach, kiedy wykonujemy instrukcje często następujące po sobie.

Optymalizacjom poddano również moduły odpowiedzialne za kolejkowanie następujących po sobie instrukcji w taki sposób, aby można było wykonać jak najwięcej z nich jednocześnie. Teraz bufor początkowy (Reorder Buffer) ma aż 168 pozycji (40 więcej niż w procesorach Nehalem), a liczba wpisów planisty (scheduler) wzrosła z 36 do 54. Zwiększono również liczbę buforów load/store z 48 i 32 do odpowiednio 64 i 36.

Jakie technologie będą rządzić światem w 2011 r.?

Zmieniono również sposób zarządzania rejestrami. Od teraz trafiają do niego tylko pojedyncze kopie danych i nie zmieniają one swojego położenia po dokonaniu obliczeń. To wszystko sprawia, że znacznie wzrósł współczynnik IPC – liczby instrukcji na cykl zegara. A jak wiadomo – im więcej, tym lepiej.

Usprawniono też komunikację z podsystemem pamięci – nowy kontroler w jednym takcie zegara może wysłać dwa żądania odczytu i jedno zapisu, podczas gdy poprzednia generacja CPU była w stanie wysłać tylko jedno żądanie odczytu. Jest to dobre posunięcie – procesor czyta znacznie więcej, niż zapisuje – z pamięci pobiera bowiem rozkazy i dane, a zapisuje tylko dane. Na dodatek komunikacja między CPU a kontrolerem pamięci przebiega znacznie szybciej, gdyż jest on integralną częścią procesora.

Nowy, lepszy Turbo Boost 2.0

Wprowadzony po raz pierwszy w procesorach opartych na mikroarchitekturze Nehalem system Turbo Boost okazał się strzałem w dziesiątkę. Pozwolił znacznie efektywniej wykorzystać potencjał procesora i wykonywać zadania szybciej. Procesory Intel Core i5 oraz Intel Core i7 oparte na architekturze Sandy Bridge mają 2., udoskonaloną wersję tego systemu.

Turbo Boost 2.0 (fot. Intel)

Teraz rdzenie procesora i układ graficzny są podkręcane niezależnie od siebie. Na dodatek dzieje się to znacznie szybciej niż w przypadku pierwszej wersji Turbo Boosta. Co więcej, procesory Intel Core drugiej generacji mogą na kilkadziesiąt sekund lub nawet kilka minut przekraczać swoje TDP (patrz: Dynamic Range), zwiększając taktowanie ponad to, co maksymalnie można uzyskać dzięki Turbo Boost. Daje to dodatkową moc w kluczowych sytuacjach. Po tym czasie taktowanie spada do maksimum z trybu Turbo.

Hyper-Threading i AES w komplecie

Nowe CPU Intel Core (za wyjątkiem 4-rdzeniowych, desktopowych modeli i5) również obsługują wielowątkowość (Hyper-Threading). Oznacza to, że podobnie jak w starszej generacji CPU, tak i teraz użytkownik dostaje do dyspozycji dwukrotnie większą liczbę logicznych rdzeni, a więc można wykonywać 2-krotnie więcej zadań w tym samym czasie, niż pozwalałaby na to liczba rdzeni.

W procesorach Intel Core i5 oraz Intel Core i7 zaimplementowano także instrukcje AES, do których dodano kilka nowych rozkazów, a które znacząco podnoszą wydajność w operacjach związanych np. z kryptografią, czyli takich jak szyfrowanie danych za pomocą popularnych programów (True Crypt, BitLocker etc.).

Nowy GPU może naprawdę sporo

Ponieważ użytkownicy zmierzają w kierunku multimediów, Intel starał się dopasować do bieżących trendów rynkowych. W związku z tym przyspieszono operacje na multimediach i znacznie usprawniono układ graficzny, który teraz wspomaga CPU w obliczeniach równoległych (GPGPU).

Porównanie zintegrowanych GPU Intela (fot. Intel)

Do procesorów Intel Core drugiej generacji trafiły dwie wersje chipu graficznego – Intel HD Graphics 3000 (12 jednostek wykonawczych) i Intel HD Graphics 2000 (6 jednostek wykonawczych). Nowe GPU obsługują DirectX 10.1 i OpenGL 3.0. Dlaczego nie najnowsze wersje popularnych API?

Ponieważ to nie są dedykowane karty gamingowe, których TDP i pobór energii potrafią zawstydzić 6-rdzeniowe CPU, choć od teraz grać się na nich da – wydajność chipu GMA HD 3000 jest na poziomie GeForce’ów GT 320 i Radeonów HD 5470. Szału nie ma, ale przyspieszenie względem GMA HD jest ogromne.

Jest za to dużo nowych, użytecznych na co dzień funkcji. Najważniejsze z nich to: sprzętowa akceleracja odtwarzania multimediów w formatach H.264 i MPEG-2, tonalna kontrola kolorów i rozpoznawanie odcieni skóry oraz automatyczne dobieranie kontrastu.

Intel HD Graphics 3000/2000 vs Intel GMA HD (fot. Intel)

Ponadto nowe chipy obsługują HDMI w wersji 1.4 z 3D i są w stanie dekodować dwa strumienie Full HD jednocześnie. Nie zabrakło również sprzętowego przyspieszenia transkodowania multimediów (Intel Quick Sync). Jak wykazują pierwsze testy, wykorzystując odpowiednie oprogramowanie, można przekonwertować film kilkukrotnie szybciej. Pod tym względem Intel nie ma sobie równych – Intel HD Graphics 3000 w wielu testach dosłownie miażdży w kodowaniu wideo GeForce’a GTX 460 z CUDA – jest nawet blisko 4-krotnie szybszy (wg testów Notebookcheck.pl). To robi wrażenie.

Mobilne układy HD Graphics 3000/2000 obsługują również WiDi 2.0, które w końcu obsługuje strumieniowanie wideo w 1080p.

Intel Core drugiej generacji w testach

Nowe procesory Intela w testach wypadają tak, jak tego wszyscy oczekiwali, czyli bardzo dobrze, co potwierdza dobry kierunek rozwoju nowej mikroarchitektury. Intel Core i5-2500K, a więc średnia półka wydajnościowa Intela, bez trudu przebija w większości testów Intela Core i7 950, zostawiając daleko w tyle również 6-rdzeniowego AMD Phenoma II X6 1090T.

Przewaga nowych CPU jest widoczna praktycznie w każdym zastosowaniu – grach, montażu wideo, tworzeniu i obróbce grafiki, szyfrowaniu danych, tworzeniu archiwów skompresowanych. Potwierdzają to testy wielu redakcji – Anandtecha, Notebookchecka, PCLaba czy FrazPC. Niebawem i my przeprowadzimy stosowne testy, które wykażą wymierne korzyści płynące z nowych CPU.

Ceny nowych procesorów – będzie dobrze

Nowe CPU Intela – oprócz doskonałej wydajności – będą miały naprawdę przystępne ceny. Potwierdza to cennik ze strony ark.intel.com, według którego nowe CPU są niejednokrotnie tańsze od starszych, znacznie mniej wydajnych jednostek.

Przykładowo, za Intel Core i7 2600 trzeba zapłacić 294 dolary (za 1000 sztuk). Tymczasem wolniejszy Intel Core i7-880 kosztuje 583 dolary (również za 1000 sztuk). Intel Core i7 950 i Intel Core i7 870 mają taką samą cenę jak Core i7-2600. Jak ceny hurtowe przekładają się na ceny dla przeciętnego użytkownika?

Cena ta sama, wydajność dużo lepsza

Otóż na Allegro model Core i7 2600 kosztuje około 1100 zł. Mniej więcej tyle samo trzeba wydać na Core i7 870 i Core i7 950. Można więc wnioskować, że podobne ceny hurtowe nowych i starych modeli zaowocują zbliżonymi cenami detalicznymi. Wtedy nowa generacja procesorów szybko wyprze starsze modele, oferując znacznie lepszy współczynnik jakości i wydajności do ceny.

Rewolucja na imię ma Sandy Bridge

Jak widać, w nowych procesorach pojawiło się naprawdę sporo zmian. Druga generacja procesorów Intel Core jest zauważalnie szybsza od poprzedników w codziennych zastosowaniach i przewaga ta będzie rosła wraz z upowszechnianiem się programów wykorzystujących instrukcje AVX. Na dodatek spadł pobór energii – to niezwykle ważne zwłaszcza dla procesorów mobilnych.

Pozytywnie zaskakują też zintegrowane układy graficzne – można na nich grać nawet w nowe gry, świetnie radzą sobie z multimediami w wysokiej rozdzielczości i 3D, wspierają procesor w obliczeniach GPGPU, dając niezłego wydajnościowego kopa. Bez wątpienia są to obecnie najszybsze integry na rynku.

Można więc śmiało powiedzieć, że inżynierzy Intela wykonali kawał dobrej roboty, zostawiając w tyle konkurencję i udowadniając, dlaczego właśnie Intel jest liderem rynku procesorów. Na dodatek nowe CPU mają bardzo dobre ceny, a to przecież dla wielu najbardziej istotny czynnik oprócz wydajności i jakości.