Журнал «Компьютерра» № 11 от 21 марта 2006 года

ТЕХНОЛОГИИ: Core Duo и все-все-все

Автор: Сергей Озеров

Если верить статистике, которая, как утверждали Ильф и Петров, знает все, то в развитых странах ноутбуков уже давно продается значительно больше, чем настольных компьютеров. Если не в количественном, то по крайней мере в денежном выражении.

Однако массогабаритные требования, обычно предъявляемые к ноутбукам, столь жестки, что о сопоставимом с «настольными» компьютерами прогрессе разработчикам пока приходится только мечтать. Это архитектор какого-нибудь Pentium 4 или Athlon 64 может позволить себе вначале спроектировать чип, исходя из красоты решения, функциональности и производительности, а уж потом перейти к решению обеспечения потребной этому чипу системы питания и охлаждения; с ноутбуком такой фокус, увы, не проходит. Потребитель нынче так быстро привыкает к хорошему, что попытка продавать ему ноутбук, работающий десять часов от батареи, но медленно и вдумчиво открывающий офисные документы, как показал печальный опыт компании Transmeta, заканчивается финансовой отчетностью, напоминающей затяжной прыжок без парашюта. Так что единственный более или менее успешный способ выживания на этом рынке заключается в том, что компания-разработчик процессоров берет за основу какую-нибудь старую, но достаточно интересную и быструю архитектуру и начинает ее улучшать, уменьшая энергопотребление и (опционально) понемножку поднимая производительность. И, что самое удивительное, зачастую добивается на этом неспешном пути поразительных высот.

Возможно, все дело в том, что идущий впереди просто не может не ошибаться, — и предъявляемая сегодня в качестве всеобщей панацеи после некоторых неудач, связанных с «флагманскими» архитектурами NetBurst и IA-64 Itanium, архитектура Intel Next-Gen «Conroe» продемонстрирует всем не только заявленную «кузькину мать» по производительности, но и некоторое количество собственных проблем, которые могут поставить крест и на ней самой[Есть мнение (и не только мое), что Conroe израильской разработки — лишь промежуточный этап, нужный Intel для того, чтобы, после отмены NetBurst/Tejas, дать время основной команде инженеров на разработку настоящего преемника процессоров этой корпорации. На подобное дело требуется от трех до пяти лет, и пока из этого срока прошло всего лишь два года]. А возможно, что движение небольшими шажками вперед действительно более оправданно, чем попытки разработать что-то фантастически прогрессивное, но требующее жертв и многих лет доводки: AMD вот уже годиков шесть, наверное, совершенствует свой сверхудачный K7, — и очевидно, на текущий момент соревнование с куда более мощным конкурентом успешно выигрывает. Но об этом мы еще поговорим примерно через год, когда станет ясно, во что вылился проект «Conroe» и что AMD смогла ему противопоставить. А сегодня мы рассмотрим нашу «улитку» от Intel. И заодно попытаемся оглядеть с огромных высот, на которые она взобралась, бескрайние просторы нынешнего мобильного рынка.

Вообще, я хотел озаглавить этот раздел «Первый мобильный двухъядерник», однако название получилось длинным и корявым, а сократить его хотя бы на одно слово, как ни крути, не получалось. Тем не менее то, что представила в первых числах января корпорация Intel — это действительно Первый Мобильный Двухъядерный Процессор, без всяких скидок и оговорок. Собственно, ожидать чего-либо другого в свете повальной тенденции к многоядерности, озвученной еще год назад и выражающейся, дай бог памяти, в претензиях на 80-процентную долю двухъядерных решений в общем объеме выпускаемой Intel продукции, не приходилось, однако реализация этой технологии в данном случае заслуживает только похвал.

За основу нового кристалла, получившего в ходе разработки жутковатое кодовое название Yonah, выбрали, как обычно, предыдущую модель «ноутбучного» семейства (ну кто бы сомневался?) — процессор Pentium M «Dothan». Собственно, если копнуть немножко поглубже, то своими корнями эта архитектура (P6), цепляясь за процессоры Pentium M «Banias», Pentium III и II, уходит к древнему-древнему «x86-му процессору шестого поколения» — Pentium Pro. С тех пор, конечно, утекло немало воды, и очень многие «внешние» по отношению к ядру вещи, такие как процессорная шина, поддерживаемый набор инструкций, система управления энергопитанием и иже с ними, в процессорах переменились полностью (да и само ядро претерпело существенные улучшения). Однако ключевые идеи и технологии, заложенные в P6, не умерли, а в почти неизменном виде сохранились и перешли в следующий век. Yonah, по всей видимости, станет окончательной «лебединой песней» этой архитектуры, но… пока официальный преемник этих процессоров накачивает мускулы и набирает в лабораториях силы, «улитка» P6 использует последние месяцы для того, чтобы еще немного продвинуть компьютерную технологию вперед.

Начну с менее заметных и не таких эффектных новшеств нового процессорного ядра. По сравнению с Dothan в Yonah была существенно повышена эффективность работы процессора с инструкциями наборов SSE. Теперь с их декодированием справляются все три декодера нового ядра, для них (хотя бы частично) поддерживается технология «наслоения» микроопераций[Это когда несколько микроопераций запускаются на конвейере в виде одной «связки», проходящей по нему в виде единой конструкции и «разбивающейся» по исполнительным устройствам лишь в самый последний момент. Такой подход экономит ресурсы конвейера, повышает его производительность и бережет электроэнергию; в конкурирующем AMD K7/K8 он является неотъемлемой частью архитектуры] и, наконец, поддерживается SSE3. Заодно Intel внесла какие-то (неразглашаемые) улучшения в обычный блок вычислений с плавающей точкой, являющийся одним из наиболее уязвимых мест ядра Dothan. На очередные 25%, с 533 до 667 МГц, увеличили тактовую частоту системной шины, снабжающей процессор данными из оперативной памяти. Новый технологический процесс 65-нм, о котором я подробно рассказывал в предыдущем номере «Компьютерры», тоже сыграл инженерам на руку, позволив впихнуть в процессор второе ядро без заметного увеличения площади и себестоимости кристалла, а заодно улучшить его частотные показатели и снизить тепловыделение. Как обычно, модернизировали и энергосберегающие технологии. В принципе Yonah был бы уже интересен, даже если б этим дело и ограничилось — однако Intel не стала мелочиться, и «последний» процессор получил качественную и сложную в реализации поддержку двухъядерности.

Как я писал в статьях по «теории двухъядерности», сами по себе двухъядерные процессоры ничего, кроме двух процессорных ядер в одной упаковке, собой не представляют. Интересно то, как эти ядра, оказавшиеся в одной упряжке, взаимодействуют друг с другом и с чипсетом и к каким эффектам это приводит. Ну так вот: два ядра Yonah объединяются «самым прогрессивным» из известных способом — посредством общего L2-кэша.

Что это вообще такое? Все процессоры так называемой гарвардской архитектуры используют в работе каждого ядра два специальных кэша, один из которых содержит выполняющуюся программу (L1 instructions), а второй — необходимые для работы данные (L1 data). Это непосредственное «рабочее место» ядра, и если ему потребуется обработать какие-нибудь данные не из L1-кэша или фрагмент программы, которого в этом кэше нет, то оно вначале скопирует эти данные к себе в кэш и лишь затем сможет с ними что-либо делать. Быстродействие от подобного кэша требуется соответствующее, так что L1-I и L1-D в рамках этой архитектуры для каждого ядра сугубо индивидуальны, без них ничего работать не будет, и очень маловероятно, что это положение изменится впредь. А вот уже следующий уровень взаимодействия процессора с системой — общий кэш второго уровня (L2) — является более чем обычным и никаких специальных функций на себе не несет, работая банальным «ускорителем» доступа процессора в оперативную память. Во всех известных решениях до выхода Yonah, этот кэш в двухъядерных процессорах был, как и L1, индивидуален для каждого ядра; и взаимодействие между двумя ядрами происходило либо на уровне чипсета и оперативной памяти (Intel), либо на уровне специального межъядерного интерфейса, соединяющего кэши L2 напрямую (AMD). Для Yonah же никакого специального «межъядерного» взаимодействия решили не изобретать, сделав кэш второго уровня частью общей подсистемы памяти и подключив оба процессорных ядра к одному и тому же L2.

Что в результате получилось? Первое, чисто рекламное преимущество, — это то, что два процессорных ядра, соединенных так тесно, насколько вообще возможно, получили максимально достижимую скорость «межъядерного» взаимодействия. В реальных задачах, правда, этого самого взаимодействия всячески стараются избежать, так что заметного вклада в производительность оно не вносит. Поэтому на свет выходит другое важное преимущество общего кэша L2: он в равной мере доступен обоим ядрам. А это значит, например, что даже если над задачей трудится только одно процессорное ядро, то оно получит полный объем кэш-памяти процессора, а не его половинку, как в Pentium D и Athlon 64 X2. Это заметно повышает КПД кэша L2, и, возможно, именно по этой причине в Yonah его не стали увеличивать сверх прежних 2 Мбайт. Есть, правда, и альтернативное объяснение: общий L2 заметно сложнее двух раздельных кэшей, занимает больше места и сильнее греется, а тепловыделение Yonah (31 Вт) и без того слегка превзошло тепловыделение топового Pentium M (27 Вт), вот его в мобильном процессоре увеличивать и не стали. Intel не раскрывает нам на сей счет никаких деталей. Однако в любом случае использование общего кэша должно негативно сказываться на его производительности: обслужить сразу два ядра одному кэшу гораздо сложнее, чем двум кэшам обслужить по ядру каждому, да и мешать они друг другу начинают. К счастью, в нормальных условиях обращения к L2 происходят сравнительно редко, так что, видимо, взвесив все за и против, Intel оценила прирост производительности от увеличенного объема кэш-памяти второго уровня выше, чем возникающие при этом потери и сложности. В любом случае нельзя не признать, что реализована задумка просто блестяще: к примеру, латентность доступа в L2 по сравнению с предыдущим поколением ноутбуков (правда, достаточно медленным), вопреки ожиданиям, не увеличилась.

Очень интересной оказалась и задача управления энергопотреблением нового двухъядерного процессора. Дело в том, что питание он получает сразу на оба ядра, и тактовая частота для этих ядер тоже должна быть одинакова (хотя бы в силу того самого общего L2, работающего на тактовой частоте процессора), а вот нагрузка на ядра может быть неодинакова. Как инженеры Intel решали этот вопрос — до конца непонятно, однако известно, что в моменты малой загрузки одно из ядер Yonah может попросту отключаться. Также (очевидно, в свете борьбы за вписывание двухъядерного процессора в TDP 31 Вт) известно, что оба ядра в Yonah снабдили новыми системами термоконтроля, измеряющими температуру всех критических участков кристалла (и, вероятно, способных в случае чего слегка притормозить процессор).

Одноядерные процессоры Yonah (Yonah-1) получили в рамках программы ребрэндинга новое официальное имя Core Solo, двухъядерные (Yonah-2) — Core Duo, а новую «Centrino-платформа» Intel, включающая в себя помимо процессора Core Duo еще и чипсет семейства i945M и беспроводную PCI-Express карту Intel 3945ABG 802.11a/b/g, — назвали Napa.

Как я и обещал в начале статьи, мы не стали ограничиваться лишь теоретическими рассуждениями и взяли на длительный тест ноутбук с этой новой технологией и полную подборку ныне существующих конкурентов: платформу AMD Turion и решения предыдущего поколения — Intel Pentium M «Dothan» и AMD Mobile Sempron. Кроме того, мы решили воспользоваться случаем и заодно представить сравнительно нового игрока на нашем ноутбучном рынке — компанию MSI. В московском представительстве этой славной тайваньской компании нам любезно предоставили для тестов четыре ноутбука — два маленьких и два больших, технически друг от друга почти ничем, за исключением процессорно-чипсетной начинки, не отличающихся. Поскольку сами ноутбуки оказались действительно интересными, то я, пожалуй, не удержусь от того, чтобы для начала их не описать.

Итак, первая парочка — это широкоформатный 12” MegaBook S262 (тот самый Core Duo, ставший виновником сегодняшнего торжества) и MegaBook S270 (Sempron 3000+). За исключением процессора и чипсета — это близнецы-братья, знакомые нашим постоянным читателям еще по прошлой выставке CeBIT. Очень стильная и очень дамская (на мой взгляд) вещица, по линейным размерам не превосходящая листа A4, выпускается в трех цветовых вариантах (белый, серый и черный), относится к классу двухшпиндельных (включает в себя оптический привод), под завязку нафарширована различной периферией и при этом весит заметно меньше двух килограмм. Ноутбук, при своей очень невысокой[Чуть больше тысячи долларов в тестировавшейся конфигурации. Вариант с Turion MT-30, к сожалению, долларов на двести дороже, что переводит ноут в категорию «чуть меньше полутора тысяч»] цене, производит впечатление на редкость прочного — качественный пластик, металлическая рама, мощное крепление дисплея к корпусу, надежная фиксация экрана двумя защелками. Сам экран мне, правда, не слишком понравился — это TN+Film со скромной цветопередачей, скромными углами обзора и очень маленькими размерами. Не спасает даже «стеклянное» покрытие, обычно субъективно улучшающее восприятие монитора: ну вот маленький он и невзрачный — и все тут. Но сильно критиковать за это MSI после L-моделей, о которых речь пойдет ниже, у меня язык не поворачивается: работать с крошкой-монитором неудобно будет в любом случае (хотя бы по той причине, что человеку очень некомфортно смотреть на монитор сверху вниз, а на ноутбуках с диагональю экрана меньше 15” другая ситуация и невозможна), а более качественный экран сегодня найти проблематично, и цены, которые за них просят, явно неадекватны их возможностям.

Клавиатура и тачпад S262/S270 достаточно удобны и серьезных нареканий не вызывают. Раскладка — классическая, без цифрового блока, с клавишами Home/End/PgUp/PgDn, сдвинутыми в крайнюю правую часть клавиатуры, и с размещенным под Enter блоком курсорных клавиш: не десктоп, конечно, но работать можно. К сожалению, с клавиатурой связано второе серьезное замечание: она заметно прогибается при сильном нажатии на клавиши. Ходуном, правда, не ходит, и если специально этот недостаток не искать — в работе он не ощущается, но все-таки от столь качественного в остальных отношениях ноутбука хотелось бы большего. Некоторые опасения вызывает и оригинальная конструкция кнопок тачпада, которые держатся на тоненьких полосках пластика, гнущихся при нажатии. Правда, у нас на тестировании побывал технологический сэмпл (где не было даже русификации клавиш), и представитель MSI клятвенно обещал, что на серийных ноутах будут стоять клавиатуры получше[И в самом деле — на сером ноутбуке белая клавиатура…], так что, думаю, простительно и это. В работе ноутбуки особенно не греются, однако их системы охлаждения достаточно шумные (и это тоже «фамильная черта» всех виденных мною компактных недорогих моделей) — ночью в одном помещении с таким соседом спать не очень комфортно.

Набор периферийных портов — выше всяких похвал. Три USB (два слева, один справа), FireWire, выход на наушники и микрофонный вход на передней панели, кардридер 4-в-1, слот для PCMCIA-карт type II, выход на внешний монитор (D-Sub), сетевой и модемный разъемы (справа). Старых интерфейсов вроде COM, LPT или PS/2 нет. Индикаторы питания, заряда батареи, HDD удобно вынесены к ближнему краю ноутбука и хорошо видны при закрытой крышке. В отличие от многих ноутбуков, руки при работе не закрывают индикаторов. Гамма — не набившая оскомину красно-синяя, а красивая розовая и зеленая, органично вписывающаяся в общий дизайн. Кнопка включения тоже подсвечивается мягким фиолетовым цветом (и вообще сделана свежо и необычно).

Работать с S262/S270 в целом удобно, общее впечатление очень хорошее. Только вот батарей хватает ненадолго — штатная «палочка» обеспечивает ему лишь 1—1,5 часа работы (или 1,5—2 часа, если ничего тяжелого не запускать и яркостью экрана не злоупотреблять). MSI, правда, не выдержала гнева пользователей и уже больше года штатно прикладывает к нашей парочке второй аккумулятор удвоенной емкости (он более громоздкий, но вполне терпим для ноутбука), так что на авиаперелет средней дальности, если повозиться и зарядить обе батареи, их должно хватать. Но в общем и целом, с моей точки зрения, оба ноутбука — это скорее переносные компьютерные микроцентры, на которые удобно скидывать фотографии, отснятое в отпуске видео, показывать с их помощью презентации и т. д.

Вторая пара ноутбуков — полная противоположность компактной S-серии. Здоровенные 17” широкоформатные машины позиционируются как медиа-центры, или, говоря проще, домашние кинотеатры. И я сейчас не удержусь и наговорю этим медиа-центрам L715 и L725 целую кучу комплиментов, каких, пожалуй, до сих пор не раздавал ни одному ноутбуку.

Во-первых, у наших героев стоит фантастическая по качеству изображения матрица. Сама MSI про них ничего, кроме производителя, не сообщает (а то, что большую часть тайваньских мониторов и ноутбуков делают на матрицах AUO, я и без них знаю), однако выведя на экран тестовые градиенты и поразившись точности их передачи, вкупе с отсутствием видимого лага, высоким разрешением[Попробуйте найти 17” TFT-монитор с таким же разрешением. Я, например, искал похожий месяца три (панельки всяких IDE занимают на экране слишком много места), после чего плюнул и стал копить деньги на 20”, — ну не продаются почему-то у нас подобные игрушки] 1680x1050 и отличными углами обзора (да, вот столько счастья — и все в одном мониторе!), я тут же вгляделся в изображение под углом снизу к плоскости экрана… и увидел характерный фиолетовый оттенок. S-IPS! Удел профессиональных мониторов из разряда $600—700 за 17”! После такого сюрприза мое скептическое отношение к MSI, которое не смог поколебать красивый дизайн всех четырех ноутбуков, стало исчезать. «Стеклянное» покрытие экрана, служащее элементом дизайна и повышающее контрастность изображения, сильно бликует, однако если выкрутить яркость посильнее (а ее запаса там хоть отбавляй), на ноутбуке вполне удается поиграть, сидя рядом с окном в солнечный день. Благо интегрированное видео (GeForce Go 6600 или Mobile Radeon X700) вполне «тянет» в родном разрешении матрицы игры типа Half-Life 2.

Во-вторых, качество изготовления ноутбука — великолепное! Все эпитеты, которыми я наградил S262/S270, оставляю и добавляю еще один: клавиатура под руками совершенно не прогибается. Машинка при своих солидных размерах и небольшом (чуть больше 3 кг) весе очень жесткая. Чувствуется внимание к мелочам. Поначалу я опасался, что на черном пластике будут отлично видны отпечатки пальцев, портящие все впечатление, но пластик оказался совершенно немарким: ноутбук, несмотря на активное использование, почему-то не терял своего презентабельного вида.

В-третьих, вдобавок ко всему вышесказанному L715/L725 — очень комфортны в работе. Руки естественно ложатся на корпус, играющий роль подставки для кистей; сдвинутый влево от центра тачпад легко доступен как левой, так и правой руке. Уникальная особенность — только у них я пока видел блок цифровой клавиатуры. Блок курсорных клавиш, правда, сделан как-то слегка… гм, непродуманно — он смещен относительно традиционного ноутбучного расположения влево и за счет этого урезает правый Shift до неприлично маленького размера. Учитывая, что именно его я в основном использую при слепой печати, а отличать кнопки «вверх» и Shift вслепую пока не научился, первые дня полтора я клял гений разработчиков, из-за которых на клавиатуре возникло два прямых слэша. Но потом, как ни странно, привык, и маленький LShift раздражать перестал. Клавиши мягкие, тихие, причем это относится и к клавишам тачпада[Я привык к четко фиксирующим нажатие кнопкам своей Versa S940, когда слышен и ощущается характерный «клик», но к мягким клавишам привыкаешь быстро, а вот родным по ночам громкий клик спать сильно мешает — проверено]. Система охлаждения, кстати, тоже отличается завидным безмолвием, — шума от нее я не смог уловить ни разу. А вот про встроенный оптический привод того же, к сожалению, не скажешь — диски он раскручивает со свистом, так что к нему уместно поставить что-нибудь типа утилитки CD Slow. Вообще, работать с приводом мне показалось не очень удобно — он находится под левой рукой, причем в дальней части ноутбука и с неудобной, глубоко утопленной кнопкой нажатия (это все, кстати, к S262/S270 тоже относится), но это, пожалуй, не столь уж большой минус. Еще из мелких недостатков — сильный нагрев корпуса под запястьем правой руки и сильный же нагрев компактного блока питания.

Набор периферии — тот же, что у S262/S270, включая FireWire, только интегрированная проводная сеть — гигабитная, кардридер поддерживает карты памяти XD, а в добавок к PCMCIA есть слот расширения PCI Express Card. У L725 также есть TV-out (S-Video), а у L715 и того больше — вместо устаревшего D-Sub здесь для подключения внешнего монитора предлагается DVI-I (переходник на D-Sub в комплекте), а вместо выхода S-Video используется компонентный девятиштырьковый mini-DIN-разъем RGB (переходник на S-Video и компонентный сигнал R, G, B тоже в комплекте).

Неплохая вырисовывается картина, не правда ли? А теперь запишем в число плюсов больших ноутбуков MSI вполне приличную встроенную веб-камеру, опциональный Bluetooth, опциональный ТВ-тюнер (DVB-T и/или аналоговый), а также возможности честной трехчасовой автономной работы на штатной батарейке (два часа — в играх, четыре с хвостиком — при спокойной офисной работе)… и получим шикарный домашний ноутбук по цене чуть меньше двух тысяч долларов. Если S262/S270 я могу порекомендовать только сравнительно узкому кругу лиц, то вот насчет L715/L725 рекомендации однозначны: во всех смыслах, за исключением нескромных размеров, эта «игрушка» — практический идеал хорошего ноутбука.

Впрочем, я увлекся описанием ноутбуков и, кажется, уже не успеваю рассказать об их производительности. Точные цифры приведены в таблицах, ну а я по традиции добавлю лишь парочку комментариев.

Во-первых, AMD Turion, который мы тоже гоняем впервые, продемонстрировал в наших тестах… схожую производительность при той же частоте, что и Intel Centrino предыдущего поколения, но, держитесь крепче, при несколько меньшем энергопотреблении (!). Вообще, первые ноутбуки на процессорах Advan-ced Micro Devices особенно низким энергопотреблением не славились, однако переход на 90-нанометровый технологический процесс вкупе с долгожданным выходом чипсетов, наконец-то в полной мере поддерживающих все заложенные в Athlon 64 технологии, похоже, позволил преодолеть какой-то невидимый рубеж, за которым Turion перестал чем-либо уступать «классическому» Centrino.

А вот угнаться за новым Core Duo даже Turion’у не под силу, что уж говорить о Sempron’е. Двухъядерность, пусть и в мобильном варианте, очень сильно повысила его производительность по сравнению со старым Dothan, причем, как ни удивительно, его энергопотребление, невзирая на наличие двух ядер, не только не выросло, но даже уменьшилось. За исключением довольно высокой цены Core Duo выглядит этой весной, в отсутствие конкурента от AMD, явным «царем горы».