Залежність продуктивності процесора від розміру кеша l2

Хоча завжди можна знайти вимірювані відмінності між двома процесорами з різними розмірами кешу, для економії коштів цілком можна було купувати процесори з меншим кешем. Але жоден процесор до появи Core 2 Duo не був доступний з трьома різними варіантами кеша.

Pentium 4 в своєму першому поколінні (Willamette, 180 нм) оснащувався 256 кбайт кеша, а в більш успішному другому поколінні (Northwood, 130 нм) - вже 512 кбайт кеша. У той час дешеві процесори Celeron з меншим кешем проводилися на тих же обчислювальних ядрах. Celeron відносяться до першого покоління продуктів з однієї технологічної базою для high-end і дешевих моделей, що розрізняються тільки доступним розміром кеша і частотами FSB / ядра. Пізніше була додана і різниця у функціях, щоб помітніше розділити сегменти ринку.

З випуском 90-нм ядра Prescott обсяг кеша L2 виріс до 1 Мбайт, і цей процесор став основою лінійки настільних процесорів Intel до появи 2-Мбайт 65-нм Cedar Mill. Intel навіть використовувала два таких ядра для створення процесорів Pentium D 900 другого покоління. Втім, більш швидкі тактові частоти і більший обсяг кешу навіть тоді не значили дуже багато. Сьогодні ситуація змінилася: найкраща продуктивність Core 2 Duo (Conroe, 65 нм) і менше енергоспоживання чимало зобов'язані розміром кеша.

AMD вельми стримано ставилася до збільшення обсягу кешу. Швидше за все, це пов'язано з площею кристала (бюджетом транзисторів), оскільки кількість 65-нм процесорів не може задовольнити попит на ринку, а у менш вигідних 90-нм моделей це питання стоїть ще гостріше. У Intel, з іншого боку, є перевага у вигляді виробництва всіх масових процесорів по 65-нм техпроцесу, та й місткість кешу L2 буде ще рости. Наприклад, наступне покоління Core 2 на 45-нм ядрі Penryn оснащуватиметься до 6 Мбайт кешу L2. Чи можна розглядати це як маркетинговий крок, або збільшення ємності L2 дійсно дасть приріст продуктивності? Давайте подивимося.

Великий кеш L2: маркетинг або зростання продуктивності?

Кеші процесора грають цілком певну роль: вони зменшують кількість звернень до пам'яті, буферізуя часто використовувані дані. Сьогодні ємність ОЗУ становить від 512 Мбайт до 4 Гбайт, а обсяг кеша - від 256 кбайт до 8 Мбайт, в залежності від моделі. Втім, навіть невеликого обсягу кешу в 256 або 512 кбайт досить, щоб забезпечити високу продуктивність, яку сьогодні сприймають само собою зрозумілою.

Кеш L1 завжди був в складі процесора, але спочатку кеш L2 встановлювався на материнські плати, як було у випадку багатьох комп'ютерів 486DX і Pentium. Для кеш-пам'яті першого рівня використовувалися прості чіпи статичної пам'яті (SRAM, Static RAM). Вони незабаром були замінені конвеєрним пакетним кешем (pipelined burst cache) у процесорів Pentium, поки не з'явилася можливість встановлювати кеш на кристал. Pentium Pro на 150 - 200 МГц став першим процесором, що містить 256 кбайт кеш-пам'яті L2 на кристалі, побивши рекорд за розміром керамічної упаковки для настільних ПК і робочих станцій. Pentium III для Socket 370, що працює на частотах від 500 МГц до 1,13 ГГц, став першим процесором з 256 кбайт кеш-пам'яті на кристалі L2, що давало перевагу по зниженню затримок, оскільки кеш працює на частоті CPU.

Вбудований кеш L2 дав істотний приріст продуктивності практично в будь-яких додатках. Збільшення продуктивності виявилося настільки істотним, що поява інтегрованого кешу L2 можна назвати найважливішим фактором продуктивності у процесорів x86. Відключення кешу L2 знизить продуктивність сильніше, ніж відключення другого ядра у двоядерного процесора.

Однак кеш-пам'ять впливає не тільки на продуктивність. Вона стала потужним інструментом, що дозволяє створювати різні моделі процесорів для low-end, масового і high-end сегментів, оскільки виробник може гнучко відбирати процесори по відбракування і тактовим частотам. Якщо на кристалі немає дефектів, то можна включити весь кеш L2, та й частоти виходять високі. Якщо ж бажаних тактових частот досягти не вдасться, то кристал може стати моделлю початкового рівня в high-end лінійці, наприклад, Core 2 Duo 6000 з 4 Мбайт кеша і низькими частотами. Якщо дефекти присутні в кеші L2, то виробник має можливість відключити його частина і створити модель початкового рівня з меншим об'ємом кеша, наприклад, Core 2 Duo E4000 з 2 Мбайт кешу L2 або навіть Pentium Dual Core всього з 1 Мбайт кешу. Все це дійсно так, але питання полягає в наступному: наскільки відмінність в обсязі кешу впливає на продуктивність?

Варіанти Core 2 Duo

Завдяки меншим тактовим частотам процесори Core 2 ефективніші по енергоспоживанню. Якщо топові моделі Pentium D 800 "з'їдають" до 130 Вт, то лише Core 2 Extreme з чотирма ядрами долає поріг 100 Вт. Всі двоядерні процесори споживають не більш 65 Вт. Крім того, енергоспоживання в режимі бездіяльності процесорів Core 2 Duo ще нижче, оскільки робоча частота в режимі бездіяльності менше (максимум 1,2 ГГц для Core 2 Duo / Quad проти 2,8 ГГц для Pentium D / 4). На зниження енергоспоживання вплинув покращений дизайн транзисторів зі зменшеними струмами витоку.

Сьогодні доступні моделі E і X. Моделі E призначені для масового ринку, а X відносяться до класу Extreme Edition. Q позначає чотири ядра, які Intel створює, розміщуючи два двоядерних кристала в одному фізичному упаковці. Процесори E6000 оснащені 4 Мбайт кешу L2, якщо їх модельний номер вище E6400 або закінчується на 20 (наприклад, E6320). Моделі, що закінчуються на 00 (наприклад, E6600) працюють з FSB 266 МГц (FSB1066), а моделі, що закінчуються на 50 (E6750), працюють з FSB 333 МГц (FSB1333). Остання вимагає чіпсета P35 або X38 і дає трохи вищу продуктивність. E4000 працює з FSB 200 МГц (FSB800) і має всього 2 Мбайт кешу L2. Версії з 1 Мбайт кешу продаються як Pentium Dual Core E2140, E2160 і E2180 з частотами від 1,6 до 2,0 ГГц. Крім назви та деяких функцій, які Intel відключає у дешевих процесорів, згадані моделі Pentium Dual Cores ідентичні Core 2 Duo.

Характеристики процессоровCore 2 Duo

Номер 65-нм процесора