Edulliset kaksiytimelliset prosessorit

AMD ja Intel ovat saaneet toimitettua markkinoille kaksiytimellisiä prosessoreita niin malliston kärkipäähän, kuin kuluttajan kukkarolle paremmin sopivaan keskiluokkaankin. Aivan edullisimpien perusprosessoreiden tasolle eivät kummankaan prosessorijätin tarjokkaat yllä, sillä Intelin edullisin Pentium D 820 on hinnoiteltu Suomessa noin 250 euron arvoiseksi ja AMD:n Athlon 64 X2 3800+ puolestaan keventää kukkaroa 350 eurolla. Tässä artikkelissa tutustutaan molempiin edellä mainittuihin prosessoreihin, punnitaan alustojen välisiä eroja, ajetaan joukko suorituskykytestejä ja viimeiseksi ylikellotetaan molemmat testiprosessorit tappiin saakka vesijäähdytyksellä.

AMD:n ensimmäisen sukupolven kaksiytimellisiin työpöytäprosessoreihin tutustuttiin Muropaketissa jo aiemmin AMD & Intel: Kaksi ydintä -artikkelissa toukokuun lopussa. Pieni kertaus prosessorin ominaisuuksiin lienee kuitenkin paikallaan.

Athlon 64 X2 3800+ -prosessorin vakiokellotaajuus on tasan kaksi gigahertsiä ja L2-välimuistia prosessorista löytyy kaksi kertaa 512 kilotavua. Molemmat prosessoriytimet sisältävät siis erilliset L1- ja L2-välimuistit, vaikka ovatkin fyysisesti samalla piisirulla. Sen sijaan muistiohjain on molemmille prosessoreille yhteinen ja hoitaa myös prosessorien välisen liikenteen kuormittamatta prosessorista piirisarjalle lähtevää HTT-väylää. Kaksiytimellinen Athlon 64 X2 3800+ -prosessori sopii samaan Socket 939 -prosessorikantaan, kuin markkinoilla olevat yhden ytimen Athlon 64 -prosessorit. Emolevyn osalta merkittävää on vain BIOS-tuki.

Manchester-ytimeen perustuva Athlon 64 X2 3800+ sisältää 154 miljoonaa transistoria ja on kooltaan vain 147 neliömillimetriä. AMD valmistaa tällä hetkellä myös Toledo-ytimeen perustuvia Athlon 64 X2 -prosessoreita, jotka sisältävät kaksi kertaa enemmän L2-välimuistia, kuin Manchester-ytimeen perustuvat mallit. Toledo-ytimen suurempi L2-välimuisti lisää transistorien lukumäärän peräti 230 miljoonaan ja nostaa ytimen fyysisen koon 199 neliömillimetriin. Ei liene siis yllätys, että Manchester-ydin on viileämpi, pienempi ja halvempi valmistaa kuin Toledo. Athlon 64 X2 3800+:n suunniteltu tehonkulutus on vain 89 wattia, kun se esimerkiksi 4800+ X2 -huippumallilla on 110 wattia.

Athlon 64 X2 3800+ -prosessorin ominaisuudet ovat yhtä kattavat, kuin malliston kärkipään prosessoreissakin. Myöskään vertailu testin Intel Pentium D 820 -prosessoriin ei tuota suurempia eroavaisuuksia, sillä molemmat vertailuprosessorit ovat ominaisuuksiltaan tasavertaiset ja mukana ovat sekä X86-64-laajennus että SSE3-tuki.

Intel Pentium D 820

Pentium D 820 -prosessoriin tutustuttiin Muropaketissa Pentium D & MSI 945P Neo Platinum -artikkelissa heinäkuussa. Testissä oleva prosessori on sama, kuin aiemmassa artikkelissa, joten eroavaisuuksia ei luonnollisesti ole.

Yksi merkittävimmistä yksityiskohdista Pentium D 820 -prosessoria ostettaessa on varmasti alustan tuki. AMD:stä poiketen Intelin kaksiytimelliset työpöytäprosessorit toimivat vain Intelin 955X-, 945P-, 945G- ja NVIDIAn nForce4-piirisarjoilla varustetuilla emolevyillä. Vanhemmilla piirisarjoilla varustetut emolevyt eivät kaksiytimellisiä Intelin prosessoreita tue. Athlon 64 X2 3800+:n tapaan myös Pentium D 820 on valmistettu 90 nanometrin prosessilla, mutta sisältää kilpailijaansa enemmän L2-välimuistia. Molemmille ytimille erilliset yhden megatavun L2-välimuistit nostavat ytimen transistorien lukumäärän 230 miljoonaan ja ytimen pinta-alan 206 neliömillimetriin. Athlon 64 X2 -prosessoreista poiketen ytimet eivät kykene keskustelemaan toistensa kanssa sisäisesti, vaan joutuvat käyttämään prosessorin ja muistiohjaimen välistä FSB-väylää. 2,8 gigahertsin kellotaajuudella toimiva 820 häviää teknisten tietojen valossa kilpailijalleen myös TDP-arvollaan (Thermal Design Point), joka on Intelin ilmoituksen mukaan 95 wattia.

Ylikellotus sekä lämpötila- ja tehomittaukset

Sekä AMD että Intel ovat onnistuneet kuromaan toistensa etumatkoja kiinni emolevypuolella ja tilanne on tasoittunut aivan viime aikoina. NVIDIA on tuonut SLI:tä tukevan nForce4-piirisarjan Intelin prosessoreille ja myös Intelin odotetaan tukevan SLI:tä seuraavassa piirisarjajulkaisussaan. AMD-osasto on puolestaan hävinnyt aiemmin integroiduissa ominaisuuksissa erityisesti HD Audio -ääniratkaisun osalta, mutta mm. ATIn uusi Xpress 200 CrossFire Edition -piirisarja tuo mukanaan HD Audio -äänituen myös AMD:lle.

AMD- ja Intel-osaston erottaa tällä hetkellä eniten muistikysymys. AMD:llä on mahdollista hyödyntää vanhoja DDR-muisteja, mutta Intelillä DDR2-muistien hankinta on pakollista. Uutta konetta kasatessa muistivalinta ei ole enää rahakysymys, sillä gigatavun muistimoduuleiden hinta on suurin piirtein sama molemmissa muistitekniikoissa. Tulevaisuutta ajatellen DDR2 on varmempi valinta, sillä myös AMD on siirtymässä DDR2-muistitekniikkaan ensi vuoden puolella esitellessä samalla uuden prosessorikannan. AMD:n etuna on myös rajoitetusti mahdollisuus käyttää vielä vanhoja AGP-väylään liitettäviä näytönohjaimia.

Ylikellotus

Ylikellotuskäyttöä ajatellen kumpikaan testiprosessori ei ole ominaisuuksiltaan yrityksien huippumallien tasoa. AMD Athlon 64 X2 3800+ on muiden AMD:n perusprosessoreiden tapaan kerroinlukittu ylöspäin, joten käytössä on vain oletuskerroin 10x ja sitä pienemmät kertoimet. Intel Pentium D 820 puolestaan on kiinni tiukasti pienessä 14x-oletuskertoimessaan. Pieni kerroin nousee ongelmaksi erityisesti Intelin osalta, sillä prosessoria tukevat piirisarjat ovat väylänkestoltaan tunnetusti hillittyjä.

Ylikellotustesteissä suurimmat vakaat kellotaajuudet haettiin esille CPUBurn K7 -rasitusohjelmaa ja muun muassa SuperPi-testiä hyväksikäyttäen. Kaksiytimellisien prosessorien vakauden toteaminen osoittautui huomattavasti hankalammaksi tehtäväksi, kuin yksiytimellisten prosessoreiden kohdalla.

Pentium D 820 -kokoonpanon ylikellottaminen on haasteellinen operaatio jo pelkästään pienen oletuskertoimen takia. Monilla emolevyillä prosessorin ylikellottuvuutta tärkeämmäksi yksityiskohdaksi nouseekin emolevyn väylänkestävyys. Ylikellotustesteihin valittiin aluksi Asuksen hyväksi koettu ja paljon suosiota saanut P5WD2 Premium -emolevy Intelin 955X-piirisarjalla. Pentium D 820 -prosessorin kanssa emolevy ei kuitenkaan suostunut käynnistymään yli 265 megahertsin väyläkellotaajuudella, vaikka yksiytimellisellä prosessorilla muuten täsmälleen sama kokoonpano ylsi helposti vakaana lähes 300 megahertsiin.

Ylikellotuksessa päästiin lopulta vauhtiin, kun testikokoonpanoon asennettiin Gigabyten GA-8I955X Royal -emolevy, jolla kokoonpano saatiin toimimaan yksittäisissä testeissä vesijäähdytyksellä yli 3,9 gigahertsin kellotaajuudella. Kokoonpano ei kuitenkaan tuntunut toimivan pidemmän päälle kovinkaan vakaan oloisesti ja saattoikin kaatua yllättäen selvittyään ensin rasitustesteistä ongelmitta. Lopulta kellotaajuutta jouduttiin laskemaan 3,8 gigahertsiin asti ennen kuin testikelpoinen vakaus saatiin aikaiseksi. Käyttöjännitettä prosessorille syötettiin 1,5 volttia 3,8 gigahertsin kellotaajuudella. Kaikesta huolimatta tulos on varsin kunnioitettava ja onkin prosentuaalisesti varsin mahtava ylikellotus 2,8 gigahertsin vakiokellotaajuudella toimivalle prosessorille.

DDR2-muistien kellotaajuus asettui 4:5-kertoimella sopivasti 339 megahertsin pintaan, jolloin testimuistit ylsivät helposti tiukkoihin viiveasetuksiin.

Athlon 64 X2 3800+ -kokoonpano suostui läpäisemään yksittäisiä testejä Pentium D 820 -kokoonpanon tapaan huomattavan korkeilla kellotaajuuksilla. 2,7 gigahertsin SuperPi-vakaudesta jouduttiin testiprosessorin tapauksessa siirtymään aina 2,54 GHz:n kellotaajuuteen ennenkuin hyväksyttävä testivakaus saavutettiin. Optimaaliseksi käyttöjännitteeksi havaittiin lopulta 1,5 volttia.

Ylikellotetun kokoonpanon muistikellotaajuus jouduttiin jättämään 230 megahertsin tietämille.

Testit

Testeissä vertailuemolevyjen BIOS-asetukset on säädetty nopeimpiin mahdollisiin. DDR-muistit AMD-alustalla toimivat 200 megahertsin kellotaajuudella viiveasetuksilla 2-2-2-5 ja Intel puolella DDR2-muistien kellotaajuus on puolestaan 333 megahertsiä viiveasetusten ollessa 3-2-2-8. Testialustana toimii Windows XP SP2.

Testikokoonpanoista yhteenveto alla olevassa listassa

• Prosessorit: Athlon 64 X2 3800+, Pentium D 820 ja Pentium 4 670
• Muisti: Twinmoss Speed Premium 2×512 MB 2-2-2-5 ja Corsair CM2X512A-5400UL
• Emolevyt: Gigabyte GA-8I955X Royal ja Abit Fatal1ty AN8 SLI
• Kiintolevy: Seagate Barracuda V 120 GB
• Näytönohjain: NVIDIA GeForce 7800GTX
• Virtalähde: Tagan 480W

Lämpötilat ja tehonkulutus

Testiprosessorien lämpötilat ja tehonkulutus on mitattu vakiokellotaajuudella ja ylikellotettuna. Prosessorien jäähdytyksenä on käytetty Zalman ZM-WB2 -vesiblokkia ja Black Ice Extreme -jäähdytintä 120 mm:n tuulettimella varustettuna. Lämpötilat on otettu ylös sekä emolevyn lämpötilojen seurannasta että prosessorin heatspreaderin reunaan asennetulla Wavetek Meterman TMD90 -lämpömittarilla. Ympäristön lämpötila kaikissa testeissä oli noin 23 astetta.

Tehonkulutus on puolestaan mitattu Etechin PM300-energiamittarilla, joka kertoo koko kokoonpanon tehonkulutuksen mukaan lukien virtalähteen tehohäviön. Näytön tehonkulutusta mittauksissa ei ole otettu huomioon.Rasitusohjelmana kaikissa testeissä on käytetty CPUBurn K7 -rasitusohjelmaa, jota on ajettu kahdessa säikeessä.

Pentium D 820 -kokoonpanon tehonkulutus on odotetusti testin korkein ja yli 50 prosenttia vakiokellotaajuudella toimivaa Athlon 64 X2 3800+ -kokoonpanoa suurempi. Ylikellotettuna Pentium D 820 repii sähköverkosta tehoa peräti 405 watin edestä. Pentium-alustoilla emolevyn ilmoittamat lämpötilalukemat ovat lähellä heatspreadista mitattuja lukemia, mutta Athlon-puolella emolevyn ilmoittama ytimen lämpötila on reilusti mittauksia suurempi. Tehonkulutus ja lämpötilamittaukset kallistuvat reilusti Athlon-kokoonpanon eduksi.

Windowsin työpöydällä levossa mitatut lämpötilat ja tehonkulutukset osoittavat Pentium D 820:n virransäästöominaisuuksien olevan ajan tasalla. Ylikellotettuna tehonkulutus tippuu lepotilassa liki puoleen rasitustestien maksimikulutuksesta. Kaikesta huolimatta AMD:n etumatka tällä osastolla on häikäisevä.

Testitulokset ja loppusanat

Piin desimaalin likiarvon kahdeksan miljoonan desimaalin tarkkuudella laskeva SuperPi 8M -testi sujuu kohtalaisen tasaiseen tahtiin. Vakiokellotaajuuksilla Athlon 64 X2 3800+ selvittää koitoksen 17 sekuntia Pentium D 820 -kokoonpanoa nopeammin, mutta Pentium D 820 onnistuu ylikellotettuna päihittämään kaksiytimellisen Athlonin. SuperPi-ohjelma ei hyödy kaksiytimellisyydestä, joten yksiytimellinen Pentium 4 670 on vakiokellotaajuudellaan selvästi kaksiytimellisiä prosessoreita nopeampi.

Miljoonan desimaalin tarkkuudella suoritetussa toisessa SuperPi-testissä kokoonpanojen suorituskykyjen suhde säilyy likimain muuttumattomana pidempään testiin verrattuna.

SiSoft Sandran optimoimattomassa ja bufferoimattomassa muistitestissä Pentium-kokoonpanot ovat Athlon-kokoonpanoja nopeampia korkealla kellotaajuudella toimivien DDR2-muistien ansiosta. Ylikellotettu Pentium D 820 -kokoonpano hyötyy selvästi prosessorin ja piirisarjan väylänopeuden kasvattamisesta, vaikka muistien nopeus säilyykin liki muuttumattomana vakiokokoonpanoon verrattuna. Suurempi tulos on parempi.

Doom 3 -pelissä timedemo demo1 640×480-resoluutiolla pyörähtää nopeimmin Athlon 64 X2 3800+ -kokoonpanolla ja tilanne säilyy samana myös ylikellotettuna. Doom 3 -pelissä samoilla kellotaajuuksilla toimivat ylikellotettu Pentium D 820 -kokoonpano ja Pentium 4 670 -kokoonpano yltävät odotetusti likimain samaan tulokseen. NVIDIA on kuitenkin juuri julkaissut uuden ajuripaketin, joka osaa hyödyntää peleissä kaksiytimellisten prosessoreiden toista ydintä ja nostaa suorituskykyä. NVIDIAn näytönohjaimen omistajat voivat siis odottaa kaksiytimellisten prosessorien tuovan pienen nopeusedun myös peleissä uusia ajureita käytettäessä.

WinRAR 3.42 -testi on suoritettu moniajotestinä pyörittäen testin aikana taustalla suuren WAV-tiedoston pakkausta OGG-muotoon. Testissä on pyritty simuloimaan vaativaa työpöytäkäyttöä ja kaksiytimelliset prosessorit pärjäävätkin testissä mainiosti. Athlon 64 X2 3800+:n ja Pentium D 820:n ero vakiokellotaajuudella on kallellaan AMD:n puolelle, mutta ylikellotettuna Pentium D onnistuu saalistamaan AMD:n päänahan. Pentium 4 670:n suorituskyky ei yllä moniajotestissä aiempien suoritusten tasolle.

WAV-tiedoston pakkaaminen OGG-muotoon on myös suoritettu samaan tapaan moniajotestinä kuin WinRAR 3.42 -testi. Taustalla pyörivä pakkausoperaatio ei moniydinprosessoreita juurikaan hidasta ja AMD-kokoonpano osoittautuu Intel-kokoonpanoja selvästi nopeammaksi niin vakiokellotaajuudella kuin ylikellotettuna.

Driverheavenin PhotoShop Bench V2 -testillä suoritettu Photoshop CS2 -testi osaa käyttää hyväkseen kaksiytimellisten prosessorien ominaisuuksia. Pentium D 820 -kokoonpano selviytyykin testistä Athlon 64 X2 3800+ -kokoonpanoa nopeammin vakiona ja ylikellotettuna. Testitulosten tarkempi erittely paljastaa testit, joissa kaksiytimellisyydestä on erityistä hyötyä ja testit, joissa AMD on selvästi Inteliä nopeampi.

Auto Gordian Knot -testissä 40 minuuttia kestävä gigatavun suuruinen VOB-muotoinen video pakataan 200 megatavun Xvid-tiedostoksi (60100 freimiä). Tulokset on ilmoitettu fps-muodossa (frames per second), eli suurempi tulos on parempi. Videotiedoston pakkaaminen on ollut Pentium 4 -arkkitehtuuriin perustuvien prosessorien vahva puoli jo aiemmin ja vahvuus vain korostuu kaksiytimellistä Pentium D -prosessoria käytettäessä. Etumatka videon pakkauksessa Athlon-kokoonpanoon on lähes tyrmäävä.

Update: Kaksiytimellisen Pentium D 820:n tyrmäävyys testissä perustuu siihen, että syystä tai toisesta videonpakkauksesta vastaava koodekki ei osaa käyttää Athlon 64 X2 3800+ -prosessorin kahta ydintä hyväkseen. Asiaa tutkitaan ja testiohjelmistoa päivitetään näiltä osin.

Renderöintinopeutta mittaavassa Cinebench 2003 -testissä kaksiytimelliset prosessorit ovat kuin kotonaan. Renderöinti onkin perinteisesti yksi kaksiytimellisten prosessorien bravuureista ja Athlonin K8-arkkitehtuuri on omiaan liukulukujen nopeaan laskeskeluun.

Suorituskykytestit nostavat AMD:n Athlon 64 X2 3800+ -prosessorin useimmissa tapauksissa Intelin Pentium D 820 -prosessoria nopeammaksi. Pentium D 820:n suorituskyky on erityisen hyvä kuvan ja videon käsittelyssä, Athlon 64 3800+ X2 -kokoonpanon puolestaan pärjätessä erinomaisesti peleissä, renderöinnissä ja äänen pakkauksessa.

Loppusanat

Intelin ja AMD:n välinen taistelu edullisimpien kaksiytimellisten prosessorien herruudesta ei ole helppo kysymys. Intel Pentium D 820 on selvästi markkinoiden halvin kaksiytimellinen prosessori 250 euron hinnallaan, AMD:n halvimman vaihtoehdon maksaessa yli 350 euroa. Suorituskykytestien puolella Intel pärjää varsin kunnioitettavasti omilla vahvoilla alueillaan AMD:n ollessa kuitenkin kokonaisuutena jonkin verran nopeampi.

Pentium D 820 -prosessorin tehonkulutus on reilusti Athlon 64 X2 3800+ -mallia suurempi ja prosessorin halvempi hinta kompensoituu osittain sähkölaskun tipahtaessa postiluukusta. Suuri tehonkulutus tarkoittaa myös suurta lämmöntuottoa ja hiljaisen kokoonpanon kasaaminen vaatiikin Intelin osalta AMD:tä kovempaa panostusta jäähdytysjärjestelmään. Käytännössä Pentium D 820 -prosessorin lämmöntuotto on kuitenkin vielä hallittavissa määrissä, toisinkuin malliston kärkipään prosessoreissa.

Ylikellotuksen osalta molemmat testiprosessorit kykenivat varsin hyviin suorituksiin. Pentium D 820 ylikellottui prosentuaalisesti AMD:tä enemmän ja onnistui nappaamaan testeissä ylikellotettujen prosessorien nopeusherruuden. Yhteenveto hyvistä ja huonoista puolista kaataa taistelun voiton väistämättä AMD Athlon 64 X2 3800+ -prosessorin eduksi, mutta myös Pentium D 820 puoltaa hyvin paikkaansa hinnaltaan edullisessa kaksiytimellisessä kokoonpanossa.

Antti Valkeinen 26. Syyskuuta 2005 (antti.valkeinen@https://muropaketti.com)