Обзор процессоров Intel Pentium III 600E и 600EB c ядром Coppermine

Все мы помним, что не так давно Intel утратил лавры производителя самых быстрых x86 процессоров. Это место, испокон веков ему принадлежащее, неожиданно для всех заняла AMD, выпустив свой замечательный продукт, процессор седьмого поколения AMD Athlon. Шок от этого уже прошел, Athlon потихоньку начинает появляться в магазинах, а Intel почему-то стыдливо помалкивает. Уж не затишье ли это перед бурей?

Тем более, чего ждать, определенно есть. Во-первых, это запланированный на 25 октября запуск процессоров с новым ядром Coppermine. А во-вторых, появление чипсета, изначально предназначенного для этого процессора, i820 или Camino. И если судьба последнего не определена до сих пор - по предварительным данным выпуск i820 отложен ближе к концу года, то объявление Coppermine 25 октября, кажется, ничто отменить уже не сможет.

Итак, 25 октября 1999 года империя в лице Intel нанесет ответный удар. И хотя появившийся в этот день CPU и будет носить имя Intel Pentium III, за старым именем будет скрываться совсем новый продукт. Посмотрите сами на его характеристики:

• чип, произведенный по технологии 0.18 мкм;
• ядро Coppermine (CuMine), имеющее 28 млн. транзисторов и площадь 106 кв.мм;
• выпускается в Slot-1 и Socket 370 вариантах;
• L1-кеш - 32 Кбайта (16 - на данные, 16 - на инструкции);
• L2-кеш - 256 Кбайт. Расположен внутри процессорного ядра и работает на частоте процессора;
• В Slot-1 варианте имеет процессорный картридж SECC2, в Socket 370 - FC-PGA (Flip-Chip PGA) форм-фактор;
• имеет набор SIMD-инструкций SSE;
• напряжение питания 1.6В;
• частоты: для Slot 1 версии - 533 (системная шина - 133 МГц), 600 (системная шина - 100 и 133 МГц), 650 (системная шина - 100 МГц), 667 (системная шина - 133 МГц), 700 (системная шина - 100 МГц), 733 МГц (системная шина - 133 МГц), для Socket 370-варианта - 500 и 550 МГц (системная шина - 100 МГц);

Итак, мы видим, что Slot 1 процессоры, начиная с частоты 533 МГц, а Socket 370 - c 500 МГц приобретают совсем новые черты. И все это, в основном, из-за того, что Intel первым переходит на технологию 0.18 мкм для выпуска процессоров нацеленных на массовый рынок. При этом, хотя новое ядро и называется Coppermine, к медному технологическому процессу, который, в частности, осваивает и собирается запустить на поток в 2000 году AMD, это не имеет никакого отношения. Intel будет продолжать производить свои процессоры с алюминиевым напылением, так как считает, что до перехода на технологию 0.13 мкм медь использовать невыгодно.

Утоньшение технологии с 0.25 до 0.18 мкм позволило разместить на ядре большее число транзисторов и теперь их стало 28 млн., против 9.5 млн. в старом Katmai. Правда, основная масса нововведенных транзисторов относится к интегрированному L2-кешу. Да, наконец-то и Intel Pentium III стал счастливым обладателем встроенного в ядро L2-кеша, подобного тому, что уже давно есть в процессорах класса Intel Celeron.

Однако, размер L2-кеша у Coppermine составляет 256 Кбайт, а не 128 Кбайт, как у Celeron. И хотя, если сравнить со старым Pentium III, кеш и уменьшился в объеме в два раза, также вдвое возросла частота его работы. Ранее использовавшиеся Intel в процессорах Pentium II и Pentium III микросхемы BSRAM не могли функционировать со скоростью ядра, и потому их частота была вдвое ниже частоты процессора. Теперь, поскольку кеш второго уровня находится в самом ядре, скорость его работы доведена до полной частоты CPU. Продолжая аналогии между кешами Celeron и Coppermine, должен отметить, что отождествлять их все же нельзя - латентность кеша последнего ниже, а потому новые Intel Pentium III имеют даже большую пропускную способность L2-кеша, чем Intel Celeron.

Кроме того, в новых Pentium III на ядре Coppermine переделана и система внутренней буферизации, позволяющая ускорить операции с кешами и памятью, а также ликвидировать узкие места при использовании 133-мегагерцовой системной шины.

Итак, самое время посмотреть на скорость работы с памятью старых и новых Intel Pentium III:

С учетом всего вышесказанного результаты удивления не вызывают. Действительно, видим более быстрый но и более маленький кеш у нового Coppermine, а также несколько улучшенную работу с памятью. Интересно, что намного возрасла именно скорость записи блоков данных, по размеру умещающихся в L2-кеше. Это как раз является одним из результатов переделки его архитектуры.

А вот как выглядит сам виновник торжества:

Хочу акцентировать внимание именно на том, что на процессорной плате отсутствуют микросхемы кеша и TagRAM, являющиеся необходимыми атрибутами старых процессоров Intel Pentium III. То есть, фактически, необходимость в самой процессорной плате отпадает. Потому и стал возможен выпуск Coppermine в FC-PGA корпусе, попросту говоря в Socket 370 варианте. А отказ от процессорной платы и картриджа - это некоторое удешевление производства, потому логично ожидать от Intel плавного возвращения симпатий от Slot-картриджей обратно к Socket-процессорам.

Теперь затронем некоторые практические вопросы функционирования новых Intel Pentium III. Сперва - о Slot 1 процессорах. Хотя внешне они и выглядят абсолютно также, как и их предшественники, заключенные в SECC 2 картридж, на старых системных платах они могут и не работать. Дело в том, что для поддержки Coppermine одного обновленного BIOS, понимающего этот процессор, недостаточно. Проблема заключается и в пониженном с 2В у старых Pentium III до 1.6В напряжении питания. Потому, для того чтобы новый процессор заработал в старой системной плате, необходимо, чтобы VRM системной платы мог выдавать такое напряжение. Современные платы этой проблемы, естественно, не испытывают. А вот выпущенные около года или более назад, скорее всего работать с новыми Intel Pentium III не смогут.

Теперь, то что касается Socket 370 версии Coppermine. Тут к вопросам поддержки нужного напряжения питания и обновления BIOS добавляется еще одна. Именно - измененное назначение пяти контактов процессора, которое может являться еще одной причиной неработоспособности FC-PGA CPU в Socket 370 системных платах. Мы не тестировали FC-PGA Pentium III, однако, судя по всему, платы на чипсетах i440BX/ZX его поддерживать не будут.

И последний вопрос, который хочется затронуть перед тем как перейти к результатам тестов - это выбор чипсетов для использования с новыми Intel Pentium III. Со 100-мегагерцовыми процессорами все понятно - тут подойдет и старый добрый i440BX. Однако если есть желание насладиться всеми преимуществами новых технологий, в том числе и 133-мегагерцовой системной шиной, то возникает дилемма. Либо использовать не самый быстрый VIA Apollo Pro 133A, либо ждать кота в мешке i820, который мало того, что появится неизвестно когда, но к тому же и работает неизвестно как.

Однако, поскольку тестировать нам новый Coppermine надо не потом, а уже сейчас, мы использовали в составе тестовой системы платы на чипсете от VIA. Вот ее конфигурация:

• Системная плата Chaintech 6ASA4
• Видеокарта Diamond Viper V770 Ultra
• Звуковая карта Creative Sound Blaster Live!
• Жесткий диск IBM IBM DJNA 372200
• 128 Мбайт PC133 SDRAM производства Micron

На этой системе мы сравнивали между собой все 600-мегагерцовые процессоры от Intel:

• Intel Pentium III 600 - ядро Katmai, шина 100 МГц
• Intel Pentium III 600B - ядро Katmai, шина 133 МГц
• Intel Pentium III 600E - ядро Coppermine, шина 100 МГц
• Intel Pentium III 600EB - ядро Coppermine, шина 133 МГц

Как видно, Intel использует пояснительные суффиксы E и B в названии процессоров. Эти буквы могут быть добавлены после частоты процессора для обозначения ядра и скорости системной шины в тех случаях, где возможны разночтения. Индекс B обозначает шину 133 МГц, а E - новое ядро Coppermine.

Кроме того, мы не могли обойти стороной вопрос о соотношении производительностей Coppermine и AMD Athlon, потому вместе с результатами процессоров от Intel мы указываем и результаты, показанные AMD Athlon 600 на следующей системе:

• Процессор AMD Athlon 600 МГц;
• Системная плата MSI MS-6167;
• Видеокарта Diamond Viper V770 Ultra;
• Звуковая карта Creative Sound Blaster Live!;
• Жесткий диск IBM IBM DJNA 372200
• 128 Мбайт SEC PC-100 SDRAM

Тесты проводились под управлением операционной системы MS Windows98 SE, во всех 3D-тестах было установлено разрешение 800x600x16, если не указано иначе.

Итак, приступим. Первым делом мы посмотрим на производительность по результатам синтетических тестов, а затем обратим внимание на то, как чувствует себя новый Coppermine в реальных задачах.

Этот тест показывает производительность целочисленной части процессора и скорость работы с данными. Как мы видим, по сравнению с предыдущей версией Pentium III, Coppermine демонстрирует гораздо лучшие результаты и даже слегка обгоняет AMD Athlon. Заслуга в этом, конечно же, лежит не на скорости целочисленных операций, которая по сравнению с Katmai измениться не должна, а на быстром L2-кеше, используемом в Coppermine.

Этот бенчмарк показывает "чистую" скорость работы арифметического сопроцессора. Как мы видим, новый Intel Pentium III, хотя и имеет возможность быстрее выбирать данные из кешей, догнать AMD Athlon не может. Все-таки, AMD очень хорошо поработала над конвейерным FPU своего процессора и оставила Intel далеко позади.

Этот бенчмарк, входящий в состав 3DMark 99 MAX демонстрирует теоретическую скорость работы процессора по обработке типовых игровых 3D-сцен, обсчитывая их, но не выводя на экран. Одной из ключевых особенностей этого теста является глубокое использование наборов SIMD-команд. Как мы видим, AMD Athlon тут находится в недосягаемости. Однако, при отключении 3DNow! и SSE-инструкций разрыв в производительности Athlon и Coppermine резко сокращается. Это говорит о том, что главная причина более высокой скорости CPU от AMD по этому тесту кроется как раз в более качественном наборе SIMD-инструкций и его хорошей реализации.

Тест, показывающий производительность видеоподсистемы в Direct3D. AMD Athlon снова на высоте, причина этого опять же, как и в предыдущем случае кроется в хорошем наборе SIMD-команд у AMD. При отключении 3DNow! и SSE, новый Intel Pentium III 600EB с частотой системной шины 133 МГц вырывается вперед.

Да, в офисных задачах, которые входят в тестовый пакет Winstone 99, Coppermine опередил AMD Athlon. Именно здесь особое значение приобретает L2-кеш, работающий на полной частоте процессора. Ведь офисные приложения - это целочисленная арифметика плюс работа с данными. Так что если раньше именно на таких программах были сильны процессоры от AMD, то теперь ситуация изменилась на обратную.

Теперь самое время обратить внимание на игры.

В Quake2 AMD Athlon остается недосягаемым для процессоров Intel, и, кажется, ничто уже не может изменить это положение дел и в других играх. Уж очень велик отрыв. Однако, если вспомнить тот факт, что именно Quake2 является приложением, специально оптимизированным под технологию 3DNow! и совершенно не оптимизированным под набор SIMD-инструкций от Intel, SSE, то все встает на свои места. Таким образом, лучше особо не полагаться на эти результаты и посмотреть на производительность нового Intel Pentium III в других задачах.

В этой игре результаты не такие однозначные, как в предыдущем случае. Coppermine и Athlon показывают практически идентичные результаты за исключением режима Fastest, в котором AMD Athlon слегка быстрее конкурентов. Если учесть, что Fastest - это режим, в котором основная нагрузка лежит на процессоре, а не на видеокарте, тогда как в остальных режимах роль видеоподсистемы выше, можно сделать следующий вывод. В системах на базе процессоров от Intel, особенно новых, обмен данными между системной памятью и 3D-акселератором происходите несколько быстрее, нежели у Athlon. Потому, когда работы видеокарте прибавляется и объем перекачиваемых текстур возрастает, Intel Pentium III начинает чувствовать себя лучше, в то время как Athlon не справляется с этим узким местом. И наоборот, когда прокачка текстур отходит на второй план, Athlon за счет более быстрого FPU развивает большие fps. То есть, получается, что хотя сам по себе AMD Athlon работает быстрее, за счет более грамотной реализации взаимодействия с памятью и видеоподсистемой новый Intel Pentium III часто выходит в лидеры.

Здесь новый Intel Pentium III практически "дышит в затылок" AMD Athlon. Интересно, но количество fps в этой игре мало зависит от L2-кеша, а сильно - от частоты системной шины. Кстати, подобную картину можно видеть и в Quake2.

Результаты, показанные в этой одной из самых тяжелых для процессора игр, еще раз ясно показывают, что в случаях, когда требуются интенсивные вычисления с плавающей точкой AMD Athlon все же обходит новый Intel Pentium III на ядре Сoppermine.

Общий результат таков - производительность нового Intel Pentium III вплотную приблизилась к недавнему лидеру, AMD Athlon. Однако это были тесты на системной плате на базе чипсета от VIA. А, как мы помним, Intel специально для использования с Coppermine разрабатывал чипсет i820 (Camino). Однако, мы не стали тестировать Coppermine с этим чипсетом потому что во-первых, официальный выход Camino отложен на неопределенный срок и за это время дизайн системных плат на базе этого чипсета будет пересмотрен, а во-вторых, те результаты, которые нам удалось получить на препродакшн образце одной из системных плат нас не удовлетворили. Скорость, показанная системой на i820, была значительно ниже результатов, которые мы наблюдали в системе с набором логики VIA Apollo Pro133A.

Поэтому, вместо возни с i820, мы протестировали работу 100-мегагерцовых процессоров на системе на базе чипсета i440BX, так как он обладает более высокой скоростью работы с AGP, что может несколько изменить общую картину быстродействия нового Intel Pentium III с ядром Coppermine. Состав тестовой системы:

• Системная плата ABIT BE6;
• Видеокарта Diamond Viper V770 Ultra;
• Звуковая карта Creative Sound Blaster Live!;
• Жесткий диск IBM IBM DJNA 372200;
• 128 Мбайт SEC PC-100 SDRAM

Результаты синтетических тестов:

Результаты тестов в реальных приложениях:

Итак, поскольку на i440BX процессоры показывают несколько более высокие результаты, в этой серии тестов позиции Coppermine еще более закрепились. Только в Quake2, специально оптимизированном под технологию 3DNow! и в Unreal AMD Athlon сохранил свое преимущество. В остальных случаях новый Intel Pentium III, благодаря быстродействующему кешу второго уровня размером 256 Кбайт и работающему на полной частоте процессора, оказывается более производительным, чем AMD Athlon, не говоря уже о старых Intel Pentium III, которые вообще не могут конкурировать с Coppermine, даже функционируя при частоте системной шины 133 МГц.

В заключение нашего отчета о практических испытаниях новых Intel Pentium III пару слов хочется сказать о разгоне этих процессоров. Так как они выпущены по новой более тонкой технологии и имеют меньшее напряжение питания логично ожидать, что их возможности по оверклокингу будут, по меньшей мере, не хуже чем у предыдущей версии Pentium III. Теоретически, отсутствие внешнего кеша второго уровня также должно позволить безопасное повышение напряжения ядра на более высокий уровень. Нам удалось попробовать на разгоняемость процессор Intel Pentium III 667. Без повышения напряжения питания нам удалось увеличить частоту FSB до 143 МГц, при этом процессор работал стабильно с частотой 715 МГц. При дальнейшем увеличении частоты наблюдалась нестабильная работа системы, а поскольку плата, которой мы располагали при проведении этого теста, не обладала возможностью управления напряжением питания ядра, на этом пришлось остановиться.

Выводы

Итак, Intel при помощи своего Coppermine удалось догнать скоростной AMD Athlon малыми силами. Для этого только пришлось перейти на 0.18 мкм технологию, позволяющую достичь более высоких частот и понизить затраты на производство кристаллов. Никаких особых архитектурных изменений не потребовалось. Однако, теперь все мы знаем, что ничего нового и более быстрого Intel под Slot 1 уже не сделает. Следующий mainstream-процессор с ядром Willamette будет использовать уже совсем другое процессорное гнездо. В то же время у AMD есть куда совершенствовать и имеющийся процессор. Но даже сейчас 0.25 микронный Athlon по скорости работает не хуже 0.18-микронного Pentium III. Так что слово остается за AMD, которая теперь вполне может опережать Intel только за счет более высоких тактовых частот.

Основной проблемой для выходящего Coppermine будет отсутствие подходящих системных плат для этого процессора. Постоянное отодвигание даты выхода обладающего современными характеристиками чипсета i820 приводит к тому, что позиции Intel на рынке чипсетов могут пошатнуться и лидерство в этой области захватит VIA, чипсеты которой пока не могут обеспечить такой же, как и у Intel, производительности. Ведь даже при использовании Pentium III с частотой шины 100 МГц i440BX не может удовлетворить всех современных потребностей, например он не имеет поддержки ни AGP 4x, ни Ultra DMA/66.

А вот с выходом FC-PGA Coppermine, ориентированных на Low-End, интегрированные Socket 370 системы на чипсетах i810 и i810e вполне могут пережить второе рождение. После 25 октября мощные но дешевые системы вполне могут стать реальностью.