Быстрее, меньше, холоднее…Новые процессоры для ноутбуков

Текст: Михаил Панюшкин

Процессорные гиганты в последнее время разошлись – штампуют новые модели одну за другой. И если вы не слишком пристально следите за прогрессом в этой области, сориентироваться в их продукции будет непросто. Но что же делать, если нужно выбрать ноутбук? Придется разбираться.

Чтобы быть быстрее, нужно стать… медленнее

Первой ласточкой вала новинок несколько лет назад стала платформа Centrino. Именно она ознаменовала собой новый подход к разработке мобильных процессоров – компания Intel перестала адаптировать под «носимое» применение десктопные модели, а вместо этого взяла и создала все практически с нуля.

Необходимость в этом назревала давно – ноутбуки на платформе Pentium III Mobile не могли удовлетворить покупателей из-за своей низкой скорости, а на Pentium 4 Mobile – из-за чрезвычайной «прожорливости». Архитектура NetBurst, применявшаяся в последних, оказалась тупиковой ветвью развития – ее производительность слишком сильно зависела от тактовой частоты. Для мобильного же применения частоту, наоборот, нужно было удерживать как можно более низкой – ведь чем реже ток меняется в миниатюрных транзисторах, тем меньше тепловые потери на паразитных емкостях, неминуемо присутствующих в каждом процессоре. Поэтому за основу для нового мобильного процессора Pentium M компании пришлось взять не архитектуру NetBurst, а ту, что верой и правдой служила еще со времен Pentium Pro – P6. Уже одно то, что эта технология так долго продержалась на рынке, говорит о ее невероятной успешности – аналитики утверждают, что это вообще лучшая разработка Intel.

Конечно, считать Pentium M просто очень быстрым Pentium III – в принципе неправильно. В процессоре мобильной платформы Centrino появилось множество нововведений, о которых в 2001 году нельзя было и мечтать. Прежде всего, это обновленный набор микропроцессорных команд – в отличие от Pentium III, Pentium M поддерживает SSE2, которые активно используются в современных играх и приложениях. Еще одна уникальная «фича» Pentium M – огромный кэш второго уровня. Он составляет 2 Мб, и работает очень быстро – для того чтобы получить из него данные, требуется ожидание всего в десять процессорных циклов (чтобы вытащить что-то из оперативной памяти нужно на порядок больше времени). Кэш L2 занимает почти половину площади процессора. Он был бы неэффективен с энергетической точки зрения, но компания Intel пошла на хитрость – «быстрая» оперативная память поделена на блоки, которые отключаются в моменты простоя. Этим нововведения не ограничиваются – Pentium M может похвастать целым ворохом технологий, ранее вообще не применявшихся. Так, одна из важнейших его частей – выделенный диспетчер стека, который обрабатывает повсеместно встречающиеся при компиляции языков высокого уровня команды. Ранее для их выполнения требовалось множество процессорных циклов – теперь работа с ними идет параллельно, и на «железном» уровне, что немало увеличивает быстродействие и снижает энергопотребление.

Следующим шагом к совершенству стала переработка механизмов предсказания ветвлений и предвыборки данных. Дело в том, что программы, написанные на языках высокого уровня, компилируются в весьма регулярный код: например, при выполнении цикла можно заранее сказать, какие данные и инструкции понадобятся на следующей итерации – и заблаговременно загрузить их в кэш, чтобы в следующий раз не «лазить» за ними в «медленную» оперативную память. Оптимизация этих алгоритмов позволила добиться того, что процессору приходится работать практически на треть меньше – это не могло не сказаться на «аппетитах» чипа. Последним прорывом стало «наслоение микропераций». Технология эта достаточно сложна (ее описание заняло бы не одну статью), но эффективна. Достаточно сказать, что она позволяет сократить объем выполняемых инструкций примерно на 10%. Не стоит, конечно же, забывать и о новом техпроцессе – теперь это 90 нанометров. Маленькие транзисторы позволяют расходовать еще меньше электроэнергии – поэтому можно повышать частоту (относительно той, что была у Pentium III). При этом максимальная расходуемая энергия для процессора с частотой 1,7 ГГц составляет всего около 30 Вт (сравнимый по производительности Pentium 4 при полной нагрузке «отъест» целых 150 Вт). В офисной работе потребление Pentium M еще меньше – это трудится технология Enhanced SpeedStep, понижающая частоту ядра в моменты простоя. Всего существует пять режимов производительности – они динамически переключаются в зависимости от загрузки процессора.

Даже если бы инженеры Intel не сделали ничего больше, мы все равно получили бы отличную экономичную систему. Но они не ограничились процессором – для него разработали специфическую «обвязку», также заточенную под мобильные нужды. Первый чипсет Centrino, названный i855GM, ловко манипулирует усилителями шин, которые потребляют множество энергии, отключая их в случае ненадобности и активизируя, когда надо передать данные. Потом чипсет модифицировался – в него добавлялись самые современные возможности вроде поддержки двухканальной памяти и SATA-винчестеров. На голодный паек посадили память DDR – она в случае низкой загрузки системы работает на малых напряжениях, не обновляя те ряды в массиве, которые не содержат данных.

Добрались разработчики и до экрана. Специальный модуль не только переключает графическое ядро на более низкую частоту при работе в офисных приложениях, но еще и постоянно отслеживает уровень освещенности дисплея, выставляя необходимую яркость подсветки.

Два ядра

Платформа Centrino и чип Pentium M безраздельно властвовали в мире ноутбуков несколько лет (безумно долгий срок по меркам IT-индустрии) и даже «пережили» несколько изданий. Но вскоре мир захлестнула мода на двухъядерность. Разумеется, инженеры Intel и здесь не сплоховали – выдали на-гора «двухголовый» мобильный процессор, названный Core Duo. Он включает в себя два ядра Pentium M, незначительно доработанные и использующие один кэш второго уровня. Тем не менее, эпоха Pentium формально закончилось – компания объявила о полном ребрендинге модельных рядов. Впрочем, оставим маркетинговые мероприятия в стороне. Итак, Intel Core Duo…

Доработки коснулись, прежде всего, расширения набора инструкций – мобильные процессоры наконец догнали десктопные по функциональности, обзаведшись поддержкой SSE3, использующегося в новейших играх. Еще одна интереснейшая особенность Core Duo: дополнительная функция экономии энергии – при простое отключается одно из процессорных ядер, благодаря чему среднее тепловыделение Core Duo повысилось по сравнению с Pentium M незначительно.

Следующим и последним на сегодняшний день «отпрыском» Intel стал процессор Core 2 Duo – он также отличался лишь улучшенными алгоритмами предвыборки и предсказания ветвлений. Иными словами, развитие пошло по эволюционному пути. На российском рынке ноутбуки, построенные на Core 2 Duo, появились сравнительно недавно, однако большинство мировых производителей твердо перешли на новую платформу – в этом году именно этот чип определит развитие индустрии.

Но самое главное в Core Duo – это не технические нововведения, а то, что он стал вехой на карте путей процессорного развития. Ведь именно с него началась революция в десктопных процессорах. Если раньше именно они были прообразами мобильных моделей, то ныне ситуация встала с ног на голову – и уже меньшие собратья «диктуют моду». Как же так получилось? Дело в том, что архитектуре NetBurst не пошла на пользу двухъядерность. При незначительном приросте производительности в оптимизированных приложениях, при работе обычных программ новые разработки были даже медленнее, чем топовые модели одноядерных процессоров. Все потому, что пришлось снизить частоту каждого ядра – иначе ни одна система охлаждения не справилась бы с теплопакетом, который достигал 300 Вт; не говоря уже о необходимости монструозных блоков питания. Pentium фактически «умер»– от прожорливости и низкого количества инструкций, выполняемых за такт.

С архитектурой же P6 все гораздо проще. Вспомним, сколько выделяют процессоры Core Duo. А если не ограничивать их скудным рационом из аккумуляторной батареи? В этом случае можно немало поднять частоту, поставив адекватную систему охлаждения. Именно эту идею и используют новые десктопные процессоры Conroe (кодовое название Intel Core 2 Duo). В тестах производительности они просто недосягаемы для конкурентов – даже по сравнению с Pentium D она возросла в разы.

Конкуренты не дремлют

Второй крупнейший процессорный гигант, AMD, тоже производит свои мобильные процессоры. Надо сказать, что во времена Centrino, у компании не было достойного ответа Intel. Ноутбуки на процессоре Athlon 64 M, несмотря на все свои очевидные достоинства, на первом месте в списке которых значится поддержка 64-битности, значительно проигрывали творениям на основе Intel в главном – в экономичности. Как же получилось так, что AMD оказалась «в хвосте»? Просто компания не разрабатывала мобильные процессоры с нуля, а минимально адаптировала уже готовые десктопные решения. И пусть короткоконвейерные процессоры Athlon изначально потребляют меньше энергии, пусть еще с 1999 года AMD пошла по пути снижения частоты при сохранении производительности – все это нивелировалось прожорливыми чипсетами стороннего производства. Именно по этой причине все «вкусные» особенности процессора, такие как поддержка бита NX (он помогает бороться с вирусами и повышает общую стабильность системы), а также встроенный контроллер памяти, позволявший «прокачивать» данные на гигантской скорости, оказались не востребованы. Масла в огонь подлило и то, что кэш Athlon намного меньше, чем у Pentium M (всего 1 Мб) – это негативно сказывалось на производительности.

Появившаяся в скором времени урезанная модификация Athlon 64, названная Sempron 64, также не спасла ситуацию. «Скорострельность» упала еще больше (в основном из-за 512 Кб, а то и вовсе 256 Кб кэша), а ноутбуки на основе Intel все равно работали в автономном режиме на 30% дольше. Улучшения наметились лишь с появления Mobile Turion 64. Его тепловыделение значительно снизилось по сравнению с Athlon 64, а производительность возросла – он смог-таки обскакать типовые решения на базе Centrino – благодаря встроенному контроллеру памяти (он, правда, не умел работать с DDR2), большому объему кэша первого уровня (128 Кб суммарно), а также гибкой межкомпонентной шине на архитектуре Hyper Transport 800.

Тоже два

На достигнутом компания, впрочем, не остановилась. Вскоре она презентовала гораздо более совершенную разработку – двухъядерный Turion 64 X2. Его особенностью стал очень быстрый обмен данными внутри инфраструктуры процессора – почти в три раза быстрее, чем у Core Duo. Добавим сюда обновленный контроллер памяти и традиционную поддержку 64-битности – и получаем прекрасную платформу производительного ноутбука для научных задач, рендеринга видео и сжатия музыки (блок, оперирующий дробными числами, у Turion гораздо совершеннее, чем у Pentium M). Правда, со временем автономной работы у AMD все равно не вышло ничего хорошего – оно в среднем на 25-30% меньше, чем у аналогичных по производительности решений Intel. Увы, с этим компания ничего не может поделать – для ее процессоров не создали столь совершенного чипсета, как у конкурентов.

Но у AMD есть в загашнике тяжелая артиллерия. Три месяца назад Фил Хестер, занимающий пост главы технологического отдела, проговорился, что инженеры компании уже давно занимаются интеграцией в процессор… графического ядра. Никаких подробностей о намечающемся нововведении нет, но сама концепция, согласитесь, впечатляет – при ее достойной реализации AMD получит изрядную фору для рывка вперед.

Борьба только начинается

Как бы то ни было, основные игроки не останавливаются на достигнутом – и это не может не радовать. Процессоры стремительно наращивают производительность, уменьшают теплопакет. Технологии совершенствуются – и потребители от этого только выигрывают. Не стоит забывать и о других разработчиках мобильных процессоров – VIA и Transmeta. Они, конечно, не дышат лидерам в затылок, но крепко занимают «сверхэкономичную» нишу, используя для этого самые оригинальные методики.

Пик борьбы за мобильность намечается на конец 2007 – начало 2008 годов. Именно к этому времени все компании поголовно обещают нам выдать нечто такое, отчего покупатели просто не смогут отказаться. Пока известно только две ожидающиеся к тому времени «фичи» – четырехъядерность и уже упоминавшееся встроенное графическое ядро. Об остальном остается только догадываться.

А что же нужно пользователю?

Какой же ноутбук выбрать покупателю? Это зависит, прежде всего, от его задач. Если основное назначение компьютера – работа с офисными приложениями, то как нельзя лучше подойдет низкочастотный Centrino с достаточным объемом памяти (меньше 512 Мб брать сейчас уже не стоит) и интегрированной графикой.

Недорогим решением для ноутбука – замены настольного компьютера – может стать модель, основанная на Turion 64. Сейчас этот процессор уже «выходит из моды», и потому дешевеет. В такие ноутбуки обычно устанавливается достаточно мощный дискретный видеоускоритель, позволяющий запускать все современные игры, пусть и не с максимальными настройками качества – только нужно не забывать о необходимости устанавливать побольше оперативной памяти – хотя бы 512 Мб, а еще лучше – 1 Гб.

Еще более «скорострельное» решение – ноутбуки на двухъядерном процессоре Turion 64 X2. Он подойдет самому требовательному к производительности клиенту – мощь дуэта 64-битных ядер позволит выполнить любые задачи, в том числе и под управлением таких систем, как Windows XP 64 Edition.

И, наконец, для тех, кто не хочет идти на компромисс между производительностью и временем автономной работы – ноутбуки на новейших Core 2 Duo. Эти процессоры сравнимы по скорости обработки с топовыми моделями настольных компьютеров, при этом, показывают весьма приличное время работы от аккумуляторов. Вот только стоят пока еще дорого.