64-разрядный старт

версия для печати

Том Мейнелли

10.12.2003

Существование 64-битовых вычислений в настольном компьютере становится всеобъемлющей реальностью. Фирма AMD продает свой Athlon 64, компания Apple использует G5 — значит, 64-разрядные процессоры перестали быть прерогативой серверов и рабочих станций, спустившись на стол к обычному пользователю. Эти 64-разрядные ПК способны коренным образом изменить суть настольных вычислений. Например, 64-разрядный ЦП использует более длинные и более комплексные инструкции, чем 32-разрядный, тем самым повышая производительность при выполнении таких «тяжелых» задач, как аудио- и видеокодирование, инженерные вычисления и конечно же игры.

Процессоры нового типа станут ключом в мир больших объемов памяти. Так, 32-разрядные Pentium 4 и Athlon XP адресуют до 4 Гбайт памяти, распределяя их между ОС и приложениями. Очень немногие ПК требуют ОЗУ большей вместимости, а соответствующих приложений для них — еще меньше. Но в будущем объем памяти может стать бутылочным горлышком, и избежать этого помогут возможности Athlon 64 по адресации пространства — аж 1 Тбайт (1000 Гбайт) физической памяти. Но реализовать ее поддержку поможет только 64-битовая ОС, потребующая новых драйверов и приложений. Так что рано еще радостно потирать руки.

Несколько дистрибутивов Linux, включая Red Hat и SuSE, уже имеют 64-битовую версию для Athlon 64 (или она вот-вот будет готова), однако соответствующая версия для Windows не появится в продаже раньше 2004 г. (см. врезку «Взгляд украдкой...»). Помимо нескольких ожидаемых программ, таких как DivX-видеокодер компании DivXNetworks, остальные 64-битовые приложения выйдут еще не скоро. Отсутствие должной поддержки — одна из причин, по которой Intel еще не вводит 64 разряда в ПК (см. раздел «Зачем 64 разряда сейчас?»).

Фирма AMD признает, что мир настольных вычислений пока не готов на полную катушку использовать 64 разряда, но ведь ее Athlon поддерживают и запуск 32-битовых приложений. Наши первые тесты показали, что процессоры удались (см. таблицу).

Операционная система OS X компании Apple имеет 64-битовое расширение, позволяющее новым Mac G5 в отдельных оптимизированных приложениях показывать величайшую мощь. Однако только этого факта недостаточно, чтобы Apple оказалась первой по быстродействию (см. врезку «У Apple тоже 64 разряда»).

О ценах и быстродействии

Мы протестировали три системы, базирующиеся на высокопроизводительном 2,2-ГГц процессоре Athlon 64 FX-51 и двухканальной памяти, а также ПК на основе 2-ГГц кристалла Athlon 64 3200+ для массового рынка и одноканальной памяти. Их результаты сравнивались с идентично сконфигурированным компьютером на базе 3,2-ГГц Pentium 4. Все системы имели 1-Гбайт память типа DDR400 и видеоплату ATI Radeon 9800 Pro. Тесты проводились с применением 32-битового ПО.

На Athlon 64 FX-51 базировались системы Alienware (3535 долл.), Falcon Northwest (3243 долл.) и Voodoo (3250 долл.). Они показали средний результат 142 балла по PC WorldBench 4 и стали лучшими в тесте. (Здесь и далее даны цены для США на ноябрь 2003 г. — Прим. ред.) Компьютер компании ABS с Athlon 64 3200+ (1924 долл.) набрал 139 баллов, машина Alienware на Pentium 4 (3143 долл.) достигла отметки 126 баллов. Средний результат трех протестированных ранее аппаратов на базе 32-разрядного Athlon XP 3200+ составил 136, а семи ПК на базе 3,2-ГГц Pentium 4 — 127 баллов. (Цена компьютеров не включает стоимость монитора и колонок.)

Системы на базе Athlon 64 FX-51 подтвердили обещанное повышение производительности в некоторых из наиболее «тяжелых» наших тестов, в частности AutoCAD, где они оказались на 44% быстрее усредненного показателя компьютеров на основе Pentium 4. Также FX-51 оказался недостижимым в приложении Premiere и набрал наибольшее количество баллов в тестах Photoshop и VideoWave. Зато Pentium 4 стал лучшим в приложении Musicmatch.

В наших игровых тестах явно опять лидировал FX-51. (Причем устанавливалось низкое разрешение, так как производительность в этом режиме больше зависит от быстродействия процессора, чем от быстродействия видеоплаты.)

Разгон памяти

Помимо поддержки 64-разрядной архитектуры AMD выполнила и другие усовершенствования в обоих новых ЦП, а именно применила 1-Мбайт процессорный кэш (в 2 раза больше, чем у Athlon XP), более быструю системную шину HyperTransport (частота до 1600 МГц) и новые (для Athlon) инструкции SSE2. Но, пожалуй, самым значительным нововведением стала интеграция в ЦП контроллера памяти.

Обычно расположенный на системной плате, он является частью набора микросхем и общается с ЦП через системную шину. Так, максимальная частота системной шины у Athlon XP — 400 МГц, у современных Pentium 4 — 800 МГц. В интегрированном контроллере памяти (в ЦП. — Прим. ред.) AMD создала выделенный канал между ОЗУ и процессором, им больше не придется делить пропускную способность с другими компонентами, кроме того, убран посредник в их общении. В отличие от процессорного кэша, контроллер памяти работает на частоте памяти, а не ЦП.

«Встроенный контроллер повышает пропускную способность и уменьшает латентность памяти», — объясняет Кевин Крюэл, генеральный менеджер исследовательской фирмы MicroDesign Resources. Меньшая латентность означает меньшее время на отправку запросов ЦП в память и получение их обратно.

Два Athlon

Новые процессоры AMD архитектурно отличаются друг от друга. Например, двухканальная память в содружестве с FX-51 достигает пропускной способности 6,4 Гбайт/с при использовании DDR400. В то же время Athlon 64 обеспечивает только одноканальный доступ с максимальной пропускной способностью 3,2 Гбайт/с. Более того, для Athlon 64 FX-51 требуется гнездо с 940 разъемами (у Athlon 64 «всего» 754 ножки) и более дорогие регистровые модули памяти. Ранее применявшиеся только в серверах, регистровые модули имеют внутренний буфер, что позволяет увеличить число микросхем на модуле. Однако при доступе на полцикла возрастает задержка для проверки целостности данных. Кроме того, FX-51 легче разогнать, чем Athlon 64, хотя AMD по-прежнему официально не рекомендует делать это (фирма, как и раньше, лишает разгонщика гарантии).

«Компания AMD продает партнерам FX-51 по 733 долл. в партиях от 1000 штук, в то время как Athlon 64 3200+ стоит 417 долл. (Для справки: 3,2-ГГц процессор Pentium 4 реализуется по 637 долл.) Цена процессора FX-51 явно выше, но такова надбавка за скорость, и любителям быстродействия стоит за нее платить», — считает Дин Маккаррон, аналитик Mercury Research.

Возможна путаница, поскольку компания AMD выставляет на продажу новый 2-ГГц процессор Athlon 64 c тем же рейтингом 3200+, что и у 32-разрядного Athlon XP (у модификации FX рейтинг отсутствует напрочь). Так что не забудьте проверить, какой модели процессор вы покупаете, если он имеет рейтинг 3200+.

Зачем 64 разряда сейчас?

Если процессор Athlon 64 так хорош в 32-битовых вычислениях, то зачем же AMD объявила о его 64-разрядной архитектуре? Видимо, руководители компании верят, что скоро наступит 64-битовая эра.

«Пользователи, редактирующие видео и проделавшие хоть один раз 64-битовое кодирование видеопотока на лету, не захотят больше расставаться с ним», — объяснил Рич Хей, вице-президент микропроцессорного подразделения AMD. Да и игроман, однажды насладившийся кинематографическим качеством, которого помогает достигнуть 64-разрядный ЦП, также пожелает иметь подобный процессор. На массовое распространение таких ЦП уйдет несколько лет, но время жизни ПК составляет 3—4 года, и потому Хей полагает, что пользователи, перед тем как сменить первые ПК на Athlon 64, еще успеют запустить 64-битовые приложения.

Руководители компании Intel не согласны с этим. Они считают, что в ближайшее время место 64-разрядной архитектуре только в серверах. «Менее 5% серверов используют сейчас 64-битовую адресацию, а у настольных ПК нет ни малейшей надобности в ней», — убежден Джордж Алф, представитель компании Intel. Он также добавляет, что без соответствующего ПО и драйверов 64 разряда никому не нужны.

Крюэл из MDR видит причину отказа компании Intel от 64 разрядов на рабочем столе в желании защитить свои инвестиции в 64-разрядный Itanium, спроектированный для серверов и рабочих станций. Он убежден, что Intel имеет в запасе план, который примет в том случае, если инициатива AMD с 64-битовыми вычислениями сработает: «Никто не мешает им внедрить 64-разрядное расширение в их настольный процессор».

Алф из компании Intel продолжает обращать наше внимание на то, что нововведения сразу же должны приносить покупателям пользу. Так, его корпорация анонсировала 3,2-ГГц Pentium 4 Extreme Edition (естественно, поддерживающий технологию Hyper-Threading), предназначенный для любителей игр. Этот 32-разрядный кристалл обладает 2-Мбайт кэшем третьего уровня . До конца года должен появиться ЦП под кодовым названием Prescott, который будет обладать большим кэшем второго уровня, новыми инструкциями и усовершенствованной технологией многопоточности.

Сейчас AMD переходит в контрнаступление со своим процессором Athlon 64. Кевин Крюэл из компании MDR считает это хорошей новостью для пользователей. Желающим получить максимальную производительность предлагается купить ПК на базе Athlon 64 FX, обеспечивающий максимальную производительность по конкурентноспособной цене.

Если вам не требуется выжимать из ПК каждую кроху процессорной мощности, то лучшим выбором будут Athlon 64 3200+ и 3,2-ГГц Intel Pentium 4, хотя по цене первый, пожалуй, несколько предпочтительнее.

Tom Mainelli. 64-bit takes off. PC World, ноябрь 2003 г., с. 26.

Хронология разрядов

Полностью 32-битовая Windows была создана через 15 лет после появления первого 32-разрядного процессора. Переход на 64-знаковые команды, видимо, произойдет быстрее — уже появились и процессор, и ОС.

64-разрядная эра

Сентябрь 2003: Athlon 64 3200+ (2 ГГц), Athlon 64 FX-51 (2,2 ГГц)
Сентябрь 2003: Windows XP 64-bit Edition for Athlon 64 beta
Апрель 2003: AMD Opteron 240, 242, 244
Июль 2002: Itanium 2 (900 МГц, 1 ГГц)
Октябрь 2001: Windows XP 64-bit Edition for Itanium
Май 2001: Intel Itanium (733, 800 МГц)

32-разрядная эра (продолжается)

Октябрь 2001: Windows XP
Октябрь 2001: Athlon XP 1500+ (1,33 ГГц)
Ноябрь 2000: Pentium 4 (1,4, 1,5 ГГц)
Сентябрь 1999: AMD Athlon (600 МГц)
Февраль 1999: Pentium III (450, 500 МГц)
Май 1997: Pentium II (233 МГц)
Март 1993: Pentium (60, 66 МГц)
Апрель 1989: 486DX (25 МГц)
Октябрь 1985: Intel 386DX (16 МГц)

16-разрядная эра (продолжается)

Февраль 2000: Windows 2000¹
Июнь 1998: Windows 98¹
Август 1995: Windows 95¹
Апрель 1992: Windows 3.1
Май 1990: Windows 3.0
Ноябрь 1985: Microsoft Windows 1.0
Февраль 1982: Intel 80286 (6 МГц)

¹ Имеют 32-битовое расширение

Экстремальный процессор

Тестирование Pentium 4 Extreme Edition, нового процессора компании Intel, было проведено PC World, когда статья уже была написана, но мы можем рассказать о его результатах. (см. www.pcworld.com/38201). При исследовании использовался ПК компании Alienware, предназначенный для стандартного 3,2-ГГц Pentium 4. Одно из преимуществ кристалла Extreme Edition — совместимость с системными платами для предыдущих поколений ЦП, которые обеспечивают поддержку 800-МГц системной шины и при наличии как минимум 400-Вт блока питания. В тестах PC WorldBench 4 средний результат для трех ПК на базе Athlon 64 FX-51 оказался примерно на 11% выше, чем у машин на основе Pentium 4 Extreme Edition, получивших 131 балл. Системы на базе кристаллов AMD также доминировали в тестах AUGI Gauge (для CAПР) и Premiere 6.0. Так, с AUGI Gauge системы на базе FX-51 справились в среднем за 171 с, т. е. на 33% быстрее, чем Extreme Edition, пришедший с результатом 227 с. Испытание Premiere компьютеры на основе FX-51 выполнили в среднем за 174 с, опередив на 22% новый Pentium 4 с его 213 с.

Гораздо более интересные результаты оказались у процессора Pentium 4 Extreme Edition в тесте Musicmatch 7. Они были признаны самыми лучшими — 139 с, т.е. система с этим ЦП справилась на 9% быстрее остальных ПК на базе FX-51, показавших средний результат 152 с. Зато системы на базе Athlon 64 FX-51 действовали с большей скоростью в приложениях Photoshop и VideoWave, затратив 255 с и 75 с соответственно. Они были быстрее систем на основе Extreme Edition в VideoWave на 8% и в Photoshop — на 4%.

Если говорить об игровых тестах, то в них процессор, конечно, не самый главный испытуемый компонент. При высоких разрешениях быстродействие больше зависит от видеоплаты. При средней детализации 1024х768 точек и 16-битовой глубине цвета оказалось, что системы на базе Pentium 4 Extreme Edition и Athlon 64 FX-51 по быстродействию равны — 138 кадр./с. При более высоком разрешении 1280х1024 точки и 32-битовом цвете FX-51 несколько опережал соперника — 132 кадр./с против 129. Что же касается режима с разрешением 1600х1200 точек и 32-битовым цветом система на базе FX-51 добралась до 111 кадр./с, убежав от быстрейшего процессора компании Intel, выдавшего 108 кадр./с.

В тестах Unreal Tournament 2003 процессору AMD удалось развить большую прыть: 379 кадр./с (среднее по трем системам) при режиме с разрешением 1024х768 точек и 16-битовом цвете, опередив ПК на базе Pentium 4 Extreme Edition с его 340 кадр./с. При детализации 1024х768 точек и 32-битовом цвете системы на основе FX-51 пришли приблизительно на 8% быстрее (276 кадр. с. против 256). В режиме с разрешением 1280х1024 точки и 32-битовом цвете соревнование опять закончилось в пользу ЦП компании AMD, но на этот раз с преимуществом 6% (183 против 173 кадр./с.). При максимальном в наших тестах разрешении 1600х1200 точек и 32-битовом цвете отрыв составил 6% (131 кадр./с у FX-51 против 124 кадр./с. у Extreme Edition).

Взгляд украдкой на 64-битовую Windows

Новая 64-битовая версия Windows сохраняет некоторые черты Windows XP

Хотя первые ПК на базе 64-разрядных процессоров Athlon будут комплектоваться привычной Windows XP (32-разрядной ОС), полностью его возможности сможет использовать только Windows XP 64-bit Edition (64-битовая модификация), начало продаж которой Microsoft запланировала на I квартал 2004 г. Заметим, что ОС для Athlon 64 не поддерживает Itanium, и наоборот. Однако обновление Windows XP до 64-битовой версии может означать отказ от части функциональности без уверенности получить что-либо взамен. Фактически ХР 64 напоминает более старые версии, такие как Windows 2000 или даже 98. Пока еще Microsoft не объявила, какими функциями будет обладать новая ОС, возможно, в нее будут добавлены привычные функции Windows XP.

В 64-битовой версии, в отличие от 32-разрядной, не будут запускаться DOS-приложения и все 16-битовое ПО (правда, трудностей с 32-битовым не ожидается). Более острой проблемой в момент выхода новой ОС может стать нехватка драйверов, в частности для принтеров.

«Люди не должны ожидать поддержки всего имеющегося у них оборудования и запуска каждого нынешнего приложения, — считает Грег Силливан, ведущий менеджер по продажам Windows XP. — Однако, как и при выпуске предыдущей версии Windows, ОС будет включать некоторые драйверы».

Также не надейтесь найти эту ОС в широкой продаже. Планируется продавать ее лишь пользователям ПК с 64-разрядными процессорами. Что касается следующей версии Windows под кодовым названием Longhorn, которая ожидается не ранее 2005 г., то она также будет иметь 32- и 64-битовые модификации. Впрочем, ее 64-битовую версию также не планируется пускать в розничную продажу.

После запуска новой ОС переход на 64-разрядные вычисления займет еще немало времени, поскольку соответствующей версией XP заинтересуются только компьютерщики, имеющие 64-битовые приложения, которые будут появляться в течение еще пары лет.

Среди первых 64-битовых программ, скорее всего, будут игры и видеокодеры. Например, для Unreal Tournament 2003 его создатель, компания Epic Games, написала программное обновление, открывающее доступ к возможностям 64-разрядной архитектуры Athlon 64. Видеокодер Dr. DivX компании DivXNetworks будет поставляться в составе ПО к высокопроизводительным системам на базе Athlon 64. Соответственно Microsoft тесно сотрудничает с производителями плат видеозахвата и джойстиков, чтобы создать 64-битовые драйверы для этих устройств. Но даже если изготовители и снабдят игру серии Unreal соответствующей программой для 64-разрядной архитектуры, пользователи все равно не почувствуют значительной разницы между нею и 32-битовой версией. Тим Суини, основатель и ведущий программист Epic Games, полагает, что весь потенциал 64-разрядных вычислений удастся проявить только в следующем поколении игр, которое появится не ранее 2005 г.

Аналитик IDC Роджер Кэй считает, что понадобится не менее 18 месяцев для того, чтобы появились нужные программы и снизились цены на аппаратные средства, и тогда 64-разрядные вычисления придут в массовые модели ПК. «Дайте только срок», — подытоживает он.

У Apple тоже 64 разряда

Соперники: ПК Alienware Aurora и Apple Mac G5

Компания Apple начала свое путешествие в 64-разрядный мир с помощью Power Mac G5, однако ее заявления о самом производительном ПК кажутся бахвальством на фоне результатов Athlon 64 FX-51. Даже двухпроцессорная система на базе 2-ГГц G5 не смогла одержать победу в большинстве тестов, соперничая с FX-51. Сразу оговоримся, что тесты не были всесторонними. После консультации с коллегами из дружественного издания Macworld мы отобрали четыре приложения, доступные для обеих платформ. На их основе и были составлены тестовые программы. К сожалению, PC WorldBench 4 недоступен на платформе Mac. Новые компьютеры Mac не сильно отличаются по цене — самая дорогая модель в линейке стоит 3549 долл., т. е. приблизительно на 200 долл. дороже, чем аналогично сконфигурированный Alienware Aurora.

Тандем процессоров G5 смог отстоять только одну территорию — тесты Photoshop он закончил за 18 с, приблизительно на 17% быстрее, чем система Aurora, — 21 с. Последним приплелся 1,8-ГГц однопроцессорный ПК на базе G5 (2999 долл.), затративший на этот тест 27 с.

В остальных испытаниях Alienware оказался скорее, причем особенно отличился в подтесте QuickTime испытания Premiere (см. таблицу).

ОС уже готова

Подобно 64-разрядному Athlon, процессор G5 (создан совместно фирмами Apple и IBM) способен запускать 32- и 64-битовые приложения. Тем не менее пока покупатели Athlon дожидаются от Microsoft 64-битовой Windows XP (или выбирают 64-битовый Linux), пользователи Mac G5 уже имеют 64-битовое расширение своей ОС. Это произошло благодаря одновременному с Mac G5 выпуску модифицированной версии операционной системы Mac OS X, носившей ранее кодовое название Jaguar («Ягуар»). В скором времени Apple планирует анонсировать другую модификацию ОС под кодовым именем Panther («Пантера»), обеспечивающую самую широкую поддержку 64-разрядным вычислениям.

Владельцы G5 столкнулись с той же проблемой, что и покупатели Athlon 64, — скудный набор 64-битового ПО. Из наиболее заметных программ отметим появление дополнения к Photoshop 7.0.1, позволяющего более полно использовать возможности G5. По мнению Кевина Крюэла из MDR, несмотря на скорый выход полноценной 64-битовой ОС компании Apple, пройдет, видимо, еще не менее года, прежде чем появится достаточное количество соответствующего ПО как для G5, так и для Athlon 64. Он добавляет, что в первую очередь ожидается появление мультимедийных приложений, поскольку Apple имеет влияние на этот рынок. Кроме того, производители подобного ПО всегда рады увеличить объемы обрабатываемой информации.

64-разрядный Athlon блистает в графических приложениях...

... и в играх тоже

Дополнение. Пока версталась эта статья, Intel выпустила новый процессор Pentium 4 Extreme Edition.
Как мы тестировали. Все испытываемые ПК были оснащены 1-Гбайт памятью. Компьютер компании ABS включал 128-Мбайт Radeon 9800 Pro, а остальные машины — 256-Мбайт. Все системы запускались под управлением ОС Windows XP Home; исключение составила лишь Alienware Aurora, работавшая в среде Windows XP Professional. Все ПК включали RAID-массив из жестких дисков с частотой вращения 7200 об/мин, у Voodoo — 10 000 об/мин.
Использовался тест PC WorldBench 4, основанный на выполнении реальных приложений. В разделе AutoCAD показано время выполнения 15 CAD-тестов организации AutoDesk Group International. В Musicmatch Jukebox 7.1 конвертировались шесть WAV-файлов в 160-кбит/с МР3-файлы, которые затем переконвертировались в 64-кбит/с.
В тесте Adobe Premiere 6 мы подсчитали время создания двух видеороликов и одного аудиотрека и последующего «склеивания» в один фильм (в разных форматах).
Тест Photoshop 7.0.1 заключался в повороте изображения в JPEG-файле и его последующем сохранении в EPS-файле. Также на картинку накладывались различные фильтры и измерялось общее время этого процесса. В испытании VideoWave 1.5 определялись длительность получения видеоряда в AVI-файле, добавления эффектов и конвертирования в формат MPEG-2 с помощью кодека DivX. В игре Return to Castle Wolfenstein мы измеряли скорость воспроизведения записанного деморолика. Тест Unreal Tournament 2003 показывает скорость смены кадров при прохождении (пролете) первого уровня игры.
Тесты созданы тестовым центром PC World.
Примечание. Для PC WorldBench 4 и игр лучшим является наибольший показатель, а для остальных тестов — наименьший. Все лучшие результаты выделены жирным шрифтом.

Apple G5 против Athlon 64 — без шансов

Apple Power Mac проявил себя с лучшей стороны в Photoshop, но в остальных тестах выиграть у 64-разрядного Athlon ни разу не смог.

Методика тестирования. В Adobe Premiere мы измеряли время рендеринга нашего файла, а также длительность конвертирования видеоролика (разрешение 720х480 точек, скорость 30 кадр./с) в файл формата QuickTime. В тесте Photoshop мы подсчитывали время применения десяти фильтров к 50- и 150-Мбайт файлам. В Word измерялась длительность операции поиска и замены в 1437-страничном документе, а также продолжительность автосуммирования в 210-страничном файле. В тесте Quake III мы использовали четвертый деморолик полной версии игры 1.32. При обоих разрешениях настройки ставились в режим наилучшего качества изображения, а затем записывалась средняя скорость проигрывания ролика.
Все компьютеры имели 1-Гбайт ОЗУ и видеоплату ATI Radeon 9800 Pro. В модели Mac были установлены графические адаптеры с максимальным объемом памяти 128 Мбайт, тогда как самые совершенные ПК оснащены 256-Мбайт версией Radeon 9800 Pro. Вдобавок большинство моделей с х86-совместимыми процессорами были снабжены RAID-системой, которой не было у компьютеров Apple, и потому для более корректного сравнения в тестирование была добавлена модель Alienware Aurora без RAID и со 128-Мбайт Radeon 9800 Pro.
Тесты для ПК подготовлены тестовым центром PC World; тесты для систем Apple — тестовой лабораторией Macworld.
Примечание: В Quake III лучший результат — наибольший, в остальных случаях — наименьший. Все лучшие результаты выделены жирным шрифтом.