Двухканальная DDR2-800/1066 на платформах Intel Core 2 Extreme QX9770 / Intel X48 и AMD Phenom X4 — первые результаты тестов в RightMark Memory Analyzer
Особенный энтузиазм представляют исследования многоядерных платформ AMD с встроенным контроллером памяти DDR2(начиная с платформы «AM2»). На этих платформах в принципе вероятно полное раскрытие потенциала ПС подсистемы памяти вследствие неимения «узкого места» в виде системной шины, общей для всех ядер процессора, теоретическая ПС которой оказывается заранее ниже теоретической ПС двухканальной DDR2. Тем не наименее, наши 1-ые исследования представителей платформы AMD «AM2» — процессоров Athlon 64 X2 и Athlon 64 FX с частотой ядра от 2.0 до 2.8 ГГц проявили, что достижимые на практике величины ПСП на данной платформе оказываются веско ниже собственного теоретического предела и напрямую зависят от частоты процессорного ядра и контроллера памяти. Как выяснилось, предпосылкой этого является сравнимо тесная(64-битная двунаправленная)шина L1-L2 кэша ядра процессора, действенная ПС которой оказывается ниже, чем теоретическая ПСП двухканальной DDR2-800. В связи с сиим, дальше мы в первый раз предприняли попытку изучить «многоядерный» доступ к памяти, в данном случае — со стороны 2-ух потоков, сразу выполняемых на обоих ядрах процессора. Применение такового варианта доступа в память обязано было снять ограничение, связанное с узостью шины L1-L2 кэша ядра процессора, так как каждое ядро процессоров Athlon 64 X2 имеет собственные L1- и L2-кэши. Но наблюдаемое нами увеличение ПСП при переходе от «одноядерного» доступа в память к «двухъядерному» нельзя было именовать веским — так, в тестах чтения данных с программной предвыборкой прирост составил не наиболее 15%, а безусловный показатель ПСП не превысил 70% от теоретического значения. Явно, на этот разов «узким местом» системы выступил теснее сам встроенный контроллер памяти.
Таковым образом, в наших прошлых исследованиях мы проявили, что раскрытию высочайшего высокоскоростного потенциала двухканальной DDR2-800(и, в необыкновенности, ее наиболее скоростных вариантов)на платформах Intel препятствует сравнимо «узкая» системная шина, общественная для всех ядер процессора, а на платформах AMD «AM2» — несколько обветшавшая архитектура ядра процессоров AMD Athlon 64 X2(не претерпевшая существенных конфигураций с выхода первых моделей Athlon 64), а также предел эффективности интегрированного контроллера памяти DDR2. В этом отношении, великие надежды можнож ложить на новое поколение платформ Intel и AMD. 1-ая из их представлена четырехъядерным процессором Intel Core 2 Extreme QX9770 с тактовой частотой 3.2 ГГц, основанном на новеньком 45-нм ядре Yorkfield и чипсетом Intel X48. Частота системной шины этого процессора и чипсета сочиняет 400 МГц, и ее ПС в точности подходит ПСП двухканальной DDR2-800. 2-ая из платформ базирована на инженерном образчике 2.4-ГГц процессора не так давно анонсированной линейки четырехъядерных процессоров AMD Phenom X4. В этих процессорах конфигурации коснулись как архитектуры ядра(в частности и в необыкновенности, его «узкого места» — шины L1-L2 кэша данных), так и интегрированного контроллера памяти.
Память: 2x1 ГБ Corsair DOMINATOR XMS2-9136C5D в режиме DDR2-1066, тайминги 5-5-5-15-2T
Intel Core 2 Extreme QX9770 / Intel X48
На данной платформе мы употребляли двухканальную память типа DDR2-800, так как, как было отмечено выше, теоретическая ПС этого типа памяти схожа теоретической ПС 400-МГц системной шины. Вследствие этого достигается синхронный режим ее работы(соотношение частот FSB:DRAM = 1:1), лучший с точки зрения производительности подсистемы памяти.
Измерения проводились с поддержкою вспомогательного прибора RightMark Multi-Threaded Memory Test в нескольких режимах доступа к памяти: однопоточном, двухпоточном со стороны 2-ух ядер общего физического ядра и 2-ух ядер различных физических ядер процессора(напомним, что четырехъядерные процессоры Intel Core 2 представляют собой как бы два двухъядерных процессора, «прикрепленных» к общей системной шине), а также в четырехпоточном со стороны всех 4 ядер процессора. Во всех вариантах, размер тестируемого блока памяти сочинял 64 МБ(поделенных поровну на количество потоков, к примеру, 32+32 МБ при двухпоточном доступе)и измерялись последующие характеристики: пропускная способность памяти на «обычное» чтение данных(Read)и чтение с программной предвыборкой(Read PF), на «обычную» запись данных(Write)и запись в режиме прямого сохранения, избегая все уровни кэш-памяти процессора(Write NT).
Объединенный итог тестирования представлен на диаграмме. В критериях однопоточного доступа настоящая ПСП добивается величин порядка 6.7 ГБ/с(обыденное чтение)— 7.3 ГБ/с(чтение с программной предвыборкой). Нельзя сказать, что они сильно различаются от значений, обычных для прошлых поколений платформ Intel Core 2(в нашем прошедшем исследовании они сочиняли 6.0 — 6.8 ГБ/с). ПСП при обыкновенной записи данных добивается уровня 2.8 ГБ/с, обычного для платформ Intel, но более занимательный итог указывает измерение ПСП при записи данных способом прямого сохранения, в котором достигается величина порядка 8.3 ГБ/с(65% от теоретической ПСП). Ежели вспомнить, что величина ПСП при записи данных способом прямого сохранения данных на платформах Intel(начиная с процессоров семейства Pentium 4 и включая процессоры семейства Core 2)ограничена 2/3 теоретической ПС системной шины, данный итог можнож считать прямым доказательством высочайшей эффективности новейшей 400-МГц системной шины платформы Intel Core 2 Extreme QX9770 / Intel X48.
Осмотрим результаты тестов двухпоточного обращения к памяти, выставленные 2-мя вариациями — доступом со стороны 2-ух ядер 1-го физического ядра(«2 потока, общее ядро»)и 2-ух ядер различных физических ядер процессора(«2 потока, различные ядра»). Просто увидеть, что чтение данных 2-мя ядрами 1-го и того же физического ядра процессора приводит к достижению наименьших величин ПСП на чтение по сопоставлению с чтением данных 2-мя ядрами различных физических ядер процессора. Причина этого явления довольно явна: в первом случае два потока теста в одинаковой ступени делят меж собой общий 6-МБ L2-кэш 1-го из физических ядер процессора, во втором случае каждому из потоков становится доступно по 6 МБ L2-кэша подходящего физического ядра(т.е. в сумме двум потокам теста оказываются доступны все 12 МБ L2-кэша процессора). Великая кэшируемость данных приводит к великим величинам ПСП, желая и не связанных напрямую с чертами самой подсистемы памяти. Что занимательно, обратный эффект наблюдается при записи данных — двухпоточный доступ со стороны различных физических ядер процессора приводит к величине ПСП(2.62 ГБ/с), даже наименьшей по сопоставлению с ПСП на «однопоточную» запись данных(2.78 ГБ/с), и веско наименьшей по сопоставлению с ПСП, достигаемой при «двухпоточной» записи данных со стороны 2-ух ядер 1-го и того же физического ядра процессора(3.46 ГБ/с). Вероятно, это соединено с синхронизацией содержимого L2-кэшей процессора, которая исполняется с приметно большей эффективностью при утилизации только 1-го обобщенного L2-кэша 1-го из физических ядер процессора.
Что дотрагивается результатов четырехпоточных тестов при одновременном доступе к памяти со стороны всех 4 ядер, мудро ждать, что подходящие величины ПСП окажутся «где-то посередине» меж величинами ПСП двухпоточного доступа со стороны 2-ух ядер общего физического ядра и различных физических ядер процессора. Как демонстрируют результаты наших тестов, на практике приблизительно так оно и оказывается. Немножко настораживают, но, очень достижимые настоящие значения ПСП, которые при двух- и четырехпоточном доступе, во-первых, не сильно выигрывают по сопоставлению с ПСП при однопоточном доступе(наибольший прирост сочиняет не наиболее 25%), а во-вторых, оказываются по-прежнему далеки от теоретической ПС системной шины и памяти. Лучший итог настоящей ПСП, показанный при двухпоточном чтении данных с программной предвыборкой различными физическими ядрами(9.14 ГБ/с)сочиняет только 71% от теоретического значения. Окончательно, этот итог превысил рекорд, ранее достигнутый на платформах Intel Core 2 с 266-МГц системной шиной(8.33 ГБ/с), но он не добивается даже теоретической ПС, присущей 333-МГц системной шине и/или двухканальной памяти типа DDR2-667(10.67 ГБ/с). Выходит, что подсистема памяти платформы Intel Core 2 все же несколько выигрывает от применения «широкой» 400-МГц системной шины, но в очень незначимой ступени.
AMD Phenom X4 2.4 ГГц
Напомним, что в новейших процессорах AMD претерпели конфигурации как архитектура ядра(до этого всего, нас на данный момент интересует его «узкое место» — шина L1-L2 кэша данных), так и встроенный контроллер памяти. Начнем с короткого рассмотрения шины L1-L2 кэша данных ядра процессора(ее наиболее полное исследование мы проведем при наиболее детализированном знакомстве с архитектурой ядра Phenom). Итог измерения ПС данной шины приведен ниже.
Просто убедиться, что эффективность данной шины веско возросла — ее ПС добивается практически предельного значения(для 128-разрядной шины)7.99 байт/такт(15.98 байт/такт с учетом эксклюзивной организации кэша данных, при которой пересылка каждой строчки кэша из L2 в L1 сопровождается вытеснением менее подходящей строчки кэша из L1 и L2)при считывании данных, и приблизительно 4.7(9.4)байт/такт при записи данных. Подходящие характеристики процессоров Athlon 64 X2 оказываются приметно ниже и сочиняют приблизительно 4.75(9.5)байт/такт при операциях чтения и 4.55(9.1)байт/такт при операциях записи.
В рамках истинного исследования еще наиболее приметным оказывается показатель ПС шины L1-L2 кэша данных процессоров Phenom, выраженный в ГБ/с(т.е. с привязкой к частоте ядра процессора). В нашем случае(частота ядра 2.4 ГГц)он сочиняет очень внушительную величину порядка 19.25 ГБ/с, что приметно выше даже по сопоставлению с теоретической ПС двухканальной памяти DDR2-1066(приблизительно 17.6 ГБ/с). Таковым образом, мы можем сказать, что шина L1-L2 кэша данных в процессорах AMD Phenom теснее перестает быть «узким местом» системы, предоставляя достаточный запас по скорости передачи данных.
Мудро предположить, что увеличение эффективности шины кэша данных процессора AMD Phenom(по сопоставлению с шиной кэша данных процессоров семейства Athlon 64)соединено с конфигурацией типа ее организации при сохранении ее явной 128-битной разрядности. Для проверки этого догадки мы пользовались тестом прибытия данных по шине L1-L2, итог которого представлен на рисунке.
Полная количественная интерпретация этого результата востребует наиболее детализированного знакомства с архитектурой ядра Phenom(исследованию которой будет посвящена отдельная статья), тут же отметим, что достаточно низкие значения «суммарной латентности» 2-ух обращений к элементам данных строчки L2-кэша при прямом и обратном обходе и их фактически полная нечувствительность к расстоянию меж элементами данных(ось абсцисс на графике)показывает на реализацию аппаратной предвыборки данных на уровне L2-кэша ядра процессора — в первый раз для процессоров AMD. Наиболее правдоподобные значения латентности 2-ух обращений и великую чувствительность к изменению расстояния меж элементами данных демонстрируют кривые псевдослучайного и случайного доступа, на которых приметно 1-тактное увеличение латентности при смещении 2-го элемента условно 1-го на 48 б и наиболее. А это значит, что шина L1-L2 кэша данных ядра процессора Phenom способна переслать до 48 б данных за 3 такта доступа в L1-кэш(латентность которого по-прежнему сочиняет 3 такта), т.е. ее действенная ПС «в одну сторону» сочиняет 48/3 = 16 байт/такт(действенная разрядность — 128 бит). Напомним, что действенная ПС шины L1-L2 кэша данных процессоров семейства Athlon 64 «в одну сторону» сочиняет всего 8 байт/такт(действенная разрядность — 64 колочена). Отсюда мы можем заключить, что в новейших процессорах AMD Phenom организация шины L1-L2 кэша данных вправду претерпела конфигурации — она перевоплотился из 64-битной двунаправленной шины(обыкновенной для процессоров семейства Athlon 64)в 128-битную однонаправленную.
Осмотрим сейчас встроенный контроллер памяти новейших процессоров AMD Phenom X4. Сообразно документации, он может работать с памятью типа DDR2(включая память неофициального эталона DDR2-1066), а также DDR3, но доступные в истиннее время модели процессоров AMD Phenom X4 поддерживают лишь DDR2. Встроенный контроллер памяти состоит из 2-ух отдельных 64-битных контроллеров DDR2, в связи с чем можнож представить три варианта его функционирования:
Одноканальный режим, когда активным(«заселенным» модулями памяти)оказывается только один из 64-битных контроллеров;
Двухканальный спаренный режим(ganged mode), встроенный контроллер памяти «виден» процессору как единичный 128-битный контроллер;
Двухканальный распаренный режим(unganged mode), встроенный контроллер памяти представлен процессору как два самостоятельных 64-битных контроллера.
Одноканальный режим на нынешний день не представляет великого практического энтузиазма, как и одноканальный режим функционирования памяти DDR2 вообщем. Так именуемый спаренный(ganged)режим представляет собой обыкновенный двухканальный режим функционирования памяти — при этом два 64-битных контроллера «заселены» схожими модулями памяти(по собственному типу, высокоскоростным чертам, размеру и физической организации), а действенная ширина шины памяти сочиняет 128 бит(по 64 бит на каждый контроллер). Наиболее занимательным является новейший, распаренный режим функционирования интегрированного контроллера памяти, занимающий промежуточное положение меж подлинно двухканальным(спаренным)и одноканальным режимами. При этом каждый из 64-битных контроллеров могут быть «заселены» памятью 1-го типа(DDR2 или DDR3 для будущих моделей процессоров, но не DDR2 и DDR3 сразу)и высокоскоростной категории(к примеру, DDR2-800), но различного размера и/или физической организации, и работают самостоятельно. Разрядность шины памяти при этом сочиняет 64 колочена — на 1-ый взор, это малюсенько чем различается от одноканального режима работы. Это вправду так при обращении 1-го ядра процессора к одному участку данных в памяти, но при снятии этих ограничений(т.е. при осуществлении одноядерного или многоядерного доступа к данным, размещенным в разных областях памяти)вероятно одновременное обращение к обоим 64-битным контроллерам памяти, что мы увидим ниже при рассмотрении результатов многопоточных тестов.
Еще одним главным новшеством интегрированного контроллера памяти процессоров семейства AMD Phenom X4 является наличие L3-кэша данных, который относится конкретно к интегрированному контроллеру памяти и почему является общим для всех 4 самостоятельных ядер процессора, владеющих своими L1- и L2-кэшами(в нашем случае — объемом 64 и 512 КБ, соответственно).
Перейдем к результатам тестов подсистемы памяти. Так как встроенный контроллер памяти AMD Phenom X4 поддерживает как DDR2-800, так и DDR2-1066, мы провели испытания с ролью обоих типов памяти(DDR2-800 и DDR2-1066). Испытания проводились как в спаренном(ganged), так и в распаренном(unganged)режимах работы контроллера, при доступе в память 1-го ядра процессора(однопоточный тест)и всех 4 ядер(многопоточный тест). Как и в проводимых ранее тестах, размер тестируемого блока памяти сочинял 64 МБ(16+16+16+16 МБ при четырехпоточном доступе)и измерялись характеристики пропускной возможности памяти при «обычном» чтении данных(Read)и чтении с программной предвыборкой(Read PF), а также при «обычной» записи данных(Write)и записи способом прямого сохранения(Write NT).
При однопоточном доступе к памяти типа DDR2-800 новейший Phenom X4 в «спаренном» режиме работы контроллера указывает приметно лучший итог при «обычном» чтении данных по сопоставлению с равночастотным Athlon 64 X2 4800+, участвующем в нашем прошедшем исследовании — 6.3 ГБ/с против 3.9 ГБ/с. Более возможно, так сказывается воздействие новейшей, приметно наиболее действенной шины памяти L1-L2 кэша ядра процессора. Но то же самое нельзя сказать о ПСП на чтение данных с программной предвыборкой — она оказывается очень маленький сама по себе(показывает маленький прирост по сопоставлению с ПСП на «обычное» чтение данных — 7.4 против 6.3 ГБ/с), и даже наименьшей по сопоставлению с ПСП на чтение данных с программной предвыборкой на Athlon 64 X2(7.6 ГБ/с). Приметно наименьшей, по сопоставлению с Athlon 64 X2, оказывается и ПСП на запись данных способом прямого сохранения(5.0 против 6.9 ГБ/с). Таковым образом, в критериях однопоточного доступа новейший Phenom X4 в «спаренном» режиме работы контроллера указывает очень разноплановую картину. Что дотрагивается распаренного режима работы интегрированного контроллера памяти процессора, то наблюдаемое в этом случае величин ПСП на чтение является очень закономерным, так как в данном случае(однопоточный доступ, один блок памяти)таковой режим работы контроллера, практически, подобен одноканальному режиму работы, теоретическая ПСП в котором сочиняет всего 6.4 ГБ/с. Несколько великая величина наибольшей настоящей ПСП на чтение(6.7 ГБ/с)обуславливается воздействием L3-кэша контроллера памяти процессора.
Заметим, что память типа DDR2-1066 в критериях наших тестов реально работает на частоте 480 МГц, т.е. в режиме «DDR2-960»(частота контроллера памяти 2400 МГц, делитель частоты = 5)с теоретической пропускной способностью 7.68 ГБ/с в одноканальном режиме и 15.36 ГБ/с в двухканальном. 1-ое, что кидается в глаза при рассмотрении результатов однопоточных тестов DDR2-1066 — это величины ПСП на запись данных способом прямого сохранения, которые оказываются фактически одинаковыми величинам ПСП, достигаемым в этом тесте с памятью типа DDR2-800. Другими словами, они не зависят от частоты памяти и указывают на некоторое новое ограничение, по-видимому, присутствующее в самом ядре процессора(напомним, что на равночастотном Athlon 64 X2 4800+ достигаются великие значения этого показателя). В то же время, величины ПСП на чтение(«спаренный» режим контроллера)закономерно вырастают: с 6.3 до 7.0 ГБ/с при «обычном» чтении и с 7.4 до 8.3 ГБ/с при чтении с программной предвыборкой. Но идет увидеть, что условный прирост ПСП(приблизительно на 11% в обоих вариантах)оказывается наименьшим по сопоставлению с приростом в частоте памяти(с 400 до 480 МГц, т.е. на 20%). В распаренном режиме работы контроллера опять наблюдаются величины ПСП, обычные для одноканального режима работы DDR2-1066(несколько завышенные из-за воздействия L3-кэша).
Перейдем к рассмотрению результатов тестов многопоточного доступа в память(двухпоточного в случае Athlon 64 X2, четырехпоточного — для Phenom X4, который, как демонстрируют наши измерения, дает несколько лучшие результаты по сопоставлению с доступом в память только со стороны 2-ух ядер процессора). В тестах DDR2-800 превосходства новейшего процессора AMD Phenom X4 явны: настоящая ПСП на чтение сочиняет величины порядка 10.6-10.9 ГБ/с(против 6.8 ГБ/с на Athlon 64 X2); величины того же порядка достигаются и при использовании программной предвыборки данных(10.8-11.0 ГБ/с), что опять разговаривает о сравнимо низкой эффективности заключительней. Но результаты наибольшей настоящей ПСП сами по себе, достигающие порядка 85% от теоретического максимума ПСП DDR2-800, разговаривают о очень успешной реализации новейшего интегрированного контроллера памяти процессоров семейства Phenom X4. Не наименее главно подробнее остановиться на том, что распаренный режим работы контроллера, который в однопоточных тестах практически равнялся к одноканальном режиму работы памяти, наиболее таким не является и в большинстве тестов показывает даже несколько лучший итог. Причина этого явления довольно явна: в многопоточном тесте каждое из ядер процессора обращается к собственному блоку данных, и каждое из ядер «обслуживается» своим контроллером памяти(к примеру, 1-ое и 2-ое ядро обращается к первому контроллеру, а третье и 4-ое — ко второму).
Превосходства распаренного режима работы контроллера с личным «обслуживанием» ядер процессора 2-мя самостоятельными 64-битными контроллерами над спаренным режимом с представлением единичного 128-битого контроллера всем ядрам процессора стают еще наиболее явными при переходе от DDR2-800 к DDR2-1066(960). В этом случае величина ПСП на чтение с программной предвыборкой добивается впечатляющего значения — 13.14 ГБ/с. Это сочиняет приблизительно 85% от теоретической ПС двухканальной «DDR2-960» — схожий предел достигался и в тестах DDR2-800, самостоятельно от режима работы контроллера. Но в спаренном режиме для «DDR2-960» очень достижимая ПСП сочиняет только 11.4 ГБ/с, т.е. приблизительно 74% от теоретического максимума.
Заключение
Обе из осмотренных в истинном исследовании новейших платформ Intel и AMD оказались способны, в той либо другой ступени, приблизиться к раскрытию высокоскоростного потенциала DDR2-800 и ее наиболее больших высокоскоростных категорий. Внедрение 400-МГц системной шины на платформе Intel Core 2 Extreme QX9770 / Intel X48 позволило снять обыкновенное ограничение на пропускную способность памяти, так как пропускная способность данной шины сравнялась с пропускной способностью двухканальной DDR2-800. Но нельзя сказать, что это привело к кардинальному увеличению наибольшей ПСП, реально достигаемой в тестах — она составила величину порядка 9.14 ГБ/с, т.е. всего 71% от теоретического максимума. Явно, что еще наименьшее раскрытие высокоскоростного потенциала памяти на данной платформе идет ждать при использовании наиболее скоростных типов памяти DDR2 и, в необыкновенности, DDR3, так как в этом случае 400-МГц системная шина окажется вприбавок ограничителем пропускной возможности подсистемы памяти.
Невзирая на отдельные аспекты(к примеру, сравнимо низкой эффективности программной предвыборки данных, а также ограничение со стороны ядра на ПСП при записи данных способом прямого сохранения), новенькая платформа AMD Phenom X4 смогла достичь веско наиболее впечатляющего раскрытия высокоскоростного потенциала DDR2-800 и DDR2-1066. Наблюдаемый в целом прирост в настоящей ПСП при однопоточном доступе в память является наградой новейшей 128-битной однонаправленной шины L1-L2 кэша данных ядра процессора, а веский прирост в ПСП при многопоточном доступе — следствием наиболее действенной реализации интегрированного контроллера памяти. Отдельного внимания заслуживает новейший «распаренный»(unganged)режим работы этого контроллера, при котором встроенный контроллер представлен 2-мя самостоятельными 64-битными контроллерами, способными сразу обслуживать запросы в память различных ядер процессора. Как демонстрируют результаты наших тестов, таковой режим работы контроллера является практически одноканальном при однопоточном доступе к одному блоку данных в оперативной памяти(и показывает подходящие величины настоящей ПСП). Но он становится веско наиболее действенным при многопоточном доступе к нескольким блокам данных и даже превосходит по собственной эффективности «спаренный»(ganged)режим работы контроллера, который можнож осматривать как классический вариант 128-битного двухканального контроллера памяти. Необыкновенно видна эффективность распаренного режима работы контроллера при использовании наиболее скоростной памяти вроде DDR2-1066, в котором он способен достичь величин настоящей ПСП, сочиняющей приблизительно 85% от теоретического максимума. Настолько веское раскрытие настоящего потенциала DDR2-800 и DDR2-1066 мы смотрим в первый раз, и мы наконец-то можем сказать, что встроенный контроллер памяти процессоров AMD наконец-то оказался способен показать свое бесспорное превосходство над традиционной шинной архитектурой, применяемой в платформах Intel.
-Ежели вы желаете выяснить, что на самом деле мыслит дама, глядите на нее, но не слушайте.(Оскар Уайльд)
