dyniu
15-09-2011, 10:00
Klub 8+ GHz
...jest bardzo ekskluzywny. Do dziś należało do niego 19 osób (i trochę więcej procesorów) na całym świecie. Poprzedni rekord świata należał do łotewskiego podkręcacza Tarakana, który osiągnął taktowanie procesora Celeron 352 na poziomie 8308,9 MHz. Cały ranking można obejrzeć na stronie HWBot.org (http://hwbot.org/benchmark/cpu_frequency/). Uważny czytelnik szybko zauważy, że niekwestionowanymi królami zawrotnych częstotliwości były do tej pory procesory Celeron i Pentium 4 oparte na 65-nanometrowym jądrze Cedar Mill i architekturze NetBurst. Spośród nich najpopularniejsze były Celerony 356, 352 i 346.
Dlaczego takie stare procesory wciąż królowały, skoro na rynku są już układy znacznie bardziej zaawansowane technicznie? Podstawowym powodem są różnice w architekturze, a konkretnie: w długości potoku wykonawczego, czyli liczbie etapów, jakie musi przejść jedna instrukcja od pobrania jej z pamięci do zapisania w pamięci jej wyniku. Do wykonania instrukcji potrzeba określonej liczby obwodów elektrycznych. Instrukcja przesuwa się o jeden etap potoku wykonawczego co określoną liczbę cykli zegara. Im więcej etapów w potoku wykonawczym, tym mniej pracy musi wykonać każdy z nich. Mniej pracy oznacza mniej obwodów, czyli mniej tranzystorów. Im mniej tranzystorów, tym mniej czasu potrzeba, żeby sygnał (na przykład logiczna jedynka) rozpropagował się po całym obwodzie. Jeśli wszystkie tranzystory w danym etapie potoku wykonawczego przełączają się po krótszym czasie, to można szybciej zacząć kolejny cykl zegara i przesunąć instrukcję dalej. To powoduje, że im dłuższy potok wykonawczy, tym wyższe częstotliwości może osiągać procesor.
Niektórzy z pewnością pamiętają wprowadzenie na rynek procesorów Pentium 4, które dzięki dwa razy dłuższemu potokowi (20 etapów) niż w Pentium III od początku osiągały znacznie wyższe częstotliwości, choć były wykonane w tym samym procesie produkcyjnym. Architektura Pentiumów 4 (NetBurst) osiągnęła szczyt swojego osobliwego rozwoju w jądrze Cedar Mill, w którym potok wykonawczy miał długość 31 etapów. Spośród procesorów z jądrem Cedar Mill Celerony miały najwolniejsze taktowanie szyny FSB, więc musiały mieć wysokie mnożniki, żeby osiągnąć takie częstotliwości działania jak Pentiumy z tej samej rodziny. Wysoki mnożnik ułatwia podkręcanie, bo nawet niewielkie przyspieszenie FSB daje duży wzrost szybkości taktowania procesora. Do tego Celerony miały pamięć podręczną o mniejszej pojemności niż Pentiumy – czyli składały się z mniejszej liczby tranzystorów, wydzielały mniej ciepła i łatwiej było znaleźć wśród nich wyjątkowy, rekordowy egzemplarz.
Poniżej przedstawiamy najwyższe częstotliwości kiedykolwiek osiągnięte przez procesory w poszczególnych architekturach:
http://img37.imageshack.us/img37/3936/mhz.png
AMD Bulldozer ma coś wspólnego z NetBurstem: długi potok wykonawczy. Nie podano dokładnej liczby etapów, ale szacuje się, że jest ich ok. 1/3 więcej niż w procesorach Phenom II (12 etapów dla instrukcji stałoprzecinkowych). Do tego jądra Bulldozer z pewnością są zoptymalizowane pod kątem wysokich częstotliwości taktowania również w dziedzinie przestrzennego projektowania obwodów i samej techniki produkcji. AMD ostatnio kładzie na te aspekty duży nacisk, co widać po procesorach Llano (Fusion A8 i A6) oraz Brazos (Fusion E). Szybkie zegary taktujące nie kojarzą się entuzjastom najlepiej od czasów wspomnianych Pentiumów 4, ale same w sobie o niczym nie świadczą. Większość problemów Pentium 4 wynikała z innych cech jego mikroarchitektury i nie była związana z wysokimi częstotliwościami taktowania. Niektóre „demony prędkości” odnoszą na rynku znaczne sukcesy – na przykład procesory POWER7 (http://en.wikipedia.org/wiki/POWER7) firmy IBM.
Ciekły hel
Jak wspomnieliśmy, rezultat uzyskano przy wykorzystaniu chłodzenia ciekłym helem. To sposób znacznie trudniejszy i mniej popularny, niż pokazywane czasami na PCLab.pl chłodzenie ciekłym azotem (temperatura parowania: –196°C). Skroplony azot można przechowywać pod ciśnieniem atmosferycznym w naczyniu dewara, które w uproszczeniu jest po prostu ogromnym termosem. Ze zwykłego termosu można go po prostu wlewać do miedzianego kontenera zamontowanego na procesorze, gdzie azot gotuje się zupełnie jak woda w garnku i parując, odbiera ciepło. Praktycznie nieograniczone ilości azotu można stosunkowo łatwo pozyskać wprost z powietrza, w którym jest go niemal 80%.
Dla odmiany hel stanowi nieco ponad 0,0005% objętości powietrza, a jego temperatura skraplania wynosi –269°C. To powoduje że znacznie trudniej go otrzymać, a ceny rynkowe są znacznie wyższe od cen azotu i podlegają znacznym wahaniom. Skroplony hel ma dużo mniejszą pojemność cieplną i po odparowaniu zwiększa swoją objętość znacznie bardziej niż azot. Trzeba go przechowywać w dewarach ciśnieniowych, które muszą być wytrzymalsze (a więc i droższe) niż te do azotu czy tlenu. To wszystko powoduje, że porcja ciekłego helu wystarczająca na ok. 90 minut podkręcania kosztuje około 10 000 zł, podczas gdy azot na tyle samo czasu można kupić za grosze (ok. 20 zł).
Żeby zminimalizować straty i najlepiej wykorzystać cenny hel, podkręcacze w siedzibie AMD wstrzykiwali go pod ciśnieniem w system kanalików zamontowany na dnie tradycyjnego kontenera do ciekłego azotu. Kontener jest jednym z produktów firmy LN2Cooling (http://www.ln2cooling.com/) i był już publicznie używany dwa lata temu, podczas pokazu podkręcania Phenomów II z wykorzystaniem ciekłego helu. My też na pewno spróbujemy szczęścia i sprawdzimy swoje umiejętności w podkręcaniu Bulldozerów – na razie wspólnie z Wami czekamy, aż się pojawią. Jeżeli 32-nanometrowy proces produkcyjny firmy GlobalFoundries polepszy się z czasem tak samo jak jej proces 45-nanometrowy, to parę miesięcy po wprowadzeniu nowych układów można się spodziewać jeszcze lepszych wyników. Zanim pojawiły się w sprzedaży Phenomy II, osiągnięto dzięki nim 6,4 GHz na ciekłym helu, a rekordowe taktowanie Phenoma II wynosi teraz 7378 MHz (http://hwbot.org/submission/2196511_mad222_cpu_frequency_phenom_ii_x4_955_be_7 378.25_mhz) – o prawie gigaherc więcej. Czyżby 9 GHz było w zasięgu? Przekonamy się...
Zaproszeni do laboratorium AMD w Teksasie podkręcacze Brian McLachlan (Chew*) i Sami Mäkinen (Macci) po krótkich przygotowaniach zmusili ośmiordzeniowy procesor AMD FX-8150 do działania z częstotliwością 8429 MHz. Jest to najszybsze taktowanie procesora x86, jakie kiedykolwiek osiągnięto – zostanie dziś wpisane do Księgi Rekordów Guinnessa. Przygotowano krótki film pokazujący to wydarzenie:
...jest bardzo ekskluzywny. Do dziś należało do niego 19 osób (i trochę więcej procesorów) na całym świecie. Poprzedni rekord świata należał do łotewskiego podkręcacza Tarakana, który osiągnął taktowanie procesora Celeron 352 na poziomie 8308,9 MHz. Cały ranking można obejrzeć na stronie HWBot.org (http://hwbot.org/benchmark/cpu_frequency/). Uważny czytelnik szybko zauważy, że niekwestionowanymi królami zawrotnych częstotliwości były do tej pory procesory Celeron i Pentium 4 oparte na 65-nanometrowym jądrze Cedar Mill i architekturze NetBurst. Spośród nich najpopularniejsze były Celerony 356, 352 i 346.
Dlaczego takie stare procesory wciąż królowały, skoro na rynku są już układy znacznie bardziej zaawansowane technicznie? Podstawowym powodem są różnice w architekturze, a konkretnie: w długości potoku wykonawczego, czyli liczbie etapów, jakie musi przejść jedna instrukcja od pobrania jej z pamięci do zapisania w pamięci jej wyniku. Do wykonania instrukcji potrzeba określonej liczby obwodów elektrycznych. Instrukcja przesuwa się o jeden etap potoku wykonawczego co określoną liczbę cykli zegara. Im więcej etapów w potoku wykonawczym, tym mniej pracy musi wykonać każdy z nich. Mniej pracy oznacza mniej obwodów, czyli mniej tranzystorów. Im mniej tranzystorów, tym mniej czasu potrzeba, żeby sygnał (na przykład logiczna jedynka) rozpropagował się po całym obwodzie. Jeśli wszystkie tranzystory w danym etapie potoku wykonawczego przełączają się po krótszym czasie, to można szybciej zacząć kolejny cykl zegara i przesunąć instrukcję dalej. To powoduje, że im dłuższy potok wykonawczy, tym wyższe częstotliwości może osiągać procesor.
Niektórzy z pewnością pamiętają wprowadzenie na rynek procesorów Pentium 4, które dzięki dwa razy dłuższemu potokowi (20 etapów) niż w Pentium III od początku osiągały znacznie wyższe częstotliwości, choć były wykonane w tym samym procesie produkcyjnym. Architektura Pentiumów 4 (NetBurst) osiągnęła szczyt swojego osobliwego rozwoju w jądrze Cedar Mill, w którym potok wykonawczy miał długość 31 etapów. Spośród procesorów z jądrem Cedar Mill Celerony miały najwolniejsze taktowanie szyny FSB, więc musiały mieć wysokie mnożniki, żeby osiągnąć takie częstotliwości działania jak Pentiumy z tej samej rodziny. Wysoki mnożnik ułatwia podkręcanie, bo nawet niewielkie przyspieszenie FSB daje duży wzrost szybkości taktowania procesora. Do tego Celerony miały pamięć podręczną o mniejszej pojemności niż Pentiumy – czyli składały się z mniejszej liczby tranzystorów, wydzielały mniej ciepła i łatwiej było znaleźć wśród nich wyjątkowy, rekordowy egzemplarz.
Poniżej przedstawiamy najwyższe częstotliwości kiedykolwiek osiągnięte przez procesory w poszczególnych architekturach:
http://img37.imageshack.us/img37/3936/mhz.png
AMD Bulldozer ma coś wspólnego z NetBurstem: długi potok wykonawczy. Nie podano dokładnej liczby etapów, ale szacuje się, że jest ich ok. 1/3 więcej niż w procesorach Phenom II (12 etapów dla instrukcji stałoprzecinkowych). Do tego jądra Bulldozer z pewnością są zoptymalizowane pod kątem wysokich częstotliwości taktowania również w dziedzinie przestrzennego projektowania obwodów i samej techniki produkcji. AMD ostatnio kładzie na te aspekty duży nacisk, co widać po procesorach Llano (Fusion A8 i A6) oraz Brazos (Fusion E). Szybkie zegary taktujące nie kojarzą się entuzjastom najlepiej od czasów wspomnianych Pentiumów 4, ale same w sobie o niczym nie świadczą. Większość problemów Pentium 4 wynikała z innych cech jego mikroarchitektury i nie była związana z wysokimi częstotliwościami taktowania. Niektóre „demony prędkości” odnoszą na rynku znaczne sukcesy – na przykład procesory POWER7 (http://en.wikipedia.org/wiki/POWER7) firmy IBM.
Ciekły hel
Jak wspomnieliśmy, rezultat uzyskano przy wykorzystaniu chłodzenia ciekłym helem. To sposób znacznie trudniejszy i mniej popularny, niż pokazywane czasami na PCLab.pl chłodzenie ciekłym azotem (temperatura parowania: –196°C). Skroplony azot można przechowywać pod ciśnieniem atmosferycznym w naczyniu dewara, które w uproszczeniu jest po prostu ogromnym termosem. Ze zwykłego termosu można go po prostu wlewać do miedzianego kontenera zamontowanego na procesorze, gdzie azot gotuje się zupełnie jak woda w garnku i parując, odbiera ciepło. Praktycznie nieograniczone ilości azotu można stosunkowo łatwo pozyskać wprost z powietrza, w którym jest go niemal 80%.
Dla odmiany hel stanowi nieco ponad 0,0005% objętości powietrza, a jego temperatura skraplania wynosi –269°C. To powoduje że znacznie trudniej go otrzymać, a ceny rynkowe są znacznie wyższe od cen azotu i podlegają znacznym wahaniom. Skroplony hel ma dużo mniejszą pojemność cieplną i po odparowaniu zwiększa swoją objętość znacznie bardziej niż azot. Trzeba go przechowywać w dewarach ciśnieniowych, które muszą być wytrzymalsze (a więc i droższe) niż te do azotu czy tlenu. To wszystko powoduje, że porcja ciekłego helu wystarczająca na ok. 90 minut podkręcania kosztuje około 10 000 zł, podczas gdy azot na tyle samo czasu można kupić za grosze (ok. 20 zł).
Żeby zminimalizować straty i najlepiej wykorzystać cenny hel, podkręcacze w siedzibie AMD wstrzykiwali go pod ciśnieniem w system kanalików zamontowany na dnie tradycyjnego kontenera do ciekłego azotu. Kontener jest jednym z produktów firmy LN2Cooling (http://www.ln2cooling.com/) i był już publicznie używany dwa lata temu, podczas pokazu podkręcania Phenomów II z wykorzystaniem ciekłego helu. My też na pewno spróbujemy szczęścia i sprawdzimy swoje umiejętności w podkręcaniu Bulldozerów – na razie wspólnie z Wami czekamy, aż się pojawią. Jeżeli 32-nanometrowy proces produkcyjny firmy GlobalFoundries polepszy się z czasem tak samo jak jej proces 45-nanometrowy, to parę miesięcy po wprowadzeniu nowych układów można się spodziewać jeszcze lepszych wyników. Zanim pojawiły się w sprzedaży Phenomy II, osiągnięto dzięki nim 6,4 GHz na ciekłym helu, a rekordowe taktowanie Phenoma II wynosi teraz 7378 MHz (http://hwbot.org/submission/2196511_mad222_cpu_frequency_phenom_ii_x4_955_be_7 378.25_mhz) – o prawie gigaherc więcej. Czyżby 9 GHz było w zasięgu? Przekonamy się...
Zaproszeni do laboratorium AMD w Teksasie podkręcacze Brian McLachlan (Chew*) i Sami Mäkinen (Macci) po krótkich przygotowaniach zmusili ośmiordzeniowy procesor AMD FX-8150 do działania z częstotliwością 8429 MHz. Jest to najszybsze taktowanie procesora x86, jakie kiedykolwiek osiągnięto – zostanie dziś wpisane do Księgi Rekordów Guinnessa. Przygotowano krótki film pokazujący to wydarzenie: