Процессоры Intel Core i в современных ноутбуках: даем разъяснения

Многие пользователи знают о том, что в начале 2010 года начался массовый переход мобильных компьютеров на новую аппаратную платформу Intel, известную под кодовым названием «Calpella». В состав этой платформы входят два компонента — процессор семейства Core i и мобильный чипсет семейства 55 (чаще всего применяется HM55).

Совершенно очевидно, что эта платформа обладает определенными преимуществами перед платформой предыдущего поколения. Однако далеко не все потенциальные покупатели ноутбуков четко представляют себе, в чем же конкретно заключаются эти преимущества. Казалось бы, тот же порядок тактовой частоты процессора (2—3 ГГц), то же количество ядер (2—4), тот же уровень тепловыделения (18—35 Вт), сравнимый уровень цен… А тут еще и довольно запутанная система нумерации новых процессоров Core i7/i5/i3, которая не позволяет новичку сделать осознанный выбор той или иной конфигурации понравившегося ноутбука. Попробуем внести ясность в эту непростую ситуацию.

Что такое Core i

Все мы хорошо знаем, что процессоры Intel серии Core 2 совершили своего рода революцию на рынке ноутбуков. Самое важное их преимущество, которое и обусловило популярность этих процессоров, — это отличное сочетание производительности и энергопотребления. Более того, корпорация Intel выпускала огромный ассортимент процессоров с архитектурой Core 2, различающихся сразу по трем параметрам — производительности, энергопотреблению и стоимости. Это позволило выпускать самые различные модели ноутбуков: дешевые с удовлетворительным быстродействием, производительные и одновременно доступные по цене, ультратонкие с большим временем работы от батареи, мощные рабочие станции или, например, ультрапортативные с высокой производительностью и весьма высокой стоимостью.

Тем не менее технологии не стоят на месте, и освоение корпорацией Intel новых технологий полупроводникового производства с нормами 32 нм позволило достичь более высокой степени интеграции. Или, говоря более простым языком, — разместить на том же кристалле большее количество транзисторов при сохранении прежнего энергопотребления и размеров. Транзисторы можно было потратить на банальное увеличение производительности, но Intel решила иначе.

Процессор семейства Core i (кодовое название Nehalem) имеет более сложную архитектуру по сравнению с предшественниками. Многие склонны называть его наиболее инновационным из всех продуктов Intel, выпущенных за последние 10 лет. Все дело в том, что этот процессор устроен принципиально иначе, чем все предыдущие. Ведь помимо собственно вычислительных ядер, коих может быть от одного до шести, а также их общего кэша, он содержит:

1) контроллер памяти DDR3 (поддержка от 8 до 16 ГБ памяти при наличии у ноутбука двух слотов SO-DIMM);
2) контроллер шины PCI Express 2.0 (используется для подключения дискретной видеокарты, если таковая имеется);
3) контроллер шины DMI (для подключения к другим микросхемам системной логики);
4) графическое ядро Intel HD Graphics (по сути — встроенная видеокарта).

Фактически процессор семейства Core i содержит компоненты, которые раньше входили в микросхему «северного моста», причем при сохранении прежнего энергопотребления. Вот вам и важное преимущество: суммарное потребление энергии системы снижается, система охлаждения ноутбука упрощается, сокращается размер системной платы, что позволяет уменьшить габариты корпуса.

Увеличилась ли производительность новой платформы? Безусловно. Несмотря на то, что вычислительные возможности каждого ядра практически не изменились (микроархитектура была доработана, но незначительно), у Core i есть несколько интересных нововведений, особенно полезных для мобильных компьютеров.

Во-первых, это Hyper-Treading — технология виртуальной многопоточности. Грубо говоря, каждое ядро процессора Core i представляется в системе двумя виртуальными процессорами, каждый из которых выполняет свой поток команд. Это стало возможным за счет того, что при выполнении одного потока команд значительная часть вычислительных ресурсов (а процессор способен исполнять несколько инструкций параллельно) может простаивать. Логично, что их можно задействовать для выполнения другого потока команд, что, собственно, и делает процессор Core i.

Означает ли это удвоение производительности? В общем случае нет — далеко не всегда можно так удачно совместить два потока команд, чтобы полностью задействовать все ресурсы. Кроме того, многие программы даже если и используют многопоточность, то не оптимальным образом. Реальный, до 50—80%, выигрыш от Hyper-Treading получают программы, выполняющие интенсивные вычисления в несколько параллельных потоков (математические, финансовые, графические пакеты, программы кодирования и сжатия видео).

Во-вторых, это Turbo Boost — динамическое управление частотой всех ядер с возможностью как снижения, так и увеличения частоты. Многим известно, что процессоры семейства Core 2 динамически управляют своей частотой, чтобы экономить энергию при отсутствии нагрузки. В процессорах Core i эта идея получила дальнейшее развитие: управление всеми ядрами выполняется независимо — как по частоте, так и по напряжению. При снижении нагрузки ядра начинают работать медленнее, энергопотребление понижается.

Однако у Core i действует и обратный механизм: если нагрузка повышается, а энергопотребление не достигает установленного производителем предела (обычно это 35 Вт), то частота ядер повышается — процессор самостоятельно разгоняется. Особенно актуален этот механизм для программ, интенсивно нагружающих процессор, но только в один-два потока: часть ядер понижает частоту, а другая часть, наоборот, повышает, и мы получаем видимый прирост скорости работы конкретной программы.

Третий важный момент связан с организацией кэша — специального буфера внутри процессора, который используется для временного хранения часто запрашиваемых из памяти данных. У Core i введена трехуровневая система кэширования, когда у каждого ядра имеется два уровня кэша, а кэш третьего уровня, большего объема, используется всеми ядрами совместно. Для программ, интенсивно использующих память, объем кэша процессора имеет важное значение.

Таким образом, мобильные процессоры семейства Core i при схожей микроархитектуре устроены значительно сложнее, чем Core 2. Каждое вычислительное ядро такого процессора способно выполнять работу сразу двух виртуальных процессоров (пусть и не с такой же эффективностью, как два раздельных ядра), что само по себе позволяет получить прирост до 80% в программах, оптимизированных под многопоточную архитектуру. При этом за счет внутреннего разгона процессор способен увеличивать скорость работы программ, не использующих многопоточность.

Реальный прирост быстродействия по сравнению с Core 2 составляет от 10 до 50% в зависимости от конкретных программ (при равных частотах и объемах кэша). Энергопотребление, а точнее количество рассеиваемого тепла, у новых процессоров не выше, чем у старых, хотя они содержат несколько дополнительных устройств. Это позволяет выпускать ноутбуки таких же или даже меньших габаритов, не проигрывая, а скорее выигрывая в быстродействии и времени автономной работы.

Встроенная видеокарта

Процессоры семейства Core i, за исключением первых моделей Core i7, оснащаются (впервые для платформы x86!) встроенным графическим ядром. Однако, вопреки существующему заблуждению, графика не встроена в один с процессором кристалл — пока это технически невозможно. Графическое ядро выполнено как отдельный кристалл, который размещен на одной подложке с процессором и накрыт общей теплорассеивающей крышкой. Разъемы для монитора и встроенного экрана расположены на системной плате ноутбука, встроенная видеокарта подключена к ним при помощи специальной шины.

Отметим несколько особенностей видеокарты, встроенной в процессор семейства Core i. Это новое графическое ядро 5-го поколения, разработанное Intel в соответствии с современными технологиями 3D-графики и обработки видео. Видеокарта Intel HD Graphics, называемая также GMA HD или GMA 5700MHD, поддерживает аппаратное ускорение DirectX 10 и видеокодеков H.264, VC-1, MPEG1/2/4. А значит, позволяет не только смотреть видео высокого качества без загрузки процессора, но и играть в современные игры, пусть и с минимальными настройками.

К сожалению, новое 3D-ядро не отличается по архитектуре от предыдущей разработки Intel, ядра видеокарты GMA 4500MHD. Вычислительные возможности увеличены на 20%, переделан блок обработки видео. Однако за счет увеличения тактовой частоты, которая к тому же динамически изменяется в зависимости от нагрузки (технология Turbo Boost применима и здесь), а также более тесной интеграции с процессором, производительность встроенной видеокарты Intel стала существенно выше. Фактически Intel HD Graphics уже сравнима со встроенной графикой NVIDIA GeForce 9400M (платформа Ion для нетбуков) и ATI Mobility Radeon HD 3200 и уступает только новой встроенной графике чипсетов AMD серии 880.

(Правда, следует учесть, что энергоэффективные процессоры семейства Core i, применяемые в ультратонких ноутбуках нового поколения, в целях экономии энергии понижают частоту встроенной графики в 3 раза, что приводит к пропорциональному снижению быстродействия в 3D.)

Важнейшей особенностью встроенной видеокарты является возможность ее отключения без перезагрузки ноутбука. Это позволяет штатными средствами реализовать в любом портативном компьютере гибридную графику — переключение между встроенной и дискретной видеокартами. Последнюю за ненадобностью можно отключить (вручную или автоматически), что позволяет продлить работу от батареи на несколько часов. Обратите только внимание, что не все ноутбуки, особенно первых серий, данную возможность поддерживают.

Какой процессор выбрать?

Итак, вы уже знаете об основных особенностях процессоров семейства Core i. Теперь разберемся, чем отличаются процессоры различных серий. Понятно, что в них будет различной тактовая частота, поскольку это основная характеристика, влияющая на производительность процессора. Но дело не только в ней.

Все процессоры нового семейства делятся на пять неравных линеек: Core i7, Core i5, Core i3, Pentium и Celeron (да-да, старые названия бюджетных процессоров остались неизменными). В данном случае номер, идущий после буквы «i», означает только ценовой класс процессора, но никак не набор определенных характеристик. Например, в старшей линейке, Core i7, присутствуют процессоры с сильно различающимися характеристиками, построенные на совершенно различных кристаллах.

В настоящий момент Intel предлагает только три модели 4-ядерных процессоров, и все они относятся к серии Core i7:

Сразу бросаются в глаза три факта. Во-первых, эти процессоры выполнены по технологии предыдущего поколения и имеют достаточно высокое тепловыделение, из-за чего в большинстве ноутбуков их применение невозможно (не хватает мощности системы охлаждения). Во-вторых, номинальная тактовая частота непривычно низка, на уровне самых дешевых процессоров предыдущего поколения. Это связано с тем же ограничением по тепловыделению — 4 ядра с кэшем большой емкости при полной нагрузке потребляют достаточно много. В-третьих, встроенной графики у них нет (иначе не вложиться в рамки тепловыделения). Вместе с тем у них есть поддержка CrossFire и SLI — за счет того, что встроенный контроллер PCI Express способен подключать две видеокарты.

В связи с этим перечисленные в таблице 4-ядерные процессоры пока нашли ограниченное применение. Покупать ноутбук на базе такого процессора имеет смысл только в том случае, если вы будете работать с программами, в полной мере использующими все 8 логических ядер процессора (игры в общем случае к этой категории не относятся). Либо ноутбук относится к геймерскому классу и оснащается двумя видеокартами в связке SLI или CrossFire. В противном случае возможности процессоров Core i7 будут невостребованы.

Перечислим 2-ядерные процессоры Core i7. Они поделены на две неравные группы — стандартные процессоры с высоким быстродействием и таким же высоким энергопотреблением и две серии низковольтных моделей (ULV) с пониженным энергопотреблением:

Мы можем заметить, что в таблице имеется только один процессор со стандартным (35 Вт) тепловыделением. Остальные за счет снижения частоты как основного процессора, так и графического чипа потребляют в полтора-два раза меньше. Такие процессоры устанавливаются в ноутбуки с тонким корпусом, в котором невозможно реализовать эффективную систему охлаждения, либо в ноутбуки, для которых важно максимальное время работы от батареи.

При этом, несмотря на низкую номинальную частоту, они будут обеспечивать неплохой уровень производительности за счет технологии Turbo Boost, а наличие встроенной видеокарты позволит снизить уровень энергопотребления. Поэтому основной состав линейки Core i7-600 ориентирован на дорогостоящие бизнес-ноутбуки, сочетающие в себе высокую мобильность и хороший уровень производительности.

Семейство Core i5 также состоит из стандартных и низковольтных моделей:

Как видим, линейка весьма разношерстная. Модели 540M и 520M отличаются только частотами. Это универсальные процессоры среднего ценового диапазона, наиболее сбалансированные по соотношению цена/производительность. При покупке ноутбука средней стоимости ($800—900) для профессиональной деятельности ориентироваться следует именно на один из этих процессоров.

Процессор i5-430M по сути ближе к линейке i3, чем i5. У него имеется поддержка Turbo Boost, но из-за небольшой разницы частот эффект от нее будет минимальным. Также отключена виртуализация ввода/вывода, из-за чего ноутбук с таким процессором нежелательно использовать для задач, требующих применения виртуальной машины.

Процессоры с суффиксом UM ориентированы на ультратонкие ноутбуки среднего ценового класса. Они имеют низкую номинальную частоту, но способны увеличивать ее почти в два раза за счет Turbo Boost.

Семейство Core i3 является младшим в линейке Core i. В него входят всего три модели: две ориентированы на недорогие, но вполне производительные ноутбуки для домашних и офисных задач, а одна, низковольтная, — на лэптопы среднего класса в тонком корпусе.

Из-за отсутствия Turbo-поддержки эти процессоры не могут эффективно использовать возможности по разгону ядер, а потому в некоторых задачах будут проигрывать моделям серий 500.

Помимо Core i ноутбуки будут комплектоваться процессорами семейств Celeron и Pentium, построенными на той же архитектуре, но лишенными некоторых важных функций, которые влияют на производительность. Анонсированы три модели, причем только одна из них относится к классу стандартных процессоров:

Процессор Celeron серии P отличается от старших собратьев отсутствием поддержки Hyper-Treading. Следовательно, он обрабатывает только два потока одновременно и не может максимально эффективно использовать все вычислительные ресурсы. Можно предположить, что по производительности он примерно соответствует младшим процессорам Core 2 Duo серии T5000/T6000, что уже неплохо, поскольку стоимость первого Celeron нового поколения значительно ниже, чем процессоров Core.

Более того, мы рискнем предположить, что отсутствие Hyper-Treading и Turbo Boost при одновременном наличии Speedstep (от недостатка последней страдали процессоры Celeron на основе ядра Core 2) приведет к достаточно низкому усредненному энергопотреблению этого процессора. А значит, он идеально подойдет для бюджетных ноутбуков, от которых не требуется высокого быстродействия.

Процессоры серии U не поддерживают Hyper-Treading и Turbo Boost, а следовательно, имеют серьезные ограничения в производительности. Их удел — недорогие потребительские ноутбуки в ультратонком корпусе, располагающиеся между классическими нетбуками и полноценными ноутбуками. По производительности они будут примерно соответствовать предшествующим моделям Celeron и Pentium серий SU, а по экономичности и стоимости — превосходить их.

Выводы

Итак, новая платформа Intel продолжает набирать популярность у производителей ноутбуков. К основным ее преимуществам следует отнести несущественное повышение производительности — такая цель, в общем-то, и не ставилась. Благодаря более гибкому управлению энергопотреблением отдельных ядер и интеграции ядра видеокарты новые процессоры Intel обеспечивают более длительное время работы ноутбуков от аккумулятора. Достигается это как прямым путем, за счет снижения энергопотребления самого процессора, так и косвенным, за счет интеграции в процессор большего количества логики.

Заметим также, что процессоры семейства Core фактически делятся на 4 неравные группы. В первую входят модели Core i7 серии 700, 800 и 900, которые содержат 4 ядра и «двойной» контроллер PCI Express. Эти процессоры ориентированы на рабочие станции и геймерские ноутбуки, для которых фактор энергопотребления не имеет никакого значения. Вторая группа, самая многочисленная — двухъядерные процессоры для ноутбуков среднего класса, оптимально сбалансированные по соотношению скорость/экономичность. Третья группа состоит из процессоров с пониженным энергопотреблением (Ultra Low Voltage, ULV), которые ориентированы на ноутбуки с минимальным энергопотреблением. Заметим, что за счет технологии Turbo Boost частично решается проблема с их производительностью. Четвертая группа, бюджетные процессоры с урезанным функционалом, на момент подготовки статьи была мало представлена, но в ближайшем будущем станет весьма популярным решением для ноутбуков минимальной стоимости.