Processadores Dual Core

Gregori · 18 de maio de 2005

Processadores Dual Core

Os processadores Dual Core estão chegando, dentro de alguns meses a “invasão” dos processadores de núcleo duplo aos PCs Desktop começará, a previsão da Intel é que 70% dos processadores vendidos em 2006 serão Dual Core.

Muitas dúvidas surgem a respeito desses processadores, irei tentar explicar de forma simples como funciona o Dual Core, tanto da Intel como da AMD.

Por que Dual Core?

Os processadores Dual Core foram lançados por uma razão específica, os recursos atuais em busca do maior desempenho estão acabando, o clock dos processadores não podem mais ser aumentados com facilidade e o aumento de Cache não traz um ganho de desempenho considerável assim como o barramento externo e encarece o processador.

A curto prazo a solução encontrada para a "falta de recursos" foi o desenvolvimento de processadores bi-nucleares, ou seja, literalmente dois processadores no mesmo encapsulamento, se isso realmente resolve o problema e traz ganho de desempenho veremos a seguir.

Tanto Intel como AMD estão desenvolvendo processadores com quatro e oito núcleos, estes chegarão ao mercado dentro de alguns anos.

Dual Core x Single Core – Desempenho

Os programas funcionam através de threads enviados ao processador que contém as instruções que deverão ser executadas, cada processador pode executar um thread por vez, portanto dois processadores podem executar dois threads de uma só vez. A capacidade de enviar múltiplos threads ao processador é chamada de “Multi-Threading”.

A arquitetura Dual Core adicionou ao processador o dobro de unidades de execução, teoricamente os processadores Dual Core podem executar o dobro de instruções no mesmo ciclo de clock em relação aos processadores Single Core. Mas isso não é tão simples, para aproveitar-se da capacidade do processador de executar o dobro de instruções é necessário que o aplicativo utilizado seja otimizado para trabalhar e enviar vários threads silmultaneamente (Multi-Threading), infelizmente a maioria dos aplicativos não possuem essa capacidade, por esse motivo o ganho de desempenho com o Dual Core não acontecerá em todas as aplicações.

Em programas sem otimização Multi-Threading (a grande maioria), não adianta ter dois processadores que não haverá ganho de desempenho e muitas vezes a disputa dos dois processadores por recursos faz com que um atrapalhe o outro. Um bom exemplo de aplicações onde não existirá ganho de desempenho são os jogos.

Deve-se ter claro que o ganho de desempenho com o Dual Core não será de 100% em relação a um processador Single Core mesmo a aplicação sendo otimizada para Multi-Threading, devido a complexidade existente para fazer a integração Multi-Threading entre hardware e software.

O Pentium 4 com HyperTheading aumentou o número de programas otimizados para Multi-Threading, várias aplicações foram otimizadas para esse recurso.

Aplicações otimizadas para Multi-Threading:

Encodificação de Vídeo;

Renderização 3D;

Edição de vídeos/fotos.

Dentro de alguns anos os processadores multi-core serão "populares", tudo indica que grande parte da aplicações serão otimizadas para o Multi-Threading.

Um processador Dual Core pode executar várias aplicações diferentes ao mesmo tempo, executando vários Threads simultaneamente de forma independente, um para cada programa executado. Por isso o ganho de desempenho será grande ao trabalhar com multi-tarefa (Multi-Tasking), ou seja, ao executar várias aplicações ao mesmo tempo.

Um bom exemplo disso é esse comparativo da Anandtech, onde são executados simultaneamente testes do Norton Anti-virus 2004, MS Anti-Spyware Beta e o famoso Doom 3. O desempenho do Athlon 64 X2 4400+ é duas vezes maior que o do Athlon 64 FX-55 (melhor processador da atualidade para jogos), apesar de cada núcleo funcionar com 400 MHz a menos:

<div class='bbimg'>http://www.gregori.com.br/multitasking.png' border='0' alt='Imagem postada pelo usuário' /></div>

Testes de desempenho

Mais testes de desempenho podem ser encontrados nos seguintes links:

Athlon 64 X2 4200+ e 4800+

Dual Core Opteron e Athlon 64 X2

Athlon 64 X2 4800+

Pentium Extreme Edition 840

Dual Core Opteron x Xeon

Servidor Sun Dual Core Fire V40z

mais informações

Intel e AMD disponibilizam informações interativas sobre o Dual Core, estas podem ser encontradas nos seguintes sites:

Intel

AMD

Gregori · 18 de maio de 2005

Dual Core Intel

O Dual Core Intel é relativamente simples, são dois processadores com núcleo Prescott 90 nm revisão E0 juntos na mesma pastilha de silício, incluindo instuções de 64 bits EM64T e tecnologias que visam diminuir a dissipação de calor. Cada núcleo possui as suas unidades de execução e seu próprio Cache L2. No restante o processador é exatamente igual ao Pentium 4 Single Core, sendo obviamente a única diferença o segundo núcleo.

A Intel batizou seu Dual Core baseado no núcleo Prescott de “Smithfield”.

<div class='bbimg'>http://www.gregori.com.br/intelarch.png' border='0' alt='Imagem postada pelo usuário' /></div>

FSB: O grande problema

O grande problema do Smithfield é a comunicação os dois núcleos tem que ser feita através do FSB externo, o que não faz muito sentido, uma comunicação “core-to-core” feita através de um barramento externo é extremamente lenta.

O Smithfield é muito semelhante a um sistema multiprocessado Xeon (2 a 4 processadores), onde a comunicação entre os processadores é feita através do FSB e a banda de memória dividida entre eles e ainda é compartilhada com os dispositivos do Super I/O (Controlador IDE e SATA, AGP, PCI-EXPRESS, USB, etc), dessa forma surge um grande "gargalo" que causa uma boa perda de desempenho.

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Dual Core - Características Gerais

O Smithfield utiliza o socket top de linha atual da Intel, LGA775, porém os processadores Dual Core não são compatíveis com as atuais placas mãe, para utiliza-los é necessário uma placa mãe com o Chipset Nforce 4 Intel Edition, i955X, i945P, i945G ou E7230, isso acontece devido esses processadores necessitarem de reguladores de tensão mais robustos.

O Dual Core Intel não pode trabalhar a freqüências tão elevadas como o dos processadores Single Core, essa limitação é imposta devido ao aumento excessivo de dissipação de calor ao adicionar o segundo core, consequentemente o Smithfiled possue um clock menor que os tradicionais processadores Single Core com núcleo Prescott. Devido a isso o Smithfield deve ter desempenho inferior ao Single Core em várias aplicações não otimizadas.

Neste primeiro momento a Intel lançou processadores Dual Core destinados apenas ao desktop, o Xeon Dual Core (processsador destinado a servidores com capacidade de trabalhar em sistemas com até quatro processadores) chegará ao mercado apenas no fim do ano.

Pentium D e Pentium Extreme Edition

O Pentium Dual Core inicialmente possui a versão “simples”, chamada “Pentium D” e a versão top de linha, denominada “Pentium Extreme Edition”.

A única diferença entre o Pentium D e o Pentium Extreme Edition é a presença do HyperTheading no Extreme Edition, o Pentium D não possui este recurso, portanto o Sistema Operacional irá reconhecer apenas dois processadores no caso do Pentium D e quatro no caso do Pentium Extreme Edition devido ao HyperThreading. Ambos os processadores possuem 800 Mhz de FSB e 1 MB de Cache L2 independente para cada núcleo.

Inicialmente o Dual Core Intel será disponibilizado nas seguintes versões:

Pentium D 820: 2.8 Ghz e 1 MB de Cache L2 para cada núcleo;

Pentium D 830: 3.0 Ghz e 1 MB de Cache L2 para cada núcleo;

Pentium D 840: 3.2 Ghz e 1 MB de Cache L2 para cada núcleo;

Pentium Extreme Edition 840: 3.2 Ghz, 1 MB de Cache L2 para cada núcleo e suporte ao HyperThreading.

Lembrando que o clock é para cada núcleo.

Desempenho em Renderização 3D

Normalmente o Pentium 4 com tecnologia Hyperhreading (HT) se aproveita das otimizações Multi-Threading e apresenta um excelente desempenho em aplicações de renderização 3D, esse é um dos principais mercados dos processadores Intel.

Essa é uma aplicação onde o Dual Core apresenta um excelente desempenho, o Pentium Extreme Edition 840 é superior ao Pentium 4 HT mesmo com o clock bem inferior:

<div class='bbimg'>http://www.gregori.com.br/3dsmax-1.png' border='0' alt='Imagem postada pelo usuário' /></div>

Mais testes de desempenho podem ser encontrados nos links que estão início do tópico.

Dissipação térmica

A Intel não libera oficialmente o consumo dos seus processadores Dual Core, estima-se que seja algo em torno de 130 watts. O consumo real é em média 80% superior ao Dual Core top de linha da concorrente AMD.

No gráfico a seguir o consumo do Pentium XE 840 Dual Core:

<div class='bbimg'>http://www.gregori.com.br/intel_consumo.png' border='0' alt='Imagem postada pelo usuário' /></div>

Gregori · 18 de maio de 2005

Dual Core AMD

O projeto Dual Core da AMD é muito diferente do projeto da rival Intel, apesar de ser de fato uma combinação de dois processadores “K8” na mesma pastilha de silicío, a maneira como os dois núcleos se comunicam é diferente e mais eficiente que a comunicação feita nos processadores Dual Core Intel.

Quando começou a desenvolver a arquitetura dos processadores K8 (Opteron e Athlon 64) a AMD já o fez pensando nos processadores Multi-Core, por esse motivo não houve dificuldade em desenvolver os seus atuais processadores Dual Core

A Intel simplesmente colocou dois núcleos Prescott em uma única pastilha de silício, sem nenhum mecanismo especial para a comunicação entre eles, a comunicação é feita através do FSB externo, ou seja, é semelhante a um sistema tradicional bi-processado Xeon. Dessa forma a comunicação entre os dois núcleos é feita de forma lenta, já que além de se comunicarem através do FSB externo os núcleos compartilham a banda da memória através do próprio barramento externo, o que aumenta o tempo de acesso a memória RAM.

HyperTransport e Controlador de Memória Integrado: O fim do gargalo

O que beneficia e muito a arquitetura "K8" é o controlador de memória integrado, dessa forma não há necessidade de fazer a comunicação com as memórias através do Chipset, são acessadas diretamente pelo processador através de um barramento exclusivo, o que resulta em um melhor aproveitamento da banda. Não há mais dependência do FSB, onde é necessário compartilhar os recursos com os outros componentes e dispositivos do Super I/O (Controlador IDE e SATA, AGP, PCI-EXPRESS, USB, etc). A comunicação com os outros componentes é feita através do HyperTransport.

O HyperTransport é uma conexão ponto-a-ponto, paralela, de alta performance, alta velocidade, alta largura de banda e de baixas latências. É utilizado em conexões chip-a-chip, em duas vias unidirecionais (full-duplex), uma para transmissão e outra para recepção, onde os dados são transmitidos em pacotes usando a tecnologia DDR (Double Data Rate) transmitindo dois bits de dados por ciclo de clock.

Em um sistema multiprocessado Opteron cada processador possui um barramento exclusivo para acesso a memória, não há divisão da banda, dessa forma não existe gargalo, já que a ligação entre os processadores e aos dispositivis Super I/O é feita através de barramentos HyperTransport.

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Dual Core - Características Gerais

No Dual Core AMD cada núcleo possui as suas unidades de execução e Cache L2 individuais, apenas o controlador de memória e o HyperTransport são divididos entre os dois núcleos, foi feito dessa forma para manter a compatibilidade com os atuais Chipsets e placas mãe. Os dois núcleos comunicam-se com os recursos compartilhados através do “Crossbar Switch” e do “System Request Queue”, dessa forma a comunicação entre os cores é feita internamente não dependendo do barramento externo e nem do barramento das memórias.

A arquitetura do Opteron e do Atlhon 64 X2 são semelhantes, sendo a única diferença os barramentos HyperTransport, o Opteron possui até três, enquanto o X2 possui apenas um.

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O único “gargalo” da arquitetura Dual Core AMD é banda da memória, são 6.4 GB/s (Dual Channel DDR 400), compartilhados pelos dois núcleos, a AMD planeja utilizar em 2006 memórias DDR2, o que deve resolver este problema em partes.

Como disse anteriormente, o Dual Core da AMD utiliza o controlador de memória e o HyperTransport compartilhados entre os dois núcleos para manter compatibilidade com os atuais Chipsets e placas mãe. Dessa forma esses processadores podem ser utilizados no socket 939, no caso do Athlon 64 X2 e no socket 940 no caso do Opteron, sendo necessário apenas uma atualização de Bios, lembrando que atualmente apenas o Chipset VIA K8T890 não é compatível com o Dual Core.

O processadores Dual Core AMD são fabricados no processo de 90 nm utilizando uma nova tecnologia de silício esticado chamada "Dual Stress Liner" que mantém o consumo do processador baixo mesmo operando a maiores frequências, possuem instruções SSE3 e controlador de memória mais eficiente.

Se dividem em duas categorias:

Athlon 64 X2 – Desktop

Opteron série x75 – Servidores

Opteron

Os processadores Dual Core Opteron são fabricados utilizando a nova revisão do Athlon 64, "E". A principal diferença entre o Athlon 64 e Opteron é capacidade de multiprocessamento do Opteron, por esse motivo ele é destinado a servidores, podendo trabalhar em sistemas com até oito processadores, se dividi em três séries:

1xx – Não suporta multiprocessamento e possui apenas um barramento HyperTransport;

2xx – Suporta sistemas multiprocessados com até dois processadores, possui dois barramentos HyperTransport;

8xx – Multiprocessamento para até oito processadoes, possui três barramentos HyperTransport.

Como não possui capacidade para trabalhar em sistemas com vários processadores o Athlon 64 dispõe apenas um barramento HyperTransport, este serve para ligar os processadores em um sistema multiprocessado (2 a 8 processadores). A outra diferença entre os dois processadores é a necessidade do Opteron de utilizar memórias registradas. Lembrando que o Opteron utiliza o socket 940.

O Opteron Dual Core tem tudo para ser um sucesso, além de ser a única solução Dual Core x86 da atualidade destinada a servidores, será possível aproveitar as placas mãe atuais e dobrar o número de processadores reais, por exemplo, se uma placa mãe possui dois sockets, naturalmente suporta apenas dois processadores, no caso do Dual Core esse número dobra para quatro e o ganho de desempenho é considerável, pois normalmente aplicações utilizadas em servidores possuem otimizações Multi-Threading e se beneficiam com a multi-tarefa.

O Dual Core é mais eficiente que um sistema bi-processado tradicional, em um sistema bi-processado Opteron a comunicação entre os dois processadores é feita através do HyperTransport, no Dual Core a comunicação entre os dois núcleos é feita internamente, sem depender do “meio externo”, isso torna o Dual Core mais rápido que um sistema bi-processado apesar dos dois núcleos dividirem a banda da memória.

Athlon 64 X2

O Atlhon 64 X2 é baseado na nova revisão do Athlon 64 (E), utiliza os núcleos Toledo (1 MB de Cache L2 para cada núcleo) e Manchester (512 KB de Cache L2 para cada núcleo), ou seja, são semelhantes aos núcleos Single Core Venice e San Diego.

O Toledo possui dois núcleos com 1 MB de Cache L2 cada e 233.2 milhões de transitors, o seu die é duas vezes maior que a de um processador Single Core.

Atualmente estão disponíveis os seguintes Athlon 64 X2:

Athlon 64 X2 3800+ - 2.0 GHz, 512 KB de Cache L2 para cada núcleo

Athlon 64 X2 4200+ - 2.2 Ghz, 512 KB de Cache L2 para cada núcleo;

Athlon 64 X2 4400+ - 2.2 Ghz, 1 MB de Cache L2 para cada núcleo;

Athlon 64 X2 4600+ - 2.4 Ghz, 512 KB de Cache L2 para cada núcleo;

Athlon 64 X2 4800+ - 2.4 Ghz, 1 MB de Cache L2 para cada núcleo.

Lembrando que o clock é para cada núcleo.

O Athlon 64 X2 trabalha com frequências relativamente elevadas, 2.0, 2.2 e 2.4 Ghz, isso significa que mesmo em aplicações onde não há otimização para multiprocessamento (jogos por exemplo) esse processador terá bom desempenho.

A AMD específica o Athlon 64 X2 como um processador totalmente independente da sua linha de processadores Single Core, destina-se a usuários avançados que trabalham com multi-tarefa ou utilizam aplicações destinadas a workstations, encodificação de vídeo, renderização 3D, etc. Ou seja, o Athlon 64 X2 não é concorrente do Athlon 64 FX-57 e sim uma opção para quem procura rapidez para o seu trabalho. Para jogos o Athlon 64 FX-57 continua sendo o melhor processador da atualidade, já que não há otimização para multiprocessamento (Multi-Threading).

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Desempenho em jogos

Os processadores da AMD fazem um grande sucesso entre os game-maníacos por apresentarem um excelente desempenho nessa aplicação.

Como já foi dito neste tópico, inicialmente os jogos não terão ganhos de desempenho com os processadores Dual Core por não existirem otimizações Multi-Threading. Apesar disso o desempenho é excelente, nesse teste o Athlon 64 X2 4800+ que possui os dois núcleos funcionando a 2.4 Ghz teve desempenho semelhante ao Athlon 64 4000+ que também possui 2.4 Ghz, naturalmente o desempenho foi menor que o do Atlhon 64 FX-55 que possui 2.6 Ghz:

<div class='bbimg'>http://www.gregori.com.br/ut.png' border='0' alt='Imagem postada pelo usuário' /></div>

Mais testes de desempenho podem ser encontrados nos links que estão início do tópico.

Dissipação térmica

A dissipação térmica dos processadores Dual Core AMD não é muito elevada em relação a um processador Single Core, oficialmente (segundo a AMD) 110 Watts (Athlon 64 X2 4400+, 4600+ e 4800+) contra 89 watts do Athlon 64 Single Core 130 nm, se comparado ao Athlon 64 FX-55 a dissipação é apenas 6 watts superior.

O consumo real chega a ser menor que do Athlon 64 FX-55, isso acontece devido ao FX-55 ser fabricado em 130 nm e utilizar uma revisão anterior (CG).

<div class='bbimg'>http://www.gregori.com.br/intel_consumo.png' border='0' alt='Imagem postada pelo usuário' /></div>

Considerações Finais

Os processadores Dual Core AMD custão mais caro que os processadores Dual Core Intel, o modelo mais simples (X2 3800+) tem um preço mais elevado que o Pentium D 820. Espero que sejam lançados Athlon 64 X2 "baixo-custo" com 1.8 GHz, que podem concorrer sem problemas com os Pentium D 2.8, 3.0 e 3.2 GHz.

É isso pessoal, caso alguém discorde de algum trecho, tenha alguma dúvida ou queira adicionar alguma informação é só postar, espero que esse tópico seja de grande valia para o pessoal do fórum.

Referências:

http://www.amd.com

http://www.anandtech.com

https://www.clubedohardware.com.br

http://forum.clubedohardware.com.br/index....howtopic=128406

http://www.intel.com

http://www.xbitlabs.com

http://www.techreport.com

Agradecimentos: Almost Honest (Jordhan), GuezTH (Diego), Johnny2000 (Roney), Morpheus. (Eduardo) e R3N4T0 (Renato).

Fumiko · 18 de maio de 2005

Gregori,

mt bom o topico!

com certeza vai ser destacado...

falou

-Fumiko-

Enéias · 18 de maio de 2005

Excelente cara..., ótimo trabalho..., como os fabricantes INTEL e AMD anunciaram q estima-se até o final de 2006,cerca de 70% de seus CPUs vendidos serão DUAL-CORE.., isso vai ajudar muita gente na escolha de qual deve-se investir....

você e a todos q ajudarão a criar os posts...mais uma vez parabéns....

Marcelo C Souza · 18 de maio de 2005

Gostei muito do tópico

destacado

marcelo-passos · 18 de maio de 2005

Excelente tópico...

explica tudo certinho e tira muitas dúvidas gerais sobre o assunto..

parabéns!

almost_honest · 18 de maio de 2005

Parabéns, muito bom. Artigo bem escrito e esclarecedor.

Pelo artigo de qualidade podemos dizer que é um dos pioneiros sobre o assunto nos fóruns brasileiros.

Abraços.

Roney Carvalho · 18 de maio de 2005

Aeee!

Valeu Gregori!

Ótimo tópico, muito bem explicado!

Tá de parabéns irmão!

18 de maio de 2005

Ótipo artigo!!!

Parabéns!

GuezTH · 18 de maio de 2005

negooo... humilhou veio... c é fera... eu te amo cara... hauhauahua

flws

18 de maio de 2005

Show de bola gregori.. tu é o cara!!! Parabens ai pelo tópico

netadmin · 18 de maio de 2005

Muito bem explicado o tópico, está D+ valeu!!!

E=MC2 · 19 de maio de 2005

Pelo ótimo tópico, ficou claro e evidente a superioridade do projeto da AMD frente ao da Intel

Valeu

iky_the_cat · 19 de maio de 2005

Olha parabens por este tópico.Muito show mesmo.Explicação de alto nível sem ser demasiadamente complicado.Sao trabalhos como este seu que fazem o forum do CDH cada vez melhor.

Parabens!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!11

iky_the_cat · 19 de maio de 2005

Olha parabens por este tópico.Muito show mesmo.Explicação de alto nível sem ser demasiadamente complicado.Sao trabalhos como este seu que fazem o forum do CDH cada vez melhor.

Parabens!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!11

Pauloko · 19 de maio de 2005

Parabens pelo topico!!! Ta show...

falou

R3N4T0 · 19 de maio de 2005

Quando o Gregori cria tópico, pode ter certeza é para retirar duvidas e explicar.

iauhuhaUhauhUHAUHuhauhUHAHUHAUAaauhahu

Com o consumo desses processadores o recomendado vai começar a ser fontes de 500 watts reais para cima.

Ótimo tópico Gregori, explicou de maneira simples e fácil.

Abraços

Gregori · 19 de maio de 2005

Agradeço aos elogios e fico muito contente.

Fiz algumas alterações no tópico para facilitar a compreensão e adicionei algumas informações.

19 de maio de 2005

Muito bom Gregori.

Uma coisa que tenho observado nos reviews, quem têm do 3500+ para baixo é como se esses processadores nunca foram fabricados, agora so entra de 3800+ para cima.

Gregori · 19 de maio de 2005

Postado Originalmente por Kobal@19 de maio de 2005, 17:15
Uma coisa que tenho observado nos reviews, quem têm do 3500+ para baixo é como se esses processadores nunca foram fabricados, agora so entra de 3800+ para cima.

←

É verdade Kobal.

No caso da Intel também.

Seria interessante a comparação com um Pentium 4 Single Core 3.2 GHz.

Acredito que a Anandtech deve apresentar em breve uma grande comparação envolvendo vários processadores, pelo menos ela fez isso no lançamento do FX-55.

Gregori · 20 de maio de 2005

Fiz mais algumas alterações no tópico e adicionei mais algumas informações.

Mornion · 21 de maio de 2005

Muito bom o tópico! Só o Gregori pra fazer isso mesmo hehe.

O que me deixa encafifado é que a Intel ainda tem MUITO mais mercado que a AMD, sendo que esta última já provou ter potencial pra ser líder. O nForce e o SLI da nVidia até pouco tempo eram de sua exclusividade e seus dois últimos lançamentos são melhores que os concorrentes da Intel, mas mesmo assim, parece que a história continua falando mais alto...

O que será que falta?

almost_honest · 22 de maio de 2005

Pode-se dizer, em poucas palavras, o que falta para AMD é uma campanha de marketing mais agressiva.

CEG · 23 de maio de 2005

Postado Originalmente por almost_honest@22 de maio de 2005, 17:15
Pode-se dizer, em poucas palavras, o que falta para AMD é uma campanha de marketing mais agressiva.

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Porque preço e qualidade ela já tem, levando-se em consideração o custo/benefício. Não acredito que será tão caro assim comparado ao da Intel, pois um dos pontos mais fortes da AMD para fazer frente a Intel é justamente o preço.

Gregori, tu estraçalhou!!! Digno de uma coluna nas melhores revistas de informática.