Intel Turbo Boost druhej generácie – ešte lepší, ešte zložitejší

Sandy Bridge procesory budú mať celkom nový Turbo Boost. Zavedie sa „nabíjanie“ podľa predchádzajúcej aktivity. Ako bude fungovať?

Turbo Boost dnes

Nie je to ani tak veľmi dávno, čo začali AMD aj Intel vyrábať prvé dvojjadrové procesory. Do tej doby sa výkon zvyšoval iba dosahovaním vyššej frekvencie, narazilo sa však na problém zvaný spotreba. Intel so svojimi Pentium 4 s Netburst architektúrou produkoval hotové „piecky“, ani AMD v tom tiež nie je celkom nevinne (spomeňme si napríklad na high-end Athlon FX-57 s TDP 104W). Musela sa vymyslieť iná cesta ďalšieho vývoja. Voľba padla na paralelizmus, teda viac jadier.

Tu však prichádza aj prvý kompromis – výrobca sa musel „vtesnať“ do určitej, ešte rozumnej, hodnoty TDP s dvojnásobným počtom jadier. Aby sa toto dalo zrealizovať, musela klesnúť frekvencia a napájacie napätie. Viacjadrový procesor má teda síce schopnosť spracovania viacerých programových vlákien zároveň, no daňou za tento bonus je nižšia frekvencia, a teda aj nižší výkon pre aplikácie ktorým je veľa jadier zbytočných. Tento stav sa s modernými čipmi preniesol aj do éry štvorjadier. Zákazník je tak postavený pred sebaspytovanie, či potrebuje viac pomalých jadier, alebo menej rýchlejších.

Situácia by sa dala ilustrovať nasledovne:

V jednojadrovom čipe sa v celom rozsahu TDP realizuje len jediné jadro, u dual-core sa už musia pomestiť jadrá dve, obdobne u štvorice jadier.

Intel však v roku 2008 prišiel s vynikajúcim nápadom. Až by sme sa mohli čudovať, prečo to niekoho nenapadlo oveľa skôr. Ak máme čip so štyrmi jadrami a aplikácia práve vyťažuje iba jedno z nich, ostatné tri „sedia“ na nízkej frekvencii, netečie nimi záťažový prúd a do celkovej spotreby prispievajú len malou mierou (s použitím techniky power-gatingu, teda takmer úplného odstavenia od napájania, je príspevok naozaj veľmi malý). Vtedy je aktuálne TDP celého čipu hlboko pod maximálnou hranicou. Prečo to teda nevyužiť?

Technológia Turbo Boost, prvý krát predstavená u procesorov Core i7 900 (Bloomfield – architektúra Nehalem), využíva takýto stav a ak to dovoľujú aj ostatné prevádzkové parametre (teplota, spotreba, prúd), aktuálne vyťažené jadrá pretaktuje. A pretaktuje ich do tej miery, aby nebolo prekročené TDP. Navonok sa teda nič neporušuje, procesor je stále štvorjadrový, so svojou garantovanou spotrebou, no užívateľ získa hodnotné plus – vyšší jednovláknový výkon u viacjadrového procesora. Kompromis počet jadier verzus vyššia frekvencia je zrazu elegantne odstránený.

Prvá generácia TurboBoost u Core i7 900 nie je moc agresívna a pretaktuje procesor len o pár násobičov smerom nahor. Nárast výkonu je možno okolo tých 4% až 5% v priemere, čo nie je nijak oslňujúce. Bonusom je fakt, že ak to chladenie zvláda, čip sa vie o jeden násobič  (+133MHz) pretaktovať aj pri vyťažení všetkých jadier.
Druhá revízia u Core i7 a Core i5 procesorov do scoketu LGA1156 už má Turbo Boost podstatne agresívnejší – automatické pretaktovanie vie zvýšiť takt až o 5 stupňov smerom nahor, čo je + 666MHz! Ostáva samozrejme aj výhoda pretaktovania všetkých jadier o 1 až 2 stupne, ale taktiež len v prípade dobrých podmienok. Pri pohľade na tabuľku testov s Turbom a bez neho je možné nájsť výsledky, ktoré majú niekedy až o 20% lepšie čísla. A to už je niečo zaujímavejšie. Vtedy sa dá povedať, že rýchle jednojadrá či dvojjadrá stratili svoj zmysel – plne ich nahradia viacjadrové procesory s technológiou TurboBoost. Samozrejme, ak na to máte. Ak áno, rýchle dvojjadrá vás už nezaujímajú.

Svoje automatické pretaktovanie predstavila pred nedávnom aj spoločnosť AMD – u Phenom II X6 sa vedia pretaktovať  tri, dve alebo jedno jadro o 400MHz resp. 500Mhz, podľa modelu procesora. Nie je to však tak zložito prepracovaná funkcia ako má Intel, ktorý na podporu Turbo Boost vyčlenil v čipe asi 1 milión tranzistorov navyše pre PCU (Power Control Unit) jednotku. AMD u Phenom II X6 zavádza jednoduchší prístup – jadrá sa pretaktujú vždy, bez ohľadu na vhodnejšie či menej vhodné prevádzkové vlastnosti. A ako sa aj v našom teste potvrdilo, celkom to funguje. Spotreba pri vyťažení  šiestich jadier a spotreba pri vyťažení troch jadier v automaticky pretaktovanom stave sú totožné. Limity procesora sa teda neprekročili:

Spotreba celej PC zostavy s procesorom Phenom II X6 1055T- pri trojici zaťažených jadier ešte zaúraduje TurboCore a pretaktuje ich na 3,3GHz, pri štyroch, piatich a šiestich vyťažených jadrách už frekvencia ostáva na 2,8GHz. Spotreba nikdy neprekročí 200W.

Toto všetko je pekné a dobré, no Intel má už vymyslenú druhú generáciu Turbo Boost. A tá vyzerá ešte komplikovanejšie.
(AMD takisto bude pokračovať v pridávaní technológie automatického pretaktovania, no o tom ako bude vyzerať sa veľa zatiaľ nehovorí).

Turbo Boost zajtra

U dnešných Core procesorov sa predpokladá, že čip dosiahne svoju hranicu TDP hneď po tom, čo zaúraduje Turbo Boost. Toto však nie je celkom presne opis reálnej situácie – procesor sa „nezohreje“ na TDP limit okamžite, ale trvá mu to určitý čas kým je vyťažený. Opäť si v Intel-i povedali – prečo to nevyužiť?

Sandy Bridge zavedie novú metriku, vďaka ktorej bude môcť Turbo Boost pretaktovať procesor aj nad hranicu povoleného TDP. Toto pretaktovanie bude aktívne do tej doby, kým procesor nedosiahne svoje tepelné špecifikácie TDP, podľa prvých informácií to môže byť až po dobu 25 sekúnd.

Novou metrikou u Turbo Boost „v2.0“ je teda predchádzajúci stav procesora. Ak sa nachádzal v nevyťaženom stave, naakumuluje sa priestor pre neskoršie navýšenie taktu nad rámec bežného limitu Turbo Boost. Ak potom užívateľ po dlhšej dobe neaktivity (práca v textovom editore, web, a podobné výpočtovo nenáročné úlohy) spustí napríklad konverziu zvukového súboru do mp3 formátu, pretaktuje sa jeho procesor viac, ako keby toto spravil po predchádzajúcej náročnej aktivite (napr. konverzia videa). Jeho úlohu to urýchli podstatne viac, ako keby fungovalo iba dnešné Turbo.

Po tom, čo sa procesor „zahreje“, klesne automatické pretaktovanie na úroveň TDP.

Čo je ale zaujímavé je fakt, že takéto automatické pretaktovanie nad rámec TDP sa nemá riadiť teplotou procesora, ale prúdom. Tá sa bude síce monitorovať, ale nie podľa nej rozhodovať. V podstate to znamená to, že aktivita Turbo Boost nebude závisieť od účinnosti chladenia, ale od záťažového prúdu, ktorý prechádza jadrami. Malo by byť teda jedno, či použijete BOX chladič alebo svoj vlastný, výkonnejší, Turbo Boost tým neovplyvníte.

Samozrejme ale zostane zachovaná tepelná ochrana – ak sa čip zahreje na nebezpečne vysokú hodnotu (parameter Tjmax, u dnešných Intel procesorov 100°C až 105°C), zasiahne obranný mechanizmus a procesor spomalí, zníži mu frekvenciu prípadne začne vkladať prázdne inštrukcie pre ochladenie (tzv. throttling).

Z charakteru tejto funkcie však vyvstávajú nové otázky, hlavne pre ľudí ako sú redaktori a recenzenti procesorov. Ako otestovať a určiť výkon Sandy Bridge? Ktorý údaj bude správny – výkon v benchamrkoch, medzi ktorými sa nechal procesor „nabiť“, alebo výkon v benchmarkoch, ktoré boli spustené v sérii za sebou bez aktivácie Turbo Boost nad rámec TDP? Buďte si istí, že výsledky testov sa budú na rôznych weboch líšiť, a to aj dosť výrazne. Bude zrejme totiž veľmi jednoduché navodiť stav, kedy sa neprejaví vyššie pretaktovanie – napríklad spustením série náročných testov za sebou, bez prestávok. Procesor si vtedy nestihne vytvoriť dostatočnú rezervu pre navýšenie taktu nad TDP. Na druhej strane sa dá navodiť aj ideálny stav, keď sa Turbo Boost prejaví u každého testu, jednoduchým vyčkaním medzi spúšťaním testov. Oba výsledky ale pritom sú správne. Ak sa nám dostanú nové procesory do rúk, skúsime otestovať rozdiel bez Turbo Boost, s normálnym Turbo Boost a s Turbo Boost po predchádzajúcej nízkej aktivite.

V reálnom používaní sa však zrejme prejaví nové Turbo Boost takmer vždy. Stačí si predstaviť model „bežného užívateľa“, ktorý spúšťa náročnejšie úlohy iba zriedka, resp. na krátku dobu. Môže to byť napríklad už spomínaná konverzia do mp3, kódovanie či dekódovanie videa, archivácia dát do ZIP formátu a iné. Pomimo týchto činností sa procesor dokáže „nabiť“ pri surfovaní po webe, počúvaní hudby či práci s dokumentmi. Na druhej strane si napríklad taký fanúšik Folding@Home výpočtov nové Turbo Boost asi moc neužije, keďže jeho procesor pracuje na plné obrátky stále, a teda nebude čas aby sa ochladil pre neskoršie zvýšenie výkonu aj nad TDP. Turbo do úrovne TDP však ostane zachované.

Automaticky sa pretaktuje aj grafické jadro

Druhá generácia Turbo Boost bude unikátna aj tým, že sa aplikuje aj na integrovanú grafickú časť Sandy Bridge procesora. V prípade že práve bežiaca aplikácia vyžaduje hlavne grafický výkon, CPU jadrá ostanú podtaktované (a teda do celkového TDP prispejú minimálnou mierou) a voľný priestor do limitu TDP sa využije na pretaktovanie GPU. Taktiež to bude fungovať aj naopak, teda ak sa vyťažia hlavne CPU jadrá, grafická časť ostane podtaktovaná.

Zaujímavé bude otestovať, ako sa prejaví na lepšom Turbo Boost CPU časti vypnutie integrovaného grafického jadra. Tým by sa totiž permanentne uvoľnil priestor pre dosiahnutie TDP. Uvidíme, vyskúšame.

Záver

Už aj podľa toho čo vieme dnes sa dá tvrdiť, že na celkovom výkone Sandy Bridge sa vo veľmi veľkej miere podpíše práve nové Turbo Boost. Schopnosť na dobu cca 25 sekúnd prekročiť TDP pri automatickom pretaktovaní dodá viac výkonu pre menejvláknové aplikácie, Turbo už bude vedieť rozoznávať záťaž CPU časti alebo GPU časti a priradiť tak vyšší takt aktuálne dôležitejšiemu jadru.

V rovnici je však stále dosť neznámych, ako napríklad riadenie Turbo funkcie prúdom a nie teplotou (s čím si zatiaľ nemôžeme byť úplne istí), ale tiež veľmi dôležitý faktor otestovania výkonu. Bude totiž rozdiel ak recenzent spustí sériu testov za sebou, alebo nasimuluje „bežného užívateľa“ a nechá medzi benchmarkmi procesor „oddýchnuť“ a „nabiť“ pre vyššie Turbo Boost pretaktovanie.

O nových poznatkoch vás samozrejme budeme na našich stránkach informovať, minimálne v rámci pravidelných noviniek. Keď sa začiatkom budúceho roka dostanú nové procesory na trh, skúsime si všetky technologické novinky otestovať na vlastnej koži.

Intel Sandy Bridge procesor – 32nm CPU, grafická karta, PCIexpress radič a pamäťový radič v jednom

Zdroj: Anandtech.com, PCPerspective.com