Jak rychlé jsou procesory v našich počítačích?

Komparativní kompilace věnováná procesorům 680x0, PowerPC a x86

Následující článek se pokusí porovnat jednotlivé generace procesorů 680x0 a PowerPC použitých (či použitelných) v AmigaOS kompatibilních počítačích s jejich ekvivalenty na trhu IBM PC. Tomuto záměru poskytlo značnou motivaci velké množství polopravd i tradičních nepřesností, jež bývají s touto neobyčejně citlivou otázkou spojeny. Autor se snažil vycházet z publikovaných výsledků relevantních benchmarků, za jejichž pomoci bylo možné poměrně přesně rekonstruovat vzájemné výkonnostní poměry jak v celočíselných operacích, tak v plovoucí desetinné čárce.

Použité benchmarky

SpecCPU[1] – standard v oblasti měření rychlosti procesorů, benchmarky SpecMark89, SpecCPU92, SpecCPU95, SpecCPU2000 a SpecCPU2006 nabízí náhled na vývoj řady CPU architektur od konce 80. let 20. století až do současnosti. Pro potřeby tohoto textu pravděpodobně neexistuje relevantnější zdroj informací.

EEMBC[2] – standard benchmarků z oblasti embedded aplikací.

Dhrystone[3] – klasický (a stále ještě používaný…) benchmark testující výkon v celočíselných operacích. Zůstává dodnes populární díky snadné přenositelnosti na různé platformy, byť jeho vypovídací hodnota pro novější procesory (cca po roce 1995) významně klesá.

Flops – opět klasický benchmark, tentokráte zaměřený na operace v plovoucí desetinné čárce. Pro potřeby této práce byly využity výsledky testů Flops_4[4].

Jednotlivé architektury jsou v tabulkách barevně odlišeny: modrá zobrazuje údaje týkající se 680x0 procesorů, červená je věnována PowerPC a x86 zůstává v černé barvě. Úspěšně testováno pod IE 6 a 7, pod IBrowse se vše zobrazuje černě.

 

SpecCPU

Podrobnosti (velikost cache, datum provedení testu atd.) jsou uvedeny v příslušných odkazech.

Počítač

CPU

MHz

SpecInt92

SpecFp92

SpecInt95

SpecFp95

SpecInt2000

SpecFp2000

SpecInt2006

SpecFp2006

Mac IIfx[5]

68030

40

6.?

2.?[6]

 

 

 

 

 

 

HP 425t[7]

68040

25

12.3

10.3

 

 

 

 

 

 

Compaq Deskpro[8]

80487SX

25

14.2

6.7

 

 

 

 

 

 

Compaq Deskpro[9]

80486DX

33

18.2

8.3

 

 

 

 

 

 

Compaq Deskpro[10]

80486DX2

66

32.2

16

 

 

 

 

 

 

 

68060

50

42[11]

?

 

 

 

 

 

 

Micronics M4P[12]

80486DX4

100

51.4

26.6

 

 

 

 

 

 

IBM RS/6000 250

601

66

62.6[13]

72.2

1.82[14]

2.32[15]

 

 

 

 

Compaq Deskpro[16]

Pentium

66

65.1

63.6

 

 

 

 

 

 

IBM RS/6000 Notebook 860

603e

166

 

 

3.94[17]

2.71[18]

 

 

 

 

Intel XXpress[19]

Pentium

133

174.2

120.6

4.14

3.12

 

 

 

 

Intel LT430TX

PentiumMMX

200

 

 

6.44[20]

4.87[21]

 

 

 

 

Intel Alder[22]

PentiumPro

200

318.4

283.2

8.09

6.75

 

 

 

 

Intel AL440LX

Pentium II

233

 

 

9.47[23]

7.04[24]

 

 

 

 

IBM RS/6000 43P-150

604e

250

 

 

11.1[25]

8.78[26]

105[27]

90.8[28]

 

 

 

740[29]

266

 

 

11.5

6.9

 

 

 

 

Intel AL440LX

Celeron

366

 

 

13.9[30]

10.1[31]

 

 

 

 

 

750[32]

400

 

 

18.8

12.2

 

 

 

 

 

7410[33]

500

 

 

22.8

17.0

 

 

 

 

Intel IntelSE440BX2

Pentium III

600

 

 

24.1[34]

15.8[35]

 

 

 

 

 

750CXe[36]

600

 

 

25.6

16.3

 

 

 

 

 

7451[37]

733

 

 

32.1

23.9

 

 

 

 

 

750FX[38]

800

 

 

38.0

24.8

 

 

 

 

Intel VC820

Pentium III

1000

 

 

46.8[39]

32.2[40]

410[41]

284[42]

 

 

 

750GX[43]

1000

 

 

52.0

30.2

 

 

 

 

Intel D850GB

Pentium 4

1400

 

 

 

 

512[44]

590[45]

 

 

Epox 8KHA+

AMD Athlon (TM) XP 1900+

1600

 

 

 

 

701[46]

634[47]

 

 

Intel D850EMVR

Pentium 4 HT

3060

 

 

 

 

1107[48]

1091[49]

 

 

ASUS SK8N

AMD Athlon (TM) FX-51

2200

 

 

 

 

1447[50]

1423[51]

 

 

IBM BladeCenter JS21

970MP

2500

 

 

 

 

1587[52]

2119[53]

 

 

Dell Precision 380

Pentium 4 670

3800

 

 

 

 

1863[54]

2091[55]

11.5[56]

12.2[57]

Asus M2N32-SLI Deluxe

AMD Athlon 64 FX-62

2800

 

 

 

 

2061[58]

2134[59]

11.4[60]

10.3[61]

Intel DG965WH

Core 2 Duo E6700

2666

 

 

 

 

2848[62]

2850[63]

20[64]

16.9[65]

 

 

EEMBC

PowerPC si získalo silné pozice především mimo oblast samotných desktopů. Testy takovýchto specializovaných aplikací zahrnují samozřejmě i procesory známé z MorphOS/AmigaOS kompatibilních počítačů (603e, 750GX, 7455, 7447), případně čipy, o jejichž využití se uvažuje (440EP, 8641D).

CPU

MHz

Automotive[66]

Consumer[67]

Digital Entertainment[68]

603e

300

196.2

21.5

 

AMD K6-IIIE+ 550/ACR

550

364.2

34.2

 

AMCC 440EP

666

575

60.6

 

7455

1000

889.3

122.6

 

7447

1300

1128.8

172.2

 

750GX

1000

1155.8

124

173.6

8641D

1500                 

1612.7

221.4

315 / 713.9[69]

970FX[70]

2000

2108.7

284.5

385.4

 

 

Dhrystone / Flops

Přestože tyto benchmarky dnes již lze považovat za překonané, nabízejí přijatelné výsledky pro porovnávání výkonnosti starších CPU architektur (68000-68040, 8086-80486 atd.).

Počítač

CPU/FPU

MHz

Dhrystone MIPS V1.1[71]

Dhrystone MIPS V2.1[72]

Flops_4[73]

IBM PC/XT

8088

4.77

0.23

 

 

ATT PC6300

8086

8

0.44

 

 

Amiga 1000

68000

7.16

0.54

 

 

IBM PC/AT

80286

6

0.71

 

 

Sun 2/120

68010

10

0.75

 

 

Amiga 1200[74]

68EC020

14

1.65

1.67

 

IBM PS/2 Model55

80386SX

16

 

 

0.0064

Sun 3/160C

68020

16.7

2.4

 

 

Atari Mega ST 4

68030/68881

25/25

2.2

2.6

0.2862

Amiga 2000/G-Force

68030/68882

25/25

5

4.4

0.4231

Amiga 1200[75]

68030

50

11.7

11.1

 

IBM Value Point

80486SX

25

 

 

0.0255

Clone 386

Am386DX/?

40/40?

17.5

13.8

1.3692

CLUB Falcon 433

80486DX

33

20.4

18.6

2.3330

Amiga 4000/25

68040

25

22.2

18.7

3.1942

Clone 486

CX486SLC

66

23.5

22.1

 

486DX2/66

80486DX2

66

32.9

30.2

4.7224

AMD 486DX4/100

AMD 486DX4

100

 

42.1

7.0686

Amiga 2000 / Blizzard1260

68060

50

 

41.93[76]

 

Amiga4000 / CyberStorm060

68060

50

 

 

13.7333[77]

PC Compatible

AMD K5

75

88.7

75.9

14.8148

IBM RS/6000 250

601

66

96.1

83.6

12.8372

 

 

Závěr

Předkládané tabulky vedou autora tohoto textu k některým, ne zcela překvapivým, závěrům.

1)      Procesory 680x0 nedokázaly od začátku 90. let úspěšně konkurovat procesorům 80x86. Toto stanovisko vynikne, uvědomíme-li si, že v době uvedení 80486 (1989[78]) představoval nejvýkonější 680x0 procesor firmy Motorola 68030. Srovnatelný čip 68040 uvedla tato společnost až na přelomu let 1990/91[79]. Intel ovšem nezahálel, frekvence 80486 se zvýšila na 50 MHz, a u další generace 80486DX2 dokonce i 66 MHz. Nejvýkonnější 68040 na 40 MHz se sice DX2 rovnal v rychlosti výpočtů v plovoucí desetinné čárce, ale v celočíselných operacích jej DX2 předstihl téměř o 50 %. Na začátku roku 1993 představil Intel nový procesor Pentium[80], jenž vykazoval (66 MHz verze) v celočíselných operacích více než dvojnásobnou rychlost oproti 80486DX2 na na stejné frekvenci. Ekvivalentní 68060 (50 MHz)[81] dorazil natrh až více než rok poté, přičemž frekvence nových procesorů Pentium již v této době přesáhla hranici 100 MHz.

2)      Toto technické zaostávání samozřejmě významně ovlivnilo i stroje sestavené na základě procesorů 680x0. Na konci roku 1993 si konkurovaly ve třídě počítačů do 1500 USD Mac LC III+[82] s 68030 na 33 MHz a IBM Value Point 425SX/Si (80486SX na 25 MHz)[83] - za stejnou cenu nabízely stroje založené na 80x86 dvojnásobnou rychlost procesoru.

3)      V druhé polovině 90. let představovalo PowerPC důstojného soupeře procesorů firem Intel či AMD. Zatímco ale tyto společnosti dokázaly v letech 2000-2002 podstatně zvýšit frekvence svých čipů (Pentium III, Pentium 4, AMD Athlon) i odpovídajících sběrnic, nepřekročily ekvivalentní procesory PowerPC hranici 1500 MHz (a v případě sběrnic 133 MHz – výkonostně je lze plně srovnávat s Pentiem III). Opakovala se tak situace, již Apple zažil před téměř 10 lety – řešení založené na x86 nabízelo za stejnou cenu dvojnásobnou (i vyšší) rychlost procesoru. 5. generace procesorů PowerPC (970, 970FX, 970MP) zmíněný náskok v oblasti pracovních stanic dočasně dorovnala, v roce 2005 již ale běžně prodávané x86 čipy nabízely obdobný výkon i v nižších a středních  kategoriích x86 strojů. V případě Core 2 neexistuje v oblasti PowerPC srovnatelný ekvivalent.

 

Trh osobních počítačů představuje prostor nemilosrdného soupeření různých hardwarových a softwarových architektur. Tvrdá konkurence již před polovinou 90. let 20 století vytlačila z oblasti desktopů procesory řad 680x0 a v nedávné minulosti postihl stejný osud i jejich nástupce – PowerPC. Uživatelé a hlavně vývojáři PowerPC operačních systémů kompatibilních s AmigaOS (AmigaOS 4, MorphOS) by si proto měli položit otázku, zda-li má nadále smysl setrvávat na architektuře, jež z pohledu běžného uživatele osobního počítače v současnosti neposkytuje dostatečný výkon za přijatelnou cenu ani nenabízí optimistické vyhlídky do budoucnosti.

 

Další informace je možné nalézt na:

http://www.spec.org

http://www.eembc.com

http://performance.netlib.org/performance/html/PDStop.html

ftp://ftp.cs.toronto.edu/pub/jdd/spectable

 

Poznámky:


[1] Standard Performance Evaluation Corporation. URL: <http://www.spec.org> [2008-08-01].

[2] Embedded Microprocessor Benchmark Consortium. URL: <http://www.eembc.com> [2008-08-01].

[3] Dhrystone. URL: <http://performance.netlib.org/performance/html/dhrystone.intro.html> [2008-08-01].

[4] Flops_4. URL: <http://performance.netlib.org/performance/html/flops_4.intro.html> [2008-08-01].

[5] Wild rumor, potential for massive sea change in Amiga world. URL: <http://groups.google.com/group/comp.sys.amiga.advocacy/browse_thread/thread/775295d6df592bed/36ce5bfc224bc9e0?lnk=st&q=mac+IIfx+specint+6+2#36ce5bfc224bc9e0> [2008-08-01].

[6] 68882 FPU.

[7] URL: <ftp://ftp.cs.toronto.edu/pub/jdd/spectable> [2008-08-01].

[8] URL: <ftp://ftp.cs.toronto.edu/pub/jdd/spectable> [2008-08-01].

[9] URL: <ftp://ftp.cs.toronto.edu/pub/jdd/spectable> [2008-08-01].

[10] URL: <ftp://ftp.cs.toronto.edu/pub/jdd/spectable> [2008-08-01].

[11] Údaj je založen pouze na kvalifikovaném odhadu. Výkon procesor 68060 by měl zhruba odpovídat (v celých číslech i pohyblivé desetinné čárce) původnímu Pentiu na stejné frekvenci (Pentium by však mělo být o něco rychlejší). Ke stejnému názoru se kloní také:

WarpEngine '060. URL: <http://groups.google.com/group/comp.sys.amiga.misc/browse_thread/thread/c1e0e19952ac10fa/75468ad1adab4701?q=specint&lnk=ol&> [2008-08-01].

[12] URL: <ftp://ftp.cs.toronto.edu/pub/jdd/spectable> [2008-08-01].

[13] Jak SpecInt92, tak SpecFp92. URL: <ftp://ftp.cs.toronto.edu/pub/jdd/spectable> [2008-08-01].

[14] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu95/results/res96q2/cpu95-960401-00561.html> [2008-08-01].

[15] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu95/results/res96q2/cpu95-960401-00545.html> [2008-08-01].

[16] URL: <ftp://ftp.cs.toronto.edu/pub/jdd/spectable> [2008-08-01].

[17] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu95/results/res96q4/cpu95-961122-01533.html> [2008-08-01].

[18] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu95/results/res96q4/cpu95-961122-01524.html> [2008-08-01].

[19] Je nutné upozornit na velikost L2 cache (1 MB). URL: <ftp://ftp.cs.toronto.edu/pub/jdd/spectable> [2008-08-01].

[20] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu95/results/res97q3/cpu95-970623-01965.html> [2008-08-01].

[21] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu95/results/res97q3/cpu95-970623-01961.html> [2008-08-01].

[22] URL: <ftp://ftp.cs.toronto.edu/pub/jdd/spectable> [2008-08-01].

[23] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu95/results/res97q4/cpu95-970916-02132.html> [2008-08-01].

[24] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu95/results/res97q4/cpu95-970916-02133.html> [2008-08-01].

[25] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu95/results/res2000q2/cpu95-20000508-04233.html> [2008-08-01].

[26] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu95/results/res2000q2/cpu95-20000508-04232.html> [2008-08-01].

[27] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu2000/results/res2000q3/cpu2000-20000612-00124.html> [2008-08-01].

[28] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu2000/results/res2000q3/cpu2000-20000612-00123.html> [2008-08-01].

[29] Odhad. URL: <http://www.freescale.com/files/32bit/doc/fact_sheet/MPC750FACT.pdf?fsrch=1> [2008-08-01].

[30] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu95/results/res99q2/cpu95-19990329-03478.html> [2008-08-01].

[31] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu95/results/res99q2/cpu95-19990329-03475.html> [2008-08-01].

[32] Odhad. URL: <http://www.freescale.com/files/32bit/doc/fact_sheet/MPC750FACT.pdf?fsrch=1> [2008-08-01].

[33] Odhad. URL: <http://www.freescale.com/files/32bit/doc/fact_sheet/PPCSALESFACT.pdf?fsrch=1> [2008-08-01].

[34] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu95/results/res99q3/cpu95-19990913-03864.html> [2008-08-01].

[35] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu95/results/res99q3/cpu95-19990913-03865.html> [2008-08-01].

[36] Odhad. Rong Ge - Xizhou Feng, Cluster Computing Using IXIA Load Modules: Feasibility and Performance, p. 11. (kapit. 5.3, Table 1, s. 11) URL: <http://people.cs.vt.edu/~fengx/web/pubs/report/gf_argus_report03.pdf> [2008-08-01].

[37] Odhad. URL: <http://www.freescale.com/files/32bit/doc/fact_sheet/MPC7450-51FACT.pdf?fsrch=1> [2008-08-01].

[38] Odhad. URL: <http://www-01.ibm.com/chips/techlib/techlib.nsf/techdocs/333B1B2F8F31F5AB0025748F00813323/$file/PPC750FX_Eval_Kit-040904.pdf> [2008-08-01].

[39] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu95/results/res2000q1/cpu95-20000313-04136.html> [2008-08-01].

[40] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu95/results/res2000q1/cpu95-20000313-04135.html> [2008-08-01].

[41] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu2000/results/res2000q1/cpu2000-20000314-00051.html> [2008-08-01].

[42] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu2000/results/res2000q1/cpu2000-20000314-00052.html> [2008-08-01].

[43] Odhad. URL: <http://www-01.ibm.com/chips/techlib/techlib.nsf/techdocs/27312BDC5844D18487256E7F006BC006/$file/PPC750GX_Eval_Kit-040904.pdf> [2008-08-01].

[44] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu2000/results/res2001q3/cpu2000-20010827-00826.html> [2008-08-01].

[45] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu2000/results/res2001q3/cpu2000-20010827-00825.html> [2008-08-01].

[46] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu2000/results/res2001q4/cpu2000-20011022-01057.html> [2008-08-01].

[47] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu2000/results/res2001q4/cpu2000-20011022-01056.html> [2008-08-01].

[48] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu2000/results/res2002q4/cpu2000-20021202-01875.html> [2008-08-01].

[49] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu2000/results/res2002q4/cpu2000-20021202-01876.html> [2008-08-01].

[50] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu2000/results/res2003q3/cpu2000-20030908-02472.html> [2008-08-01].

[51] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu2000/results/res2003q3/cpu2000-20030908-02473.html> [2008-08-01].

[52] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu2000/results/res2006q1/cpu2000-20060208-05549.html> [2008-08-01].

[53] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu2000/results/res2006q1/cpu2000-20060208-05547.html> [2008-08-01].

[54] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu2000/results/res2006q1/cpu2000-20060110-05367.html> [2008-08-01].

[55] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu2000/results/res2006q1/cpu2000-20060110-05366.html> [2008-08-01].

[56] Base (nižší než srovnatelné hodnoty Resolut u ostatních procesorů). URL: <http://www.spec.org/cpu2006/results/res2006q3/cpu2006-20060513-00016.html> [2008-08-01].

[57] Base (nižší než srovnatelné hodnoty Resolut u ostatních procesorů). URL: <http://www.spec.org/cpu2006/results/res2006q3/cpu2006-20060513-00014.html> [2008-08-01].

[58] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu2000/results/res2006q3/cpu2000-20060904-07198.html> [2008-08-01].

[59] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu2000/results/res2006q3/cpu2000-20060904-07196.html> [2008-08-01].

[60] Base (nižší než srovnatelné hodnoty Resolut u ostatních procesorů). URL: <http://www.spec.org/cpu2006/results/res2006q3/cpu2006-20060904-00080.html> [2008-08-01].

[61] Base (nižší než srovnatelné hodnoty Resolut u ostatních procesorů). URL: <http://www.spec.org/cpu2006/results/res2006q3/cpu2006-20060904-00078.html> [2008-08-01].

[62] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu2000/results/res2006q3/cpu2000-20060725-06817.html> [2008-08-01].

[63] URL: <http://www.spec.org/osg/cpu2000/results/res2006q3/cpu2000-20060725-06815.html> [2008-08-01].

[64] URL: <http://www.spec.org/cpu2006/results/res2007q3/cpu2006-20070723-01547.html> [2008-08-01].

[65] URL: <http://www.spec.org/cpu2006/results/res2007q3/cpu2006-20070723-01545.html> [2008-08-01].

[66] URL: <http://www.eembc.org/benchmark/index.php?suite=AUT> [2008-08-01].

[67] URL: <http://www.eembc.org/benchmark/index.php?suite=CON> [2008-08-01].

[68] URL: <http://www.eembc.org/benchmark/index.php?suite=CO2> [2008-08-01].

[69] AltiVec optimalizace.

[70] 32 bit mode.

[71] Není-li uvedeno jinak. Dhrystone. URL: <http://performance.netlib.org/performance/html/dhrystone.data.col0.html> [2008-08-01].

[72] Není-li uvedeno jinak. Dhrystone. URL: <http://performance.netlib.org/performance/html/dhrystone.data.col0.html> [2008-08-01].

[73] Není-li uvedeno jinak. Flops_4. URL: <http://performance.netlib.org/performance/html/flops_4.data.col0.html> [2008-08-01].

[74] Amiga 1200, 2 MB Chip RAM, 540 MB HD, AmigOS 3.0. Test proveden autorem tohoto textu prostřednictvím:

URL: <http://aminet.net/package/util/moni/DhrystonePack> [2008-08-03].

[75] Amiga 1200, Blizzard 1230IV, 2 MB Chip RAM, 8 MB Fast RAM, 540 MB HD, AmigOS 3.0, start bez startup-sequence. Test proveden autorem tohoto textu prostřednictvím:

URL: <http://aminet.net/package/util/moni/DhrystonePack> [2008-08-03].

[76] URL: <http://sites.inka.de/pcde/dbp/rest/113.txt> [2008-08-01].

[77] 68060 Benchmarks. URL: <http://groups.google.com/group/z-netz.rechner.amiga.allgemein/browse_thread/thread/7db6665fdd1e71b7/dbca05ff0b353220?hl=cs&lnk=st&q=68060+mips+mflops#dbca05ff0b353220> [2008-08-01].

[78] 80486. URL: <http://en.wikipedia.org/wiki/80486> [2008-08-01].

[79] Personal Computer CHIPLIST 9.9.4 part 4 of 5. URL: <http://www.faqs.org/faqs/pc-hardware-faq/chiplist/part4/> [2008-08-03].

[80] Pentium. URL: <http://en.wikipedia.org/wiki/Pentium> [2008-08-01].

[81] Atari Explorer, Z*Net, & ST Report: ST Report: 22-Apr-94 #1017. URL: <http://www.atariarchives.org/cfn/12/05/03/0407.php> [2008-08-03].

[82] Apple Macintosh LC III+ Specs. URL: <http://www.everymac.com/systems/apple/mac_lc/stats/mac_lc_iii_plus.html> [2008-08-01].

[83] Personal Systems Reference, IBM ValuePoint, 1992 to 1995 – withdrawn. URL: <ftp://ftp.software.ibm.com/pc/pcinstitute/psref/vpbook.pdf> [2008-08-03].