Speicher-Skalierung auf dem Athlon 64

20. Oktober 2005 / von Madkiller & BlackBirdSR / Seite 3 von 3

Neben den bisherigen Ergebnissen lässt sich auch noch etwas weiteres ableiten. Im Grunde völlig logisch, wurde es bisher jedoch kaum wirklich betrachtet: Die vielgerühmte Pro/MHz-Leistung eines Prozessors ist nicht konstant.

Im Allgemeinen scheint die Pro/MHz-Leistung für Viele eher eine Konstante innerhalb der CPU-Architektur zu sein. Wie die Benchmarks in diesem Artikel zeigen, ist dies jedoch nicht der Fall. Die Pro/MHz-Leistung eines Prozessors fällt mit steigender Taktrate. Im Detail sieht das folgendermaßen aus:

Besonders "wohl" fühlt sich dabei der Athlon 64 Prozessor bei Teilern zwischen 14 und 10. Über 15 machen sich Verluste durch den geringen Speichertakt oft schmerzlich bemerkbar. Teiler unter 10 wird man relativ selten finden, verlangt dieser bei höhergetakten CPUs doch 250 MHz und mehr für den Speicher. Darüber hinaus, wird der Athlon 64 bei einem 10er Teiler wohl schon relativ effektiv ausgelastet, da er von einem niedrigeren Teiler nicht mehr so stark profitieren kann.

Im Detail nochmal verglichen bedeutet dies:

• Vom 18er auf 16er Speicherteiler sind es 12,5% mehr Bandbreite/geringere Latenzen und eine um 6,5% höhere Pro/MHz-Leistung. Die Pro/MHz-Leistung skaliert also zu der höheren Bandbreite/geringere Latenzen um 52% mit.

• Vom 16er auf 14er Speicherteiler sind es 14,3% mehr Bandbreite/geringere Latenzen und eine um 5,0% höhere Pro/MHz-Leistung. Die Pro/MHz-Leistung skaliert also zu der höheren Bandbreite/geringere Latenzen um 35% mit.

• Vom 14er auf 12er Speicherteiler sind es 16,7% mehr Bandbreite/geringere Latenzen und eine um 5,4% höhere Pro/MHz-Leistung. Die Pro/MHz-Leistung skaliert also zu der höheren Bandbreite/geringere Latenzen um 32% mit.

• Vom 12er auf 10er Speicherteiler sind es 20,0% mehr Bandbreite/geringere Latenzen und eine um 6,7% höhere Pro/MHz-Leistung. Die Pro/MHz-Leistung skaliert also zu der höheren Bandbreite/geringere Latenzen um 33% mit.

• Vom 10er auf 8er Speicherteiler sind es 25,0% mehr Bandbreite/geringere Latenzen und eine um 5,2% höhere Pro/MHz-Leistung. Die Pro/MHz-Leistung skaliert also zu der höheren Bandbreite/geringere Latenzen um 21% mit.

• Vom 8er auf 6er Speicherteiler sind es 33,3% mehr Bandbreite/geringere Latenzen und eine um 5,1% höhere Pro/MHz-Leistung. Die Pro/MHz-Leistung skaliert also zu der höheren Bandbreite/geringere Latenzen um 15% mit.

Als Basis diente immer ein 2.4 GHz Athlon 64 mit einem Teiler von 12. Ändert man den Teiler auf einen Wert von 10, so ergibt sich ein Leistungsplus von ca 6,7%. Die theoretische Bandbreite, welche der CPU zur Verfügung steht, verändert sich um 20%. Wird der Teiler auf einen Wert von 14 gesetzt, verringert sich die theoretische Bandbreite auf 86% des ursprünglichen Werts, die resultierende Pro/MHz-Leistung der CPU sinkt dabei auf 94,9% ab. Das lässt sich nun für alle Modelle durchlaufen.

Die Pro/MHz-Leistung einer Architektur mag gegenüber einer anderen nun höher oder niedriger sein, zwischen den unterschiedlichen getakteten CPUs einer Familie ist sie aber nicht konstant. Ein 2 GHz Athlon64 besitzt eine höhere Pro/MHz-Leistung als ein schnelleres 2.4 GHz Modell.

Die Gründe dafür sind schnell erläutert: Zwischen dem CPU und Speichertakt klafft eine große Lücke. Typischerweise arbeitet der Speicher mit 200 MHz, während die CPU bereits bei 2 GHz oder mehr ihre Arbeit verrichtet. Jeder Zugriff auf den Speicher bringt also unweigerlich eine gewisse Wartezeit mit sich, weil der Speicher schließlich viel langsamer als die CPU arbeitet - es ergibt sich eine Latenz zwischen Speicheranfrage und dem Erhalt der angeforderten Daten. Je länger die CPU warten muss, desto mehr Rechenleistung geht verloren.

Mit steigendem CPU Takt verschiebt sich nun das Verhältnis zwischen Speicher- und CPU-Takt. Ein 2.4 GHz Model hätte in der verlorenen Zeit ca 20% mehr Arbeit verrichten können als das 2 GHz Modell. Infolge dessen beträgt die Gesamtleistung des 2.4 GHz Systems nicht 20% mehr wie es der Takt verspricht, sondern vielleicht nur 10-15% - die Pro/MHz-Leistung ist faktisch gesunken. Man spricht hier von einem abfallenden Skalierungsverhalten, ganz im Gegensatz zum ersten Teil des Artikels, bei dem der veränderte Speichertakt einem so starken Abfall entgegengewirkt hat.

Eine kurze Anmerkung:
Die obige Tabelle berücksichtigt nur den Unterschied in Takt und Bandbreite. In Wirklichkeit gibt die Latenz wesentlich mehr Aufschluss über die Leistung als die völlig theoretische Bandbreite. Mit steigendem Speichertakt sinkt die Latenz und damit die Wartezeit für die CPU. Allerdings ist es wohl wesentlich einfacher, sich das Modell anhand der Bandbreiten zu veranschaulichen. Für die veränderliche Pro/MHz-Leistung ist im wesentlichen eine Kombination aus der Zugriffslatenz und der realen Speicherbandbreite, welche eine Funktion ersterer ist, verantwortlich.

Abschließend noch ein Direktvergleich aus den erworbenen Erkenntnissen: Wie schnell die jeweiligen CPUs getaktet sein müssten, um jeweils gleich schnell mit unterschiedlichen Speicherteilern zu sein, wobei immer die CPUs in einer Zeile gleich schnell sind. Die Messwerte in diesem Artikel erlauben es, die Performance von schnelleren CPUs, als derzeit tatsächlich erhältlich, relativ gesichert abzuleiten.