Testlog augustus 2006: processors en harde schijven

Eén van de opmerkelijke zaken die aan het licht kwam bij het uitvoeren van onze benchmarks is de invloed van Cool 'n' Quiet en PowerNow op de prestaties. Zoals bekend mag zijn, verlagen Cool 'n' Quiet en PowerNow dynamisch de kloksnelheid en de spanning van de CPU core naar gelang de processorbelasting. Deze technologie wordt door Microsoft Demand Based Switching (DBS) genoemd. Algemeen wordt aangenomen dat DBS geen invloed heeft op de prestaties. Dit blijkt echter toch het geval te zijn bij applicaties die geen langdurige volledige belasting van de processor veroorzaken, maar wel afhankelijk zijn van een snelle responstijd. Een voorbeeld is de Photoshop CS2 Filtertest, waarin er meestal slechts voor korte tijd sprake is van een hogere processorbelasting. De processor zal dan in een fractie van een seconde de kloksnelheid verhogen, maar in de korte tijd dat de processor op een lagere kloksnelheid draait wordt wel een slechtere performance geleverd. Het probleem wordt verergerd door een bug in de scheduler van Windows XP SP2, die de threads van een single-threaded applicatie soms tussen cores verplaatst. Op systemen met DBS zorgt het verplaatsen van de threads ervoor dat de Windows kernel power manager zich soms vergist in de performance state waarin een processor zich zou moeten verbinden. Omdat de thread steeds verhuist tussen de cores lijken de afzonderlijke cores minder druk dan het gehele systeem eigenlijk is.

Voor de bovenstaande bug is sinds eind vorig jaar een hotfix verkrijgbaar voor de 32-bit versie van Windows XP. De x64-versie heeft nog geen fix, maar AMD heeft wel een Dual-core Optimizer uitgebracht waarvan de werking verband lijkt te houden met het bovenstaande probleem. De resultaten van onze benchmarks wijzen uit dat het performanceprobleem met Cool 'n' Quiet onder 32-bit Windows deels verholpen is, maar onder x64 zijn er ook met de nieuwste AMD processordrivers en de Dual-core Optimizer nog veel benchmarks die negatief worden beïnvloed door Cool 'n' Quiet en PowerNow.

Hieronder zijn een aantal resultaten onder 32-bit Windows van een dual processor systeem met een Opteron 2216 engineering sample. Het dual core power managementprobleem is op quad core systemen het ergst omdat threads tussen vier verschillende cores verhuist kunnen worden.

	Business Winstone 2004 Multitasking Test - Windows XP 32-bit
	Dual AMD Opteron 2216		DC Hotfix		No PN		2,31
	Dual AMD Opteron 2216		DC Hotfix		PN		2,29
	Dual AMD Opteron 2216				PN		2,19

	Multimedia Content Creation Winstone 2004 - Windows XP 32-bit
	Dual AMD Opteron 2216		DC Hotfix		No PN		41,2
	Dual AMD Opteron 2216		DC Hotfix		PN		37,3
	Dual AMD Opteron 2216				PN		35,8

Onder Windows x64 zien we ondanks AMD's Dualcore Optimizer forse verschillen tussen tests met en zonder power management. De Photoshop CS2 Filtertest wordt er zo'n 15 procent trager door op de Athlon 64 FX-62 en zelfs 20 procent op de dual Opteron 2216. De verschillen zijn kleiner als Neat Image in de achtergrond draait en de cores dus vaker maximaal belast worden en op de hoogste kloksnelheid draaien. De resultaten van de Opteron 2216 zijn overigens niet vergelijkbaar met die van de andere processors, omdat de Opteron werd getest met een Areca ARC-1280 en vier Raptors in RAID 5, terwijl de andere cpu's met een enkele Raptor werden gebenched.



Ook in games, zoals Oblivion, hebben Cool 'n' Quiet en PowerNow invloed op de prestaties. Het verschil is kleiner in Quake 4 met de 1.03 patch, die ondersteuning biedt voor dualcores. Kennelijk worden de cores dankzij multithreading beter op kloksnelheid gehouden.



Demand based switching heeft geen invloed op de prestaties als de cores continu volledig worden belast en het power management er dus voor zorgt dat de cores op de hoogst mogelijke klokfrequentie draaien. De multithreaded Cinebench R9.5-renderingbenchmark zorgt voor een continue maximale belasting van alle cores.


Uiteraard moet wel rekening gehouden worden met het feit dat Cool 'n' Quiet en PowerNow voor een aanzienlijke stroombesparing zorgen als het systeem idle is of gedeeltelijk belast wordt. Vooral bij de dual Opteron is de besparing groot.


Op het moment van schrijven hadden we de Core 2 Duo-processors nog niet getest zonder EIST. Het is aannemelijk dat EIST een minder grote invloed heeft op de prestaties omdat de cpu cores minder ver worden terruggeklokt. De Core 2 Duo E6400 draait idle op 1,6GHz, oftewel 33 procent minder dan de optimale kloksnelheid van 2,13GHz. De Athlon 64 FX-62 wordt daarentegen bijna een factor drie lager geklokt van 2,8GHz naar 1,0GHz.