超线程的魅力──Intel P4 3.06GHz CPU测试报告

评测与市场

电脑报评测实验室

2002年对于Intel来说是节节胜利的一年，在这一年中，Intel无论是在CPU领域，还是在主板芯片组市场都取得了辉煌的胜利，完全摆脱了2001年的持续低迷状态。而为了在2002年结束的时候为自己划上一个完美的句号，Intel按照计划在11月14日，强势推出一款新的P4处理器产品(见（图2）)。届时该款CPU的频率将首次突破3GHz，同时也将在P4 3GHz以上的CPU中引入超线程这一全新的技术。那什么是超线程技术呢？它对未来的CPU将产生什么影响？我想大多数的读者对此都不甚了解，那么我们就先来了解一下超线程的概念。

超线程技术

在2001年的IDF(开发者论坛)上，Intel正式发布了“Hyper-Threading Technology”(超线程技术)。通过这项技术，Intel将提供世界上首枚集成了双逻辑处理器单元的物理处理器(其实就是在一个处理器上整合了两个逻辑处理器单元)。据称该项技术能够使处理器的性能提高近40%。首颗采用了超线程技术的处理器是Intel的Xeron(至强)，而现在这项技术又被应用到了新发布的主频为3.06GHz的P4处理器上。那超线程技术到底是怎样提升处理器性能的呢？
简单地说，超线程技术其实是一种同步多线程执行技术，它与我们所熟知的多处理器同步执行技术(SMT，Simultaneous Multi-Threading)在概念上非常接近(见（图3）)。不过，它们之间还是有很大的不同。而最大的区别在于超线程技术只是针对一颗CPU而言的。具体地说就是在一颗CPU的内部整合了两个逻辑处理单元，而这两个逻辑处理器单元就相当于两个处理器实体，能够同时处理两个独立的线程。因此，对于操作系统来说，它会把这颗CPU识别为两颗CPU，而把工作线程分派给这“两颗”处理器去执行，让多个应用程序或单一应用程序的多个线程，能够同时在同一颗处理器上执行，当然效率的提高是显而易见的。不过，这“两个”逻辑处理器是共享这颗CPU的所有资源，这一点非常重要。通过这种整合，处理器的资源利用率至少可以提升近40%。这也就是为什么Intel在3.06GHz P4 CPU中使用超线程技术的最主要的原因。

硬件的支持

和原来的多处理器需要主板的支持一样，具有超线程的CPU同样也需要主板的支持。随着P4 3.06GHz的发布，大多数读者目前关心的是哪些主板可以支持超线程。近日，Intel表示最新发布的Intel 845GE/PE已经可以支持超线程。另外，原有的Intel 850E也支持超线程。对于原来的Intel 845E/G来说，需要升级BIOS才能够支持。而对于第三方的主板芯片组厂商来说，SiS已明确表示将推出支持超线程的主板芯片组产品。但是，VIA到目前为止，还没有表态。这样，在主板芯片组方面，可以说Intel已经为P4 3.06GHz的推出做好了万全的准备。

软件的支持

同样，超线程也需要操作系统以及软件的支持。使用何种操作系统才能支持到3.06GHz以上P4系列处理器采用的超线程技术，Intel已于近期表明了态度。根据Intel的表示，Home和Professional版本的Windows XP操作系统都支持超线程技术，并且Windows XP Pro的设备管理器将会显示两个处理器在工作(见（图4）)。这一点我们在测试中得到了证实。另外，Linux kernel 2.4.x以后的版本也可以。但是，目前最受大家欢迎的Windows2000操作系统不支持超线程技术。

Intel P4 3.06GHz CPU

Intel按照自己的计划于11月14日正式推出了本年度最后一款，同时也是技术含量最高的一款产品──P4 3.06GHz处理器(见（图5）)。之所以这样说，主要是因为该款处理器不仅是第一款主频突破了3GHz大关的处理器产品，同时还把超线程这一以往只用于高端服务器的技术引入到了桌面型PC处理器中来。

性能测试

测试平台

CPU：Intel P4 3.06GHz
Intel P4 2.8GHz
主板：Intel 850E公板
内存：2×256MB RAMBUS PC1066
硬盘：IBM腾龙3代82.3GB
显卡：GeForce4 Ti4600 128MB DDR
光驱：SONY 16×DVD-ROM
显示器：Acer P791
系统：Windows XP+SP1
DirectX8.1b
驱动：Intel INF 4.04.1007
Intel Application Accelerator2.2.2
NVIDIA 40.72 WHQL
测试过程中，Windows的显示频率为1024×768@16bit色深，刷新频率为85Hz。
本次测试的平台采用了Intel送测的Intel 850E主板(见（图7）)，外加2×256MB PC1066 RAMBUS，再配上P4 3.06GHz CPU和GeForce4 Ti4600，可谓是目前家用最顶级的平台了。不过，本次测试的重点还是放在超线程技术方面。由于Intel 850E主板的BIOS中有超线程的选项(见（图8）)，我们要做的就是分别测试该选项在开启和关闭的情况下，系统性能的变化。另外，我们也引入了P4 2.8GHz的测试数据作为对比，相信这样做会收到更好的效果。

整体性能测试

Business Winstone2001 v1.2主要测试系统的商业办公性能，涉及的软件基本上不支持超线程，因为从测试情况来看，无论是在开启，还是在关闭的情况下，两者的成绩差别并不大。不过与P4 2.8GHz相比，P4 3.06GHz在性能上还是有不小的提升。
Content Creation Winstone 2002 V1.0主要测试系统高端方面的应用，运行的脚本程序很多都涉及到超线程方面的应用。但是，从测试情况来看，在关闭超线程的情况下的成绩反而要高些，这确实让人感到很疑惑。不过，在SYS Mark2002中，超线程在开启和关闭两种情况下的性能表现还是有比较明显的区别，特别是Internet Content Creation项的性能提升尤为明显，在开启的情况下，测试成绩要高出6%左右，从这点我们还是看得出超线程的作用。

处理器子系统测试

处理器测试目前比较流行采用SiSoft Sandra，最新的版本是SiSoft Sandra2003，加入了对超线程的支持。因此，从SiSoft Sandra2003的测试情况来看，基于处理器子系统这部分的性能，在超线程开启和关闭的情况下，性能变化还是比较大。开启时，处理器的性能比关闭时至少要高出近17%以上，有的甚至高出40%以上，优势一目了然。

D3D及游戏性能测试

3D Mark2001SE Build330主要是测试系统的D3D性能，但由于它不支持超线程，因此测试重点放在了3.06GHz与2.8GHz的频率对比方面。从测试成绩来看，频率的提升使得P4处理器的性能进一步提高，而且3.06GHz 3D Mark2001的得分也是目前我们测过的平台中的最高分。
Quake3是一款支持多处理器的OpenGL游戏，但是在测试中我们发现，如果打开了Quake3的多处理器选项，同时在开启超线程的情况下，测试帧数下降得非常厉害，甚至低于P4 2.8GHz，看来Quake3所支持的多处理器技术与超线程还是有些不同。不过，在不更改Quake3的设置时，打开超线程的测试成绩就比较正常，基本上与关闭超线程没有太大的区别。在AquaNox和UT2003的测试中，由于这两款游戏也不支持超线程技术，因此测试情况基本上与3D Mark2001类似。

Photoshop7.0测试

Photoshop是比较典型的支持多线程的应用软件，在以往的多处理器测试中，多用它们来做多处理器的效能测试，这次当然也不例外。为了使测试更具有实际意义，Photoshop7.0测试采用了25.91cm×34.1cm、450dpi的PSD图样，大小相当于《电脑报》一个整版的广告，文件大小为177MB。测试中，我们选取了Gaussian Blur、Radial Blur以及Sharpen 3项作为测试项目，分别统计它们所用去的时间(测试成绩越小越好)。从测试数据可以很清楚地看出来，在开启超线程时，耗用时间都有不同程度缩短，特别是在第2项的Radial Blur测试中表现得尤为明显。从测试成绩来看，超线程技术在实际运用中的作用还是比较明显的。

结 论

Intel P4 3.06GHz的发布可以说是本年度中几个比较重大的事件之一。之所以这样说，是因为它的推出包含了两个方面的特质：一、它是第一款主频突破3GHz大关的CPU；二、它所引入的超线程技术将会引领未来处理器技术以及应用软件设计的走向。如果从上面两个方面来看，Intel P4 3.06GHz的发布可谓意义重大。但是，从测试情况来看，虽然Intel P4 3.06GHz的性能十分强大，但是面临的最大难题是缺乏软件的支持。测试情况表明，无论是多处理器系统，还是超线程，都需要系统和软件的强有力支持。毕竟单靠Photoshop或者3D Max等几款软件还无法支撑起整个家用PC平台，而目前双CPU系统大多还是被应用在高端服务器和图形工作站上就已经能够说明一些问题了。我们希望Intel利用自身的影响力，加速推动与超线程技术相关的应用软件的发展，不然Intel P4 3.06GHz的发布就会失去它本来的意义。另外，从Intel提供的官方资料得知，目前Intel P4 3.06GHz每千颗的单价为637美元，折算一下就是5000多元人民币，相对于目前1000元左右的主流价位来说，实在是太高了。对于普通用户来说，等它降价之后再考虑吧。（图1）