Core架构以及EM64T效率测试

西瓜

 

随着英特尔的Core架构Conroe处理器的发布，众多的评论和测试已经出炉，很多人在探讨英特尔的Core架构并不能够很好的发挥64位应用的效率，那么真的是这样吗？今天我们的任务就是一起来探讨这个问题。

当然了对应Core架构来说，没有人会质疑它的合理性，基于这种架构的Core 2 Duo以及Core 2 Extreme处理器所表现出来的高效率获得所有人的认可。这种架构几乎代表了目前最高的X86架构设计理念和能力，即使频率不高，其依旧拥有大幅度超越Pentium D处理器的效率；即使面对原先执行效率颇高的Athlon 64处理器，Core架构还是游刃有余，同频下至少20%的效率优势，即使连AMD也没有太多的挑剔可言。

当然了这次英特尔处理器发布改变了以往的策略，Core 2系列处理器的售价将被定的比较合理，主流产品的定价已经不超过300美元，最低端的产品仅为200美元不到，这是原来英特尔发布新架构处理器很难做到的的，而这正是英特尔希望通过价格来更快的普及这种处理器。

由于64位应用以及对应操作系统的缺乏，更多的人还是会把处理器运行在32位模式下，不过我们还是应该理解Core 2 Duo处理器是支持英特尔的EnhANCed Memory 64 Technlogy（EM64T）技术的，由于Core酷睿架构更多的是脱胎于英特尔的Pentium M架构，以往的Pentium III、Pentium M以及Core Duo处理器均不提供对EM64T的支持，而第一次在这种短流水线设计的处理器中搭载EM64T技术，同时也是英特尔的以色列设计团队第一次应用这种技术。

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当然，虽然可能暂时EM64T应用并没有太大的实际意义，但是请千万不要小看这种X86-64扩展的重要性，明年第一季度等长的Windows Vista操作系统最重要的特色就是完全对诸如AMD64和EM64T这种64位扩展技术急性优化，并且微软也积极的推广64位应用，并且随着内存越来越大，32位操作系统仅能管理4GB的内存也已经不再和时宜，因此廉价的x86-64的普及意义还是很重大的。

虽然，目前支持64位扩展的操作系统不多，但是微软还是提供了Windows XP x64 Edition操作系统，虽然没有完全对这种扩展进行优化，单至少可以算做是微软第一次涉足这个领域的试验品，部分OEM厂商以及DCC应用提供商还是比较推荐这个操作系统的，毕竟可以部分体现64位应用优势也是大家所需要的。

不过从Corre微处理器架构来看，这种处理器并不算是经典的x86 64位扩展设计，我们知道X86－64需要更长的通用寄存器长度，同时也需要支持128bit的SSE寄存器和线性寄存器，不过目前很多x86－84并不能做到这点，当然也不同于真正基于64位设计的IA64处理器－－Itanium（安腾）。 

其实AMD64和EM64对64位的扩展支持是比较类似的，所谓的64位扩展只是指是处理器单次操作数据宽度，或者是说处理器的General Purpose Register（通用寄存器）可以容纳下的数据位数（bit）。因此可以这么认为一个支持64位扩展处理器实际上就是一个通用寄存器可以容纳64位数据的处理器，64位指令也就是操作64位数据的指令。

在64位扩展处理器中的寄存器位数是32位处理器中的两倍，不过正在实行指令的指令寄存器（IR，Instruction register）却都是一样的。再次说明，数据流加倍而指令流不变，此外我们可以发现程序计数器（PC，Program Counter）也加倍了。

当然了无论是AMD64还是EM64T都采用了使用的是48位的虚拟寻址空间和40位的物理寻址空间，从理论数据上来说，48位的虚拟寻址空间最高可以达到282TB的寻址空间，而40位的物理寻址空间注定处理器拥有大约1TB左有物理内存的寻址空间大小，这样相比目前32位x86处理器最高4GB的内存容量支持度来说显然是提升了太多了。

那么究竟在Core架构中英特尔的EM64T支持是如何的呢？以下我们就简单的来看一下

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EM64T:Core架构中的实现模式

很多分析也指出了为生命Core 2 Duo处理器在64位模式下效率低下的原因，一方面是因为Coe架构处理器在64位模式下无法支持宏融合（Macrofusion）技术；其次，在开启EM64T技术的时候，Core架构的加法寄存器计算效率会下降；而这两点就是最大的原因。

宏融合的技术大家应该已经非常了解了，其可以帮助每个时钟周期提升指令的处理速度，理论情况下其最高可以实现一个时钟周期5条指令的处理能力。

但是宏融合技术的一个劣势就是无法在EM64T技术开启的时候实现，因为在64位模式下寻址的长度提升许多，在这种模式下，寄存器无法满足宏融合所需要的指令暂存，并且如果使用宏融合技术的话，效率并不会有太大的提升，甚至会降低处理速度。

宏融合其实也就是一种把短指令整合成长指令的技术，通过融合技术，让一个时钟周期运行更多的指令，这里再说一下，EM64T运行的指令长度均很长，这种模式下合并成处理器可以执行的长指令就比较困难，因为很少有比较短小的指令可以用来融合在一起，相对来说宏融合技术在这里并没有大展拳脚的机会。

不过，有一个好处开始让Core架构处理器拥有极强的性能，那就是其单次可以执行4条指令，这是原先的处理器所无法实现的，即使是K8处理器，其一个时钟周期也只能执行3条指令，虽然Core架构多出的一条指令运算只是允许进行简单的计算，但是对于总体效率的提升还是非常高的。

而这种技术被英特尔称为宽区动态执行技术，由于单次处理指令的增强，加上双核心设计，Core架构单次理论可以处理器8条指令，这要比K8双核心处理器的6条指令要效率高，而这可以很好的弥补64位模式下无法实现宏融合的缺陷，也就是说Core架构虽然在设计上并没有提供更多的64位扩展应用的优化，但是凭借更高的执行效率，却依旧可以帮助Core架构拥有非常出色的效率。

当然，这只是我们的猜测，最终究竟性能如何，我们还是需要通过测试来验证，随后我们来进行相关的测试：

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测试系统和配置：

今天的测试目的之一就是，我们需要看看32位应用在这种64位处理器架构上的表现；其次，我们也可以用来对比支持64位扩展的诸如Athlon 64 X2、Pentium D以及Core 2 Duo处理器之间的效率对比。 

• 处理器：
  • AMD Athlon 64 FX-62 (Socket AM2, 2.8GHz, 2x1024KB L2)
  • intel Core 2 Extreme X6800 (LGA775, 2.93GHz, 1067MHz FSB, 4MB L2)
  • Intel Pentium Extreme Edition 965 (LGA775, 3.73GHz, 1067MHz FSB, 2x2MB)
• 主板：
  • ASUS P5W DH Deluxe (LGA775, Intel 975X Express芯片组)
  • ASUS M2N32-SLI Deluxe (Socket AM2, Nvidia nForce 590 SLI芯片组)
• 内存：
  • 2048MB DDR2-800 SDRAM (Mushkin XP2-6400PRO, 2 x 1024 MB, DDR2-800, 4-4-4-12).
• 显示卡：PowerColor X1900 XTX 512MB (PCI-E x16).
• 硬盘：Maxtor MaXLine III 250GB (SATA150).
• 操作系统：
  • Microsoft Windows XP Professional SP2操作系统
  • Windows XP Professional x64 Edition操作系统

测试系统都使用最新的主板BIOS，并在BIOS进行最优化设置。

性能测试：真实的结果

我们测试的64位系统采用了Windows XP Professional x64 Edition操作系统，这是一个目前比较优秀的x86-64操作系统，操作系统允许运行32位兼容模式，我们部分32位操作系统均基于这种操作系统下。

首先我们进行的是SISoft Sandra 2007软件，这种软件支持32位和64位的测试，通过这款软件我们先来体察以下各种处理器在32位或者64位的应用性能。

从测试的结果来看还是非常有意的，首先在ALU测试下，Core架构处理器在64位模式下效率降低比较多，甚至效率已经类似于Pentium Extreme Edition 965以及Athlon 64 FX-62处理器了。不过Core 2 Duo处理器也有非常好的64位效率，在多媒体浮点运算中，64位模式要比32位模式提升大约40%左右的效率

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随后我们还是来看看ScienceMark 2.0的测试，这种应用也是一个同时支持64位应用和32位应用的软件，可以很好的体现处理器在科学计算上的真实效率。

首先进行的是Molecular Dynamics测试，这是基于分子热力学的科学模拟计算，从结果来看64位应用都可以帮助几款处理器获得比较高的效率，诸如K8处理器可以获得2.7倍于32位下的性能，而Core 2 Extreme X6800处理器也拥有211%的效率提升。

Primeordia测试则是原子计算模拟应用，在这里64位到并没有体现出比32位高很多的效率，其中效率提升最高的是Pentium Extreme Edition 965处理器，其拥有57%的效率提升，而Athlon 64 FX-62和Core 2 Extreme X6800处理器则在64位模式下提升了14%左右效率。

之后进行目前比较流行的7-Zip测试，这个软件同时支持32位的计算和64位的计算，非常有意思，所有测试的处理器只有Athlon 64 FX-62处理器效率会在64位下有效率提升，而其他两款处理器64位下的效率都低于32位模式。

不过在解压缩测试下，几款处理器都有一点效率提升，Core 2 Extreme X6800处理器提升效率为2.5%

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视频编码测试中非常有意思，Core 2 Extreme X6800和Athlon 64 FX-62处理器在64位模式下效率都会比32位模式低以西，降低的幅度大约未10%左右。

PDNBench测试中则显示出64位性能明显高于32位下的情况，英特尔处理器表现都不错，Core 2处理器会有42%的效率提升。

之后基于代数计算的MathemATIca 5.2的测试中，英特尔处理器在64位模式下都有一定的效率提升，而Athlon 64 FX-62处理器则降低了13%的运行效率。

Cinebench渲染测试显示的结果可以看出在64位模式下，各款处理器还是有所效率提升的，这其中Athlon 64 FX-62处理器的效率提升最高，达到了13%，而英特尔的处理器提升幅度仅在5%左右。

同其他OpenGL操作一样，64位应用效率并没有32位来的高，当然这主要还是由于显示卡驱动的问题造成的，如果驱动加以改进，这种情况会有所变化的

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POV Ray则是一款3D渲染软件，同样也支持64位和32位操作，在这里64位模式还是有所效率提升的，Athlon 64 FX-62获得的优势最为明显，大约14%左右，而Core 2处理器则仅提升4%左右的效率。

目前支持x86-64扩展的3D游戏并不算多，但UT2004就是其中比较流行的一款，从测试来看，64位提升的幅度还是比较小，在目前来看，UT2004下，64位应用并不能获得太多的效率提升。

当然了Pentium Extreme Edition 965处理器表现到是不错，64位比32位效率提升了9%，而Core 2仅有1%左右的提升。

测试总结：

并没有太出乎我们的医疗，英特尔Core架构搭载EM64T技术还是比较正常的，但是却并不能提供更高的64位应用效率。当然，之前很多人所说的Core 2处理器64位效率要低于32位的说法也是站不住脚的，因为在大部分测试中，其64位模式还是会比32位模式有所效率提升。即使之前很多人反应的Windows Media Encoder 9或者7-zip应用中，Core 2处理器效率低下的问题，在测试中也没有出现，看来至少对于架构来说，Core架构还是成功的，至少不是影响64位性能的关键问题。

64位应用同32位应用之间的性能比较图，绿色代表Athlon 64 FX-62处理器，蓝色代表Core 2处理器

总体来说，Athlon 64处理器在64位下同32位下效率提升的幅度会比较高，平均会拥有16%的效率提升，而Core 2 Extreme X6800处理器仅仅可以提升10%左右。理论上说，Athlon 64处理器会比Core 2处理器要有6%左右的优势，但是考虑到同频下，Core 2处理器要领先于Athlon 64处理器的实际情况，最后可以得出以下结论，即使Core架构处理器的64位扩展效率提升恐怕没有Athlon 64来的高，但是凭借更高的单位频率工作效率，Core 2依旧拥有最为出色的X86-64指令集的64位扩展效率

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