Benchmarking Intel Pentium III-S vs. Intel Pentium 4

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1 Benchmarking Intel Pentium III-S vs. Intel Pentium 4 André Ceselski Raphael Rosendahl

2 Gliederung Motivation Vorstellung der Architekturen Intel P6 Architektur Intel NetBurst TM Architektur Architektur-Unterschiede Vorstellung der Testsysteme Intel Pentium III-S Intel Pentium 4 Benchmark Programme SuperPI Boinc Pov-Ray Cinebench 2003 Benchmark Ergebnisse Fazit

3 Motivation Vergleich der Architekturen/Prozessoren Benchmark des Geschwindigkeitsvorteils, da Hardware zur Verfügung Überprüfung des Verkaufsarguments Doppelte Geschwindigkeit durch doppelten CPU-Takt

4 Intel P6 Architektur (1) 6. Generation von x86 erschienen November 1995 verwendet in Pentium II (Xeon) Celeron / (A) Pentium III / (Xeon) Pentium M Intel Core 32bit optimiert

5 Intel P6 Architektur (2) Dual Independent Bus (DIB) Dynamic Execution Architecture stufige Pipeline 64 bit Daten-Bus 36 bit Adress-Bus stromsparend

6 Intel P6 Quelle: [9]

7 Intel P6 Dynamic Execution Data flow analysis Non-blocking Architecture Out-of-Order Execution Speculative Execution with Multiple Branch Prediction Register Renaming

8 Intel P6 Architektur Fetch/Decode Unit In-Order unit holt und decodiert Befehle aus ICache in µops Dispatch/Execute Unit Out-of-Order unit Managed die Ausführung der µops Speichert die spekulativen Ergebnisse Retire Unit In-Order unit Übergabe der spekulativen Ergebnisse Quelle: [2]

9 NetBurst - Neuerungen L1 Trace Cache quadpumped FSB (QDR) 20-stufige Pipeline SSE2 Rapid Execution Unit geänderte Register Allocation

10 Intel NetBurst Architektur Quelle: [1]

11 Intel NetBurst Architektur (2) Memory Subsystem L2 Cache I/O-Zugriff über Systembus In-Order Front End holen und decodieren von Instruktionen Sprungvorhersage Logik

12 Intel NetBurst Architektur (3) Out-of-Order Engine Vorbereitung der auszuführenden Instruktionen Sortierung der Instruktionen Sprungvorhersage Update Integer and Floating-Point Execution Units Ausführung der Instruktionen L1 Cache

13 Intel NetBurst Architektur (4) Quelle: [1]

14 Intel NetBurst Architektur (4) Quelle: [1]

15 Pipelines PIII, P4 Quelle: [1]

16 Register Allocation Quelle: [1]

17 Der Herausforderer (1) Intel Pentium III-S GHz Code Tualatin Erscheinungsdatum: Juni 2001 L1-Cache: 16 KB + 16 KB (Daten + Instruktionen) L2-Cache: 512 KB mit Prozessortakt MMX, SSE 133 MHz Front Side Bus Betriebsspannung (VCore): 1,45 V Fertigungstechnik: 130 nm Die-Größe: 80 mm² bei 44 Millionen Transistoren I max = 20.1 A, P max = 29.1 W, T max = 69.0 ºC

18 Der Herausforderer (2)

19 Der Herausforderer (3)

20 Der Kontrahent (1) Intel Pentium GHz Code Northwood Erscheinungsdatum: Januar 2002 L1-Cache: 8 KB (Daten) µops (Micro-Instruktionen) L2-Cache: 512 KB mit Prozessortakt MMX, SSE, SSE2 100 MHz Front Side Bus QDR (Quad Data Rate, FSB 400) Betriebsspannung (VCore): 1,5 V Fertigungstechnik: 130 nm Die-Größe: 146 mm² bei 55 Millionen Transistoren I max = 44.3 A, P max = 52.4 W, T max = 68.0 ºC

21 Der Kontrahent (2)

22 Der Kontrahent (3) Quelle: [8]

23 Testsysteme CPU Intel Pentium III-S 1133MHz Intel Pentium 4 2 GHz Mainboard ASUS TUSL2-C MSI MS-6513 RAM Infineon 512 MB SD 133 MHz MDT 512 MB DDR 266 MHz Grafikkarte Geforce 2 MX MB Geforce 4 MX MB HDD Western Digital 40 GB ExcelStor 160 GB OS Windows 2003 Standard Server Windows 2003 Standard Server Ubuntu Linux 6.10 Ubuntu Linux 6.10

24 Benchmark Software SuperPI v1.1e SuperPI v2.0 Pov-Ray v3.6 Pov-Ray v3.7 Boinc v Cinebench 2003

25 SuperPI (1) Simple, kleine Anwendung um mehrere Millionen Nachkommastellen von Pi zu berechnen CPU-Zeit wird automatisch berechnet Windows Version 1.1e Linux Version 2.0

26 SuperPI (2)

27 Ergebnisse SuperPI (1) Pentium 3-S W2k3 Pentium 3-S Ubuntu 6.10 Pentium 4 W2k3 Pentium 4 Ubuntu 6.10 Zeit [s] P4 Leistungsgewinn [%] W2k3 Linux 16k 0-6,19 32k 0-5,78 64k -50-1,47 128k 0-3, k 32k 64k 128k 256k 512k Anzahl Nachkommastellen 256k 5,56 13,31 512k 15,73 20,78

28 Ergebnisse SuperPI (2) Pentium 3-S W2k3 Pentium 3-S Ubuntu 6.10 Pentium 4 W2k3 Pentium 4 Ubuntu 6.10 Zeit [s] M 2M 4M 8M 16M 32M Anzahl Nachkommastellen P4 Leistungsgewinn [%] W2k3 Linux 1M 18,29 26,35 2M 18,58 29,27 4M 20,11 29,21 8M 19,39 28,11 16M 17,54 29,83 32M 16,28 N/A

29 Pov-Ray Persistence of Vision Raytracer Ray-Tracer mit Benchmark unterstützt SSE Version 3.7 mit SSE2-Unterstützung Benchmarks von 3.6 und 3.7 nicht vergleichbar (unterschiedliche Szenen)

30 Pov-Ray 3.6

31 Ergebnisse Pov-Ray 3.6 Pentium 4 (Ubuntu 6.10) 3619,67 P4 Leistungsgewinn [%] W2k3 Linux 47,38 35,4 Pentium 4 (W2k3) 2434,55 Pentium-3S (Ubuntu 6.10) 5603,33 Pentium-3S (W2k3) 4626, Zeit [s]

32 Pov-Ray 3.7

33 Ergebnisse Pov-Ray 3.7 Pentium 4 (ohne SSE2) 1767,97 P4 Leistungsgewinn [%] ohne SSE2 10,8 mit SSE2 41,7 Pentium 4 (mit SSE2) 1155,52 Pentium-3S 1982, Zeit [s]

34 Boinc (1) Berkeley Open Infrastructure for Network Computing Verschiedene Projekte: Predictor, Climaprediction.net Eingebauter Benchmark, um Leistung des Computers zu bestimmen

35 Boinc (2)

36 Ergebnisse Boinc Pentium 4 (Ubuntu 6.10) Float 673 Int 1361 P4 Leistungsgewinn [%] W2k3 Linux Float -0,59-17,79 Pentium 4 (W2k3) Float 1016 Int 2008 Int 9,33 12,73 Pentium-3S (Ubuntu 6.10) Float 819 Int 1207 Pentium-3S (W2k3) Float 1022 Int [MIPS]

37 Cinebench 2003 (1) kostenloses Benchmark Tool von Maxon basiert auf Cinema 4D SSE2-Unterstützung Performancemessung Render-Leistung des Prozessors nutzt Cinema-4D-Raytracer

38 Cinebench 2003 (2)

39 Ergebnisse Cinebench Pentium 4 133,63 Pentium-3S 198,37 0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 Zeit [s] Leistungsgewinn: 32,64%

40 Leistungsgewinn

41 Zusammenfassung Benchmark spiegelt nicht reale Nutzung wieder Ergebnis abhängig von Benchmarktyp, Optimierung (OS, Compiler) P4 erreicht bis zu 47% Leistungsgewinn (Rendern), sonst %

42 Zusammenfassung (2) P4 mit SSE2 Unterstützung deutlich schneller PIII, mit ~halben CPU-Takt des P4, in Teiltests nah am P4-Ergebnis Verkaufsargument widerlegt

43 Quellen 1. HINTON, G. et al. (2001) The Microarchitecture of the Pentium 4 Processor. Intel Technology Journal 1/2001 [Online] Available at ftp://download.intel.com/technology/itj/q12001/pdf/art_2.pdf (accessed 22 January 2007) 2. Intel Corporation (1995) Tour of the P6 [Online] Available at (accessed 22 January 2007) 3. Intel Corporation (1995) [Online] The P6 Architecture: Background Information for Developers Available at (accessed 22 January 2007) 4. Intel Corporation (1998) P6 Family of Processors - Hardware Developer s Manual [Online] Available at (accessed 22 January 2007)

44 Quellen (2) 5. Intel Corporation (1998) Intel Pentium III Processor with 512KB L2 Cache at 1.13Ghz to 1.40Ghz Datasheet [Online] Available at (accessed 22 January 2007) 6. BALUSC Pentium 4 [Online] Available at (accessed 22 January 2007) 7. BALUSC Pentium!!! [Online] Available at (accessed 22 January 2007) 8. ACTIVENETWORK CPU Architecture [Online] Available at shtml (accessed 22 January 2007) 9. ixbt Новое вино в старые мехи. Conroe: внук процессора Pentium III, племянник архитектуры NetBurst? [Online] Available at (accessed 22 January 2007)

45 Quellen (3) 10. Persistence of Vision Raytracer [Online] Available at (accessed 22 January 2007) 11. University of California (2007) Berkeley Open Infrastructure for Network Computing [Online] Available at (accessed 22 January 2007) 12. IDG Business Media GmbH (2006) Cinebench 2003 [Online] Available at (accessed 22 January 2007) 13. Computer Base Cinebench [Online] Available at (accessed 22 January 2007)

46 Quellen (4) 14. SMITH, H. J. (2006) Super PI [Online] Available at (accessed 22 January 2007) 15. MÄRTIN, C. (2003) Einführung in die Rechnerarchitektur Prozessoren und Systeme. München Wien: Carl Hanser Verlag

47 Ende Danke für die Aufmerksamkeit

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