Dopo aver analizzato, nell'introduzione teorica pubblicata a questo indirizzo, le caratteristiche tecniche e architetturali delle nuove cpu AMD Athlon 64 e Athlon 64 FX, è il momento di verificare le prestazioni velocistiche del nuovo modello top della gamma, la cpu Athlon 64 FX-51.

Come già evidenziato, la cpu Athlon 64 FX-51 rappresenta l'attuale top della gamma nella produzione AMD e si distingue dalla cpu Athlon 64 per il controller memoria, di tiopo Dual Channel DDR400. Le restanti caratteristiche tecniche rimangono invariate, fatta eccezione per la fequenza di clock che sale dai 2 Ghz della cpu Athlon 64 3.200+ a 2,2 Ghz; il Socket è lo stesso a 940 Pin delle cpu Opteron, come comune alle cpu workstation e server di AMD è il tipo di memoria che dev'essere utilizzato, necessariamente di tipo DDR Registered.

Prima di continuare l'analisi prestazionale si consiglia di leggere l'introduzione teorica alle nuove cpu AMD x86-64, così da meglio cogliere le innovazioni integate all'interno di questo progetto.

• Athlon 64 e Athlon 64 FX: analisi tecnica

La piattaforma di test di riferimento per il processore AMD Athlon FX-51 è la medesima sino ad oggi utilzizata per processori AMD Opteron 14x: si tratta del chipset nVidia nForce3 PRO 150, soluzione presentata ufficialmente lo scorso 22 Aprile in occasione del lancio delle cpu Opteron.

Il chipset nForce3 PRO 150 utilizza una struttura di tipo single chip, a differenza del classico approccio con north e south bridge utilizzato tipicamente dai produttori di chipset; questo, infatti, viene utilzizato dalle soluzioni concorrenti VIA K8T800 e SiS755. Di seguito sono riportate le principali caratterictiche tecniche:

• Controller memoria Dual Channel DDR400: il supporto a memoria DDR400 è fornito dal processore Athlon FX-51 mentre le cpu Opteron si limitano, almeno ufficialmente, alla memoria DDR333. Il controller memoria è integrato nel processore ed è a 128bit di ampiezza; l'indicazione Dual channel è, pertanto, non pienamente corretta in quanto si tratta di un canale unico a 128bit, al quale si accede a due banchi memoria a 64bit contemporaneamente, e non due canali affiancati a 64bit che operano in parallelo.
• La scelta di un'architettura a singolo chip semplifica il design della board oltre che la necessaria dissipazione termica del chip; Asus, ad esempio, sulla propria scheda SK8N utilizza un piccolo dissipatore di calore passivo per il chipset nForce3 PRO 150. Un approccio a singolo chip permette inoltre di ridurre le latenze, oltre a semplificare la costruzione (basata su processo produttivo a 0.15 micron).
• On chip sono integrati controller Serial ATA e Parallel ATA, con funzionalità Raid 0, Raid 1 oppure Raid 0+1; questa soluzione è chiamata nVidia Raid.
• La connessione al processore e alla memoria avviene per messo di link Hypertransport a 800 Mhz di clock.

La piattaforma Socket 940 utilizzata nei test del processore AMD Athlon FX-51 è stato il modello Asus SK8N rev 1.03; si tratta dell'unica scheda madre Socket 940 attualmente disponibile in commercio, anche se nelle prossime settimane verrà affiancata da altri modelli concorrenti prodotti dai principali produttori di schede madri taiwanesi.

Introdotta originariamente quale piattaforma per sistmi Workstation basati su processori AMD Opteron della famiglia 14x, la scheda madre Asus SK8N integra 4 Slot memoria DDR400 con supporto a moduli Registered e ECC registered. Basata su chipset nForce3 PRO 150, utilizza slot AGP 8x e propone integrati on board sia scheda di rete 10-100 che scheda audio a 5.1 canali.

Nella parte inferiore della scheda è stato montato un controller Serial TA Promise, dotato di funzionalità Raid 0 oppure Raid 1; il chipset nForce3 PRO 150 non integra infatti un controller serial ATA, caratteristica che verrà implementata presumibilmente il prossimo autunno a partire dal modello nForce3 250.

Interessante analizzare le piste di segnale sotto la scheda; sulla sinistra i collegamenti tra Socket 940 e Slot memoria DDR, mentre sulla destra il link Hypertransport che collega processore a chipset nForce3.

Per valutare al meglio le performances della nuova cpu AMD Athlon FX-51 si è scelto di analizzarne le prestazioni a confronto con tutte le più recenti cpu AMD e Intel concorrenti per sistemi Desktop. Le versioni di cpu Athlon XP testate sono state quelle dal modello 2.500+ a quello 3.200+, tutte con Core Barton (512 Kbytes di cache L2) e testate su piattaforma Socket A nForce 2 Ultra 400. Per le cpu Intel Pentium 4 si è scelto un setup basato su chipset Intel 875P Canterwood, con i modelli dalla frequenza di clock di 2,4 Ghz sino a quello a 3,2 Ghz di clock, tutti con bus Quad Pumped a 800 Mhz.

Nei test con le piattaforme Athlon XP è stato sempre abilitato il controller memoria Dual DDR del chipset nVidia nForce 2 Ultra 400, su scheda madre Asus A7N8X rev 2.0. In abbinamento alla frequenza di bus di 166 Mhz (333 Mhz effettivi) e di 200 Mhz (400 Mhz effettivi) si è scelto di utilizzare sempre memoria DDR400, impostando di conseguenza i rapporti di lavoro tra frequenza di bus e frequenza della memoria DDR.

Durante i test sono stati utilizzati i seguenti componenti:

I test sono stati eseguiti con i seguenti criteri:

• l'hard disk è stato formattato e su di esso è stato installato Windows XP professional, patchato con Service Pack e tutti gli ultimi fix disponibili al momento dei test; sono stati caricati solo i driver necessari al corretto funzionamento del sistema operativo;

• ogni benchmark è stato eseguito per almeno 2 volte, prendendo come valore riferimento quello medio; se i risultati ottenuti sono parsi inattendibili o eccessivamente diversi tra di loro si è provveduto a rieffettuare i benchmark fino ad un massimo di 5 volte;

• al termine di ogni esecuzione dei benchmark il sistema è stato riavviato e l'hard disk deframmentato utilizzando il software Defrag contenuto in Windows XP Professional.

Il benchmark Content Creation Winstone 2002 esegue in contemporanea varie applicazioni, riproducendo il tipico ambiente di lavoro con pacchetti di produttività personale ed applicazioni multitasking. La cpu Pentium 4 3,2 Ghz viene nettamente distanziata da quella Athlon 64 FX-51, che ribalta nettamente il quadro presente prima d'oggi con le cpu Athlon XP.

Le cpu Athlon XP hanno sempre fatto registrare livelli prestazionali superiori ai processori Intel Pentium 4 con il benchmark Business Winstone 2002, suite che riproduce il tipico ambiente produttivo single task, nel quale viene eseguita un'applicazione per volta. La cpu Athlon 64 FX-51 distanzia nettamente sia Athlon XP che Pentium 4 , sfruttando i benefici del memory controller integrato.

Il memory controller integrato nel Core del processore, abbinato a due moduli DDR400 Registered, permette alla cpu Athlon 64 FX-51 di far segnare eccellenti livelli di bandwidth, come si nota chiaramente dal memory bandwidth test di Sandra MAX3.

Il memory score di PcMark 2002 non fa che confermare quanto registrato poco sopra con Sandra: la cpu Athlon 64 FX-51 è al momento quella che permette di far registrare i migliori valori massimi di bandwidth della memoria di sistema.

Il quadro visto in precedenza si ripete con Sciencemark 2.0, con l'unica differenza data dal fatto che i risultati non sono bufferizzati e quindi maggiormente dipendenti dalla pura architettura del memory controller.

La latenza di accesso della cpu Athlon 64 FX-51 è sensibilmente inferiore a quelle dei processori Athlon XP 3.200+ e Pentium 4 3,2 Ghz; la motivazione è legata all'integrazione del memory controller nel Core del processore, fattore che riduce di molto la latenza con un beneficio generale sulle prestazioni di tutto il sistema.

Nei viewsets 3dsmax-02 e Drv-09 la cpu Athlon 64 FX-51 fa segnare le peggiori prestazioni velocistiche assieme alla cpu Opteron 144, segno che questo risultato è presumibilmente dovuto ad un'insufficiente ottimizzazione driver della piattaforma nForce 3.

Negli altri test il nuovo processore AMD fa segnare prestazioni sempre inferiori alla cpu Athlon XP 3.200+, segno che presumibilmente l'ottimizzazione dei driver del chipset per questo tipo di applicazioni dev'essere ancora completato appieno.

Oltre ad integrare Membench, ottimo tool per misurare la latenza e la bandwidth della memoria di sistema, il benchmark Sciencemark 2.0 propone vari test che simulano un'applicazione scientifica del processore. Questi test sfruttano in modo particolare l'unità di calcolo in virgola mobile della cpu e, dove presenti, i set di istruzioni proprietarie.

Nel calcolo scientifico puro la cpu Athlon XP 3.200+ si difende molto bene dal processore Athlon 64 FX-51, superando la nuova cpu AMD nel test Molecular Dynamic e restando leggermente distanziata negli altri due.
La nuova cpu AMD distanzia nettamente il processore Intel Pentium 4 3,2 Ghz in questi test, che non permettono alla cpu Intel di sfruttare appieno i vantaggi della propria architettura con lunghe pipeline.

Il rendering con 3Ds Max 5.1 è uno degli ambiti applicativi nei quali le cpu Pentium 4 possono mostrare le ottimizzazioni software per le istruzioni SSE2 nonché sfruttare appieno i benefici della tecnologia Hyper-Threading. Nel rendering di un singolo frame, fatto con la scena Ape.max, la cpu pentium 4 3,2 Ghz fa segnare i migliori tempi complessivi, distanziando la cpu Athlon 64 FX-51 che a sua volta si avantagga nettamente su quella Athlon XP 3.200+.

Passando al rendering di una scena composta da 300 frames differenti, quella CigSmoke.max, la cpu Athlon 64 FX-51 ricupera il divario sul processore Pentium 4 3,2 Ghz, facendo segnare un tempo di elaborazione pressoché identico e molto inferiore a quello della cpu Athlon XP 3.200+.

Cinebench 2003 è un tool di benchmarking basato sul software CINEMA 4D R8, in grado di valutare le prestazioni in rendering non solo del processore ma anche del sottosistema video. Il CPU Benchmark, come il nome facilmente suggerisce, misura il tempo necessario al processore per renderizzare una scena predefinita: le cpu Intel Pentium 4 sfruttano al meglio la tecnologia Hyper-Threading, facendo registrare i migliori tempi assoluti. La cpu Athlon 64 FX-51 fa segnare tempi inferiori rispetto alla cpu Athlon Xp 3.200+, sfruttando al meglio sia il memory controller integrato che il superiore quantitativo di cache L2.

Prestazioni complessive molto valide per la cpu Athlon 64 FX-51 nei test grafici contenuti nel tool Cinebench 2003: in entrambi i test la nuova cpu AMD distanzia nettamente il modello Athlon XP 3.200+ e supera quella Intel Pentium 4 3,2 Ghz.

Nell'elaborazione della WU di test (maggiori informazioni a questo indirizzo) con il client testuale di Seti@home, i processori Intel Pentium 4 sfruttano appieno i benefici della tecnologia Hyper-Threading, con la quale possono elaborare 2 WU in contemporanea; per questo motivo è stato riportato il tempo necessario ad eseguire due WU identiche.

La cpu Athlon 64 FX-51 fa segnare un ottimo tempo di elaborazione rispetto alle cpu Athlon XP, ma resta comunque distanziata dai processori Intel Pentium 4 che si avantaggiano in modo netto grazie all'utilizzo della tecnologia Hyper-Threading, che con il client Seti trova una delle migliori implementazioni.

Super Pi è un tool molto diffuso tra gli overclockers, in quanto permette di mettere sotto stress processore e memoria di sistema, rivelandosi essere un ottimo strumento per misurare la stabilità operativa del proprio sistema. Di seguito una spiegazione su cosa sia il Pi e su cosa calcoli questo software:

In August 1995, the calculation of pi up to 4,294,960,000 decimal digits was succeeded by using a supercomputer at the University of Tokyo. The program was written by D.Takahashi and he collaborated with Dr. Y.Kanada at the computer center, the University of Tokyo. This record should be the current world record. ( Details is shown in the windows help. ) This record-breaking program was ported to personal computer environment such as Windows NT and Windows 95. In order to calculate 33.55 million digits, it takes within 3 days with Pentium 90MHz, 40MB main memory and 340MB available storage.

Il processore Athlon 64 FX-51 sfrutta al meglio memory controller integrato e il quantitativo di cache L2 di 1 Mbyte, facendo segnare un tempo di elaborazione nettamente inferiore a quello della cpu Athlon XP 3.200+, oltre che più basso di quello del processore Intel Pentium 4 3,2 Ghz.

La conversione in formato Divx scena 6 del DVD "Il grande Lebowsky", bit rate 1000Kbps, no audio, è stata utilizzata abbinando Xmpeg 5 RC2 e divx 5.05. Come già visto con altri software, le cpu Pentium 4 sfruttano al meglio la tencologia Hyper-Threading ma ciò nonostante resta eccellente il risultato della cpu Athlon 64 FX-51, capace di distanziare in misura netta il precedessore Athlon XP 3.200+.

Nella conversione di un fale audio in formato MP3, a 192Kbit/s e impostazioni stereo e qualità alta, i processori Intel Pentium 4 fanno segnare i migliori tempi di elaborazione complessivi; la cpu Athlon 64 FX-51 distanza solo leggermente la cpu Athlon XP 3.200+, restando distanziata dal top della gamma Intel.

Eccellente margine di vantaggio per la cpu Athlon 64 FX-51 con Unreal Tournament 2003, mappa Antalus, rispetto a quella Pentium 4 3,2 Ghz: ad entrambe le risoluzioni di test la nuova cpu AMD riesce a tenere nettamente testa al processore Intel, con un margine di vantaggio molto elevato anche sul precedessore Athlon XP 3.200+.

Netto margine ad entrambe le risoluzioni di test anche con la mappa Asbestos. Più che il divario con il processore Pentium 4 stupisce quello con la cpu Athlon XP 3.200+.

Netto il margine di vantaggio della cpu Athlon 64 FX-51 con Quake 3 Arena, titolo nel quale le cpu Pentium 4 hanno storicamente sempre fatto segnare le migliori prestazioni velocistiche assolute. Più di 400 frames al secondo alla risoluzione di 1024x768 sono un risultato addirittura sovrabbondante ma che la dice lunga sulle potenzialità di questa cpu.

Netto margine di vantaggio con Comanche 4 per il processore Athlon 64 FX-51, gioco in precedenza sempre dominato dai processori Pentium 4; estremamente interessante il risultato fatto registrare alla risoluzione di 1024x768, estremamente più elevato rispetto a quello della cpu Athlon XP 3.200+.

I risultati ottenuti con i benchmark 3D Mark 2001 SE e 3D Mark 2003 build 3.3.0 sono stati messi in forma tabellare, così da semplificarne la lettura. Con il primo titolo la cpu Athlon 64 FX-51 guadagna un margine di vantaggio nettissimo ad entrambe le risoluzioni di test, mentre con la versione 2003 la cpu Pentium 4 3,2 Ghz ricupera il divario anche se le differenze sono, in termini percentuali, molto più ridotte che con la versione 2001 per via della superiore dipendenza del risultato finale dalle prestazioni velocistiche dalla scheda video.

I risultati ottenuti in modalità software, così da sfruttare appieno la potenzialità del processore, non fanno che confermare quanto ottenuto con rendering hardware tradizionale. la cpu Athlon 64 FX fa segnare eccellenti livelli prestazionali, distanziando nettamente a entrambe le risoluzioni di test la cpu Intel Pentium 4 3,2 Ghz.

Aumentando la frequenza di bus sino a 110 Mhz è stato possibile ottenere una frequenza di clock di 2.310 Mhz con la cpu Athllon 64 FX-51 utilizzata nei test. Si tratta di un incremento di clock del 5%, in assoluto non elevato ma sufficiente ad analizzare l'impatto sulle prestazioni complessive ottenibile in overclock con questa cpu. La tabella seguente riporta i risultati di tutti i benchmark prestazionali eseguiti con la cpu, alla frequenza di default di 2.200 Mhz e a quella in overclock di 2.310 Mhz.

Interessante notare come nella stragrande maggioranza dei test si ottengano incrementi delle prestazioni, o riduzioni nei tempi di elaborazione, sempre vicini al 5% dell'incremento di clock. Questo implica che, all'atto pratico, la cpu Athlon 64 FX-51 abbia prestazioni velocistiche che scalino estremamente bene all'aumentare della frequenza di clock.

Tale risultato, comunque, non deve sorprendere particolarmente: l'architettura della cpu Athlon 64 con memory controller integrato, infatti, non fa altro che beneficiare dell'incremento di clock in misura maggiore rispetto alle altre cpu con memory controller integrato nel chipset.

Athlon 64 FX-51 è, senz'ombra di dubbio, il più veloce processore che AMD abbia sino ad oggi introdotto sul mercato. L'attesa per il debutto delle cpu Athlon 64 è stata notevole in questi mesi ma il livello prestazionale ottenuto tale da giustificare i delay che hanno caratterizzato la presentazione di queste cpu. Athlon 64 FX-51 vanta prestazioni velocistiche medie che, al momento, non sono superate dal processore Intel Pentium 4 3,2 Ghz; è prevedibile che il nuovo processore Pentium 4 Extreme Edition, dotato di 2 Mbytes di cache L3, possa far segnare prestazioni più elevate del predecessore Pentium 4 3,2 Ghz soprattutto con giochi 3D ma al momento non è possibile sapere quale sia il rapporto, in termini di performance, tra Athlon 64 FX-51 e Pentium 4 Extreme Edition.

Athlon 64 FX, al pari del modello Athlon 64, è il primo processore compatibile con Windows 64bit, una caratteristica unica nel panorama attuale. Nell'introduzione tecnica alle cpu AMD64, pubblicata a questo indirizzo, abbiamo mostrato quali possono essere i benefici prestazionali ottenibili con applicazioni a 64bit utilizzando un sistema operativo a 64bit. Nonostante sarà necessario attendere la metà del prossimo anno prima di avere il sistema operativo Windows 64bit per cpu AMD 64 in commercio, sin'ora i 64bit possono essere sfruttati con varie distribuzioni Linux da parte degli utenti più appassionati.

Le prestazioni velocistiche di questo processore sono, con giochi 3D, sempre superiori a quelle della cpu Intel Pentium 4 3,2 Ghz, stando ai risultati ottenuti durante i nostri test. Nel confronto con la cpu Pentium 4 il nuovo processore Athlon 64 FX-51 patisce un divario prestazionale solo con quelle applicazioni che sfruttano fortemente la tecnologia Hyper-Threading, scritte cioè per beneficiare della presenza nel sistema di una seconda cpu. I programmi di rendering come 3D Studio Max ne sono un esempio concreto, anche se in alcuni casi l'architettura della cpu Athlon 64 FX-51 riesce a far segnare ottime prestazioni anche con queste applicazioni.

Il target scelto da AMD per il processore Athlon 64 FX-51 è quello dell'utente più appassionato, che ricerca le massime prestazioni velocistiche assolute anche a prezzo di un costo d'acquisto molto elevato. E' questo il limite attuale delle cpu Athlon 64 FX-51: il processore ha un prezzo ufficiale superiore a 700 dollari e dev'essere abbinato a scheda madre Socket 940, dal costo non inferiore a 250€, e a memoria DDR400 Registered che attualmente è molto difficile trovare sul mercato.

E' ipotizzabile che le cpu Athlon 64 FX-51 verranno vendute in sistemi completi, così da dare la possibilità all'utente di non doversi preoccupare di ricuperare scheda madre e memoria, ma il loro costo complessivo non sarà sicuramente abbordabile. Giustificato probabilmente per l'utente alla ricerca del massimo possibile, ma per l'appassionato attento al rapporto prezzo prestazioni la scelta più indicata è sicuramente la piattaforma Socket 754 con processore Athlon 64 3.200+, la cui recensione verrà pubblicata domani.