Počnúc dneškom začíname nový seriál o osobných počítačoch, v ktorom sa pozrieme na jednotlivé komponenty PC. Zistíme ako fungujú, akými parametrami sa vyznačujú, kde končí reálna využiteľnosť a začína marketing, a ktorý model je pre dané použitie najvhodnejší. Zameráme sa predovšetkým na notebooky, avšak neobídeme ani stolné počítače. Dnes sa teda venujeme jednej z najzákladnejších súčastí počítača – procesoru.

Schéma serverového procesora AMD Opteron

Úloha procesora

Procesor ako najdôležitejšia súčasť počítača vykonáva všetky aritmetické a logické operácie požadované daným programom. Dáta programu načíta z operačnej pamäte, dekóduje, zložitejšiu operáciu rozloží na jednoduché (tzv. inštrukcie) a vypočíta. Procesor navyše riadi ostatné komponenty, s ktorými spolupracuje.

Architektúra

V súčasnosti sa stretávame prevažne s dvoma architektúrami procesorov – štandardná x86 a „mobilná“ ARM. Na x86 architektúre je postavená veľká väčšina súčasných počítačových procesorov, predovšetkým sú to modely značky Intel a AMD. Naopak, procesory navrhnuté spoločnosťou ARM sú primárne určené aj používané v smartfónoch či tabletoch. Microsoft však oznámil, že v systéme Windows 8 bude podporovaná aj táto architektúra. Procesory sa tiež líšia šírkou registrov, t. j. pamätí, do ktorých sa ukladajú súčasne vykonávané inštrukcie. Toto číslo znamená, koľko bitov spracováva procesor naraz, teda v jednom kroku. V súčasnosti sú preferované 64-bitové pred staršími 32-bitovými. Prvé spomínané sú rýchlejšie, avšak zriedka sa vám môže stať, že je určitý program dostupný len v 32-bitovej verzii a na 64-bitovom OS ho nespustíte. Naopak, 32-bitové procesory znamenajú podporu len 32-bitových systémov, ktoré „zhltnú“ operačné pamäte do veľkosti maximálne 3 GB, čo môže byť pre náročnejších užívateľov problém.

Nvidia Tegra 2 - dvojjadrový procesor pri rovnakej činnosti spotrebuje menej ako jednojadrový

Tri jadrá verzus 3 GHz

Základnými parametrami, na ktoré sa užívateľ pri výbere procesora pozerá, je taktovacia frekvencia procesora a počet jeho jadier. Frekvencia (bežne 1 - 4 GHz) de facto znamená rýchlosť, viac jadier možno zjednodušene chápať ako viac procesorov na jednom čipe. Je teda lepší jednojadrový procesor s vysokou frekvenciou, alebo viacjadrový s nižšou? Odpoveď nie je jednoznačná, záleží totiž na použitom softvéri. V ideálnom prípade víťazí viacjadrový procesor, nakoľko nižšia frekvencia znamená nižšie napätie, nižšiu spotrebu a tým aj nižšiu teplotu a hlučnosť. Avšak nie každý OS či program umožňuje paralelné vykonávanie inštrukcií na viacerých jadrách. Windows 7 a väčšina jeho aplikácií s tým nemajú problém, ale napríklad Android po verziu 2.3.2 áno.

Procesory AMD Phenom II Black Edition s jednoduchším pretaktovaním

Najmä medzi hráčmi je populárna činnosť zvaná overclocking, alebo pretaktovanie. Ide o zvýšenie frekvencie procesora. Výsledkom je výkonnejší počítač, v záťaži však nezanedbateľne vyššia spotreba, prípadne aj problémy s chladením a spotrebou. Šikovné riešenie priniesol Intel. Jeho procesory Core i5 a i7 disponujú technológiou Turbo Boost, ktorá dočasne pretaktuje jedno jadro, pokiaľ ich bežiaci program nedokáže využiť viac. Nakoľko ostatné jadrá nebežia (alebo bežia pomalšie), spotreba zostáva zachovaná. Pod názvom Turbo Core sa s touto funkciou stretávame aj na nových procesoroch AMD Fusion, ktoré však ešte na trhu nie sú. Opakom je Hyper Threading (Intel), kde má procesor dvojnásobok virtuálnych jadier, ale s nižšou frekvenciou.

Cache

Pomerne výrazný vplyv na výkon má aj veľkosť vyrovnávacej pamäte, zvanej cache. Je to pamäť, kam si procesor ukladá výsledky svojich prác, aby nemusel čakať na pomalší komponent (operačnú pamäť) a zatiaľ mohol pracovať ďalej. Jej veľkosť sa pohybuje od 512 kB (Intel Atom), bežne nadobúda hodnoty 1-3 MB, vrcholové modely Intel Core i7 sa pýšia Cache cez 10 MB, súčasným maximom je 15 MB.

Nanometre: čím menšie, tým lepšie?

Rôzne generácie procesorov sa líšia aj hustotou integrácie, udávanou v nanometroch. Jej menšia hodnota znamená menšie tranzistory čipu. Do rovnako veľkého procesora sa ich zmestí viac (vyšší výkon), navyše majú aj nižšiu spotrebu. Výrobcovi teda pokročilejšia technológia dáva na výber, či vyrobí rovnako veľký čip s vyšším výkonom alebo s menší s nižšou spotrebou, prípadne môže zvoliť kompromis. Súčasné procesory sú vyrobené 45 nm alebo 32 nm výrobným procesom, avšak v blízkej budúcnosti Intel plánuje 22 nm a v roku 2015 14 nm procesory.

Spotreba

Veľmi dôležitým parametrom, najmä pri prenosných počítačoch, je spotreba procesora. O spotrebe komponentov PC hovorí maximálna hodnota TDP (Thermal design power) – konštrukčného tepelného výkonu. Hovorí o tom, koľko W tepla procesor vyprodukuje a teda je potrebné odviesť chladiacim systémom, aby nedošlo k prehrievaniu. Procesory Intel Atom sa pýšia hodnotami len 2-10 W, výkonnejšie mobilné jednotky by sa mali zmestiť do 40 W, najvýkonnejšie desktopové procesory často presahujú 100 W. Od tejto veličiny sa odvája spotreba, hlučnosť i prípadné prehrievanie počítača.

Skutočný výkon

Vzhľadom na množstvo parametrov je ťažké odhadnúť skutočný výkon počítača. Dvaja papierovo rovnakí konkurenti sa totiž výkonovo často líšia. Na zistenie reálneho výkonu (nielen) procesora slúžia benchmark programy. Pokiaľ chcete overiť výkon ešte pred kúpou, odporúčame skutočne rozsiahly rebríček výsledkov testov (dopĺňaný bežnými používateľmi) na servri cpubenchmark.net.

Aktuálni hráči

V súčasnosti je trh procesorov veľmi rôznorodý, poďme sa teda pozrieť na konkrétne modely. Serverové procesory vynechávame.

AMD Sempron

Starší jednojadrový procesor s frekvenciou 2 – 2,8 GHz. V prenosných počítačoch sa s ním stretávame zriedka. Nemá integrovanú grafickú kartu, preto je potrebná samostatná. Pokiaľ hľadáte notebook s integrovanou GPU, hľadajte inde.

AMD Turion II

Dvojjadrové mobilné procesory s frekvenciou 2 – 2,5 GHz, preferované v lacnejších notebookoch. Takisto nedisponujú integrovanou grafikou.

AMD Athlon II

V lacnejších notebookoch sa stretávame s verziami Athlon II Neo, ktoré disponujú jedným alebo dvoma jadrami taktovanými na 1,3 – 2,5 GHz. Najnižšie modely sa pýšia spotrebou len 12 W TDP. Naopak, na desktopoch je Athlon II dostupný v dvoj a trojjadrovej verzii s vyššími frekveniciami, od 2,5 až do 3,4 GHz. Tieto procesory sa vyznačujú perfektným pomerom cena / výkon, TDP sa pohybuje od 65 do 95 W.

AMD Phenom II

Súčasná špička procesorov tohto výrobcu. Mobilné verzie obsahujú dve, tri alebo štyri jadrá taktované na 1,6 – 3 GHz. Na desktopoch sú dostupné v štvorjadrovom a šesťjadrovom vyhotovení s frekvenciami 2,5 – 3,3 GHz a spotrebou 65 – 125 W. Dostupné sú aj v špeciálnych variantoch Black Edition (dvoj, štvor a šesťjadrové) s vyššou frekvenciou (od 3,4 GHz nahor) a odomknutým násobičom frekvencie, vďaka čomu je pretaktovanie oveľa jednoduchšie. Obľúbené sú najmä medzi hráčmi.

AMD Fusion

Pod skratkou APU (Accelerated Processing Unit) sa skrýva nová generácia procesorov tohto výrobcu. Zahŕňa rady Ontario, Zacate, Brazos, Llano a časom by mali pribudnúť ďalšie. Ich najväčsou výhodou je integrovaná grafická karta. Nie však hocijaká, Radeon radu 6000 sa totiž vyrovná mid-end samostatným grafikám. Na trhu sú zatiaľ jedno a dvojjadrové mobilné verzie s taktom 1 – 2 GHz, časom by sa mali objaviť aj výkonnejšie štvor a šesťjadrové procesory.

Intel Atom

Procesory určené pre netbooky. Rodina Atom obsahuje jedno- a dvojjadrové procesory. Najnižší aktuálny model Z670 (primárne určený pre tablety) má jedno jadro taktované na 1,5 GHz, jeho TDP má hodnotu iba 3 W, Cache 512 kB. Väčšina „atómov“ podporuje maximálne 2 GB RAM. Opakom je dvojjadrový 1,8 GHz model D525 s 13 W TDP a podporou do 4 GB DDR3 RAM. Populárne sú aj dvojjadrové jednotky Atom N550, resp. N570 s taktom 1,5 / 1,66 GHz a TDP len 8,5 W. Všetky súčasné modely podporujú Hyper Threading a disponujú integrovanou grafickou kartou.

Intel Celeron (Dual Core), Pentium (Dual Core), Core 2 Duo, Core 2 Quad

V súčasnosti už výbehové modely nižšej strednej až strednej triedy. Disponujú jedným až štyrmi jadrami s taktom 1,8 – 3,3 GHz, vyrovnávacou pamäťou od 1 do 3 MB. Nepodporujú Hyper Threading.

Intel Core i3, i5, i7

Súčasná špička komerčne dostupných procesorov. Na trhu sú ponúkané dve generácie. Staršie modely sú označené trojciferným číslom, novšie štvorciferným. Druhá generácia postavená na architektúre Sandy Bridge je mierne výkonnejšia a dosahuje tiež nižšie hodnoty TDP. Procesory Core i3 sú vyrobené 32 nm procesom, podporujú Hyper Threading, disponujú dvomi fyzickými jadrami a štyrmi threadmi. Ich frekvencia sa pohybuje od 2,5 do 3,33 GHz. Modely z rodiny Core i5 môžu mať aj štyri jadrá s frekvenciou maximálne 3,6 GHz, vďaka Turbo Boost sa už blížia magickej hranici 4 GHz. Vyšší výkon však ide ruka v ruke aj s vyššou spotrebou. Napokon sú dostupné aj vrcholové modely Core i7 v dvoj, štvor alebo šesťjadrovom vyhotovení. Takýto výkon je problém napájať, preto ich nájdeme skôr v stolných, ako v prenosných počítačoch. Nájdu sa samozrejme aj výnimky, tie majú však kvôli hmotnosti k prenosnosti ďaleko.

Intel Ivy Bridge

Ďalšia generácia procesorov tohto výrobcu, ktorá by mala nahradiť stále čerstvú platformu Sandy Bridge. Novinky majú byť komerčne nasadené v ešte v prvej polovici budúceho roka, vyrobené budú 22 nm procesom a zasiahnu nielen do rodiny Core i3, i5 a i7, ale aj Atom. Môžeme sa teda opäť tešiť na vyšší výkon pri nižšej spotrebe.

ARM procesory

V budúcnosti a najmä v tabletoch sa zrejme budeme stretávať aj s procesormi postavenými na ARM architektúre. Nvidia chystá štvorjadrový procesor s kódovým označením Kal El, Qualcomm ukázal dvojjadrový čip MSM8960 a štvorjadrový APQ8064, ktoré môžu byť taktované až na 2,5 GHz, takže rozhodne nie sú nijakými slimákmi. Navyše v sebe integrujú aj moduly pre mobilné siete (GSM, HSPA, LTE...), svoje miesto si nájdu najmä v tabletoch.

Záver: AMD verzus Intel verzus ARM

Veľkej obľube sa medzi procesormi počítačov tradične teší Intel. Takmer vždy totiž víťazí výkonom a poskytuje aj dobrú energetickú efektivitu, i keď často za vysokú cenu. Na päty sa mu odpradávna tlačí AMD, ktorý konkurenta prekonáva skvelým pomerom cena/ výkon. Určite bude mať čo povedať aj s prichádzajúcou generáciou APU. Do tretice vstupujú do hry ARM procesory, ktoré môžu kartami poriadne zamiešať, najmä vďaka nízkej spotrebe a integrovaným doplnkovým funkciám. Sledovať tento súboj bude nepochybne zaujímavé.

Foto: AMD, cpubenchmark.net, engadget.com, Intel, jbtech.com, Nvidia, slashgear.com, tuxradar.com, tweakpc.de, wikipedia.org, xbitlabs.com