آیا ادعای AMD در مورد عملکرد بهتر پردازنده‌های Zen نسبت به Broadwell صحت دارد؟

حدود دو هفته پیش بود که AMD طی مراسمی با دعوت از تحلیل‌گران شناخته شده و در حضور خبرنگاران، اطلاعات جدیدی از نسل بعدی معماری پردازنده‌های خود با نام Zen را منتشر کرد.

در قسمتی از این مراسم، AMD با مقایسه‌ی عملکرد نمونه‌ی پردازنده‌ی Zen خود با یک پردازنده‌ی Broadwell-E اینتل نتیجه گرفت که معماری جدید پردازنده‌هایش باعث می‌شود تا آن‌ها عملکرد بهتری نسبت به محصولات رقیب دیرینه‌اش داشته باشند.

نرم افزار بنچمارکی که AMD از آن استفاده می‌کرد نیز Blender بود. بلندر یک موتور رندر متن باز با قابلیت تنظیم میزان حجم کار است. در این آزمایش قرار بود تصویری سه بعدی از یک پردازنده‌ی دسکتاپ Zen، با استفاده از پردازنده‌ی AMD و اینتل رندر شود. تفاوت میان زمان رندر مدل بین ۱ تا ۲ ثانیه بود، اما چیزی که از این تفاوت مهمتر است، طول زمان رندر است.

با توجه به زمان ۵۰ ثانیه‌ای رندر، و با فرض اینکه تمامی شرایط برای هر دو پردازنده یکسان بوده باشد (در ادامه به این موضوع بیشتر خواهیم پرداخت)، می‌توان به این نتیجه رسید که یک پردازنده‌ی ۸ هسته‌ای AMD در سرعت کلاک برابر از پردازنده‌های Broadwell-E مشابه خود حدود ۲ درصد سریع‌تر است.

از نتایج که بگذریم، بخش‌های غیر قابل بررسی زیادی در این ادعا وجود دارند که تجزیه و تحلیل صحت این ادعا را دشوار می‌کنند. در ادامه برای مطمئن شدن از اینکه AMD واقعاً چه چیزی را ارائه داده است، یک به یک این موارد را بررسی خواهیم کرد.

قبل از هر چیز به عنوان مقدمه باید دو موضوع مهم را مد نظر قرار داد:

اول اینکه AMD درباره‌ی آنچه می‌گفت و اطلاعاتی که ارائه می‌داد بسیار محتاطانه عمل کرده و تنها به ارائه‌ی اطلاعات ضروری بسنده کرد. پس این امکان وجود دارد که آزمایش با استفاده از سخت‌افزارهای خاصی که در مجموع به عملکرد پردازنده‌ی AMD کمک می‌کنند صورت گرفته، یا نوع شخصی سازی شده‌ای از رندر که معماری Ze nدر آن بهتر عمل می‌کند مورد استفاده قرار گرفته باشد.

موضوع دوم این است که اگر AMD از شرایطی استفاده کرده باشد که تنها در آن امکان رسیدن به اوج عملکرد پردازنده‌ی جدیدش وجود داشته باشد، پس از عرضه‌ی رسمی این پردازنده‌ها و منتشر شدن نتایج بنچمارک‌های متعدد در شرایط کاری مختلف، کاربران احساس خواهند کرد که AMD به آن‌ها دروغ گفته است.

اما با توجه به جو آرام و حرفه‌ای مراسم AMD که با حضور تحلیل‌گران و صاحب نظران انجام شد، بعید به نظر می‌رسد که این شرکت از حقه‌ها و ترفندهای تبلیغاتی برای تغییر دادن نتایج به شکل تاثیر گذاری استفاده کرده باشد؛ بلکه در بدترین سناریو، تنها می‌توان انتظار داشت که اطلاعات کافی در مورد جزئیات سیستم‌های مورد آزمایش ارائه نشده باشد.

اساس مقالات علمی، قابلیت تکرار پذیری و تایید صحت آن‌ها است. هرچند مراسم AMD یک ارائه‌ی علمی نبود، اما این اصل در مورد بنچمارک‌های سخت‌افزاری نیز صدق می‌کند. بنچمارک‌ها باید به نحوی طراحی شوند که قابلیت تکرار پذیری داشته باشند و بتوان صحت نتایج اعلام شده توسط آن‌ها را مورد آزمایش قرار داد.

تنها چیزی که از سیستم‌های AMD می‌دانیم این است که از دو ماژول رم ۸ گیگابایتی DDR4 با فرکانس ۲۴۰۰ مگاهرتز استفاده می‌کرده‌اند، و فعلاً از نوع و مقدار حافظه‌ی رم سیستم اینتل اطلاعاتی در دست نیست. همچنین اطلاعاتی درباره‌ی توان حرارتی (TDP) پردازنده‌ها از سوی AMD به اشتراک گذاشته نشده، اما مشخص شده است که AMD در این آزمایش از خنک کننده‌های مدل Wraith (۱۲۵ واتی) و خنک کننده‌ی تقریبا بدون صدای جدید خود (۹۵ واتی) استفاده کرده است.

با توجه به اینکه پردازنده‌های فعلی AMD معمولا از خنک کننده‌هایی استفاده می‌کنند که برای TDP های بالاتری از پردازنده‌ طراحی شده‌اند، می‌توان نتیجه گرفت که پردازنده‌های مورد آزمایش در مراسم AMD، در حالت پیک کاری هم TDP کمتری از خنک کننده‌های خود داشته باشند. (برای مثال پردازنده‌ی ۶۵ واتی A10-7860K از خنک کننده‌ی ۹۵ واتی، و پردازنده‌ی ۹۵ واتی A10-7890K از خنک کننده‌ی ۱۲۵ واتی استفاده می‌کند.)

یکی از مشکلات استفاده از نرم‌افزارهای متن باز برای بنچمارک این است که هر کسی می‌تواند در کد آن دستکاری کند. هر کاربری می‌تواند کد نرم‌افزار را برای سیستم خودش بهینه کند و از آن برای به دست آوردن نتایج دلخواه خود استفاده کند. با توجه به آنچه گفته شد، نمی‌توان مطمئن بود که از چه کدی برای کامپایل کردن نرم افزار بلندر در این آزمایش استفاده شده است.

حتی در صورت استفاده از کد پایه (base code)، باز هم ممکن است بهینه‌سازی‌های خاصی در کامپایلر توسط سازنده‌ی پردازنده صورت بگیرد. این کار باعث می‌شود عملکرد کد روی سلسله مراتب حافظه‌ی کش دستخوش تغییر شود و نتایج بنچمارک بهبود پیدا کند.

در بهترین حالت ممکن، اندازه‌گیری تعداد دستور العمل در هر کلاک (IPC: instructions per clock) می‌تواند بهینه بودن یک طراحی را مشخص کند. بسیاری از نرم‌افزارهای بنچمارک کد پایه‌ی چند منظوره ندارند و برای معماری‌های خاص بهینه شده‌اند. پس IPC چگونه باید اندازه‌گیری شود؟

بسیاری از تحلیل‌گران از بنچمارک SPEC برای اندازه‌گیری IPC استفاده می‌کنند. از آنجایی که این بنچمارک از ویژگی‌ها و قابلیت‌های منحصر به فرد معماری‌های متفاوت برای محاسبات خود بهره نمی‌گیرد، برای مشخص کردن عملکرد معماری‌های جدید و ناشناخته بسیار مناسب است.

یکی از مزیت‌های دیگر نرم‌افزارهای بنچمارکی مانند SPEC یا Cinebench، این است که بارهای کاری (Workload) پیش فرض و مشخصی دارند که هر کسی می‌تواند از آن‌ها استفاده کند. وقتی از یک بار کاری سفارشی و خاص استفاده می‌کنید، ممکن است نتایج به نفع یک معماری خاص باشد. برای مثال هنگام رندر کردن صحنه‌ای از یک فیلم، ممکن است پردازنده‌ای با معماری خاص در یک قسمت (نورپردازی، سایه زنی و ...) بهتر از دیگری عمل کند و در قسمتی دیگر به مراتب ضعیف‌تر ظاهر شود. استفاده از بارهای کاری استاندارد در بازه‌های زمانی طولانی می‌تواند این اثر را تا حد زیادی خنثی کند.

دو دلیل احتمالی وجود دارد که AMD تنها این یک بنچمارک خاص را به نمایش گذاشته است؛ یا این بنچمارک بهترین سناریو برای معماری Zen است، یا واقعاً پردازنده‌ی جدید Zen در حالت کلی همین اختلاف عملکرد را با پردازنده‌ی اینتل دارد و AMD با پیدا کردن مناسب‌ترین بنچمارک برای نشان دادن این سطح از تفاوت، سعی دارد انتظارات مردم را در همین حد نگه دارد.

با استفاده از یک بار کاری سفارشی توسط یک نرم افزار متن باز، نتایج بسیار خاصی به دست می‌آید که به هیچ وجه نمی‌توان آن را به حالت‌های کاری دیگر تعمیم داد. به همین دلیل است که نرم‌افزارهای بنچمارک حرفه‌ای از ۱۰ تا ۲۰ آزمایش مختلف با حجم‌های کاری مختلف استفاده می‌کنند.

یکی دیگر از ویژگی‌های یک پردازنده که می‌تواند روی نتایج یک بنچمارک خاص تاثیر بگذارد، شیوه‌ی ارتباط بین هسته‌ها است. با افزایش تعداد هسته‌ها این تاثیر به صورت لگاریتمی افزایش پیدا می‌کند. اینتل به صورت سنتی در پردازنده‌های متداول خود از اتصال Ring، و در پردازنده‌های بزرگ‌تر چند هسته‌ای خود از اتصال Dual Ring برای ارتباط بین هسته‌های پردازنده‌ استفاده می‌کند. مشخص نیست که AMD در پردازنده‌های جدید خود از چه روشی برای این منظور بهره گرفته است.

علاوه بر این، موضوع نحوه‌ی ارتباط هسته‌ها با دیگر اجزای چیپ از جمله پل جنوبی/پل شمالی (Northbridge/Southbridge) و مموری کنترلر نیز مطرح است، که درباره‌ی آن‌ها نیز فعلاً اطلاعاتی در دست نداریم.

عملکرد یک پردازنده معمولاً با توجه به توان مصرفی آن در نظر گرفته می‌شود. مقدار اندکی بهبود عملکرد (در این مورد تنها ۲ درصد) در صورتی که مصرف انرژی پردازنده به صورت چشمگیری از رقیب خود بالاتر باشد، هیچگاه یک پیروزی محسوب نخواهد شد. AMD اعلام کرده است که در توسعه‌ی معماری جدید خود، بهینه بودن مصرف انرژی را هدف اصلی خود قرار داده است.

در بنچمارک AMD فرکانس پردازنده‌های نمونه بر روی ۳ گیگاهرتز برای هر هسته تنظیم شده بود و اعلام شد که سرعت کلاک نهایی پردازنده از این میزان بیشتر خواهد بود. هیچ اطلاعاتی درباره‌ی سرعت نهایی، انرژی مصرفی و در نتیجه بازده پردازنده در حال حاضر وجود ندارد.

پردازنده‌های Zen در سه ماهه‌ی اول سال آینده‌ی میلادی، یعنی حداقل ۴ ماه دیگر، برای عموم عرضه خواهند شد. آنطور که مشخص است، AMD باوجود ایجاد جو رقابت با اینتل، سعی دارد هواداران را با وعده‌های پوشالی زیاد به وجد نیاورد. این احتمال ضعیف نیز وجود دارد که محصول نهایی قبل از عرضه اندکی بهبود پیدا کند.

زمانی اینتل و AMD تنها بازیگران بازار دو قطبی پردازنده‌ها بودند و مشخص نبود که در آینده کفه‌ی ترازو به سمت برتری کدام یک خواهد چرخید. این شرایط دیری نپایید و AMD با اتخاذ مجموعه‌ای از تصمیمات غلط، میدان رقابت را برای یکه تازی اینتل خالی کرد.