El milagro del procesador

Aunque los componentes de un sistema sean los mejores, sin una CPU que «dirija» no se entendería el fenómeno del PC. Y nada mejor que someterlas a un banco de pruebas para clasificarlas

Manuel Arenas

El milagro del procesador

17 diciembre 2009

La idea de confeccionar un ranking de microprocesadores parte del deseo de ofrecer una referencia más o menos rápida sobre lo que se puede esperar de una CPU junto con el chipset y la memoria y así ofrecer a los lectores una base sólida para tomar una decisión cuando se enfrentan a la tarea de elegir un ordenador.

En los catálogos se mencionan decenas de nombres y modelos de CPUs, cada una con su velocidad de reloj, las cachés, el número de núcleos, etcétera, pero es complicado posicionarlos dentro de una escala de rendimiento aproximado. Aunque Intel y AMD han puesto en marcha iniciativas para crear sus propios rankings, se trata de movimientos aislados y que no permiten establecer una referencia única para los procesadores de las dos compañías al mismo tiempo. Además, esas iniciativas no dan referencias numéricas ni analíticas.

intel-i5


Aislar el procesador

Para poder separar el procesador del resto de componentes de una configuración, se necesita elegir una batería de pruebas de rendimiento en las que sea precisamente la CPU la máxima responsable de su ejecución. Para ser precisos, se debería hablar también del chipset y la memoria, que también desempeñan un papel importante en la obtención de un resultado. De todos modos y para el conjunto de pruebas de este ranking, a pesar de ser importante, su influencia tangible en los resultados es pequeña si se compara con la de la CPU.

Por otro lado, dada la imposibilidad de usar un único juego de componentes para todos los procesadores de Intel y AMD, se han instalado componentes iguales o similares siempre que ha sido imposible instalar uno idéntico. Por ejemplo, se han empleado dos tarjetas gráficas de gama alta y equiparables entre sí.

Otro tanto se puede decir de la memoria, con tecnología DDR2, DDR3 de doble canal y DDR3 de triple canal. Aquí no queda más remedio que adoptar la solución «exigida» por el chipset y el procesador, aunque sí es preciso integrar módulos de memoria de calidad similar y en una cantidad también suficiente como para que no sea un cuello de botella en ningún caso. Para el disco duro, mientras se escojan modelos de 7.200 rpm y una capacidad por encima de 500 Gbytes, se garantiza un aislamiento casi perfecto.

AMD

Sobremesas contra netbooks

Para hacerse una idea acerca del abismo que separa actualmente a los procesadores de gama alta en los equipos de sobremesa de los empleados en los netbooks, sirvan un par de comparaciones rápidas. Así, para un procesador Intel Atom N280 a 1,6 GHz, el resultado en la prueba Kribibench es de 0,22301 fps medidos en un Asus EeePC 1000H. Mientras que en un flamante Intel Core i7 870 es de 4,02135 fps. Nada menos que 18 veces mejor.

Para la prueba Cinebench, cuando se usan los cuatro núcleos, la diferencia a favor del procesador de sobremesa es aún mayor, de más de 25 órdenes de magnitud mejor en el procesador Core i7 870. Eso sí, el TDP de un Atom es de 2,5 W y el del Core i7 es de 95 W.

Así pues, no es fácil asegurar con contundencia que el Atom es peor que el Core i7. Sí lo es en el rendimiento; pero, si se hace el cálculo del rendimiento por vatio usando el TDP como referencia para el consumo, se obtiene que el Atom consigue 222,4 unidades de rendimiento por cada vatio, mientras que el Core i7 «solo» 194,6 unidades de rendimiento por cada vatio. En términos de eficiencia el Atom consigue sacar más partido de los 2,5 W que consume que el Core i7 870.

Sirva esto como ejemplo de lo complicado que resulta caracterizar a un procesador y lo útil que resulta establecer métricas combinadas entre varios parámetros y características de los procesadores.

Deshaciendo mitos

En el banco de pruebas se da un papel importante a dos benchmarks relacionados con el renderizado de escenas 3D: Cinebench y Pov Ray. Si se cuenta a Kribibench, que también se basa en cálculos de renderizado, en total se trata de tres pruebas de índole aparentemente gráfica, pese a que la tarjeta de vídeo poco o nada interviene en el resultado final, que es directamente proporcional al buen hacer del procesador.

En realidad, las tarjetas de vídeo solo están implicadas de forma significativa en la aceleración de operaciones de renderizado cuando se trata de modelos profesionales de las familias NVIDIA Quadro o AMD ATI FireGL. En otro caso, su influencia sólo es determinante en el rendimiento de los juegos.

En este ranking se han elegido tarjetas de vídeo de gamas altas solo como precaución para que no sean un cuello de botella. Hay que tener en cuenta que las tarjetas de gama alta sí influyen negativamente en las cifras de potencia disipada, pero para el caso que nos ocupa es un efecto colateral negativo asumible y no interfiere con el procesador.

Otro concepto que está cambiando es el de la frecuencia de reloj como parámetro capaz de caracterizar a un procesador. Si bien es cierto que en todos los casos se puede hablar de una velocidad nominal, los nuevos procesadores Core i5 y Core i7 de Intel son capaces de modificar de forma dinámica la velocidad de sus núcleos hasta superar en más de 500 MHz la velocidad nominal dependiendo del tipo de aplicación que se esté ejecutando.

Al final, puede suceder que un procesador con una velocidad nominal determinada rinda más que otro con una aparentemente mayor, pero sin la facultad de aumentar su velocidad cuando se trabaja con aplicaciones que no usen todos los núcleos.

cinebench


Métricas combinadas

Además de las cifras obtenidas en las pruebas individuales, es interesante «jugar» con los resultados combinados de varios apartados para crear métricas más complejas, pero que permiten conseguir más información y con más significado que el obtenido a partir de datos aislados. Por ejemplo, a partir del precio de los procesadores se puede obtener la métrica «relación prestaciones/precio» dividiendo el resultado de cualquiera de los bench­marks entre el precio en euros.

Solo hay que tener la precaución, a la hora de interpretar el resultado, de tener en cuenta que en algunos casos un valor mayor no siempre es mejor. En el caso de los resultados medidos en unidades de tiempo (segundos o minutos y segundos), a menor tiempo, mejor será el resultado.

En el resto de los tests, sí que se asocia un mejor resultado con un mayor valor. Por ejemplo, si tomamos el benchmark Cinebench, en el caso de un core i7 870, la relación prestaciones/precio será de 25,6 mientras que para un Core i5 750 este valor es de 56,3.

La relación prestaciones /precio es más de dos veces mejor en el caso del Core i5, lo cual indica que es una compra más eficiente. Eso sí, en valor absoluto, quien busque el rendimiento más elevado a cualquier precio tendrá que asumir ese sobreprecio. No significa que sea un compra peor, solo que el incremento de rendimiento tiene un precio elevado a partir de ciertos límites.

Rendimiento y novedades

Otra métrica muy empleada en los últimos años es la de rendimiento por vatio. En teoría, debería indicar la eficiencia con la que los procesadores administran la energía que consumen. Algo así como en los vehículos, cuando hablan de cuántos kilómetros se recorren con un litro de combustible o cuántos litros se gastan al recorrer una cantidad prefijada de kilómetros. Pero, de nuevo, los fabricantes hablan de esta métrica en términos cualitativos y casi nunca cuantitativos.

En la tabla actualizada de este año con los últimos micros de Intel y AMD se tiene como referencia, en pruebas como Cinebench o PovRay, la potencia consumida por los equipos durante la prueba. Es imposible usar un mismo equipo para probar procesadores Intel y AMD, pero se ha hecho todo lo posible por minimizar las divergencias entre plataformas.

Para las pruebas con los procesadores Phenom II y Core i5 e i7 con zócalo LGA 1165, se han usado las mismas tarjetas de vídeo, los mismos discos duros y una cantidad de memoria igual, por lo que es posible hacerse una idea precisamente de esta métrica.

Solo hay que dividir el resultado de los benchmarks entre la potencia y comparar. A menos potencia consumida, mejor métrica, y a mejor resultado en el benchmark, mejor rendimiento por vatio. La idea es minimizar la potencia y maximizar el rendimiento.

En este caso, al obtenerse una medida de los vatios totales consumidos por el equipo en su totalidad, esta métrica no muestra el rendimiento por vatio del procesador, sino de todo el sistema, pero al tratarse de configuraciones donde la única diferencia significativa proviene de la CPU, sirve para establecer diferencias en valor relativo. Por ejemplo, para un Core i7 870 en la prueba Cinebench, el rendimiento por vatio es de 68,3, mientras que para un Phenom II X4 es de 45,3. Así, se puede apreciar que el procesador de Intel aprovecha mejor los vatios que el de AMD.

Disco-duro

Novedades durante los últimos 12 meses

Desde el último ranking, ha habido numerosas novedades en el campo de los procesadores de cualitativo importante respecto a la arquitectura Core 2. En el mes de septiembre Intel volvía a estrenar procesadores. Esta vez sin cambiar la arquitectura, que sigue siendo Nehalem, pero encarnada en soluciones con menos contactos que los procesadores Core i7 de la primera generación, con dos canales de memoria DDR 3 en vez de tres, y ya no necesitan un chipset tan complejo y caro como era el X58, en favor de uno más eficiente y económico como es el P55 Express.

De hecho, se ha eliminado el costoso QPI (Quick Path Interconnect), más apropiado para interconectar los componentes del sistema en configuraciones con varias CPUs que en equipos domésticos con un único procesador. A cambio, se ha implementado DMI (Direct Media Interfaz) en el propio procesador y se ha integrado también el Northbridge en la CPU para reducir el chipset Intel P55 a un único chip, denominado PCH (Platform Controler Hub). De este modo, se abaratan los costes aunque se añade un poco de complejidad al procesador.

AMD, por su parte, ha introducido Phenom II con zócalo AM3+ y compatibilidad con memoria DDR3, aunque sin cambios notables en su arquitectura, que parece estar al límite de sus posibilidades a la vista de los 140 W que exhibe el modelo más ambicioso (Phenom II X4 965 a 3,4 GHz).

También ha lanzado modelos de bajo consumo, como el Phenom II X4 905e, con un TDP de 65W; y modelos con tres y dos núcleos en las familias X3 y X2, respectivamente. No son capaces de competir en la arena del rendimiento, pero sí en el de la relación calidad/precio siempre y cuando no se busque la máxima potencia. El Phenom II X4 965 se acerca a los Core i7 y Core i5, pero a costa de estar al límite de sus posibilidades.

Esperamos que este ranking sea de utilidad para hacer una composición de lugar en este mundo de los procesadores de sobremesa e invitamos a los lectores a que hagan sus propias pruebas con sus equipos para comparar. Los benchmarks empleados están disponibles en Internet y no requieren de un especial cuidado para ponerlos en marcha.

Variables que intervienen en el rendimiento

1. Velocidad de reloj. Velocidad de reloj = velocidad del bus x multiplicador.

2. Arquitectura / Tecnología de fabricación. Rendimiento = IPC (Instrucciones Por Ciclo de reloj) x velocidad de reloj.

3. Tamaño de la memoria caché L2 y L3. Las cachés de los procesadores actuales presentan en su mayoría tres niveles frente a los dos de antaño. La caché L3 es compartida entre todos los núcleos, que a su vez cuentan con las tradicionales cachés L1 y L2.

4. Número de núcleos, aunque el rendimiento no se incrementa proporcionalmente con el número de núcleos en todas las aplicaciones.

5. TDP. La eficiencia de un procesador también influye de un modo decisivo en el rendimiento de algunos procesadores actuales. El Modo turbo de los procesadores Intel Core i5 y Core i7, por ejemplo, depende en parte del margen «térmico» en el que se mueva la CPU, aumentando la velocidad de uno o más núcleos siempre y cuando no superen la especificación de diseño o la definida por el usuario en la BIOS. También se puede emplear como dato para la potencia el valor del TDP máximo, asumiendo que, a plena carga, el consumo de la CPU será el máximo indicado por ese parámetro, aunque en este caso se incurre en diversos errores que hacen que no se pueda asegurar que se trata de una métrica exacta y debe usarse solo de manera orientativa.

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