Confronto, a parità di caratteristiche, tra Pentium II, K6 e Pentium MMX

Ho avuto modo, su alcuni NewsGroup, di leggere e partecipare a numerose discussioni circa la superiorità di una cpu piuttosto che dell'altra (in modo particolare cpu Intel contro altri produttori), in termini di migliore architettura; il confronto, però, è sempre risultato essere di difficile attuazione in quanto le cpu Socket 7 hanno caratteristiche di funzionamento (velocità cache di 2° livello in primo luogo) diverse da quelle del Pentium II; la tabella sottostante riassume le principali frequenze di funzionamento delle due classi di cpu:

Il confronto tra processori diversi, oltre che a parità di frequenze di funzionamento di tutte le componenti, deve essere fatto a parità di prezzo, anche perchè se si prescindesse da questa variabile il vincitore non sarebbe una cpu Socket 7, tantomeno il Pentium II, ma ben altro. Il limite principale ad un confronto allo stesso livello tra Socket 7 e Slot 1 è rappresentato dalla frequenza alla quale opera la cache di 2° livello, componente che ricopre un ruolo particolarmente importante per ottenere elevate prestazioni da una cpu; un confronto tra Pentium II 233, Pentium 233 MMX e K6 233 è improponibile in quanto la prima cpu ha cache di 2° livello operante a 116.5 Mhz (233/2) mentre le altre due a 66 Mhz. Grazie alle caratteristiche del chipset Via MVP3, in particolare la capacità di vincolare la frequenza di funzionamento della memoria a 66 Mhz anche con frequenza di bus maggiore, sono riuscito a configurare due sistemi, uno Slot 1 e l'altro Socket 7, dotati delle stesse caratteristiche in termini delle diverse frequenze di funzionamento:

Slot 1: processore Pentium II a 200 Mhz (66x3); cache di 2° livello operante a 100 mhz (200/2); frequenza di bus a 66 Mhz (nel Pentium II alla frequenza di bus lavora solo la memoria e non la cache di 2° livello); frequenza PCI di 33 Mhz.

Socket 7: processore Pentium MMX e K6 a 200 Mhz (100x2); cache di 2° livello operante a 100 Mhz; frequenza di funzionamento della memoria a 66 Mhz (grazie alla particolare caratteristica del chipset MVP3 sopra menzionata); frequenza PCI di 33 Mhz.

L'unica differenza che caratterizza i due sistemi è la quantità di cache di 2° livello presente: il Pentium II ne ha 512K, diretamente nella SEC, mentre la motherboard Epox EP51-MVP3E è dotata di 1024 Kbyte di cache di 2° livello; questo ha quale diretta conseguenza un aumento delle prestazioni delle cpu Socket 7 quantificabile, in termini di pura potenza di calcolo della cpu (pertanto non di velocità globale del sistema), nel 4%, mentre nei risultati dei benchmark Winstone l'incremento è limitato all'1-2% massimo; con questa configurazione di prova possono ritenersi superate le differenze di concezione tra architettura a Socket e a Slot.

I test sono stati eseguiti con i seguenti criteri:

- l'hard disk è stato formattato e su di esso è stato installato Windows 95; sono stati caricati solo i driver della scheda video e non è stato installato nessu driver per abilitare il Bus Master a motivo dei risultati falsati che forniscono con i benchmark della Ziff-Davis;

- 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 ho provveduto a rieffettuare i benchmark fino ad un massimo di 5 volte;

- se il sistema si è comportato in maniera erratica ad una particolare frequenza anche dopo aver ripetuto più volte i benchmark, aver riformattato l'hard disk e reinstallato Windows 95 , si è preferito non dare valutazione a motivo dell'instabilità operativa.

I primi test che ho eseguito evidenziano immediatamente un elemento che a molti può sembrare inusuale: le migliori performance, in termini di pura potenza di calcolo con interi, non sono del Pentium II ma del K6, in una percentuale di circa il 20% se si prendono quale riferimento i risultati dei Cpu Mark 32; il Pentium MMX è parecchio distaccato dal K6 ma, anche questo fatto sorprendente, molto vicino alle prestazioni del Pentium II. Con software Business si presenta un risultato simile, con il K6 decisamente avanti rispetto al Pentium II e il Pentium MMX non troppo distante dal Pentium II. La situazione viene ribaltata passando alle performance dell'unità di calcolo in virgola mobile, dove le cpu Intel fanno valere la potenza dell'FPU di tipo pipeline; il K6 colma in parte il divario con software High-End (più dipendente rispetto a quello Business dalle performance in virgola mobile) facendo vantare le proprie prestazioni sugli interi, anche se il divario con il Pentium II permane nell'ordine del 5%. Questi risultati devono far riflettere un poco: il K6 e il Pentium II sono cpu di sesta generazione, mentre il Pentium MMX è di quinta; non vi è un netto aumento delle prestazioni passando da Pentium MMX a Pentium II, beninteso sempre restando a parità di frequenza, e la maggiore potenza di calcolo che il Pentium II riesce a generare nelle situazioni pratiche di utilizzo, rispetto sia a K6 che a Pentium MMX, è dovuta esclusivamente alla maggiore frequenza di clock e alla superiore frequenza alla quale lavora la cache di 2° livello.

Portando il confronto su un piano di non parità, elevando la frequenza di clock a 300 Mhz, lasciando quella di bus a 100 (pertanto con cache di 2° livello a 100 Mhz per K6 e 150 Mhz per Pentium II) e con memoria operante a 100 Mhz, si ottengono questi valori:

Analizziamo le variazioni, tenendo in considerazione il fatto che ora il confronto è sqilibrato in quanto il Pentium II ha, a 300 Mhz di clock, cache di 2° livello operante a 150 Mhz e non a 100 Mhz come il K6 300: nel Pentium II l'aumento, in termini %, della potenza di calcolo con gli interi è superiore che nel K6, ciò nonostante quest'ultimo ha performance ancora superiori al Pentium II; il Business Winstone 97 è pressoché identico, mostrando un aumento superiore con il Pentium II rispetto alla situazione a 200 Mhz di clock. Le performance dell'unità di calcolo in virgola mobile del Pentium II sono sempre superiori a quelle del K6 ed entrambe le cpu mostrano un aumento di circa il 50%, pressoché lineare con l'aumento della frequenza di clock, anch'esso del 50% (200 ~ 300 Mhz); quest'ultimo aspetto è spiegato dal fatto che le performance dell'unità di calcolo in virgola mobile sono funzione della frequenza di clock e sono influenzate in misura marginale dalla frequenza della cache di 2° livello (come si vedrà nell'ultima tabella).

L'ultimo confronto è stato fatto sempre a 200 Mhz di clock ma disabilitando la cache di 2° livello, per vedere in quale misura le tre diverse architetture delle cpu testate siano da essa dipendenti; le prestazioni tendono a livellarsi, con il K6 e il Pentium II che hanno performance simili sia con calcoli interi che applicazioni Business, mentre il Pentium MMX si distacca maggiormente dalle altre due cpu risentendo più di queste la mancanza della cache di 2° livello; con applicazioni High-End il Pentium II può vantare le migliori performance a motivo della superiore unità di calcolo i virgola mobile (si noti inoltre come l'FPU Mark rimanga quasi del tutto invariato dopo aver disabilitato la cache di 2° livello).  

Le conclusioni che possono essere tratte al termine di questa analisi sono diverse:

• il Pentium II, quando utilizzato con le impostazioni di default, è la cpu che, globalmente, ottiene le migliori performance in tutti i campi; il K6 si avvicina a quest'ultima con software Business sotto Windows 95, pagando le minori prestazioni dell'unità di calcolo in virgola mobile quando si passa a software High-End;

• a parità di caratteristiche, il K6 ha prestazioni superiori al Pentium II con software Business e in termini di pura potenza di calcolo;

• il Pentium MMX, grazie all'impiego del bus a 100 Mhz, riesce a ridurre il divario di prestazioni con Pentium II e K6 anche se, quale cpu di quinta generazione, rimane dietro le altre due.

• un confronto non può prescindere dalle caratteristiche tecniche dei prodotti e dal prezzo;

• le cpu Socket 7, pur vantando una implementazione tecnologica precedente a quelle Slot 1, riescono ad ottenere, a parità di caratteristiche, prestazioni mediamente superiori.

Alla fine, la lettura dei risultati si scontra inevitabilmente con le preferenze soggettive di ognuno; credo che la sintesi migliore sia quella espressa dall'amico Simone Tugnoli: "Il Pentium II è la cpu più veloce, ma non la più efficiente".