双通还是三通?三种Nehalem内存配置测试

Nehalem架构已经为人熟知，在这个和以往很不相同的新的架构上，Intel采用了集成控制器的设计方法，并用QPI总线替代了过时的FSB总线，获得了非常明显的增益。

Nehalem：直联架构

　　我们知道，每个Nehalem处理器（高端以上）集成了三个DDR3内存通道，最高支持至DDR3-1333，比起以往双路服务器平台的四通道DDR2-667要高两倍的带宽（同样是双路的Nehalem），一下子将x86处理器的瓶颈去掉了，这也是Nehalem性能明显增长的原因之一。

Nehalem-EP平台：Xeon 5500+5520芯片组

　　随之而来的问题是，Nehalem的内存性能是否过剩了呢？很快，在桌面平台上，Intel推出了Core i7 Nehalem的简化版本：LGA1156的Core i5，这是采用了双通道内存配置的产品，此外，在不少的Nehalem服务器/工作站上，默认配置总是双通道??两根内存，或者四根内存，这就让人想起一个问题：究竟双通道和三通道的性能相差多少呢？

SPEC CPU 2006 v1.0.1

　　为了测试出内存配置对性能的影响，我们采用了标准的CPU性能测试软件：SPEC CPU 2006套件，SPEC CPU测试套件是一个CPU密集型和内存密集型（全部都是CPU密集型，不过不是所有的都是内存密集型）测试软件，包含了相当多类型的处理器应用，从处理器应用可以看出内存的影响。要是内存配置对处理器性能都没有影响，那么对其他距离较远的配件的影响就会更小了。

　　SPEC是标准性能评估公司（Stard Performance Evaluation Corporation）的简称。SPEC是由计算机厂商、系统集成商、大学、研究机构、咨询等多家公司组成的非营利性组织，这个组织的目标是建立、维护一套用于评估计算机系统的标准。

　　SPEC CPU 2006是SPEC组织推出的CPU子系统评估软件最新版，我们之前使用的是SPEC CPU 2000。和上一个版本一样，SPEC CPU 2006包括了CINT2006和CFP2006两个子项目，前者用于测量和对比整数性能，而后者则用于测量和对比浮点性能，SPEC CPU 2006中对SPEC CPU 2000中的一些测试进行了升级，并抛弃/加入了一些测试，因此两个版本测试得分并没有可比较性。

　　SPEC CPU测试中，测试系统的处理器、内存子系统和使用到的编译器（SPEC CPU提供的是源代码，并且允许测试用户进行一定的编译优化）都会影响最终的测试性能，而I/O（磁盘）、网络、操作系统和图形子系统对于SPEC CPU2006的影响非常的小。

　　SPECfp测试过程中同时执行多个实例（instance），测量系统执行计算密集型浮点操作的能力，比如CAD/CAM、DCC以及科学计算等方面应用可以参考这个结果。SPECint测试过程中同时执行多个实例（instances），然后测试系统同时执行多个计算密集型整数操作的能力，可以很好的反映诸如数据库服务器、电子邮件服务器和Web服务器等基于整数应用的多处理器系统的性能。

　　我们在被测服务器中安装了当前最新版本的 Intel C++ 10.1.025 Compiler、Intel Fortran 10.1.025 Compiler这两款SPEC CPU 2006必需的编译器，通过最新出现的QxS编译参数，Intel Compiler 10版本开始支持对Intel SSE4指令集进行优化（假如只支持SSE3，则使用QxT编译参数）。我们另外安装了Microsoft Visual Studio 2003 SP1提供必要的库文件。按照SPEC的要求我们根据自己的情况编辑了新的Config文件，使用了较多的编译选项。我们根据被测系统选择实际可同时处理的线程数量，最后得到SPEC rate base测试结果（基于base标准编译，SPEC base rate测试代表系统同时处理多个任务的能力）。

　　和其它测试部件不同，SPEC CPU 2006需要大量的系统物理内存，我们的SPEC测试在64bit Windows Server 2008 Enterprise下完成，对于每个运算核心，最低配置1.5GB内存，最后，我们使用了共24GB的系统内存，见下页。

　　测试平台基于一台DELL PowerEdge R710服务器，之所以选用它，是有理由的：

　　当前常见的用于Nehalem服务器的R-ECC内存，最大容量为4GB，为了满足双路八核十六线程的Nehalem SPEC CPU 2006测试要求，需要24GB容量，也就是6条内存才行，这样，如果要测试单通道内存性能的话，测试平台必须能提供每个通道3个DIMM的配置。DELL PowerEdge R710就是这样的机器，它提供了18个DIMM，每个内存通道可以支持3个DIMM，我们得以实现每处理器单通道12GB。

　　另外需要说明的是，为了在双通道配置下也能具有同样的容量，并保持通道对称，我们使用了2GB+4GB的每通道组合，这样平台最后的容量也是24GB，并且保持了所有内存通道配置一致，让结果更具有可参考性。

　　我们的DELL PowerEdge R710样机使用的处理器是Nehalem-EP Xeon E5520，频率不算高，为2.27GHz：

　　SPEC CPU 2006整数运算主要包含编译、压缩、人工智能、视频压缩转换、XML处理等，此外，各种日常操作也主要是基于整数操作。SPEC CPU 2006的整数运算包含了400.perlbench PERL编程语言、401.bzip2 压缩、403.gcc C编译器、429.mcf 组合优化、445.gobmk 人工智能：围棋、456.hmmer 基因序列搜索、458.sjeng 人工智能：国际象棋、462.libquantum 物理：量子计算、464.h264ref 视频压缩、471.omnetpp 离散事件仿真、473.astar 寻路算法、483.xalancbmk XML处理共12项。

SPEC CPU 2006整数运算性能

　　从得分来看，整数运算上双通道和三通道的差别不算太大：三通道的性能比双通道高5.2%，不算非常明显。单通道配置下的性能就差得多了，每个CPU只有DDR3-1066的带宽，也就是8.53GB/s，两个处理器下带宽也要比Nehalem-EP的上一代的四通道DDR2-667要低，最后双路单通道Nehalem的性能只有双通道的56.6%、三通道的53.8%，换句话说，从单通道升到双通道提升了77%的性能。

　　在整数测试项目中，并不是所有项目都受到了内存通道的影响，这样的测试有400.perlbench PERL编程语言、401.bzip2 压缩、403.gcc C编译器、445.gobmk 人工智能：围棋、456.hmmer 基因序列搜索、458.sjeng 人工智能：国际象棋、464.h264ref 视频压缩这几项，看起来它们对内存带宽的敏感程度不太高，456.hmmer 基因序列搜索、458.sjeng 人工智能：国际象棋两项在双通道下行能还略有提升，因为它们具有更多数量的内存条，可以同时打开的内存页面数量也多。当然能体现出这个优势的毕竟是少数。400.perlbench PERL编程语言还是彻头彻尾的对带宽不敏感，单通道下也有着不错的性能。

　　有一些项目则对带宽比较敏感，如403.gcc C编译器、429.mcf 组合优化、462.libquantum 物理：量子计算、471.omnetpp 离散事件仿真、483.xalancbmk XML处理，单通道下性能很低，显然它们都需要双通道及以上的带宽才能达到理想的性能。

　　SPEC CPU 2006整数运算主要包含编译、压缩、人工智能、视频压缩转换、XML处理等，此外，各种日常操作也主要是基于整数操作。SPEC CPU 2006的整数运算包含了400.perlbench PERL编程语言、401.bzip2 压缩、403.gcc C编译器、429.mcf 组合优化、445.gobmk 人工智能：围棋、456.hmmer 基因序列搜索、458.sjeng 人工智能：国际象棋、462.libquantum 物理：量子计算、464.h264ref 视频压缩、471.omnetpp 离散事件仿真、473.astar 寻路算法、483.xalancbmk XML处理共12项。

SPEC CPU 2006整数运算性能

　　从得分来看，整数运算上双通道和三通道的差别不算太大：三通道的性能比双通道高5.2%，不算非常明显。单通道配置下的性能就差得多了，每个CPU只有DDR3-1066的带宽，也就是8.53GB/s，两个处理器下带宽也要比Nehalem-EP的上一代的四通道DDR2-667要低，最后双路单通道Nehalem的性能只有双通道的56.6%、三通道的53.8%，换句话说，从单通道升到双通道提升了77%的性能。

　　在整数测试项目中，并不是所有项目都受到了内存通道的影响，这样的测试有400.perlbench PERL编程语言、401.bzip2 压缩、403.gcc C编译器、445.gobmk 人工智能：围棋、456.hmmer 基因序列搜索、458.sjeng 人工智能：国际象棋、464.h264ref 视频压缩这几项，看起来它们对内存带宽的敏感程度不太高，456.hmmer 基因序列搜索、458.sjeng 人工智能：国际象棋两项在双通道下行能还略有提升，因为它们具有更多数量的内存条，可以同时打开的内存页面数量也多。当然能体现出这个优势的毕竟是少数。400.perlbench PERL编程语言还是彻头彻尾的对带宽不敏感，单通道下也有着不错的性能。

　　有一些项目则对带宽比较敏感，如403.gcc C编译器、429.mcf 组合优化、462.libquantum 物理：量子计算、471.omnetpp 离散事件仿真、483.xalancbmk XML处理，单通道下性能很低，显然它们都需要双通道及以上的带宽才能达到理想的性能。

从专门测试CPU性能的SPEC CPU 2006测试成绩来看，Nehalem的集成内存控制器确实可以提供很高的带宽，在双通道配置（双路处理器）下已经可以满足2.27GHz的Nehalem-EP处理器的需求。

　　测试表明了，单通道配置是性能极差的配置，要予以避免，而三通道则比双通道快5~10%左右。这是使用DDR3-1066的2.26GHz的E5520的情况，更高频率的处理器会需要更高的内存带宽，不过这时候Nehalem会提供DDR3-1333的选择（从X5550开始）。无论如何，双通道配置下的Nehalem性能是可以接受的。

(完)