Der Januar brachte nicht nur neue Apple-Systeme, sondern auch eine an MAC OS X angepasste Benchmark-Suite CPU2000 der Standard Performance Evaluation Corporation (SPEC). Diese Suite ermöglicht zum einen innerhalb eines bestimmten Rahmens den Vergleich zur Intel-Konkurrenz, zum anderen zeigt sie, dass Motorola und Apple beim neuen Gigahertz-Prozessor mehr herausholen konnten, als es der reine Taktunterschied zum Vorgängermodell mit 866-MHz vermuten ließe.
Die SPEC CPU2000-Suite konzentriert ihre Bewertung auf die Troika aus Prozessor, Speicher und Compiler. Sie besteht aus einer Sammlung von Quelltexten, die der Tester vor der eigentlichen Messung erst einmal für die jeweilige Plattform selbst übersetzen muss. Hunderte von Benchmark-Resultaten für viele Systeme liegen bereits vor [#literatur [1]], etwa von diversen Intel-Rechnern unter Windows und Linux. Für Apples Mac gab es jedoch bisher keine SPEC-Ergebnisse. Es fehlten für Mac OS X die nötigen Werkzeuge wie zum Steuern der Übersetzung oder Messen der Ausführungszeiten - und Apple fühlt sich offenbar nicht berufen, dafür zu sorgen.
Bei den einzelnen Programmen der Suite handelt es sich um besonders rechenintensive Teile echter Anwendungen. Sie verteilen sich auf zwei Gruppen: Die in C und C++ verfassten Programme des SPECint messen die Rechenleistung mit ganzen Zahlen von mehr Desktop-orientierten Anwendungen, die in C und Fortran geschriebenen Tests der SPECfp leisten das für Gleitkommaberechnungen vorrangig aus dem wissenschaftlichen Raum. Unsere Messungen beschränken sich auf die so genannten Base-Werte, bei denen alle einzelnen Benchmarks der Suites mit den gleichen Optimierungsflags zu kompilieren sind.
Neben dem neuen 1-GHz-Rechner [#literatur [2]] testeten wir die beiden bisherigen Spitzenmodelle aus dem Hause Apple, den PowerMac G4 866 und den PowerMac G4 Dual 800. Jedem Prozessor dieser Modelle stehen 2 MByte Level-3-Cache zur Seite, den er vom Frontside-Bus unabhängig anspricht. Statt 200/233-MHz-SRAM kommt beim 1-GHz-Modell ein mit 250 MHz getaktetes DDR-SRAM als L3-Cache zum Einsatz, das mehr als die doppelte Bandbreite liefert. Der Frontside-Bus stellt die Verbindung zu Chipsatz und Hauptspeicher sowie zwischen den Prozessoren her. Er läuft weiterhin mit 133 MHz. Zum Vergleich setzten wir einen Pentium III Prozessor (Coppermine) mit 1 GHz unter Windows und Linux dagegen, wie er seit circa eineinhalb Jahren erhältlich ist. Alle Rechner erhielten 512 MByte 133-MHz-SDRAM Hauptspeicher. Um die Ergebnisse möglichst unter gleichen Bedingungen zu erzielen, betrieben wir Mac OS X und Linux im Single User Mode ohne grafische Oberfläche und schalteten die Unterstützung des zweiten Prozessors der Dual-Maschinen aus.
Zum Übersetzen der Testprogramme verwendeten wir bei Mac OS X die Version 2.95.2 des GNU C und C++ Compiler (GCC), die Apple mit den Developer Tools von Januar 2002 liefert. Ein kurzer Vergleich mit den Compilern von Metroworks ergab für jene geringfügig schlechtere Werte. Und um uns dem Vorwurf eines Vergleichs zwischen Äpfeln und Birnen nicht allzu sehr auszusetzen, verzichteten wir auf die hochoptimierenden Intel-Compiler, die Intel speziell in Hinblick auf gute SPEC-Performance entwickelt hat. Stattdessen kam unter Linux die ältere Version 2.95.3 des GCC aus dem Jahre 1999 zum Einsatz. Unter Windows verwendeten wir Visual Studio 6 (mit Service Pack 5), mit dem wohl das Gros der Windows-Applikationen erstellt sein dürfte. Die neueren Compiler wie der aktuelle GCC 3.0 oder Intels hauseigene Übersetzer erzielen bei der SPEC noch um zehn bis mehr als zwanzig Prozent bessere Ergebnisse.
Mit 306 SPECint_base liegt Apples 1-GHz-Maschine unter Mac OS X fast gleichauf zu den 309 SPECint_base des gleich schnell getakteten Pentium III in der Kombination mit Linux und GCC. Unter Windows rächt sich für Intel die schlechte Qualität des Microsoft’schen Wald- und Wiesen-Compilers, der das System auf 236 SPECint_base unter die 242 des mit nur 800 MHz getakteten PowerMac drückt. Innerhalb der eigenen Modellreihe hat sich Apple kräftig verbessert: Kamen von den 8 Prozent mehr Takt des 866-Modells nur 7 Prozent im Messergebnis an, so stieg es beim um weitere 15,5 Prozent höher getakteten 1-GHz-Rechner um noch einmal 18,6 Prozent. Zwei Benchmarks, 176.gcc und 254.gap, erzielten dabei sogar eine Steigerung von circa 27 Prozent. Diese beiden blühen bei hohem Speicherdurchsatz richtig auf und profitieren deshalb besonders vom besseren Cache. Anders der ebenfalls sehr speicherintensive Test 181.mcf: Er springt derart in den Daten, dass selbst der 2 MByte große Level-3-Cache nicht ausreicht - immerhin kommt mit 15,2 Prozent fast die volle Takterhöhung an. Allen Systemen, egal ob Pentium III oder Apple, ist die ‘C++-Nase’ bei 252.eon gemein: Die Messwerte brechen auf 100 und darunter ein, da die Compiler den objektorientierten Code offensichtlich ausgesprochen schlecht optimieren können. Hier helfen nur Tricks, wie sie Intels hauseigener Compiler oder der GCC ab Version 3.0 bieten, aber die die im Test verwendeten Compiler nicht beherrschen.
Fortran-Programme sind auf dem Mac wohl weniger verbreitet, darum konzentriert sich unser Vergleich vor allem auf SPECint. Dennoch haben wir auch einen SPECfp-Lauf mit dem Absoft Pro Fortran 7.0 for OS X (www.absoft.com) durchgeführt. Mit 147 bis 187 SPECfp2000 bleiben die Apple Rechner bei der Gleitkommawertung weit hinter der gleich schnell getakteten Konkurrenz zurück. So erreicht etwa ein Pentium III mit Intels Linux-Compilern einen SPECfp-Wert von 297. Und ein aktueller Pentium 4 kommt gar auf weit mehr als das Doppelte.
Eigentlich sollte die PowerPC-FPU mit ihren 32 Registern der x86-FPU mit ihrer antiquierten Stack-Struktur und nur acht Registern überlegen sein. Doch Absofts Fortran Compiler allein die Schuld daran zu geben, zieht nicht richtig, denn einige der FP-Benchmarks sind in C geschrieben - und die liegen auch nicht besser. Bleibt also festzuhalten, dass sich gemäß der SPEC-Resultate der Mac bislang weniger für wissenschaftliche Anwendungen eignet und schon gar kein ‘Supercomputer’ ist. Aber er holt langsam auf: Der Gigahertz-Mac legte schon um 22 Prozent gegenüber dem 866er-Modell zu. Letztlich bleibt SPEC-Mitglied Motorola gefordert, seinen Kunden bessere Compiler zu liefern. Noch dazu, wo das Unternehmen mit Metroworks eine Compilerschmiede sein Eigen nennt. Bis dahin aber kann die Apple-Gemeinde nur weiter auf den G5 hoffen, der vielleicht eine Altivec-Einheit mit doppelter Genauigkeit mitbringt, die auch der ‘universitären’ SPECfp auf die Sprünge helfen sollte. (hes)
[2] Johannes Schuster, Andreas Beier, Mach 1, PowerMac G4 Dual 1000, c't 4/02, S. 72
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Die Einzelergebnisse des SPECint fallen bei Motorolas G4 deutlich unterschiedlicher aus als bei Intels Pentium III.
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Der GCC rückt G4 und Pentium III zusammen. Bei 1 GHz Takt erzielen sie fast gleiche Ergebnisse.
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Der Gleitkomma-Benchmark SPECfp profitiert besonders vom weit schnelleren L3-Cache im PowerMac G4 Dual 1000.
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