Canterwood и системная шина 800 MHz –
идеальная пара?

Конкурентная борьба в Hi-End сегменте компьютерного рынка разгорается с новой силой. Value-рынок стал менее интересен для компьютерных гигантов, таких как Intel и AMD, как приносящий небольшие доходы. К тому же на рынке недорогих платформ о производительности говорить не приходится – там выбор продукта практически определяется ценой. Здесь достаточно уверенные позиции все же имеют AMD и VIA. В борьбе за лидерство дела обстоят иначе: здесь каждому производителю надо доказывать фактами свое право на пьедестал почета реальной производительностью. Ранее речь шла только о гонке частот, которая прекрасно устраивала компанию Intel, в то время как AMD пыталась «малой кровью» без особых затрат на увеличение частот, а вместе с тем и улучшение техпроцесса доказать свое первенство. В прочем, последнее время это у нее не сильно получалось. В течение 2002 года, похоже, политика Intel изменилась – она решила избавиться от бытующего мнения о том, что компания значительно увеличивает частоты без соответствующего увеличения производительности. Она открыла свои козырные карты, среди которых на первом месте стоит Hyper-Threading, означающий реальное увеличение производительности при минимальных затратах. Теперь это стало касаться и чипсетов.

Несмотря на то, что выпуск чипсета i875P и процессора с частотой системной шине был вполне ожидаемым и не произвел фурора, тем не менее, это важный шаг для Intel. Во-первых, до выпуска Prescott еще, как минимум, полгода, а для компании сделать очередной шаг вперед для отрыва от конкурентов. До выпуска Prescott Intel решила сфокусироваться на улучшениях платформы в целом, чтобы сохранять конкурентоспособность. Во-вторых, следуя своей недавней политике, компания решила прислушаться к нуждам покупателя и официально поддержать технологию DDR400. Тем самым она похоронила свои длительные старания по продвижению RDRAM.

Чипсет

14 апреля компания Intel представила редкий тандем процессора и набора системной логики под него:  долгожданный процессор Intel Pentium 4 с частотой 3,0 ГГц и системной шиной 800 МГц с технологией Hyper-Treading и чипсет Intel 875P (ранее известный под кодовым наименованием Canterwood). На данный момент в мире эта платформа обладает наибольшей производительностью. Эта платформа предназначена для замены существующего флагмана Intel с набором микросхем i850E. По оценкам самой компании, эта платформа быстрее i845PE более чем на 20% и на 7 % быстрее i850E при выполнении операций с плавающей точкой. Главными нововведениями стали использование системной шины с частотой передачи данных 800 МГц, двухканальной памяти DDR400 и технологий Intel Performance Acceleration Technology (PAT) и Communication Streaming Architecture (CSA).

 Чипсет организован на двух микросхемах: функции северного моста выполняет 875P MCH, а южного – 82801EB (ICH5/R). Для начала опишем основные характеристики набора микросхем. Впервые осуществлена поддержка 800 МГц системной шины и памяти с частотой передачи данных 400 МГц, имеющих одинаковую суммарную пропускную способность – 6,4 ГБ/с. В связи с этим, процессор поддерживает как существующие версии процессоров с технологией HT, так и Prescott. который будет выпущен осенью и будет выполнен по 0,09 мкм техпроцессу. Поддерживается двухканальная и двухсторонняя память DDR400/DDR333. AGP удовлетворяет спецификации 3.0 и поддерживает только режимы 8х и 4х. Доступны 2 канала IDE, работающих по протоколу UDMA/100 и два канала Serial ATA-150. Кроме того, есть и поддержка RAID, таким образом, доступны 6 каналов. Более того, в чипсете реализована поддержка Gigabit Ethernet, который теперь подключается прямо к северному мосту. Также контроллер ICH5 поддерживает до 8 портов USB 2.0, 20-bit звук AC'97 с аппаратной поддержкой 5,1 Dolby Digital Full-Surround Sound. Впечатляет? Но обо всем по порядку.

Частота и память – пример nVidia?

Чипсет предназначен для поддержки системной шины с частотой передачи данных 800 МГц, что обеспечивает пропускную способность на участке северный мост-процессор до 6,4 ГБ/с. Реальная же частота системной шины – 200 МГц. При этом, по шине данных Quad Pumped Bus отсылается четыре слова данных за такт, в то время как адреса по два слова за такт. Следовательно, адреса передаются с частотой 400 МГц. Цикл обращения процессора к памяти представляет собой следующую схему: адрес необходимых данных, находящихся в ОЗУ посылается процессором в контроллер памяти, находящийся в северном мосту чипсета, обрабатывается там и перенаправляется в микросхемы памяти. Баланс частот обеспечивается при использовании памяти с частотой 400 МГц (например, DDR400) – при этом адрес данных передается между процессором и памятью с минимальными задержками. Скорость передачи данных – 800 МБ/с, поэтому для насыщения системной шины данных требуется или использование частоты 800 МГц для памяти или использование двух каналов данных по 400 МГц каждый при обращении к памяти. В связи с этим, Intel впервые решилась использовать двухканальную DDR400 память. Поднять частоту до 800 МГц для Intel не составило никаких усилий: ведь еще i845PE мог работать на частоте 667 МГц. Таким образом, получается идеально сбалансированная система. Теперь становится понятным решение Intel отказаться от системной шины 667 МГц, которая бы не позволила увеличить скорость передачи данных. Спецификации на набор микросхем i875P и его недавно выпущенным предшественником приведены в таблице 1.

Таблица 1

Пожалуй, стоит отметить, что существуют некоторые неясности с VRM 10.0, в связи с чем, Canterwood не будет поддерживать частоту системной шины 400 МГц. Впрочем, это небольшая потеря: все равно ядро Willamette не поддерживается. Тем более, есть еще и Springdale, который будет поддерживать все системные шины.

Для реализации DDR400, надо сказать, было применено немало усовершенствований. Разводка двухканальной памяти была осуществлена на 4-слойных платах, что уменьшило стоимость плат. Хаб-контроллер памяти изготавливается по 0,25 мкм техпроцессу. Габариты упаковки чипа остались прежние: 37,5 на 37,5 мм, следовательно, и сборка чипа будет стоить ненамного дороже. Чипсет Springdale, который будет базироваться на том же кристалле, что и Canterwood, будет использовать 932 контакта, поскольку там не планируется поддержка памяти ECC. i845 использовал 788 выводов, а i850E - только 615, по причине использования последовательной технологии памяти RDRAM. Для стабилизации напряжения в корпусе чипа использованы высокочастотные конденсаторы. Выходы синхронизации имеют автонастройку, что позволяют производить корректировку синхронизации в зависимости от количества модулей памяти. На большой частоте управляемая схема приемника сигналов позволяет улучшить качество сигналов. Intel предусмотрела драйверы с автокомпенсацией, позволяющие исключить колебания, вызванные изменением PVT. Чип 82875P выполнен в корпусе FCBGA с 1005 выводами, причем он развернут под углом 45º к нормали, что позволило уменьшить скученность при разводке. Удалось выполнить разводку всего канала памяти в одном слое. Для подачи мощности на разъемы памяти используются штифты питания.

Для использования двух каналов памяти необходимо использовать модули одинакового объема (от 128 до 512 МБ) с одинаковой емкостью чипов на них (от 128 до 512 Мбит). При компоновке необходимо заполнять симметричные разъемы памяти в каждом из каналов (Slot 0 или Slot 1). Модули должны устанавливаться парами. Если хоть одно из этих условий не выполняется, то контроллер переходит в одноканальный режим. В то же время, в каналы можно устанавливать модули с разной скоростью и разных производителей. Так как чипсет Canterwood предназначен для высокопроизводительных систем, что для памяти имеется только 2 коэффициента деления частоты для шины 800 МГц: 2 и 2,5, что позволяет использовать только память DDR400/333. При использовании шины 800 МГц могут применяться только модули DDR400. Теоретически, чипсет может работать и с системной шиной 400 МГц, при этом должна использоваться память DDR266 (делитель 1,5). Соотношение шин 800/333 приводит к выставлению частоты памяти в 160(320) МГц — делается это, по словам Intel, для улучшения синхрорежимов и следовательно, увеличения производительности. Самое интересное, что все модули во всех каналах работают в динамическом режиме (все синхронизированы). Поэтому, результирующая частота памяти будет определяться самым медленным модулем.

Intel 875P, в отличие от 865 (Springdale) отличается поддержкой ECC. Переход на двухканальную память может дать прирост в производительности до 15%, но ECC снижает эту величину.

Максимальное тепловыделение северного моста около 11 Вт, что вполне позволяет использовать пассивное охлаждение, которое не будет создавать дополнительный шум и вибрации в корпусе. Правда, наверняка, производители материнских плат «для красоты» будут использовать кулеры.

Технология Intel Performance Acceleration (PAT)

Еще одной особенностью северного моста, ускоряющей доступ к памяти, стало применение технологии PAT. Основывается она на принципе отбора чипов по качеству и скорости для их форсирования. Так как на кремниевой подложке чипы имеют разные параметры, то лучшие из них, имеющие наименьшую скорость распространения сигнала, используются для PAT, в чипсетах i875P, а стандартные – в i865. В основе принципа ускорения лежит уменьшение времени прохождения операций перед обращением к памяти и уменьшение количества этих операций в MCH. Идея проста: при использовании «быстрого» кремния скорость распространения сигнала такова, что при совпадении частот шин она позволяет избежать дополнительной синхронизации. Т.е. не используется буферизация, а данные передаются напрямую. Производитель смог сэкономить один такт при обращении процессора к памяти и ещё один такт при выборе чипа DRAM, поэтому при каждом обращении к памяти экономится 2 такта. Но, еще раз хочу отметить, что эта технология может быть использована только при соотношении частот системной шины и памяти 800/400 и только в чипсетах Canterwood. По оценкам специалистов Intel, подобная оптимизация дает выигрыш до 5 %.

Чип i82875P предлагает еще одну уникальную возможность: использование выделенного канала для сетевых устройств. Эта технология позволяет подключить чип Gigabit Ethernet напрямую к северному мосту, а не через шину PCI. Чип Gigabit Ethernet Intel PRO/1000 CT (Kenai II CSA) подключается через 16-битную шину CSA (Communications Streaming Architecture) с пропускной способностью 266 МБ/с (2 Гбит/с), что соответствует пиковой скорости полнодуплексного режима передачи. Эта шина-соединение практически идентична шине Hub Link 2.0, связывающей северный и южный мост. У CSA единственный минус – она позволяет подсоединять только достаточно дорогие чипы Intel, в то время как многие производители не отказались бы от 3Com. Возможно это ограничит их желание применения данной технологии с своих продуктах. В качестве чипа для Gigabit Ethernet Интел использует микросхему i82547EI. Прежде всего, CSA осуществляет прямой доступ к памяти и уменьшает использование ресурсов процессора. Выделенная шина независима, поэтому позволяет лучше обрабатывать потоки данных, требует меньше синхронизации, а значит и мощности. Интерфейс питается от 1,5 В. Мало того что шина имеет малые задержки, так она еще и разгружает шину PCI – ведь приходится синхронизировать больше потоков данных. Более того, сетевой интерфейс может поддерживать 10/100 Mbit Ethernet (чип Kinnereth-R/+) и может также соединяться с ICH5 через шину LCI.

Новый ICH – новая периферия

Новый хаб ввода-вывода также преподнес нам неплохой подарок. Выпускается от в 2 версиях ICH5 и ICH5-R (82801EB и 82801ER соответственно), который стоит на 3 доллара дороже ($53). Вторая версия отличается наличием поддержки RAID. От ICH4 новый хаб унаследовал контроллер сдвоенной шины UltraATA/100, 20-bit 6-канальный кодек, поддержку SMBus 2.0, SMLink, сетевгоо контроллера, управление питанием и т.п. Первым значительным отличием является наличие 8 портов USB 2.0 (больше уж точно не нужно). Вторым значительным нововведением стала поддержка 2 каналов Serial ATA с пиковой пропускной способностью до 150 МБ/с. Таким образом, можно использовать до 6 приводов. Правда все Windows 9x и NT 4.0 из-за нехватки ресурсов на распределение прерываний отключают либо один PATA либо SATA канал. Но главное, что опять же разгружается PCI шина, а передача данных от накопителя определяется только скоростью контроллера самого накопителя. Кстати, драйверы Intel Application Accelerator ICH5 пока не поддерживают.

Чем хорош интерфейс Serial ATA, мы подробно объяснять не будем – лишь напомним основные моменты. Прежде всего, он обеспечивает большую скорость передачи данных. К 2007 году ожидается, что она возрастет до 600 МБ/с. Для SATA используются более тонкие и узкие кабели, что улучшает аэродинамику в корпусе. Для разводки требуется 8 сигнальных линий, а значит зона разводки не будет превышать 2 см. К тому же, поскольку используется только 8 линий, а шина SATA последовательная, то уровень помех в линиях значительно меньше, поэтому длину кабеля можно увеличить до 1 мера.

Применение южного моста ICH5R позволяет организовывать RAID 0-массива, но только на двух винчестерах, подсоединенных через SATA-порты. Реализация RAID 1 будет доступна после обновления драйвера/BIOS, которое появится, примерно через месяц. Чип Intel выгодно отличается от конкурентов, своими драйверами Intel Application Accelerator RAID Edition. Обычно, когда вы желаете выполнить обновление от одного диска до двухдискового массива RAID 0, вам следует зарезервировать свои данные и создать массив RAID 0, в процессе чего будет уничтожено всё содержимое оригинальных дисков. Драйвера Интел намного эффективнее: они позволяет создать массив без потери данных, причем этот процесс будет незаметен для ОС. Включается поддержка Intel RAID в BIOS, даже если у вас установлен всего лишь один диск (при условии, что на нем ОС уже установлена), затем, после подключения второго диска, драйверу Application Accelerator надо указать создать массив RAID 0, и эта операция будет выполнена в фоновом режиме без всякой потери данных.

Ко всему выше сказанному остается лишь добавить, что у южного моста было оптимизировано питание. Среди улучшений наличие встроенного контроллера ASF (Alert Standard Format) и встроенного регулятора напряжения Suspend Well Vcc1_5. Ну и добавлена совместимость с PCI 2.3.

Pentium 4 с 200 МГц FSB

Новый «топовая» модель представляет собой обыкновенный Pentium 4 Northwood с увеличенным до 800 МГц эффективным значением системной шины. Естественно, он поддерживает технологию Hyper-Threading. Новые процессоры имеют частоту ровно 3000 МГц, т.к. теперь имеют коэффициент умножения 15 и системную шину 200 МГц. "C" означает поддержку 800 МГц, как "B" в свое время указывала на поддержку 533 МГц у моделей с одинаковой частотой. Новинка маркируется степпингом D1, что говорит о том, что архитектура у нее такая же, как и предшественников. Вскоре будут выпущены и другие 800 МГц FSB процессоры, как с меньшей, так и с большей тактовой частотой, но пока что Intel анонсировала лишь один процессор – 3,0C.

Единственным незначительным изменением стала новость о том, что с выпуском 200 МГц FSB вариантов процессоров, Intel объявляет о новых значениях напряжения (VID). Было принято решение сделать спецификации ядра по напряжению (Vcore) гибкими. На основе отбора CPU при производстве, они разделяются на четыре класса. Напряжение у них выставляется от 1,475 до 1,550 вольт. В следующей таблице приведены четыре категории напряжения:

Тепловыделение Pentium 4 3,0 ГГц С практически не изменилось сравнению с моделью 3,06 ГГц. Для 3,00 С модели оно составляет 81,9 Вт, что заметно больше, чем у будущих младших моделей семейства. Новый Pentium 4 3,00 ГГц стоит $417 при партиях в 1000 штук.

На сегодняшний день появились следующие материнские паты, основанные на чипсете i875P: Intel D875PBZ, ASUS P4C800 Deluxe Gold, Albatron PX845PEV-800, ASUS P4PE Black Pearl и платы от MSI, Gigabyte и Soyo. В мае они появятся на рынке.

Итоги

Подводя итоги всему выше сказанному, следует отметить, что Intel сделала хороший марш-бросок, значительно обогнав своего главного конкурента и обеспечив себе тылы на все лето, а та уж и Prescott грядет. Новый набор микросхем вместе с процессором организует прекрасный тандем. Восхищает не только производительность, но уступчивость Intel, которая привела к интеграции значительного количества нововведений, на первом месте среди которых DDR400 и Serial ATA/RAID. Что же касается производительности, то сам процессор за счет частоты шины дает 10%-ный прирост производительности. Совокупность же технологий, примененных в чипсете, позволяет достичь 20%-ного прироста. Но стоит отметить, что использование процессора на чипсете i845PE (неофициально поддерживает шину 800 МГц) не дает значительного прироста. И уж совсем бессмысленно использование CPU с шиной 533 МГц с новым набором микросхем – по сравнению с i850E разница не будет превышать 3 процентов. Так что вся изюминка в чипсете.

Александр Дудкин