Эксперименты с отказоустойчивостью и разгоном Phenom II на материнской плате ASUS M4A78-AM

Плата ASUS M4A78-AM относится к современной серии AM2+, построенной на основе чипсета AMD 780G и южного моста SB710. Неcмотря на техническую новизну, плата рассчитана на создание бюджетных компьютеров - об этом ясно говорит ценник на 2500 рублей и мощность VRM, которая составляет 95W. Т.е. поставить Phenom и разлочить его ядра можно, но хорошо разогнать - не получится. А еще нет цифрового разъема для подключения монитора (только VGA). И кое-где стоят дешевые электролитичеcкие конденсаторы, хотя на VRM все-таки поставили твердотельные. Но у этой невзрачной во всех отношениях платы есть скрытые таланты, из-за которых она оказалась для меня единственным выбором.

1. "Антикризисная" отказоустойчивость на платформе AMD

Это не про кризис, а про то, почему я не взял более "навороченную" плату. Надо было собрать отказоустойчивый компьютер, предназначенный для длительных расчетов - на таком компьютере данные не должны искажаться при при единичном сбое в аппаратуре и теряться при единичном отказе аппаратуры. Требование сохранности данных при отказе распространяется на данные, находящиеся на жестком диске.

Для сохранности данных жесткие диски объединяются в массив RAID уровня не меньше 1. А для защиты от сбоев применяется память с коррекцией ошибок (ECC). Эта память существует не только в серверном (регистровом), но и в обычном (небуферизованном) варианте, пригодном для установки в десктоповые материнские платы. Только она немного дороже, чем память без коррекции ошибок, потому что вместо 8 чипов на каждой стороне планки памяти находится 9 чипов. Дополнительный чип применяется для хранения кодов коррекции ошибок.

Модуль небуферизованной памяти DDR2 с ECC

Идея такова - берем обычную (десктоповую) материнскую плату, ставим на нее десктоповый процессор, небуферизованную память с коррекцией ошибок, и подключаем два обычных диска в массиве RAID 1 на встроенном в плату контроллере - вот и готова отказоустойчивость дешево и сердито. Если RAID на материнской плате работает плохо (об этом немного ниже), то можно добавить простой контроллер RAID в слот расширения.

Конечно, не все так просто, как здесь написано. Десктоповый процессор подходит, поскольку по технической реализации отказоустойчивости он ничем не отличается от серверного процессора - все внутренние кэши и каналы передачи данных на нем защищены или контролем четности, или коррекцией ошибок. Другое дело, что серверные процессоры тестируются производителем тщательнее и могут иметь больший запас по рабочей частоте. А десктоповые процессоры всегда нуждаются в дополнительном тестировании.

С материнской платой дело обстоит сложнее. Небуферизованные модули памяти с коррекцией ошибок можно поставить в любую десктоповую материнскую плату с соответствующим разъемом (DDR2 или DDR3), она их распознает и, скорее всего, будет с ними работать - вот только не обязательно в режиме с коррекцией ошибок. Большинство десктоповых плат игнорируют 9-ый чип с кодами коррекции ошибок и работают только с основными 8-ю чипами.

В частности, политика Intel такова, что материнские платы с поддержкой ECC относятся к самому дорогому сегменту. Надо признать, что от этих дорогих плат у меня всегда оставались самые хорошие впечатления! Вот моя статья, написанная на эту тему в 2004 году. Сервер на чипсете 975P и RAID чипе Promise 20378, который в ней обсуждается, работает безотказно и передает электронный привет всем своим критикам . Но сейчас топовые платы для Intel стали еще дороже, чем были раньше - стоимость плат с поддержкой ECC начинается от 10,000 рублей и выше. А вот денег стало меньше - у меня означенная сумма в 10,000 рублей была на весь комплект плата + процессор + память (винчестеры и прочая периферия уже имелись в наличии).

На платформе AMD дело обстоит лучше. А точнее, дешевле. В каждом процессоре линеек K8 и K10 есть контроллер памяти с поддержкой ECC. Благодаря этому дело остается за малым - развести соответствующие сигнальные линии на материнской плате и добавить пункт включения ECC в BIOS. Из известных мне производителей материнских плат это делают ASUS и Gigabyte. Причем делают практически во всех моделях материнских плат, даже в самых бюджетных, как в статье 2006 года. Т.е. наш выбор ограничивается этими двумя уважаемыми брендами - таков ответ на вопрос, почему не подходят, к примеру, платы Asrock, Biostar или Foxconn (впрочем, платы двух первых марок я бы и так не взял, независимо от их функциональности).

2. Реализация RAID

 На Intel-овском сервере, который упоминается выше, RAID реализован через распаянный на плате и посаженный на шину PCI чип Promise 20378, дополненный драйвером (т.н. Host RAID, введенный в обращение фирмой Adaptec). Это решение аналогично применению простого внешнего контроллера, наподобие Promise FastTrak S150 TX2plus. Promise RAID работает безотказно, по принципу "собрал и забыл". Вот только на бюджетных платах для AMD специальных чипов RAID нет, там все делается через драйвер чипсета. В свое время я собрал пару компьютеров, где RAID 1 был сделан средствами чипсетов NVidia (nForce 4 и nForce 430 с дисками Seagate NS и WD RE соответственно). Никому не посоветую повторять этот опыт, потому что nForce RAID регулярно, раз в несколько месяцев "разваливается" - обычно это совпадает по времени с броском напряжения в сети.

К счастью, не все чипсетные RAID такие "глючные" - к примеру, RAID на южном мосте VIA VT8237A работает стабильно. Здесь, видимо, сказывается опыт VIA по разработке специализированных чипов RAID серии 6240. Понятно, что если чип RAID не будет обеспечивать надежную работу массива, то и рынка у него тоже не будет, поэтому - хочется или не хочется - а придется отладить RAID как следует. Соответствующая отказоустойчивая система была собрана в 2007 году на материнской плате ASUS K8V-VM с разъемом Socket 754, подержанном процессоре AMD Sempron 3100+ и двух модулях памяти Kingson KVR400X72C3A/512.

Но на этот раз VIA не подошла - требовался современный процессор с высокой производительностью, поэтому я решил попробовать один из новых чипсетов AMD. Поскольку для тестов RAID требуется несколько месяцев, то тема RAID вынесена в продолжение статьи.

3. ASUS или Gigabyte?

На выбор фирмы повлияло желание попробовать в деле новый южный мост AMD SB710, который, в теории, позволяет включить отключенные ядра у процессоров AMD Phenom X2 и X3. Обычно это делают с помощью южного моста SB750, но этот мост прописался в дорогом сегменте. Кроме того, чтобы уложиться в бюджет, мне нужна была плата на Socket AM2+ - модули памяти с ECC дешевле всего в исполнении DDR2. Поэтому отпала очень интересная материнская плата [url=http://www.fcenter.ru/online.shtml?articles/hardware/motherboards/26893]GigaByte GA-MA770T-UD3P[/url]. А с бюджетными платами Gigabyte для Socket AM2+ вышла та незадача, что тип южного моста (SB700 или SB710) отражается не названии платы, а в номере ревизии, которую при заказе через nix узнать нельзя. Оно и понятно - у Gigabyte столько разных материнских плат, что на всех обозначений уже не хватает...

Остался ASUS с его тремя недорогими платами AM2+ на SB710 - M3A76-CM, M4A78-AM и M4A78-EM/1394. Первая из трех по каким-то причинам не поддерживает Advanced Clock Calibration (ишь чего захотели - за 2000р включить все 4 ядра? - берите плату дороже!), а последней до сих про нет в продаже. Вот так слабенькая M4A78-AM осталась без конкурентов.

Во время написания статьи к обсуждаемым платам ASUS и Gigabyte добавилось множество новых плат на связке AMD 785G + SB710, так что выбор скоро станет шире - осталось дождаться, когда эти платы появятся в продаже.

4. Осмотр платы

Плата ASUS M4A78-AM для Socket AM2+ построена на основе северного моста AMD 780G и южного моста SB710. Как и многие другие платы формата micro-ATX, она оснащена встроенным видеоадаптером, что позволяет собирать компьютеры без подключения видеокарты - плата может выводить изображение по каналу VGA. Встроенный видеоадаптер Radeon HD 3200 с поддержкой DirectX 10.0 не имеет собственной памяти, а из оперативной памяти берет до 1024 Mбайт (начиная с BIOS 1102, в предыдущих моделях BIOS - до 256 Мбайт). Поддерживается Hybrid CrossFire. Отмеченный недостаток - при установке "двухэтажной" видеокарты блокируется один из двух слотов PCI. В числе прочей периферии имеется гигабитная сеть, COM вывод, разъем UltraDMA 133 и 4 порта Serial ATA II c функциями RAID 0/1/0+1. Отметим, что на плате нет разъема FDD, который требуется для установки Windows XP/2003 на массив RAID (придется искать внешний FDD). Зато на задней планке есть оба разъема PS/2.

ASUS M4A78-AM

Плата допускает установку всех процессоров AMD для Socket AM2-AM3 c TDP не более 95W. Питание процессора обеспечивается 4-канальным VRM с твердотельными конденсаторами. В связи с этим на плате есть рекламная надпись "5000HRS VRM". Я поделил 5000 часов на 24 и у меня получилось, что плата проработает в непрерывном режиме 208 дней... (ой, мне этого не хватит!). Потом я прочитал в Интернете, что 5000 часов - это время жизни твердотельных конденсаторов при испытании под температурой 105 градусов, и это очень хорошо, потому что при вдвое меньшей рабочей температуре они живут в 100 раз больше. Даже график есть для пущей убедительности. Спасибо, успокоили! Обязательно потрогаю конденсаторы, когда запущу плату. Но c надписью 5000HRS они все-таки перемудрили... На менее ответственных цепях стоят обычные электролитические конденсаторы.

На плату можно поставить два модуля памяти стандарта DDR2, вплоть до O.C. DDR2/1200. Поддерживаетcя коррекция ошибок, для чего в BIOS предусмотрена целая страница опций, начиная с ECC Enabled/Disabled. Опция Chipkill mode включает режим, когда вместо 8 битного кода коррекции для 64-битного слова применяется 16-битный код коррекции для двойного 128-битного слова, что позволяет исправить любую ошибку в любой 4-битной тетраде - т.е. компенсировать ситуацию, когда один чип на планке полностью вышел из строя. Есть Scrub для памяти и кэшей всех трех уровней, когда BIOS периодически их считывает для того, чтобы вовремя обнаружить и скорректировать возникающие ошибки. Отметим, что Scrub понижает производительность системы, в то время как ECC и Chipkill mode на ней практически не сказываются (подробнее см. /blog/Raul). Наконец, есть Scrub Redirect для оперативного устранения ошибок, возникающих при штатном считывании данных контроллером памяти. Если произойдет корректируемая ошибка, то исправленное 64 или 128 битное слово будет записано обратно. С этой маленькой платой Вы можете почувствовать себя хозяином "настоящего" персонального сервера, которому не страшны одиночные ошибки в разогнанных модулях памяти!

Предусмотрена и возможность создания малошумных систем - плата может управлять оборотами процессорного и корпусного вентиляторов, для чего на ней предусмотрены два управляемых из BIOS коннектора на 4pin и 3pin.

5. Тестовая система

Вот моя тестовая система:
CASE Asus Ascot 6AR/2
PSU Ascot 360W ATX 2.0
MB ASUS M4A78-AM, BIOS 0704, 1001, 1102
CPU Phenom II X3 710 AM2+ BOX (13x, 2600 MHz) HDX710WFK3DGI, 0909 - 9 неделя 2009 года
RAM 2*2G Kingston KVR800D2E5/2G CL5 с чипами Elpida 5.0-5-5-5-18-23
HDD Seagate 2*250G, 2*200G
OS Windows 7 32-bit с нативными драйверами

6. Включаем 4-е ядро

Для включения 4-го ядра следует обновить BIOS до версии 1001 или выше. Обновления BIOS доступны в утилите ASUS Update и на сайте ASUS. Скачанный оттуда BIOS нужно распаковать на флэшку, вызвать старый BIOS, в нем страницу Tools, с нее утилиту EZ Flash 2 и обновиться.

После прошивки BIOS идем в меню Advanced, вызываем там CPU Configuration, ставим Advanced Clock Calibration в Auto и под ним Unleashed mode в Enabled. Режим Unleashed mode на платах ASUS отвечает за разблокировку отключенных ядер и частей кэша. Официально, во встроенной справке, это называется "поддержка всех возможностей процессора" .

Отметим, что более ранние версии BIOS с поддержкой Unleashed mode - 0601 и 0704 не могут считаться полноценными. У меня было так: после сохранения эти BIOS показывают наличие процессора Phenom X4 10, но жалуются на то, что он неизвестен системе, сообщает об ошибках в памяти и спрашивает разрешение перейти на загрузку. Windows 7 не загружается. Дополнительные настройки ACC (режимы All Cores/Per Core) не помогают.

В BIOS 1001 заявлена улучшенная поддержка Unleashed mode. И в самом деле, эта версия BIOS знает процессор "Phenom X4 10", ни на что не жалуется и не задает вопросы. А у самого процессора без каких-либо дополнительных настроек появилось 4-е ядро.

Аналогично работает BIOS 1102, в которой заявлена поддержка новых CPU. Unleashed mode позволяет по выбору включить 3 или 4 ядра. А кроме того, эта версия BIOS обеспечивает наиболее полноценную поддержку разгона (об этом далее).

7. Разгон процессора

Теперь займемcя разгоном. Я не согласен с тем мнением, что отказоустойчивые системы нельзя разгонять. Наоборот - их нужно разгонять и тестировать при разгоне, а затем отступать на 5-10% от выявленного порога стабильности. Это и будет настоящая рабочая частота. Правильно подобранные и тщательно проведенные тесты выявляют большее число ошибок, чем тесты, которые проводятся производителем на фабрике. Особенно если речь идет о системах, которые собираются из "домашних" комплектующих - бывает так, что производитель не обеспечивает их стабильную работу даже на номинале! Так что не исключено, что по итогам тестирования Вам придется не повысить, а понизить рабочую частоту. Ну а если по итогам тестирования система может работать выше номинала - то этим результатам можно доверять не меньше, чем заявлению производителя о "штатной" частоте.

Единственное, что не надо делать при разгоне отказоустойчивой системы - так это завышать напряжения, как это принято при классическом разгоне. Лучше всего оставаться в пределах заявленной производителем верхней границы VID, которая для ядер процессора Phenom II X3 710 составляет 1.425V, а для контроллера памяти - 1.3V (см. www.amdcompare.com и "AMD Family 10h Desktop Processor Power and Thermal Data Sheet"). На моем процессоре ядра работают под напряжением 1.3V, а контроллер памяти - под 1.2V, так что резерв для безопасного разгона есть.

Настройки разгона в BIOS позволяют менять частоту FSB от 200 до 550 MHz, частоту встроенной графики в пределах от 150 до 1000 MHz, задавать множитель процессора и шины HT, поднять напряжение процессора и чипсета на 150 mV с шагом 50 mV, встроенного контроллера памяти - на 100 mV с шагом 50 mV. Понятно, что на слабой плате целесообразно ограничить диапазон регулировки напряжений. В BIOS 1102 появилась возможность уменьшить множитель контроллера памяти и кэша L3, что важно при разгоне процессоров с фиксированным множителем, как у моего Phenom II X3 710. А еше добавлена настройка LoadLine Calibration от 0 до 100% с шагом 3,225%, позволяющая компенсировать проседание напряжения на процессоре под нагрузкой. Т.е. имеется все необходимое для тонкой настройки параметров разгона.

С разгоном памяти тоже все хорошо. Можно менять частоту памяти и тайминги, начиная с BIOS 0704 - индивидуально для каждого контроллера! В списке есть основные параметры CL, RCD, RP, RAS, RC, 1T/2T и дополнительные WR, RRD, RWT, RRD, WTR, WRWR, RDRD, RFC. Только неудобно, что при таком обилии параметров BIOS не отображает настройки по умолчанию. Напряжение на памяти регулируется от 1.85 до 2.24375V с шагом 6,25 mV (для установки O.C. модулей памяти).

При неудачном разгоне процессора из BIOS выручает C.P.R., а неудачный разгон памяти приводит к необходимости обнулять CMOS.

Но я предпочитаю начинать с автоматического разгона - снижаем в BIOS частоту HT, отключаем Cool'n'Quiet и другие режимы энергосбережения, загружаем Windows, под ней запускаем AMD OverDrive (AOD), ставим режим AutoClock и пьем чай. Система бодро дошла до FSB 240. Особенно меня порадовали модули памяти, которые без дополнительных настроек и подъема напряжения заработали в режиме DDR2/960 при CL=5! И это на чипах Elpida - кто бы мог подумать? Но выше по диагностике SnM начались одиночные ошибки в памяти. Хорошо, включаем в BIOS коррекцию ошибок и идем дальше. Одиночные ошибки пропали - их коррекция ошибок давит на корню. FSB на автомате поднимается до 250. Причем система проходит SuperPI и быстрые тесты SnM. Но чувствует себя не очень хорошо, потому что с ней периодически случаются фризы, синие экраны и резеты. Именно так проявляет себя коррекция ошибок - если в памяти случается множественная ошибка, которую она не может исправить, то процессор отправляется в нокаут.

По ходу выяснилось, что AutoClock малость "глючит" - после неудачного разгона приходится вручную удалять профиль из папки Program Files\AMD\OverDrive\Profiles. Кроме того, AOD неправильно показывает напряжение на ядрах процессора и контроллере памяти при их разгоне из BIOS.

Дальше я сбросил память в DDR2/533 и выставил CL=5. Система заработала более или менее стабильно при FSB 250 и я выставил эту частоту в BIOS для начальной загрузки.

Картинки сняты тогда, когда я разгонял 3-ядерный процессор из BIOS 0704. Разгон процессора с включенным 4-м ядром под BIOS 1001 дает те же результаты, разве что порог стабильности всего на несколько единиц ниже.

Да, еще - я же собирался потрогать конденсаторы . При разгоне все компоненты VRM, радиаторы процессорного кулера и северного моста были теплыми. А маленький радиатор южного моста - традиционно горячий независимо от нагрузки.

Впоследствии, при тестировании встроенной графики (см. /blog/Raul) плата пережила синхронный разгон 4-x ядер процессора, контроллера памяти, памяти DDR2/800 и каналов НТ до FSB 255, при этом все напряжения были выставлены в максимум, т.е. контроллер памяти работал при 1.3V, ядра процессора - при 1.45V, было повышено напряжение на чипсете. Разгон так себе, но достойно удивления уже то, что система работала от VRM с заявленной мощностью 95W - ведь для разгона Phenom принято выбирать VRM не слабее 140W.

8. Оценка возможностей VRM

Если сбросить множитель контроллера памяти до 8x, то можно поднять повыше частоту ядер. Наилучший результат достигается при повышении напряжения на ядрах до 1.45V в трехъядерном режиме - процессор проходит тесты SnM и LinX при FSB 270.

В четырехядерном режиме стабильный разгон заметно ниже - всего FSB 262. Здесь сказывается слабость штатного кулера, который не справляется с охлаждением процессора.

Все хорошо? Проведем еще один эксперимент - разгоним по максимуму контроллер памяти. Как выяснилось, он разгоняется до FSB 270 при напряжении 1.3V. Это отличный результат. Но ради него пришлось уменьшить множители ядер процессора с 13x до 11x - иначе система не проходила SuperPI и быстрый тест SnM. Почему же контроллер и ядра процессора не разгоняются вместе до FSB 270? Подозрение падает на то, что VRM материнской платы не обеспечивает полноценное питание процессора. И неудивительно, Phenom II X4 965, работающий на частоте 3400 MHz, штатно требует 140W при VID 1.5V. При сниженном до 1.3V напряжении получается TDP 140W *(1.3/1.5)^2 = 105W. А VRM нашей платы штатно выдает всего 95W.

Итак, мы понаблюдали за тем, как умный BIOS, облегченный VRM и боксовый кулер разгоняют современный процессор. В общем, им это удается, но нельзя сказать, что удается наилучшим образом. При соответствующем задаче питании и охлаждении результат разгона мог бы быть значительно выше.

Заключение

Плата ASUS M4A78-AM выступает в любительском классе и показывает соответствующие своему классу результаты, позволяя разогнать Phenom II на 25-35%. Сильная сторона платы - это BIOS, который многое умеет, а слабая сторона - это 95W VRM. Впрочем, относительная слабость VRM вполне компенсируется возможностью разблокировать отключенные ядрa Phenom. И еще можно порадоваться тому, что при разгоне Phenom плата и процессор не выходят из строя, как это иногда случается даже с более мощными 125W платами.

Достоинства платы:
- Плату можно установить в корпус формата micro-ATX.
- "Стандартное" расположение процессорного гнезда AM2+ напротив Air Duct.
- Твердотельные конденсаторы в цепях VRM.
- Q-Fan для управления кулером и одним корпусным вентилятором.
- Полноценная поддержка небуферизованной памяти с коррекцией ошибок.
- Производительный встроенный видеоадаптер с поддержкой DirectX 10.
- Эффективный пассивный радиатор на северном мосте.
- Есть радиатор на южном мосте.
- COM порт и Gigabit Ethernet.
- Два разъема PS/2.
- Работающий Unleashed mode в BIOS 1001 и 1102 для разблокировки отключенных ядер Phenom.
- Все необходимые настройки для разгона процессора, памяти и графики в BIOS 1102.

Недостатки платы:
- Выдеовыход - только VGA.
- Размер видеобуфера не более 256 Mбайт.
- Всего четыре порта Serial ATA II из шести возможных.
- Всего четыре слота расширения - PCI Express X1, X16 и два PCI.
- Нет разъема для подключения Floppy привода.
- При установке "двухэтажной" видеокарты блокируется один из двух слотов PCI.
- TDP процессора не более 95W.
- BIOS не выдает сведения о таймингах памяти по умолчанию.

Сведения об изменениях 
10 августа 2009 года - публикация.
15 августа 2009 года - дополнение про разгон контроллера памяти.
15 сентября 2009 года - BIOS 1001 включил 4-е ядро(!).
11 октября 2009 года - ссылка на статью про тестирование встроенной графики.
21 октября 2009 года - регулировки NB Frequency и LoadLine Calibration в BIOS 1102.
12 ноября 2009 года - данные о разгоне с BIOS 1102.
11 декабря 2009 года - размер видеобуфера в BIOS 1102.
12 августа 2010 года - ссылка на статью про тестирование RAID.

Статистику разгона процессоров на платах ASUS M4A78 можно посмотреть здесь.
Обсудить статью, оставить свои комментарии и высказать пожелания можно в этой ветке конференции.