Лаборатория продолжает цикл статей о ретроклокинге. На этот раз мы вспомним легендарный (без преувеличений) процессор, ставший основоположником новой эры 64-х битных решений и архитектуры AMD K8 – AMD Athlon 64 FX-51.
Эпоха Athlon XP на платформе Socket 462 (Socket A) завершилась 13 мая 2003 года, когда официально был представлен последний и самый быстрый AMD Athlon XP 3200+ на ядре Barton с частотой 2.2 ГГц. Впрочем, пользователи еще долго продолжали пользоваться ими, разгоняя разнообразные виды моделей семейства AMD Athlon XP. Младшие товарищи, AMD Sempron, так и вовсе производились до 2004 года включительно.
Думаю, те, кто застал эру народных Athlon XP, сколов не один кристалл и соединив в погоне за производительностью не один мостик, с улыбкой вспомнят те годы.
23 сентября 2003 года AMD представила новые архитектуру, разъем и заодно идеологию для своих процессоров – AMD Athlon 64. В этот солнечный осенний день нам показали два новых и уникальных на то время ЦП: AMD Athlon 64 3200+ (Socket 754) и AMD Athlon 64 FX-51 (Socket 940).
Если первый унаследовал индекс PR от предыдущего поколения CPU, то Athlon 64 FX-51 был единственным представителем новой платформы, обладавший супер способностями, которых не было ни у его младшего брата, ни у всех предыдущих решений компании вместе взятых. Одним словом, как Супермен, заброшенный на чужую планету.
Какие же навыки были у новоявленного супергероя? Уникальный статус новичка закреплялся ценовой политикой: его рекомендованная стоимость в два раза превосходила стоимость былого топа Athlon XP 3200+ – $733 за штуку. Оригинальное имя «FX-51», косвенно намекающее на внеземные процессорные технологии из Зоны-51
В дополнение у представителей новой архитектуры появилась поддержка инструкций SSE2, встроенный в ядро процессора контроллер памяти, новая двунаправленная шина HyperTransport с пропускной способностью до 3.2 Гбайт в секунду в каждую сторону, улучшенные алгоритмы предсказания ветвлений, кэш второго уровня 1024 Кбайт, удлиненный конвейер и масса других улучшений. Отличия от предыдущего поколения были колоссальными.
Вам это ничего не напоминает? Ажиотаж стоял не меньше, чем в случае вышедшего недавно самого многообещающего и революционного процессора AMD последних пяти лет – AMD Ryzen. Заголовки в новостных лентах тогда были такого содержания:
Athlon 64: безумные цены;
Athlon 64 FX-51 на 50% быстрее Pentium 4 3.06 ГГц;
Athlon 64 уже продается в Японии: тираж ограничен;
До конца года будет поставлено только 100 тысяч Athlon 64?;
Athlon 64: появляется в продаже быстро и так же быстро исчезает.
Читая новости, датированные 2003 годом, понимаешь что ситуация повторяется. Те же мелкие проблемы на старте продаж новой платформы, некоторый дефицит новинок в рознице; хотя цены сейчас намного демократичнее, чем тогда, и это радует. Но вернемся в прошлое.
Немногие могли позволить себе приобрести конфигурацию на базе AMD Athlon 64 FX-51. Сам процессор вкупе с материнской платой уводил стоимость пары компонентов далеко за пределы $1000. А еще требовалась оперативная память, причем не простая, а регистровая, которая стоила немало, топовая видеокарта, мощный блок питания и все остальное, что приближало стоимость всей системы к $3000. Некоторые системы стоили и вовсе заоблачные $16 000. Известные сборщики ПК стразу же представили свои экстремальные версии, в основе которых лежал AMD Athlon 64 FX-51.
Компания Alienware анонсировала систему Aurora Extreme, которая оценивалась в $3799 со скидкой.
Falcon Northwest представил модель «Mach V FX-51» за $4495. Она разрывала предыдущие шаблоны производительности в 3D и позволяла легко перешагнуть барьер в 7 200 попугаев в 3D Mark 2003, набирая в 3D Mark 2001 SE около 21 000 очков.
Внутрь системного блока можно было поставить любые компоненты, фантазия ограничивалась только кошельком покупателя, а из кастомных опций можно было заказать гравировку на фасаде алюминиевого корпуса, либо аэрографию.
VoodooPC показала ПК «Voodoo F1» с системой жидкостного охлаждения за рекордные $5995 с цветовым окрасом «Lamborghini». GeForce FX 5950 Ultra была предварительно разогнана с 475 МГц до 570 МГц, что позволило данной конфигурации получить титул самой быстрой в мире.
Были и другие производители кастомных сборок экстремальных ПК, которые не только подбирали самые современные комплектующие, но и разгоняли их дополнительно, но эта троица производителей делала только лучшие.
Приведу отсканированную страницу одного зарубежного издания, где составлена «табель о рангах» самых производительных на тот момент времени персональных компьютеров:
Но время не стоит на месте. На данный момент Alienware попала под крыло Dell, VoodooPC была приобретена Hewlett Packard, и только Falcon Northwest сохранила независимость.
Но на начало старта продаж, да и в последующем, количество выпущенных ЦП AMD Athlon 64 FX-51 было очень скромным по меркам компьютерной индустрии, всего несколько десятков тысяч экземпляров. А общий тираж составлял около ста тысяч штук, многие процессоры на момент написания данной статьи уже утилизированы и найти их в продаже очень трудно.
У меня давно была мечта собрать подобную конфигурацию и опробовать ее в действии. Найти сейчас (в 2017 году) все необходимые комплектующие для PC образца 2003 года за $5000 непросто, но раз вы читаете эти строки, значит, у меня это получилось.
Лаборатории Оverclockers.ru не удалось в свое время протестировать AMD Athlon 64 FX-51, как и материнские платы на Socket 940, восполним данный пробел. Но для начала предлагаю взглянуть на таблицу, где подробно описаны все настоящие процессоры семейства AMD Athlon 64 FX.
Я не взял в кавычки слово «настоящие», поскольку маркетологи AMD осенью 2011 года с выходом новой процессорной архитектуры «Bulldozer» позаимствовали выдающийся префикс «FX» и выпустили целую серию одноименных решений. Но успеха им это не принесло, производительность новых CPU (пусть и с префиксом «FX») была далека от идеала.
«AMD me» – такой слоган зазывал новых владельцев уникальных процессоров.
Всего существовало два степпинга FX-51. Мой процессор AMD Athlon 64 FX-51 промаркирован как ADAFX51CEP5AK, с указанием на самый первый степпинг C0, за которым последовал более усовершенствованный CG.
Ядро у обеих версий SledgeHammer изготовлено по 130 нм техпроцессу. Количество транзисторов равно 105.9 млн. Номинальное напряжения ядра – 1,5 В, частота процессора – 2.2 ГГц, номинальный множитель – х11.
Мой экземпляр выпущен на 43-й неделе 2003 года, это приблизительно конец октября 2003 года. Ниже можно увидеть фотографию процессора:
Данные CPU-Z:
Материнских плат для платформы Socket 940 было выпущено совсем мало, их тираж также был небольшим. Первым производителем, и единственным на момент анонса, кто представил системную плату для процессора AMD Athlon 64 FX-51, была компания ASUS c моделью SK8N на базе логики Nvidia nForce3 Pro 150.
Позже остальные производители начали выпускать свои продукты, но на момент анонса только эта модель платы была в продаже. Как видите, особого выбора даже у состоятельного энтузиаста тогда не было. Мне с большим трудом удалось найти ASUS SK8N.
Дизайн платы сильно отличается от привычных глазу системных плат того времени. Чипсет Nvidia nForce3 Pro 150 расположен практически на краю платы, есть масса пустого места перед слотами PCI, дополнительные разъемы также не на своих привычных местах.
В целом по удобству компоновки плату нельзя назвать самой удачной, хотя есть варианты и похуже, но такое расположение компонентов только добавляет ей определенный шарм.
Рассмотрим ASUS SK8N более детально.
Как уже писалось выше, в основе модели лежит чипсет Nvidia nForce3 Pro 150, который своими корнями уходит в серверный сегмент, отсюда необходимость поддержки регистровой памяти и другие особенности, характерные для однопроцессорных рабочих станций. Например, поддержка процессоров AMD Opteron, причем любых, от Opteron 1XX для однопроцессорных систем, Opteron 2XX для двухпроцессорных систем до Opteron 8XX для четырехпроцессорных и восьмипроцессорных конфигураций, все они будут работать в ASUS SK8N.
Но есть и один минус, заключается он в скоростных характеристиках чипсета Nvidia nForce3 Pro 150, благодаря которому шина HyperTransport работает на 600 МГц (за счет удвоения DDR эквивалентная частота 1.2 ГГц). Таким образом, пиковая пропускная способность шины HyperTransport даже немного ниже, чем у систем на Socket 754, у которых шина HyperTransport работает на 800 МГц.
В целом плата содержит все необходимые порты расширения, хотя пустого места на ней еще хватает, единственный чипсет изготовлен по новой 150 нм технологии и практически не греется. За его охлаждение отвечает простой алюминиевый радиатор. Подсистема питания состоит из трех фаз, со стороны блока питания требуется наличие 20 Pin ATX коннектора и дополнительного 4-pin 12В коннектора, то есть подойдет любой ATX 2.03 совместимый блок питания. Стоимость материнской платы на момент анонса составляла $260.
К выбору оперативной памяти в данном случае стоит подойти более подготовленным. На момент анонса платформы выбора памяти было очень мало. Можно было взять обыкновенную регистровую ECC память, предназначенную для серверов, но такая память не вписывалась в общую концепцию супер-игрового ПК, и ведущие производители DRAM начали потихоньку включаться в процесс производства быстрой и эстетически привлекательной регистровой памяти для энтузиастов.
Одной из первых представила свои модули памяти компания Kingston, выпустив модель HyperX KRX3200K2. Это регистровые модули памяти с поддержкой коррекции ошибок.
Модули закрыты алюминиевыми радиаторами черного цвета, логотип «HyperX» красиво смотрится по бокам. Скоростные характеристики следующие: частота 400 МГц (PC3200), тайминги 3-3-3-8 1Т, напряжение 2,6 В. Стоили такие планки дорого, $429 за 1 Гбайт (набор из двух планок по 512 Мб).
Альтернативный серверный набор Infeneon с частотой 333 МГц (PC2700) с таймингами 2.5-3-3-7 1Т и таким же объемом стоил $240, но такие планки в Alienware не ставили.
А ставили, например, такие: Corsair CMX512RE-3200LLAW регистровые модули памяти c поддержкой коррекции ошибок (ECC). Такой набор из двух планок по 512 Мбайт стоил около $300. Данная память была очень быстрой, так как основана на известных скоростных и легендарных микросхемах Winbond CH-5. Частота памяти равнялась 400 МГц (PC3200), тайминги 2-3-2-6-1Т, напряжение 2,6В.
Мне в процессе поисков удалось найти три различных комплекта такой памяти, найти их сейчас было нелегко.
Самой скоростной памятью у Corsair была модель CMX512RE-3500LLPT. Ее отличие от предыдущей в повышенной частоте 433 МГц (PC3500) при прежних 2-3-2-6-1Т таймингах и напряжении. В ее основе также лежат микросхемы памяти Winbond CH-5. К сожалению, Winbond BH-5 на такие модули памяти не ставили.
Более полно модельный ряд регистровой памяти производства Corsair отразит скриншот:
Были и другие производители памяти, которые выпускали скоростные регистровые модули, я отмечу модель OCZ4331024ELERDC-K компании OCZ Technology. Это 1 Гб набор, состоящий из 2-х планок регистровой памяти с коррекцией ошибок с частотой 433 МГц (PC3500) и таймингами 2-3-2-6-1Т. Рекомендованное напряжение 2.7 В. Стоимость $340 за комплект.
Как видите, память для топовых компьютеров стоила тогда недешево. А если учесть, что в максимальной конфигурации такого ПК устанавливались сразу 2 Гбайта памяти во все четыре слота, то за двухгигабайтный комплект Kingston нужно было заплатить $860, либо за скоростной набор Corsair около $600 или $680 за набор OCZ.
Вот почему данная платформа не пошла в массы. Далее при тестировании производительности я проверю, на что способны комплекты Kingston и Corsair.
И в завершение приведу скриншот утилиты CPU-Z с вкладкой SPD:
Чтобы воссоздать полную картину мощнейшего PC 2003 года, осталось добавить топовую видеокарту пятой серии Nvidia – GeForce FX 5950 Ultra. Последняя «Ультра» пятого поколения была анонсирована 23 октября 2003 года.
Новый GPU «NV38» содержал 135 млн транзисторов и выпускался по 130 нм технологии. Видеокарта поддерживала самый последний стандарт AGP - 3.0 и могла работать в режиме AGP 8X. 256 Мбайт скоростной DDR-SDRAM видеопамяти сообщались с GPU посредством 256-битной шины, что давало невероятную пропускную способность более 30.4 Гбайт/с.
Новинка стала представителем гибко программируемой графической архитектуры и ключевым моментом была поддержка API DirectX 9. Это смело можно назвать революционным решением, учитывая провал GeForce 5800Ultra. Помимо прочего, новый GPU был снабжен тремя независимыми вершинными процессорами и поддерживал работу с пиксельными шейдерами версии 2.0.
Новые алгоритмы компрессии текстур обеспечивали до 50% прироста производительности в «тяжелых» режимах при использовании полноэкранного сглаживания и анизотропной фильтрации. Частота GPU составляла 475 МГц, скорость закраски соответствовала 1.9 Гпикс/с. Частота видеопамяти вплотную приблизилась к 1 ГГц и была равна 950 МГц.
Система охлаждения приобрела солидные габариты и массу, в основе кулера лежит медный радиатор для лучшего теплообмена. Возросшие аппетиты потребовали дополнительного питания в виде разъема Molex. TDP видеокарты составлял 86 Вт, а рекомендованная стоимость начиналась с $499.
В качестве тестового образца будет выступать модель, выпущенная компанией Leadtek - GeForce FX 5950 Ultra. Именно GeForce FX 5950 Ultra являлся тогда центром графической составляющей супер-производительных ПК.
Характеристики видеокарты глазами утилиты GPU-Z.
Итак, все компоненты в сборе, пора оценить конфигурацию за $3500.
Основные компоненты системы:
Процессоры:
Материнская плата:
Оперативная память:
Видеокарта:
Тестирование проводилось в Windows XP Sp3 с помощью следующего ПО:
Набор тестов остается неизменным с предыдущего тестирования, в том же материале можно прочесть описание самих тестов и нюансов, которые с ними связаны.
Плюс добавлены новые, для более детального исследования производительности. Производительность было решено замерить с двумя разными комплектами памяти: Kingston HyperX KRX3200K2 и Corsair XMS3200RE как с настройками по умолчанию, так и с разгоном. Также я поставил задачу найти оптимальное значение работы процессора при воздушном охлаждении и найти его частотный предел с использованием системы фазового перехода (фреонки).
Мне также не давали покоя две цифры, которые использовались в то время для демонстрации силы именитыми сборщиками экстремальных PC: 1. достижение результата 21 000 очков в 3DMark 2001SE и 7200 очков в 3DMark 2003. Именно эти цифры были получены на пике производительности систем за тысячи долларов. Посмотрим удастся ли их достичь и возможно превзойти.
Было интересно, как поведет себя процессор спустя годы и каков будет его разгон, ведь если судить по новости «Athlon 64 FX-51: первая статистика разгона», то среднестатистический разгон на воздухе составлял 2.4 ГГц.
И только с использованием системы фазового перехода nVentive Mach II удалось достичь частоты 2.84 ГГц, о чем гласит соответствующая новость того времени.
Пора собрать воедино все компоненты и приготовиться к первому запуску!
Запуск прошел успешно, на экране появилось приветствие в виде POST.
Результаты производительности будут чуть ниже, я пока напишу о нюансах разгона данного конфига. Начну с оперативной памяти. В BIOS выло выставлено напряжение равное 2.8В, более подать силами BIOS нет возможности. Kingston HyperX KRX3200K2 продемонстрировал не плохой разгонный потенциал, ему покорился результат 480 МГц с таймингами 3-3-3-7-12 1T. Для регистровой памяти это очень хороший результат, не каждая обычная DDR могла стабильно работать на таких частотах.
Corsair XMS3200RE здесь результат не такой впечатляющий, но 440 МГц и где-то еще 2 МГц в запасе имеются, при этом тайминги остались прежними 2-3-2-5-11 1Т. Жаль, что tRCD не удалось понизить до 2. При установки его в положение 2 получался синий экран, либо система попросту не стартовала. Это все справедливо для моих 3-х комплектов памяти. Для Winbond CH5 на 2.8В это также не плохой результат, но не хватает возможности поднять напряжение, я думаю при 3.2-3.5В можно было рассчитывать на работу в режиме DDR500 при CL=2.
HyperTransport, на Nvidia nForce3 Pro 150 тактуется на 600 МГц, при увеличении шины до 238 МГц включительно стабильность сохраняется, но на 239 МГц она уже отсутствует, поэтому для достижений частот по шине свыше 238 МГц приходится в BIOS выставлять 400 МГц для HyperTransport и разгонять далее. У платы нет возможности подымать напряжение на чипсет штатными средствами, это конечно же ее минус.
Разгон на воздухе. Критерием стабильности разгона я часто беру тест Super Pi, рекомендую еще и Prime95 режим Blend. В зависимости от ситуации число Pi либо считается, либо система выдает ошибку, либо синий экран или даже идет на ребут при нехватке питания CPU. Опытным путем были выявлены следующие стабильные состояния CPU:
При напряжении свыше 1.70 В целесообразно использовать уже СВО так как нагрев уже существенен. Учитывая, что оперативная память разогналась до достаточно удачных частот к системной шине, то решено было округлить частоту CPU для тестов на воздухе до 2400 МГц. Для Corsair итоговая формула составила 219 х11, для Kingston 240 x10. Посмотрим какой режим работы памяти будет предпочтительнее. Функция коррекции ошибок (ECC) на период тестирования была деактивирована в BIOS Setup.
Настало время немного охладить нашего Супермена
Первым делом я решил проверить максимально возможный результат разгона, им стала частота равная 2878 МГц. Валидация.
Результат неплохой, уровень nVentive Mach II достигнут, осталось выяснить стабильный предел работы FX-51 под фреонкой. Им стал результат равный 2857 МГц (219.8 х13) на этой частоте процессор и проходил все тесты. Еще одним не приятным моментом стало то, что плата не всегда фиксирует шину PCI при разгоне, а вот с AGP таких проблем нет. Я пока до конца не разобрался в механизме установки ею делителей шин, так что это обстоятельство также можно записать в небольшой минус данной платформы. Но когда есть свободный множитель, эта проблема не сильно актуальна.
Разгон видеокарты в форсированном режиме составил 580 МГц/1000 МГц (значения по умолчанию 475 МГц/950 МГц).
Пришло время огласить результаты тестов.
На мой взгляд, комментарии здесь излишни, поскольку все необходимые данные приведены на графиках. Тем не менее, в некоторых случаях без небольшого пояснения не обойтись.
Продемонстрируем скриншот Cache and Memory benchmark AIDA64 (быстрые режимы работы памяти).
Рубеж в 20 000 очков преодолен, но это было непросто!
Планка в 7 200 очков также успешно покорена и даже с некоторым запасом.
Для полноты эксперимента я решил включить в обзор две популярных игры: великую и ужасную Doom III, которая вышла в августе 2004 года, и первую Far Cry, вышедшую весной 2004 года. Оба 3D-шутера были одними из самых высокотехнологических игр 2004 года, а Far Cry, наверное, удерживала пальму первенства вплоть до выхода следующего шедевра Crytek – Crysis (по крайней мере, по красоте пейзажей). Посмотрим, как игралось в то время состоятельным геймерам.
Хотя тут уместно одно замечание. В 2004 году балом правили шестая серия GeForce и новый флагман в виде GeForce 6800 Ultra, но, возможно, наш состоятельный геймер не захотел обновлять графическую подсистему и продолжал играть на прежней конфигурации. Далее результат того, что из этого вышло.
Если коротко сформулировать итог игровых тестов, то все уперлось в видеокарту. Разгон процессора и оперативной памяти при высоких настройках качества изображения (именно на таких настройках и нужно было играть на топовом ПК) оказывает минимальное влияние на результаты или вообще не сказывается.
Думаю, для таких игр необходима была GeForce 6800 Ultra, если желать лучшего качества изображения картинки. А вообще, на мой взгляд, тогда было тяжелее получить более 60 FPS, нежели сейчас, когда в современных играх GeForce GTX 1080 уходит за сотню кадров без всякого разгона.
Эра Athlon 64 была по-своему интересна. Не все тогда высказывались в адрес Athlon 64 FX-51 с позитивным настроем, но процессор заслуживал внимания. И пусть он был недоступен для большинства по финансовым соображениям, но факт есть факт – его выход положил начало и отдельной касте производительных AMD Athlon 64 FX, и всей архитектуре AMD K8. О последней, быть может, мы еще поговорим отдельно, напомним лишь, что в те времена она отлично конкурировала с ЦП Intel.
Что касается разгона процессора AMD с использованием системы фазового перехода, то Athlon 64 FX-51 догнал своего старшего одноядерного брата – Athlon 64 FX-57, который появился спустя два года, а это отличный результат. Нынешние несколько процентов прироста производительности раз в два года смотрятся смешно на фоне бурного роста тех лет. Кто знает, возможно, AMD Ryzen сдвинет с мертвой точки прогресс, и процесс противостояния AMD и Intel продолжится с новой силой…
P.S. Наш Супермен улетел, но обещал вернуться в новом обличии
Многие говорили такое: «Я создал оружие, которое может навредить тебе!», но они никогда не видят самого главного. Устройство создается с неверной целью. Да, мне можно навредить, это не так уж и сложно. Так что самое трудное – это не навредить мне. Самое трудное – выжить после битвы со мной.
