Лаборатория продолжает цикл статей о ретроклокинге. На этот раз мы расскажем о процессорах AMD, форм-фактор которых далек от нынешней реальности и больше напоминает картридж для старых игровых приставок. Речь пойдет о революционных для своего времени решениях – AMD Athlon в исполнении Slot A, ознаменовавших начало новой эпохи в истории компании.
Стоит сказать, что долгое время я вообще не обращал внимания на процессоры AMD в слотовом конструктиве. Не знаю, почему; возможно, отчасти из-за того, что на момент их появления (1999-2000 годы) везде была продукция Intel (по крайней мере, это справедливо для моего региона). Да и на современном этапе мне нечасто встречались предложения о продаже слотовых процессоров AMD и тем более компьютеров на их базе.
А вот на основе Intel Pentium II и Pentium III – пожалуйста, их и сейчас можно видеть на различных онлайн-барахолках. И после очередного погружения в дебри слотовой темы было решено, что надо все-таки попробовать эту платформу. Но все оказалось не так просто, и если процессор еще можно хоть как-то найти, то с материнскими платами совсем беда, настоящий дефицит.
Впрочем, мне помог один хороший товарищ, заказавший для меня плату с всемирной барахолки eBay и снабдивший парой слотовых процессоров. Думаю, при чтении данных строк ему будет приятно осознавать, что выход этой статьи отчасти и его заслуга, но вернемся к картриджной теме.
Так случилось, что с момента зарождения массовой компьютерной индустрии в лидерах шла компания Intel, а AMD постоянно была догоняющей. Ситуация оставалась такой вплоть до появления первых Pentium III, но с момента отказа обеих производителей от ножек в процессорах и с переходом в иное конструктивное исполнение, с выходом первого слотового процессора AMD Athlon чаша весов наконец-то склонилась в сторону AMD.
Конечно, нельзя сказать, что у компании до этого момента не было хороших процессоров, они были и даже по каким-то параметрам были быстрее (например, блок ALU у поколения ЦП с микроархитектурой K6) изделий конкурента, но против маркетинга не попрешь, а с этим параметром «производительности» у Intel всегда было хорошо. И подойдя к рубежу тысячелетия с поражениями по всем фронтам, собрав последние силы для оставшегося одного удара и распродав практически все активы, вырученные средства компания вложила в единственную перспективную разработку – процессор седьмого поколения AMD Athlon. Как выяснилось позже, с выбором она не ошиблась.
Если бы этого не произошло, мы бы сейчас, возможно, могли выбирать процессор из ассортимента одного производителя. Успех новых CPU быстро сказался на мировом рынке, и за считанные месяцы доля моделей AMD подобралась к отметке 30%. Это был однозначный успех.
Если провести параллель с тем, что происходит сейчас, история отчасти повторяется с процессорами AMD Ryzen, которые также быстро снискали популярность у пользователей по всему миру. И с выходом второго поколения Ryzen доля AMD продолжит увеличиваться. Хотя ситуация, которая была до выхода передовых ЦП с микроархитектурой Zen, намного лучше, чем та, в которой компания оказалась на рубеже третьего тысячелетия. Ведь в те времена не было графического подразделения, которое предоставляло AMD возможность держаться на плаву.
Что же особенного было в картридже AMD? Если взять два слотовых процессора обоих производителей в руки, то разницу сложно почувствовать. Механически и физически картриджи практически идентичны, единственное отличие это зеркальность разъема процессоров Slot А. Там, где у AMD логотип – у Intel обратная сторона с радиатором. Та же длина, то же количество контактов, тот же цвет. Физически можно даже в материнскую плату Intel установить процессор AMD; правда, при подаче питания ничего хорошего не случится. Модели CPU обоих производителей поначалу включали кэш-память второго уровня, расположенную на текстолите процессорного картриджа, а затем вместе избавились от него.
Электрически процессоры заметно различаются. Количество используемых контактов разъема Slot у ЦП AMD на порядок выше: из всех 242-х контактов AMD Athlon использует половину, тогда как Intel Pentium 3 лишь четверть.
Первым слотовым процессором с новым именем Athlon стал CPU на ядре «Argon», который представили 23 июня 1999 года. Частотный диапазон выпускаемых моделей лежал в диапазоне от 500 до 700 МГц, технология производства – 250 нм, кэш-память второго уровня расположена на картридже ЦП в виде двух микросхем по обеим сторонам от процессорного ядра.
Позже данное ядро было переведено на более тонкий техпроцесс 180 нм и получило название «Pluto». Частотный диапазон решений, основанных на нем, благодаря уменьшению толщины транзисторов подрос до 850 МГц. Для процессоров с частотами от 900 МГц до 1 ГГц AMD придумала особое название ядра – «Orion».
Все вышеупомянутые ядра содержат кэш-память второго уровня в виде отдельных микросхем, работающих на частотах до 350 МГц. Иными словами, частота кэш-памяти процессора задавалась соответствующими делителями, привязанными к частоте ядра ЦП (1/2, 2/5 и 1/3). И только с выходом ядра «Thunderbird» кэш-память второго уровня навсегда переехала в ядро CPU.
Если сравнить процессоры AMD Athlon и Intel Pentium III, то сильными сторонами первого были системная шина EV6 с фактической частотой передачи 200 МГц, способная передать в два раза больше данных, чем шина конкурента GTL+, и блок исполнения целочисленных команд (ALU), выполняющий три целочисленные инструкции за такт (против двух у конкурента). И это еще не все.
Среди прочих достоинств отметим более короткий конвейер исполнения целочисленных команд; конвейеризованный блок операций (FPU) для чисел с плавающей запятой (у оппонента этот блок был не конвейеризирован); инклюзивное строение кэш-памяти процессора, при котором содержащиеся на первом и втором уровне данные не дублировались, что суммарно давало больший объем (L1 + L2), тогда как у конкурента данные, размещенные в L1, дублировались в L2; и набор инструкций 3DNow!.
К слабым сторонам, если так можно выразиться, отнесем недостаточно высокий частотный потенциал ядра; ограниченное количество производителей материнских плат, выпустивших свои продукты для новых процессоров; доступность всего двух наборов логики AMD 750 и VIA KX133; некоторые мелкие проблемы, касающиеся программной поддержки системы. Если оценить все вместе взятое, то плюсов явно больше.
У слотовых вариантов Athlon кэш-память второго уровня, как уже писалось выше, располагалась на печатной плате процессора и работала не на полной частоте ядра, а на какой-то его части, задаваемой нужным делителем. Забегая вперед скажу, что множитель CPU и коэффициент работы внешнего кэша не были заблокированы наглухо, как у моделей Intel Pentium III в исполнении Slot 1. Данные параметры задавались комбинациями резисторов, находящихся на поверхности картриджа и скрытых от пользователя защитным пластиковым кожухом.
Максимально возможная частота работы кэш-памяти составляла 350 МГц, то есть самым быстрым процессором являлся Athlon c частотою 700 МГц, у которого кэш-память работала с коэффициентом 1 к 2. Следующие модели CPU использовали более «медленные» комбинации работы кэш-памяти 2/5, а самые производительные – и вовсе 1/3. А ведь именно ее частота сильно влияла на итоговую производительность. Несмотря на неплохой рост частоты в мегагерцах, реальная производительность с каждой новой моделью ЦП не давала такого ощутимого прироста.
И в итоге разгон процессора упирался в кэш-память. Ядро было способно и дальше идти мегагерц за мегагерцем, а микросхемы кэш-памяти уже начинали сыпать ошибками.
Наиболее опытные оверклокеры того времени находили выход и из этой ситуации. Он был скрыт от глаз обычного пользователя и находился за толстым слоем пластикового картриджа в виде сорокаконтактного диагностического разъема, размещенного в левом торце картриджа.
В данный разъем вставлялось самодельное либо серийное устройство, известное под название «Gold Finger» или «Золотой палец».
Конструктивное исполнение «Золотого пальца» могло быть разным, но суть сводилась к одному – возможности изменения множителя процессора, делителя кэш-памяти и напряжения. Хотя было достаточно изменить лишь множитель CPU, поскольку это избавляло от проблемы с разгоном кэш-памяти.
Пока AMD переходила от одного ядра Athlon к другому, неся за плечами наборный кэш второго уровня, Intel уже давно наладила производство Pentium III на ядре «Coppermine», у которого кэш второго уровня объемом 256 Кбайт находился в ядре процессора и работал на его частоте.
Что ж, будет интересно сравнить представителей обеих архитектур.
Поскольку процессор Athlon с частотой 700 МГц получил самый быстрый L2 кэш, я решил для предстоящего эксперимента собрать 700-мегагерцовые модели ЦП. В данный перечень вошли:
Оба слотовых представителя Athlon различаются архитектурой L2 кэшей, в остальном они идентичны. Модель Celeron отличается от Pentium III более низкой частотой FSB (66 МГц против 100 МГц) и вдвое меньшим объемом кэш-памяти второго уровня, но зато работающей на частоте ядра.
Далее мы выясним, как повлияет на производительность частота L2 кэша, его объем и разный разгонный потенциал представленных участников. Само тестирование проводилось в двух режимах работы:
Для чистоты эксперимента настройки оперативной памяти и чипсета на обеих платформах выставлялись в максимально производительное положение в BIOS Setup. Процесс разгона осуществлялся на предельных напряжениях, доступных для выбора в меню BIOS материнских плат.
Проще говоря, сдерживающим фактором была лишь удача и частота шины AGP, ну и частота внешнего L2 кэша у AMD Athlon на ядре «Pluto». В качестве графической составляющей использовалась Leadtek GeForce FX 5950 Ultra.
А вот с выбором материнских плат все не так просто, как может показаться, в первую очередь это относится к AMD. Для платформы Intel я выбрал одну из лучших системных плат на чипсете Intel 815EP – ASUS TUSL2-C. Вначале была идея взять не менее интересную модель ASUS P3B-F на Intel 440BX, но решил остановиться на самом производительном варианте.
Проблема выбора базы для платформы Slot A кроется в поддержке процессоров на ядре «Thunderbird». Дело в том, что единственным чипсетом с официальной поддержкой таких CPU является AMD 750. Вышедший позднее VIA Apollo KX133 был во многом прогрессивнее и быстрее в плане работы с оперативной памятью и графическим адаптером, но AMD не давала никаких гарантий, что «Thunderbird» будет нормально работать в материнских платах с набором системной логики VIA. Хотя ряд производителей (к примеру, ASUS) заявил, что новоиспеченный «Буревестник» будет работать без всяких проблем, нужно лишь обновить BIOS.
В результате весь выбор фактически свелся к поиску трех моделей: ASUS K7V, Abit KA7-100 и AOpen AK72. Все остальное, по моему мнению, не заслуживает внимания.
Найти Abit и AOpen нужно было еще хорошенько постараться. Если я и видел предложения в сети, то они были соизмеримы со стоимостью современной, отнюдь не бюджетной материнской платы для процессоров Intel Coffee Lake, что изначально ставило крест на всей задумке.
Зато с ASUS K7V мне, можно сказать, повезло, она и стала основой стенда Slot A. Данная плата хорошо скомпонована, предлагает обширные оверклокерские возможности и в дополнение ко всему прочему оснащена графическим портом AGP Pro. Неудивительно, что она без особого труда приняла на борт различные виды Athlon.
Перед началом тестирования стоит немного остановиться на этой системной плате. Благо рассказать есть о чем.
Как видно по снимку, перед нами полноразмерная материнская плата ATX. При первом взгляде внимание привлекает порт AGP Pro и блок dip-переключателей частот шины FSB. Хотя надобность в последнем отсутствует, так как выбор частот проще осуществлять из меню BIOS.
Далее на очереди – три слота для оперативной памяти стандарта SDRAM. Если взглянуть на схему платы, можно увидеть, что благодаря чипсету VIA частота памяти может быть равна 133 МГц, тогда как на AMD 750 всего лишь 100 МГц. Объем оперативной памяти может достигать 2 Гбайт, но тут понадобятся четыре слота оперативной памяти, а такую роскошь может дать лишь Abit KA7-100. Сам чипсет AMD 750 поддерживает лишь 768 Мбайт. Шина AGP работает в режиме 4х, опять-таки модели на AMD 750 обделены и по этому критерию, у них порт AGP довольствуется режимом 2х.
Материнская плата ASUS поддерживает широкий спектр настроек, в том числе – напряжение на ядро CPU может быть повышено до 2.05 В, возможно повышение напряжения на чипсет с 3.3 В до 3.56 В (задается перемычками на плате), а также выбор всех необходимых таймингов памяти. Для своего времени это был исчерпывающий набор параметров.
Ко мне ASUS K7V попала с не совсем свежей версией BIOS, и требовалось ее обновление. Обычно приходится брать в руки «флоппик» и с дискеты обновлять прошивку. Но данная плата поддерживает обновление BIOS прямо с рабочего стола Windows благодаря технологии ASUS BIOS Update. Наличие этой опции меня порадовало, и BIOS была обновлена на последнюю версию 1007 за 04.08.2000 год.
К материнской плате оставался лишь один вопрос – возможность изменять настройки коэффициента кэш-памяти процессора, так как я не хотел разбирать картридж CPU и портить коллекционный вид. Возможность изменять множитель кэш-памяти ЦП умеет лишь Abit KA7-100; но к ее разработке инженеры Abit подошли основательно, наверное, это самая «навороченная» по функциональности модель Slot A для оверклокеров.
С другой стороны, ASUS K7V была выпущена первой и сразу же снискала любовь пользователей. Энтузиасты со всего мира начали придумывать утилиты, которые способны жестко прописывать нужный делитель кэша процессора в BIOS. Единственное «но» – значение с новым делителем необходимо было заливать на плату через обновление BIOS. Так появились утилиты типа FixL2Cache, WCPUA2 и другие.
Для быстрого просмотра актуального делителя кэша ЦП идеально подходит утилита WCPUID, которая показывает в графе «L2 Speed» установленный к ядру процессора делитель кэш-памяти.
Выше на фотографии делитель 1/2 (или Half, половина), ниже – 2/5.
По умолчанию в последней версии BIOS (1007) у ASUS K7V отсутствуют опции выбора делителя кэша. Но в дебрях FTP архива компании ASUS я нашел инженерную beta версию за 22.11.2000 год, в которой появился нужный мне пункт выбора делителя кэш-памяти. Выглядит он следующим образом.
Радости не было предела, но когда дошло до реальной проверки работоспособности данного параметра, энтузиазм быстро угас. По факту в BIOS конкретный пункт меню выбора делителя изменялся и сохранялся, но в реальности он не работал.
Данную функцию я проверял как различными утилитами, так и в реальных задачах замера производительности L2 кэша, так и методом разгонного потенциала ядра процессора увеличивая FSB. Но в итоге цифры оставались неизменными, и теперь ясно, почему данная опция так и осталась нереализованной в финальной версии BIOS, не выйдя из стадии beta-разработки.
У моего хорошего товарища есть материнская плата Abit KA7-100, вот снимок аналогичного раздела BIOS, отвечающего за возможность изменения делителя кэш-памяти.
Согласно его объяснениям, с этим параметром не все так просто. Поскольку микросхемы кэш-памяти устанавливались на все слотовые модели процессоров не одинаковые, а с различными характеристиками и разных производителей, то, чтобы скорректировать данный параметр в BIOS, нужно знать много ключевых характеристик самих микросхем, а единой программной идентификации данного свойства попросту не существует.
Поэтому инженеры ASUS из-за трудностей реализации данного механизма так и не воплотили его на практике, а вот разработчикам Abit это удалось. Так что единственным действенным способом изменения множителя кэш-памяти второго уровня у слотовых процессоров AMD остается использование «Gold Finger».
Тестовая конфигурация
Программное обеспечение
Итак, пора проверить, кто из участников покажет лучший результат и как частотный потенциал отразится на производительности в тестах. Перед началом тестирования я коротко остановлюсь на ключевых нюансах разгона обеих платформ.
Разгон обоих слотовых представителей AMD завершился на FSB равной 112 МГц. При этом оперативная память функционировала на частоте почти 150 МГц с таймингами 2-2-2-5. Итоговая стабильная тактовая частота составила 784 МГц. Скриншотный разгон у обоих процессоров AMD также остановился на одной отметке – 805 МГц (и это при напряжении ядра ЦП 2.05 В).
Валидация «Pluto» и «Thunderbird» на частоте 805 МГц. Как видно, частота ядра у различных процессоров характеризуется одинаковым пределом разгона, и внешняя кэш-память здесь не причем, хотя, на мой взгляд, она также работала на пределе своих возможностей.
При наличии на руках лишь двух экземпляров CPU мне не давала покоя мысль «А так ли это?», в результате чего я получил временно в свое распоряжение еще два образца процессоров AMD Athlon на ядре «Thunderbird» с частотою 700 МГц. Проведенные замеры частотного потенциала двух дополнительных экземпляров показали идентичные итоговые показатели – 805 МГц.
У платформы Intel дела с разгоном обстояли намного лучше. Pentium III на ядре «Coppermine» остановился на стабильной частоте 851 МГц.
Celeron 700 МГц с шины 66 МГц легко встал на 100 МГц и стабильно работал на частоте 1060 МГц. Так и хочется назвать их кукурузными
Посмотрим, как повлияет лучший разгонный потенциал у представителей «синего» лагеря и что даст «зеленым» вся мощь технологий, вложенная в ядра Athlon производителем. Поехали!
Миллион знаков после запятой у числа Pi на частоте 700 МГц лучше всех посчитал AMD Athlon «Thunderbird». После моделей AMD с микроархитектурой K6 налицо чистая победа. В форсированном режиме победу одержал «Coppermine», но при этом его частота выше на 66 МГц. А вот Celeron не помогла даже рекордная итоговая частота. Athlon «Pluto» с внешним L2 кэшем отстал от своих полноскоростных коллег. Все-таки качество и скорость кэш-памяти вносят ощутимый вклад в общую производительность.
В данном тесте с другим математическим алгоритмом подсчета числа Pi победу с большим отрывом одержали представители AMD. Для справки, разогнанному до предела AMD K6-III+ – до частоты 715 МГц (130 x 5.5) – потребовалось в этом тесте 763.74 секунды. Как видим, микроархитектура AMD K7 кардинально отличатся от предыдущей, не зря AMD поставила на кон все и в итоге не проиграла.
Данный тест очень любит итоговую тактовую частоту, в результате чего в лидерах оказался Celeron. Причем, несмотря на более низкую итоговую частоту разогнанных Athlon, они обошли высокочастотный Pentium-III.
В современном тесте, использующем Java технологии, победа досталась представителям Intel. Видимо, без поддержки SSE инструкций дело не обошлось.
Несмотря на то, что частота памяти у платформы AMD выше, это не смогло повлиять на итоговый результат.
И вновь майка лидера досталась «Буревестнику». На одинаковых частотах хорошо прослеживается разница процессорных архитектур для задач 3D-рендеринга.
В комплексном тестовом пакете производительности процессорам AMD не удалось войти на пьедестал, сильнейшими оказались представители Intel во главе с разогнанный свыше 1 ГГц Celeron.
Геймерам миллениума процессор AMD Athlon «Thunderbird» явно пришелся больше по душе, а вот «Pluto» сдал позиции, не зря было решено отказаться от внешнего, более емкого кэша в пользу интегрированного в ядро процессора кэша, но вдвое меньшего объема.
3DMark 2000 Pro v.1.1Здесь картина аналогична предыдущему результату. «Буревестник» явно быстрее всех остальных.
В более «новом» и совершенном 3D-тесте, использующем все технологии CPU, ситуация несколько изменилась. В отрыв ушел «Coppermine».
Производительность подсистемы памяти в операциях чтения и записи у представителей AMD явно лучше. Сказываются системная шина EV6 с фактической частотой передачи 200 МГц и частота памяти на 33 МГц выше, чем у конкурента.
AIDA64 v.5.50.3600В целочисленных операциях в этом тесте «зеленый» лагерь потерпел поражение.
AIDA64 v.5.50.3600А вот в тесте, оценивающем производительность в операциях одинарной точности с плавающей запятой, Pentium III был повержен, но лидером неожиданно оказался высокочастотный Celeron. Но это не самое главное, главное – был переработан блок FPU у Athlon. И если ранее производительность FPU была ахиллесовой пятой AMD, то теперь ситуация в корне изменилась.
Остается лишь привести скриншоты AIDA64 Cache & Memory Benchmark:
Подводя итоги данного тестирования можно сказать, что предыдущее поколение процессоров AMD K6 с рассмотренным K7 разделяет пропасть. Помимо значительного различия архитектур, производительность ЦП AMD наконец-то поднялась до впечатляющего уровня, оставляя позади конкурентные решения. Позднее архитектура K7 еще не один раз эволюционирует, объем кэш-памяти второго уровня, расположенной на кристалле CPU удвоится, процессоры снова обзаведутся Pr-рейтингом, но это будет уже другая история.
Остается сказать, что знакомство со слотовой платформой AMD прошло интересно, хотя некоторые вопросы еще предстоит выяснить (в том числе найти «Gold Finger» и одногигагерцевый «Thunderbird»), поэтому точку в данной теме ставить рано.
