Ближайшие планы Intel: FSB 800 МГц и Springdale. Подробности и первые тесты

Несмотря на то, что двухканальные наборы логики для Pentium 4 уже начали экспансию на рынок, настоящий бум двухканальной DDR SDRAM случится в апреле-мае. В этот период Intel представит новые процессоры с 800-мегагерцовой шиной и начнет поставки новых двухканальных чипсетов, нацеленных как на верхний сектор рынка, так и на сектор mainstream. Говоря более конкретно, следует отметить несколько ключевых дат. Так, первый процессор семейства Pentium 4 с 800-МГц Quad Pumped Bus и поддержкой технологии Hyper-Threading будет представлен во второй половине апреля. Этим процессором станет Pentium 4 3.0 ГГц, и он будет анонсирован в паре с чипсетом i875P (кодовое имя Canterwood), поддерживающим новую скоростную шину. По замыслу Intel, i875P не будет массовым продуктом, он будет применяться только в высокопроизводительных рабочих станциях. Фактически, i875P позиционируется как замена i850E. Массовый же приход процессоров с 800-мегагерцовой шиной намечен на середину мая. В этот период Intel расширит семейство процессоров с 800-МГц Quad Pumped Bus и представит еще три процессора – 2.40C, 2.60C и 2.80C ГГц с поддержкой этой шины и технологии Hyper-Threading. Одновременно с расширением семейства процессоров, имеющих новую скоростную шину, будут представлены и массовые наборы логики с ее поддержкой - i865G, i865P и i865PE (кодовое имя - Springdale). Эти наборы логики должны будут прийти на смену семейству i845 и принести поддержку двухканальной DDR SDRAM на массовый рынок. В итоге, планы Intel по смене наборов логики, господствующих на рынке, выглядят следующим образом:

Как видим, Performance и Mainstream сектора рынка будут оккупированы чипсетами, использующими двухканальную DDR SDRAM. Это не удивительно. Пропускная способность Quad Pumped Bus, используемой процессорами Pentium 4, превышает пропускную способность обычной 64-битной DDR SDRAM. Поэтому, для получения платформ с максимальной производительностью, то есть с соответствующей пропускной способностью памяти, производителям чипсетов приходится встраивать в свои продукты два контроллера DDR SDRAM, работающих одновременно. В этом случае можно добиться сбалансированности по пропускной способности FSB и шины памяти. Чтобы подтвердить вышесказанное, приведем таблицу, в которой указаны пропускные способности Quad Pumped Bus и основных типов памяти, используемой в современных системах.

Шина	Пропускная способность, Гбайт/сек
400 МГц Quad Pumped Bus	3.2
533 МГц Quad Pumped Bus	4.2
800 МГц Quad Pumped Bus	6.4
Тип памяти	Пропускная способность, Гбайт/сек
Одноканальная DDR266 SDRAM	2.1
Одноканальная DDR333 SDRAM	2.7
Одноканальная DDR400 SDRAM	3.2
Двухканальная DDR266 SDRAM	4.2
Двухканальная DDR333 SDRAM	5.4
Двухканальная DDR400 SDRAM	6.4
Двухканальная PC800 RDRAM	3.2
Двухканальная PC1066 RDRAM	4.2

Таким образом, для создания сбалансированных систем на базе процессоров Pentium 4 с частотой шины 533 МГц подходит только лишь двухканальная DDR333/DDR400 SDRAM или PC1066 RDRAM, а перевод CPU на 800-мегагерцовую шину и вовсе потребует применения только лишь двухканальной DDR400 SDRAM. Таким образом, переход на использование двухканальной памяти полностью оправдан.

До выхода на рынок новых процессоров и новых чипсетов остается все еще достаточно много времени. Однако к резкому ускорению магистрали процессор-память нужно готовиться заранее. К счастью, наш сайт один из первых в мире получил возможность ознакомиться с возможностями новых систем с 800-мегагерцовой шиной до их официального анонса. Именно этому знакомству и будет посвящена настоящая статья, в рамках которой мы рассмотрим особенности будущих чипсетов i865 и i875, а также посмотрим, какой прирост производительности способно дать применение 800-мегагерцовой Quad Pumped Bus вместе с двухканальной DDR-памятью.

 Springdale (Intel 865)

В первую очередь следует отметить, что новые наборы логики, ориентированные на поддержку 800-мегагерцовой шины, i865 и i875, не сильно отличаются друг от друга. Об их различиях мы поговорим несколько позднее, а в этом разделе рассмотрим основные свойства i865, поскольку именно этот чипсет следует считать базовой платформой для использования в будущих Pentium 4 системах. Итак, новые наборы логики семейства i865 привнесут сразу несколько новых возможностей. По количеству инноваций эти наборы логики сильно превосходят все семейство i845. В i865 будет введена поддержка 800-мегагерцовой системной шины, двухканальной DDR400/DDR333/DDR266 памяти, AGP 8x, плюс поддержка так называемой Communications Streaming Architecture для Gigabit Ethernet, а также будет применен новый южный мост ICH5 c поддержкой Serial ATA и RAID. Чтобы не быть голословными, приведем блок-схему i865PE – наиболее продвинутого чипсета в семействе Springdale.

Итак, в целом чипсет имеет вполне привычную архитектуру и состоит из двух мостов, соединенных все той же шиной Hub Link 1.5. Однако пропускная способность основных шин сильно возросла. Так, пропускная способность процессорной шины может достигать величины 6.4 Гбайт в секунду при частоте шины 800 МГц. Повышение верхней границы частоты FSB, а также встроенная в чипсет поддержка технологии Hyper-Threading обеспечивают актуальность чипсетов семейства i865 в течение всего 2003 года. Материнские платы, основанные на i865, смогут работать как со всеми процессорами линейки Pentium 4 на ядре Northwood, так и с первыми процессорами на ядре Prescott, которые будут производиться по 90-нанометровому технологическому процессу.

Однако уже в 2004 году Intel планирует вновь заменить наборы логики и более того, тип используемого процессорного сокета. В этот период появятся процессоры Prescott, а позднее и Tejas, которые будут использовать новый разъем LGA775 и работать с новыми чипсетами семейства Grantsdale. Чипсеты Grantsdale, как ожидается, будут использовать двухканальную DDR-II память и комплектоваться новым южным мостом ICH6. Впрочем, это уже слишком отдаленная перспектива.

Несмотря на то, что число контактов MCH у i865 выросло до 932, размеры чипа такие же, как и у i845G

Поскольку DDR-II память пока не получила распространения на рынке, чипсеты семейства i865 используют обычную DDR SDRAM. В зависимости от используемой частоты системной шины частота памяти может принимать различные значения. Так, при частоте FSB 400 МГц i865 сможет работать с DDR266 SDRAM, при частоте FSB 533 МГц – с DDR266 или DDR333 и при частоте FSB 800 МГц – как с DDR266 и DDR333 (если быть более точным, то с DDR320), так и с DDR400 SDRAM. Для поддержки двухканального доступа внутри i865 встроено два равноправных контроллера памяти. Поэтому, i865 может функционировать как в двухканальном (для этого потребуется использование пар идентичных модулей памяти), так и в одноканальном режиме. Максимальная производительность достигается, когда модули памяти устанавливаются парами и задействуется полноценный двухканальный доступ. Более того, если все установленные в системе модули однотипные, чипсет может активизировать так называемый Dynamic Mode, благодаря чему можно получить небольшой дополнительный прирост в быстродействии.

Продолжая разговор об особенностях новых чипсетов, появление которых ожидает нас в ближайшее время, следует отметить, что все они будут поддерживать интерфейс AGP 8x. То есть, Intel, наконец, приходит к поддержке этого протокола, позволяющего осуществлять обмен данными с графической подсистемой со скоростью 2.1 Гбайта в секунду, во всех своих наборах логики.

И, на этом рассказ о возможностях северного моста (или Memory Controller Hub, если угодно) i865 можно было бы закончить. Если бы не одно «но». Северный мост имеет еще одну новую шину с пропускной способностью 266 Мбайт в секунду, предназначенную для реализации CSA (Communications Streaming Architecture). Основной смысл этой шины – возможность реализации скоростных гигабитных сетевых соединений. Благодаря выделенной шине для сетевых нужд скорость обработки сетевых запросов существенно повышается, а CPU разгружается. Более того, благодаря CSA сетевые контроллеры, подключенные к шине, получают возможность прямой работы с памятью. В качестве сетевого контроллера, используемого в составе CSA, Intel предлагает использовать чип Intel PRO/1000 CT.

Intel будет предлагать три варианта набора микросхем i865:

• i865PE – базовый набор логики с поддержкой 800-мегагерцовой шины и DDR400 SDRAM;
• i865G – фактически, представляющий собой i865PE со встроенным интегрированным ядром;
• i865P – урезанный набор логики, лишенный поддержки 800-мегагерцовой шины и DDR400 SDRAM.

Немаловажно, что референсный дизайн плат на базе любого набора микросхем i865 предусматривает четырехслойный дизайн PCB. Благодаря этому можно ожидать, что стоимость плат на базе нового чипсета будет не очень высока и достаточно быстро опустится до уровня стоимости плат на i845PE и i845GE.

Отдельного рассмотрения заслуживают и возможности южного моста ICH5, который будет использоваться на платах с i865. Этот южный мост имеет одну принципиально новую особенность – поддержку двух Serial ATA портов. Однако кое-что обновилось в нем по сравнению с ICH4 и по мелочи.

В первую очередь следует отметить, что в ICH5 количество портов USB 2.0 увеличилось до восьми. Осталась поддержка шестиканального AC’97-звука (теперь допускается использование трех раздельных кодеков) и поддержка двух ATA-100 каналов. Intel принципиально не реализует поддержку ATA-133: компания хочет подтолкнуть индустрию к переходу на Serial ATA.

Что же касается Serial ATA, то в ICH5 присутствует поддержка пары Serial ATA-150 каналов. То есть, количество ATA устройств, которые возможно подключить к ICH5, увеличилось до шести. Немаловажно, что использование встроенного в ICH5 контроллера Serial ATA не будет требовать никаких специальных драйверов.

Но самое интересное в ICH5 – это даже не это. Дело в том, что ICH5 станет первым в истории чипсетостроения южным мостом с поддержкой функций RAID! Специальная версия ICH5R (чип Intel 82801ER), которую Intel будет продавать всего лишь на $3 дороже обычной версии, будет поддерживать RAID уровня 0 (stripping). Правда, в RAID-массив можно будет объединять только Serial ATA диски, но зато массив можно будет собрать в любой момент при подключении второго винчестера – никаких переустановок операционной системы не потребуется.

В будущем, Intel обещает улучшить функционирование встроенного RAID. Обещается поддержка массивов уровня 1 (mirroring) и Windows 2000. Пока же RAID от Intel будет работать только в Windows XP.

 Canterwood (Intel 875)

Говоря о i865, нельзя не упомянуть и о его старшем брате – чипсете Intel 875, который, с одной стороны, имеет практически те же самые возможности, но с другой обладает некоторыми свойствами, позволяющими причислять его к категории наборов логики для высокопроизводительных рабочих станций. Итак, отличий Intel 875 от Intel 865PE по сути два. Во-первых, i875 поддерживает ECC, что является необходимым условием для использования этого набора логики в высокопроизводительных и высоконадежных системах, а во-вторых, этот чипсет поддерживает так называемую Intel Performance Acceleration Technology или попросту Turbo Mode.

Согласно Intel, использование специального режима Turbo Mode способно поднять производительность системы при использовании частоты шины 800 МГц и двухканальной DDR400 SDRAM. Благодаря применению внутренних резервов, в Turbo Mode уменьшается латентность между FSB и основной памятью. Однако для использования этого режима не требуется никакой специальной памяти – вся необходимая оптимизация выполнена внутри чипсета и в BIOS. Как ожидается, использование Turbo Mode позволит сделать i875 на 3-5% более производительным решением, нежели i865.

Именно поддержка ECC и Turbo Mode – суть два различия между семейством i865 и i875. Иных различий нет. А посему, пора подвести итоги.

 Характеристики чипсетов i865 и i875

	Intel 875	Intel 865G	Intel 865PE	Intel 865P
Число DIMM на канал/ Макс. объем памяти	2 DIMM на канал / 4 Гбайта макс.	2 DIMM на канал / 4 Гбайта макс.	2 DIMM на канал / 4 Гбайта макс.	2 DIMM на канал / 4 Гбайта макс.
Поддерживаемые типы памяти	DDR333/ DDR400	DDR266/ DDR333/ DDR400	DDR266/ DDR333/ DDR400	DDR266/ DDR333
Поддерживаемые частоты системной шины/памяти	800/DDR400	800/DDR400	800/DDR400	-
	800/DDR320	800/DDR320	800/DDR320	-
	-	800/DDR266	800/DDR266	-
	533/DDR333	533/DDR333	533/DDR333	533/DDR333
	-	533/DDR266	533/DDR266	533/DDR266
	-	400/DDR266	400/DDR266	400/DDR266
Поддержка ECC	+	-	-	-
Графический портAGP	4x-8x (1.5В/0.8В)	AGP 4x-8x (1.5В/0.8В)	AGP 4x-8x (1.5В/0.8В)	AGP 4x-8x (1.5В/0.8В)
Встроенная графика	-	Enhanced Intel Extreme Graphics	-	-
CSA порт для Gigabit Ethernet	+	+	+	+
Число PCI Masters	6	6	6	6
IDE	UDMA66/100	UDMA66/100	UDMA66/100	UDMA66/100
Serial ATA порты	2 порта SATA150*	2 порта SATA150*	2 порта SATA150*	2 порта SATA150*
USB порты	8 портов USB 2.0	8 портов USB 2.0	8 портов USB 2.0	8 портов USB 2.0
Power Management	ACPI	ACPI	ACPI	ACPI
LAN MAC/PNA	+	+	+	+
AC’97	+	+	+	+
Hub Interface	Hub Link 1.5	Hub Link 1.5	Hub Link 1.5	Hub Link 1.5
Упаковка (G)MCH	1005 FCBGA	932 FCBGA	932 FCBGA	932 FCBGA
Упаковка ICH	460 MBGA	460 MBGA	460 MBGA	460 MBGA
Маркировка (G)MCH	875P	865G	865PE	865P
Маркировка ICH	82801EB	82801EB	82801EB	82801EB

* С поддержкой RAID 0 в ICH Intel 82801ER

 Тестирование

По счастливой случайности в нашем распоряжении оказался предварительный образец материнской платы на базе чипсета i865G. Несмотря на то, что выход этого чипсета ожидается еще через два месяца, Intel уже предлагает производителям материнских плат первые ревизии этого набора логики. Несмотря на то, что чипсет все еще несколько сыроват и имеет отдельные проблемы, функционирует он вполне нормально для того, чтобы можно было снять некоторые предварительные результаты тестов. Именно этим фактом мы и воспользовались – приведенные ниже результаты – суть данные, полученные на системе с чипсетом i865G ревизии A1. Мы протестировали имеющуюся плату в трех вариантах – при частоте FSB 800 МГц и с использованием двухканальной DDR400 SDRAM, а также при частоте FSB 533 МГц с использованием DDR266 и DDR333 памяти. В деле тестирования нам очень помог процессор Pentium 4 2.8 ГГц с незафиксированным коэффициентом умножения, завалявшийся в нашей лаборатории: благодаря этому мы смогли запустить этот процессор на частоте 2800 МГц как 21x133 МГц, так и как 14x200 МГц.

Таким образом, состав тестовой системы был такой:

• Процессор Intel Pentium 4 2.8 ГГц;
• Материнская плата на базе i865G от одного тайваньского производителя;
• 512 Мбайт DDR400 SDRAM, использовалось два модуля Crucial XMS3200 емкостью 256 Мбайт;
• Видеокарта ATI RADEON 9700 PRO с драйверами Catalyst 3.1
• Жесткий диск Seagate Barracuda ATA IV, ST380021A;
• Операционная система Windows XP SP1.

Также, нами были получены новые драйверы чипсета от Intel, благодаря чему система смогла корректно опознать новейшее оборудование:

Первым делом, мы измерили производительность подсистемы памяти при помощи бенчмарка SiSoft Sandra 2003. Вот скриншот, который был получен при частоте шины 800 МГц и при использовании двухканальной DDR400 SDRAM.

Как видим, благодаря беспрецедентно высокой частоте шины и использовании одного из самых быстрых типов памяти, пропускная способность магистрали CPU-память возрастает до очень больших значений. Впрочем, до теоретических 6.4 Гбайт в секунду практические результаты не дотягивают, составляя лишь порядка 75% от теоретической величины.

Посмотрим теперь, какова же окажется практическая пропускная способность памяти при использовании частоты FSB 533 МГц. Следующий скриншот снят при установленной памяти DDR333 SDRAM:

А следующий скриншот – при использовании DDR266 SDRAM:

Как видим, пропускная способность памяти у Springdale при использовании 533-мегагерцовой шины практически не отличается от пропускной способности памяти у другого двухканального чипсета, Granite Bay. Впрочем, в этом нет ничего удивительного, контроллер памяти i865 создавался на основе контроллера памяти из Intel E7205.

Посмотрим теперь на результаты теста Cachemem, дающего более полное представление о быстродействии контроллера памяти в i865:

	Memory read speed, MB/s	Memory write speed, MB/s	Memory copy speed, MB/s	Latency
FSB 800 MHz, Dual DDR400	3150.7	1401.6	2668.0	242
FSB 533 MHz, Dual DDR333	2402.5	992.2	2078.8	350
FSB 533 MHz, Dual DDR266	2434.9	833.3	1898.9	364

Результаты вполне предсказуемы: увеличение частоты шины одновременно с применением быстрой памяти приводит к возрастанию пропускной способности и падению латентности. Одновременно хочется заметить, что использование двухканальной DDR333 SDRAM при частоте процессорной шины 533 МГц не дает сильного роста скорости по сравнению с двухканальной DDR266. Тут пропускная способность ограничивается скоростью системной шины, а не возможностями подсистемы памяти.

А вот результаты измерения производительности подсистемы памяти тестом PCMark2002:

Превосходство 800-мегагерцовой шины налицо: от перевода на ее использование результат возрастает на 23%.

В заключение нашего мини-тестирования хочется привести результаты, полученные при измерении скорости в реальных приложениях. В качестве теста для этой цели мы выбрали известный пакет SYSmark2002, включающий в себя большое число популярных приложений.

Преимущество 800-мегагерцовой шины над 533-мегагерцовой обнаруживается и здесь. Как видим, использование более быстрой FSB может дать значительный выигрыш и в реальных приложениях. Скорость работы по данным SYSmark2002 возрастает на 5-8%. Напомним, что все приведенные результаты получены при постоянной скорости процессора 2.8 ГГц. Таким образом, увеличение частоты системной шины процессоров семейства Pentium 4 ощутимо увеличивает их производительность.

 Выводы

Выход Canterwood, Springdale и процессоров Pentium 4 с 800-мегагерцовой шиной должен стать значительным шагом вперед. Как видим, ускорение шины Pentium 4 совместно с переходом на использование более быстрой памяти ощутимо увеличивает производительность. NetBurst архитектура, реализованная в Pentium 4 оказалась отлично масштабируемой с ростом частоты FSB. Поэтому, с появлением процессоров с 800-мегагерцовой шиной, скорость топовых моделей Pentium 4 поднимется на новый уровень.

Помимо этого, новое поколение чипсетов, необходимых для поддержки Pentium 4 c 800-мегагерцовой шиной, обладает массой новых современных возможностей. В их числе следует отметить CSA, нативную поддержку Serial ATA и наличие RAID. В итоге, этой весной привлекательность Pentium 4 систем должна сильно увеличится.