SDRAMТЕАТР

Особенности архитектуры процессора Intel Pentium 4

Главное отличие Pentium 4 от своего предшественника Pentium III состоит в увеличении длины конвейера с двенадцати до двадцати стадий. Это позволяет, с одной стороны, ураганными темпами наращивать частоту нового процессора, но с другой - сильно бьет по производительности при исполнении кода с большим количеством переходов. Первый вариант Pentium 4 появился на свет с частотой всего 1,4 ГГц, и его производительность в офисных приложениях подчас не превышала показателя гигагерцового младшего брата. Но сегодня уже объявлены Pentium 4 с частотой 2 ГГц, что на 600 МГц больше, чем у самой быстрой версии процессора AMD Athlon, не говоря уже о PIII, остановившемся на отметке 1,26 ГГц.

Далее. Не секрет, что на момент объявления P4 приложения, поддерживающие новаторские инструкции SSE2, попросту отсутствовали. В результате для вычислений с плавающей точкой использовался блок, который один в один перекочевал с предшественника, хотя, по замыслу инженеров, вообще не должен был использоваться и предназначался лишь для обеспечения совместимости с устаревшими приложениями. Совсем другая ситуация сейчас: все современные игровые движки, а за ними и профессиональные приложения, имеющие дело с вещественными данными, оптимизируются под новый набор инструкций и получают ощутимую прибавку в производительности.

За прошедший год существенно изменились типовые модели использования (usage models) как приложений, так и персональных компьютеров в целом. Все больше людей использует PC не как печатную машинку, а как полноценный мультимедийный развлекательный центр. Все больше приложений ориентировано на работу с потоковыми данными, где новая архитектура практически не страдает от более длинного конвейера. Это и обработка видео и звука, и преобразование исходных DVD и CD в MPEG-4 и MP3, соответственно, да мало ли что еще. Раньше практически всю работу по визуализации трехмерной графики в играх брал на себя процессор. Теперь во всех новейших игровых движках применяется аппаратный расчет трансформации и освещения (T&L), который осуществляется геометрическим процессором видеокарты, а ресурсы центрального процессора высвобождаются под расчет сложнейшей физики, взаимодействия игровых объектов и т. п. Именно для этого хорошо приспособлены инструкции SSE2. И даже офисные и веб-приложения не так плохо чувствуют себя на новом процессоре, как казалось на первый взгляд. Новейший тест SysMark 2001, максимально точно передающий реальную рабочую среду (подробности во врезке), развенчивает миф о несостоятельности Pentium 4 в этом классе приложений.

Ничего хорошего от сочетания процессора Pentium 4 и памяти Rambus никто не ждал. Все были научены сначала горьким опытом не самого удачного чипсета i820 с одним каналом RDRAM, вчистую проигрывавшего i815, а потом и несбалансированного серверного двухканального i840, у которого суммарная пропускная способность двух каналов Rambus сводилась на нет низкой пропускной способностью системной шины процессора Pentium III. От двух очевидных недостатков памяти RDRAM не спрятаться даже сейчас - это высокая латентность и еще более высокая, в сравнении с другими типами памяти, цена. Однако при 400-мегагерцовой системной шине Pentuim 4, которая называется Quad Pumped Bus и по принципу функционирования напоминает сдвоенную DDR-шину с базовой частотой 100 МГц, двухканальный RDRAM пришелся как нельзя кстати. Пропускная способность шины памяти, как и системной шины, составляла 3,2 Гбайт/с, так что системы, основанные на чипсете i850, изначально являлись идеально сбалансированными.

Чтобы снизить влияние памяти на стоимость готового компьютера, Intel предлагала свои процессоры сначала в комплекте со 128 Мбайт, а потом и с 256 Мбайт памяти RDRAM. Что касается высокой латентности, то, например, специалисты из компании ASUSTeK Computer реализовали на плате P4T режим, при котором память RDRAM не уходит в standby и ей не требуются сотни миллисекунд для возвращения к нормальному состоянию. Впрочем, эта палка о двух концах: 3-5-процентный прирост производительности оборачивается сильным нагревом модулей.

Изменения есть и в конструктивном обличье Pentium 4. На смену 423-контактному корпусу и разъему Socket 423 (PGA423) пришли представленные 27 августа перспективная 478-контактная упаковка FC-PGA2 и разъем mPGA478B - компактное и менее дорогое решение (готовящееся для 0,13-мкм ядра Northwood). Дополнительные выводы необходимы для стабильной работы процессора на высоких частотах. По прикидкам специалистов, век Socket 423 оценивался не в год, как получилось на самом деле, а всего в полгода, и многие производители решили вообще не выпускать плат под этот разъем. Да и пользователи не стремились покупать системы, модернизация которых в ближайшее время могла бы стать крайне затруднительной.

Вопреки перечисленным проблемам, которые решались не месяц и не два, компания Intel ухитрилась продать десять миллионов процессоров Pentium 4! Как вы думаете, сколько удастся продать теперь, когда практически все огрехи и недостатки устранены?

Как ни крути, процессор сам по себе в поле не воин, поэтому переходим к чипсетам для Pentium 4. Во множественном числе о них стало возможным говорить лишь недавно: проверенный временем, быстрый, но дорогой и рассчитанный на дорогую память i850 обрел-таки коллегу в лице VIA P4X266, пусть полулегального, не получившего одобрения Intel, но, судя по нашим испытаниям (см. материал «VIAдук для Pentium 4» Александра Карабутова в #408), довольно компетентного. Компании SiS и ALi также представили аналогичные наборы системной логики, и поставки готовой продукции производителям плат вот-вот начнутся.

«Все побежали - и я побежал». Intel решила не ограничиваться производством i850 и официально объявила i845 - mainstream-чипсет для Pentium 4, поддерживающий SDRAM. Если вы помните наш репортаж с «Computex’2001», тайваньская PCB-индустрия еще в июне рапортовала о готовности выпускать изделия на i845, и только ленивый не представил тогда макетных образцов на стенде Intel (см. фото), а некоторые показывали и вполне работоспособные системы «i845 + Socket 478». Однако ближе к делу, то бишь к 10 сентября, товарные количества новой продукции в России смогла обеспечить только ASUSTeK, и компания «Пирит» любезно предоставила «Компьюферре» на пробу промышленный образец платы ASUS P4B.

Новый чипсет рассчитан на работу с процессорами только в 478-контактном исполнении, но поддерживает как существующую 0,18-мкм «алюминиевую» модель Willamette, так и грядущую 0,13-мкм «медную» Northwood. i850 тоже поддерживает обе модификации процессоров и оба процессорных разъема, так что вскоре за анонсами плат на чипсете i845 последуют платы c процессорным разъемом Socket 478 и поддержкой памяти RDRAM (об их анонсах читайте, например, по адресу). Ниша для i845 поистине огромна. Пользователи начинают понимать, что процессоры Pentium III не в силах удовлетворить современные вычислительные потребности, но массовому переходу на Pentium 4 препятствует дороговизна RDRAM. Если вам необходим домашний PC, которому вполне достаточно 256 Мбайт памяти, - расходы на нее выглядят вполне приемлемо. Но для задач, требовательных к объему памяти, «набивать» в компьютер 512-1024 Мбайт ой как накладно. Более того, следующая реинкарнация Pentium 4 под кодовым названием Northwood подразумевает полмегабайта кэш-памяти второго уровня на кристалле, что еще больше нивелирует скоростное преимущество RDRAM над SDRAM. Максимальный объем памяти, поддерживаемый чипсетом, составляет 3 Гбайт и обеспечен поддержкой ECC - это увесистый камень в огород i815EP, который ограничен полугигабайтом да к тому же без ECC.

Общеизвестно, что компьютерные «энтузазисты» при выборе новой системы уделяют большое внимание возможности ее разгона. В случае с i850 основное препятствие не процессорная шина, а именно память RDRAM, функционирующая на базовой частоте 400 МГц и плохо поддающаяся разгону. Единственный выход - установка памяти как PC600, но в этом случае разгон процессора и процессорной шины нивелируется меньшей частотой памяти, пропадает идеальный баланс пропускной способности шин. Однако при установке памяти как PC600 можно легко отследить разгонный потенциал процессорной шины, которая спокойно работает на базовой частоте до 133 МГц. О разгонном потенциале самих процессоров сказано столько, что повторяться ни к чему. Скажем лишь, что новые процессоры будут иметь модифицированный степпинг ядра, который позволит им достичь при разгоне еще больших высот.

Возвращаемся к i845 и плате ASUS P4B: очевидно, что оковы в лице RDRAM с разгонного потенциала процессора сняты, а практически вся существующая SDRAM-память беспрепятственно ускоряется до 150 МГц и выше. Поскольку реально чипсеты i850 и i845 отличаются друг от друга только северными мостами, то их функциональность на уровне южных идентична. Тут все изыски отдаются на откуп производителям системных плат, которые так и норовят добавить какую-нибудь изюминку - LPC-контроллер, IDE RAID, аппаратный звук и пр. ASUSTeK реализовала в P4B (название, очевидно, выбрано по аналогии с бестселлерами прошлых лет - P2B, P3B-F - и призвано играть на ностальгических чувствах пользователей, тем более что именно владельцам этих плат самое время обновить системы) целую гроздь изюминок.

Как вы знаете, высокоскоростные процессоры Pentium 4 «предпочитают», чтобы к плате было подведено дополнительное питание (через четырехконтактный коннектор). Но засилье на отечественном рынке дешевых или устаревших корпусов, не имеющих такого разъема, не будет помехой для P4B: в дополнение к разъему, предписанному спецификацией, ASUSTeK оснастила плату обычным разъемом питания, таким же, как на жестких дисках и CD/DVD-приводах, и даже назвала его именем собственным - «ASUS EZ Plug». P4B оснащена стандартным AC’97-кодеком ALC201, но и в этот веночек ASUS вплела солнышко: к плате прилагается дополнительная планка с коаксиальным и оптическим SPDIF-выходами, что позволит, например, безболезненно записать MP3 по оптике на MiniDisk. Кстати, и стандартная USB-планка на два порта тоже в комплекте. Так досаждавший Евгению Козловскому на плате P4T инфракрасный порт теперь официально совместим только с фирменным блоком iPanel, подключение приемопередатчиков других производителей - на страх и риск пользователя.

Еще одна технология, ранее не встречавшаяся в изделиях ASUS, получила название POST Reporter: о неполадках плата вещает дружелюбным голосом нашего хорошего знакомого - Александра Кима, менеджера ASUSTeK по продажам в СНГ и странах Балтии. C помощью прилагаемой программы можно научить плату любым словам, включая нелитературные. Вообще, интеграция бытовой техники, телефонии, компьютерного оборудования и всего остального ощущается все сильнее. Оснащение платы разъемом для чтения смарт-карт уже не новость, но вот разъемы для считывателй карт Memory Stick и Secure Digital - приятная неожиданность. Осталось только дождаться этих самых считывателей. Не самые важные функции, предоставляемые платой, которые, тем не менее, отличают ее от конкурентов: возможность использования собственного логотипа при загрузке и подключения информационных панелей ASUS iPanel (которые, по последним разведданным, пока, к сожалению, так и не появились в исполнении Deluxe), а также руководство на русском языке.

Наконец, о том, что так близко российскому менталитету. ASUS P4B предоставляет все мыслимые и немыслимые возможности, которые позволят выжать максимум из свежеприобретенного процессора: изменение частоты шины процессора в диапазоне от 66 до 200 МГц с шагом в 1 МГц, принудительное изменение соотношения частот FSB/MEM/PCI, увеличение напряжения питания на ядре процессора с шагом в 0,025 В, увеличение напряжения на чипсете, памяти и AGP.

Чтобы не быть голословными, мы сравнили производительность Pentium 4 Willamette 1,7 ГГц и 2 ГГц в двух исполнениях, а также Pentium III Coppermine 1 ГГц на системных платах ASUS P4B, P4T и TUSL2-C (плюс видеоплата ASUS V8200 GeForce 3, 256 Мбайт SDRAM и жесткий диск Seagate Barracuda ATA III). Во всех современных тестах Pentium III безнадежно отстал от Pentium 4, и только аппаратный расчет T&L, выполняемый видеоускорителем, позволил ему держаться более или менее рядом со старшим братом. Когда же расчет T&L выполняется на процессоре, Pentium III 1 ГГц отстает от Pentium 4 1,7 ГГц почти вдвое, но такой случай не типичен, поскольку большинство современных графических карт уже имеют аппаратную реализацию T&L. Мощь Pentium 4 по-настоящему раскрывается при кодировании MPEG-4. В потоковых вычислениях, вкупе с оптимизацией под набор инструкций SSE2, новый процессор творит чудеса! Именно эти показатели производительности и представляют собой цель, к которой стремились создатели процессора, обогнавшие время.

Стоит также обратить внимание на масштабируемость процессора Pentium 4 при использовании разных типов памяти - SDRAM и RDRAM. Для этого достаточно разделить результаты, показанные 2-гигагерцовым процессором с каждым типом памяти, на результаты, показанные чипом, работающим на 1,7 ГГц. Сравнив полученные коэффициенты, можно заметить, что в паре с чипсетом i845 и памятью SDRAM производительность масштабируется чуть хуже, чем с чипсетом i850, и с ростом частоты невысокая пропускная способность памяти SDRAM будет все сильнее снижать производительность системы. Тем не менее, запас по частоте достаточно велик, а с переходом на новое ядро Northwood с 512-килобайтным кэшем L2 системы на базе i845 ожидает более серьезный скачок производительности, чем в случае с чипсетом i850. Так что недолгий век «Pentium 4 + SDRAM» - тоже один из мифов. Pentium 4 Northwood придут на выручку теперешним Willamette чуть раньше критического момента - примерно на частоте 2,4 ГГц - и вдохнут новую жизнь в платформу на Socket 478.

Казалось бы, перспективы для нового процессора и нового чипсета - лучше некуда. И все же есть одно «но». Вернемся к текущей ситуации на рынке: вместе с объявлением i845 компания Intel сильнейшим образом стимулирует продажи новых процессоров под Socket 478, и практически убивает продажи старых процессоров, к тому же обремененных нелегким грузом партнерства с не самой дешевой памятью - RDRAM. На складах же еще полным-полно старых процессоров, рассчитанных на Socket 423, которые хочешь не хочешь, а продавать надо. И даже проведенное 27 августа кардинальное снижение цен на младшие модели процессоров Pentium 4 вряд ли способно вернуть былой энтузиазм покупателей. Так что мы вправе ожидать и дальнейших мер, направленных на то, чтобы подогреть интерес к мгновенно превратившимся в архаику старым Pentium 4.

В этой ситуации Intel пойдет двумя путями: во-первых, поддержит производителей системных плат, с тем чтобы они сбросили цены на свои «i850 + Socket 423» решения, а во-вторых, наверняка будет можно приобрести RDRAM в комплекте с младшим процессором практически по цене SDRAM. И вот в этом случае многие задумаются, не купить ли старый, проверенный временем вариант с RDRAM, который быстрее при равных частотах процессоров? И пойдут, и купят… Но именно i845 - потому, что это решение явно лучше, чем уходящие i815EP и Pentium 3, и потому, что перспективнее, нежели Pentium 4 под Socket 423. А те, для кого финансовый вопрос значения не имеет, дождутся-таки связки «i850 + Socket 478».

[i41128]