Архивы: по дате | по разделам | по авторам

Баскетбол для зомби

Архив

автор : Алекс Карабуто 21.02.2003

Легендарный чипсет Intel 440BX стал, пожалуй, самым удачным, массовым и долгоживущим набором системной логики за всю историю архитектуры х86.

Легендарный чипсет Intel 440BX стал, пожалуй, самым удачным, массовым и долгоживущим набором системной логики за всю историю архитектуры х86. Появившись еще в начале 1998 года, он использовался в материнских платах, выпускавшихся вплоть до начала 2002 года. Да и по сей день многие эксплуатируют платы на этом чипсете в своих ПК, ноутбуках, двухпроцессорных рабочих станциях и даже тестовых системах (и ваш покорный слуга — не исключение). Ни один другой чипсет (в том числе i850) не может похвастаться столь долгой жизнью, незапятнанной репутацией, высокой надежностью и бешеной популярностью.

Чипсет i440BX, возникший в результате незначительной модификации набора i440LX, не только породил нескольких клонов (i440ZX/MX/GX), но и пережил несколько поколений настольных и мобильных процессоров Intel — начиная со слотовых Pentium II (от 300 МГц и выше) на 0,25-микронном ядре Deshutes и отдельными микросхемами кэш-памяти, через 0,25-микронные процессоры Pentium II и Celeron (ядра Katmai и Mendocino) и заканчивая 0,18-микронными Pentium III/Celeron на ядре Coppermine, когда фактически получил вторую жизнь (см. www.computerra.ru/offline/2000/342/3082). И потерял свою актуальность лишь с приходом последних Pentium III/Celeron на 0,13-микронном ядре Tualatin, поскольку был не способен поддерживать штатные режимы работы этого ядра. Между тем многие пользователи не хотят расставаться с любимыми платами на ВХ, даже если они не поддерживают более быстрые процессоры (и одна из причин этому — более высокое быстродействие чипсета при прочих равных условиях, благодаря строгой синхронности шин процессора и памяти). Мало того, ряд старых плат первого поколения на 440BX/ZX (особенно с разъемом Socket370 — например, легендарная ABIT BP6) были спроектированы до появления процессоров Coppermine и не могут работать даже с ними.
Некоторые зарубежные фирмы наладили выпуск переходников, при помощи которых можно устанавливать новые процессоры в старые платы. Например, знаменитый Neo-S370 компании PowerLeap (см. фото и статью на www.ferra.ru/online/system/4608) позволяет использовать процессоры с ядром Coppermine практически на всех старых платах с разъемом Socket370, в том числе обеспечивает двухпроцессорную работу на плате ABIT BP6. К сожалению, Neo-S370 не поддерживает процессоры на ядре Tualatin, но у PowerLeap (и других фирм) есть и новые переходники, специально для Tualatin (см. www.powerleap.com). К сожалению, всем им присущ ряд недостатков: совместимость с ограниченным кругом плат (особенно для процессоров Tualatin), нестабильная работа при высоких частотах системной шины и пр. Поэтому энтузиасты не оставляют попыток непосредственно (без переходников) адаптировать старые системные платы на 440BX к процессорам следующих поколений.
Сегодняшняя статья и посвящена тому, как придать «третью жизнь» легендарному чипсету путем переделки плат с разъемом Socket370 для использования процессоров Pentium III/Celeron с ядрами Tualatin и Coppermine. Каюсь, материал для нее был готов еще в июне 2002 года (а фрагменты по Coppermine — много раньше), однако сесть и изложить его на бумаге никак не удавалось — каждый раз находилась очередная свежая «железка» или тема, которую надо было срочно рассмотреть на страницах «Компьютерры» и сайта Ferra.ru, а этот материал сдвигался все дальше и дальше, пока не дотянул до Нового года. Но в этом есть и свой плюс — переделки прошли проверку временем.
Часть приведенных здесь модификаций я почерпнул из сообщений в различных сетевых конференциях (но тщательно перепроверил целесообразность каждой), другую часть — додумал сам, основываясь на спецификациях Intel и собственном опыте профессионального схемотехника. Разумеется, статья не претендует на полноту, поскольку рассматриваемый вопрос слишком широк. Не будем мы касаться и переделки Socket370-плат на других чипсетах, хотя описанные ухищрения в массе своей применимы и к ним (на мой взгляд, переделывать что-то, кроме плат на 440ВХ/ZX и 815E, сейчас уже нецелесообразно). Модифицировать платы со Slot1 можно аналогичным образом, если доработать переходник Slot-Socket.

Но прежде, чем продолжить, отметим, что статья носит сугубо неофициальный характер и отражает только личное мнение автора. Поскольку в ряде случаев переделки приводят к нештатным режимам эксплуатации процессоров, чипсетов и материнских плат, риск за повторение любых действий, описанных в статье, ложится целиком на вас. Мы не несем никакой ответственности за возможные последствия (порчу процессоров, плат, нестабильность их работы, лишение гарантии и пр.). Семь раз подумайте, прежде чем тыкать паяльником в свою мать.

Итак, приступим. Прежде всего, нас будут интересовать настольные процессоры на ядре Tualatin (Celeron и Pentium III с кэшем 256 Кбайт) как наиболее высокочастотные и до сих пор продающиеся в больших количествах. Попутно мы затронем и линейку «Коппермайнов» — тем более что они в продаже тоже еще встречаются, а переделка BX-плат под них проще. Клану «избранных» может быть интересна переделка платы ABIT BP6 под двухпроцессорные «копперы», которую мы рассмотрим как один из самых сложных случаев модификации. Не приводя подробное техническое обоснование для каждого из шагов (поверьте — оно существует), поясним лишь наиболее важные. Для удобства будем пользоваться схемой расположения и нумерации контактов на PGA-корпусах процессоров, показанной на примере процессоров Pentium III Tualatin.
Измененные контакты
Для того чтобы рядовой владелец ПК не мог использовать новые процессоры на старых, не предназначенных для этого материнских платах, корпорация Intel предусмотрела несколько «защитных» контактов в каждой из новых версий корпуса (FC-PGA и FC-PGA2). Однако нам ничего не мешает их нейтрализовать. Прежде всего, давно и хорошо известно, что для установки «Коппермайнов» в старые платы, рассчитанные только на Celeron PPGA, необходимо сделать, как правило, всего лишь три простые вещи.

Питание
Разберемся с напряжением питания — самым простым из стоящих перед нами вопросов. Для задания величины напряжения, питающего ядро процессора (Vcc), на корпусах PPGA (Celeron Mendocino) и FC-PGA (Coppermine) имеются четыре контакта (справа вверху на схеме выводов): VID0 (контакт AL35), VID1 (контакт AM36), VID2 (контакт AL37), VID3 (контакт AJ37), которые могут определять напряжение в диапазоне от 1,30 до 2,05 В с шагом 0,05 В. Однако реально для этих процессоров используется лишь несколько штатных значений: 2,00 В для Mendocino и от 1,50 до 1,75 В для «Коппермайнов». Стабилизаторы Vcc у подавляющего большинства Socket370-плат первого поколения умеют корректно выдавать Vcc, используя эти пины, и проблем питания «Коппермайнов» на старых PGA-платах возникнуть не должно. Тем не менее, при установке «коппов» на самые ранние BX/ZX-платы, предназначенные только для Celeron PPGA, следует убедиться в том, что Vcc правильное (измерив тестером напряжение на одном из Vcc-выводов разъема Socket370 с низу платы, например AH36).
С процессорами на ядре Tualatin ситуация сложнее (мы ограничимся лишь настольными «камнями» с кэш-памятью 256 Кбайт — документы Intel под номерами 24976502 и 29859604). Эти процессоры используют более низкое штатное напряжение питания, изменяемое с шагом 0,025 В. Для задания такого шага у процессоров в корпусе FC-PGA2 служит дополнительный пин VID25mV (AK36), а «распиновка» напряжений у «Туалатинов» отличается от предшественников. Если отвлечься от шага 0,025 В, отличие заключается в том, что диапазон напряжений смещен вниз (от 1,05 до 1,80 В) и для строчек с напряжениями от 1,05 до 1,25 В используются те значения на контактах VID0-VID3, которые ранее задавали напряжения от 1,85 до 2,05 В соответственно. То есть, установив в старую плату процессор со штатным напряжением питания ниже 1,30 В, можно запросто спалить его, поскольку максимально допустимым значением Vcc для «туликов» является 1,75 В (при таком напряжении производитель не гарантирует функционирования ЦПУ).
В реальности, однако, ситуация безопаснее, поскольку настольные процессоры выпускаются лишь для двух напряжений: 1,475 и 1,50 В, которые, как правило, корректно задаются стабилизаторами на старых Socket370-платах — правда, с оговоркой, что вместо 1,475 В будет 1,45 В, так как вывод AK36, согласно спецификациям, служит «землей» процессора (Vss) и на плате попросту соединен с шиной 0 В (то есть шаг 0,025 В отключен). Разница же между питанием 1,475 и 1,45 В для процессора, работающего на штатной частоте, будет незаметна. Важнее может оказаться нагрузочная способность стабилизатора Vcc на старой плате и стабильность этого напряжения при импульсной нагрузке, поскольку первые платы Socket370 при проектировании исходили из максимального тока Icc до 15 А, тогда как для «Коппермайнов» и настольных «Туалатинов» он возрос до 23 А. Но здесь уже как повезет, поскольку самостоятельно перепаивать импульсный стабилизатор на плате — занятие не для любителей. Для подстраховки могу посоветовать заменить электролитические конденсаторы стабилизатора Vcc более емкими (в полтора-два раза, не переусердствуйте) и зашунтировать их с обратной стороны платы керамическими конденсаторами емкостью 0,22–0,68 мкФ (см. фото слева).

Таким образом, перед установкой процессора в старую плату надо убедиться (при помощи омметра), что выводы VID0–VID3 не соединены с общим проводом (0 В) и что контакт AK36 служит «землей», а сразу после включения питания измерить Vcc на предмет совпадения с номиналом, обозначенным на корпусе процессора (для 1,475 В должно быть 1,45 В). Если плата не позволяет изменять напряжение Vcc (из BIOS Setup или джамперами), но очень хочется (например, для разгона), то можно поманипулировать «заземлением» контактов VID0–VID3 на плате (согласно таблицам, а также учитывая, какие из них уже заземлены на процессоре): например, для получения напряжения 1,65 В на Celeron 1000A (Tualatin) или 1,90 В на «Коппермайнах» со штатным Vcc = 1,70 В нужно закоротить на Vss (AK36) контакт VID2 (AL37).
Еще одним тонким моментом является напряжение питания системной шины (AGTL+) — так называемое Vtt. Дело в том, что Celeron PPGA и «Коппермайны» используют одинаковое Vtt = 1,50 В (вернее, Vtt для «коппов» равно опорному напряжению V_1.5 у процессоров предыдущей архитектуры, это все-таки разные понятия), тогда как для «Туалатинов» Vtt снижено до 1,25 В (именно по этой причине чипсет i440BX не может официально использоваться с «Туалатинами»). Вместе с тем максимально допустимым значением Vtt для «туликов» является 1,75 В (при этом стабильная работа процессоров производителем не гарантируется), то есть на свой риск мы можем пытаться эксплуатировать 0,13-микронные процессоры Intel на старых платах при Vtt = 1,50 В (вариант перепайки стабилизатора Vtt на 1,25 В здесь не исследуется). Практика показывает, что при Vtt = 1,50 В настольные «Туалатины» работают вполне стабильно. Это и позволит нам пойти дальше, не обращая внимание на величину Vtt.

Этот простейший подход срабатывает в большинстве случаев, но справедлив при определенных оговорках (см. внизу).
Переходим к настольным «Туалатинам». Здесь к указанным переделкам добавляются, как правило, еще три.
Снова — этот простейший подход срабатывает в большинстве случаев, но нужно сделать ряд пояснений и оговорок.
Во-первых, об удаленных контактах. AJ3 — это «защитный» RESET2# (типа прежнего AM2), который надо просто «отпустить» от «земли» (ранее там было Vss). AF36 — это новый выход DETECT, необходимый для того, чтобы плата отличала новые процессоры с Vtt=1,25 В от старых с Vtt=1,5 В, а поскольку на старых платах этот контакт заземлен, то желательно его оборвать. Об AK4 мы поговорим ниже, а AN3 является новым входом DYN_OE (ранее тут было Vss), призванным деактивировать внутри процессора сигналы BSEL (назначение частоты системной шины) и VID (назначение напряжение питания ядра, Vcc), если процессор установлен в старую плату. Дело в том, что в отличие от прежних процессоров, где BSEL и VID были просто заземлены внутри чипа или разомкнуты, в Tualatin эти контакты являются открытыми стоками транзисторов (истоки на Vss), которые замыкаются, как только на AN3 появится напряжение Vtt (в разомкнутом состоянии BSEL и VID не смогут корректно запустить плату). Внутри процессора пин AN3 «подтянут» к Vtt (поэтому в большинстве случаев удаление контакта AN3 из сокета позволяет плате запуститься корректно), однако спецификации рекомендуют все же соединять его с шиной Vtt через резистор 1 кОм. Как оказалось, в некоторых случаях это делать просто необходимо, чтобы плата заработала с «Туалатинами» правильно (например, для ABIT BP6), причем делать это нужно на самом ПРОЦЕССОРЕ (а не на плате), используя, скажем, близлежащий контакт AN11. Иногда достаточно (хотя и не совсем правильно) закоротить перемычкой НА ПРОЦЕССОРЕ контакты AN3 и AN11 (как показано на рисунке ниже) — в этом случае надо быть абсолютно уверенным в изоляции AN3 от Vss на плате, иначе последнюю можно спалить. Чтобы на плате с удаленными контактами AN3, AJ3 и AK4 заработал Celeron PPGA (Mendocino), нужно на самом процессоре тончайшим проводком (одна жила из многожильного провода) аккуратно закоротить между собой контакты AN3, AJ3, AK4 и AL3 (Vss): проверено — работает.
Во-вторых, пара слов о новых контактах напряжения шины Vtt. Их у «Туалатинов» несколько: G37 надо обязательно соединить с Vtt (убедившись, что этот контакт на плате не соединен с чем-либо еще). Пины AG1 (был EDGCTRL) и X34 (было Vcc) можно оставить как есть, если при эксплуатации Vcc будет примерно равно Vtt (Vcc = 1,45–1,55 В против Vtt=1,50 В можно считать допустимым). Контакты AB36 (был V_CMOS) и AD36 (был V_1.5) можно оставить как есть (даже неподключенными), если на них с платы не подается что-либо иное, кроме Vtt = 1,50 В. Иногда советуют обязательно подать Vtt на контакт AB36 процессора (иначе возможна нестабильность в работе), однако в своих экспериментах я не обнаружил никаких недостатков (даже с хорошим разгоном), если контакт AB36 «Туалатина» остается висящим. Меж тем следует убедиться, чтобы этот пин не был подключен к напряжению 2,5 В, иначе его следует удалить из сокета на плате (как, например, в случае с ABIT BP6).

В-третьих, разберемся подробнее с подключением контакта AK4 (вход VTT_PWRGD) процессора. Поскольку в сокете мы его уже удалили, все подключения придется производить на САМОМ ПРОЦЕССОРЕ. Согласно спецификациям, новый сигнал VTT_PWRGD должен формироваться внешней схемой (на плате) при включении питания платы примерно через 1 мс после установления сигналов BSEL, VID и опорных напряжений. После этого происходит стабилизация напряжения питания Vcc, запуск тактового генератора, и сигнал VCC_PWRGD (AK26) разрешает инициализацию процессора (см. временные диаграммы). То есть без корректного прихода высокого уровня на вход VTT_PWRGD процессора он не запустится, либо запустится неправильно (при напряжении 1,30 В). Рекомендуется «подтягивать» VTT_PWRGD к Vtt резистором 1 кОм (см. схему). Поскольку этот сигнал новый, схемы его выработки заведомо нет на старых платах, и нам придется чем-то ее заменять. Как правило, достаточно подключить AK4 и AH20 (ближайший удобный Vtt) через резистор 1 кОм на процессоре (см. фото).¹ А в ряде случаев вход АК4 можно подключить еще проще — без резистора, простой перемычкой на контакт AH20.
Наконец, все остальные «новые» контакты у «Туалатинов» отличаются от прежних не настолько, чтобы их нужно было модифицировать в процессе наших переделок. В частности, NCHCTRL (пин N37) рекомендуется подключать к Vtt через резистор 14 Ом (это задает сопротивление открытых N-каналов транзисторов, «заземляющих» линии системной шины), но платы и без этого нормально работают. Аналогично описанному выше для «Коппермайнов» работают контакты SLEWCTRL (E27) и RTTCTRL (S35), которые можно оставить как есть.

Во-первых, в «Коппермайнах» введено много контактов для напряжения Vtt (это AN11, AN15, AL13, AK16, AH20, AN21, AL21, AA33, AA35, U35, U37, S33, S37, E23 и G35; они отмечены красными точками на схеме справа). Необходимо прозвонить плату, чтобы ни один из этих контактов не был соединен с «землей», «питанием» или какими-то сигнальными цепями (иначе его тоже придется выломать из сокета, как, например, контакт AN15 на плате ABIT BP6). Спецификации рекомендуют соединить все эти контакты между собой и с контактом AD36 (V_1.5), однако, как правило, бывает достаточно соединить лишь часть из них, поскольку внутри процессоров все контакты Vtt и так закорочены (часто при переделке можно вообще исключить пункт 3). Тем не менее, для двухпроцессорного использования (когда нагрузка на системную шину больше) лениться не стоит (в плате ABIT BP6 я связал все эти контакты за исключением AN15).
Во-вторых, два новых контакта — SLEWCTRL (E27) и RTTCTRL (S35) — рекомендуется соединять с шиной Vss через резисторы сопротивлением 110 Ом и 56–68 Ом соответственно (особенно S35, поскольку он определяет «подтягивающие» к Vtt сопротивления для системной шины внутри процессоров; 68 Ом соответствует двухпроцессорной конфигурации). Но если оставить эти контакты как есть, системы обычно работают вполне стабильно, поскольку на старых платах (под Celeron PPGA) шина уже терминирована внешними резисторами.
В-третьих, две специфические переделки необходимы исключительно для платы ABIT BP6 (видимо, я был одним из первых в мире, кто до них додумался и смог еще летом 2001 года переделать эту плату под два Pentium III Coppermine безо всяких переходников типа PowerLeap Neo-S370; почти год спустя появилась статья на сайте www.bp6.com, описывающая схожую модернизацию). Итак, нужно выломать из двух сокетов контакты AN15 и соединить их на плате с контактами N33 соответствующих сокетов (это обеспечивает двухпроцессорность работы). Следует также удалить из сокетов контакты AB36 (V_CMOS) и на плате соединить их с соответствующими Z36 (V_2.5). После такой переделки дуальная работа на плате BP6 старых Celeron PPGA уже невозможна. Помимо этого, для BP6 крайне желателен ряд переделок стабилизаторов (подробнее см. на www.ferra.ru/online/system/21665).

Таким образом, основные переделки, необходимые для придания «второй» и «третьей» жизни (с процессорами Pentium III/Celeron на ядрах Coppermine и Tualatin соответственно) старым Socket370-платам на чипсетах i440BX/ZX (и аналогичных) мы рассмотрели. Но наша статья была бы незавершенной, если б мы не уделили внимания некоторым практическим аспектам работы «помолодевших» систем. В частности — высочайшему быстродействию, которое демонстрируют платы на 440BX/ZX с процессорами Tualatin на системной шине 133 МГц (и выше).
Для испытаний производительности мы выбрали популярный в народе тридцатидолларовый процессор Intel Celeron 1000A (ядро Tualatin) и слегка переделанную под него системную плату ABIT BX-133. Процессор на этой плате (и на ряде других переделанных мною BX’ов) работал стабильно при разгоне как минимум до 1500 МГц (использовалась качественная системная память PC133). Для сравнения мы взяли ряд систем на базе младших процессоров Intel Pentium 4 на ядре Northwood и AMD Athlon XP (описанных ранее в статьях на сайте www. ferra.ru), а также старшие процессоры Celeron на плате ASUS TUSL2-C (чипсет i815EP) в штатном и нештатном (до 1600 МГц, см. …/online/ system/14911) режимах работы. Винчестером служил Seagate Barracuda ATA IV, а видеокартой — ASUS V8200 Deluxe (GeForce3), сохранявшая работоспособность на частоте шины AGP даже выше 100 МГц (это необходимо для работы чипсета 440BX на частоте FSB и памяти в 150 МГц). Использовался наш стандартный набор тестов (см. врезку справа).
Выводы очевидны: маркетологи стремятся поскорее похоронить настольные процессоры на ядре Tualatin, хотя порох в их пороховницах до сих пор способен подпалить крылья более дорогим и новым системам, особенно если взять для этих целей уже подзабытую легенду прошлых лет — чипсет Intel 440BX и чуть переделать старые системные платы. Так не будьте же жертвой рекламы и не переплачивайте за навязываемый вам апгрейд, а лучше проявите смекалку.

Новые скорости i440BX
Более подробно о сравнении производительности этих систем можно прочитать в статье на www.ferra.ru/online/system/ 21665, а здесь я приведу результаты лишь нескольких характерных диаграмм. По полосе пропускания памяти системы на Celeron Tualatin значительно уступают современным DDR-платформам на Pentium 4 и Athlon XP, зато по латентности памяти платформам на i440BX нет равных (особенно при разгоне до шины 133 и 150 МГц). В ряде приложений и комплексных тестов «старички» на BX (с разгоном шины до 133–150 МГц) чувствуют себя настолько уверенно среди молодых конкурентов с большей частотой, что порой диву даешься. Например, в тесте CPUmark 99 «старший» Celeron Tualatin обогнал даже DDR-платформы с Pentium 4 2.0A и Athlon XP 1800+ с памятью PC133, вплотную приблизившись к Athlon XP 1800+ с памятью DDR266. В комплексном игровом DirectX-тесте 3Dmark 2001 — почти та же картина, а Celeron 1333 МГц на BX не хуже Pentium 4 2.0A, Athlon XP 1800+ и Celeron 1600 на 815EP с той же памятью (PC133). Воистину чудеса! В «Quake III» наш герой на шине 150 МГц обошел не только указанные выше системы, но и Athlon XP 1800+ с DDR266, а Celeron 1333 МГц на чипсете 440BX «разбил» даже Celeron 1600 на 815EP с той же частотой памяти и FSB! В офисной производительности (SYSmark 2001) — похожая ситуация, и дешевый Celeron 1500 МГц на старичке BX ничуть не хуже многих более дорогих систем на Pentium 4 и Athlon XP. Наконец, архивирование в WinRAR 2.90 ставит победную точку: сверхмалая латентность памяти на BX и преимущества микроархитектуры Pentium III позволяют им творить в этом приложении просто чудеса! Как, впрочем, и в тестах несложных математических вычислений (TestCPU).

1 Для обеспечения задержки примерно в 1 мс после подачи Vtt и установления «высокого» уровня на входе AN3 (DYN_OE, см. выше) можно заземлить этот вход конденсатором где-то на 0,68 мкФ. Видимо, это наиболее корректный (из простых) способ подключения контакта AK4 процессора. И даже при наличии «конденсатора задержки» иногда (как в случае ABIT BP6) требуется дополнительно «подтягивать» вход AN3 процессора к Vtt (резистором или закороткой).