Pentium 4 на системной шине 533 МГц и чипсет i850E

Обзор новых процессоров Intel на системной шине 533 МГц: их преимущества и перспективы.

6 мая 2002, аккурат после любимого рабоче-крестьянского праздника, наконец, свершилось то, о чем так долго твердили большевики - корпорация Intel выпустила процессоры Pentium 4, работающие на системной шине (Front Side Bus или FSB) Quad Pumped Bus 533 МГц. То есть вместо тактовой частоты системной шины в 100 МГц, которая была у процессоров Pentium 4 до сих пор, в новых моделях используется 133 МГц. Причем если первоначально планировалось объявить в этот день лишь два процессора для новой системной шины - с частотой 2,26 и 2,40 ГГц, то в последний момент к ним прибавили еще один на частоту 2,53 ГГц. Таким образом, сегодня мы являемся свидетелями выхода сразу трех новых высокопроизводительных процессоров линейки Pentium 4, один из которых на 0,13 ГГц обогнал вышедший в начале апреля Pentium 4 2,4 ГГц (см. наш обзор www.terralab.ru/system/16382). Чтобы не путать одночастотные процессоры на новой системной шине со старыми (например, при частоте 2,4 ГГц), первые будут иметь обозначение с буквой «В» на конце: 2.4B.

Необходимость в более быстрой системной шине для Pentium 4 стала назревать с выходом процессоров на ядре Northwood (www.terralab.ru/system/15067). В частности, мы в наших обзорах неоднократно возвращались к этому вопросу, моделируя поведение этих процессоров на шине 533 МГц при помощи разгона стандартных моделей (см., например, www.terralab.ru/system/15065 и www.terralab.ru/system/15197) и везде получая хорошо видимый выигрыш от применения более быстрой FSB даже при неизменной частоте ядра процессора и памяти (www.terralab.ru/system/15484). А в недавнем обзоре масштабируемости процессоров на ядре Northwood (см. www.terralab.ru/system/16382) мы попытались смоделировать рост производительности систем при росте частоты ядра до 3 ГГц и выше и обнаружили, в частности, что процессоры с FSB 400 МГц масштабируются хуже, чем процессоры с FSB 533 МГц, и особенно заметен выигрыш от применения новой FSB был для систем с памятью DDR. Например, применение FSB 533 МГц помогло бы решить проблемы с насыщением масштабируемости для систем с DDR при частотах процессора выше 2,8-3 ГГц.

На самом деле, эти выводы не столь очевидны, поскольку сейчас даже при FSB 400 МГц пропускной способности процессорной шины (а это 3,2 Гбайт/с) теоретически хватает, чтобы не тормозить работу с памятью для настольных систем (3,2 Гбайт/с для PC800 и 2,7 Гбайт/с для DDR333, уже не говоря о DDR266, см., например таблицу img.terralab.ru/pubimages/23536.gif). То есть дальнейший рост пропускной способности процессорной шины до 4,27 Гбайт/с (FSB 533 МГц) как бы бесполезен, поскольку узким местом будет являться современная системная память для этой платформы (напомню, что применение более быстрой памяти RDRAM PC1066 и PC1200 еще только обсуждается). Тем не менее, на практике выигрыш есть, и он обусловлен во многом меньшими задержками в работе системной шины 533 МГц (меньшей латентностью), за счет чего ускоряется и работа с памятью в реальных задачах. Об этом мы уже писали в наших предыдущих статьях по этому предмету, и увидим еще раз сегодня на новых тестах.

Новые процессоры Intel для FSB 533 МГц основаны на хорошо известном нам ядре Northwood и не несут никаких архитектурных улучшений по сравнению с предшественниками, за исключением более быстрой FSB. Даже степпинги у новых и старых (январских) процессоров совпадают (судя по скриншотам программ типа WCPUid). У старшего процессора возросла и рассеиваемая мощность: 59, 3 Ватт по Thermal Design Power при максимальной температуре до 71 С (мнинмальная рабочая +5 С). Напряжение питания тоже не изменилось (как мы знаем, данное ядро имеет потенциал работы до 3 ГГц при том же напряжении питания). Тем не менее, они не являются «просто разогнанными» прежними процессорами, поскольку имеют измененные внутренние тайминги для работы с новой шиной, то есть производительность «родного» и «разогнанного» до 533 МГц процессоров может немного отличаться. Насколько - мы посмотрим ниже. Кроме того, по утверждению сотрудников корпорации, часть процессоров для FSB 533 МГц может не завестись на шине 400 МГц (и, разумеется, часть процессоров для FSB 400 МГц не заведется на 533 МГц). То есть для новых процессоров необходимы новые адаптированные и «валидированные» чипсеты и системные платы.

Поэтому одновременно с выходом новых процессоров Intel объявила и новый чипсет (пока один) для системной шины 533 МГц. Им стал i850E для системной памяти RDRAM PC800, который, по сути, ничем, кроме частоты шины FSB, не отличается от своего удачного предшественника i850 (см. блок-схему). Как мы помним (см., например, www.terralab.ru/system/15484), прежний i850 мог, в принципе, нормально работать при FSB 533 МГц и стандартной частоте PC800, то есть практически вся работа по выпуску нового чипсета свелась к тщательным проверкам и подгонкам прежнего чипсета для работы с новой FSB. Попутно отмечу, что для совместной работы с системной шиной пригодны только модули PC800 со спецификацией 40 нс, тогда как 45-наносекундные RDRAM годятся только для систем с FSB 400 МГц. К сожалению, использование более быстрой памяти с этим чипсетом (PC1066 или PC1200) пока не предусмотрено, поскольку над разработчиками довлела идея не ужесточать требования по проектированию материнских плат на новом чипсете, иначе производители системных плат испытали бы большие трудности по существенному перепроектированию своих продуктов на чипсете для RDRAM (нынешние платы на i850 потребуют минимальных изменений для использования i850E). Однако это не исключает того, что отдельные особо ретивые «матерестроители» могут сами провести проектирование и «валидацию» (сертификацию) своих плат для работы с памятью PC1066 на чипсете i850E. То есть, несмотря на то, что i850E официально не поддерживает PC1066, теоретически он вроде бы способен работать с такой памятью. По аналогичной причине «южный» хаб у нового чипсета остался пока прежний (ICH2), несмотря на то, что новый ICH4 с поддержкой USB 2.0 и других «вкусностей» уже практически готов к выходу (он будет объявлен в конце мая вместе с выходом чипсетов i845E/G/GL).

Одной из системных плат на новом чипсете i850E, вышедшая одновременно с выпуском новых процессоров, стала плата Intel D850EMV2 (на фото). Полноразмерная, выполненная в традиционном интеловском стиле (разводка практически одинакова с вариантом одноплановой укороченной микро-АТХ платы) со «стоячими» аудиоразъемами, эта плата имеет на борту мощный и экономичный стабилизатор для питания процессора, добротный импульсный стабилизатор питания памяти, сетевой контроллер (LPC47M142-NC), звук на AC’97-кодеке AD1885 от Analog Devices и контроллер USB 2.0 на известном чипе от NEC D720100AGM (см. www.terralab.ru/storage/13374). То есть, не дожидаясь выхода нового моста ICH4, корпорация решила оснащать свои платы с прежним хабом ICH2 портами USB 2.0 при помощи других доступных способов. Два порта USB 1.1 (от ICH2) могут выводиться на переднюю панель системного блока. В лучших традициях Intel, эта плата имеет минимум джамперов и аскетический BIOS Setup с минимумом необходимых настроек.

Переходим к испытаниям новых процессоров на новом чипсете и сравнению их со старыми процессорами (на шине 400 МГц) на старом чипсете i850. «Честь» старичка отстаивала плата ASUS P4T-E (см. www.terralab.ru/system/14788). Во всех тестовых конфигурациях использовалась только память PC800, ускоритель ASUS V8200 Deluxe и винчестер Seagate Barracuda ATA IV 80 Гбайт. Методика испытаний во многом повторяет описанную ранее (см. предыдущий линк).

Для затравки взглянем на три скриншота простеньких тестов процессора (на 2,53 ГГц) и памяти в программах TestCPU и SiSoft Sandra 2002. Особых комментариев здесь не требуется, отмечу лишь, что неофициальные процессоры, с которыми сравнивается новичок в тесте TestCPU, были подробно описаны и оттестированы в материалах www.terralab.ru/system/14911 и www.terralab.ru/system/15067. Как видим, теперь уже вполне официальный процессор Intel Pentium 4 2,53 ГГц показывает очень хорошие результаты.

Перейдем к сравнительным тестам всех новых процессоров со старыми. В наших исследованиях процессора Pentium 4 на ядре Northwood приняли участие следующие конфигурации систем:

Стандартные c FSB=100(400) МГц:
1. Pentium 4 2.40 с памятью RDRAM PC800 на плате ASUS P4T-Е (i850);
2. Pentium 4 2.20 с памятью PC800 на плате P4T-Е;
3. Pentium 4 2.0А с памятьюPC800 на плате P4T-Е;
Стандартные с FSB=133(533) МГц:
4. Pentium 4 2.53 с памятью PC800 на плате Intel D850EMV2 (i850E);
5. Pentium 4 2.4B с памятью PC800 на плате D850EMV2;
6. Pentium 4 2.26 с памятью PC800 на плате D850EMV2;
Нестандартные c FSB=133(533) МГц (разгон процессоров с системной шиной 400 МГц, отмечены звездочками на диаграммах):
7. Pentium 4 2.53 ГГц с памятью PC800 на плате ASUS P4T-Е (i850);
8. Pentium 4 2.40 ГГц с памятью PC800 на плате P4T-Е;
9. Pentium 4 2.00 ГГц с памятью PC800 на плате P4T-Е;

Сначала рассмотрим скорость работы систем с памятью (три желтые диаграммы). В «потоковом» тесте памяти из пакета Sandra 2002 все системы на шине 533 МГц равны и примерно на 12% обходят системы на «старых» процессорах с шиной 400 МГц, несмотря на то, что память везде одинакова (РС800). Причину этого мы постараемся понять чуть ниже. В скорости чтения и записи памяти, напротив, наблюдается зависимость не только от частоты FSB, но и от частоты CPU (судя по Cachemem 2.22). Тут плата ASUS везде немного опережает плату Intel для всех процессоров (как правило, платы Intel несколько медленнее аналогов от других производителей, но зато надеж нее в работе). Тем не менее, все системы с FSB 533 МГц читают из памяти быстрее, чем системы с 400 Мгца по скорости записи вообще есть четкая разница между разными FSB - примерно в 15% (вспомните тест Sandra). Еще интереснее картина с латентностью при работе с памятью (третья желтая диаграмма). Напомню, что латентность в тесте Cachemem отсчитывается в циклах частоты CPU, то есть для более низкочастотных процессоров она численно может быть ниже, хотя по абсолютному времени задержек это не так. Тут мы видим, что при переходе на FSB 533 МГц латентность заметно снижается, а это может очень помочь процессорам достигнуть лучшей производительности и в потоковых тестах памяти, то есть повлиять и на результаты Sandra, и на скорость записи в память. Еще отметим, что «родные» и «разогнанные» до 533 МГц процессоры имеют практически одинаковую латентность (с погрешностью на «разность» матерей).

Все эти различия не могут не сказаться на производительности новых процессоров в приложениях. И если в комплексных тестах SYSmark 2001 и 2002 разница между системами с разной FSB не столь ощутима (хотя и есть), то в ряде других тестов и приложений отличия возрастают.

Даже несложный математический CPUmark 99 «чувствует» новую шину и прибавляет в скорости. А уже более сложные Science Mark V1.0 (приложение Atomic RHF) и архивирование в WinRAR 2.90 прибавляют в скорости на FSB 533 МГц куда заметнее: на 3% и на 4-9% соответственно.

Похожая прибавка есть и при работе с видео: в комплексном тесте Video2000 прибавка от новой шины дает 1-1,5%, а при кодировании в WME 7 или MPEG4 во FlasK - до 3%. Конечно, это нельзя назвать выдающимся результатом, который удастся почувствовать «на своей шкуре», но ведь капля камень точит.

В тестах трехмерных задач (игровых и профессиональных) преимущество новой FSB также чувствуется. И если в 3Dmark 2001 оно не превышает 2% (но четко прослеживается), то под OpenGL выигрыш больше - до 5% в Quake III, около 3% в Serious Sam и 1-2% в Vulpine GLmark. А в некоторых профессиональных OpenGL-приложениях (судя по тесту SPEC viewperf v6.1.2) до 2% при желании тоже можно получить.

Таким образом, появление новой системной шины 533 МГц в процессорах Pentium 4 рассчитано скорее на будущие применения и модели процессоров с более высокой тактовой частотой, хотя и в нынешних системах с RDRAM она может дать прибавку в производительности в несколько процентов за счет, главным образом, уменьшающейся латентности при работе процессора с памятью. Возвращаясь к нашим недавним исследованиям масштабируемости Pentium 4 (www.terralab.ru/system/16912), можно сказать, что если для систем с RDRAM новая FSB пока не столь важна (нужно дождаться PC1066, чтобы «почувствовать разницу»), то для систем с памятью DDR применение FSB 533 МГц несет, как ни странно, куда большие дивиденды и способно заметно ускорить работу процессоров выше 2,5 ГГц. К этому мы еще вернемся в скором времени, когда выйдут DDR-чипсеты Intel для новой FSB. В заключение отмечу, что существенной разницы в скорости равночастотных систем на «родных 533» и «разогнанных до 533» процессорах по нашим тестам не видно (учтем, что плата от ASUS все же чуток пошустрее интеловской). Забегая вперед, скажу, что тесты обоих этих вариантов процессоров на одной плате (на чипсете SiS645DX) показали практически полное равенство этих вариантов между собой (об этом - в одной из наших следующих статей), то есть наши выводы относительно перспектив FSB 533 МГц, сделанные ранее на основе моделирования FSB=533 путем разгона (см. предыдущий линк), можно с уверенностью считать вполне адекватными и для официальных систем.