Pentium 4 на системной шине 667 МГц: каковы перспективы

Что сулит грядущий в следующем году переход процессоров Intel Pentium 4 на системную шину 667 МГц? Попытаемся в этом разобраться на примере нынешних процессоров.

Три месяца назад компания Intel успешно начала перевод своих процессоров Pentium 4 на системную шину (FSB) 533 МГц взамен прежней 400 МГц, выпустив сразу три новых процессора для новой шины с тактовой частотой ядра 2,26, 2,40 и 2,53 ГГц (см. www.terralab.ru/system/17702). Как показали многочисленные тестирования (в том числе, в нашей лаборатории, см. статьи на www.terralab.ru/system/), применение более быстрой системной шины даже совместно с прежней относительно медленной системной памятью DDR266 или RDRAM PC800 способно повысить быстродействие платформ на 5-10% в ряде задач (при неизменной тактовой частоте ядра), что фактически равноценно повышению тактовой частоты самих процессоров (со «старой» шиной) на одну-две ступени.

К тому же, оказалось, что системы с памятью DDR266 на Pentium 4 с новой системной шиной 533 МГц заметно лучше масштабируются, нежели со старой шиной 400 МГц (то есть быстрее возрастает производительность систем в разнообразных задачах с ростом частоты процессора, см. наш обзор масштабируемости), тогда как системы с DDR266 при FSB 400 МГц стали бы испытывать проблемы с масштабируемостью при частотах процессора 2,8 ГГц и выше (то есть в некоторых задачах быстродействие таких систем перестало бы возрастать сколько-нибудь заметно при дальнейшем повышении частоты ядра).

Вместе с тем, системы с FSB 533 МГц и памятью DDR266 (а на данный момент чипсеты Intel официально поддерживают только такую DDR-память) нельзя считать сбалансированными, поскольку пропускная способность системной шины вдвое превышает полосу пропускания памяти (4266 Мбайт/с против 2133 у памяти). В этом смысле применение двухканальной RDRAM смотрится более разумным, так как PC800 имеет полосу 3200 Мбайт/с, перспективная PC1066 - даже все 4266 Мбайт/с, а более быстрая FSB помогает заметно снизить латентность при работе чипсетов с памятью, что наиболее полезно как раз в случае с RDRAM). Между тем, Intel с января нынешнего года перестала активно продвигать RDRAM на рынок, переориентировавшись в сторону DDR SDRAM, и сейчас будущее RDRAM туманно (новый чипсет Intel 850E до сих пор лишь неофициально может поддерживать PC1066, а свежий чипсет SiS для этой памяти пока не блещет быстродействием, уступая платформам с DDR333/400).

Несмотря на это, Intel не намерена останавливаться на достигнутом, и сейчас в разработке находится следующее поколение процессоров Intel Pentium 4, которое будет базироваться на ядре Prescott, выпускаемом по улучшенной технологии 0,09 микрон. Оно готовится к выпуску в начале будущего года. Кроме прочих нововведений, в этом поколении процессоров возможно опять будет ускорена системная шина Quad Pumped Bus до частоты 667 МГц (тактовая частота шины 166,7 МГц). Какие дивиденды это может принести, мы и попытаемся разобраться в этой статье на примере испытаний нынешних процессоров Pentium 4, разогнанных до FSB 667 МГц. В прошлом подобный подход (разгон системной шины Pentium 4 до 533 МГц) позволил нам заранее спрогнозировать грядущие изменения (см, например, статьи www.terralab.ru/system/15065, www.terralab.ru/system/15197 и www.terralab.ru/system/15484).

Теоретически гигантская полоса пропускания будущей шины QPB с частотой 667 МГц (а это 5333 Мбайт/с) намного превышает скорость любой современной памяти, поддерживаемой официально (PC1066 тут не в счет). Это даже ВДВОЕ больше скорости DDR333 (2667 Мбайт/с)! То есть теоретически такие системы даже с DDR333 (а Intel обещает официальную поддержку DDR333 совсем скоро - в октябре в чипсетах i845GE и 845PE) не обязаны давать сколько-нибудь заметного прироста скорости по сравнению с нынешними с FSB 533 МГц (и тем более - для DDR266). Вместе с тем, снижаемая для более быстрой FSB латентность работы чипсетов с памятью имеет некоторые шансы повлиять на производительность и таких «несбалансированных» систем в лучшую сторону (это мы и попытаемся выяснить в процессе экспериментов). К тому же, не следует забывать, что Intel готовит к выпуску для сегмента персональных компьютеров новые чипсеты с поддержкой двухканальной памяти DDR266/333 (для серверов подобный чипсет E7500 для DDR200 уже был выпущен). Если эти чипсеты останутся строго синхронными (как E7500), то с двухканальной DDR266 будет применяться FSB 533 МГц, а с двухканальной DDR333 необходимо будет использовать именно FSB 667 МГц. При этом будет наблюдаться строгое равенство между полосой пропускания памяти и системной шины, то есть системы будут идеально сбалансированы. Отсюда с неизбежностью следует необходимость введения шины QPB 667 МГц в скором будущем.

Переходим к нашим тестам. Для экспериментов с разгоном FSB до 667 МГц как нельзя лучше подошел один из новых интеловских чипсетов - i845G (мы использовали его с внешним графическим ускорителем). Помогла нам в этом свежая материнская плата 845GDA от компании Jetway (ее подробный обзор был опубликован ранее). В частности, эта плата позволяет (без проблем со стабильностью) работать с памятью DDR333, хорошо разгоняется (в BIOS Setup можно менять тактовую частоту FSB до 200 МГц с единичным шагом), и ведет себя достаточно стабильно при разгоне процессора и FSB благодаря мощному стабилизатору питания процессора и возможности повышать напряжение на процессоре, памяти и шине AGP.

А главное - в BIOS Setup этой платы можно выставить соотношение между тактовой частотой шин FSB и PCI равным 4/1, 5/1 и даже 6/1, что позволяет системе работать на FSB 167 и даже 200 МГц при стандартной частоте шины PCI в 33,3 МГц. Плата устойчиво работала с бывшей у нас в наличии памятью Samsung при таймингах 2-3-3-6 как DDR333 и при 2-2-2-6 как DDR266, то есть CAS Latency везде была наименьшей (2).

В нашем сравнении (пока) участвовали три конфигурации FSB и памяти (при этом частота ядра процессора была всегда одна и та же - 2,67 ГГц; разумеется, это разогнанные варианты текущих процессоров Pentium 4 на ядре Northwood c более низкой паспортной частотой, см. скриншоты программы WCPUid):
1. FSB 667 МГц c DDR333 (нештатные FSB и память)
2. FSB 533 МГц c DDR333 (нештатная память)
3. FSB 533 МГц c DDR266 (штатные FSB и память)

Заставлять чипсет i845G работать c DDR266 при FSB 667 МГц наверное не нужно в силу крайней несбалансированности такой системы. Конфигурацию тестовых систем дополняли 512 Мбайт системной памяти (двумя модулями), графический ускоритель ASUS V8200 Deluxe и винчестер Segate Barracuda ATA IV на 80 Гбайт. Тесты традиционно проиллюстрированы на диаграммах.

По скорости работы этих с системной памятью никаких неожиданностей не наблюдалось - обе системы с DDR333 были практически равны по скорости памяти в тестах Sandra 2002, Cachemem 2.22 и Science Mark V1.0. Лишь по латентности наблюдалось в общем-то ожидаемое различие: при переходе с FSB 533 на 667 МГц наблюдалось заметное снижение латентности, даже большее, чем при переходе от DDR266 к DDR333 при неизменной FSB! В принципе, это прямой путь к повышению скорости платформы в ряде приложений, часто использующих случайные или непоследовательные обращения к памяти.

В комплексном тесте SYSmark 2002 при создании интернет-контента (дизайнерская работа) прирост от применения FSB 667 вместо 533 оказался таким же, как при замене DDR266 на DDR333 при неизменной FSB 533 МГц (около 1%), тогда как в офисной работе прирост от памяти был заметно больше, чем от FSB. На рост FSB до 667 МГц среагировал даже такой старенький тест как CPUmark 99. Однако при архивировании WinRAR 2.90 (обычно очень чувствительном к латентности и частоте FSB), и особенно при научных расчетах в тесте Science Mark V1.0 прирост от новой FSB оказался ничтожным и много меньше прироста от замены DDR266 на DDR333 (впрочем, это и не удивительно, учитывая сказанное выше). Аналогичный мизерный прирост мы получили и при комплексной работе с видео (тест Video2000), а при потоковой работе с видео (кодирование MPEG4) прироста от новой FSB не было вообще (это закономерно, поскольку тут важна не латентность, а полоса пропускания памяти).

В тестах трехмерной графики наблюдается едва ли более радужная картина: если под DirectX 8.0 (3Dmark 2001 и 2001 SE) и DirectX 7.0 (3Dmark 2000) система с FSB 667 МГц с DDR333 еще чуть-чуть опережает аналогичную c FSB 533, то под OpenGL разница между ними тает на глазах на фоне прироста от смены памяти DDR266 на DDR333. В Quake III Arena (на этом уровне FSB) все определяет DDR-память, Серьезный Сэм и Vulpine Glmark 1.1 - практически та же картина, да и в профессиональных пакетах теста SPEC viewperf никакой разницы от смены FSB 533 на 667 заметно не было.

Таким образом, разговор о системной шине Pentium 4 с частотой 667 МГц для современных систем с памятью DDR пока несколько преждевременен. Сейчас (после ввода FSB 533 МГц) узким местом определенно является память DDR266/333, и главные усилия разработчиков должны быть сосредоточены именно на создании чипсетов с поддержкой DDR333/400 и выше, а также чипсетов для двухканальной памяти DDR (это более перспективное направление повышения производительности систем). Можно даже сказать, что без введения двухканального чипсета для DDR (такой чипсет под названием Springdale готовится параллельно с Prescott) грядущее появление Pentium 4 на ядре с FSB 667 МГц будет неполноценным шагом. Тем не менее, наличие систем с памятью RDRAM PC1066 может несколько изменить наши представления о перспективах FSB 667 МГц. Но об этом мы поговорим уже в другой раз.