Oбзор современных платформ для настольных процессоров Intel — Pentium 4 и Celeron. Часть первая: процессоры, память, чипсеты.

Как и было обещано в одном из наших предновогодних материалов (см. «КТ» #475), год 2003-й мы начинаем с обзора новейших платформ для настольных процессоров Intel — Pentium 4 и Celeron. С момента предыдущего крупномасштабного обзора систем для Pentium 4, вышедшего в декабре 2001 года («КТ»#425),  ситуация с чипсетами для процессоров Intel сильно изменилась — вышло множество новых продуктов,  прежние практически исчезли с прилавков да и процессоры стали другими. И нам предстоит по новому взглянуть на ситуацию с выбором платформы для ПК с самым массовым на сегодня процессором¹.

Во введении мы кратко рассмотрим насущное настоящее и ближайшее будущее процессоров Intel на рынке ПК, а также некоторые ключевые моменты платформ для них. В следующих частях будут рассмотрены новейшие и недавнего прошлого дискретные чипсеты для Intel Pentium 4/Celeron (то есть с разъемом Socket 478) и некоторые характерные системные платы на их основе. А в последней статье подведем сравнительные итоги испытаний производительности этих чипсетов при использовании различных типов памяти,  чтобы выявить сильные и слабые стороны каждого из них и наиболее предпочтительные варианты выбора в зависимости от специфики применения.

Процессоры

Перво-наперво посмотрим, что у нас творится с самими процессорами Pentium 4 и Celeron. Выпустив в самом начале 2002 года новое 0,13 микронное ядро Northwood для Pentium 4 (см. www.terralab.ru/system/15067), корпорация Intel придала новое мощное дыхание своим процессорам с микроархитектурой NetBurst (Pentium 4 на предыдущем 0, 18 микронном ядре Willamette, см. www.terralab.ru/system/15065, воспринимались рынком весьма неоднозначно). Увеличенная вдвое (до 512 Кбайт) кэш память второго уровня, существенно уменьшенное тепловыделение (в пересчете на тактовую частоту) и возможность наращивания частоты ядра (и кэш памяти)  до более чем 3 ГГц позволило процессорам Pentium 4 Northwood быстро завоевать симпатии не только массового и корпоративного пользователя,  но и пользователей энтузиастов (младшие дешевые модели Pentium 4 имеют великолепный потенциал для «разгона»). В течение 2002 года Intel периодически повышала тактовую частоту моделей Pentium 4 (выпустив для этого новую улучшенную версию кристалла ядра Northwood, см. www.terralab.ru/system/16382 и …/system/19445), доведя ее в конце концов до 3,06 ГГц (см. …/system/21320). Кроме того, за прошедший год корпорация еще дважды усовершенствовала процессоры на этом ядре: в мае «Пентиумы» обрели более быструю системную шину Quad Pumped Bus с частотой передачи данных 533 МГц (вместо традиционной 400 мегагерцовой, см. …/system/17702), а в ноябре в настольные процессоры пришла серверная технология Hyper Threading, позволяющая одному процессору работать в системе фактически как два независимых логических процессора (подробности см. на …/system/21320).

В прошедшем году была завершена многолетняя и очень успешная карьера настольных процессоров предыдущей архитектуры (Pentium III): последняя модель Celeron 1400 МГц на ядре Tualatin была выпущена в мае, а в декабре Intel прекратила принимать заказы на поставку процессоров Celeron этой архитектуры (однако реально такие процессоры еще некоторое время будут выпускаться и продаваться). Настольные Pentium III Tualatin (с кэш памятью 256 Кбайт) были свернуты еще раньше. Таким образом, за Pentium III (с кэш памятью 512 Кбайт) остались пока лишь недорогие компактные ноутбуки (до прихода Banias) и дешевые экономичные мультипроцессорные серверы. Впрочем, в компьютерах пользователей эти удачные процессоры будут жить еще очень долго, поскольку до сих пор обладают весьма неплохими показателями производительности в ряде задач (см., например, «КТ» #458; www.terralab.ru/system/21427, …/system/21665 и …/system/14911), а в несколько раз меньшее тепловыделение позволяет собирать с их помощью почти бесшумные компьютеры (см., например, …/system/5961 и …/supply/9668).

Для сегмента самых дешевых ПК корпорация выпустила в 2002 году новые процессоры — Celeron с архитектурой NetBurst и системной шиной QPB 400 МГц. Летом появились модели Celeron с частотой 1, 7, 1, 8 и 1, 9 ГГц, основанные на морально устаревшем ядре Willamette, да к тому же с урезанным вдвое (до жалких 128 Кбайт) кэшем L2 (чтобы не «перекрыть воздух»тогда еще продававшимся Pentium 4 Willamette). Эти процессоры во многих популярных тестах демонстрировали производительность на уровне старших Celeron Tualatin. Однако осенью Intel выпустила новые Celeron — уже на ядре Northwood (хотя тоже с урезанным до 128 Кбайт кэшем) с частотой 2, 0 и 2, 2 ГГц. Помимо более высокой частоты, эти процессоры обладают превосходным потенциалом «разгоняемости» (где то до 3 ГГц), что делает их заметно более привлекательными для покупки стесненными в средствах пользователями (вспомните легендарный Celeron 300A, см. www.computerra.ru/offline/1999/299/3706, или недавний Celeron 1000A, см. www.terralab.ru/system/21665).

Если же смотреть в будущее, то в 2003 году нас ожидает несколько «настольных» процессорных новинок от Intel. Во первых, в течение года будет продолжать развиваться 0, 13 микронное ядро Northwood. А во вторых, ближе к осени выйдет Pentium 4 на новом 90 нанометровом ядре Prescott (видимо, с большим объемом кэш памяти). В конце 2002 года могло показаться, что ядро Northwood практически исчерпало свои резервы роста — частота достигла предела (выше 3, 06 ГГц выход годных кристаллов был крайне низок, и в Intel одно время поговаривали, что это будет последний массовый Northwood процессор), изначально заложенные в ядро новшества получили реализацию (блоки для Hyper Threading присутствовали на кристалле Northwood с самого начала, просто были дезактивированы), частота работы системной шины (533 МГц) достигла, казалось, предельно возможного для недорогих печатных плат значения …Однако изобретательность специалистов Intel не знает границ, и ядро Northwood будет продолжать совершенствоваться. Судя по неофициальным планам Intel, распространяемым некоторыми информационными агентствами (например, The Inquirer, см. таблицу 1), частота ядра Northwood не только будет расти (во втором квартале появится процессор на 3, 2 ГГц, а позже, возможно, и немного выше), но и обретет новую супербыструю системную шину с частотой передачи данных 800 МГц (!). Кроме того, появятся новые дешевые процессоры Pentium 4 с частотами от 2, 4до 2, 8 ГГц, системной шиной 800 МГц и поддержкой Hyper Threading (ранее Intel утверждала, что процессоров с Hyper Threading и частотой ниже 3, 06 ГГц не будет). Celeron в этом году полностью перейдут на ядро Northwood (об увеличении размера кэш памяти до256 Кбайт пока сложно говорить) и достигнут частоты 2, 5 ГГц (а возможно — и выше). Однако их перевод даже на системную шину 533 МГц (уже не говоря о 800 МГц) пока не планируется (вспомним, как Intel всегда искусственно сдерживала рост системной шины у Celeron; впрочем, у этого тоже есть своиплюсы — удобнее разгонять).

Системная память

Помимо процессоров и чипсетов, для платформы не менее важна системная память. Если пару лет назад выбор типов системной памяти для настольных систем был крайне скудным и фактически безальтернативным (главенствовала SDRAM PC133/100), то сейчас платформы для Pentium 4 имеют невиданно широкий ассортимент типов памяти. Для самых младших систем все еще актуальна SDRAM PC133, для систем чуть дороже мэйнстримом является DDR SDRAMPC2100 (или DDR266, поскольку DDR200 уже фактически ушла с рынка ПК), для систем еще дороже и пошустрее оптимально использовать двухканальную 16 битную RDRAMPC800 (и ее разновидность — одноканальные32 битные модули RIMM3200) или DDRSDRAM PC2700 (DDR333), а для самых высокопроизводительных и дорогих систем пред назначена новая двухканальная RDRAMPC1066 (и ее разновидность — одноканальные 32 битные модули RIMM4200), двухканальная DDR266, а на горизонте маячитDDR400 (PC3200), уже поддерживаемая некоторыми чипсетами неофициально.

Для конечного пользователя основное различие между всеми эти типами памяти заключается в пиковой полосе пропускания шины данных памяти и латентности (задержкам) обращений к памяти. То есть — в быстродействии памяти. Более того, даже современные обозначения типов памяти производятся именно по пиковой полосе пропускания: например, PC2100, PC2700 или RIMM3200. Для того чтобы платформа была сбалансированной, необходимо соблюдать примерное равенство между скоростными возможностями подсистемы памяти (полосой пропускания) и ее основных потребителей — шин процессора (FSB, Front Side Bus), AGP и периферии (шина связи с южным мостом чипсета, устройства на шине PCI, дисковая подсистема и пр.). Быстродействие основных типов памяти, системных шин и др. приведено в таблице 2.

Как мы знаем, полоса пропускания системной шины процессоров Pentium 4 (и аналогичных Celeron) очень высока, и здесь память DDR SDRAM долгое время выступала в качестве безуспешно догоняющего. Изначально лишь память компании Rambus (RDRAM) могла удовлетворить аппетиты системной шины QPB процессоров Pentium 4 (у двухканальной PC800 полоса пропускания равна скорости 400 мегагерцовой шины Pentium 4 — 3200 Мбайт/с). «Излишков» же быстродействия памяти (например, для шины AGP и другой периферии) у платформы Pentium 4 не наблюдалось никогда (в отличие от современных платформ для процессоров AMD), то есть при активной работе шины AGP, дискового массива и гигабитной сети системная шина недополучала «пропускной способности»памяти. С появлением в мае прошлого года новой, более быстрой системной шины QPB 533 МГц (www.terralab.ru/system/17702) c полосой пропускания 4266 Мбайт/с сбалансированность настольных систем сильно пошатнулась. И лишь появление более быстрой RDRAM PC1066 (некоторые платы могли работать с ней уже летом 2002 года), а также двухканальной DDR266 в настольных системах в ноябре (чипсет Intel E7205) позволило выправить положение.

На момент начала использования памяти DDR266 (PC2100) в платформах на Pentium 4(см.…/system/14788) в конце 2001 года дефицит скорости памяти ощущался достаточно сильно (полоса пропускания памяти более чем в полтора раза уступала процессорной шине). Немного поправила положение (но не спасла его до конца) память DDR333, которая стала поддерживаться чипсетами SiS зимой-весной (см. …/system/15230) и чипсетами Intel осенью 2002 года (…/system/20465). И даже ранние «несертифицированные» варианты DDR400, которые могли неофициально работать на некоторых чипсетах SiS (и теоретически способны были «насытить» 400 мегагерцовую системную шину, см. …/system/17450), оказались не способны в полной мере конкурировать с RDRAM. Спасали DDR SDRAM лишь относительная дешевизна (ее и плат для нее) и низкая латентность, позволяющая в ряде задач добиваться неплохой производительности систем в целом (уступающей, тем не менее, системам на PC800), хотя масштабируемость (рост производительности системы с частотой процессора) платформ на Pentium 4 с памятью DDR266 явно оставляла желать лучшего, поскольку уже на частотах процессора в 2, 6 –2, 8 ГГц рост быстродействия платформ замедлялся (см. …/system/16382 и …/system/19445).

Частота процессоров продолжала неуклонно повышаться, и ситуация с недостатком скорости у DDR и не очень хорошей масштабируемости платформ на этой памяти требовала разрешения. Постепенная отладка DDR400 ее производителями (см. …/system/21352) упиралась в отсутствие широкомасшабной поддержки со стороны Intel — еще осенью Intel не желала встраивать поддержку этой памяти в свои чипсеты (см., например, …/system/20465). К тому же DDR400 сама по себе не могла решить проблему шины Pentium 4, поскольку новая QPB 533 МГц была все равно быстрее (см. таблицу 2).

Выход был найден в двухканальном (DualChannel) использовании памяти DDR. Первый двухканальный DDR чипсет для процессоров микроархитектуры Intel NetBurst (серверный E7500, см. …/system/16700) вышел в начале2002 года (для процессоров AMD «настольный» чипсет Nvidia nForce появился еще раньше, см. …/system/14661). И лишь в конце прошлого года Intel выпустила двухканальный DDR чипсет для настольных применений — E7205, см. «КТ»#475 или …/system/22791. Подробнее мы обсудим его в следующем разделе нашего обзора, а здесь лишь отметим, что полностью синхронная с системной шиной Pentium 4 (на одинаковой тактовой частоте) работа двухканальной памяти DDR приводит к равенству полосы пропускания шин процессора и памяти (см. таблицу 2). А заодно — и к минимально возможной латентности, что также увеличивает производительность платформ в приложениях. Отметим, что для «двухканального» использования памяти DDR используются те же модули, что и для обычных (одноканальных) DDR плат, просто они устанавливаются попарно, и суммарная ширина шины данных достигает 128 бит вместо64 бит для одноканального использования. То есть скорость памяти повышается за счет удвоения ширины ее шины, а не увеличения тактовой частоты. Таким образом, современным Pentium 4 вполне достаточно двухканальной памяти PC2100 (DDR266), прежним Pentium 4 и Celeron — даже устаревшей PC1600, а будущие процессоры с шиной QPB800 МГц «насытятся» двухканальной PC3200 (DDR400). При этом некий «дисбаланс» все жеостается, поскольку дополнительная нагрузка памяти от шины AGP и периферии будет немного «обделять» системную шину.

Чипсеты

Теперь переходим к чипсетам. Прошедший год был очень урожайным на чипсеты для настольных процессоров Intel. Все без исключения «чипсетостроители» выдали на гора по несколько разновидностей и модификаций наборов системной логики. Весь год Intel, SiS и VIA соревновались в своем умении выжимать последние соки из системных шин процессоров и памяти, снижать задержки, поддерживать все более быстрые типы памяти и т.д. Даже ALi Corporation, несмотря на фактический уход с рынка настольных чипсетов, разработала к осени 2002 года новый чипсет ALi Aladdin M1681/M1563 для Pentium 4 и демонстрировала референс плату на этом чипсете на некоторых выставках (см., например, тему номера в «КТ»#462).

Прошедший год можно без сомнения назвать годом гегемонии системной памяти DDR и чипсетов для нее — ведь практически все выпущенные наборы системной логики предназначались именно для этого типа памяти. Если в 2002 год все ведущие производители чипсетов вступили, имея на руках продукты для памяти DDR266 и процессоров с системной шиной 400 МГц (Intel 845D, SiS645, VIA P4X266, см. www.terralab.ru/system/14710), то вскоре стали появляться чипсеты для памяти DDR333 (SiS645, см. …/system/15197, и VIA P4X333), а после выхода в мае процессоров с системной шиной 533МГц — и для них. Причем при переходе на новую системную шину часто оказывалось достаточным просто проверить работу прежних чипсетов в новых условиях с обновлением спецификаций (SiS645 и VIA P4X266A, см. …/system/17880) или слегка модифицировать прежние чипсеты (Intel 845E, 850E, SiS645DX, VIA P4X333). Почти одновременно появились новые чипсеты с достаточно производительными интегрированными графическими ускорителями нового поколения (Intel 845G/GL, SiS650, см. …/system/17860 и …/system/17778). В продаже была замечена даже плата на редком чипсете ALi AladdinP4 — см. …/system/18758 . Некоторый резонанс произвел в конце весны 2002 года чипсетSiS645DX, который неофициально мог работать с памятью DDR400 и демонстрировал при этом отменную производительность на уровне «тогдашних» старших систем с RDRAM (см. …/system/17450).

А осенью 2002 года стали выходить новые чипсеты, которые являются базисом большинства продаваемых сейчас системных плат для Pentium 4. Им мы и уделим основное внимание в этом обзоре. Первым из этой «новой» волны оказался чипсет SiS648 (см., например, …/system/19470). Официальная поддержка новой шины AGP 8х и неофициальная — памяти PC3200 (DDR400) при развитой периферии в южном мосте (например, встроенный контроллер интерфейса IEEE 1394) и достаточно скромной цене делают его прекрасным выбором для недорогих плат, отвечающих всем современным требованиям.

Основные характеристики современных и недавнего прошлого чипсетов для Pentium 4 приведены в таблице 3, а блок-схемы некоторых чипсетов показаны на соответствующих рисунках.

Видно, что современные чипсеты примерно равны по скоростным возможностям и насыщенности периферией. Почти все они официально поддерживают память DDR333 (чипсету E7205 это просто не нужно), а «неинтеловские» — даже могут работать с DDR400 (пока неофициально). Фактически для этого поколения чипсетов основным типом памяти является именно DDR333 (PC2700), а в качестве дешевой альтернативы возможно применение DDR266 (PC2100), если достижение максимальной производительности системы не стоит во главе угла. До сих пор уверенно держится быстрая RDRAM (старая PC800 и новая PC1066) на чипсетах Intel 850E и новеньком SiS R658, причем эта связка вполне может конкурировать в ценовом плане с новейшими DDR платформами, поскольку память DDR333 (и тем более — DDR400) нынче недешева,  а платы на двухканальном Granite Bay пока очень дорогие по меркам рынка персональных компьютеров. Часть недорогих чипсетов до сих пор может работать со старой памятью SDRAM PC133. Практически все настольные чипсеты Intel сейчас могут работать максимум лишь с 2 Гбайт памяти, тогда как конкуренты — с 3–4 гигабайтами. Кроме того, у соперников Intel, как правило, более гибкие возможности по выбору соотношений частот работы системной шины и памяти. Все нынешние чипсеты SiS (кроме грядущих в феврале SiS655и R658) не поддерживают технологию HyperThreading (хотя процессоры на 3, 06 ГГц на этих платах работать могут — без HT). Вместе с тем, появилась информация, что небезызвестная компания PowerLeap уже почти подготовила переходник PLiP4, позволяющий активировать HT на подобных платах. То есть с его помощью, возможно, удастся заставить Hyper Threading функционировать и на SiS платах, выпущенных в 2002 году. Зато чипсеты VIA Apollo P4X400(A) обладают поддержкой Hyper Threading.

Чипсеты начали переход на поддержку шины AGP спецификации 3.0 (AGP 8х), причем на неинтеловских чипсетах это происходит быстрее (у Intel пока только Granite Bay умеет работать с AGP 8х). Южные мосты чипсетов SiS, VIA и ALi опять же имеют более быструю шинусвязи с северным мостов (533–1600 Мбайт/с), тогда как у всех настольных чипсетов Intel скорость этого линка оставляет желать лучшего (266 Мбайт/с). Аналогично — с интерфейсом UltraATA/133, поскольку корпорация упорноне желает поддерживать что либо выше UltraATA/100, время встраивания в чипсеты интерфейса Serial ATA еще не подошло, он будет лишь в следующем поколении наборов системной логики, которые ожидают нас уже очень скоро. Можно также отметить, что завершен переход на «чипсетный»USB 2.0 и шестиканальный встроенный звук (старые южные мосты без них доживают последние месяцы), не иметь встроенный сетевой контроллер10/100 Мбит/с теперь считается моветоном,  а вот время чипсетных портов FireWire (интерфейса IEEE 1394) только наступает (они есть лишь у последних южных мостов SiS962 и963) — видимо, пока удобнее отдавать этуфункцию на откуп производителям материнских плат (сказывается необходимость в лицензионных отчислениях). По прежнему слабым местом в настольных чипсетах является шина PCI 2.2 с пиковой пропускной способностью всего 133 Мбайт. По нынешним временам это явно мало для развитой периферии, но улучшений в этой области в ближайшем будущем не предвидится.

Из конкретных чипсетов можно отметить нынешний мэйнстрим чипсет Intel 845PE, первым из интеловских официально поддержавший DDR333, двухканальный DDR чипсет Intel E7205 — как своего рода прототип грядущих в начале весны чипсетов серии Springdale, давно вышедший, но до сих пор очень актуальный SiS648 с отличным набором возможностей, грядущий в следующем месяце двухканальный SiS655 для DDR333, «альтернативный» VIA Apollo P4X400A (платы на нем вот-вот должны появиться в продаже) и, безусловно, ALi Aladdin P4 M1681 — по своим характеристикам он ничуть не уступает конкурентам (жаль, что будет использоваться в основном лишь для мобильных применений).

Замечу, что компания VIA Technologies до сих пор не урегулировала свои разногласия с Intel по поводу лицензирования системной шины Pentium 4, поэтому ее чипсеты в этом сегменте рынка имеют не совсем легальный характер, хотя и продаются в определенных регионах весьма активно, а недавно даже одержали судебную победу в Великобритании. И в качестве заключительного аккорда для этой части нашего обзора взглянем на линейку двухканальных DDR чипсетов под грядущие новые процессоры Intel и память DDR400, которые готовятся к выходу совсем скоро — вначале весны. Их характеристики и обозначения официально пока недоступны, поэтому мы воспользуемся данными из многочисленных неофициальных, но заслуживающих доверия сетевых источников (см. таблицу 4).

Три чипсета Springdale различаются тем, что два старших (PE и G) будут поддерживать весь спектр настольных процессоров, включая новейшие с шиной 800 МГц, и память DDR400,  а дешевый младший (P) –лишь процессоры с шиной 533 и 400 МГц и память до DDR333 включительно. Видимо, самые популярные сразу после выхода этих чипсетов конфигурации на системной шине 533 МГц с двухканальной памятью DDR333 и наиболее дешевая с FSB 400 МГц и двухканальной DDR266 будут обладать тем преимуществом, что полоса пропускания памяти будет больше, чем у системной шины, то есть память будет обладать неким «излишком» скорости, равным примерно1 Гбайт/с (см. таблицу 2), который может быть потрачен на шину AGP и периферию почти без ущерба для процессора. Отличие «старшего» чипсета Canterwood, который нацелен на сегмент рабочих станций, то есть является прямым потомком Granite Bay, заключается в поддержке ECC памяти, отсутствии поддержки процессоров с шиной 400 МГц и памятиDDR266, а также наличии так называемого турборежима работы памяти (своеобразный аналог полностью синхронной работы FSB и памяти в чипсете Granite Bay, при котором латентность минимальна), что обещает еще несколько процентов прироста производительности. Кроме того, все новые чипсеты будут оснащаться новым южным мостом ICH5, в котором наиболее интересны два порта Serial ATA/150 и блоки встроенного гигабитного Ethernet. К этим чипсетам мы вернемся позже — после их выхода, а сейчас рассмотрим подробнее текущие продукты.

Часть вторая: характерные системные платы

 1. Судя по информации из независимых источников,  доля продаваемых сейчас процессоров Intel превышает 80%. [вернуться]