IT История

На песчаном берегу были аккуратно разложены стеклянные бусы, куски разноцветной материи, блестящие металлические безделушки. Напротив диковинных предметов туземцы поместили слоновую кость, крупный жемчуг, великолепные раковины и золотые украшения. Обмен состоялся. И бородатые пришельцы, и туземцы были потрясены размерами богатства, попавшего в их распоряжение. Через несколько сотен лет только лишь за одну крупную жемчужину любой туземец мог бы приобрести горы стеклянных и металлических изделий...

Основой любого системного блока является платформа - материнская (системная) плата+процессор+модули расширения оперативной памяти (модули оперативной памяти). Именно платформа в наибольшей степени определяет производительность любого компьютера.

По классическому сценарию рождение платформы сопровождается появлением на свет нового процессора и чипсета. В отдельных случаях на суд публики представляется полный набор компонентов, включающий в себя и новую оперативную память.

Исторические заметки о современных платформах

20 ноября 2000 г. Intel представила свою новую разработку - процессор Pentium-4 с процессорным разъемом Socket 473, обладающий высокопроизводительной FSB-шиной. Именно этот важный элемент (FSB) архитектуры системы часто является узким местом в достижении максимальной производительности компьютера. Недостаточная пропускная способность шины нередко сопровождается недозагрузкой процессора за счет появления дополнительных циклов ожидания готовности шины. Процессор простаивает, в результате чего снижается эффективность как его работы, так и всей системы в целом. Особенно это касается процессоров с высокими значениями внутренних рабочих частот. Новая шина Pentium-4 при тактовой частоте 100 МГц осуществляла передачу данных с частотой 400 МГц (технология Quad-Pumped-Engine), что увеличило ее пропускную способность до 3,2 Гб/с против 133 МГц шины, используемой в процессоре Pentium III и обладающей пропускной способностью 1,06 Гб/с. Такое нововведение потребовало внесения корректив в разработку соответствующих элементов окружения процессора.

Чипсет, его внутренняя структура и функциональные возможности должны быть тесно увязаны с особенностями архитектуры конкретных модификаций процессоров, на работу с которыми он ориентирован. Для процессора Pentium 4 таким чипсетом стал i850.

Чипсет i850 (i850 Chipset) являлся продолжением линии специализированных наборов микросхем системной логики фирмы Intel, родоначальником которой послужил i810 (i810 Chipset), был оптимизирован для процессоров Intel Pentium 4, работающих при тактовой частоте шины процессора Host Bus (FSB) 100 МГц (400 МГц Data Bus).

Встроенный интерфейс работы с памятью (DRAM interface) поддерживал два канала памяти технологии Direct Rambus. Тактовая частота канала - 300 и 400 МГц. Частота передачи данных осуществлялась по переднему и заднему фронтам тактового сигнала, при тактовой частоте канала 400 МГц в результате применения этой технологии частота достигала 800 МГц. Это обеспечивало скорость передачи данных 1,6 Гб/с для каждого канала, что при использовании двухканальной структуры подсистемы памяти чипсета i850 позволяло достичь 3,2 Гб/с. Платформа Pentium4+i850Chipset+DRDRAM оказалась исключительно производительной и не менее дорогой, что не способствовало продвижению этого технического решения на необъятный рынок домашних пользователей. Однако компания Intel до 2001 г. была связанна контрактом с компанией Rambus и была вынуждена выполнять взятые на себя обязательства по использованию дорогой и производительной оперативной памяти DRDRAM.

В 2001 г. Intel выбрасывает на рынок i845А Chipset - это первый чипсет для процессоров Pentium-4 с процессорным разъемом Socket 478, поддерживающий оперативную память SDRAM РС133 с пропускной способностью всего 1,06 Гб/с. И вот тут Pentium-4 прорвался в широкие народные массы, которые немедленно сравнили новый процессор со старшим Pentium III. Сравнение показало, что новая платформа Pentium-4+i845АChipset+SDRAM РС133 не слишком-то вырвалась вперед в производительности, однако заметно возросла в цене. А потребитель чрезвычайно не любит потратить деньги и за это ничего не получать. Очевидно, что узким местом такой платформы была медленная оперативная память. Intel должна была срочно принимать меры по двум причинам: AMD начала поставлять платформы с быстро дешевеющей и производительной памятью DDR SDRAM, а сторонние производители на свой страх и риск начали предлагать платформы с памятью DDR SDRAM для Pentium-4. В результате Intel прекратила производство Pentium III, стоимость которого замёрзла на отметке $100 и предложила i845D Chipset - первый чипсет, рассчитанный на работу с внутренней шиной процессора (FSB) на частоте 400 МГц и с более быстрой DDR SDRAM памятью, обладающей пропускной способностью 1,6-2,1 Гб/с. Дополнительным преимуществом платформы Pentium-4+i845DChipset+DDRSDRAM DDR266 стала ее стабильная работа, чего нельзя было сказать о сторонних производителях. Производительность платформы пошла в гору, и все начало налаживаться. Как говорил Р.Л. Стивенсон: Все хорошее и дурное приходит мало-помалу . Чипсет Intel i845 достаточно часто переживал реинкарнации и каждый раз возрождался с более совершенными характеристиками. В настоящее время можно встретить:

- Intel i845GЕ - чипсет, поддерживающий частоту FSB 400/533 МГц, память с пропускной способностью до 2,7 Гб/с, а также 4-х AGP и интегрированный видеоадаптер Intel Extreme Graphic, работающий на частоте 200 МГц;

- Intel i845GL, тот же i845GЕ, но без внешнего порта AGP;

- Intel i845РЕ, тот же i845GЕ, но без интегрированного видеоадаптера.

Все чипсеты i845 поддерживают технологию Hyper-Threading, что позволяет установить на материнскую плату процессоры с тактовой частотой 3,06 ГГц. Максимальную производительность системная логика 845-й серии демонстрирует в асинхронном режиме при частоте FSB 533 МГц и частоте шины памяти 333 МГц (пиковая пропускная способность 2,7 Гб/с). Одноканальная архитектура контроллера памяти не позволяет Intel i845GЕ демонстрировать высокую производительность в графических приложениях.

Идея использовать двухканальный контроллер памяти для Pentium-4 в домашних компьютерах давно витала в воздухе. Да и конкуренты не дремали:

- чипсет SiS655 являлся первым 2-канальным чипсетом для платформы Pentium-4+ SiS655Chipset+DDRSDRAM, если не принимать во внимание набор системной логики Intel Е7205, ориентированный на применение в рабочих станциях.

- первые чипсеты для процессоров AMD со 128-битной шиной памяти появились еще в 2001 г., когда компания nVidia выбросила на рынок свою линейку nForce с технологией TwinBank Memory Archiecture, благодаря чему эффективная пропускная способность памяти DDR266 удвоилась и достигла 4,2 Гб/с против 2,7 Гб/с пропускной способности системной шины Athlon XP.

В сложившихся условиях, в апреле 2003 г. компания Intel представила новый чипсет i875Р и трехгигагерцевый процессор Pentium-4 с поддержкой технологии Hyper-Threading и частотой процессорной шины 800 МГц. Родилась новая платформа - Pentium-4+i875РChipset+ DDRSDRAM DDR400.

Чипсет Intel i875Р (Canterwood) сочетает в себе лучшие качества своего предшественника Intel i845 с сильнейшими сторонами серверных чипсетов Intel Е7500/460, а по многим характеристикам даже превосходит их. Для гармоничной работы процессора требуется быстрая оперативная память - двухканальная DDR400 (рс3200). Фактически чипсет позиционируется производителем как устройство для высокопроизводительных рабочих станций и серверов начального уровня.

Кроме Intel i875 Intel представила три новых набора системной логики i865Р, - РЕ, - G. Эти чипсеты значительно дешевле топового продукта Intel (i875 Chipset) и предназначены специально для массового рынка.

Чипсеты Intel i865Р, - РЕ, - G поддерживают технологию Hyper-Threading, 8-х AGP, имеют двухканальный DDR-контроллер:

- i865Р Chipset предназначен для процессоров Pentium-4 с частотой FSB 400/533 МГц и не поддерживает DDR400;

- i865РЕ Chipset имеет 800 МГц FSB и поддерживает двухканальную память DDR400. На нем можно построить прекрасно сбалансированную альтернативу i875Р;

- i865G Chipset - это тот же i865РЕ, но с интегрированной графикой. Графическое ядро - Intel Extreme Graphic-2 работает на частоте 266 МГц.

Несколько позже появился набор системной логики i848Р Chipset, который представляет собой чипсет i865Р, лишенный второго канала памяти. В остальном i865Р и i848Р одинаковы.

Заметки о производительности платформ

Сегодня двухканальный бум охватил всех производителей системной логики. Основное отличие DDR SDRAM (RDRAM) от SDRAM заключается в возможности считывания данных одновременно из нескольких банков памяти и пересылка их на высокой скорости чипсету. Максимальная производительность достигается при попеременном считывании данных из разных банков. Если требуемая информация располагается внутри одного банка, выигрыш в быстродействии получить не удастся. Следовательно, пропускная способность памяти зависит от количества доступных банков - чем их больше, тем выше вероятность найти необходимые данные в незадействованном банке.

Принцип работы платформы с несколькими каналами памяти очень похож на схему, применяемую в DDR SDRAM. Двухканальные контроллеры памяти, устанавливаемые в системную логику, увеличивают количество каналов, соединяющих модули с чипсетом. Таким образом, многоканальность системной логики позволяет ей считывать данные из нескольких модулей одновременно. Каков же выигрыш?

На быстродействие подсистемы памяти оказывают влияние два параметра - пропускная способность шины и латентность модулей. При увеличении пропускной способности шины растет теоретический предел быстродействия, однако латентность модулей памяти не позволяет его достичь, т. к. заставляет шину простаивать. При внедрении в массы DDR SDRAM, реальный выигрыш производительности от удвоения скорости передачи данных (использования обоих фронтов тактового сигнала) находился на уровне 10%, а иногда 50%, но не как теоретических 100%. То же самое происходит и сейчас при переходе на 2-канальные подсистемы памяти. Реальный рост производительности платформы не превышает 5%, хотя теоретически пропускная способность удвоилась.

Исследования показали, что при работе с одним и тем же типом памяти разные чипсеты демонстрируют разную производительность. Например, набор логики nVidia nForce2 существенно поднял производительность платформ на базе AMD Athlon XP. После детальных тестов выяснилось, что дело не в 2-канальности (одноканальные системы так же обходили конкурентов), а в технологии DAPS (Dynamic Adaptive Speculative Pre-Processor), разработанной инженерами AMD. DAPS представляет собой интеллектуальную подсистему предвыборки данных из памяти на основании истории запроса процессора. Т. е. вместо того, чтобы последовательно обрабатывать запросы, чипсет заранее загружает данные в свой внутренний буфер, откуда они и считываются при необходимости. Новый алгоритм системной логики позволяет минимизировать пагубное влияние латентности на реальную пропускную способность шины памяти.

С выходом 2-канальных чипсетов с интегрированными графическими ускорителями появилась возможность разделить не только адресные пространства процессора и графического ядра, но и шины памяти. При одновременном поступлении запросов от двух вышеперечисленных устройств чипсет уже не будет задерживать выдачу данных одному из них. Процессору данные будут передаваться по одному каналу памяти, а графическому ядру - по другому. За счет использования 2-канальной архитектуры памяти производительность графического ядра возрастет на впечатляющую цифру - 50%-70%.

Помимо процессора и видеокарты с памятью взаимодействуют устройства южного моста, в частности дисковая подсистема и сетевые контроллеры. Многоканальность чипсета позволяет повысить производительность не только связки процессор+оперативная память, но и всей системы в целом.

Для рассмотрения многокомпонентных платформ целесообразно увеличить количество терминов, характеризующих состав платформы, например:

- классическая платформа, платформа, включающая процессор+чипсет+оперативная память;

- интегрированная платформа, платформа, включающая процессор+чипсет(с интегрированным графическим ускорителем)+оперативная память;

- расширенная платформа (расширенная интегрированная платформа), платформа, включающая устройства ввода-вывода и записи информации. Понятно, что субъективный состав расширенной платформы может разрастись до размеров системы или системного блока компьютера. Однако термин платформа использовался для названия одного из компонентов единой системы, качества которого исследовались или сравнивались с подобными по составу компонентами других систем. Именно возможность сравнения между собой производительности платформ (состоящих, в свою очередь, из трех компонентов и определяющих скорость выполнения операционной системы и основных пакетов прикладных программ) на основе одного или нескольких показателей обособила платформы от других компонентов компьютера.

Наибольшая производительность современной платформы достигается при использовании модулей с одинаковым временем цикла и латентностью и одинаковой организацией банков. Только в этом случае работу двух каналов можно будет синхронизировать. Если в слоты установить по одному модулю памяти со спецификациями РС2700 (DDR333) и РС3200 (DDR400), то шина памяти заработает на более низкой частоте - 333 МГц.

Умиляют маркетинговые потуги компании Intel в искреннем желании заполучить в ряды пользователей своими новейшими чипсетами потребителей с разной толщиной кошелька. (Если, конечно, не принимать во внимание версию о выбраковке i875 Chipset до i865 Chipset или i848 Chipset.) Сравним между собой технические характеристики современных чипсетов.

i875 Chipset обладает:

- 2-канальной организацией памяти и использует модули с коррекцией ошибок (ЕСС);

- поддержкой частоты FSB - 533 и 800 МГц (при частоте системной шины 533 МГц возможность использования РС3200 заблокирована);

- возможностью использовать режим РАТ (Performance Acceleration Technology) для ускорения обмена данными между памятью и процессором;

- низкой скоростью обмена данными между северным и южным мостом чипсета - 266 Мбайт/с. Однако в северный мост встроена новая шина CSA (Communications Streaming Architecture), предназначенная для подключения устройств, нуждающихся в гарантированной пропускной способности (например, гигабитного сетевого контроллера);

- поддержкой 2 каналов АТА-100 и пары каналов SATA-150 с возможностью организации RAID0 - и RAID1 массивов (новый южный мост).

i865 Chipset имеет очень схожую с i875 Chipset архитектуру. Однако существуют и различия.

i865РЕ Chipset:

- поддерживает частоту системной шины 400 МГц;

- поддерживает модули памяти с коррекцией ошибок ЕСС;

- в нем отсутствует технология РАТ, заблокированная сперва на программном, а затем на аппаратном уровне.

Оказалось, что включение РАТ выравнивает производительность изделий i875Р и i865РЕ. Использование технологии РАТ дает реальный выигрыш чипсету i875Р в производительности на 3-5%. Это при том, что разница в стоимости материнских плат, построенных на основе этих чипсетов, достигает 50%.

Если рассуждать серьезно, то рост производительности типичного домашнего или офисного компьютера на 5-10% никак не скажется на субъективных ощущениях обладателя этой вычислительной мощи. Конечно, если пользователь не Г. Ю. Цезарь и он одновременно не выполняет 13 дел, т. к. время отклика системы на действия оператора при значительной нагрузке платформы может превысить одну секунду, в результате чего продуктивность работы пользователя может резко упасть.

Как мы уже говорили, двухканальная организация памяти позволяет существенно снизить задержки, связанные с одновременным обращением к памяти процессора и видеоускорителя Intel Extreme Graphic-2 в чипсете i865G.

Чипсет i865Р, хоть и имеет 2-канальный контроллер памяти, но поддерживает лишь частоты FSB 400/533 МГц и предназначен для менее обеспеченных пользователей.

Чипсет i848Р лишили второго канала памяти. (Отбраковка неработоспособного канала памяти?) Однако известно, что наличие второго канала памяти не ведет к существенному росту производительности системы. Ведущую роль в этом вопросе играют алгоритмы выборки данных, а они-то остались прежними. Тесты, основанные на реальных приложениях, показывают удивительную близость в производительности платформ на основе чипсета i848Р и чипсета i865РЕ, работающего без включенной технологии РАТ.

В соответствии с законами формальной логики - если чипсет i865РЕ близок по производительности к чипсету i875Р, а чипсет i848Р близок по производительности к чипсету i865РЕ, то чипсет i848Р .... Вывод сделайте сами.

Если i848Р займет достойное место в системных блоках огромного количества домашних пользователей, то они смогут подтвердить или опровергнуть полученное ранее умозаключение.

Чипсет i848Р обладает широкими возможностями, такими как: поддержка Serial ATA, RAID, USB 2.0, Gigabit Ethernet. Вероятно, он может стать отличным приобретением за умеренную стоимость. Конечно, если удовольствие от мысли об использовании в недрах системного блока накрученной i875Р Intel не являются основной целью покупки.

Пользователи все чаще соотносят свое представление о компьютере с производительностью установленной в нем платформы, а не с частотой используемого процессора.

Следовательно, на рынке целесообразно предлагать не отдельные компоненты, характеризуемые личными рейтингами и частотами, а платформы, демонстрирующие свои системные свойства в виде производительности в наборе прикладных программ.

Только в этом случае пользователь сможет сравнить предлагаемые решения на основе показателя стоимость - производительность и сделать осознанный выбор. Эмпирический закон Мура может быть модифицирован для предсказания производительности платформ в будущем, т. к. предел роста частоты процессора не за горами, а возможности оптимизации платформ себя еще не исчерпали.

Какова перспектива платформ?

Процессор послезавтрашнего дня уже сегодня называют Tejas (Pentium 6). Его характеристики: тактовая частота от 4,4 ГГц, FSB 800 и 1066 МГц, поддержка оперативной памяти DDRII (400/533 МГц) и обновленная технология под названием Extended Enhanced Hyper-Threading.

Первые образцы будут изготавливаться по 90-нм техпроцессу. Позднее компания Intel намеревается перейти на 65-нм техпроцесс.

Вместе с Pentium 6 появится и новый чипсет Grantsdale, поддерживающий работу DDRII в двухканальном режиме. Претерпит изменения и процессорный разъем. Он превратится в Socket T.

Т. о. новая платформа Pentium 6+Grantsdale Chipset+DDRII не за горами, а нынешние высокопроизводительные образцы начнут занимать места на пыльных полках технических музеев.

Аспирант Саша установил в свой компьютер новенький Athlon XP с рейтингом производительности в районе 2400+ и чипсетом nVidia nForce2 400. Он разогнал приобретение до 2800+ и запустил.. не программу моделирования процесса обтекания объекта жидкостью (над которой он бился последний месяц), а тест, оценивающий производительность приобретенной им платформы. После изучения результатов тестирования он сутки ходил с горящими глазами, сигнализирующими об избытке адреналина в его крови, затем стал остывать и через неделю сделал вывод о малой пользе всяких рейтингов в процессе ускорения написания диссертации и целесообразности тратить средства на отдых и путешествия, нежели на столь высокотехнологичные наслаждения.