Процессоры Intel Pentium4 LGA775

К началу 2004 года, компании Intel удалось успешно перевести свои процессоры на новое ядро Prescott. Правда само ядро не может похвастаться улучшенными характеристиками. В частности по производительности в большинстве приложений оно уступает ядру Northwood (в некоторых - до 15%), а по тепловыделению значительно превосходит его. Но проблема повышенного потребления энергии свойственна степпингу C0. А в последнее время, Intel перешел на выпуск процессоров на новом степпинге - D0, в котором эта проблема частично решена . А окончательно она будет решена в следующем степпинге - E0, в котором появится механизм снижения частоты во время простоя процессора. Но пока, основным степпингом является D0, на котором производятся процессоры как Socket478, так и Socket LGA775 форм-фактора.

Из-за чего появилась потребность в новом сокете? Основная версия - более равномерное распределение потребляемой мощности между различными блоками процессорного ядра. Кроме того, в ближайшее время Intel введет несколько новых технологий, таких как EM64T (64-битное расширение команд), NX-bit (дополнительные возможности в области защиты информации), а также усовершенствованный механизм энергосбережения. Вполне возможно, для их поддержки и понадобятся дополнительные контакты. Кстати, по предварительной информации все эти технологии уже присутствуют в сегодняшних процессорах Prescott, но в заблокированном виде.

Еще одна новая технология, которая должна появится в ближайшее время (ориентировочно - в степпинге E0) это SpeedStep. Благодаря ей, процессор во время простоя будет снижать тактовую частоту, и как следствие, выделять меньше тепла. И если снижение частоты будет серьезным (например в 2 раза), и будет сопровождаться снижением напряжения Vcore, то возможно кардинальное уменьшение типичного уровня тепловыделения. Напомню, что процессоры AMD Athlon64 уже сейчас поддерживают аналогичную технологию - Cool'n'Quiet, которая путем снижения частоты и напряжения более чем в 2 раза снижает уровень тепловыделения (35W против 89W подробности в обзоре AMD Athlon64).

И опять возвращаемся к проблеме потребления энергии. Специалисты Intel оценивают технологический потенциал ядра Prescott - 4Ггерц. А на этой частоте максимальное тепловыделение может достигать отметки в 150W. Поэтому использование нового сокета, нового дизайна модуля питания и новой конструкции охлаждающей системы, предназначено для реализации этого потенциала.

Компания Intel решила не ограничиваться простой сменой процессорного сокета. Фактически, на суд публике представлена совершенно новая платформа: поддержка памяти DDR2, поддержка шины PCI Express, а также расширенные возможности по подключению периферии. Для этого были выпущены чипсеты i925X и i915P. Подробно на них мы останавливаться не будем, потому что уже тщательно разобрали возможности i925X в обзоре платы Abit AA8 DuraMAX.

Возвращаемся к процессорам - для сокета LGA775 компания Intel анонсировала следующие процессоры:

Все цены указаны на 22 августа 2004 года.
* - цена на момент выпуска.

Жирным шрифтом выделен "процессорный номер", который предназначен для четкого деления процессоров на классы. Фактически это означает отход от устаревшей системы классифицирования процессоров по тактовой частоте.

После перехода процессоров Pentium4 на более скоростную 1066Мгерцовую шину, соответствующие модели скорее всего составят "шестую" серию, и займут промежуточную позицию между "пятой" и "седьмой" серией (в "седьмую" серию входят процессоры Pentium4 Extreme Edition c 2Мбайтным кешем L3).

Что касается процессоров Celeron, то стоит отметить их возросшие характеристики. В частности объем кэш-памяти L2 увеличился с 128 до 256Кбайт, а частота системной шины возросла с 100 до 133мгерц (QPB: с 400 до 533Мгерц соответственно).

Итак, посмотрим что собой представляет процессор Pentium4 540.

Утилита CPU-Z правильно определила все параметры процессора, включая степпинг (D0). Что касается внешнего вида, то для постоянных читателей здесь нет никаких неожиданностей.

Слева Socket478, справа LGA775

А для тех, кто впервые видит процессор LGA775 прошу обратить внимание на полное отсутствие ножек.

Теперь ножки находятся непосредственно на процессорном сокете (все этапы установки процессора вы можете просмотреть в предварительном обзоре платформы LGA775). Кстати, практически сразу после появления первых образцов системных плат с LGA775 многие обозреватели стали жаловаться на хрупкость и ненадежность процессорного сокета. Самой распространенной проблемой является то, что после нескольких установок процессора в сокет, ножки деформируются (или сгибаются).

Естественно после получения платформы LGA775, я устанавливал процессор с особой аккуратностью. Однако никаких трудностей в процессе установки выявлено не было. Более того, по моему мнению проблему с ненадежностью сокета носит несколько преувеличенный характер (с другой стороны "кривыми" руками можно поломать все что угодно :). В любом случае как только к нам попадет первая "бюджетная" плата с LGA775, мы проведем своеобразное "стресс-тестирование" сокета LGA775 на многократную установку процессора.

Разгон и перспективы

Тестирование новых процессоров на разгон интересно по нескольким причинам. Во-первых это определение технологического предела ядра Prescott. Если для степпинга C0 максимально стабильная частота была в районе 3.6Ггерц (это мы выяснили во время стресс-тестирования Prescott Socket478), то для степпинга D0 можно смело ожидать увеличения тактовых частот. Во-вторых очень интересно проверить материнские платы на наличие "защиты от разгона", которая по некоторым слухам должна быть реализована в чипсетах i925X и i915P.

Вообще, слухи о введении подобной защиты возникают с завидной регулярностью сразу же после выхода нового поколения чипсетов. Так было в случае с i845PPE и c i865PEi875P. Но по моему мнению это не более чем маркетинговая уловка, с помощью которой внимание "продвинутых" пользователей приковывается к новым продуктам.

Итак, две протестированные платы на i925X (производства Abit и Asus) показали достаточно высокие результаты: стабильная частота работы на FSB 245-250Мгерц. В результате тактовая частота процессора Pentium4 540 составила 4.0Ггерц, что подтверждает увеличение технологического предела степпинга D0.

Для достижения стабильности на этой частоте, нам пришлось увеличить напряжение на процессоре до 1.5V, что негативно сказалось на тепловыделении процессора (приблизительно 150W). При этом, из-за новой конструкции процессорного сокета мы не смогли использовать водяное охлаждение, и ограничились воздушным кулером Gigabyte 3D Cooler GP. В результате температура процессора была довольно близко к критической: 75-78 градусов C во время нагрузки. Поэтому серьезным оверклокерам есть смысл задуматься о приобретении системы водяного охлаждения.

В штатном режиме, температура процессора во время простоя была в районе 57 градусов C, а при нагрузке превышала 60C. Собственно проблемы с тепловыделением будет оставаться серьезной, как минимум до выхода ядра Prescott степпинга E0, в котором появится поддержка технологии SpeedStep (снижение частоты во время простоя).

Память DDR II

Необходимость перехода на память DDR II вполне обоснована. Дело в том, что достигнув максимальной частоты в 4Ггерц, у компании Intel не остается запаса для повышения производительности процессоров путем наращивания частоты. Поэтому в дело пойдут иные способы увеличения скорости работы. Один из них - увеличение объема кэш памяти. Но ядро Prescott уже сейчас имеет 1Мбайт кэш памяти L2, и дальнейшее увеличение кеша не выгодно по многим причинам (в том числе и экономическим). Поэтому остается второй способ: увеличение частоты системной шины (или FSB). Уже сейчас известно, что Intel переведет часть процессоров на шину 266Мгерц (или 1066QPB) уже осенью этого года. Для этих процессоров потребуются новые материнские платы на новом чипсете i925XE. А в отдаленном будущем вполне возможен переход на шину 333Мгерц (или 1333QPB).

А теперь подсчитаем необходимую пропускную способность памяти для этих вариантов. Итак, для системы с FSB=266Мгерц необходима проп. способность = 8.5Гбайтс (для системы с FSB=333Мгерц - 10.7Гбайтс), а стандартная память DDR400 в двухканальном режиме обеспечивает только 6.4Гбайтс. В результате перед Intel'ом возник следующий выбор:

• Использовать обычную DDR I память в двухканальном варианте
  При этом подсистема памяти была бы тем "узким" местом, которое не давало бы реализовать потенциал архитектуры Net-Burst Pentium4. Теоретически возможно использование памяти DDR 500 (и выше), но нужно помнить, что эти модули предназначены для оверклокеров и выпускаются в штучном экземпляре (в масштабах всей индустрии).

• Использовать обычную DDR I память в четырех-канальном варианте
  Это очень громоздкое решение, требующее серьезные редизайн контроллера памяти и пересмотр требований к материнским платам. А для конечных пользователей это потребовало установку четырех модулей памяти на материнскую плату.

• Использование памяти DDR II
  По сравнению с предыдущими вариантами, этот самый привлекательный. Уже память DDR2-533 обеспечивает пропускную способность = 8.5Гбайтс (в двухканальном режиме). А потенциал DDR2 позволяет выпускать память DDR2-666 и DDR2-800! Кроме того, технологических отличий между DDR I и DDR II практически нет.

Есть еще одна область в которой избыток пропускной способности памяти является полезным. Это чипсеты с интегрированным видеоядром. В медленных одноканальных системах (i845PPE), использование видеоядра еще больше снижала скорость работы. В двухканальных системах с памятью DDR I (i865G), падение производительности было, но не носило заметного эффекта. А в двухканальных системах с памятью DDR II - 533 (чипсет i915G), встроенное видеоядро должно работать в полную силу, не оказывая негативного влияния на производительность всей системы.

Кстати, пара слов о отличиях DDR II и DDR I. Во-первых сами ячейки памяти чипа DDR II абсолютно точно такие же, как на DDR I. И что особенно важно - работают они с точно такой же скоростью. Но вот ширина шины по которой данные из ячеек передаются в буферы ввода-вывода увеличена в два раза. В результате за один такт, передается в два раза больше информации, между ячейками памяти и буфером. Далее - задача буфера ввода вывода, преобразовать параллельный поток данный в последовательный (мультиплексирование). Кстати, ту же самую архитектуру имеет и DDR I. Но скорость обмена буферов DDR II с контроллером памяти в два раза выше (оно и понятно - нужно передать в два раза больше информации). Фактически это и есть описание отличий DDR II от DDR I.

Перечислим основные различия между DDRII и DDR I.

Также чипы DDRII поддерживают внутричиповое терминирование сигнала. То есть непосредственно в чипах памяти (именно отсюда пошло название On-Die Termination) установлены резисторы, которые гасят сигналы отраженные от конца шины. Ранее подобные резисторы устанавливались на материнской плате, около слотов DIMM.

Следующая новинка - технология AL (Additive Latency). Этот механизм введен для решения проблемы с одновременной подачей команд на инициализацию банка памяти при запросе на чтение предыдущего инициализированного банка. Эта проблема не была решена в памяти DDR I, но в любом случае, особого влияния на производительность она не оказывала.

Теперь пара слов о латентности памяти DDR II, которая значительно превосходит латентность DDR I. Для примера типичная латентность модулей DDR I - 400 равна 10нс (2-3-2), тогда как латентность DDRII-533 равна уже 15нс (4-4-4). Чуть лучше обстоят дела с латентностью памяти DDRII-666 (4-4-4), которая равна 12нс. Но все равно при работе с реальными приложениями с критичными требованиями к латентности, система с DDRII будет показывать меньшую производительность.

латентность памяти для всех типов памяти DDR II

Пара слов о самих модулях. Итак, модуль DDR2 имеет 240 контактов и рабочее напряжение питания = 1.8V. В настоящее время в основном выпускаются модули DDR2-533 (иное обозначение PC2-4300), и модули DDR2-400 (PC2-3200). Сами модули могут иметь объем: 256 Мбайт, 512 Мбайт и 1 Гбайт.

вверху два модуля DDR II-533 Kingmax, внизу модуль DDR I

Обратите внимание, что чипы DDR2 модуля имеют упаковку FBGA (Fine Ball Grid Array). Данный вид упаковки значительно снижает электромагнитное воздействие чипов друг на друга. Вообще то, некоторые модули DDR1 также изготавливались с чипами подобной упаковки, но это было скорее исключение (в голову приходит только один пример - продукция той же компании Kingmax). А в основном использовались чипы в упаковке TSOP.

Выводы: на сегодняшний день нет совершенно никаких плюсов от перехода на DDR II память. Смело можно использовать платы на i915P в варианте с обычной DDR. А вот после перехода на более скоростные шины (1066Мгерц и 1333Мгерц) уже невозможно использовать память DDR I (ее технологический предел давно достигнут). И поэтому каких-либо альтернатив DDR II памяти не предвидится - это новый индустриальный стандарт.

Стр.4 - Производительность

	Содержание:
	• Стр.1 - Процессоры Intel Pentium4 LGA775 • Стр.2 - Разгон и перспективы; тепловыделение • Стр.3 - Память DDR II • Стр.4 - Производительность • Стр.5 - Выводы

Производительность

Итак, для тестирования производительности мы собрали три системы. Первая - плата для процессоров Socket 478 (чипсет i875P) + двухканальная память DDR400 (тайминги по 2-3-6-3). Вторая система - это плата LGA775 на i925X + двухканальная память DDRII -533. И наконец плата LGA775 на чипсете i915P. А так как чипсет i915P поддерживает оба вида памяти (DDR II и DDR), то мы протестировали эту систему и в том, и в другом режиме.

Мы использовали следующие комплектующие:

Итак в тестах использовался уже привычный набор приложений. Вначале посмотрим на результаты синтетических тестов:

Перед нами исключительно синтетические приложения, которые демонстрируют теоретическую производительность. Так вот, и Sandra и PCMark показывают, что система на i875P достойно конкурирует со связкой i925X+DDR II-533, а система на i915P+DDR I выигрывает у i915P+DDR II.

Теперь тесты игровых приложений:

Очевидно, что на результаты в игре Quake3 большую роль играет как латентность памяти (система с DDR I выигрывает), так и режим работы памяти (синхронный - оказывается быстрее).

В игре SeriousSam наоборот - системы с DDR II памятью показывают лучшие результаты.

С игрой FarCry получилась весьма интересная ситуация: несмотря на один и тот же видео-драйвер, качество картинки разительно отличалось между системой с AGP и PCIE видеокартами:

AGP	PCI-E

Теперь понятно из-за чего PCIE видео в два раза быстрее - ошибка в блоке оптимизации драйвера 60.85.

А с игрой X2 обратная ситуация: система с PCIE видеокартой почти в два раза медленнее. Но какой-либо разницы в качестве изображения я не нашел.

Производительность в двух последних тестах зависит исключительно от видеокарты; приведены они исключительно для оценки.

кбс. больше - лучше

сек. меньше - лучше

По большому счету серьезного падения производительности с памятью DDR II не наблюдается. В некоторых приложениях она даже выглядит предпочтительно. Однако, система i875P работала с память DDR400, которая имеет средние тайминги (2-3-6-3). То есть при переходе к жестким таймингам (2-2-5-2) мы могли бы получить более высокую производительность. А вот у памяти DDR II такого резерва нет - по крайней мере на тех модулях которые мы использовали, даже незначительное ужесточение таймингов приводило к зависанию системы (или к невозможности старта).

Реальный прирост производительности при переходе к более жестким таймингам (а также изменение скорости при переход с синхронного режима на асинхронный) можно посмотреть в в этом материале.

Кстати, если кого-то интересует разница в производительности i925X+DDR II-400 и i925X+DDR II-533. то имеет смысл ознакомится с обзором платы Abit AA8 DuraMAX, в котором этот вопрос рассмотрен.

Выводы

Что ждет обычный пользователь от новых процессоров? Как правило - более высокого уровня производительности. Причем прирост производительности должен быть заметен на глаз, то есть быть в районе 25%. Если подобный прирост достигнут, то вложение денег становится оправданным. В нашем случае о заметном приросте производительности говорить не приходится. После смены ядра Northwood на Prescott уровень производительности в большинстве приложений заметно снизился. А с выходом связки Prescott LGA775 + DDR2, скорость еще чуть-чуть упала. Более того, по сравнению с ядром Northwood все степпинги ядра Prescott (в том числе и D0) имеют более высокий уровень тепловыделения. Это означает установку более скоростных кулеров и дополнительных вентиляторов в корпус, т.е. повышается уровень шума.

Кстати, если обратить внимание на продукцию конкурентов, то можно заметить обратную ситуацию. В частности процессоры AMD Athlon64 обладают поддержкой технологии Cool'n'Quiet которая значительно снижает тепловыделение. Также после перехода на Socket939 с использованием двухканальной памяти DDR400, система на Athlon64 неплохо прибавила в скорости работы. Кроме того, в ассортименте AMD уже есть процессоры с рейтингом производительности 3800+ (правда в реальной продаже их найти невозможно, как и другие модели Socket 939, при отсутствии аналога Intel.

Т.е. вывод следующий: если стоит задача достичь максимальной скорости - то выбор пользователя это наиболее быстрая модель Pentuim 4 Northwood. На вопрос - "Когда же наконец можно будет покупать процессоры Prescott?", можно ответить так:

• Представители Intel обещают снизить уровень тепловыделения до разумных пределов в ревизии E0 (где будет включена технология SpeedStep);
• Процессоры на ядре Prescott станут более производительными только после перехода на шину 1066Мгерц (QPB).

Однако платформа LGA775 это не только новые процессоры - это еще и улучшенные возможности расширения, благодаря новым южным мостам (ICH6).

Шина PCI Express для видеокарт (x16)
Сегодня, использование видеокарт с этим интерфейсом, не обеспечивает какого-либо прироста производительности по сравнению с AGP аналогами. Однако потенциально, PCI Express способна обеспечить скачек в скорости работы видеоускорителей. Кроме того, в наших тестах мы использовали видеокарту на чипе nVidia, которая имеет специальный мост-конвертер PCIE <-> AGP, который вполне вероятно оказывает влияние на скорость работы. А было бы очень интересно сравнить вариант AGP и вариант с нативной поддержкой PCI Express (т.е. на чипах ATI). Впрочем, первые тесты в сети не сообщают о какой-либо заметной разнице в скорости.

Шина PCI Express для карт расширения (x1)
И тут теоретически выгода должна присутствовать, за счет более высокой пропускной способности (4 устройства по 500Мбайтс против 133Мбайтс у PCI). Однако производители пока не торопятся выпускать платы и чипы для новой шины. Исключение составляет сетевые чипы (Gigabit Ethernet). В частности на плате Asus P5AD2 Premium установлено 2 гигабитных сетевых контроллера, и ни одна из плат на предыдущем поколении чипсетов не может похвастаться такими возможностями (в лучшем случае один чип на шине CSA).

Увеличенное количество каналов SerialATA (с 2 до 4)
Однозначно плюс новых чипсетов, как и улучшенная поддержка RAID-массивов.

Уменьшение количества ParallelATA каналов
Однозначно - минус. Теперь с помощью стандартных функций чипсета пользователь может подключить только 2 ParallelATA устройства вместо четырех.

Новое звуковое ядро High Defenition Audio
Однозначно плюс - пользователи получают качественную 8канальную звуковую подсистему.

Итак, на мой взгляд количество отрицательных сторон новой платформы LGA775 явно больше положительных. Причем это все чисто производственные и технологические недостатки. А еще есть и традиционный маркетинговый недостаток - в виде высокой цены практически на все компоненты новой системы (материнские платы, видеокарты и модули памяти DDRII).

Ситуация может изменится только после перехода на более скоростную системную шину (поддержка DDR2 из минус превратиться в плюс), а также широкое появление PCI Express устройств, которые позволят реализовать потенциал этой высокоскоростной шины. Впрочем - давайте дождемся этого момента, и тогда посмотримпротестируем еще раз.

Все вопросы, замечания и пожелания можно и нужно задавать в конференции.

Дополнительные материалы: