На самом деле такой уровень цен на 100 MHz FSB-версии Celeron (являющиеся технологически ничуть не менее сложными, чем “полновесные” PIII Coppermine) является знаковым: Intel демонстрирует свою технологическую готовность опустить цены на всю линейку PIII в преддверии появления нового семейства процессоров P4 с ядром Northwood и DDR-версии дешевого чипсета для P4 i845 Brookdale, нанеся таким образом смертельный удар конкурентам во всех сегментах рынка – от рабочих станций начального уровня и ноутбуков до мощных графических рабочих станций.
Но вернемся к упомянутому P4. За последнее время ситуация на рынке изменилась в лучшую сторону: RDRAM-память подешевела, подешевели и сами процессоры P4 (особенно младшие модели на 1300 и 1400 MHz), а главное – появились стабильные и доступные по цене материнские платы на чипсете i850 от различных производителей. Далее мы подробно разберем достоинства и недостатки наиболее удачных из таких материнских плат в сравнении с уже популярными Intel D850GB (Garibaldi) и Asus P4T, а пока вспомним некоторые факты об архитектуре нового процессора.

Что внутри

Основные особенности процессора P4:
1. Новая микроархитектура Intel NetBurst – два параллельных 32-битных конвейера увеличенной длины.
2. Эквивалентная частота системной шины 400 MHz (Quad-Pumped Bus на 100 MHz) – как результат, ее пропускная способность достигает рекордных 3.2 Gb/s, то есть вдвое выше, чем у AMD Athlon, и более чем втрое выше по сравнению с шиной 133 MHz AGTL+ у PIII.
3. Новая технология Rapid Execution Engine: два арифметико-логических устройства (ALU) на кристалле работают на удвоенной частоте процессора (то есть у процессора
на 1500 MHz ALU работают на частоте 3000 MHz), что позволяет им выполнять основные арифметические команды (типа SUB, ADD, AND, OR) за 0.5 такта. К этим “быстрым” ALU добавлено еще одно “медленное” ALU, исполняющее “медленные” команды.
4. Технология Hyper Pipelined (длинный конвейер).
5. Вновь улучшена система динамического исполнения кода – прежде всего за счет более глубокого исполнения кода в произвольном порядке (Intel называет это very deep out-of-order execution) и расширенного предсказания условных переходов.
6. Стандартный кэш инструкций L1 заменен на Execution Trace Cache размером в 12 Kb предварительно декодированных микрокодов, который позволяет убрать задержку от декодирования из основных исполнительных циклов.
7. Branch Target Buffer увеличен до 4 Kb (у PIII – 512 байт). Это ускоряет очистку конвейеров от результатов неверно предсказанных переходов.
8. Отдельный кэш данных L1 размером 8 Kb.
9. Универсальный кэш L2 размером 256 Kb с ускоренным трансфером, на полной частоте ядра, ассоциативный по 8 (это увеличивает процент попаданий в кэш при типичных операциях с данными), с встроенным кодом коррекции ошибок (ECC).
10. Введены 144 новые потоковые инструкции (Streaming SIMD Extensions - SSE2).
11. Модуль вычислений с плавающей запятой и потоковый модуль оптимизированы для работы с видео- и аудиопотоками, задач шифрования и 3D-вычислений.
12. Процессор оптимизирован для исполнения 32-битного кода.

Теперь вкратце поясним, зачем это все нужно:
1. Архитектура NetBurst появилась не от хорошей жизни. Дело в том, что рост тактовой частоты процессора с относительно коротким конвейером (типа PIII – 10 ступеней) упирается в технологические ограничители, и наиболее простой путь шагнуть к двум гигагерцам – это удлинить конвейер. Что и было сделано (P4 имеет конвейеры в более чем 20 ступеней). Но длинный конвейер менее эффективен, особенно на задачах с частыми условными переходами (это хорошо продемонстрировал AMD Thunderbird), поэтому для компенсации этой неэффективности Intel решила поставить два параллельных конвейера. Дополнительную помощь в борьбе с длиной оказывает и введение в архитектуру Execution Trace Cache, накапливающего предварительно декодированные инструкции.
2. Повышение пропускной способности шины позволило Intel развязать одно из потенциально узких мест системы – растущий разрыв между производительностью ядра и способностью оперативной памяти “накормить” столь быстрый вычислитель кодами команд и данными. Теперь в принципе эта проблема проявится не ранее, чем начиная с тактовых частот ядра около 3 GHz. Как результат снятия тормозов с шины, теперь скорость работы памяти становится критически важной для общего быстродействия системы – и классические модули PC133 SDRAM уже явно не поспевают даже за младшими моделями P4.
3. Система динамического исполнения кода применяется в процессорах Intel сравнительно давно. Она базируется на методике трансляции внешних команд процессора в цепочки микроинструкций, которые складываются в специальный буфер и затем выполняются несколькими исполнительными модулями параллельно и в некотором роде в произвольном порядке (то есть не в порядке декодирования, а в порядке готовности данных). Результаты исполнения микроинструкций в свою очередь тоже оказываются в специальном буфере, откуда их извлекает специальный модуль-сборщик и ставит в соответствии с результатом исполнения конкретной “внешней” команды. Главный камень преткновения этого алгоритма – это условные ветвления, поскольку до вычисления нужных для ветвления данных неясно, по какой ветке кода пойдут вычисления. Чтобы не терять время впустую, процессоры Intel исполняют сразу обе ветки кода, а после проверки условия “холостая” ветвь отбрасывается. Так вот, very-deep out-of-order execution на языке Intel означает, что исполнение дерева переходов по многим веткам продолжается до глубины в 64 условия. Параллельно работает алгоритм предсказания переходов. Он улучшен до такой степени, что, по заверениям Intel, правильно предсказывает в среднем 93-95% переходов.
4. Проведенная Intel оптимизация процессора превратила его из универсального устройства в специализированный вычислитель, достигающий высшей производительности на потоковых задачах (таких как кодирование MP3, обработка видео, рендеринг
3D-изображений), но более медленно исполняющий офисные задачи (то есть листание страничек в Word на P4 будет происходить медленнее, чем у гипотетического PIII на такую же тактовую частоту). Впрочем, это представляется разумным: ускорение монтажа видеоклипа с 9 часов до 6 гораздо более важно для пользователя, чем ускорение скроллинга в Word с 200 страниц в секунду до 300. После этого говорить о том, что процессор “заточен” исключительно на 32-битный код, а старый 16-битный исполняет “по остаточному принципу”, даже как-то смешно – это само собой следует из логики оптимизации, принятой разработчиками.
5. Кэш L2 с улучшенной передачей данных (Advanced Transfer Cache) имеет такой же, как в PIII, объем (256 Kb), но обеспечивает более скоростной канал данных между кэш-памятью L2 и ядром процессора. Кэш соединен с ядром интерфейсом шириной 256 бит (32 байта), передающим данные на каждый такт частоты ядра.

В результате Pentium 4 с тактовой частотой 1,5 GHz имеет скорость обмена с кэшем L2, равную 48 Gb/s (у PIII c частотой 1 GHz эта скорость равна всего 16 Gb/s). Как следствие, многократно увеличивается производительность вычислительных циклов, данные которых укладываются в кэш – это позволяет надеяться, что оптимизированные для P4 программы станут работать намного быстрее.

Железо
Процессор имеет 5 выводов, определяющих его напряжение питания (так называемые VID-выводы) в диапазоне от 1.1 до 1.85 В с шагом 0.025 В. Абсолютно все сигнальные выводы процессора P4 работают с уровнями сигнала AGTL+ (в отличие от PIII, у которого часть интерфейса работала с уровнями 3.3 В CMOS), что означает отсутствие потенциальных проблем с интерфейсом при грядущем увеличении тактовых частот шины и повышает стабильность работы.

Потребляемый процессором ток (в основном по цепям питания ядра) составляет 38 А для младшей модели 1300 MHz и возрастает до 43 А для модели на 1500 MHz. При этом рассеиваемая им мощность возрастает, соответственно, от 49 до 54.7 Ватт.

Рис.1.

Как видно на рис.1, процессор P4 имеет достаточно сложную конструкцию. Для защиты кристалла от повреждений при установке радиатора кристалл полностью закрыт крышкой-термораспределителем, выполненной из меди и покрытой никелевым сплавом. Термический контакт между кристаллом и термораспределителем осуществляет прокладка – температурный интерфейс. Кристалл соединяется с подложкой, на которой распаяны конденсаторы цепей питания и которая имеет легкоплавкие выводы для поверхностного монтажа. Подложка в свою очередь соединяется с переходником, имеющим штыревые выводы для установки процессора в сокет на материнской плате. Вполне очевидно, что такая конструкция выбрана для того, чтобы облегчить при необходимости переход на новый тип сокета (а также в случае компактных устройств типа ноутбука, чтобы сэкономить место, распаивая подложку непосредственно на материнскую плату).

Рис.2.,        Рис.3.

На рис. 2 и 3 представлен внешний вид типичного P4. Его размеры немного больше, чем у PIII, однако из-за высокого тепловыделения он комплектуется кулером значительно большего размера, который устанавливается в новый фиксирующий механизм. Да, на этот раз фирма Intel подстраховалась и стала крепить фиксаторы даже не к материнской плате, а к металлическому шасси, на которое ставится матплата (кстати, и точки крепления матплаты несколько изменились). Это означает, что для материнских плат P4 по стандарту требуется специальный корпус. Впрочем, сейчас многие фирмы освоили производство плат специальной конфигурации, позволяющей устанавливать их в обычные корпуса АТХ-формата.

Рис. 4. Процессор P4 со стандартным кулером (in-a-box поставка) на материнской плате

Крепление кулера достаточно хорошо видно на рис. 4. Оно состоит из двух пластмассовых направляющих, крепящихся к шасси или материнской плате, и двух стальных пружин, входящих в зацепление с направляющими и нажимающими с двух сторон на радиатор кулера. Штатные пружины, входящие в комплект материнских плат Intel, не очень удобны – они довольно жесткие и требуют приложения больших усилий при установке и снятии, но обеспечивают надежный тепловой контакт радиатора с процессором. Некоторые фирмы комплектуют свои платы направляющими измененной конструкции с интегрированными проволочными пружинами – они несколько удобнее при частых сменах процессора.

Материнские платы
Для теста процессора P4 мы выбрали две новые материнские платы на чипсете i850 – GA-8TX известной фирмы Gigabyte и
TH7-RAID популярной в оверклокерских кругах фирмы Abit, которые далее сравним с “штатной” для P4 Intel D850GB и фаворитом прошлого обзора Asus P4T-WOL.
Сначала взглянем повнимательнее на изделие фирмы Gigabyte.

Рис. 5. Вид сверху на плату GA-8TX

Плата имеет аккуратный классический дизайн, разъемы и блок из четырех джамперов управления частотой шины размещены очень удобно. Ее функциональные возможности довольно типичны для нынешнего поколения плат на i850, исключение составляют разве что неплохой встроенный звук на чипе Creative CT5880, слот AGP Pro для профессиональных видеоакселераторов и поддержка экзотических ECC RIMM-модулей, а также различные фирменные “фишки” Gigabyte, такие как DualBIOS™ technology и @BIOS™ live Update. Последняя означает возможность автоматического обновления БИОС путем захода на специальный сайт в Интернете.
• PGA 423 Socket под Intel® Pentium® 4.
• 400 MHz FSB, 300/400 MHz RDRAM.
• 4 RIMM до 2GB PC800 RDRAM (64/128/256/512 Mb RIMM-модули, поддерживает
ECC RIMM-модули).
• 100, 105, 110, 133 MHz CPU clock.
• RIMM overvoltage (+5%).
• AGP Pro и CNR-слоты (обратите внимание, что слот AGP имеет две перемычки – так что старые видеокарты с одной прорезью в разъеме в него не встанут).
• Звук на чипе Creative CT5880 PCI + порт джойстика.
• 4 USB-порты (2 на плате + 2 на дополнительной планке).
• 2 канала UDMA ATA 100/66/33 IDE.
• DualBIOS™ technology и @BIOS™ live Update.
• ACPI & STR (Suspend-To-RAM).
• Поддержка USB device wake-up.
Плата GA-8TX в соответствии с нынешней модой поддерживает ограниченные возможности оверклокинга, практически аналогичные возможностям Asus P4T-WOL (частоту FSB можно поднять от стандартных 100 MHz до 105, 110 и 133 MHz).

Дизайн Abit TH7-RAID гораздо более нетривиален.

Рис. 6. Дизайн Abit TH7-RAID

Сразу бросается в глаза наличие 4 каналов IDE. Все они поддерживают UDMA ATA 100/66/33, а два, кроме этого, и RAID level 0,1 и 0+1 – благодаря установленному на плате RAID-контроллеру на чипе HPT370 от HighPoint. Кроме того инженеры Abit встроили в плату расширенные возможности мониторинга и диагностики – на ней имеется цифровой индикатор кодов ошибок BIOSа, несколько функциональных светодиодов (Standby power, On Power, HDD activity), маленький динамик и даже кнопки Reset и Power. В добавление к этому плата обладает редкой функцией независимого управления частотой вращения до трех кулеров и возможностью подключения внешнего термического сенсора (например, для контроля температуры HDD). Для удобства сборщиков плата поставляется с уже привернутыми направляющими радиатора процессора. Также плата имеет на борту недорогой звук (AC97-кодек).

На рис. 7 можно видеть характерные особенности дизайна этой платы: п.1 – место под радиатор спланировано с учетом установки круглых радиаторов увеличенных габаритов, п.2 и п.4 – разъемы питания установлены между сокетами RIMM-модулей и разъемами IDE-каналов, п.3 – угол платы с индикатором кодов ошибок, миниатюрными светодиодами и кнопками управления.

К несомненным достоинствам платы следует отнести огромный радиатор на чипе i850 MCH и отличные (пока что лучшие из виденных нами) опции разгона. Частоту шины можно поднимать до 155 MHz с весьма мелким шагом, поднимать и опускать напряжение процессора, а также имеются готовые установки для работы с процессорами P4 до более чем 3 GHz тактовой частоты. Это, несомненно, лучшая на сегодняшний момент плата для оверклокинга P4.
Кстати, платы Gigabyte GA-8TX и ABIT TH7-RAID (в отличие от ASUS P4T-WOL и Intel D850GB) требуют обязательного подключения блока питания P4-ATX формата (то есть блока питания 300W с дополнительными разъемами). С обычным блоком питания АТХ (без небольшого аппаратного хака) они не работают. Зато обе эти платы предназначены для монтажа в обычные АТХ-корпуса (Апгрейд! Апгрейд!) без всякой P4-специфики в креплении к шасси.

Тестируем!
Для тестовой платформы мы взяли следующее оборудование: CPU P4-1300, 128 Mb RDRAM (2x64Mb PC800 Samsung) и 256 Mb RDRAM (2x128Mb PC800 Samsung), HDD IBM DJNA351520, Nvidia GeForce2 MX 32 Mb. Операционная система MS Windows-98 SE, все драйверы из дистрибутива ОС. То есть это, фактически, современная игровая и офисная платформа начального уровня (по видению Intel).

Для тестирования использовался тест SiSoft Sandra-2001 Pro. Процессор тестировался на своей штатной частоте (100 MHz), а затем на всех материнских платах (кроме Intel – она не допускает разгона) был выполнен небольшой разгон путем увеличения внешней частоты до 110 MHz.

Надо отметить, что хотя в момент создания Windows-98 Second Edition еще не существовало ни P4, ни чипсета i850, при использовании опции INF Update с прилагаемых к материнским платам CD-ROM дисков она инсталлировалась без малейших проблем, успешно найдя все устройства, включая акселератор GeForce2 MX, звук и RAID-контроллер на плате ABIT.

Что касается собственно тестирования, то результаты по скорости процессора (это касается как Dhrystone/Whetstone, так и тестов MMX и SSE-инструкций) оказались у всех испытуемых материнских плат практически идентичны (что и следовало ожидать). Поэтому мы не будем загромождать текст по примеру некоторых “компетентных” Internet-изданий бессмысленными диаграммами с отличиями в долях процента и перейдем сразу к тому параметру, по которому материнские платы показали более-менее серьезную разницу. Разумеется, речь идет о значениях скорости доступа к памяти (рис. 8).

По результатам рис. 8 следует отметить, что все испытанные материнские платы показывают чрезвычайно достойные и высокие в абсолютном значении результаты (по меркам плат для PIII и AMD Athlon, это совершенно ураганная скорость доступа к памяти, ведь даже экстремально разогнанные чипсеты i815 и 440BX не позволяют получить скорость памяти выше 400 Mb/s для ALU и 500 Mb/s для FPU, то есть даже на отборной памяти PC133+ SDRAM имеют скорость более чем втрое хуже). Что характерно, скорость памяти RDRAM растет пропорционально разгону, при этом мы не заметили какой-либо нестабильности самой памяти и ее перегрева. Наоборот, модули памяти 64 Mb остаются еле теплыми даже при самой интенсивной работе, и уменьшения их производительности от разогрева (которым так пугали народ некоторые “специалисты”), разумеется, не наблюдается. Модули 128 Mb, будучи двусторонними, греются, естественно, вдвое сильнее односторонних на 64 Mb. И хотя это не приводит к заметным проблемам, мы все же советуем применять для систем с двусторонними модулями их принудительное охлаждение дополнительным вентилятором.

Кстати, не оправдались и прогнозы о нехватке мощности обычных БП – наш экспериментальный стенд отлично работал при питании от старого 200-ваттного БП, при том, что в его состав входил достаточно “прожорливый” акселератор GeForce2 MX c 32 Mb RAM. Таким образом можно считать доказанным, что блока питания на 230-250 ватт должно хватать на практически любую разумную конфигурацию домашнего компьютера или рабочей станции (1 HDD, 1 FDD, 1 CD-ROM или CD-RW, видеокласса GeForce2, сетевая карта или внутренний модем). Разумеется, если вы захотите иметь запас мощности для будущих апгрейдов процессора или вам нужно поставить в систему 4 винчестера на 7200 rpm, придется все же раскошелиться на 300-ваттный БП.

Но вернемся к нашим тестам. По их результатам платформы Intel D850GB и ABIT TH7-RAID обеспечивают в штатных режимах чуть большую скорость работы с памятью, чем Asus P4T и Gigabyte GA-8TX, зато последняя быстрее всех работает при разгоне. Очень жаль, что пока ее потенциал разгона ограничен блоком из 4 джамперов для установки нескольких фиксированных частот FSB и опцией овервольтажа RIMM-модулей в BIOS, но мы надеемся, что ситуация изменится с
выходом новой версии фирменной Gigabyte-утилиты для оверклокинга EasyTune-4. Фаворит прежнего обзора ASUS P4T-WOL хотя и уступил первенство более новым платам, но с очень небольшим отрывом.

Выводы
1. Материнских плат для P4 стало много, среди них есть и весьма оригинальные модели уважаемых и надежных фирм (как, например, те что использованы в данном обзоре), а их цены вследствие конкуренции быстро снижаются. Фактически материнская плата Gigabyte GA-8TX c неплохим звуком на борту стоит значительно дешевле, чем ASUS P4T-WOL вообще без звука, и при этом выигрывает у нее по всем показателям (включая стабильность и возможности разгона). Более того, эта материнская плата лишь незначительно дороже, чем Intel D850GB минимальной комплектации. Отличный выбор для надежного и при этом экономически разумного компьютера.
2. Что касается разгона P4, то тут можно с удовлетворением констатировать, что разгонный потенциал платформы с успехом реализуется. Материнская плата Abit TH7-RAID с поддержкой IDE RAID-массивов и самого дикого оверклокинга для P4 уже есть на рынке (причем по ценам ниже цены “пустого” ASUS P4T) и представляет из себя великолепную основу для создания устойчивой рабочей станции с высочайшей производительностью или для экстремальных экспериментов с разгоном новых процессоров. Кстати, ряд зарубежных компьютерных изданий протестировали ABIT TH7-RAID под Linux RedHat и все как один твердят о ее великолепной устойчивости и производительности.
3. Выигрыш +15% производительности при оверклокинге процессоров P4 младшего семейства (модели на 1300, 1400 и 1500 MHz) получается легко, без каких-либо последствий в виде перегревов и неустойчивости, а вот более экстремальный разгон уже вызывает некоторые трудности. Суть их следующая: увеличение напряжения питания ядра вполне предсказуемо повышает стабильность работы процессора на более высокой тактовой частоте, но приводит к местным перегревам кристалла при интенсивной работе. Внешне это выглядит так. Разогнанный процессор прекрасно работает сутки подряд на холостом ходу ОС, но стоит загрузить его интенсивной вычислительной задачей, начинает сбоить всего через 40-50 секунд после ее запуска. Причем радиатор кулера остается еле теплым, несмотря на тщательное смазывание термораспределителя фирменной теплопроводящей пастой. Проблемы кроются в прокладке – температурном интерфейсе, находящимся между кристаллом и термораспределителем. Его тепловое сопротивление не позволяет эффективно отбирать тепло у кристалла. Тут можно предложить два выхода: либо использовать радиаторы с элементами Пельтье (полупроводниковым холодильником), либо удалить термораспределитель и прокладку и установить радиатор кулера непосредственно на кристалл процессора. Насколько мне известно, последний подход позволил некоторым энтузиастам перешагнуть при разгоне 1500-го P4 границу в 2 GHz.
4. Самое сильное место систем на P4 – это фантастически быстрый доступ к памяти и к кэшу L2. Поэтому задачи, интенсивно работающие с большими массивами памяти, будут выполняться на P4 намного быстрее, чем на альтернативных архитектурах. Это, разумеется, справедливо для случая рассмотренной мной платформы на чипсете i850, который поддерживает два канала RAMBUS (поэтому модули памяти в эту платформу ставятся парами), и может оказаться вовсе не таким впечатляющим на более дешевом чипсете i845 Brookdale, рассчитанном на обычную память SDRAM. Словом, поживем – увидим.

А пока что можно посоветовать переходить на P4 всем , кому необходима наивысшая производительность в задачах типа 3D-моделирования, видеомонтажа, обработки изображений и звука, криптографии и т. д.

В общем, будущее выглядит достаточно привлекательным – технологические достижения и рост вычислительных мощностей позволяют жить и делать дело быстрее, легче и веселее. А цены – штука преходящая, недаром опыт показывает, что как бы ни менялась технология, приличный персональный компьютер все равно стоит около $1000. Системы на P4 уже вплотную приблизились к этому психологическому барьеру, а это значит, что за ними будущее, причем самое ближайшее…