Athlon XP и 166 МГц FSB: почему бы и нет…

Введение

Память, соответствующая спецификации DDR333 потихоньку становится индустриальным стандартом. На рынке уже присутствует немалое количество наборов логики под различные платформы, которые поддерживают этот тип памяти. JEDEC утвердил спецификацию, а многие производители памяти приступили к массовому производству DDR333 модулей. Таким образом, пропускная способность массовой DDR SDRAM к настоящему моменту увеличилась до 2.7 Гбайт в секунду.
Но действительно ли так необходима DDR333? Как показали наши тесты, для платформ построенных на базе процессоров Pentium 4 – эффект от применения более скоростной DDR SDRAM действительно есть. Это и не удивительно. Пропускная способность шины Pentium 4 составляет 3.2 Гбайт в секунду, а следовательно в таких системах вся пропускная способность DDR333 памяти может быть задействована. Иначе обстоит дело с Athlon-системами. В них частота системной шины задержалась на отметке 266 МГц, а следовательно пропускная способность этой магистрали составляет всего 2.1 Гбайт в секунду. Что из этого получается – мы уже видели. При переходе с DDR266 на DDR333 производительность растет совсем незначительно.
Однако хочется напомнить тот факт, что изначально процессорная шина EV6, используемая в Athlon-системах, проектировалась как магистраль, частота работы которой впоследствии может быть доведена до 400 МГц. Поэтому, теоретически, AMD никто не мешает увеличить скорость процессорной шины Athlon еще раз, подняв ее, например, до 333 МГц. При этом системы, построенные на процессорах с ускоренной шиной, получат неплохой прирост производительности, обуславливаемый возрастанием объемов данных, способных проходить по магистрали процессор-память.
Тем не менее, ускорять процессорную шину AMD, как мы видим, не намеревается. Процессоры семейства Athlon XP, использующие сейчас шину с частотой 266 МГц, продолжат использовать ее и в дальнейшем. Не изменит положения и предстоящий перевод линейки Athlon XP на новое 0.13-миронное ядро Thoroughbred. Все Athlon XP, выходящие по крайней мере до конца этого года, новую и более скоростную шину в свое распоряжение не получат.
Чем же объясняется столь упорное нежелание AMD пойти на столь очевидный шаг увеличения производительности? Ведь DDR333 чипсеты для Socket A систем, которые теоретически способны совместить быструю процессорную шину и быструю шину памяти, на рынке уже представлены. Например, тот же VIA KT333 вполне способен сочетать 333-мегагерцовую процессорную шину и DDR333 память, дав возможность шинам процессора и памяти работать синхронно, и уйти от несоответствий в пиковых пропускных способностях этих шин. Более того, увеличение частоты системной шины кажется даже более очевидным шагом для повышения производительности Athlon-систем, чем то же увеличение размеров кеша второго уровня. Но AMD ставит на первое место именно увеличение L2-кеша. Во второй половине года в процессорах Athlon XP его размер возрастет до 512 Кбайт, а частота шины так и останется на отметке 266 МГц.
Что ж, пора от вопросов переходить к ответам. Причины отказа AMD от использования 333-мегагерцовой процессорной шины, безусловно, есть. Причем, как маркетингового характера, так и инженерного.
В первую очередь следует понимать, что AMD уже настроилась на выпуск линейки ClawHammer в конце этого года, и Athlon XP больше не является приоритетным и любимым детищем этой компании. Более того, с выходом ClawHammer, который будет нацеливаться на рынок производительных систем, Athlon XP должен будет занять нишу дешевых процессоров, которая сейчас заполнена процессорами семейств Celeron и Duron. Поэтому AMD уже начала неспешно «сдерживать» линейку Athlon XP с целью ее плавной переориентации. Кроме того, запуск ClawHammer должен будет, естественно, сопровождаться массированной рекламной компанией. И чем больше AMD сможет привести преимуществ ClawHammer по сравнению с Athlon XP, тем для нее же лучше. Поэтому AMD постарается, чтобы пропускная способность шины ClawHammer была ощутимо выше пропускной способности шины Athlon XP. Это - что касается маркетинга.
Также, при переходе на шину с частотой 333 МГц (или частоту FSB 166 МГц) возникнут и инженерные проблемы. Хотя сами процессоры Athlon XP способны безо всяких проблем использовать шину с повышенной частотой уже сейчас, про материнские платы этого же сказать нельзя. При увеличении частоты FSB возрастает и уровень наводок, возникающих в проводниках, разведенных на материнской плате. Таким образом, падает общая стабильность системы. Поэтому внедрение 333 МГц шины потребует от производителей плат проведения дополнительных тестов, а вполне возможно и редизайна своих продуктов. Идти на эти дополнительные расходы готовы далеко не все. Поэтому не следует удивляться тому факту, что при частоте FSB 166 МГц нормально может работать только примерно половина представленных на рынке Socket A материнских плат.
Тем не менее, совсем отрицать возможность перевода Athlon XP на частоту шины 333 МГц не следует. Например, недавно анонсированный DDR333 набор логики VIA KT333 частоту FSB 166 МГц поддерживает, хотя это нигде официально не декларируется. В данном контексте это означает, что при установке частоты FSB в 166 МГц, частоты шин PCI и AGP остаются штатными. То есть, чипсет позволяет выбор соотношения 1:5 между частотами FSB и PCI. Соответственно, такая возможность доступна и на всех материнских платах, в основе которых лежит набор логики VIA KT333. Правда, частота памяти при установке частоты FSB 166 МГц, в силу ограничений заложенных в чипсете, в любом случае будет равна 166 МГц. Но именно этот режим (166 МГц FSB и DDR333 память) и вызывает наибольший интерес у экспериментаторов.
Правда, оговоримся, что хотя установить частоту FSB в 166 МГц (при частоте PCI и AGP 33 и 66 МГц соответственно) можно на всех платах, основанных на VIA KT333, устойчиво функционировать при таких настройках могут далеко не все продукты. Объясняется это, в частности тем, что многие производители использовали для своих плат на VIA KT333 старый дизайн PCB, унаследованный от VIA KT266(A) материнских плат. Кроме того, производители плат относятся к возможности выбора частоты FSB 166 МГц, как к функции для оверклокеров, поэтому далеко не все из них проводят тесты устойчивости своих продуктов при таких частотах. В общем, из четырех материнских плат на KT333, протестированных нами недавно, мы можем ручаться (в плане работы с частотой FSB 166 МГц) только за пару продуктов: ASUS A7V333 и MSI KT3 Ultra. Другая пара плат устойчивой работы при повышении частоты FSB до 166 МГц не обеспечивает.
Но, хватит теоретических рассуждений. Пора переходить к практике.

Как мы тестировали

Целью этого тестирования было определение целесообразности возможного перевода линейки Athlon XP на использование 333-мегагерцовой процессорной шиной. Мы попытались определить прирост производительности, который может дать ускорение системной шины процессорам семейства Athlon XP. Соответственно, для тестирования мы использовали процессор Athlon XP 2000+ (реальная частота которого составляет 1666 МГц). Коэффициент умножения на этом процессоре был разблокирован путем соединения пяти перемычек (золотых мостов) L1, расположенных на его поверхности. Затем, мы провели измерение скорости его работы в трех режимах:

При частоте FSB 133 МГц и DDR памяти, работающей на 133 МГц;
При частоте FSB 133 МГц и DDR памяти, работающей на 166 МГц;
При частоте FSB 166 МГц и DDR памяти, работающей на 166 МГц.

В качестве тестовой платформы нами была выбрана одна из самых производительных материнских плат на базе VIA KT333, MSI KT3 Ultra-ARU. Заметим, что и при частоте FSB 166 МГц эта материнка смогла порадовать нас беспрекословной с точки зрения стабильности работой.
Также, для полноты сравнения в тестах принимает участие и процессор Intel Pentium 4 2.4 ГГц, работающий в системе на базе набора логики i845D, в которой использована PC2100 DDR SDRAM.
В итоге, вот так выглядели наши тестовые системы:


На тестовых системах была установлена операционная система Microsoft Windows XP.

Результаты тестов

В первую очередь предлагается посмотреть, как же зависит от частоты системной шины реальная скорость работы с памятью. Вот результаты синтетического теста Cachemem, полученные при измерении пропускной способности подсистемы памяти во время выполнения операций чтения, записи и копирования больших (превышающих объем кеша второго уровня процессора) объемов данных.

Результаты показывают, что реальная производительность подсистемы памяти ограничена пропускной способностью процессорной шины только в части операций чтения. При выполнении записи и копирования увеличение частоты шины без наращивания скорости памяти дает не столь сильный эффект, хотя он также присутствует. Таким образом, переход в Athlon системах на использование DDR333 дает увеличение скорости операций записи и копирования в памяти, однако нарастить производительность при чтении из памяти не удается как раз именно из-за того, что пропускная способность магистрали процессор-память имеет узкое место на участке чипсет-процессор. Для ликвидации этого узкого места как раз и необходимо увеличение частоты FSB до 166 МГц.
Любопытно, что у Pentium 4, использующего DDR266 память, в то же время скорость чтения из памяти и копирования в памяти выше, чем у Athlon-системы с более быстрой памятью и 166-мегагерцовой процессорной шиной. Тут, видимо, сказывается странность процессорного ядра Palomino, обеспечивающего более низкую скорость чтения из памяти, чем, например, предыдущее ядро Thunderbird. Получается, что даже и VIA KT333 и Palomino не способны задействовать возможности используемой DDR SDRAM, что называется «на полную катушку». То есть, инженерам AMD и VIA есть к чему стремиться.

Еще более занимательно смотрятся результаты при измерении латентности. Как мы видим, увеличение частоты процессорной шины в Athlon-системах способно существенно уменьшить латентность операций обращения к подсистеме памяти с точки зрения CPU. Впрочем, следует понимать что латентность самой памяти при этом не уменьшается. Если поделить полученные величины на множители протестированных процессоров, то получим для i845 366/24 = 15 тактов, для KT333 с 166 МГц FSB - 196/10 = 19 тактов и для KT333 при 133 МГц FSB - 227/12.5 = 18 тактов.
Хочется обратить внимание также и на то, что порадовавший нас при измерении пропускных способностей набор логики i845D при измерении латентности снова показывает лучший чем у VIA KT333 результат. И это снова заставляет нас посетовать на контроллер памяти в чипсетах от VIA.

Измерение скорости работы подсистемы памяти в тесте SiSoft Sandra 2002 подтверждает сделанные ранее выводы. Прирост в скорости работы DDR333 оказывается несравнимо более высоким, если одновременно с увеличением частоты DDR SDRAM увеличивается и частота, на которой работает процессорная шина. В стандартном же для VIA KT333 режиме при частоте FSB 133 МГц, переход с DDR266 памяти на DDR333 не дает практически никакого результата. Поэтому использование DDR333 с Athlon-системами было бы более логичным, если бы и частота процессорной шины возросла бы синхронно до 166 МГц. Однако судьба распорядилась по-другому…
Переходим от синтетических тестов к практическим.

Для тестирования в офисных приложениях и приложениях для создания контента нами была использована новая версия тестового пакета SYSmark 2002. Отличия новой версии от старой невелики: набор используемых приложений остался тем же, лишь обновились их версии. Тем не менее, в результате нагрузка на шину памяти по сравнению с SYSmark 2001 возросла вдвое. Теперь обновленный тестовый пакет стал еще более чутко реагировать на производительность подсистемы памяти.
Результаты показывают, что переход на DDR333 память дает примерно двухпроцентный прирост быстродействия, а дополнительное увеличение скорости шины приводит к трехпроцентному росту производительности. Причем, заметим, что в приложениях для создания интернет-контента увеличение скорости памяти без ускорения процессорной шины не дает практически никаких результатов, а в обычных бизнес-задачах эффект есть от того и от другого.

Как видим, скорость архивации существенно зависит от производительности подсистемы памяти. Однако использование DDR333 с асинхронной 133-мегагерцовой процессорной шиной позволяет увеличить скорость работы совсем не на много. Зато производительность алгоритма сжатия информации WinRAR при одновременном увеличении частот FSB и памяти со 133 до 166 МГц возрастает аж на 16%.

Скорость кодирования mp3 нельзя назвать операцией, сильно зависящей от скорости памяти.

Аналогично обстоит дело и при сжатии видео. Производительность при увеличении скорости памяти или шины процессора растет слабо. Видимо, пропускной способности памяти 2.1 Гбайт в секунду оказывается предостаточно для работы алгоритмов кодирования аудио и видео.

Тест 3DMark2001 SE, моделирующий работу игр будущих поколений показывает, что эффективность использования DDR333 памяти в системах с процессором с 133-мегагерцовой шиной невелика. Зато при увеличении частоты FSB до 166 МГц получается ускорение в размере 4%.

А вот и разгадка высокой производительности Pentium 4 систем в Quake3. Все дело в скорости подсистем памяти. Если бы AMD усилила свою линейку процессоров 333-мегагерцовой шиной, обогнать Pentium 4 в этой игре для Athlon XP было бы несложно.

В недавно вышедшей очередной версии популярного симулятора вертолета пропускная способность магистрали процессор-память оказывается ключевой характеристикой. Простая же замена DDR266 на DDR333 в Athlon-системах, как видим, не дает никаких результатов.

На диаграмме – еще один аргумент в пользу 166-мегагерцовой шины. Однако на AMD он, похоже, не действует.

3D дизайнерам ускорение шины Athlon тоже может дать неплохой результат. Простое увеличение частоты FSB на 25% (при использовании DDR333 памяти) приводит к почти 8-ми процентному увеличению быстродействия при работе во ViewPorts.

Результаты профессионального теста SPECviewperf еще раз подтверждают все вышесказанное.
Думается, аргументов достаточно.

Выводы

Итак, как мы увидели, простое увеличение частоты шины у процессоров Athlon XP может дать очень даже существенный прирост производительности. При переходе от частоты FSB 133 МГц к частоте FSB 166 МГц прирост быстродействия (при условии наличия в системе DDR333 SDRAM) позволяет увеличить скорость системы на 7-15%. Жаль, что AMD пока не будет использовать эту возможность. А ведь в конкурентной борьбе с линейкой Pentium 4, и особенно в свете предстоящего перевода ее на 533 МГц Quad Pumped Bus это могло бы очень помочь Athlon XP.
Впрочем, никто не мешает энтузиастам задействовать частоту FSB 166 МГц без участия AMD. :) Для этого потребуется: DDR333 память, качественная плата на наборе логики VIA KT333 и процессор Athlon XP с разблокированным коэффициентом умножения.