Перспективы использования DDR400 SDRAM на платформе Athlon XP

Введение

Как мы уже неоднократно отмечали, компания Intel планирует в недалеком будущем внедрить в системах на базе процессоров семейства Pentium 4 новую 800-мегагерцовую Quad Pumped Bus. Это событие произойдет в середине апреля и будет сопровождаться выпуском новых наборов логики Springdale и Canterwood, поддерживающих соответствующую частоту процессорной шины и частоту FSB 200 МГц. Такое резкое увеличение частоты FSB потребует для компенсации возросшей пропускной способности процессорной шины и использования более быстрых типов памяти. Поскольку новый стандарт DDR II все еще далек от стадии перехода к массовому производству, в новых платформах на базе Pentium 4 Intel предлагает использовать двухканальную DDR400 SDRAM. Этот факт означает следующее: DDR400 SDRAM в скором времени перейдет из состояния «память для оверклокеров» в разряд типов памяти, повсеместно применяемых в индустрии. Вот как по мнению Intel будет складываться рынок памяти в ближайшем будущем:


Что же в это время происходит в стане давних соперников компании Intel, AMD? В настоящий момент процессоры семейства Athlon XP используют 333-мегагерцовую шину и частоту FSB 166 МГц. Учитывая то, что большинство чипсетов для процессоров семейства Athlon XP показывает наивысшую производительность при синхронной работе шин процессора и памяти, что, в общем-то, совершенно неудивительно, наиболее предпочтительным типом памяти для современных Socket A платформ является DDR333 SDRAM. Таким образом, после выхода Pentium 4 с частотой шины 800 МГц AMD рискует оказаться в роли отстающего в части используемых типов памяти. Конечно, использование DDR400 SDRAM совместно с современными Athlon XP c 333-мегагерцовой шиной теоретически возможно. Однако, как показывают многочисленные тесты, это не только не дает никаких реальных преимуществ с точки зрения производительности, но и даже снижает производительность системы.
Именно поэтому в последнее время вопрос перевода процессоров Athlon XP на использование 400-мегагерцовой шины стал особенно актуален. Более быстрая шина позволит использовать преимущества в скорости, предоставляемые грядущим индустриальным стандартом DDR400, что в итоге должно вылиться в увеличение производительности линейки Socket A процессоров без поднятия их тактовых частот. Для AMD такая возможность сегодня выглядит очень привлекательно – процессорные ядра Thoroughbred и Barton, которыми располагает на сегодняшний день компания AMD, практически достигли максимума своей тактовой частоты. Поэтому, увеличение производительности путями, отличными от банального разгона процессорного ядра, для AMD является неплохим выходом.
В то же время AMD пока не спешит с раскрытием своих планов по увеличению частоты шины, ограничиваясь комментариями о том, что инженеры компании только лишь рассматривают эту возможность. Дело в том, что несмотря на использование в процессорах семейства Athlon XP процессорной шины Alpha EV6, теоретически способной работать при частоте 400 МГц, достаточно серьезные проблемы могут возникнуть из-за неготовности производителей чипсетов и материнских плат, изначально не рассмотревших возможность применения их продуктов при использовании частоты FSB 200 МГц. Это может повлечь снижение стабильности Socket A систем, что AMD, кончено же, допустить не может. В результате, выпуск Athlon XP с 400-мегагерцовой системной шиной может потребовать разработку новых (или обновленных) наборов логики и материнских плат. Однако целесообразность вложения новых сил и средств в разработку продуктов под Athlon XP сомнительна ввиду того, что линейка Socket A процессоров компании AMD в скором времени прекратит свое дальнейшее развитие.
И, тем не менее, несмотря на все проблемы, которые могут возникнуть при использовании 400-мегагерцовой шины на платформе Athlon XP, мы склоняемся к мысли о том, что уже следующий процессор Athlon XP с рейтингом 3200+ может быть выпущен в двух вариантах – для шины 333 МГц и для шины 400 МГц. Однако даже если AMD и не решится на такой шаг, шина 400 МГц наверняка окажется широко используемой в среде оверклокеров, которые, получив в свои руки скоростную DDR400 память, не откажутся от возможности получить дополнительный прирост производительности благодаря разгону FSB.
В данном материале мы попробуем дать ответы на несколько важных вопросов. Какой прирост производительности можно получить, если перейти на использование 400 МГц шины, и целесообразно ли это в свете того, что тайминги у DDR400 несколько хуже, чем у DDR333 и DDR266 модулей? Каковы возможности современных DDR400 модулей памяти? Как сильно тайминги памяти влияют на производительность системы?

Как и что мы тестировали

После исследования современных доступных на рынке DDR400 SDRAM модулей памяти оказалось, что все они очень сильно различаются по своим параметрам. Тайминги проверенных нами модулей варьировались от 2-3-3-5 (CAS Latency – RAS# to CAS# Delay – RAS# Precharge – Active to Precharge Delay) у лучших экземпляров от OCZ Technology и Corsair до 3-5-5-10 у относительно дешевых безымянных DDR400 SDRAM модулей, которыми наводнены многие магазины. Поэтому, тестирование системы с 400-мегагерцовой шиной и DDR400 SDRAM мы провели при установке различных таймингов, что позволит также нам сделать вывод об их влиянии на скорость работы и дать заключение о целесообразности использования качественных DDR400 модулей памяти. Что же касается DDR333 и тем более DDR266 модулей памяти, то подавляющее большинство производителей памяти поставляет в настоящее время модули, способные работать при минимальных задержках 2-2-2-5, поэтому тестирование систем с 333- и 266-мегагерцовой шиной памяти мы выполняли при установке именно этой тайминговой схемы. В итоге, мы приобретем возможность получить представление и о том, сможет ли при практическом использовании медленная DDR400 память превзойти быструю DDR333, и есть ли реальный смысл в ее использовании и переходе на более быструю 400-мегагерцовую шину вместо использования системы с DDR333 модулями, использующими минимальные тайминги, и 333-мегагерцовой процессорной шиной.
Тестирование выполнялось на системе, построенной на основе набора логики NVIDIA nForce2. Именно этот набор логики пользуется сегодня наибольшей популярностью у компьютерных энтузиастов благодаря своей высокой производительности, двухканальной архитектуре и продвинутым сетевым и звуковым возможностям. Поскольку максимальную производительность этот набор логики демонстрирует при работе в синхронном режиме, все тесты проводились при одинаковой частоте процессорной шины и шины памяти. Однако с выбором материнской платы для этого тестирования у нас возникли определенные проблемы. Как оказалось, многие материнские платы, в которых используется чипсет NVIDIA nForce2, не позволяют увеличивать частоту FSB синхронно с частотой памяти выше 180-190 МГц. Это – весьма печальный факт, который может стать существенным препятствием при вводе 400-мегагерцовой шины у процессоров Athlon XP. Тем не менее, нам удалось найти материнскую плату, лишенную описанной проблемы. Этой платой оказалась ABIT NF7, которая в отличие от пересмотренных нами экземпляров других производителей, включая платы ASUS, Chaintech и EPoX, позволяла увеличивать частоту FSB синхронно с частотой памяти как минимум до 225 МГц.


Столь замечательные свойства ABIT NF7 объясняются как качественным дизайном этой платы, так и возможностью увеличивать напряжение питания на северном мосту чипсета, в результате чего стабильность работы набора логики сильно возрастает. Впрочем, другие производители материнских плат в настоящее время работают над описанной проблемой и обещают в ближайшее время начать поставки новых ревизий своих продуктов, работающих в синхронном режиме при частоте FSB 200 МГц и выше.
Для того, чтобы иметь возможность говорить о зависимости производительности процессоров Athlon XP от частоты шины, ими используемой, тесты мы проводили используя CPU, работающий на частоте 2 ГГц ровно. Частота 2 ГГц попеременно выставлялась как 10x200 МГц, 12x166 МГц или 15x133 МГц. Используемый для тестов процессор основывался на ядре Thoroughbred.

Подошла пора ознакомиться с составом нашей тестовой системы:

Процессор AMD Athlon XP на ядре Thoroughbred, работающий на частоте 2 ГГц;
Материнская плата ABIT NF7 на чипсете NVIDIA nForce2, BIOS версии 15;
512 Мбайт DDR SDRAM (2 x 256 Мбайт);
Видеокарта ATI RADEON 9700 PRO, драйвера Catalyst 3.1;
Жесткий диск Seagate Barracuda ATA IV, 80 Гбайт.

Модули памяти, как уже говорилось выше, мы использовали самые разные, в результатах тестов мы просто укажем их тайминги. Вся протестированная память использовалась в двухканальном режиме. Все тесты выполнялись в операционной системе MS Windows XP Professional SP1, а BIOS Setup материнских плат был настроен на максимальное быстродействие.

Результаты тестов

В первую очередь обратим наше внимание на результаты синтетических тестов, измеряющих производительность подсистемы памяти. Вот какие данные нам удалось получить, используя тест Cachemem:


Сразу же бросается в глаза тот факт, что если при переходе от 266-мегагерцовой шины к 333-мегагерцовой выигрыш был очевиден – он проявлялся и в возросшей пропускной способности памяти и в уменьшившейся латентности, то при переходе на использование шины с частотой 400 МГц столь же значительной прибавки в скорости системы ожидать не приходится. Проблема заключается в латентности подсистемы памяти. DDR400 SDRAM, к сожалению, не позволяет использовать столь же агрессивные тайминги, что и DDR333 SDRAM, поэтому зачастую латентность системы с 333-мегагерцовой шиной и DDR333 памятью оказывается лучше, чем у системы с DDR400 с 400-мегагерцовой шиной. Поэтому, в отдельных случаях перевод Athlon XP на 400-мегагерцовую шину может и вовсе не дать положительного эффекта. Впрочем, в той категории задач, которые требуют высокой пропускной способности памяти, эффект от использования более быстрых памяти и шины процессора будет несомненный – пропускная способность магистрали процессор-память от таймингов зависит не сильно.
Перейдем к результатам теста SiSoft Sandra 2003:




Полученные цифры еще раз подтверждают сказанное выше. Пропускная способность магистрали процессор-память от таймингов зависит мало, и поэтому при увеличении частот шин процессора и памяти возрастает. При этом прирост показателей при переходе от 266-мегагерцовой шины к 333-мегагерцовой составляет 22%, а при переходе от 333-мегагерцовой шины к 400-мегагерцовой достигает всего лишь 17%, что вновь говорит о том, что влияние скорости шины на производительность системы будет снижаться с увеличением частоты шины.


Примерно то же самое можно сказать и про результаты, полученные в PCMark2002. Однако, пора от синтетических тестов переходить к тестам в реальных приложениях.






Полученные в тесте SYSmark 2002 результаты, основанные на измерении скорости работы системы в основных офисных приложениях и приложениях для создания цифрового контента, демонстрируют как раз то, что в ряде случаев использование DDR400 SDRAM и 400-мегагерцовой шины памяти может не обеспечивать более высокой скорости, чем при работе с 333-мегагерцовой шиной. Наиболее критичными к таймингам памяти оказались офисные приложения, в приложениях же, работающих с потоковыми данными, первостепенное значение имеет пропускная способность магистрали процессор-память.


При сжатии данных популярным архиватором WinRAR вновь система с DDR400 с «плохими» таймингами не может превзойти систему с DDR333. Более того, даже использование DDR400 SDRAM с наиболее агрессивными таймингами дает лишь 3-процентное преимущество над системой с 333-мегагерцовой шиной и DDR333 SDRAM. При этом переход от частоты шины 266 МГц к частоте шины 333 МГц позволял получить выигрыш величиной почти 13%.


Обработка видеопотока оказалась задачей, зависящей от пропускной способности магистрали процессор-память несколько сильнее. Тут DDR400 с любыми таймингами обеспечивает результат лучше, чем при использовании DDR333.


Финальный рендеринг в 3ds max 5 при использовании 400-мегагерцовой шины выполняется быстрее, и его скорость практически не зависит от настроек подсистемы памяти.
Перейдем к тестам в игровых приложениях.




Использование популярных бенчмарков 3DMark последней и предыдущей версий приводит нас к одному и тому же результату. Хотя 400-мегагерцовая шина позволяет получить определенный выигрыш в производительности, его величина не будет столь же высокой, как и при переходе от 266- к 333-мегагерцовой шине, который AMD выполнила некоторое время тому назад.


Тест CPU из 3DMark03 демонстрирует это еще более явно. Кстати, хочется заметить, что CAS Latency уже не является ключевым таймингом памяти, как было принято считать ранее. Часто, увеличив CAS Latency, но уменьшив RAS# to CAS# Delay, RAS# Precharge или Active to Precharge Delay, можно получить несколько более быстродействующую систему.


Прирост производительности, получаемый при переходе на использование 400-мегагерцовой шины и DDR400 с 333-мегагерцвых шин, достигает в Return to Castle Wolfenstein 6%.




В Unreal Tournament 2003 прирост быстродействия поменьше. Тем не менее ни в одной игре мы не видели ситуации, когда более быстрая шина «вредит» производительности из-за менее агрессивных таймингов памяти. Поэтому, если AMD перейдет на использование в своих процессорах шины с частотой 400 МГц, в первую очередь этим переходом окажутся довольны игроки. Остальные же пользователи будут вынуждены потратить некоторое количество времени и средств для приобретения качественных DDR400 модулей памяти.

Лучшие DDR400 модули

Итак, в результате данного тестирования было выявлено, что лучшие модули памяти способны функционировать на частоте 400 МГц при таймингах 2-3-3-5. В этом случае прирост быстродействия от перевода системы на 400 МГц шину по сравнению с системой, работающей с быстрой DDR333 памятью при частоте шины 333 МГц, составляет 3-7%. Обычная же DDR400 память не позволяет использовать CAS Latency равное 2 при частоте 400 МГц и не обеспечивает такого прироста в производительности. Поэтому, ниже мы укажем те модули, которые в процессе нашего тестирования позволили получить нам максимальную производительность.
В первую очередь хочется отметить модули OCZ EL DDR PC-3700 Enhanced Latency.


Теоретически, данные модули рассчитаны на работу при частоте 466 МГц, поэтому совершенно неудивительно, что при частоте 400 МГц они функционируют просто отменно. Однако, согласно официальной спецификации, для работы этих модулей памяти на частоте 466 МГц рекомендуется использовать CAS Latency равное 2.5 и напряжение питания 2.7 В. На частоте же 400 МГц эти модули смогли беспроблемно работать при таймингах 2-3-3-5.
Также, мы попробовали выяснить максимальную частоту, при которой эти модули смогут работать в нашей тестовой системе при таймингах 2-3-3-7 и напряжении питания 2.6 В. Полученный результат – 456 МГц, это - абсолютно лучший показатель среди всех протестированных модулей при подготовке данного материала.
Второй результат показали модули CMX256A-3500C2 от Corsair.


Производитель обещает, что эти модули могут работать в системах на чипсете VIA KT400 при частоте 434 МГц и таймингах 2-3-3-7. В нашей же тестовой системе, основанной на наборе логики NVIDIA nForce2, модули стабильно работали при частоте 400 МГц с таймингами 2-3-3-5, как и OCZ EL DDR PC-3700. При разгоне с напряжением питания 2.6 В и таймингами 2-3-3-7 модули Corsair CMX256A-3500C2 смогли стабильно работать в нашей тестовой системе при максимальной частоте 440 МГц.
Специально для двухканальных наборов логики многие производители памяти начали продавать комплекты, состоящие из пары модулей, протестированных при совместной работе. Мы попробовали один такой комплект - OCZ EL DDR PC-3500 Dual Channel Enhanced Latency Series.


Эти модули также порадовали нас стабильной работой при частоте 400 МГц с таймингами 2-3-3-5. Согласно спецификации, они могут работать и при частотах 434 МГц с CAS Latency равным 2. При практическом тестировании в нашей системе максимум, который нам удалось получить при таймингах 2-3-3-7 и напряжении 2.6 В, составил те самые 434 МГц. К слову, благодаря использованию в своих модулях медных радиаторов, OCZ разрешает выставлять своим модулям напряжения до 2.8 В. Естественно, в этом случае результат разгона будет еще лучше.
Огромной популярностью из брендовых модулей памяти пользуются сейчас Corsair CMX256A-3200C2.


Неудивительно. Эти модули, также как и их более быстрые собратья, без проблем смогли работать на частоте 400 МГц при таймингах 2-3-3-5. Впрочем, дальнейший разгон частоты показал, что они не обладают большим «запасом прочности». Максимальная частота, на которой эти модули смогли работать при таймингах 2-3-3-7 и при напряжении 2.6 В, составила 420 МГц.
Поскольку, как показало тестирование, тайминги памяти ощутимо влияют на производительность, использование высококачественных модулей памяти может являться еще одним путем увеличения производительности системы.

Выводы

В апреле прошлого года мы показали, что увеличение частоты процессорной шины Athlon XP с 266 до 333 МГц имеет смысл и позволяет получить прирост в производительности порядка 7-10%. Несколько позднее, в октябре прошлого года, AMD воспользовалась этой возможностью и начала предлагать процессоры, ориентированные на частоту шины 333 МГц.
Произойдет ли нечто подобное и в этот раз? Сегодня мы показали, что перевод процессоров Athlon XP на 400-мегагерцовую шину также может повысить их производительность. Конечно, прирост быстродействия в этот раз не столь значителен и достигает в некоторых случаях только лишь 6-7%. Более того, получение хотя бы такого выигрыша в скорости требует использования высококачественной памяти с достаточно агрессивными таймингами. Но, тем не менее, применение 400 МГц шины – наиболее безболезненный на сегодняшний день путь увеличения производительности линейки Athlon XP.
Минусы же 400-мегагерцовой шины очевидны – стабильность и работоспособность старых материнских плат и чипсетов с ней необходимо будет дополнительно проверять. Более того, процессоры с шиной 400 МГц вполне могут потребовать приобретения новых материнских плат, что означает их ограниченную совместимость со старыми платформами.
По какому пути пойдет дальше AMD, сказать сейчас тяжело. Однако энтузиасты вполне могут не ожидать решения компании, а перейти на использование 400 МГц шины самостоятельно. Для этого потребуется материнская плата, способная работать при частоте FSB 200 МГц, и высококачественная DDR400 память. Наши рекомендации по этому поводу можно прочитать выше, а нам остается лишь добавить, что далеко не любая DDR400 SDRAM может оказаться полезной в деле повышения производительности Athlon XP систем.