CPU pro PC i servery

Dnešní moderní osobní počítače disponují již takovým výkonem, že hlavní rozdíl mezi nimi a tzv. pracovními stan...


Dnešní moderní osobní počítače disponují již takovým výkonem, že hlavní rozdíl
mezi nimi a tzv. pracovními stanicemi je především ve výběru komponent (zejména
v případě diskového a grafického subsystému) a v důrazu na dostatečnou
spolehlivost a podporu ze strany výrobce. Přesto je možné zhruba načrtnout,
jaké základní součásti jsou pro pracovní stanice typické a jaká je v
současnosti nabídka nejsilnějších firem v tomto oboru. Hlavními okruhy tohoto
tématu budou především procesory, čipové sady a základní desky.
Paleta použití vysoce výkonných PC a pracovních stanic, které jsou v celé
struktuře nabídky počítačů fakticky velmi blízko sebe, je poměrně široká.
Zatímco dříve bylo takovou typickou úlohou 3D modelování v CAD a CAM systémech,
kde se demonstrovala síla a výkon značkových a velmi často i cenově nadsazených
strojů, dnes je nabídka mnohem pestřejší. A stejně jako se rozšířila nabídka,
vzrostla i poptávka po počítačích, které jsou schopny plnit ty nejnáročnější
úlohy.
Mezi ty patří určitě rendering, raytracing a obecně 3D modelování, které
vyžadují jak silné procesory, tak i grafické karty s vysokým výkonem. S
rozvojem internetu stále častěji vyžadují výkonné stroje weboví grafici,
animátoři využívající flash a tvůrci profesionální dvourozměrné grafiky.
Tradičně významnými uživateli pracovních stanic jsou softwaroví vývojáři,
programátoři nebo manažeři softwarových projektů, kteří kladou důraz na
dostatečně rychlou kompilaci a možnost snadného odlaďování aplikací.
Zvyšuje se také význam počítačů při zpracování digitálního videa či audia.
Silné stroje, často se speciálními akceleračními kartami, jsou využívány k co
nejrychlejšímu zpracování, nelineárnímu střihu, konverzím a výslednému exportu.
V průběhu práce je pak cenný vysoký výkon pro rychlé výpočty přechodů mezi
scénami a v neposlední řadě také při aplikaci digitálních efektů, které se
stávají nedílnou součástí mnoha videosnímků.
Na akademické půdě bývají pracovní stanice určené k vědeckým výpočtům a
simulacím, při nichž se často pracuje se značnými objemy dat. To ve svém
důsledku generuje vysokou zátěž prakticky pro celý systém.
Také digitální fotografie je velmi bohatým zdrojem jak dokumentů s velkým
objemem dat, tak dává i široké možnosti pro další retuš, tvorbu koláží a
možnosti dalšího zpracování snímků v systémech DTP či obdobného charakteru.
Dnešní několikamegapixelové fotoaparáty zvláště v profesionálním segmentu
produkují snímky vysoké kvality, ovšem s pochopitelně značným objemem, který
dále akceleruje nároky na výkon stroje, na němž jsou fotografie dále
zpracovávány.
A samozřejmě nemůžeme zapomenout na segment elektronické zábavy, kde jsou
výkonné počítače často základem pro extrémní herní stroje. Neustále se
rozrůstající peloton profesionálních hráčů nezřídka využívá specializovaných
vysoce výkonných počítačů a dále je dovybavuje tak, aby splňovaly specifické
požadavky.

Výkonné procesory
Pokud vynecháme některé speciální pracovní stanice s odlišnými čipy (jako
například UltraSPARC), pak hlavní proud v nabídce CPU pro všechny druhy
výkonných počítačů reprezentují především procesory značky Intel. Zatímco
Pentium 4 je dnes produktem určeným pro všechny segmenty desktopového trhu,
Intel Xeon je naopak navržen pro malé a střední servery, ale díky své široké
nabídce řešení je nabízen také jako silný zástupce v segmentu pracovních
stanic. Oba dva čipy jsou drobně odlišné jednak konstrukčně a pak také
využívají odlišné platformy základních desek.
Jak Xeon, tak Pentium 4 jsou založeny na architektuře NetBurst, která je
doprovázena quad-pumped FSB sběrnicí s pracovní frekvencí u Pentia 4 maximálně
na 800 MHz, u Xeonu zatím ještě jen na 533 MHz. Maximální kmitočty čipů jsou
obdobné a lehce překračují 3 gigahertzy. Velmi hrubě řečeno je Xeon derivátem
Pentia 4, se kterým má prakticky identické jádro s drobnými odlišnostmi v
systémové sběrnici. Výhodou pro uživatele je při volbě Xeonu možnost práce v
režimu symetrického multiprocessingu (SMP), a tím i odpovídající zvýšený výkon
oproti uniprocesorové platformě.
V dnešní době už Xeon i Pentium 4 shodně podporují technologii Hyper-Threading,
která dovoluje jádru procesoru tvářit se navenek jako dva oddělené čipy. Ve
skutečnosti jsou ale sekundárnímu procesoru nabídnuty pouze nevyužité součásti
fyzického CPU, na skutečné konfiguraci se samozřejmě nic nemění. U
víceprocesorových platforem se pochopitelně počet CPU dostupných pro aplikace
tímto způsobem zdvojnásobuje.
Kvůli shodné velikosti cache u obou procesorů (512 KB L2 a 8 KB L1 Execution
Trace Cache s 256bitovou sběrnicí) a již zmíněné konstrukční příbuznosti obou
čipů je výhodné Xeon provozovat především ve dvouprocesorových systémech, kde
SMP může prokázat své výhody. Pro jednoprocesorové řešení, nejsou-li na něj
kladeny nějaké zvláštní požadavky, je zejména z ekonomického hlediska
výhodnější použít běžné Pentium 4 v kombinaci s high-endovým čipsetem.
Na straně AMD si lze opět zvolit z dvojice procesorů, 32bitového Athlonu XP a
64bitového Opteronu. Oba dva čipy mají stejné základy, tedy funkci instrukčního
dekodéru a jednotlivé výpočetní jednotky, ve funkci cache a zejména řešením
vztahu s periferními čipy se však výrazně liší. Athlon XP je představitelem
klasické skupiny procesorů, které komunikaci s pamětí řeší externím paměťovým
kontrolérem ukrytým v northbridgi. Ten je zároveň prostředníkem také pro AGP
port a proprietárním datovým linkem je napojen na southbridge (kontrolér pro
periferie). Athlon XP s jádrem Barton disponuje 512 KB L2 cache a dalšími 64 KB
exkluzivní vyrovnávací paměti L1. Exkluzivní v tomto kontextu znamená, že data
nejsou současně uložena v L1 a jako kopie také v L2 cache, což fakticky
zlepšuje využitelnost vyrovnávací paměti. K přístupu k oběma typům cache se
využívá 64bitového propojení, což spolu s nižší skutečnou frekvencí procesoru,
na jejímž taktu se odehrává i komunikace s vyrovnávací pamětí, Athlon XP lehce
diskvalifikuje oproti možnostem procesorů Pentium 4. Mimo standardního Athlonu
XP je k dispozici také Athlon MP určený pro duální řešení. Funkcí i paticí se
od běžného Athlonu XP téměř neliší.
AMD Opteron je procesor určený pro pracovní stanice a menší až střední servery,
který si své zákazníky bude získávat nejen vysokým výkonem, ale hlavně možností
pracovat v 64bitovém režimu. V praxi to znamená především posun bariéry
maximálně zvládnutelné operační paměti až na 1 024 GB (adresová sběrnice je ve
skutečnosti 40bitová), limit virtuální paměti je 48bitový, tedy 256 TB. To je
obrovskou výhodou především pro náročné výpočty s velkými objemy dat, které
byly dříve řešitelné buď přímo na 64bitových strojích, anebo na standardních
32bitových počítačích, ovšem se značnou výkonovou ztrátou způsobenou výpočty se
64bitovým rozsahem.
Z pohledu zvýšení výkonu Opteronu se projevují tři základní inovativní
přístupy. Prvním z nich je velká 1megabajtová cache, která se projeví u
aplikací e-commerce, ERP, CRM a dalších vysoce transakčních databázových
aplikací a celkově zvýší výkon i na desktopu. Druhou vlastností je použití
integrovaného duálního řadiče DDR pamětí, který svou přítomností hned v
silikonu CPU může těžit z krátkých latencí při přístupu do operační paměti.
Samotný paměťový řadič má při použití pamětí DDR333 (PC2700) maximální výkon až
5,4 GB/s.
A konečně třetím přístupem pro zvýšení výkonu zejména při práci s periferiemi
je použití sériového propojení HyperTransport, které pomocí tzv. tunelů
realizuje jak funkci portu AGP, tak i dalších typů sběrnice. Mimo toho je
HyperTransport použitelný i jako spoj s kontrolérem pro periferie. Výhodou
tohoto řešení je jednak vysoká rychlost a pak i poměrně snadná škálovatelnost
do budoucna. Významným faktem je také to, že množství řadičů integrovaných
přímo do CPU bude dobrým garantem stability a robustnosti platformy jako celku.

Čipové sady
Pro Pentia 4 nabízí Intel momentálně čipsety nových řad Intel 865 a Intel 875,
ke kterým se přidává ještě čipová sada Intel E7205 určená pro pracovní stanice.
Všechny tyto čipové sady obsahují dvoukanálový řadič paměti DDR a dovedou
obsluhovat nejnovější verze Pentia 4 na frekvencích nad 3 GHz.
Intel 865PE je pozicován jako výkonný desktopový čipset pro procesory s FSB až
800 MHz, který podporuje také paměti typu DDR400. Jako kontrolér pro periferie
je použit nový ICH5, jehož výhodou je integrace diskového rozhraní anebo
dokonce i RAID kontroléru (to v případě ICH5R). Standardem je v tomto případě
až 8 portů USB 2.0 a šestikanálové audio.
Intel 875P se od předchozího modelu liší ve dvou vlastnostech. Zaprvé jeho
paměťový řadič podporuje moduly s kontrolou a korekcí chyb ECC, což je vítaná
vlastnost pro pracovní stanice a malé servery, a zadruhé obsahuje akcelerační
technologii PAT. Její podstatou je snížit latenci při přístupu k paměti redukcí
taktů nutných k vyžádání si paměťového obsahu. Výsledkem je tedy celkově
rychlejší přístup k paměti a lehce zvýšený výkon systému.
Intel E7205 je první čipovou sadou, ve které Intel použil dvoukanálový řadič, a
jako taková vychází poměrně draze. Uplatnění najde především u pracovních
stanic, kde přijde ke slovu podpora ECC pamětí, i když je škoda, že maximálně
typu DDR266.
Procesory Intel Xeon mají také své odpovídající čipsety, mezi které patří
zejména Intel 860 a Intel E7505. Intel 860 je vývojově starší čipová sada s
podporou paměťových modulů typu Rambus. Nevýhodou je využívání jen Xeonů se
400MHz FSB sběrnicí a tomu také odpovídající paměťová propustnost RDRAMů.
To jsou hlavní důvody, proč je Intel 860 nahrazován čipsetem E7505, který místo
pamětí RD-RAM využívá rozšířenější řešení v podobě DDR SDRAM modulů. Intel
E7505 je určen pro dvouprocesorové pracovní stanice s Xeony a ve spolupráci s
obvody Intel 82870P2 a ICH4 tvoří základ pro řešení disponující jak AGP portem,
tak i slotem pro 64bitové karty PCI-X a rozhraním gigabitového Ethernetu.
Na straně procesorů AMD Athlon XP je dnes výhodným řešením pro výkonné stroje
použití čipsetu nVidia nForce2 složené z inovovaného paměťového kontroléru
nVidia 2 SPP a řadiče nForce MCP2 pro periférie. Northbridge podporuje paměťové
moduly DDR266, DDR333 a pro nejnovější procesory také DDR-400. Výhodou je
určitě vyvedení rozhraní AGP 8x pro moderní grafické karty i když je třeba
přiznat, že výkonový nárůst oproti standardním AGP 4x není rozhodně propastný.
Na straně southbridge je zajímavá podpora USB 2.0 a integrace kodeku Dolby
Digital. Zajímavostí je také to, že southbridge je s nortbridge spojeno pomocí
HyperTransportu. Některé desky s čipsetem nForce 2 obsahují i Serial ATA řadič,
RAID kontrolér a téměř na všech je možné nalézt integrované síťové rozhraní
10/100 BaseT.
V případě Opteronu je situace komplikovaná faktem, že kvůli absenci standardní
struktury FSB známé z jiných platforem nejsou k dispozici klasické "čipové
sady", ale pouze jednotlivé obvody pracující jako tunely pro HyperTransport jež
jsou připojeny přímo z procesoru. Stejně tak paměťový řadič je integrován přímo
v CPU, a tak je typ podporovaných paměťových modulů určen přímo použitým
procesorem. Mezi nejpoužívanější tunely patří AMD 8151 poskytující služby portu
AGP 8x, AMD 8131, kterým je možné vytvářet spojení sběrnice PCI-X, a konečně
také kontrolér periferií AMD 8111, jehož funkcí je realizace spojení Ethernetu,
ATA řadiče a také PCI sběrnice.
Některá řešení pro Opteron používají HyperTransport pouze pro připojení k
prvnímu tunelu a další řetězené čipy jsou spojeny proprietárními linky stejně,
jako je tomu v klasické koncepci northbridge-southbridge. Mezi zástupce tohoto
konceptu patří například K8M400T od VIA Technologies.
Zajímavou alternativou je také jednočipové řešení od nVidie nazvané nForce3
Pro, které se na základních deskách objeví zanedlouho.

Tipy na podvozky výkonných PC
Pentium 4

Gigabyte GA-8KNXP
Základem desky GA-8KNXP od Gigabyte je čipová sada Intel 875P a hned na počátku
je třeba poznamenat, že tento produkt nepatří k nejlevnějším. Svůj podíl na
vyšší ceně má především velmi rozsáhlá výbava, která standardně zahrnuje kulaté
IDE kabely, bracket pro FireWire, digitální zvukový SPDIF bracket a mnoho
dalších drobností. Na samotné desce nalezneme kromě čipsetu také kontrolér
gigabitového Ethernetu Intel Pro/1000 CT nebo kodek šestikanálového audia
vybavený detekcí zasunutých konektorů do zdířek. Zajímavostí je určitě duální
napájecí systém zaručující chod PC při výpadku jednoho z nich.

Intel Desktop Board D865PERLK
Originální základní deska Intelu používá jako páteř čipovou sadu 865PE, a je
tedy pozicována jako výkonná desktopová platforma. Výhody této desky vyplývají
zejména z koncepce čipové sady, k dispozici je dvoukanálový řadič pamětí
podporující moduly DDR400 a nižší (celkem jsou k dispozici čtyři paměťové
sloty) a moderní kontrolér ICH 5 s rozhraním Serial ATA a USB 2.0. Na desce je
také instalovaný gigabitový síťový kontrolér a nechybí ani šestikanálový
zvukový čip. Vzhledem k výkonné platformě může uživatele zaujmout také velmi
dobrá cena a solidní podpora na webových stránkách výrobce.

Xeon
Intel Server Board SE7505VB2
Výkonná deska nazvaná sice Server Board, ale stejně tak dobře vhodná i do
pracovních stanice nese označení SE7505VB a dovede obsloužit hned pár Xeonů
pracujících s FSB 533 MHz. Celkem čtveřice slotů pro moduly DDR266 DIMM
podporuje paměti typu ECC a lze dosáhnout celkové kapacity až 8 GB RAM. Na
desce je vestavěný jeden 100megabitový a jeden gigabitový síťový adaptér a také
port AGP 8x. Další karty je možné vkládat do dvou PCI-X slotů, jednoho
64bitového PCI slotu a jednoho 32bitového PCI slotu. Integrován je samozřejmě
RAID kontrolér a podpora pro disky typu Serial ATA.

Athlon XP
MSI K7N2 Delta-ILSR
Bohatě vybavená deska určená pro nejnovější Athlony XP s jádrem Barton a 400
MHz FSB nese označení K7N2 Delta-ILSR. Využívá paměti typu DDR266, DDR333 a
DDR400, ovšem pro synchronní běh je výhodné použít ty posledně jmenované.
Paměťový řadič je i zde duální, což přináší výhody při párování modulů. Na
desce je integrováno síťové rozhraní, 6 portů USB 2.0, SATA a RAID kontrolér a
v neposlední řadě i zvukový čip kompatibilní s Dolby Digital. Součástí dodávky
je i řada zajímavých drobností, jako například IDE kabely s kulatým průřezem či
velké množství přidaného softwarového vybavení.

Asus A7N8X-X
Další základní deskou pro nové Athlony XP je s čipovou sa-dou nForce2-400
A7N8X-X od Asusteku. Také zde je k dispozici podpora pro paměti DDR400 a 400MHz
systémovou sběrnici procesoru, a dále pak potěší implementace portu AGP 8x.
Výbava rozhraními je jako vždy bohatá, nechybí USB 2.0, šestikanálové audio
(kodek ALC650) a paralelní i sériové porty. Asustek klade značný důraz na co
nejtišší výsledný provoz PC, a tak deska A7N8X-X je vybavena pouze pasivním
chladičem čipsetu, a pak také disponuje technologií Q-Fan pro inteligentní
regulaci otáček větráku na chladiči procesoru.

Opteron
MSI K8D Master
Společnost MSI (Micro-Star) má ve svém portfoliu také řešení určené pro duální
konfiguraci Opteronů modelů 240, 242, 244. Motherboard K8D Master je svým
zaměřením spíše serverová deska, protože vůbec neobsahuje tunel pro AGP port,
takže grafické rozhraní je řešeno vestavěným čipem ATI Rage XL. K dispozici je
celkem 6 DIMM slotů pro registrované paměti s ECC opravným kódem typu DDR200,
DDR266 a DDR333. Na desce jsou vyvedeny také dva gigabitové síťové porty
(kontroler Broadcom) a samozřejmě i sériové, paralelní a USB rozhraní. Další
rozšíření je možné sloty PCI či 64bitovými PCI-X.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.