Il quadro attuale vede disponibili varie piattaforme per processori Pentium 4, basate sui differenti standard di memoria DDR oltre che su qualche soluzinoe Rambus destinata, però, alla rapida uscita dal mercato. In questo articolo forniremo alcuni backgound teorici sulle memorie per sistemi Pentium 4 e, soprattutto, analizzeremo le prestazioni velocistiche dei chipset Pentium 4 disponibili in commercio.

L'evoluzione delle memorie DDR è stata molto più rapida di quella delle memorie Rambus. Queste ultime, infatti, sono state introdotte originariamente negli standard PC600, PC700 e PC800 nel corso dell'anno 2000 ma all'atto pratico è stato solo quello PC800 ad aver conosciuto una discreta diffusione sul mercato. Nel mese di Maggio 2002, in concomitanza con il passaggio alla frequenza di bus Quad Pumped di 533 Mhz, Rambus ha introdotto la memoria PC1066, con frequenza di clock di 533 Mhz e bandwidth massima teorica passata dai 3,2 Gbytes al secondo della memoria PC800 a 4,2 Gbytes al secondo.

L'evoluzione delle memorie DDR ha visto il passaggio dallo standard DDR266 o PC2100 verso quello DDR333 o PC2700, l'attuale riferimento in termini prestazionali tra le memorie DDR. Negli ultimi mesi sono stati presentati anche numerosi moduli memoria DDR400, sigla che indica moduli memoria DDR testati per operare alla frequenza di clock di 400 Mhz; al momento il JEDEC non ha ancora ufficializzato uno standard DDR400, pertanto si può più correttamente parlare di moduli memoria DDR333 overcloccati per operare stabilmente a 400 Mhz di clock.

La tabella sottostante riporta informazioni dettagliate su tutti i tipi di memorie DDR che sono state immesse in commercio

E' bene non limitarsi a confrontare le prestazioni dei moduli memoria osservandone la sola bandwidth massima teorica; la memoria Rambus, infatti, per via della sua particolare architettura ha bandwidth molto elevata in senso assoluto ma questo valore è bilanciato da una latenza d'accesso ben superiore a quella della memoria DDR. Questo spiega come mai le memorie Rambus siano superiori in alcuni ambiti applicativi e soffrano invece di un certo gap prestazionale in altri.

memoria DDR400

memoria Rambus PC1066

La tabella seguente riporta le principali caratteristiche tecniche dei chipset per processori Intel Pentium 4 attualmente commercializzati:

Le caratteristiche tecniche dei vari modelli sono sostanzialmente allineate; tutti i chipset Pentium 4 attualmente in commercio forniscono supporto alla frequenza di bus Quad Pumped di 533 Mhz, introdotta lo scorso mese di Maggio con il processore Pentium 4 2,533 Ghz. I chipset DDR hanno tutti supporto alla memoria DDR333, fatta eccezione per il modello i845E (il chipset i845G non ha supporto ufficiale alla memoria DDR333 ma integra nella propria logica il moltiplicatore corretto per abilitare la frequenza di lavoro di 166 Mhz per la memoria). Alcuni chipset, come i modelli VIA P4X400, SiS648 e SiS645DX integrano anche supporto alla memoria DDR400, benché non ufficiale; all'atto pratico utilizzando questa memoria si ottiene un decadimento prestazionale rispetto a quella DDR333, per via delle superiori latenze d'accesso che si è costretti ad impostare per garantire stabilità operativa.

I chipset Intel i7205 Granite Bay, VIA P4X400 e SiS 648 integrano anche supporto alla modalità AGP 8x; rispetto a quella AGP 4x la bandwidth massima teorica raddoppia ma non si hanno che marginali benefici in termini prestazionali. Da segnalare come i chipset Intel non integrino supporto allo standard ATA-133 per gli hard disk EIDE; Intel, infatti, non fa parte di questo consorzio e fornisce solo supporto all'interfaccia ATA-100. Anche in questo caso l'influenza, in termini prestazionali, è pressoché nulla in quanto il transfer rate sequenziale dei più veloci hard disk EIDE è ben inferiore al limtie dei 100 Mbytes al secondo dell'interfaccia ATA-100.

Il chipset Intel i850E deriva direttamente dal modello i850, primo per processori Pentium 4 a supportare la memoria Rambus PC800. A differenza del predecessore, il chipset i850E vanta supporto alla frequenza di bus Quad Pumped di 533 Mhz e alla memoria Rambus PC1066

Le restanti caratteristiche di funzionamento sono rimaste invariate rispetto a quelle del chipset i850, compreso l'Input Output Controller Hub che continua ad essere il modello ICH2 al posto del più recente ICH4 adottato da altri chipset Intel per memoria DDR. La principale differenza tra i due ICH è data dal supporto integrato alle periferiche USB 2.0, assente nel modello ICH2.

Il chipset E7205, meglio noto con il nome in codice di Granite Bay, rappresenta la vera novità di Intel nel settore delle workstation Pentium 4. Questo chipset, infatti, introduce per la prima volta da parte di Intel l'architettura Dual Channel DDR per il bus memoria, su un sistema specificamente pensato per processori Pentium 4. Il chipset supporta memoria DDR200 e DDR266, per una bandwidth massima teorica che raggiunge i 4,2 Gbytes al secondo con 2 moduli DDR266 operanti in parallelo.

Il chipset Granite Bay è pensato specificamente per l'impiego in workstation singolo processore; questo spiega come mai Intel abbia introdotto il supporto ufficiale alla modalità AGP 8x. L'Input Output Controller Hub è il modello ICH4, con controller USB 2.0 integrato e due canali EIDE ATA-100.

Interessante segnalare come l'integrazione di un controller memoria DDR a due canali abbia comportato una notevole complessità costruttiva del Memory Controller Hub (MCH); questo componente, infatti, è del tipo a ben 1005 pin con package Flip Chip-Ball Grid Array (FC-BGA). A titolo di confronto, per il chipset i850E il Memory Controller Hub ha 615 pin, con package Organic Land Grid Array (OLGA).

Hyper-Threading è, in termini molto semplici, una tecnologia che permette al sistema operativo di vedere il processore come se fosse composto da due distinte unità logiche; è stata implementata da Intel inizialmente all'interno dei propri processori Xeon e in seguito di quelli Pentium 4, a partire dalla versione a 3,06 Ghz di clock. Questa particolarità permette al sistema di eseguire contemporaneamente due thread, sfruttando appieno tutti i cicli di clock messi a disposizione dal sistema e, quindi, ottenendo un aumento delle prestazioni velocistiche complessive. Per ulteriori dettagli sulla tecnologia Hyper-Threading si faccia riferimento alla recensione della cpu Pentium 4 3,06 Ghz, pubblicata su Hardware Upgrade a questo indirizzo.

Per poter sfruttare appieno la tecnologia Hyper-Threading è necessario utilizzare una scheda madre dotata di chipset con pieno supporto hardware; se non correttamente identificato dal processore, infatti, Hyper-Threading non può essere abilitato.

I chipset Intel che supportano ufficialmente Hyper-Threading sono i modelli i845PE, i845GE e i7205. Le schede basate su i845E e i850E potranno beneficiare di tutti i vantaggi di questa tecnologia solamente dopo essere state aggiornate con l'appropriata versione di BIOS. L'unica eccezione, tra i chipset Intel, è rappresentata dal modello i845G stepping A; per questo motivo Intel ha immesso in commercio una nuova revision di questo chipset, dotata di supporto ufficiale a Hyper-Threading e identificata dalla sigla B.

Le attuali revisioni dei chipset prodotti da SiS, inclusi i modelli S645DX e SiS648 non dispongono del supporto Hyper-Threading, tuttavia SiS dovrebbe rilasciare ad inizio 2003 versioni aggiornate dei propri chipset per P4. I chipset di VIA non supportano la tecnologia Hyper-Threading e, finché VIA non avrà la licenza sul Pentium4 Quad Pumped Bus, gli ingegneri dell'azienda taiwanese non potranno accedere alla documentazione necessaria.

Il logo delle cpu Pentium 4 ha subito una modifica che ne contraddistingue il supporto alla tecnologia Hyper-Treading. Intel non prevede di implementare questa tecnologia anche nelle precedenti versioni di cpu Pentium 4 con clock inferiore a 3,06 Ghz ma di proseguire l'implementazione di Hyper-Threading solo con le successive versioni di processore Pentium 4.

Sulla confezione delle schede madri con supporto alla tecnologia Hyper-Threading viene posto un particolare sticker; nell'immagine quello posto sulla confesione della scheda madre EpoX 4PEA, modello basato su chipset Intel i845PE.

Da bios è possibile abilitare o disabilitare il supporto Hyper-Threading.

Il Task Manager riporta due processori presenti, per ciascuno dei quali è riportato un grafico dell'occupazione.

Per poter confrontare le varie piattaforme chipset in prova mantenendo il più possibile invariate le condizioni di test si è scelto di disabilitare il supporto Hyper-Threading durante i benchmark prestazionali.

La piattaforma di test utilizzata per valutare le prestazioni del chipset Intel i7205, meglio noto con il nome in codice di Granite Bay, è il modello Asus P4G8X Deluxe. La scheda è pensata per workstation grafiche singolo processore, fattore enfatizzato dalla presenza dello Slot AGP PRO 8x per le schede video; la larchezza complessiva superiore alla media ha permesso una razionale disposizione dei componenti sul PCB, fatta solo eccezione per il connettore di alimentazione a 12V, con 4 pin, che è stato posizionato dietro alla scheda di rete, in posizione non facilmente raggiungibile a sistema montato nel Case.

La dotazione accessoria di questa scheda è molto ricca; on board sono integrati scheda di rete a 1 Gbit, scheda audio a 5.1 canali (chip ALC650), controller Serial ATA a 2 canali. La circuiteria di alimentazione è dimensionata a processori Pentium 4 da 3,06 Ghz di clock e oltre; da segnalare la circuiteria di alimentazione specifica per la memoria DDR, posta nell'angolo superiore destro.

Per poter sfruttare la configurazione a due canali DDR paralleli è necessario montare un numero pari di moduli memoria; se si utilizza un solo modulo memoria, infatti, verrà attivato uno solo dei due bus a 64bit, ottenendo una bandwidth massima teorica pari a quella del modulo utilizzato (ad esempio, con un modulo DDR266 si otterranno 2,1 Gbytes al secondo).

La dotazione accessoria della scheda è molto ricca; oltre a manuale, cavi EIDE e Serial ATA e dotazione software sono fornite due placche posteriori per case, che forniscono rispettivamente connessioni Firewire e connettori audio in e out in formato digitale coassiale. La versione Deluxe si differenzia da quella standard per avere integrato il software

Da bios è possibile variare tutti i principali timings di accesso della memoria DDR; la frequenza di lavoro della memoria è però sincrona a quella di bus, pertanto se si utilizza un processore con bus a 400 Mhz la frequenza di lavoro della memoria DDR sarà fissa a 200 Mhz, quindi secondo lo standard DDR200 (PC1600).

E' possibile variare manualmente i voltaggi di alimentazione Core (sino a 1.975V), DDR (sino a 2.7V), AGP (sino a 1.7V), la frequenza di bus e quella dello Slot AGP.

Intel i850E: Intel D850EMV2

SiS648: Shuttle AS45

Intel i845E: Abit IT7 MAX

Intel i845PE: Asus P4PE

Intel i845GE: Abit BG7E

VIA P4X400: DFI PE21-EC/A

Durante i test sono stati utilizzati i seguenti componenti:

I test sono stati eseguiti con i seguenti criteri:

• l'hard disk è stato formattato e su di esso è stato installato Windows 2000, patchato con Service Pack e tutti gli ultimi fix disponibili al momento dei test; sono stati caricati solo i driver necessari al corretto funzionamento del sistema operativo;

• ogni benchmark è stato eseguito per almeno 2 volte, prendendo come valore riferimento quello medio; se i risultati ottenuti sono parsi inattendibili o eccessivamente diversi tra di loro si è provveduto a rieffettuare i benchmark fino ad un massimo di 5 volte;

• al termine di ogni esecuzione dei benchmark il sistema è stato riavviato e l'hard disk deframmentato utilizzando il software Defrag contenuto in Windows 2000.

Il chipset Intel i845PE è quello che si è meglio comportato con il benchmark applicativo Business Winstone 2002, seguito a breve distnza da Intel i845GE e dagli altri chipset per memoria DDR333. Abbastanza distanziato il chipset i850E, chiaro segno che i tipi di test effettuati non permettano alla memoria Rambus PC1066 di sfruttare le proprie potenzialità.

Il risultato molto deludente del chipset i7205 Granite Bay sembra più legato a qualche specifico bug con il software Business Winstone 2002 che a un effettivo gap prestazionale, soprattutto analizzando i risultati ottenuti da questa piattaforma con gli altri test.

Con il benchmark Content Creation Winstone 2002 è la piattaforma Rambus a far segnare le migliori performances, distanziando di poco il chipset Intel i845PE. Molto deludenti le performances del chipset VIA P4X400, ultimo del lotto, mentre per il chipset Intel i7205 si possono segnalare le stesse note evidenziate per i test con benchmark Business Winstone 2002.

La piattaforma Intel i845PE ha fatto segnare i migliori risultati prestazionali con il benchmark 3D Mark 2001SE, distanziando sia i850E che i7205 soprattutto alla risoluzione di 640x480. Le altre piattaforme DDR333 sono allineate quanto a prestazioni velocistiche, con il chipset VIA P4X400 che fa segnare valori molto simili a quelli della piattaforma Intel i845E, quest'ultima con memoria DDR266.

Con Comanche 4 il quadro rimane pressoché invariato rispetto a quanto appena visto con 3D Mark 2001 SE; solo alla risoluzione di 1024x768 i due chipset con la bandwidth più elevata, Intel i7205 e i850E, riguadagnano un ridotto margine di vantaggio rispetto al chipset i845PE.

Con il gioco Quake 3 Arena i 3 chipset Intel i845PE, i7205 e i850E mantengono prestazioni pressoché allineate, distanziando le altre soluzioni DDR333. Interessante segnalare come, alla risoluzione di 640x480, il chipset Granite Bay aumenti le proprie prestazioni di oltre l'11% passando da architettura singolo canale a quella Dual Channel.

I test di pura bandwidth effettuati con il benchmark Sisoft Sandra 2003 premiano le piattaforme con la più elevata bandwidth massima teorica, quindi i chipset Intel i7205 e i850E. Ottimo risultato per la piattaforma Intel i845PE, dovuto presumibilmente ad un bios particolarmente performante utilizzato per la scheda Asus P4PE.

I valori di CPU Score del benchmark PC Mark 2002 sono pressoché allineati con tutti i chipset in prova, segno che l'efficienza processore - chipset è praticamente identica. Nel Memory score i valori rispecchiano quanto visto poco sopra con il benchmark Sandra 2003, con un'ottima prestazione del chipset Intel i845PE grazie alla notevole ottimizzazione dal lato timings della piattaforma di test, Asus P4PE.

Il memory bandwidth test del benchmark Membench conferma i risultati appena visti con Sandra 2003.

Ottimo risultato, in termini di latenza d'accesso, per il chipset Intel i7205 Granite Bay, che in configurazione doppio canale fa segnare le migliori performances grazie anche al sincronismo di frequenza di lavoro tra bus di sistema e memoria DDR. Da segnalare come il chipset i850E faccia segnare un ottimo valore di latenza con stride a 64 Bytes, ma crescendo questo valore peggiora sensibilmente con valori di latenza molto elevati.

Ottimi risultati complessivi per i due chipset Intel i850E e i7205 Dual Channel, soluzioni specificamente orientate al mercato delle workstation singolo processore. Mediamente tutti i chipset in prova fanno segnare ottimi valori, in modo particolare il modello Intel i845PE che si distingue tra le soluzioni DDR a singolo canale.

I test prestazionali hanno evidenziato ottime performances per la nuova piattaforma i7205 Granite Bay; questo chipset è stato infatti in grado di far registrare i più elevati livelli prestazionali in pressoché tutti i test, allineandosi al chipset i850E abbinato a memoria Rambus PC1066. Fanno eccezione i benchmark Winstone 2002 per i quali, tuttavia, si presuppone che i risultati dipendano più da qualche bug driver che da effettivi limiti del chipset.

Il vero limite di questa piattaforma, comune del resto a quella i850E, è dato dal costo: Intel indica come ambito applicativo di riferimento delle piattaforme Granite Bay quello delle workstation singolo processore. Conseguenza logica è che le schede madri basate su questo chipset vantano una dotazione accessoria particolarmente ricca ed un prezzo finale molto elevato.

Il vero vincitore di questa comparativa è allora il chipset Intel i845PE; grazie al supporto alla memoria DDR333, abbianto ad una eccellente stabilità operativa, questo chipset fa segnare prestazioni velocistiche sempre molto elevate tra i modelli con supporto DDR333, ad un costo d'acquisto che se non raggiunge quello delle piattaforme SiS648 resta comunque inferiore a quello dei chipset Intel per workstation singolo processore. Numerosi produttori hanno a listino schede madri basate su questo chipset, pertanto non sarà difficile trovare una scheda che per prezzo e dotazione faccia al proprio caso.

Il chipset i845GE riprende le caratteristiche del modello i845PE, fatta eccezione per il sottosistema video integrato; le differenze pretazionali evidenziate nei test sono più legate alle due differenti piattaforme utilizzate che alle performances dei due chipset. Se non s'intende utilizzare il video integrato si consiglia di rivolgersi a una scheda basata su chipset i845PE.

Il chipset SiS648 si è confermato una soluzione estremamente interessante; le performances velocistiche sono mediamente a metà strada tra i chipset Intel i845PE e i845E, ad un prezzo medio che è sensibilmente inferiore. In commercio sono disponibili schede madri basate su questo chipset caratterizzate dalla dotazione accessoria molto ricca e dalla costruzione solida, pertanto il chipset SiS648 può rappresentare una soluzione interessante per un sistema con qualche vincolo di budget in più.

Il chipset VIA P4X400 è, tra le piattaforme Pentium 4 per memoria DDR, quella più lenta; in tutti i test questo chipset ha fatto segnare valori allineati, se non inferiori, a quelli del chipset Intel i845E con memoria DDR266. A questo si aggiunge la mancanza per VIA di uan licenza ufficiale d'uso per il bus Quad Pumped della cpu Pentium 4, condizione che non ne promuove l'impiego in schede madri dei più importanti e noti produttori di chipset.