Процессор — в холодильник, частоту — себе

Как KryoTech превратила Athlon 600 МГц в Athlon 800 МГц

Владимир Богданов

Что русскому здорово, то полупроводнику — смерть

Вниманию операторов холодильных установок

Ой, мороз, морo-о-o-з…

Cool Athlon 800. Практика — критерий истины

«Ледяной дом». Аппаратные подробности и производительность

Что русскому здорово, то полупроводнику — смерть

Речь, конечно, пойдет не о декалитрах шнапса, а скорее, о бане. То, что полупроводники боятся жара или просто чрезмерного (по их «мнению») нагрева, — почти азбучная истина. Физикам давно известна высокая чувствительность полупроводников к температуре и облучению. И если второй фактор критичен, скорее, для орбитальных спутников, то «парилка» внутри корпуса компьютера — проблема вполне земная. При повышении температуры растет средняя энергия колебания атомов в кристалле — все большее количество связей в кристаллической решетке того же кремния начинает разрываться, появляются все новые пары электронов и дырок…. Стоп! Наверное, все, что нам надо понять, — это то, что при повышении температуры, начиная с определенного момента, свойства полупроводника меняются. Точнее, с ростом температуры проводимость полупроводников и диэлектриков возрастает1 . Результат — «необъяснимые» и повторяющиеся зависания, необходимость в нескольких шумных вентиляторах, и в итоге на столе появляется компьютер, который «поет» как пчелиный улей. Сейчас уже ни один высокочастотный процессор не обходится без пассивного радиатора и активного воздушного охлаждения при помощи вентилятора (кулера). Без них ваш «актуальный» процессор стабильно проработает минут пять-десять, прежде чем «закипит». Логично предположить, что, предприняв особые меры по охлаждению процессора, можно добиться стабильной работы чипов, рассчитанных на комнатную температуру, — причем на тактовых частотах, значительно превышающих «штатные» мегагерцы. Подобные неафишируемые «особые» меры, в частности, применялись при демонстрации Альбертом Ю (главный процессорный идеолог Intel) «обычного» Pentium III, работающего на частоте 1002 МГц еще в начале 1999 года2 . Так как же охладить процессор? Так же, как и банку «Кока-колы» — поместить его в холодильник. Сама идея не нова: температурный «разгон» процессоров (по крайней мере на уровне экспериментов и демонстраций) в разное время практиковали многие «серверные» корпорации: Sun, DEC, IBM. А в 1991 году стартовал совместный проект Intel и NCR по «промышленному температурному разгону», известный под именем Cheetah. Именно портфель патентов, зарегистрированных в рамках проекта, позже перешел в распоряжение шести основателей KryoTech (в то время — инженеров NCR).

В начало

В начало

Вниманию операторов холодильных установок

«Зачем же изобретать велосипед?» — решили, вероятно, в американской корпорации KryoTech (http://www.kryotech.com/), молодой частной компании, основанной инженерами-выходцами из NCR, — и сконструировали небольшой морозильник, вероломно замаскированный под системный блок компьютера. В нем процессор охлаждается до минус 40°С и «ускоряется» до рекордных тактовых частот. Был Athlon 600 МГц — стал Athlon 800 МГц, и это при всем известной низкой «разгоняемости» процессоров AMD. Данный «разгон», к слову, не идет ни в какое сравнение с несанкционированным увеличением тактовой частоты процессора пользователем — на свой страх и риск. KryoTech снимает сливки благодаря кропотливым инженерным расчетам и экспериментам. Для «промышленного разгона» даже термин другой подобрали: не overcklocking (сверхчастотность, перебор с частотой), а acceleration (ускорение).

Морозильник в системном блоке — это не шутка. В нижней части корпуса ПК инженеры KryoTech (kryos по-гречески значит «холод») расположили конденсатор, компрессор, вентилятор, на переднюю панель вывели индикатор температуры, а на процессор завели специальную термошину, служащую для отвода тепла. Термошина заканчивается специальной криогенной камерой, которая как бы окутывает процессор (то есть охлаждению подвергается только центральный процессор, а все остальные компоненты довольствуются комнатной температурой). Естественно, с системой no-frost, так что полюбоваться таким экзотическим зрелищем, как иней на чипах, вам не придется.

Реализованный в системе механизм парокомпрессионного охлаждения (vapor phase refrigeration), по данным KryoTech, в 50 раз эффективнее, чем традиционное воздушное охлаждение, и в пять раз интенсивнее водяного охлаждения. Тут уместно вспомнить принцип действия обычного холодильного агрегата: компрессор создает в испарителе низкое давление, и жидкость в нем (хладагент — сжиженный газ) начинает кипеть, отнимая тепло. Определенная часть жидкости испаряется (точнее, переходит в газообразное состояние, но не улетучивается — система замкнута, происходит рециркуляция) и поступает в компрессор. В компрессоре пар сжимается и нагревается. Далее нагретый пар поступает в конденсатор, где осаждается, превращаясь снова в жидкость (конденсируется). Жидкость поступает в испаритель, и все повторяется заново. Интенсивный отбор тепла хладагентом происходит при испарении (превращении жидкости в газ).

В начало

В начало

Ой, мороз, морo-о-o-з…

Минус 40° — это практический потолок, достижимый недорогими бытовыми системами охлаждения. Это, конечно, не абсолютный ноль3 , но результат впечатляет: при «минус сорок» производительность КМОП-процессора уже научились повышать на 30-35%, а в перспективе из охлажденного чипа можно будет «выжать» две, а иногда и три его штатные производительности. В частности, при снижении температуры до минус 120°С производительность стандартного КМОП-процессора может быть удвоена (данные KryoTech). Тут стоит оговориться, что экстремальное охлаждение — это, пожалуй, самый очевидный способ. Снижения энергопотребления и тепловыделения процессора можно добиться при уменьшении проектных норм (например, переходом с допусков 0,25 мкм на 0,18 микрон), а также при помощи управления концентрацией примесей. Примеси, кстати, такой же критически важный для свойств полупроводников фактор, как температура и радиация.

Замечено, что тепловыделение процессоров растет в геометрической прогрессии. Если в 1994 году на процессор приходилось 10 ватт, то уже в 2000-м ожидается больше 100 ватт, а к 2002 году дело дойдет и до 150. Не всякий полупроводник готов работать в таком режиме. С другой стороны, у производителей микросхем есть обязательства перед покупателями, есть более или менее четкие планы прироста производительности, и все требуют: «Давай, давай! К такому-то сроку — столько-то мегагерц!» Возможно, в недалеком будущем устройство экстремального охлаждения станет столь же привычным элементом архитектуры ПК, как и кулер на процессоре сегодня.

В начало

В начало

Cool Athlon 800. Практика — критерий истины

В принципе серийную рефрижераторную ATX-платформу KryoTech Renegade может купить любой пользователь, желающий охладить процессор любого типа до комнатной температуры. Это всего лишь +27° С, а не –40° С, но и этого вполне достаточно для умеренного «разгона», будь то процессор для разъема Socket 7, Socket 370 или Slot 1. Розничные цены на блок Renegade (надо понимать, корпус ATX плюс система охлаждения внутри) составляют 349 и 409 долл. за конфигурацию с разъемами Socket7/370 и Slot1 соответственно (цены, конечно, для американского рынка). Вещь вполне доступная и к тому же универсальная — она годится для модернизации любой современной системы с типоразмером ATX. Купить же «голую» систему с охлаждением до –40°С пока нельзя, так как, по мнению разработчиков, это более сложное конструктивное решение, требующее тщательного подбора системной платы и учета расположения процессора. В частности, необходимо обеспечить его температурную изоляцию от окружающих компонентов на плате.

Самым совершенным серийно выпускаемым полуфабрикатом на сегодняшний день является установка KryoTech Cool Athlon 800. Как видно из названия, речь идет о корпусе-холодильнике, плате со Slot A и процессоре AMD Athlon 600 МГц, работающем на «разогнанной» частоте 800 МГц и с частотой шины — 100 МГц (по другим данным — 200 МГц). На середину сентября компьютер на базе Cool Athlon 800 остается самым быстродействующим серийным ПК в мире. Стоимость платформы — 2200 долл., что не так уж много даже для массового рынка. Предыдущей серийной платформой была установка Cool K6-III 550 МГц. В ней инженеры KryoTech охладили кэш L2 процессора K6-III (компонент, «нестабильность» которого в отличие от процессорного ядра, собственно, и «заваливает» кривую производительности всего процессора K6-III) до минус 40°С. В результате «охлажденный» процессор AMD превосходил на честном процессорном тесте ZD Business CPUbench32 своего «одноклассника» Pentium III на 16%. Источник, KryoTech, конечно, сторона заинтересованная, но цифры выглядят правдоподобными. Для тех, кому интересно, скажу, что использовалась системная плата ASUS P5A ATX, 300-ваттный блок питания (такой же используется и в Cool Athlon 800) и стандартные компоненты ПК. От момента запуска полностью выключенной системы до достижения температуры минус 36°С проходит около 3 минут. Если же система «погашена», а холодильная установка работает, то компьютер «стартует» гораздо быстрее. Кроме того, имеется специальная мониторинговая система, которая корректно завершит работу системы, если «заподозрит» перегрев процессора.

Ожидается, что в конце сентября на рынок поступит и долгожданная установка Super-G c процессором Athlon, работающим на частоте 1 ГГц. Такой компьютер был продемонстрирован еще в конце апреля этого года. Где? Естественно, на собрании акционеров AMD. Если же вашему столу «к лицу» только персональный суперкомпьютер, то уже давно поставляются машины KryoTech на базе процессоров Alpha, работающих на тактовой частоте 767 МГц.

От названий процессоров AMD уже в глазах рябит, заметили? А где же Intel? Корпоративная версия KryoTech такова: официальной поддержки разработчика «охлажденных» систем Intel не ведет, хотя они и «дружат домами» на инженерном уровне. Технически охлаждение чипов Intel ничем не отличается от «выхолаживания» процессоров AMD. Просто в AMD к этой теме относятся с большим пониманием. А без поддержки со стороны конструкторов чипов KryoTech не решается вести «глубокую» заморозку (до –40°С). Зато до комнатной температуры — пожалуйста (см. абзац про Renegade). Другими словами, это проблема маркетинговая, а не технологическая. К счастью, в обход «политики» малоизвестная в России компания SYS Technology (http://www.sys.com) еще зимой выпустила рабочую станцию PowerHouse 600 на спарке Pentium III Xeon 600 МГц («в девичестве» — 450 МГц, плата на чипсете 440GX). Догадались, какой там стоял «кондиционерчик»?

В начало

В начало

«Ледяной дом». Аппаратные подробности и производительность

Германия — вотчина почитателей AMD, крупнейший европейский рынок, где на первое место ставят оригинальные технологии, а не маркетинг. Поэтому нет ничего удивительного, что одна из первых установок Cool Athlon 800 досталась «на растерзание» специалистам тестовой лаборатории немецкого аппаратного Web-сайта Tom’s Hardware Guide (http://www.tomshardware.com). При подготовке этого раздела использовались материалы «со слов потерпевших».

Прежде всего расположение термошины (эту трубу в металлической оплетке хорошо видно на фотографии) было признано удачным, так как она не перекрывала доступа к слотам памяти, карте AGP и другим «съемным» компонентам ПК.

Вся холодильная установка располагается в отстегивающейся подставке системного блока. Из нее в полость корпуса восходит термошина, заканчивающаяся криогенной камерой, надеваемой на процессор. Печатная плата процессора (естественно, без привычного кожуха) жестко фиксируется в камере. Как и любой холодильник, криогенная подставка достаточно тяжела — ее вес заметно больше 20 кг.

Для сравнительного тестирования платформы KryoTech с обычными системами на базе Athlon и Pentium III с максимальными доступными тактовыми частотами использовались различные системные платы, включая «неоднозначную» Microstar MS-6167 (помимо этой платы KryoTech использует и продукцию Giga-Byte).

Испытания Tom’s Hardware Guide показали, что на тесте SysMark98 (под Windows 98) установка Cool Athlon 800 почти на 35% опережает лучшего на тот момент представителя семейства Pentium III с тактовой частотой 600 МГц. В свою очередь, согласно показателю SysMark 98 на деловых приложениях, запущенных под Windows NT, производительность Cool Athlon 800 чуть более чем на 30% выше, чем у системы на базе Pentium III 600 МГц. Оценить производительность процессора в приложениях, интенсивно использующих вычисления с плавающей запятой, немецкие специалисты предложили на базе скорости рендеринга картинок в 3D Studio MAX под Windows NT. Результат: Сool Athlon обсчитал 109 картинок за час, а Pentium III — 56 изображений в час (почти в два раза меньше).

У поклонников игр тоже нет повода для беспокойства. На Quake 3 Arena в разрешении 640x480 при 16-разрядной глубине цвета Cool Athlon 800 обеспечивает производительность 123 кадра в секунду, в то время как Intel Pentium III 600 вытягивает 95 кадров в секунду (то, что и этого показателя хватает за глаза, — уже другой вопрос). На Quake 2 (Crusher Demo) показатели, соответственно, 89 (Cool Athlon 800) и 61 кадр/с (Pentium III 600 МГц).

Хорошая производительность, однако не стоит забывать, что кэш L2 у Athlon пока работает на половине ядра. Получается, что при ускорении до 800 Мгц из кэша второго уровня необходимо вытянуть как минимум 400 МГц! Но это же традиционно больное место! Найти процессор с таким устойчивым кэшем — большая удача. Может быть, проблема потеряет остроту при переходе на технологию 0,18 микрон (пока чипы Athlon выпускаются в соответствии с нормами 0,25 мкм), но вообще самым простым выходом является снижение тактовой частоты кэша до трети частоты ядра.

С момента объявления процессоров Athlon компьютерная индустрия достаточно быстро отреагировала на нового «тяжеловеса» чипсетами, материнскими платами, программным обеспечением. Системные платы для Athlon объявили как гранды этого бизнеса, так и вовсе начинающие компании. Одно плохо — «Атлонов» по-прежнему сильно не хватает. Да Intel не безучастно смотрит на складывающуюся ситуацию. У нее-то проблем с производством и поставкой чипов никогда нет. Объявили Pentium III 600 МГц — и уже на следующий день в компьютерном салоне можно купить ПК на базе самого современного процессора (и это — в России). К тому же Intel готовит AMD достойный ответ: достаточно скоро корпорация выпустит «Пентиумы» с тактовой частотой около 700 МГц, и опять же они будут физически доступны. К тому же Intel провела существенное снижение цен на свои процессоры (как сложилось — раз в квартал). Тут уж либо синица в руках, либо журавль в небе. К тому же «синица» эта весьма скоростная, а «журавль» опять парит где-то в заоблачных высотах, и маршрут его перелета все сильнее смещается в сторону от России.

Ну и, наконец, — как бы заключение. Большая заслуга AMD состоит в том, что она не бросает «развитие» армии пользователей платформы Super 7 (ею же и созданной). В частности, недавно был объявлен процессор AMD K6-2 с тактовой частотой 500 МГц для розетки Socket 7. Его цена в крупных партиях составляет 167 долл. за штуку — неплохой ответ на экспансию Celeron и Pentium II.

КомпьютерПресс 10'1999

1999 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2001 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2002 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2003 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2004 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2005 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2006 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2007 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2008 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2009 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2010 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2011 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2012 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2013 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Популярные статьи
КомпьютерПресс использует