Чипсеты для серверов

Сергей Пахомов

Intel 440GX

ServerWorks ServerSet III LE

ServerWorks ServerSet III HE

ServerWorks ServerSet III HE-SL

Что же дальше?

За последние год-два архитектура серверных платформ, которые традиционно остаются более консервативными, нежели обычные ПК, претерпела существенные изменения. Прежде всего это связано с появлением нового поколения серверных чипсетов линейки ServerWorks производства компании ServerWorks (ранее Reliance Computer, RCC) и позднее — чипсетов с аналогичным названием производства компании Broadcom. При этом речь идет о чипсетах для так называемых серверов стандартной архитектуры, то есть оснащенных процессорами Intel Pentium и Intel Xeon и поддерживающих от одного до четырех подобных процессоров.

омпания Intel, которая считается законодателем моды в производстве не только процессоров, но и различного рода БИС, похоже, сконцентрировала свои усилия на производстве чипсетов для рабочих станций. Даже новые чипсеты i840 и i860, поддерживающие двухпроцессорную архитектуру, позиционируются компанией Intel как чипсеты для мощных рабочих станций, а не для серверов. Из серверных же чипсетов остался разве что проверенный временем i840GX. Конечно, современным этот чипсет не назовешь, но для того, чтобы оценить тенденции развития и преимущества новых чипсетов, мы решили включить его в наш обзор.

Несмотря на отсутствие современных моделей серверных чипсетов собственного производства (зачем создавать то, что уже сделано хорошо?), компания Intel, тем не менее, активно поддерживает линейку ServerWorks, производя под них серверные платформы и материнские платы (STL2, SBT2, SDS2, SCB2, SAI2).

Итак, чтобы оценить всю мощь современных чипсетов и преимущества новых технологий, сначала рассмотрим упомянутый чипсет i840GX, на котором до недавнего времени было реализовано подавляющее большинство серверов среднего и начального уровней.

Intel 440GX

абор микросхем Intel 440GX+AGPset является усовершенствованной модификацией набора микросхем Intel 440BX AGPset и рассчитан на поддержку двух процессоров Intel Pentium II (III) на Slot 1 или двух процессоров Intel Pentium II Xeon на Slot 2. Конструктивно чипсет построен по классической схеме двух мостов: северного моста 82443GX и южного моста 82371EB PIIX4E. Основным преимуществом нового для того времени чипсета была поддержка 100-мегагерцевой шины (вместо 66-мегагерцевой, как на чипсетах предыдущего поколения), что увеличивало пропускную способность системной шины до 800 Мбайт/с (100 МГцЅ64 бит). Кроме того, чипсет имел встроенный AGP-видеоконтроллер (рис. 1).

Максимальный объем адресуемой памяти составлял всего 2 Гбайт SDRAM-памяти (используется 31-битная адресация).

Северный и южный мосты связаны друг с другом обычной PCI-шиной, что характерно для чипсетов того времени. При этом сама шина имеет 32-битную архитектуру и работает на частоте 33 МГц, обеспечивая ширину полосы пропускания в 133 Мбайт/с (33 МГц/32 бит). На этой же шине реализованы и PCI-слоты.

Северный мост 82443GX по сути является контроллером памяти и обеспечивает поддержку AGP 2Х-порта с шириной полосы пропускания 533 Мбайт/с (133 МГц/32 бит), причем сама AGP-шина также реализована на PCI-шине через интегрированный в северном мосте виртуальный Host-to-PCI-мост.

Южный мост выполняет функцию контроллера ввода/вывода. Реализована поддержка 2 IDE-портов (UltraDMA 33) и 2 USB-портов с полосой пропускания 1,5 Мбит/с. Кроме того, южный мост выполняет роль моста между PCI- и ISA-шинами с поддержкой до четырех ISA-слотов, о которых сейчас стали постепенно забывать.

К концу 90-х годов требования, предъявляемые к серверам начального и среднего уровней, претерпели значительные изменения. Стало очевидным, что наличие одной PCI-шины с пропускной способностью 133 Мбайт/с может оказаться недостаточным, а появление процессоров и модулей памяти с поддержкой частоты системной шины 133 МГц требовали соответствующих конструктивных изменений в серверных чипсетах.

Не останавливаясь на особенностях первых чипсетов нового поколения — ServerWorks I и ServerWorks II, которые не получили широкого распространения, сразу перейдем к ныне здравствующему чипсету ServerWorks ServerSet III LE.

ServerWorks ServerSet III LE

актически данный чипсет оказался первым и единственным серверным чипсетом, рассчитанным на поддержку двухпроцессорных SMP-конфигураций (Intel Pentium III) с частотой системной шины 133 МГц и памятью PC133 SDRAM. Именно это обстоятельство явилось доминирующим фактором в признании чипсета со стороны производителей серверных плат, что, в свою очередь, привело к широкому распространению серверов на его основе. Поддержка частоты 133 МГц позволила увеличить пропускную способность системной шины до 532 Мбайт/с и тем самым создать более сбалансированную систему между периферийными устройствами и возможностями процессорной подсистемы. Однако поддержка частоты 133 МГц — не единственное преимущество по сравнению с чипсетом Intel 440GX. Другим новшеством стала реализация двух независимых PCI-шин — кроме обычной 33 МГц/32 бит PCI-шины, которая, как и в чипсете 440GX, связывает северный и южный мосты, появилась и вторая полноразмерная (66 МГц/64 бит) шина, реализованная на северном мосте.

Обычная 32-битная PCI-шина, работающая на частоте 33 МГц, имеет 32 линии данных, позволяет осуществлять 32-битную передачу данных и поддерживает 32-битную адресацию за цикл или 64-битную адресацию за сдвоенный цикл (Dual Address Cycles, DAC), что позволяет адресовать соответственно 4 Гбайт или 16 Тбайт оперативной памяти. 64-битная PCI-шина, имеющая 64 линии данных, позволяет осуществлять 64-битную передачу данных за цикл и поддерживает 64-битную адресацию, позволяя адресовать за один цикл всю доступную память.

Собственно 32-битная PCI-шина не является узким местом в системе ввода/вывода. Периферийные устройства — такие как SCSI-контроллеры (за исключением Ultra SCSI 160), IDE-контроллеры или сетевые адаптеры Fast Ethernet — сами по себе не используют весь потенциал 32-битной PCI-шины. Однако процесс взаимодействия между PCI-шиной, памятью, процессором и PCI-мостом (Host PCI Bridge) может привести к существенному снижению производительности PCI-устройств. Действительно, захват ее каким-либо устройством приведет к снижению производительности (вплоть до нуля) всех остальных.

Частично указанная проблема решается за счет использования кэша PCI-моста, что обеспечивает процессору возможность считывать данные из кэша PCI-моста параллельно с взаимодействием PCI-устройств с памятью (при поддержке ими прямого доступа к памяти). Однако это не позволяет «развязать» между собой сами PCI-устройства, так как единовременно PCI-шина доступна только одному периферийному устройству. Изолировать друг от друга PCI-устройства можно только при использовании нескольких равноправных PCI-шин, для чего используется соответственно несколько отдельных PCI-мостов, но в этом случае сами PCI-мосты начинают конкурировать друг с другом за доступ к процессору и памяти.

Естественно, что для рабочих станций, где активность периферийных устройств невелика (поскольку не требуется установка мощных SCSI-контроллеров и нескольких сетевых адаптеров Fast Ethernet или даже Gigabit Ethernet), PCI-шина не создает проблем и полосы пропускания в 133 Мбайт/с вполне достаточно. Однако ситуация кардинально меняется в случае серверных платформ: полосы пропускания в 133 МГц может явно не хватать, и хотя использование нескольких равноправных PCI-шин увеличивает общую полосу пропускания, вопрос не решается полностью, так как узким местом становится конкуренция самих шин за доступ к процессору и памяти. Более радикальное решение состоит в переходе на 64-битные PCI-шины, которые при работе на частоте 66 МГц увеличивают полосу пропускания до 532 Мбайт/с, что в четыре раза больше, чем для обычной (32-битной 33-мегагерцевой) шины.

Конструктивно чипсет ServerWorks ServerSet III LE построен по мостовой схеме и состоит из двух микросхем: NB6635 North Bridge 3.0 LE и IB6566 South Bridge (рис. 2).

Северный мост выполняет функции контроллера памяти и обеспечивает реализацию второй независимой полноразмерной PCI-шины на частоте 66 МГц (поддерживается также работа на частоте 33 МГц).

Южный мост, связанный с северным мостом по обычной PCI-шине, выполняет функцию контроллера ввода/вывода и обеспечивает поддержку 2 IDE-портов (UltraDMA 66) и 4 USB-портов с полосой пропускания 1,5 Мбит/с. Поддержка ISA-шины в новом чипсете уже не предусмотрена.

К другим особенностям следует отнести возможность адресации до 4 Гбайт памяти с коррекцией ошибок (32-битная адресация), интегрированный в южный мост чип управления прерыванием IOAPIC (ранее он исполнялся в виде отдельной микросхемы на материнской плате) и поддержку на аппаратном уровне технологии Server Management Bus (SMBus).

ServerWorks ServerSet III LE позиционируется как чипсет для серверов начального и среднего уровней. Для построения серверов уровня подразделения предназначен более производительный чипсет серии ServerWorks ServerSet III HE (High End).

ServerWorks ServerSet III HE

тот чипсет поддерживает четырехпроцессорную SMP-конфигурацию с возможностью установки от одного до четырех процессоров Intel Pentium II/III Xeon.

Конструктивно чипсет построен по мостовой схеме и состоит из северного моста NB6536 North Bridge 2.0HE, южного моста IB6566 South Bridge, PCI-моста NB6555IO Bridge 2.0 и моста управления адресацией памяти NB6535 Memory Address Data Path (MADP).

ServerWorks ServerSet III HE, по сравнению с чипсетом ServerWorks ServerSet III LE, претерпел некоторые конструктивные изменения, направленные на увеличение общей производительности системы. Прежде всего они коснулись северного моста, к которому подключается PCI-мост NB6555IO Bridge 2.0. На этом мосте реализованы две независимые полноразмерные PCI-шины (64 бит), работающие на частоте 66 МГц (рис. 3).

Кроме того, как и в чипсете ServerWorks ServerSet III LE, на связке между северным и южным мостами, которая представляет собой обычную PCI-шину (33 МГц/32 бит), могут быть установлены обычные PCI-слоты.

Кардинальным изменениям подверглась структура организации памяти. В чипсете предусмотрена возможность адресации до 16 Гбайт оперативной памяти, что превышает барьер в 4 Гбайт, определяемый возможностями 32-битной адресации. Кроме того, используется технология четырехканальной чередующейся памяти, позволяющая увеличить пропускную способность (4-way interleaved memory) канала памяти до 4,1 Гбайт/с (64 битЅ133 МГцЅ4 канала). Для реализации такой возможности используется чип NB6535 Memory Address Data Path (MADP), управляющий работой всех четырех каналов памяти, причем на каждом из каналов возможна установка до 4 Гбайт памяти, как и положено при 32-битной адресации.

Еще одним новшеством организации памяти является использование технологии Enterprise Chipkill Technology, позволяющей поддерживать работоспособность системы при выходе из строя одного или нескольких модулей памяти.

Южный мост IB6566 не претерпел каких-либо изменений — он точно такой же, как на чипсете ServerWorks ServerSet III LE, и соответственно выполняет аналогичные функции.

ServerWorks ServerSet III HE-SL

марте 2001 года компания Broadcom анонсировала новый чипсет, и к настоящему времени он уже успел получить широкое распространение. Новый чипсет называется ServerWorks ServerSet III HE-SL (High-End Super-Light) и позиционируется как чипсет для высокопроизводительных рабочих станций класса High-End и для серверов среднего уровня. По своим характеристикам он занимает промежуточное положение между ServerWorks ServerSet III LE и ServerWorks ServerSet III HE, но, судя по названию, все-таки ближе к версии ServerWorks ServerSet III HE.

Чипсет рассчитан на поддержку двухпроцессорной SMP-конфигурации с частотой системной шины 133 МГц и конструктивно включает в себя три микросхемы: северный мост NB6576, южный мост SB7440 и PCI-мост NB6555 (рис. 4).

Как и в чипсете ServerWorks ServerSet III HE, PCI-мост NB6555 позволяет организовать две независимые полноразмерные (66 МГц/64 бит) шины, каждая из которых имеет пропускную способность 528 Мбайт/с. Третья PCI-шина (33 МГц/32 бит) представляет собой связку между северным и южным мостами.

Интегрированный в северный мост контроллер памяти построен по двухканальной схеме с чередованием (2-way interleaved memory). Как и в чипсете ServerWorks ServerSet III HE, максимальный объем адресуемой памяти превышает границу в 4 Гбайт и составляет 8 Гбайт.

Использование двух каналов памяти позволяет повысить пропускную способность канала памяти до 2,1 Гбайт/с, при этом для передачи данных от памяти к северному мосту используется 144-битная шина данных.

Южный мост SB7440 обеспечивает те же функциональные возможности, что и в остальных чипсетах ServerWorks, то есть поддерживает 4 USB-порта и 2 IDE-порта UDMA 66.

Как и в чипсете ServerWorks HE, для обеспечения безотказности используется технология Enterprise Chipkill Technology, позволяющая поддерживать работоспособность системы при выходе из строя одного или нескольких модулей памяти. Кроме того, в южный мост интегрирован чип управления питанием IOAPIC и обеспечена поддержка на аппаратном уровне технологии Server Management Bus (SMBus), обеспечивающей повышение сетевой безопасности (аналогично тому, как это сделано во всех остальных чипсетах ServerWorks).

Что же дальше?

ля построения серверов масштаба подразделения и предприятия мощности чипсета ServerWorks ServerSet III HE может и не хватить, поэтому компания Broadcom разработала еще более производительный чипсет, предназначенный для корпоративных серверов класса предприятия. Новый чипсет, который называется ServerWorks Grand Champion HE, был анонсирован 27 февраля 2001 года, а его поступление на рынок запланировано на конец года.

ServerWorks Grand Champion HE ориентирован на установку до 4 процессоров Intel Pentium Xeon. Наиболее существенным преимуществом нового чипсета является поддержка 64-битной PCI-X-шины, работающей на частоте системной шины 133 МГц. Таких независимых PCI-X-шин в чипсете предусмотрено уже шесть, при этом имеется и обычная 33 МГц/32 бит-шина.

Производительность канала памяти составляет уже 6,4 Гбайт/с, а производительность системы вода/вывода — 5 Гбайт/с, что значительно выше, чем в остальных чипсетах этой серии.

Столь высоких показателей удалось добиться за счет использования четырехканальной чередующейся DDR-памяти PC1600, причем общий объем адресуемой памяти составляет уже до 32 Гбайт. Архитектура памяти предусматривает использование 128-битного ECC алгоритма коррекции ошибок, а также технологии Enterprise Chipkill, что повышает как надежность, так и безотказность в работе.

Конструктивно чипсет построен по все той же мостовой схеме и включает в себя северный мост NB7410, южный мост SB7440, пять контроллеров памяти NB7430 и от одного до трех (в зависимости от реализации) двухканальных PCI-X-контроллеров IB7420. На каждом из таких контроллеров построено по две независимые PCI-Х-шины.

Такой подход позволяет разработчикам материнских плат задействовать не все шесть независимых шин, а по мере необходимости — от двух до шести (в зависимости от установленного количества контроллеров IB7420), что, естественно, отражается на стоимости платы. Каждый PCI-контроллер обеспечивает производительность 1,6 Гбайт/с и поддерживает функцию горячей замены PCI-устройств.

Южный мост, используемый в чипсете ServerWorks Grand Champion HE, точно такой же, как и в ServerWorks ServerSet HE-SL, и обеспечивает аналогичные функциональные возможности.

КомпьютерПресс 12'2001