Выбор лучшей LGA 2011-материнской платы. Особенности контроллера памяти DDR3 SDRAM для LGA 2011.

Выбор лучшей LGA 2011-материнской платы. Особенности контроллера памяти DDR3 SDRAM  для LGA 2011.

 Совсем недавно платформа LGA 2011 считалась лучшей с точки зрения производительности для пользователей настольных систем. С другой стороны, сдерживающим от перехода на LGA 2011 фактором выступает «обособленность» этой платформы: она требует не только собственных процессоров и материнских плат, но и использования специальных систем охлаждения и четырёхканальной памяти. LGA 2011 системы далеко не идеальны с точки зрения соотношения цены и производительности, выбор лучшей LGA 2011-материнской платы, наиболее эффективного кулера и оптимального комплекта памяти для процессоров семейства Sandy Bridge-E является непростой задачей для пользователя.

LGA 2011- системы выглядят очень солидно, однако заслуживает ли эта солидность тех немалых финансовых вложений, на которые придётся пойти при их построении?

Четырёхканальная память. Процессоры в исполнении LGA 2011 получили четырёхканальный контроллер памяти (рис. 1) - это особенно пригодится им в серверном сегменте, куда они тоже метят (максимальный объем памяти – 64 ГБ). Для реализации четырехканального доступа, потребуется 4 или 8 планок памяти, в зависимости от возможностей материнской платы. Большинство системных плат LGA2011 несут на себе по 4 слота памяти - по два с каждой стороны. Необходимость размещения слотов памяти по разные стороны вызвана требованиями к задержкам и качеству сигнала. На платах с 8 слотами памяти будет по 4 слота с каждой стороны сокета. Тем не менее, для реализации четырехканального режима четырьмя планками DDR3 на платах с 8 слотами, тоже потребуется установка памяти по разные стороны сокета.

Фирма Corsair давно уже выпустила четырехканальный комплект памяти DDR3 объемом 32 ГБ для платформы LGA 2011. После расширения модельного ряда твердотельных накопителей серий Force Series GT и Force Series 3, компания Corsair представила и новый комплект оперативной памяти стандарта DDR3, обладающий высокой емкостью. Этот комплект ориентирован на совместное применение с платформой Intel LGA 2011 (материнские платы на базе набора системной логики Intel X79 Express и процессоры Sandy Bridge-E).

Рис. 1

Платформа LGA 2011 – первая на десктопном рынке, использовала четырёхканальную архитектуру. И если раньше, в случае LGA 1155 и LGA 1366-систем, не обнаруживалась особенно заметная зависимость производительности от частоты и задержек используемых модулей памяти, то теперь картина меняется (Intel добавила в своей новой платформе официальную поддержку более высоких частот памяти, плюс к чему разрешила и её разгон). Немало интересного содержит в себе и сам реализованный в Sandy Bridge-E контроллер памяти (например, четыре канала почти не дают выигрыша по сравнению с двухканальным режимом),  в составе LGA 2011- систем вполне можно использовать и старые, оставшиеся от прошлых систем пары или тройки модулей DDR3 SDRAM.

С выходом архитектуры Sandy Bridge, Intel представила и две линейки серверных процессоров: Xeon E3, ориентированные на использование в однопроцессорных системах, и Xeon E7, соответственно, для многопроцессорных решений. Среди серверных процессоров под маркой E-series появилась линейка Xeon E5. Она включает четыре семейства процессоров: E5-1600, E5-2400, E5-2600, и E5-4600. Процессоры E5-1600, как и представители Xeon E3, могут работать исключительно в гордом одиночестве, однако не предназначены для замены или какой-либо конкуренции с представителями младшей линейки и ориентированы на удовлетворение потребностей самой взыскательной части рынка однопроцессорных серверов.

Спецификации процессоров Xeon E5 сильно напоминают таковые Intel Core i7-3xxx, известных также под обозначением Sandy Bridge-E. Как и настольные процессоры для энтузиастов, Xeon E5 поддерживает технологии Hyper-Threading, Turbo Boost, Trusted Execution, VT-c/d/x, инструкции AES и AVX и четырёхканальную память типа DDR3-1600. Процессоры имеют конструктивное исполнение LGA 2011, поддержка данной платформы реализована в чипсетах серии C600. Семейство Xeon E5-1600 на данный момент насчитывает три представителя, это модели E5-1620, E5-1650, и E5-1660. E5-1620 имеет всего 4 ядра и может обрабатывать до 8 потоков данных, тактовую частоту 3.6 ГГц и 10 Мбайт кэша третьего уровня. Два других процессора получили в своё распоряжение по шесть ядер, однако имеют не такую высокую частоту, как E5-1620. E5-1650 имеет 12 Мбайт кэш-памяти L3 и работает на частоте 3.2 ГГц, E5-1660 всего на 100 МГц быстрее, но имеет уже 15 Мбайт кэша. Тепловыделение процессоров находится на уровне 130 Вт. Восьмиядерные процессоры Xeon на LGA2011 представлены в серверном сегменте под кодовым названием Sandy Bridge-EP. Также Intel выпустил 8-ядерный процессор 3980X для десктопа во втором квартале 2012 года.

LGA 2011- процессоры семейства Sandy Bridge-E – это прямые родственники обычных и хорошо знакомых нам Sandy Bridge. Тем не менее, определённые различия между ними есть, и обусловлены они в первую очередь тем, что Sandy Bridge-E – это в первую очередь решение для серверов и высокопроизводительных рабочих станций, которое затем было адаптировано и для использования в настольных системах верхнего уровня. Именно поэтому в Sandy Bridge-E нет встроенного графического ядра, зато на полупроводниковом кристалле предусматривается до восьми вычислительных ядер, контроллер шины QPI, контроллер шины PCI Express с поддержкой до 40 линий и главный герой этой статьи – четырёхканальный контроллер памяти.

Те же процессоры семейства Core i7 в LGA 2011- исполнении, которые интересны пользователям десктопов, хотя и относятся к классу Sandy Bridge-E, но всё же представляют собой несколько урезанные и упрощённые их модификации. В них число ядер ограничено шестью, контроллер QPI отключен, а контроллер памяти подрихтован для приведения в соответствие с потребностями пользователей настольных систем (рис. 2).

Рис. 2

Применительно к контроллеру памяти Sandy Bridge-E это означает, что изначально он ориентировался на поддержку регистровых и Load-Reduce модулей памяти, позволяя установку до трёх DIMM в каждый из четырёх каналов. Таким образом, разработчики Intel намеревались удовлетворить потребности производителей серверов в установке больших объёмов памяти без использования так и не завоевавших популярности решений типа FB-DIMM (но энтузиастов такие конфигурации вряд ли бы устроили – регистровые модули дороже обычных, а их производительность – ниже). К тому же возможность установки до двенадцати модулей DDR3 DIMM вряд ли можно назвать положительным свойством для настольной платформы (на рынке широко доступны модули DDR3-памяти ёмкостью до 8 Гбайт, так что даже четырёх слотов DIMM на десктопной материнской плате более чем достаточно).

                Поэтому в процессорах Sandy Bridge-E семейства Core i7 используется специально переделанный под потребности энтузиастов контроллер памяти. Он сохранил в себе определённые черты серверного решения, но, самое главное, получил совместимость с привычными для обычных пользователей небуферизованными DDR3 DIMM (при этом главное его свойство – четырёхканальность – сохранилась,  однако количество гарантированно поддерживаемых в каждом канале модулей сократилось до одного двухбанкового). Несмотря на то, что многие производители материнских плат устанавливают на свои продукты по восемь разъёмов DIMM, Intel не гарантирует работоспособность более чем одного модуля памяти на канал (это, в теории, способно порождать определённые проблемы со стабильностью в конфигурациях, использующих одновременно восемь двухсторонних модулей памяти).

            Согласно официальной спецификации, процессоры Core i7 для LGA 2011- систем поддерживают DDR3-1067/1333/1600 SDRAM, а при разгоне могут работать и с более скоростными модулями. Intel подняла частоту официально совместимой с новыми процессорами памяти, что совместно с увеличением количества каналов даёт очень большой прирост теоретической пропускной способности (однако на практике увидеть столь впечатляющий скачок производительности работы подсистемы памяти будет не так уж просто).

Главной целью реализации четырёхканального доступа к памяти было отнюдь не увеличение её быстродействия. Современные процессоры Sandy Bridge-E обладают вместительным кэшем, который сглаживает влияние скорости работы подсистемы памяти на общую производительность системы. Наращивать же её пропускную способность имеет смысл лишь для небольшого числа реальных задач, нуждающихся в потоковом доступе к огромным объёмам данных. Поэтому в первую очередь четырёхканальность направлена на увеличение количества поддерживаемых DIMM-слотов, что даёт производителям серверов и высокопроизводительных рабочих станций возможность комплектовать свои системы гигантскими объемами памяти, тем более что стоимость DDR3 в настоящее время значительно снизилась. Оптимизация же быстродействия четырёхканального контроллера памяти отошла при этом на второй план и выполнялась лишь с прицелом на многопоточные серверные нагрузки.

Для пользователей настольных систем, учитывая, что большинство десктопных задач не использует многопоточный доступ к памяти, реального прироста быстродействия в работе с данными при переходе от двухканального контроллера Sandy Bridge к четырёхканальному контроллеру Sandy Bridge-E можно и не заметить (практическая пропускная способность четырёхканальной DDR3 SDRAM в LGA 2011-системах практически не отличается от результатов двухканальной памяти в платформах с LGA 1155 процессором).

Мало того, что двухканальный контроллер памяти Sandy Bridge выдаёт более высокие показатели практической пропускной способности и более низкую практическую латентность, так и к тому же в платформе на базе Sandy Bridge-E не видно роста производительности памяти при увеличении числа задействованных каналов. Все дело в том, что в данном случае используется однопоточный алгоритм, который не даёт раскрыть преимущества контроллера памяти Sandy Bridge-E (в случае простых однопоточных обращений к памяти четырёхканальный контроллер действительно работает не лучше двухканального).

Но в многопоточных обращениях ситуация диаметрально противоположна. Задействование четырёхканального доступа к памяти действительно позволяет добиться почти двукратного роста практической пропускной способности по сравнению с двухканальным режимом. И в этом тесте превосходство Sandy Bridge-E над обычным Sandy Bridge в практической пропускной способности памяти заметно очень хорошо. Однако в практической латентности снова преимущества нет, что, впрочем, вполне естественно.

                Старый двухканальный контроллер Sandy Bridge демонстрирует максимальную пропускную способность уже на однопоточных обращениях к памяти (дальнейшее увеличение числа потоков, работающих с подсистемой памяти, к изменениям в практической пропускной способности не приводит). С ситуация совершенно иная. Контроллер памяти, встроенный в процессор Sandy Bridge-E, с ростом нагрузки сильно увеличивает свою эффективность (даже в том случае, если он уже используется в двухканальном режиме, наблюдается существенный прирост скорости при переходе от однопоточного и двухпоточного к четырёхпоточному обращению). Если задействованы все четыре канала памяти, то рост быстродействия при увеличении уровня параллелизма нагрузки может достигать троекратного размера (скорость подсистемы памяти в LGA 2011-системе может превышать аналогичный показатель, измеренный в платформе с LGA 1155-процессором, почти в два раза).

Теоретическая пропускная способность четырёхканальной памяти, очень велика, но раскрыть её на практике в десктопной LGA 2011- системе можно лишь в том случае, если обмен данными выполняется в несколько потоков. В стандартных же однопоточных алгоритмах подсистема памяти Sandy Bridge-E работает даже несколько медленнее, чем в LGA 1155-платформах. Умньшение количества каналов памяти в LGA 2011 на самом деле не приводит ни к каким катастрофическим последствиям. Да, производительность снижается, но в среднем в пределах 1-2 %, что вряд ли можно заметить в реальной жизни. Более того, как это ни удивительно, но снижение частоты работы памяти почти всегда приводит к более серьёзному падению производительности, чем уменьшение «канальности» доступа.

Обычные процессоры Sandy Bridge официально поддерживают DDR3-1067 и DDR3-1333 SDRAM. В процессорах Sandy Bridge-E производитель дополнительно добавил к этим режимам официальную поддержку DDR3-1600 (и в LGA 1155, и в LGA 2011 процессорный контроллер памяти имеет более широкий набор делителей, позволяющих тактировать память и на более высоких частотах). Если говорить о Sandy Bridge-E, то этот CPU совершенно свободно позволяет выставить на памяти частоты DDR3-1867, DDR3-2133 или даже DDR3-2400 (примерно такая же ситуация была и с LGA 1155 системами, но в LGA 2011 добавилась ещё одна возможность – изменение опорной частоты тактового генератора).

В отличие от LGA 1155-систем, в платформе LGA 2011 применяется усовершенствованная схема тактирования процессора и обвязки, делающая доступной для пользователя установку значения опорной частоты не только в стандартные 100 МГц, но и в 125 или 166 МГц (см. табл. 1). Частоты работы контроллеров и шин в системе при этом не изменяются, но процессор, включая все входящие в него блоки, пропорционально разгоняется. Соответственно, это относится и к контроллеру памяти – выбор более высоких значений частоты базового тактового генератора увеличивает множество доступных частот памяти.

Таблица 1

Таким образом, платформа LGA 2011 позволяет разгонять память гибче, нежели платформа LGA 1155 (например, задействуя дополнительные значения опорной частоты, можно получать частоты памяти с меньшим, чем 266 МГц, шагом). Кроме того, доступна и установка более высоких, чем ранее, частот. При этом использование высокоскоростной DDR3 SDRAM не сопряжено ни с какими особенными трудностями. При наличии в системе четырёх DIMM-модулей в большинстве случаев вообще без каких-либо ухищрений будут доступны режимы вплоть до DDR3-1867, использование же восьми модулей, скорее всего, понизит эту планку до DDR3-1600.

Для достижения стабильности на повышенных частотах работы памяти может потребоваться подъём питающих напряжений либо на контроллере памяти (VTT), либо на процессорном системном агенте (VCCSA), либо и там, и там.  По стандартам Intel полностью безопасным для повседневного использования в режиме 24/7 можно считать лишь повышение напряжения VCCSA до 1.1 В, и VTT – до 1.2 В. Кроме того, остаётся в силе и рекомендация об установке напряжения на памяти не выше 1.65 В, в противном случае дело может закончиться деградацией контроллера памяти и выходом процессора из строя (но даже если не прибегать к выбору «рискованных» параметров, частота памяти DDR3-2133 достижима практически всегда).

В ассортименте многих компаний появилась не только четырёхканальная DDR3-2133, но и DDR3-2400 память. Для использования DDR3-2400 потребуется установка потенциально небезопасных напряжений, плюс к чему, при такой частоте памяти способны функционировать далеко не все материнские платы. Зато с DDR3-2133, проблем нет, и такую память вполне можно смело приобретать для современных высокопроизводительных десктопов.