Čipové sady se sběrnicí PCI Express - dosavadní vývoj a shrnutí

Mnozí v době nástupu PCIe sice argumentovali tím, že nová sběrnice není pro grafické karty zatím nutná, že stále plně postačuje AGP 8x (do hry ale vstoupil i další fakt - už tehdy byly energetické nároky výkonnějších grafických karet vyšší, než možnosti sběrnice AGP 8x).

V případě otázky nahrazení již zastaralé sběrnice PCI však byla už i tehdy nutnost změny zřejmá a vítaná. Rozšiřujících karet do slotů PCIe x1 je i v současnosti naprosté minimum (což je po více než roce docela zarážející, čekal jsem rozhodně o něco rychlejší rozmach), ovšem využití dnes nalezneme v případě gigabitových síťových čipů integrovaných na základních deskách a připojených právě pomocí sběrnice PCIe s využitím jedné linky (čipové sady i915P/G a 925X/XE disponují celkem 16 linkami pro slot PCIe x16 a dále zbývají další 4 pro libovolné přidělení).

Starší generace čipových sad Intelu v podobě i865 a i875P tuto otázku (nedostatečné propustnosti sběrnice PCI pro gigabitové síťové čipy) řešila vlastní speciální sběrnicí s označením CSA (Communication Streaming Architecture) s propustností 266MB/s připojenou přímo na NorthBridge, díky čemuž nebyla omezována sdílenou sběrnicí PCI. To bychom měli k nástupu PCIe na scénu. Nyní se podívejme na to, jak se situace vyvíjela dále.


SiS 649 aneb low-end s PCIe ve znamení "single channel"

Dne 3.8.2004 společnost SiS ohlásila slabší verzi čipové sady pro platformu Intel a to SiS 649 disponující pouze jednokanálovým řadičem pamětí DDR/DDR2 (zde byla snížena i maximální podporovaná frekvence ze 667 na 533MHz - tedy na stejnou úroveň jako u tehdejšího řešení Intelu) bez možnosti spolupráce s paměťovými moduly s ECC.



Toto zmiňuji opravdu jen pro pořádek, jelikož ani dnes se s těmito řešeními v praxi běžně nesetkáte (musím však zmínit exotickou výjimku, jež se objevila letos v létě v podobě jednoho modelu základní desky ECS - PF88 Extreme Hybrid, která obsahuje obě tyto čipové sady a umožňuje tak provoz buď s procesorem Intelu nebo AMD). "Papírová uvádění" má v oblibě ještě společnost VIA, nicméně na to, co předvádí SiS, opravdu "nemá".


Očekávaný příchod PCIe pro platformu AMD - že by byla VIA první?

Jak již bylo řečeno, čipové sady přinášející jako první sběrnici PCIe se objevily pro platformu Intel už v červnu roku 2004. Jelikož šlo o něco nového, bylo jasné, že bude chvíli trvat, než dojde k zaběhnutí jak u výrobců komponent, tak i mezi zákazníky. Díky tomu, že Intel přisoudil svým tehdejším čipovým sadám i915/925 pouze sběrnici PCIe a neumožnil využití již několik let zaběhnuté sběrnice AGP 8x, bylo prosazování PCIe (respektive využití slotu PCIe x16 pro grafické karty) v podstatě samovolné a velice rychlé. Kdo chtěl mít zkrátka nový systém založený na platformě Intel, musel se poohlédnout po grafické kartě určené pro PCIe x16. Například v případě nového paměťového standardu DDR2 Intel hned tak přísný nebyl, jelikož čipová sada i915 může spolupracovat i s paměťmi DDR první generace.



V otázce sběrnice pro grafické karty byl však nekompromisní - jeho postoj byl jasný: PCIe x16 je nový standard pro grafické karty v desktopové sféře. A nemusím myslím připomínat, že když se firma takového významu jako Intel v oblasti desktopových počítačů k něčemu takto postaví, znamená to poměrně dost - všichni, kdo si teď při tomto komentáři vzpomněli na tvrdošíjné prosazování Intelem pamětí RDRAM do desktopů, nechť raději přimhouří oči. Sběrnice PCIe je totiž zcela jiný příběh, jelikož postupem času se ukázalo, že již nadešel čas na nějakou radikální změnu v tomto směru a Intel navíc nebyl sám, kdo za prosazováním PCIe stál. Šlo opravdu jen o otázku času, co se prosazení a zaběhnutí týče, přičemž vše naznačovalo tomu, že jde o krok správným směrem (ne jako v případě spolupráce s Rambusem, kde to bylo právě naopak).

Příchod se tedy nesl ve znamení Intelu, to ovšem konkurenci v podobě AMD tehdy nijak zvlášť trápit nemuselo, protože bylo v blízké budoucnosti počítáno s čipovými sadami s podporou PCIe i pro ni. Intel má v tomto výhodu, že vedoucí čipové sady pro jeho procesory pochází z jeho vlastní tvorby (a až na některé výjimky v minulosti tomu tak vždy bylo - nechť sláva čipové sady SiS 645 podporující jako první paměťové moduly DDR333 pro procesory Pentium 4 není nikdy zapomenuta) a proto je pro něj snazší určovat směr své vlastní platformy. Ostatní výrobci čipových sad jsou v případě platformy Intel jen okrajovou záležitostí, zatímco u AMD se jedná v podstatě o jediná možná řešení. Čas pomalu ubíhal a čekání na čipovou sadu s PCIe pro AMD se stále jen prodlužovalo, přičemž nebylo ani jasné, kdo ze zainteresovaných výrobců uvede své řešení jako první. Nejvíce se spekulovalo o nVidii, což se posléze přes menší háček potvrdilo. Ale nepředbíhejme.



Přesně tři měsíce od prvotního uvedení PCIe na platformě Intel trvalo, než byla poprvé oficiálně uvedena čipová sada s podporou PCIe i pro platformu AMD. Stalo se tak přesně 24.9.2004 a tím pomyslným vítězem v tomto závodě se stala VIA, která představila čipovou sadu K8T890, na jejíž podrobné specifikace se můžete podívat v našem dřívějším preview.



Pokud bychom měli nyní jeho vlastnosti shrnout, tak se jedná o NorthBridge K8T890 podporující 20 linek PCIe (16 pro slot PCIe x16 a další 4 pro libovolné přidělení) komunikující s procesory architektury K8 pomocí 16-bitové sběrnice HyperTransport až o frekvenci 1GHz. Dále by se podle specifikací měl tento NorthBridge párovat skrze sběrnici Ultra V-Link o propustnosti 1066MB/s s novým SouthBridge VT8251, jehož hlavní rozdíly oproti předchozí verzi v podobě VT8237 (respektive VT8237R) jsou následující:

• Disponuje dvěma linkami PCIe (celkový počet linek PCIe by tak ve spojení s NorthBridge K8T890 činil 22)
• Poskytuje 4 porty AHCI diskového rozhraní SATA150 včetně podpory NCQ s možností tvorby RAID polí typu 0, 1, 0+1, JBOD
• Zvukový kodek standardu AC'97 (5.1) doplňuje ještě HD Audio (7.1)

Bohužel celé toto řešení VIA K8T890 + VT8251 znělo v době ohlášení nadmíru optimisticky, nicméně jak se ukázalo, opět se potvrdilo, že představení produktu a jeho nasazení v praxi jsou dvě naprosto rozdílné záležitosti. Ze začátku bylo jasně dáno najevo, že zprvu se bude NorthBridge K8T890 párovat se starším VT8237 a na VT8251 se přejde až později, což by v zásadě až tak nevadilo. Bohužel trvalo ještě několik měsíců, než se základní desky postavené na čipové sadě K8T890 začaly objevovat i v běžné praxi a nejen na výstavách a ve vybraných redakcích na testy.



Navíc trochu předběhnu události a zmíním, že onen avizovaný SouthBridge VT8251 ještě ani dnes není k dispozici, což je opravdu zarážející, jelikož od jeho uvedení uběhl už celý rok (a myslím, že takovou prodlevu VIA v plánu určitě neměla). SouthBridge VT8237 (potažmo VT8237R - novější verze vyráběná pokročilejším výrobním procesem, vlastnosti má však stejné) je dnes již opravdu dost zastaralý. Proto VIA ztratila v bitvě jménem PCI Express opravdu cenné body, na které měla potencionální nárok a zabodoval ve finále někdo jiný.


Vstup nVidie a její šestkové řady do oblasti Low-Endu pro PCIe: GF6200

Sběrnice PCIe se tedy díky platformě Intel stále více prosazovala a pro AMD stále na trhu žádné řešení nebylo (vypuštění čipových sad nForce4 pro AMD však už bylo na spadnutí). Jelikož oba hlavní výrobci grafických karet měli pro PCIe svá řešení v oblasti high-endu i mainstreamu, chyběl nVidii schopný zástupce i v low-endu (neberme v potaz již zastaralou sérii PCX, nebo-li GeForce FX pro PCIe). To ovšem napravila 11.10.2004, kdy uvedla GeForce 6200 postavenou na čipu NV43 (tedy stejném jádře, jako mají GeForce 6600/GT).



Došlo zde ale samozřejmě k jistým výkonnostně "zeštíhlujícím" změnám. Předně byl snížen počet aktivních pixel pipelines z osmi na čtyři. U počtu vertex jednotek ke změně nedošlo a i zde se stejně jako u GeForce 6600/GT jedná o tři. Díky stejnému čipu NV43 jako u GeForce 6600/GT zde však všech 8 pixel pipelines fyzicky je, takže je zde možnost z výroby deaktivované pixel pipelines odemknout a doufat, že nebudou vadné (opět otázka štěstí). GeForce 6200 se však "honosí" ještě dalším výkonnostním omezením oproti plnohodnotné verzi v podobě GeForce 6600/GT. Jedná se o absenci kompresních algoritmů pro barevnou informaci i Z souřadnice, což se výrazně projeví při aktivovaných optimalizacích obrazu v podobě FSAA. Postižena je i šířka paměťové sběrnice, která může být 128-bitová (stejně jako u GeForce 6600/GT) a dokonce i 64-bitová, což s přihlédnutím k právě zmíněným omezením jasně dává najevo, že ospravedlnit použití takovéhoto řešení (64-bit) může jedině podstatně nižší cena, protože výkon bude vskutku neslavný. Pro více informací můžete nahlédnout do našeho tehdejšího preview. To bylo už doopravdy mé poslední odbočení do oblasti grafických karet (čipů) - myslím, že uvedení GeForce 6200 by nebylo vhodné z celkového pohledu na rozložení sil jednotlivých táborů opomenout.


Rodina nForce4 aneb PCIe pro AMD jako první v praxi - úspěch nVidie

Největší událostí první poloviny roku 2004 bylo tedy bez debat uvedení čipových sad i915P/G a i925X přinášejících s sebou do desktopu jako první sběrnici PCIe. Druhá význačná událost loňského roku se nesla ve znamení společnosti nVidia. Přestože VIA uvedla své řešení v podobě K8T890 jako první, tak jej nebyla schopná ještě nějakou dobu dodat na trh a proto zde stále byl prostor pro někoho dalšího. Této příležitosti se chopila společnost nVidia a jako druhá v pořadí dne 19.10.2004 uvedla dlouho očekávanou a v mnoha směrech již předem skloňovanou rodinu čipových sad nForce4 (v podobě jednočipového řešení s kódovým značením CK804). Celkem se původně jednalo o 3 verze, jejichž odlišnosti můžete nalézt v následující tabulce.

Nebudu zde nyní u této čipové sady zabíhat do detailů, nicméně jelikož se jedná o opravdu zajímavý počin, vřele doporučuji naše tehdejší preview, kde se dozvíte vše potřebné. Nastíním zde jen základní fakta, která jsou pro účely tohoto článku nezbytná. Pokud jde o počet linek PCIe, tak ve všech třech verzích se jedná o 20. V prvních dvou jsou definovány jako 16 linek pro slot PCIe x16 a 4 jednotlivé linky jsou pro libovolné přidělení.

Ve verzi SLI je přidělení linek proměnné, aby bylo možné v případě použití jedné grafické karty jich přidělit 16 pro primární slot PCIe x16 a v případě použití dvou grafických karet jich přidělit 8 pro primární a 8 pro sekundární slot PCIe x16. Toto je tedy jediný rozdíl týkající se PCIe v rodině nForce4 a také jediný rozdíl odlišující verzi nForce4 SLI od verze nForce4 Ultra. Pokud jde o odlišnosti mezi základní verzí nForce4 a nForce4 Ultra, tak zde je toho již více. Jak je z tabulky zřejmé, jde předně o diskové rozhraní SATA (nForce4 - SATA150, nForce4 Ultra a SLI - SATA300) a pak o funkci Active Armor, kterou u základní verze nenalezneme. Ještě se na chvíli pozastavím u verze SLI. Ta tedy umožňuje propojení dvou specifických grafických karet nVidie za účelem skloubení jejich výkonu. K tomu bylo třeba využít dvou stejných grafických karet, které byly vybaveny SLI konektorem, což zahrnuje GeForce 6600 GT, GeForce 6800 GT a GeForce 6800 Ultra. Jiné grafické karty tento režim SLI nepodporovaly. Možnost dvou grafických karet GeForce 6600 GT byla však značně diskutabilní, jelikož takové řešení bylo ve finále dražší a méně výkonné (obzvláště ze začátku, kdy ještě nebyly vyladěné ovladače), než jedna samostatná karta GeForce 6800 GT.



Rodina čipových sad nForce4 s sebou tedy přinesla dost novinek a zlepšení oproti svému předchůdci v podobě nForce3. Hlavní ovšem bylo, že se konečně objevilo řešení se sběrnicí PCIe i pro platformu AMD (socket 939), které bylo možné začít používat zanedlouho i v praxi a ne jako tomu bylo v případě čipové sady VIA K8T890, jež stále ještě nebyla k dispozici. I kdyby se tyto čipové sady utkaly hned proti sobě, tak nForce4 nabízela zkrátka více funkcí (ze základních specifikací je vhodné zmínit například diskové rozhraní SATA II, kterým nedisponoval, nebo lépe řečeno nemá disponovat, ani nový SouthBridge VIA VT8251, který stále ještě není k dispozici).

Je ale pravda, že kdyby VIA byla první i v praktickém nasazení na trh, tak by jí to v tomto segmentu zcela jistě dost pomohlo. S dostupností zástupců rodiny nForce4 to bylo totiž ze začátků dost špatné. K uvedení nForce4 došlo sice v polovině října, avšak do konce roku se u nás objevilo pouze značně omezené množství základních desek s nForce4 na palubě, které využívaly high-endovou variantu nForce4 SLI. Díky tomu se navíc jednalo o nadstandardně vybavené modely (byly prvními vlaštovkami využívajícími čipovou sadu nové generace a proto si na jejich vybavě dali výrobci záležet) a cena byla opravdu vysoká. I nám se dostaly tehdy do rukou a mohli jste se u nás tehdy seznámit rovnou se dvěma zástupci v článku: "MSI K8N Diamond vs. Asus A8N-SLI Deluxe: zařadtě turbo".

Bohužel se čekalo poměrně dlouhou dobu, než se objevili běžně na trhu i zástupci s čipovými sadami nForce4 a nForce4 Ultra (s mnohem přívětivější cenou). Když se tak začátkem roku 2005 stalo, započalo následně poměrně rychlé rozšiřování mezi uživatele. V této době se také začaly na trhu objevovat i základní desky s čipovou sadou VIA K8T890, nicméně to bylo již pro prosazení se na trhu poněkud pozdě - čipové sady z rodiny nForce4 byly pro platfromu AMD tím nejžádanějším artiklem. Dnes téměř po roce lze říci, že VIA sice vyhrála bitvu, ale válku vyhrála na celé čáře nVidia. Na tomto bojišti se však brzy ukázal ještě někdo.

nVidia nForce4-4x - neohlášená, avšak vítaná varianta Zde si dovolím začlenit menší vsuvku a porušit časový sled událostí. Rodina čipových sad nForce4 byla již očekávána delší dobu předem a konečného uvedení se dočkala až třetí revize. První revize A01 odmítala provoz sběrnice HyperTransport na frekvenci 1GHz, což je jedna ze specifikací procesorů pro socket 939. Druhá revize A02 měla tento problém vyřešit, avšak ve finále bezúspěšně. Zadařilo se až v případě třetí revize A03 z které tedy posléze vycházeli již zmínění zástupci rodiny nForce4. Čtvrt roku po uvedení nForce4 se objevil ještě další a nutno říci, že neplánovaný zástupce s označením nForce4-4x. Tyto čipy však byly právě zmiňované revize A02, které umožňovaly provoz sběrnice HyperTransport "pouze" na frekvenci 800 MHz, což je specifikace procesorů pro socket 754. nVidia tak jejich nasazením pokryla i segment čipových sad pro low-endové procesory Sempron (případně i pro starší Athlony 64) a jelikož se ostatní specifikace shodovaly se základní verzí nForce4, stal se díky přívětivé ceně z nForce4-4x celkem oblíbený artikl pro základní desky do tohoto výkonnostního segmentu.

ATi též nezahálí a přináší pro AMD čipovou sadu ATi Xpress 200/P

Necelý měsíc po uvedení rodiny čipových sad nForce4 se do hry zapojil i druhý grafický gigant v podobě kanadské společnosti ATi, odvěkého nepřítele nVidie. Dne 8.11.2004 ATi uvedla čipové sady Radeon Xpress 200/P, které ovšem byly koncipovány poněkud jinak než nForce4. Cílem byla totiž primárně oblast mainstreamu, případně low-endu, zatímco u nVidie byla základní nForce4 mířena do mainstreamu a verze Ultra a SLI do high-endu (nemluvě o kombinaci nForce4 SLI a dvou high-endových grafických karet nVidie, což tvořilo v nejvýkonnější grafické řešení v desktopové oblasti). ATi však nabízela něco, čím konkurence v podobě "papírové" čipové sady VIA K8T890 a nVidia nForce4 nedisponovala. Otevřela si tak cestu do určitého segmentu trhu, který byl doposud neobsazen.



Verze Radeon Xpress 200 (NorthBridge s kódovým značením RS480, 0.13 mikronový výrobní proces) na rozdíl od Radeonu Xpress 200P (NorthBridge s kódovým značením RX480, 0.13 mikronový výrobní proces) obsahuje totiž integrované grafické jádro založené na modelu Radeon X300 (tedy čipu RV370, analogie k Radeonu 9600) podporujícího rozhraní DirectX 9.0 a díky tomu se stala první čipovou sadou se sběrnicí PCIe pro platformu AMD s integrovaným grafickým řešením (navíc nutno podotknout, že v době uvedení nejvýkonnějším v desktopové oblasti nehledě na platformě).

Je také možné se setkat ve spojitosti s čipovou sadou využívající NorthBridge RS480 s označením Radeon Xpress 200G (jde však o totéž jako Radeon Xpress 200, přidaná koncovka G je pouze vhodnější pro rozlišování). V případě využití integrovaného grafického jádra je navíc možné využít i grafickou kartu ve slotu PCIe x16 a posléze aktivovat režim SurroundView (možnost zobrazení až na třech monitorech), což přidává další plus.



Dále se zde objevila technologie HyperMemory, která integrovanému grafickému jádru, nebo tomu na grafické kartě, umožňuje díky vysoké propustnosti sběrnice PCIe x16 (4 GB/s oběma směry) využít klasickou operační paměť počítače, což se může hodit v případě, kdy paměť nalézající se na vaší kartě nepostačuje vašim potřebám (to v případě starší sběrnice AGP nebylo realizovatelné, jelikož její datová propustnost je na takovéto využití nedostatečná). Cílené nasazení pouze v oblasti low-endu je myslím každému jasné (avšak nVidia a ani VIA nic podobného v té době neměla).



Pokud vás zajímají podrobnosti čipových sad Radeon Xpress 200/P (včetně podrobností integrovaného grafického jádra), tak vás opět odkáži na naše tehdejší preview a shrnu zde jen ta nejdůležitější fakta. NorthBridge RS480/RX480 se páruje se SouthBridge IXP400 s kódovým značením SB400, který oproti svému předchůdci v podobě IXP300 přináší další dva porty diskového rozhraní SATA.

Specifikace dvojice RS480/RX480 a SB400 jsou tedy následující: podpora procesorů pro socket 754 a 939, frekvence sběrnice HyperTransport až 1GHz, dva kanály PATA133 (4 zařízení), 4 porty SATA150, možnost tvorby RAID polí 0 a 1, audio kodek AC'97 (5.1), 8 portů USB 2.0. NorthBridge a SouthBridge mezi sebou komunikují prostřednictvím dvou linek PCIe. NorthBridge tak tedy disponuje celkem 22 linkami PCIe (16 pro slot PCIe x16, 4 samostatné linky pro libovolné přidělení a 2 linky pro propojení NB a SB).


Referenční základní desky ATi aneb úspěch ve znamení ryb

U této čipové sady se ještě pozastavím a poukáži na jeden zajímavý fakt, který je nyní s odstupem času zřejmý. NorthBridge RS480 díky jeho vlastnostem pojícím se s integrovaným grafickým jádrem neměl v době svého vydání konkurenci. Výrobci základních desek však viděli hlavně integrované grafické jádro a relativně nízkou cenu (+ zkušenosti s čipovými sadami ATi z dob minulých), takže jejich základní desky postavené na čipové sadě ze série Radeon Xpress 200 byly převážně spíše směrované do oblasti low-endu a navíc formátu microATX předurčující pak takovou desku pro nenáročné nasazení například v barebonech, kde jsou jiné priority než výkon jako takový.

Každopádně schopnosti této čipové sady mají na víc. A to nejen podle papírových specifikací, ale i podle různých testů. Jako by to ATi snad i předem předvídala. Běžně totiž referenční základní deska, používající se k prvotní prezentaci zbrusu nové čipové sady, nedisponuje takřka ničím nad rámcem svých specifikací (a někdy ani to není dodrženo). Nicméně referenční základní deska ATi s čipovou sadou Radeon Xpress 200 (RS480 + SB400) se nesla ve zcela jiném duchu.



Její kódové označení bylo Bullhead (v překladu Sumeček - viz horní levý roh) a na referenční základní desku disponovala překvapivě funkcemi, ke kterým se později některé koncové modely od výrobců základních desek zdaleka ani nepřiblížily, natož aby je předstihly. Například zde byla využitá možnost SidePort Memory, D-Sub i DVI konektor zároveň a BIOS umožňoval nadstandardní možnosti ladění výkonu a přetaktování (což opravdu k referenční základní desce nesedí).

Nejzajímavější na tom celém je fakt, že když byl Bullhead testován a porovnáván s jinými základními deskami postavenými na odlišných čipových sadách, tak se rozhodně neměl za co stydět (nemluvě o výkonu integrovaného grafického jádra) a dopadl vskutku překvapivě (v pozitivním slova smyslu - rozhodně nezůstával za svou konkurencí v podobě nForce4 pozadu, jak by někdo mohl předpokládat, spíše právě naopak). Bylo dosaženo výborných výsledků i pokud jde o otázku přetaktování, kde se Bullhead mohl srovnávat s těmi nejlepšími, a tak bylo do této čipové sady vkládáno mnoho nadějí a očekávání - bohužel však marně, jelikož finální produkty výrobců základních desek tímto směrem koncipovány nebyly.

Přece jen měl Bullhead slabinu, a to v podobě řadiče rozhraní USB 2.0, který podával podstatně nižší výkon, než by měl (pouze cca 60%). To je však jen otázka SouthBridge (který zde byl v podobě SB400) a proto je možné tento problém obejít použitím řešení z produkce ULi, čehož posléze mnozí výrobci u svých desek využili, čímž získali i integrované audio standardu HD Audio, kterým SB400 nedisponoval. Připravovaný SouthBridge od ATi známý doposud pouze pod označením SB600 by však měl tento problém již definitivně vyřešit - jestli se to opravdu povede, ukáže teprve až čas.

Výkonné a pro overclockery přívětivé základní desky byly stavěny výhradně na čipových sadách z rodiny nForce4, díky čemuž nebyly možnosti RS480 adekvátně využity a trh zahlcený rodinou nForce4 byl ochuzen o "zdravou konkurenci". Je to škoda už vhledem k tomu, že se jedná v obou případech o srovnatelně výkonná řešení (vztahováno k Bullheadu, nikoli k low-endově koncipovaným základním deskám, které se pak objevily), přičemž každé navíc disponuje něčím, co ten druhý nikoli. ATi tak konečně uvedla vskutku konkurenceschopnou čipovou sadu, kterou však evidentně výrobci zatím neberou vážně (ještě jednou zdůrazňuji zatím, jelikož situace se v současnosti začíná měnit, ale nepředbíhejme).