Laércio Vasconcelos - Avanços nos processadores Intel 2003/2004

Avanços recentes dos processadores Intel

Autor: Laércio Vasconcelos, janeiro/2004

Quem pensa em comprar um PC com Pentium 4 deve pensar também em outros pontos críticos que definem a velocidade, como o chipset e a memória. Neste artigo abordamos o FSB de 800 MHz, o Hyper-Thereading e a memória dual channel, recursos que oferecem desepenho ainda mais elevado.

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O ano de 2003 foi marcado por novidades na área de processadores e chipsets. Neste artigo mostraremos o que foi feito pela Intel. É uma forma de você compreender os novos avanços que estão previstos para 2004.

Ainda em 2002 ocorreram dois grandes avanços. O FSB (Fron Side Bus, ou System Bus, que gosto de chamar de clock externo) dos processadores Pentium 4, aumentou de 400 MHz para 533 MHz. É um aumento de 33%, porém para ser totalmente aproveitado seriam necessárias memórias mais rápidas. Apenas as memórias RDRAM podiam operar nesta velocidade, porém são muito caras, razão pela qual estão caindo em desuso e dando lugar às memórias DDR.

É fácil identificar esses processadores pela caixa, possuem uma indicação “533 MHz System Bus”. É importante conhecer este detalhe, pois se instalarmos um processador com FSB de 533 MHz em uma placa de CPU que suporta FSB de apenas 400 MHz, a velocidade do processador diminuirá, externa e internamente. Um modelo de 2.4 GHz, por exemplo, irá operar com apenas 1,8 GHz.

Outro grande avanço de 2002 foi o lançamento da tecnologia Hyper-Threading no processador Pentium 4 de 3.06 GHz, e hoje presente nos modelos mais novos. A técnica consiste em duplicar algumas partes do processador para que se comporte como se fossem dois processadores. Um Pentium 4 HT é visto pelo sistema operacional e pelos programas como se fossem dois processadores. Um processador normal pode executar vários programas ao mesmo tempo, porém, um de cada vez. O sistema operacional direciona o processador para que fique alguns milésimos de segundo executando um programa, depois o interrompe e entrega outro programa durante outros milésimos de segundo, e assim por diante. O usuário tem a sensação que todos são executados ao mesmo tempo. O Pentium 4 HT recebe instruções de dois programas simultaneamente. É possível por exemplo gravar um CD ao mesmo tempo em que são executados jogos ou outras tarefas pesadas, coisa que não é recomendável em processadores comuns.

Não existem na verdade dois processadores dentro do Pentium 4 HT, mas é como se existissem. Para os programas é isso o que ocorre. Internamente, alguns circuitos são duplicados para permitir a execução dual, mas a maior parte deles são compartilhados, por exemplo, as caches L1 e L2. O ganho de desempenho é considerável, e depende do programa utilizado. Pude testar por exemplo a geração de um filme de uma hora usando o Adobe Première e o DIVX. O tempo para a conversão para DIVX foi cerca de 30% menor usando HT. O interessante é o Hyper-Threading é uma tecnologia barata e eficiente, não torna o processador mais caro. Um Pentium 4 de 2.4 GHz comum, por exemplo, custa o mesmo preço que um Pentium 4 de 2.4 GHz com HT.

a) Processador Pentium 4 HT
b) BIOS com suporte a HT
c) Sistema operacional com suporte a HT (Windows XP, Windows 2003)
d) Chipset com suporte a HT

Na prática, basta checar se a placa de CPU tem a indicação “Support for Hyper-Threading Technology”, usar o processador Pentium 4 HT e um sistema operacional que também tenha este suporte: Windows XP ou Windows 2003.

Em abril de 2003 ocorreram outros grandes lançamentos. Foram lançados vários modelos de Pentium 4 com FSB de 800 MHz, um aumento de 50% sobre os 533 MHz dos modelos então existentes. Todos os processadores Pentium 4 com FSB de 800 MHz possuem tecnologia Hyper-Threading. Foram os seguintes os modelos lançados:

Note que são usados sufixos quando existem processadores diferentes com clocks iguais. Existem por exemplo três modelos de 2.4 GHz: 2.40, 2.40B (FSB de 533 MHz) e 2.40C (FSB de 800 MHz). Não é necessário usar sufixos para os modelos de 3 GHz e 3.2 GHz porque não existem outros processadores Pentium 4 com estes clocks.

O aumento do FSB para 800 MHz é um grande avanço. No passado, processadores operavam com clocks interno e externo iguais. Isto ocorreu até o 486DX-50. Como era difícil manter um clock externo alto, foi feito um desmembramento. Foi lançado o 486DX2-50, com 50 MHz internos e 25 MHz externos. Curiosamente a redução do clock externo não causou queda de desempenho no processador. Isto porque o tráfego no barramento externo não chegava ao seu valor máximo, ficava em torno de 50%. O núcleo do processador não exigia um tráfego de dados tão elevado. Novos processadores foram lançados desde então e com clock interno sempre maior que o externo, normalmente um múltiplo.

Por exemplo, o Pentium-200 operava com clock externo de 66 MHz e multiplicador 3x, resultando em 200 MHz internos. Outros processadores apresentam diferenças ainda maiores em relação a esses clocks. O Pentium 3 de 1.4 GHz tem FSB de 133 MHz, portanto o clock interno é 10,5 vezes maior que o interno. Quando o clock externo é muito menor que o interno, pode ocorrer queda de desempenho. Um processador sempre fica mais rápido quando usa um clock externo maior. O Pentium 4 de 2.4 GHz já apresentava uma relação de 6:1 entre os clocks, um valor ainda aceitável porém ligeiramente comprometedor. A situação melhora bastante graças às caches L1 e L2 que aumentam o desempenho da memória. No modelo 2.40C, esta relação é melhor, de 4,5:1. Com o FSB de 800 MHz do modelo 2.40C, esta relação fica em confortáveis 3:1. Processadores Pentium 4 com FSB de 800 MHz permitem um tráfego de dados bastante elevado em seus barramentos externos, fornecendo dados em uma velocidade suficiente para atender às exigências do núcleo do processador.

O FSB de 800 MHz é bom, significa que o processador tem condições de receber e transmitir para o seu exterior (na maior parte do tempo, para a memória) em alta velocidade. Isso não adianta muito se usarmos uma memória que não acompanha esta velocidade. Se usarmos uma memória DDR400, a mais rápida encontrada no comércio em 2003, o tráfego de dados que a mesma suporta é apenas a metade do suportado pelo barramento externo do processador: 400 MHz contra 800 MHz. Por isso, simultaneamente com o lançamento do Pentium 4 com FSB de 800 MHz, a Intel lançou também chipsets capazes de operar com dois canais de memória (dual channel). Isto dobra a velocidade da memória. Dois módulo DDR400 operando em conjunto oferecem um desempenho equivalente a um módulo virtual de 800 MHz (“DDR800”). O que ocorre na prática é que usando dois canais, a memória passa a operar com 128 bits, ao invés de 64, porém mantendo os mesmos 400 MHz cada um deles. Os dois módulos juntos são equivalentes a um módulo virtual de 64 bits e 800 MHz, exatamente o mesmo formato do FSB das versões mais recentes do Pentium 4.

Os chipsets que suportam FSB de 800 MHz e duplo canal são o Intel 865 e o Intel 875, disponíveis em diversas versões

A figura 1 mostra uma placa de CPU com memória dual channel. Observe que existem dois bancos. Para facilitar a identificação, o fabricante usou soquetes de cores diferentes. Os dois soquetes superiores, sendo um azul e um preto, formam o primeiro banco (canal). Os dois outros formam o segundo banco. Para instalar, digamos, 512 MB, devemos usar dois módulos idênticos, usando inicialmente os soquetes azuis, o seja, o primeiro módulo de cada banco. Quando vamos instalar mais memórias, devemos usar os soquetes pretos. Normalmente os fabricantes identificam seus soquetes como 1A, 1B, 2A e 2B, ou indicação similar.

Na figura 3 vemos as conexões entre os módulos de memória e o processador (através do chipset) através de uma placa de CPU convencional que não opera com duplo canal. Tomamos um exemplo no qual existem três soquetes de memória nos quais instalamos módulos DDR400. Os módulos trabalham em conjunto, porém um de cada vez. Se usarmos, por exemplo, três módulos de 256 MB, o primeiro deles responderá pelos endereços entre 0 e 256M, o segundo vai de 256M a 512M, e o terceiro de 512M a 768M. Quando acessamos um módulo, os dois outros ficam inativos, portanto em nenhum caso esses módulos enviarão ou receberão dados de forma simultânea. A taxa de transferência da memória neste arranjo é de 3200 MB/s, calculados da seguinte forma:

Já a taxa de transferência máxima do barramento de dados do Pentium 4 (FSB 800) é:

Vemos então que um único canal de memória, mesmo que formado por vários módulos, oferece apenas a metade da taxa de dados suportada pelo Pentium 4. O resultado é que o barramento do Pentium 4 ficará com uma ociosidade de 50%, contribuindo para redução do seu desempenho.

Figura 3 - Organização de memória em uma placa de CPU com memória de duplo canal.

Na figura 3 vemos como são feitas as ligações em uma placa de CPU com memória dual-channel. Note que são usados os mesmos módulos de memória empregados em placas comuns. Quando vamos fazer a primeira instalação de memória, usamos os soquetes 1A e 2A. Em uma expansão, usamos os soquetes 1B e 2B. Note que 1A e 1B formam um canal, enquanto 2A e 2B formam outro canal. Cada canal usando módulos DDR400 oferece uma taxa de transferência igual a 3200 MB/s. Os dois canais operando simultaneamente (128 bits) resultarão em uma taxa de 6400 MB/s, a mesma do barramento de dados do Pentium 4.

Se você pretende utilizar um computador mais modesto (na faixa de 2 GHz, para os padrões do início de 2004), pode usar placas de CPU convencionais, sem duplo canal. Se pretende usar modelos mais avançados, recomendamos processadores Pentium 4 HT, com FSB de 800 MHz, e uma placa de CPU com duplo canal e suporte a memórias DDR400. Por exemplo, a placa Intel D865PERL, entre várias outras disponíveis no mercado.

Se você pretende comprar uma placa mãe com FSB de 800 MHz, tome cuidado, pois existem muitos modelos simples que não possuem duplo canal. Você estará provavelmente usando um processador avançado e obviamente de custo maior, mas terá queda de desempenho causada pela baixa velocidade da memória, operando com canal simples. É o caso da placa Asus P4S800, mostrada na figura 5.

Esta placa é considerada avançada, suporta Pentium 4 HT com FSB de 800 MHz, chegando até ao modelo de 3.2 GHz. Suporta memórias DDR400, porém apenas com um canal. Isto significa que a memória somente suportará a metade da taxa de transferência exigida pelo processador (3200 MB/s, contra 6400 MB/s).

O Celeron foi lançado em 1998. Era uma versão simplificada do Pentium II, depois passou a ser uma versão simplificada do Pentium III. Os atuais processadores Celeron são versões simplificadas do Pentium 4. As simplificações estão no FSB e na cache L2:

FSB: 400 MHz, contra até 800 MHz do Pentium 4
Cache L2: 128 kB, contra 512 kB do Pentium 4.

A redução do tamanho da cache L2 resulta em uma pequena queda de desempenho, sensível principalmente nas aplicações que fazem uso intensivo da memória. Resulta também em economia no processo de fabricação, resultando em chips mais baratos. O Celeron é um pouco mais lento, mas também é bem mais barato que o Pentium 4, tornando-se uma opção atrativa para PCs de baixo custo. Os Celerons derivados do Pentium 4 apresentam clocks de 1,7 GHz e superiores. Um processador Celeron pode ser instalado nas mesmas placas de CPU que suportam o Pentium 4.

Os modelos de Celeron derivados do Pentium 4, disponíveis hoje (jan/2004), são:

1.7 GHz, 1.8 GHz, 2 GHz, 2.1 GHz, 2.2 GHz, 2.3 GHz, 2.4 GHz, 2.5 GHz, 2.6 GHz, 2.7 GHz e 2.8 GHz, todos com 128 kB de cache L2 e FSB de 400 MHz.

Pelo fato de ter um bom desempenho e um preço mais acessível, o Celeron tornou-se um concorrente para os processadores Athlon XP na faixa de 2 GHz. Por isso a AMD resolveu lançar novos modelos do processador Duron, que havia sido descontinuado com 1,3 GHz. Foi lançado em novas versões de 1400, 1600 e 1800 MHz e FSB de 266 MHz, contra os 200 MHz do Duron anterior.

Esses dois chipsets suportam Hyper-Threading, FSB de 800 MHz e memória Dual Channel. São utilizados em placas de CPU da própria Intel e também dos principais fabricantes de primeira linha. Aguarde nosso próximo artigo que fará uma comparação entre esses chipsets e as placas de CPU que os utilizam. Esses chipsets são portanto indicados para placas de CPU mais avançadas, para os modelos mais velozes do Pentium 4.

Este chipset destina-se a placas de CPU mais simples, e é produzido em diversas versões. Também será apresentado detalhadamente no nosso próximo artigo. Sendo um chipset mais simples, é indicado para placas de CPU de alta qualidade e baixo custo.