Серверные чипсеты Intel

Евгений Рудометов,Виктор Рудометов,
"Экспресс-Электроника" №11/2003

Для поддержки своих серверных процессоров фирма Intel выпускает соответствующие чипсеты, которые являются основой материнских плат, используемых в составе высокопроизводительных систем.

Развитие архитектуры компьютеров и рост их числа привели к созданию особых структур - сетей, осуществляющих объединение компьютеров, что обеспечивает оперативную передачу информации и совместную эксплуатацию вычислительных ресурсов с целью их эффективного использования. Сети позволяют повысить общую производительность системы, расширить функциональные возможности. Их использование позволяет организовать одновременное выполнение задач, требование которых превышает индивидуальные возможности каждого из компьютеров, работу нескольких пользователей с общими аппаратными и программными ресурсами, распараллеливание вычислений между несколькими компьютерами и т. п.

Управляются сети мощными компьютерами - серверами, основу архитектуры которых составляют материнские платы, обеспечивающие работу центральных процессоров и осуществляющие логические и электрические связи с остальными комплектующими системы.

Материнские платы относятся к функционально сложным компьютерным комплектующим, аккумулирующим большое число новейших технологий, определяющих развитие IT-отрасли. Эти технологии реализуются через архитектуру, дизайн и применяемые в составе материнских плат элементы, среди которых ключевую роль в архитектуре этого компонента, а соответственно, и всей системы играют наборы системной логики - чипсеты, определяющие в значительной степени потенциальные возможности сервера. Пользователям хорошо известны серверные чипсеты фирмы Intel, ставшие основой многочисленных систем. Некоторые из этих систем уже сравнительно давно не выпускаются, однако благодаря своей надежности и потенциальным возможностям до сих пор находятся в эксплуатации.

Чипсеты прошлых лет

Среди серверных наборов системной логики прошлых лет заслуживает внимания чипсет Intel 440HX PCIset, рассчитанный на одно- и двухпроцессорные системы с процессорами Intel Pentium и аналогичные, рассчитанные на частоты шины процессора 50, 60, 66 МГц.

Чипсет Intel 440HX PCIset предназначался для серверов и мощных рабочих станций. Встроенный контроллер кэш-памяти второго уровня был рассчитан на объем 256 и 512 кбайт. Необходимо напомнить, что кэш-память входила тогда в состав кристалла процессора и работала на частоте его шины. Встроенный контроллер памяти поддерживал от 4 до 512 Мбайт EDO/FPM DRAM.

Рис. 1. Структура сервера, созданного на основе чипсета Intel E7500

В составе чипсета Intel 430HX две микросхемы: 82439HX System Controller (TXC) в 324-pin BGA, 82371SB PCI ISA IDE Accelerator (PIIX3) в 208-pin PQFP.

Более производительные и функционально-насыщенные системы появились после выпуска процессоров Intel Pentium Pro. Основой этих систем стали наборы Intel 450KX/GX PCIset.

Чипсет Intel 450KX/GX PCIset ориентирован на многопроцессорные системы, созданные на базе процессоров Intel Pentium Pro и предназначен для использования в серверах, рабочих станциях и высокопроизводительных компьютерах. Архитектура чипсетов допускает масштабирование. Рост производительности достигается за счет дополнительных модулей и увеличения числа процессоров.

Средства Host Bus поддерживают процессоры Intel Pentium Pro, частоту шины процессора 60 и 66 МГц, 64-разрядную шину данных и 36-разрядную шину адреса, Parity Protection на управляющих сигналах (Control Signals), двухпроцессорные (Intel 450KX) и четырехпроцессорные (Intel 450GX) конфигурации, ECC Protection на Host Data Bus (Intel 450GX) и т. д.

Контроллер памяти (Memory Controller - MC) поддерживает до 1 Гбайт (Intel 450KX) или до 4 Гбайт (на каждую микросхему 82453GX); организацию памяти с чередованием (2-Way interleaved и при использовании Intel 450GX 2/4-Way interleaved) и без чередования (non-interleaved); до 2 MC в системе (Intel 450GX); 3,3 В и 5 В SIMM; 32/36 бит SIMM или 72 бит DIMM FPM DRAM; микросхемы 4 Мбит, 16 Мбит и 64 Мбит DRAM; коррекцию одиночных и обнаружение двойных ошибок; управление энергопотреблением памяти (Memory Array Power Management); Read Page Hit 8-1-1-1 (при 66 МГц, 60 нс DRAM); Read Page Miss 11-1-1-1 (при 66 МГц, 60 нс DRAM) и т. д.

В состав чипсета Intel 450KX PCIset входят следующие модули: 82454KX PCI Bridge (PB) и Memory Controller (MC). MC состоит из микросхем: 82453KX DRAM Controller (DC), 82452KX Data Path (DP) и четырех 82451KX Memory Interface Components (MIC).

Рис. 2. Структура компьютера с чипсетом Intel 450KX PCIset

Чипсет Intel 450GX PCIset обеспечивает реализацию больших возможностей по сравнению с Intel 450KX PCIset.

В состав чипсета Intel 450GX PCIset входят следующие модули: 82454GX PCI Bridge (PB) и Memory Controller (MC). MC этого чипсета состоит из микросхем: 82453GX DRAM Controller (DC), 82452GX Data Path (DP) и четырех 82451GX Memory Interface Controllers (MIC).

Рис. 3. Структура компьютера с чипсетом Intel 450GX PCIset

Использование микросхемы 82371SB в составе материнских плат, созданных на основе чипсетов Intel 450KX/GX PCIset, позволяет расширить функциональные возможности за счет дополнения существующих встроенных средств портами USB. Кроме этой микросхемы, некоторые производители материнских плат применяют микросхемы 82371FB, что обеспечивает реализацию интерфейса IDE.

Рассматривая наборы Intel 450KX/GX PCIset, относящиеся к линейке Intel 450xx, необходимо отметить, что к этой же линейке относится и более совершенный чипсет Intel 450NX PCIset.

Чипсет i450NX PCIset предназначен для мощных серверов. Две конфигурации: 450NX - 8 Гбайт памяти, 4ґ32 бит/2ґ64 бит, 33 МГц PCI и 450NX Base - 4 Гбайт памяти 2x32 бит, 33 МГц PCI.

Поддерживает до четырех процессоров Intel Pentium II Xeon (36 бит адреса, 64 бит данных) частоту процессорной шины - 100 МГц, объем памяти до 8 Гбайт (шина 64 бита, контроль четности и ECC, 16 и 64 Мбит, 60 нс и 50 нс, 3,3 В EDO DRAM, до 1 Гбайт/c) и другие функции и устройства. Данный чипсет также поддерживает PIIX3 и PIIX4E South Bridges (south-мосты), которые поддерживают: PCI-to-ISA Bridge, USB, контроллер enhanced DMA, системный таймер, контроллер IDE. Поскольку чипсет Intel 450NX PCIset ориентирован на рынок мощных серверов, он не поддерживает шину AGP, так как в серверах не требуются мощные средства поддержки графики.

Состоит из четырех микросхем: 82451NX Memory and I/O Bridge Controller (MIOC), 82454NX PCI Expander Bridge (PXB), 82452NX RAS/CAS Generator (RCG), 82453NX Data Path Multiplexor (MUX). Каждый PXB поддерживает интерфейс шин: двух независимых 32 бита, 33 МГц Rev.2.1 Compliant PCI bus или одной 64 бита, 33 МГц Rev.2.1 Compliant PCI bus.

Каждый RCG поддерживает до четырех банков памяти.

Комплект i450NX PCIset с 2-RCG, 4-MUX, 2-PXB, 1MIOC рассеивает 47 Вт при 3,3 В.

Кроме рассмотренных серверных наборов, следует отметить и чипсет Intel 440GX AGPset, выпущенный для поддержки процессоров архитектуры P6 конструктива Slot 1 и Slot 2.

Чипсет i440GX AGPset является усовершенствованной модификацией i440BX AGPset. Он предназначен для высокопроизводительных рабочих станций и серверов масштаба крупного предприятия. Форм-фактор совпадает с i440BX AGPset. Оптимизирован под однопроцессорные системы и поддерживает симметричную мультипроцессорную (Symmetric Multiprocessor Protocol - SMP) конфигурацию из двух процессоров на шине Host Bus.

Чипсет Intel 440GX AGPset включает в себя Quad Port Acceleration (QPA), двухскоростной порт AGP, шину PCI и т. п.

Поддерживает все процессоры Intel Pentium II и Intel Pentium III с разъемом Slot 1 и Slot 2, включая процессоры Intel Pentium II Xeon и Intel Pentium III Xeon, частоту процессорной шины (64-бит Host Bus GTL+ и AGL+) - 100 МГц, шину памяти 64 бита, контроль четности и ECC, память PC100 SDRAM с объемом от 16 Мбайт до 2 Гбайт с 64/72 бит (64 + 8 ECC) конфигурацией DRAM, микросхемы памяти 16, 64, 128, 256 Мбит, Bus Mastering, UltraDMA/33, Power Management, ACPI, PCI 2.1, AGP 1.0 с режимами 1x/2x, USB и другие функции и устройства.

Состоит Intel 440GX AGPset из двух микросхем: 82443GX и 82371EB (PIIX4E).

В дополнение к рассмотренным серверным наборам системной логики необходимо упомянуть чипсет Intel 840. Хотя этот набор скорее был ориентирован для сектора мощных рабочих станций, на основе Intel 840 выпускались серверы.

Чипсет Intel 840 (i840 Сhipset) специально разработан для высокопроизводительных мультипроцессорных систем на базе процессоров Intel Pentium III и Intel Pentium III Xeon.

Данный чипсет имеет хабовую архитектуру, сходную с архитектурой родоначальника подобных чипсетов - i810.

Основные отличительные признаки чипсета i840 от традиционных наборов, предусматривающих использование двух микросхем, реализующих функции North Bridge и South Bridge, - это поддержка: частоты системной шины 133 МГц, AGP 4X, PCI 2.2 и памяти RDRAM. Максимальный объем памяти - 8 Гбайт. Поддерживается память PC100 (SDRAM), PC600 и PC800 (RDRAM). Кроме того, организована поддержка двойной шины памяти RDRAM - dual RDRAM channels, позволяющая достичь скорости до 3,2 Гбайт/с, что в два раза выше, чем в случае использования чипсета i820.

Состоит чипсет i840 из следующих основных микросхем: 82840 Graphics and Memory Controller Hub (GMCH), 82801 Integrated I/O Controller Hub (ICH), 82802 Firmware Hub (FWH), а также из дополнительных микросхем: 82806 64-bit PCI Controller Hub (P64H) (поддержка 64-битной шины PCI с частотой 33 или 66 МГц), 82803 RDRAM-based memory repeater hub (MRH-R), 82804 SDRAM-based memory repeater hub (MRH-S).

Все рассмотренные чипсеты, несмотря на их функциональную насыщенность, относятся уже к истории. После выпуска серверной версии процессоров с архитектурой NetBurst перечисленные выше чипсеты сменила линейка более совершенных наборов системной логики - чипсеты линейки E75xx, родоначальником которой стал Intel E7500.

Чипсеты Intel E7500/7501/7505

Набор микросхем Intel E7500 представляет следующий шаг в развитии технологии наборов микросхем Intel для серверов. Первый в своем семействе набор микросхем Intel E7500 поддерживает двухпроцессорные серверные платформы, оптимизированные для процессоров Intel Xeon микроархитектуры Intel NetBurst.

Рис. 4. Структура сервера, созданного на основе чипсета Intel E7500

Чипсет Intel E7500 ориентирован на архитектуру серверов в одно- или двухпроцессорных конфигурациях. Поддерживает системы с процессорами Intel Xeon. Данные процессоры работают с шиной FSB типа QPB (Quad-Pumped Bus), тактовая частота которой для данного чипсета составляет 100 МГц, что обеспечивает скорость передачи данных с частотой 400 МГц (4х - данных и 2х - адреса). Пропускная способность шины процессора - до 3,2 Гбайт/с). Чипсет поддерживает адресацию 36 бит, Symmetric Multiprocessing Protocol (SMP) для двух процессоров, контроль по четности (Parity protection) и т. п.

Чипсет Intel E7500 состоит из трех компонентов - контроллер-концентратор памяти набора микросхем (Memory Controller Hub - MCH), контроллер-концентратор ввода/вывода (I/O Controller Hub 3-S - ICH3-S), контроллер-концентратор 64-разрядной шины PCI/PCI-X (PCI/PCI-X 64-bit Hub 2 - P64H2).

Компонент MCH представлен микросхемой Intel E7500 MCH, содержащей средства интерфейсов работы с процессором, модулями оперативной памяти, а также с микросхемами I/O Controller Hub и PCI/PCI-X 64-bit Hub 2 Встроенный в микросхему Intel E7500 MCH контроллер памяти предусматривает поддержку: двухканального режима работы памяти DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM - SDRAM с передачей данных по передним и задним фронтам тактовых импульсов шины памяти), DDR200, максимального объема памяти - до 16 Гбайт, микросхем 64, 128, 256, 512 Мбит DDR SDRAM, шины памяти 144 бит, модулей регистровой памяти ECC DDR.

Связь с компонентами I/O Controller Hub 3-S и PCI/PCI-X 64-bit Hub 2 осуществляется с помощью хабовых интервейсов (hub interface) - обозначаемые, как HI 1.5 и HI 2.0, соответственно. При этом HI 1.5 - 8 бит, 66 МГц 4x hub interface (256 Мбайт/с), HI 2.0 - 16 бит, 66 МГц 4x hub interface (1 Гбайт/c).

Компонент Р64Н2 представлен микросхемой Intel 82870P2. Он соединяется с контроллером-концентратором MCH через поточечное соединение интерфейса Hub Interface 2.0. К MCH можно подключить до трех устройств P64H2, обеспечивая каждое пропускной способностью свыше 1 Гбайт/с, так что пропускная способность всех устройств ввода/вывода в сумме составит 3,2 Гбайт/с. Каждое устройство P64H2 содержит два независимых 64-разрядных интерфейса PCI-X и два контроллера PCI (по одному на каждый интерфейс PCI-X). Каждый 64-разрядный сегмент PCI-X поддерживает несколько разъемов PCI-X, обеспечивая весьма пропускное соединение для высокоскоростных компонентов, например, таких, как адаптеры Intel Gigabit Ethernet и процессоры ввода/вывода Intel.

Управление традиционными периферийными устройствами осуществляет микросхема ICH3-S, представленная микросхемой Intel 82801CA. Соединяется с контроллером-концентратором MCH через поточечное соединение интерфейса Hub Interface 1.5. Контроллер-концентратор ICH3-S поддерживает устаревшие интерфейсы ввода/вывода, благодаря встроенным специализированным средствам, включая контроллер двухканального устройства Ultra ATA/100 bus master IDE и три контроллера USB для поддержки до шести портов USB. В состав ICH3-S также входит встроенный контроллер SMBus 2.0, встроенный контроллер локальной сети, а также интерфейсы спецификаций AC'97 2.2 и PCI 2.2.

Одновременно с выпуском процессоров Intel Xeon, созданных на основе ядра Prestonia, был анонсирован соответствующий набор системной логики. Этот чипсет, ранее известный как Plumas, предназначен поддерживать данные процессоры и представляет собой развитие чипсета Intel E7500. Новый чипсет получил наименование Intel E7501.

Чипсет Intel E7501 фактически представляет собой усовершенствованный вариант Intel E7500. Отличие Intel E7501 от своего предшественника заключается в поддерживаемых частотах процессорной шины и модулях оперативной памяти.

Если чипсет Intel E7500 обеспечивает поддержку тактовой частоты процессорной шины 100 МГц (частота передачи данных - 400 МГц, адреса - 200 МГц) и модулей DDR200, то Intel E7501 - поддержку тактовых частот 100, 133 МГц (частот передачи данных - 400 и 533 МГц, адреса - 200 и 266 МГц) и модулей памяти DDR200 и DDR266.

Все остальные параметры Intel E7501 совпадают с аналогичными параметрами прототипа - Intel E7500.

Как и его предшественник, чипсет Intel E7501 состоит из трех компонентов - контроллер-концентратор памяти набора микросхем (Memory Controller Hub - MCH), контроллер-концентратор ввода/вывода (I/O Controller Hub 3-S - ICH3-S), контроллер-концентратор 64-разрядной шины PCI/PCI-X (PCI/PCI-X 64-bit Hub 2 - P64H2). При этом компонент MCH, представлен микросхемой Intel E7501, ICH3-S - микросхемой Intel 82801CA, а Р64Н2 - микросхемой Intel 82870P2, то есть последние два из указанного набора компонентов - совпадают с теми же, что и в случае чипсета Intel E7500. Еще одним набором, относящимся к семейству Intel E75xx, является чипсет Intel E7505, известным под кодовым наименованием Placer.

Вообще говоря, этот чипсет не является серверным, а позиционируется как основа для мощных рабочих станций, как, например, Intel 875P. Однако на основе Intel E7505 производители выпускают изделия, представленные в качестве серверных решений.

К слову сказать, если на сайте www.intel.ru чипсет Intel E7505 отнесен к группе наборов для рабочих станций, то на сайте www.intel.ru этот же чипсет представлен как серверный.

Чипсет Intel E7505 ориентирован для систем одно или двухпроцессорных конфигураций. Поддерживает до двух процессоров Intel Xeon (ядро Prestonia), процессорную шину с тактовыми частотами 133 и 100 МГц (частоты передачи данных - 533 и 400 МГц) и двухканальную конфигурацию оперативной памяти DDR266 или DDR200.

Рис. 5. Структура сервера, созданного на основе чипсета Intel E7505

В отличие от серверных наборов системной логики Intel E7500 и Intel E7501, вместо микросхемы ICH3-S, отвечающей за ввод/вывод, в составе чипсета Intel E7505 используется традиционный компонент ICH4. Кроме того, в архитектуре компонента MCH используется порт AGP 8Х, а в вместо трех микросхем P64H2 в составе чипсета используется одна микросхема данного типа.

Рассмотренные наборы семейства Intel E75xx предназначены для процессоров Intel Xeon архитектуры NetBurst, однако топовыми моделями серверных процессоров этой фирмы являются высокопроизводительные 64-разрядные процессоры Intel Itanium и Intel Itanium 2.

Чипсеты для Intel Itanium / Itanium 2

Для поддержки 64-разрядных процессоров Intel Itanium был разработан набор системной логики Intel 460GX. Этот чипсет является первым набором микросхем, осуществляющий поддержку 64-разрядной микроархитектуры семейства процессоров Intel Itanium. Данный многоконфигурационный набор микросхем оптимизирован для 1-, 2-, 3- и 4-процессорных серверов на базе процессоров Itanium и двухпроцессорных рабочих станций.

Набор микросхем Intel 460GX поддерживает интерфейс контроллера памяти и соответствующие мосты шин PCI, AGP 4X и других стандартных шин устройств ввода/вывода.

Контроллер концентратор памяти представлен микросхемой 82461GX или 82462GX. Осуществляет поддержку памяти PC100 SDRAM объемом до 64 Гбайт, AGP 4X/2X.

Контроллер ввода/вывода - IFB осуществляет поддержку PCI 2.2, ATA33, 2 порта USB, AC'97 и т. п.

Предусмотрено расширение подсистемы ввода/вывода: Мост PCI eXpander (PXB), высокоскоростной мост PCI eXpander (WXB).

Как известно, развитие архитектуры Intel Itanium нашло свое продолжение в линейке процессоров Intel Itanium 2. Для поддержки новых процессоров был разработан специальный набор системной логики, получивший наименование Intel E8870.

Набор микросхем Intel E8870 является первым в архитектуре нового поколения набором микросхем, специально разработанным для удовлетворения требований двух- и четырехпроцессорных серверных платформ высшего уровня. Набор микросхем Intel E8870, оптимизированный для процессора Intel Itanium 2, обеспечивает высокий уровень производительности и масштабируемости, а также предотвращения, обнаружения и исправления ошибок.

Рис. 6. Структура сервера, созданного на основе чипсета Intel 8870

К основным характеристикам чипсета Intel 8870 относятся:

• 400 МГц, 128-разрядная системная шина, что обеспечивает высокую скорость передачи данных - до 6,4 Гбайт/с,
• Очень большой объем оперативной памяти - концентратор DMH предоставляет в сумме 32 разъема для установки памяти на каждый процессорный узел, максимальный объем - 128 Гбайт (с 4 DDR Memory Hubs),
• Два высокопропускных масштабируемых порта,
• Четыре соединения интерфейса Hub Interface 2.0 с пропускной способностью 1 Гбайт/с на каждое соединение, что позволяет использовать до четырех 64-разрядных контроллера PCI/PCI-X (P64H2) с интерфейсом HI 2.0,
• Механизм предзагрузки данных и встроенная кэш-память системы ввода/вывода,
• Поддержка высокопроизводительного моста PCI/PCI-X - поддержка всех устройств ввода/вывода PCI/PCI-X I/O, начиная от устаревших PCI и заканчивая высокопроизводительными PCI-X на частоте 133 МГц (каждый контроллер P64H2 содержит два независимых 64-разрядных канала PCI-X с максимальной частотой 133 МГц).

Кроме того, комбинация таких характеристик, как модули "hot-plug" для процессора и памяти, обнаружение и коррекция ошибок, восстановление сбоев устройств памяти (MDFR), резервные пути ввода/вывода и ведение журнала записи ошибок, предоставляет более надежную платформу, уменьшает время простоев для ремонта и обеспечивает целостность передачи данных по всем соединениям и шинам.

Набор микросхем Intel E8870 состоит из следующих компонентов: Intel E8870IO (SIOH), Intel E8870 (SNC), Intel E8870DH (DMH), Intel 82870P2 PCI/PCI-X (P64H2), Intel 82801DB (ICH4). Использование Intel E8870SP - E8870SP Scalability Port Switch (SPS), позволяет расширить возможности чипсета Intel E8870 и создавать системы с восьмью процессорами Intel Itanium.

Рис. 7. Структура сервера c 8 процессорами Intel Itanium, созданного на основе чипсета Intel 8870

В заключение данного краткого обзора следует напомнить, что процессоры новых архитектур, разрабатываемые специалистами фирмы Intel, потребуют новых чипсетов. Поэтому уже в ближайшем будущем нас ожидают новые еще более производительные и функционально насыщенные наборы системной логики, предназначенные для серверных систем.