Ретроклокинг: самый быстрый 486-й CPU

Оглавление

Вступление

Лаборатория продолжает цикл статей о ретроклокинге. В этом году уже выходила статья, посвященная всему разнообразию 486-х процессоров, где приняли участие разнообразные модели. Начиная с экзотических моделей Cyrix и UMC и заканчивая классическими Intel 80486 DX2/DX4, работающими на 100 МГц, и их аналогами AMD c аналогичной частотой, а также AMD Am5×86 с Pentium индексом «P75», работающим на частоте 133 МГц, и Intel Pentium Overdrive 83 МГц.

Если кто-то по какой-либо причине не прочел данную статью, советую с ней ознакомиться:

В прошлый раз можно было наблюдать противостояние разных процессоров различных производителей, но победу тогда одержал разогнанный с 83 до 100 МГц Intel Pentium Overdrive.

Мне все это время не давало покоя такое положение дел, и я искал пути решения, как сделать систему на Socket3 еще быстрее и добраться до самого края ее производительности или даже превзойти его с системой фазового перехода (или в простонародье «фреонкой»). Экстремальный разгон самого быстрого 486-го процессора, показавшего лучшие результаты на «воздухе», вас ждет в конце этой статьи.

Вариантов построить самую быструю »486-ю» систему не так уж и много. По сути их всего два: первый это разогнанный до 100 МГц Intel Pentium Overdrive 83 МГц с частотой системной шины 40 МГц; второй — AMD Am5×86-P75 со стоковой частотой 133 МГц и шансом на хороший разгон.

С первым вариантом в прошлый раз я сделал все, что смог. Ни при каких обстоятельствах на различных Socket3 материнских платах Intel Pentium Overdrive 83 МГц с множителем 2.5 больше, чем на 100 МГц, работать не мог. Формула такой работы была 40×2.5 = 100 МГц.

Попытки установить системную шину 50 МГц и надежды увидеть на экране монитора заветные 125 МГц ни к чему не привели, кроме свечения индикации «С0» на POST-карте. Множитель у этого процессора принимает всего два значения: х1 и х2.5, отсюда все варианты были испробованы. Поэтому эта статья целиком и полностью будет посвящена плану Б!

AMD Am5×86-P75

Как и у Intel, у AMD был свой модельный ряд 486-х процессоров. Туда входили как разнообразные модели Am486DX с математическим сопроцессором, так и Am486SX без оного (по аналогии с моделями процессоров Intel 486DX и 486SX). Это все можно было наблюдать с 1993 года.

Когда Intel представила своего флагмана i486DX4 с частотой 100 МГц, AMD ответила 120-ти мегагерцовым A80486DX4. А далее пальма первенства «синего» лагеря сразу же перешла к Intel Pentium Overdrive 83 МГц с очень сильным блоком обработки чисел с плавающей запятой (FPU). Все же в основе этого процессора лежало новое и очень быстрое ядро следующего поколения Pentium.

Ответом на Pentium со стороны AMD в конце 1995 года стало новое поколение процессоров под названием Am5×86-P75. Кристалл процессора производился по 350 нм техпроцессу, вместо 500 нм у A80486DX4. Объем кэш-памяти первого уровня также увеличился вдвое и был равен 16 Кбайт. L2 кэша у процессоров тогда не было, он располагался на материнской плате.

По производительности Am5×86-P75 был сопоставим с Pentium с частотой 75 МГц, что явно указывалось в маркировке процессора в виде суффикса «P75», при этом частота процессора составляла 133 МГц. Вариаций таких «P75» было произведено «зеленым» чипмейкером предостаточно:

• Am486DX5–133ADW, Vcore — 3.45 В, максимальная температура корпуса 55°C;
• Am486DX5–133ADY, Vcore — 3.45 В, максимальная температура корпуса 75°C;
• Am486DX5–133ADZ, Vcore — 3.45 В, максимальная температура корпуса 85°C;
• Am486DX5–133V16BGC, Vcore — 3.30 В, t= 85°C (поддержка расширенного управления питанием);
• Am486DX5–133W16BGC, Vcore — 3.45 В, t= 85°C (поддержка расширенного управления питанием)/

Производились Am486DX5 процессоры, кроме 168-контактного PGA (с ножками), еще и в 208-контактном SQFP исполнении с планарными выводами, расположенными по всем четырем сторонам корпуса процессора. Но этот вариант в расчет я не беру, зато теперь видно, какое разнообразие было доступно пользователям того времени.

Am5×86-P75 в форм-факторе SQFP.

Хотя есть один интересный вариант Kingston «TurboChip», где Am5×86-P75 с маркировкой AM486DX5–133V16BHC в исполнении SQFP распаян на плате с ножками (PGA 158), но найти такой образец сейчас очень нелегко.

В планах у AMD был выпуск 160 МГц модели Am5×86-P90 (40 МГц x 4), но, к сожалению, ее отменили. Зато свет увидела модель с частотой 150 МГц — Am5×86-P75+ (50 МГц x 3), но она продавалась в очень небольших количествах и встретить ее в реальной жизни очень и очень сложно.

Все эти процессоры объединяет еще и то, что они позволяют выбрать два значения множителя: х3 и х4, что наряду с широким диапазоном системной шины дает больше вариантов комбинаций с разгоном, нежели использование Intel Pentium Overdrive 83 МГц с его небольшим значением множителя — х2.5.

Теперь, когда вся информация о характеристиках таких процессоров стала известна, настало время выбора лучшего экземпляра. В сети можно найти множество мнений. Одно, очень распространенное заключается в том, что ЦП с окончанием на Am486DX5–133ADZ или с наивысшей рабочей температурой лучше всего разгоняются. Попробуйте это рассказать моему экземпляру Am486DX5–133ADW, который на 200 МГц в состоянии загрузить DOS и выполнить один тест. Иными словами: разгон это лотерея.

За все время у меня перебывало около полусотни разных Am5×86-P75. С различными тепловыми характеристиками и годами выпуска (от 1996 до 2001), в общем, весь возможный ассортимент. И на основании этих данных я могу сделать свои предположения об удачности тех или иных экземпляров.

В самом начале я искал процессоры с поздней датой выпуска, находились с 1997, 1998 датой производства. Но также были 1999, 2000 и даже 2001. Мой 133ADW был выпущен на 36-й неделе 1996 года, а еще более удачный в плане разгона 133ADZ вообще на 6-й неделе 1996-го.

Так что год производства ровным счетом ничего не решает. По моей статистике, 85% всех Am5×86-P75 способны работать на 160 МГц (40×4) при дефолтном напряжении 3.6 В или в худшем случае на 4.0 В. Если процессор не способен на это, это крайне неудачный экземпляр.

А вот на 180 МГц (60×3) может работать не так много процессоров, я бы сказал, в пределах 10%. Здесь уже требуется напряжение 3.6 В или в крайнем случае 4.0 В. А вот покорить 200 МГц в различных вариациях: 50×4 либо 66×3 могут лишь единицы.

Вот фото моего процессора, который без какого-либо труда, работает везде, от DOS до Windows 2000 при напряжении равным всего — 3,6 В.

Он в состоянии часами под 100% нагрузкой «крутить» тяжелые бенчмарки и при этом оставаться абсолютно стабильным. В качестве охлаждения используется обычный алюминиевый радиатор для Socket7 платформы прижимающий сам себя своим небольшим весом и внешний обдув. Ссылка на валидацию.

Материнская плата как инструмент разгона

Выбор материнской платы для максимального разгона для платформы 80486 также дело непростое. Количество опробованных экземпляров материнских плах, конечно не такое большое, как опробованных экземпляров процессоров, но в итоге, лучше используемой мною ранее Shuttle HOT-433 на чипсете UMC 8886AF/8881F, я так и не нашел.

У нее достаточно слотов расширения 4 х PCI и 4 х ISA, 8 посадочных мест под микросхемы L2 кэша, что делает возможным суммарно использовать целый 1 Мб кэш памяти второго уровня. Дополняет это четыре разъема для оперативной памяти с поддержкой типа памяти — EDO-RAM. Но, что самое главное — это то, что эта материснкая плата стабильно может держать FSB при частоте 60 и 66 МГц, что для 486-х систем уже запредельно много. А также обладает официальной поддержкой 256 Мб оперативной памяти! Такой объем могут позволить себе единицы материнских плат. Тут нужно отметить, что все 256 Мб будут кэшированы в режиме работы кэша Write Through. В более быстром режиме — Write Back, кэшируется только 128 Мб.

В дополнение, VRM материнской платы поддерживает широкий выбор напряжений. Пользователю доступны значения: 3.3, 3.45, 3.6, 4.0 и 5.0 вольта, что позволяет очень гибко выставлять нужные значения при разгоне.

Но все же кое-что мне поменять в материнской плате пришлось. Вместо прежнего используемого BIOS от AMI, датированного октябрем 1994 года. Я прошил, можно сказать, суперсовременный Award от января 2001 года.

После такого софтварного апгрейда плата стала работать еще лучше, улучшился разгон и улучшилась совместимость с дисковой подсистемой. Сразу без проблем заработал мой 20 Гб HDD, хотя думаю на этом BIOS будут работать и более емкие HDD вплоть до 128 Гб, но я остановился на Compact Flash картах. Они и быстрее, и где-то даже надежнее.

Если открыть руководство по использованию материнской платы Shuttle HOT-433, то можно увидеть интересную информацию:

Официально поддерживается 256 Мб оперативной памяти. Руководство было написано еще в 1995 году для AMI BIOS. В те годы 32 Мб было как сейчас 32 Гб, если не больше, но 256 Мб, это что-то из разряда фантастики. И такую фантастику я естественно решил установить!

Вот так выглядят целых 256 Мб оперативной памяти стандарта EDO-RAM в SIMM модулях с 72 контактами. На каждом модуле располагаются 8 микросхем памяти, каждая объемом 8 Мб. Данные модули памяти односторонние, нерегистровые и без коррекции ошибок. Соответственно, в случае использования двух сторонних модулей памяти, можно было рассчитывать вообще на суммарный объем в 512 Мб, но это уже была бы совсем другая фантастика.

Вот так выглядит система хранения данных, в виде карт Compact Flash и два набора оперативной памяти 256 Мб и 128 Мб. Модули объемом 32 Мб — двухсторонние и содержат 16 микросхем памяти, каждая объемом 2 Мб.

Операционная среда

У энтузиастов, которые в «теме» может возникнуть вопрос: «Зачем 256 Мб в 486 ПК?». Для DOS хватит с головой и 32 Мб, но мне хотелось именно на практике ощутить всю мощь такого объема и удостовериться, что он реален и им можно пользоваться. На данную систему я установил сразу ряд операционных систем: Windows 98SE, Windows NT SP6 и Windows 2000 SP4.

Windows NT SP6, 200 МГц Am5×86-P75 и 256 Мбайт RAM.

Все это компактно разместилось на двух CF. 8-ми гигабайтную карту, я предварительно разбил на два раздела. Первый, объемом 2 Гб я отформатировал под FAT16, чтобы установить Windows NT, а второй отформатировал в FAT32, куда установил Windows 2000.

Windows 2000 SP4, 200 МГц Am5×86-P75 и 256 Мбайт RAM.

Лучше всего дела с перемещением окон и всяческой активностью пользователя обстояли в Windows 98SE. В Win NT тоже все было быстро, а вот в Windows 2000 уже чувствовались «тормоза», несмотря на то, что процессор работал на частоте 200 МГц с 66-ти мегагерцовой системной шиной. Если установить PCI-дисковый контроллер с SSD диском, то это немного улучшит ситуацию, так что есть куда еще стремиться.

Выбор видеокарты

Как может показаться странным, но вопрос выбора видеокарты под такую систему очень актуален. Если Вы думаете, что подойдет любая видеокарта, то вы заблуждаетесь. Мне, конечно, хотелось сразу туда поставить 6-й GeForce c поддержкой шейдеров, но реальность диктует свои правила.

Вот какой набор PCI видеокарт я приготовил для тестирования:

Слева направо:

• Creative Graphics Blaster, CT6700, Riva TNT, 16 Мб;
• STB, 3DFx Voodoo 3000, 16 Мб;
• Diamond Stealth III S540, S3 Savage4 PRO, 32 Мб;
• PNY, GeForce MX400, 64 Мб, 64-бит.

VLB S3 видеокарта приведена чисто для сравнения размеров =) Я мог еще в список включить более современные PCI видеокарты на подобие Radeon 7500 или старших GeForce, но даже не все видеокарты из моего списка, смогли отобразить картинку в BIOS.

Первая Creative CT6700 с GPU Riva TNT, отображает картинку в DOS, но в любой из Windows не удается установить драйверы. 3DFx Voodoo 3000 вообще не выводит картинку на монитор, демонстрируя лишь черный экран. Diamond Stealth на S3 Savage4 PRO успешно работает везде, это лучшая карта в плане совместимости из всех, которые у меня есть с разъемом PCI для ОС Windows. GeForce2 MX400 также не показывает какое-либо изображение на мониторе.

Все это было проверено на BIOS, датированным 2001 годом, с более ранними версиями ситуация еще хуже. Поэтому в качестве тестовой видеокарты для Windows я остановился на Diamond Stealth III S540.

Благо у меня есть ее новая боксовая версия. Так что выбор каждого компонента, это не совсем простая задача. Также в качестве компаньонов тестирования выступят: материнская плата ECS UP8812-AIO на чипсете (UMC 8886BF/8881F) и PCI видеокарта Alliance ProMotion, AT3D, с 1 Мб видеопамяти.

Тестовый стенд

Основные компоненты системы.

• Процессор: AMD Am5×86-P75 133 МГц;
• Материнские платы:
  • Shuttle HOT-433, чипсет UMC 8886AF/8881F, BIOS Award от 05/01/2001;
  • ECS UP8812-AIO, чипсет UMC 8886BF/8881F, BIOS Award от 22/03/1996;
• Оперативная память: Memorybank, 256 Мбайт Kit (2×64 Мб), EDO non-Parity, 60 нс 5 В;
• Видеокарта:
  • PCI Diamond Stealth III S540, S3 Savage4 PRO, 32 Мбайт;
  • PCI Alliance ProMotion, AT3D, 1 Мбайт;
• Накопитель: Compact Flash, 8 Гбайт, x133;
• Блок питания: FSP 500–60GLN (3.3 В — 30 A, 5 В — 30 А, 12 В — 2×18 А).

Тестирование проводилось в Windows 2000 SP4 и MS-DOS 6.22 с помощью следующего ПО:

• PC Player Benchmark;
• Superscape Benchmark v. 1.0c;
• Topbench v. 3.8;
• Speed Test v. 2.1;
• Doom v. 1.09;
• Quake v. 1.06;
• Speedsys v. 4.70;
• SiSoftware Sandra 2002.

Результаты тестирования

Основная часть тестов была сделана в DOS, остальные — в Windows 2000 SP4. Чтобы понять, какую прибавку получит конечный пользователь от разгона, я решил использовать шесть состояний этого замечательного процессора. В результате вы получите ответ, какая будет прибавка к скорости в зависимости от удачности найденного вами образца.

Перечислю все шесть вариантов работы AMD Am5×86-P75 133 МГц:

• 133 МГц — 33×4 (номинальный);
• 150 МГц — 50×3;
• 160 МГц — 40×4;
• 180 МГц — 60×3;
• 198 МГц — 66×3;
• 200 МГц — 50×4.

PC Player Benchmark

Данный тест проводится в разрешении 320×200 с 8-битным цветом. В нем хорошо заметно, что предпочтение отдается не итоговой частоте процессора, а большей ширине системной шины, через которую за единицу времени проходит больший объем данных к процессору. Поэтому 180 МГц AMD Am5×86-P75 выглядит в данном тесте лучше, чем 200 МГц процессор с FSB=50 МГц и множителем, равным четырем.

Superscape Benchmark v. 1.0c

Здесь картина полностью аналогична предыдущему тесту.

Topbench v. 3.8

Как и в прошлый раз, при системной шине 40 МГц в данном тесте у процессора наблюдается провал производительности. Та же картина наблюдается для процессора, работающего на 150 МГц с частотой FSB 50 МГц.

Doom v. 1.09

По умолчанию тест выдает результат в своей величине под названием «realticks», а чтобы получить FPS, нужно использовать следующую формулу «FPS = 74690 / realticks». На 40 МГц FSB в Doom также лучше не играть.

Quake v. 1.06

В Quake наконец-то 200 МГц (50×4) AMD Am5×86-P75 обошел 180 МГц вариант с FSB 60 МГц. А вот вариант с частотой в 150 МГц оказался лучше, чем более быстрый 160 МГц вариант с меньшей частотой FSB. 198 МГц процессор с самой скоростной частотой системной шины по-прежнему победитель всех тестов.

Speedsys v. 4.70

Пожалуй, самый интересный бенчмарк, наиболее точно отвечающий за расстановку процессорных сил. Из него видно следующее: чтобы выйти на результаты 100 МГц Intel Pentium, принадлежащего к пятому поколению процессоров, AMD Am5×86-P75 приходится работать на вдвое большей частоте и с большей частотой системной шины. AMD Am5×86-P75 относится к четвертому поколению процессоров. Вот такая технологическая пропасть между этими поколениями.

Memory Bandwidth

Data Cache L1/L2

Memory throughput

Hexus PiFast или немного размышлений о цифрах

Данный тест вычисляет число Пи с точностью 10 миллионов знаков после запятой. Разогнанный до своей наивысшей производительности Am5×86-P75 делает это за 1 час 32 минуты и 16 секунд. 83 МГц Pentium Overdrive на Socket 3 для этого требуется всего 1 час 00 минут 55 секунд или на полчаса меньше. Эту же задачу Intel Pentium OverDrive 133 МГц на Socket4 выполняет уже за 38 минут и 37 секунд. А классический Pentium-100 на Socket 7 с SDRAM памятью подсчитывает результат расчетов числа Pi за 20 минут и 11 секунд.

Установка операционной системы Win NT или Win 2000 происходит около четырех часов, если не больше, и это прямиком на Compact Flash card.

SiSoftware Sandra 2002

Ниже на скриншотах можно увидеть производительность разогнанного до 198 МГц AMD Am5×86-P75 (66×3):

Интересно, что Sandra считает, что частота процессора равна 332 МГц, но рейтинг равен 187. Ниже результат Intel Pentium Overdrive, работающего на 100 МГц.

Результат в 198 МГц AMD Am5×86-P75 (66×3) в CPU Multi-Media Benchmark:

А ниже результат Intel Pentium Overdrive на частоте 100 МГц:

И в завершение результат работы подсистемы оперативной памяти AMD + UMC в ОС Windows:

Глубокая заморозка

Как мы уже убедились, мне попался очень удачный экземпляр Am5×86-P75. И мне, естественно, было интересно, а способен ли он на большее? Я делился этим результатом с коллегами по оверклокерскому цеху, и большинство высказало предположение, что следующий рубеж, которым является частота 240 МГц, данный экземпляр должен осилить.

Для этого достаточно выставить множитель х4 для частоты системной шины 60 МГц. Но если предположить, что он готов пойти еще дальше, то при FSB 66 МГц можно и вовсе рассчитывать на 264 МГц.

Mr. Freeze из «Batman & Robin» (1997).

К слову, Shuttle HOT-433 очень интересная материнская плата и она может выставить системную шину, равной фантастическим 83 МГц для этого сокета. Соответствующая комбинация джамперов есть, но мне неизвестно, что будет работать на такой частоте. Гипотетический технологический предел платформы Socket3 составляет целых 332 МГц или 83×4.

Чтобы проверить все предположения, пора задействовать «фреонку». В качестве козырей у меня есть запас по напряжению VCore, это возможность установить 4.0 В и сумасшедшие 5 В для ядра AMD X5.

В первом случае движения по POST-карте не было, все по нулям.

Оставались 5 В, которые могли с некоторой долей вероятности отправить процессор в Вальхаллу, но кипящий фреон проморозил до — 30°C весь процессор насквозь, и я решил, что жертва ради эксперимента оправдана. Это же сайт Overclockers.ru!

Результаты на POST-карте ожили, показался С1, затем 04, С3, и, к сожалению, на этом все остановилось. Не помогли ни глубокая заморозка, ни даже подача напряжения 5 В.

Заключение

В рамках данного эксперимента я очередной раз убеждаюсь, что разгон это лотерея. Можно искать процессоры по дате и месту производства, по степпингу и другим критериям, но удачный образец может встретиться неожиданно и вопреки всем этим условиям.

Что касается производительности AMD Am5×86-P75, то не обязательно гнаться за красивой цифрой в 200 МГц, хотя само ее достижение и чувство, что ты это сделал — придают себе уверенности и заряжают изнутри оверским духом, который заставляет идти дальше. Если ваш экземпляр материнской платы способен выдавать стабильные 60 МГц по FSB, и процессор в состоянии работать на ней с множителем х3, то этой производительности хватит на 95% всех задач. Оставшиеся 5% попадают на «золотой» экземпляр процессора, способного еще на чуть-чуть.

Я пытался найти свидетельства работы хотя бы одного AMD Am5×86-P75 на частоте 240 МГц, но такой информации так и не нашел.

Возможно, это физический предел транзисторов, и они попросту не могут работать на такой частоте, но в запасе, как всегда, есть еще один вариант. Отыскать еще более удачный образец процессора или заморозить все жидким азотом до -198°C. Так что не прощаюсь 😉

Максим Романов aka
Max1024

Полный текст статьи читайте на overclockers.ru