Chipsets para o Pentium 4

Era uma vez o i440BX, um chipset originalmente destinado aos processadores Pentium II com bus de 100 MHz, que se revelou tão robusto que continuou sendo utilizado em vários modelos de placas-mãe para Pentium III, incluindo os modelos de 133 MHz. Algumas placas baseadas nele (como as Abit BX6 e BH6) fizeram história pelo seu desempenho e pelas possibilidades de overclock.

Depois do i440BX a Intel lançou a série 800, que trouxe uma nova arquitetura e o uso do AHA, um barramento rápido utilizado para interligar a ponte norte e ponte sul do chipset, evitando o uso do já saturado barramento PCI. Tivemos o i810, o i815 e o i815E, destinados aos processadores Pentium III; o malfadado i820 (a primeira tentativa de lançar um chipset com suporte à memória Rambus) e o i840, destinado a máquinas de alto desempenho.

Depois surgiram os chipsets para o Pentium 4. As versões iniciais do Pentium 4 utilizavam o soquete 423, que foi rapidamente substituído pelo soquete 478, introduzido com o lançamento do Northwood. Apesar de diferentes fisicamente, os dois soquetes são muito similares eletricamente, o que permitiu que compartilhassem a mesma linha de chipsets, composta pelos modelos atualizados da série Intel 800, além de chipsets da SiS, VIA, ATI e Ali.

Chipsets da Intel: O primeiro chipset Intel para o Pentium 4 foi o i850, que no início encontrou uma grande resistência devido ao custo dos módulos de memória Rambus. Ele foi sucedido pelo i845 e pelo i845E, uma dupla de chipsets de baixo custo que utilizam, respectivamente, memórias SDRAM comuns e memórias DDR.

Apesar do nome, o i845 foi lançado apenas em setembro de 2001, dez meses depois do i850. O número inferior no nome serviu mais para indicar a posição hierárquica do i845, como um chipset de baixo custo.

A versão inicial do i845 utilizava módulos de memória SDR PC-133, o que fazia com que seu desempenho fosse inferior ao do i850. Apesar disso, o baixo custo dos módulos de memória acabou fazendo com que ele fosse mais popular que o irmão mais velho. Em maio de 2002 foi lançado o i845E, que trouxe o suporte a memórias DDR e aos processadores com bus de 533 MHz (4x 133), o que equilibrou a balança.

A maioria das placas baseadas no i845E também ofereciam suporte ao uso de módulos de memória DDR 333 (166 MHz). Neste caso, o barramento com a memória operava de forma assíncrona, com o FSB a 133 MHz e 4 transferências por ciclo.

Assim como o i850 e o i850E, ambos oferecem suporte a até 2 GB de memória e AGP 4x, mas diferem no chip ICH usado. Enquanto o i845 ainda utiliza o ICH2, o mesmo utilizado no i850, o i845E passou a utilizar o ICH4, que inclui suporte a USB 2.0 (6 portas) e também uma interface de rede embutida.

Na foto a seguir temos uma ECS P4IBAD, uma placa de médio custo baseada no i845E, lançada no início de 2002. Ela oferecia um slot AGP 4x (sem vídeo onboard) e suportava dois módulos DDR-200 ou DDR-266 de até 1 GB cada um. Veja que além das duas portas IDE ATA/100, ela possuía os pontos de contatos para duas portas IDE adicionais. Isso acontecia por que a ECS fabricava também uma versão da placa com uma controladora RAID embutida, onde os contatos vagos eram usados para a instalação do chip controlador e das duas portas adicionais:

ECS P4IBAD, baseada no i845E

O i845 teve uma grande sobrevida, resistindo (em suas diversas encarnações) até 2003, quando foi substituído pelas diferentes versões do i865 e pelo i875, que encerrou a era das placas soquete 478, dando lugar aos chipsets da série Intel 900, utilizados pelas placas soquete 775.

Todos os chipsets da série 800 utilizam a mesma divisão básica. A ponte norte do chipset é o “Memory Controller Hub”, ou simplesmente MCH, que inclui o controlador de acesso à memória RAM, o chipset de vídeo integrado e o barramento de comunicação com o processador. Nas versões com vídeo onboard, o MCH incorpora o chipset de vídeo e passa a ser chamado de “GMCH”.

A ponte sul é o “I/O Controller Hub” ou ICH, que inclui os controladores do barramento PCI, portas USB, IDE, seriais, paralela, etc., além do chipset de som onboard. Graças à padronização da arquitetura, os chips MCH e ICH de diferentes gerações são intercompatíveis, permitindo que os dois projetos sejam atualizados de forma separada, conforme necessário.

Continuando, em julho de 2002, foi lançado o i845G, que trouxe como novidade a volta do chipset de vídeo integrado (uma atualização do i752, utilizado nos chipsets i810 e i815) que foi batizado de “Intel Extreme Graphics”.

Apesar do nome, ele era uma solução bastante modesta, desenvolvido com o objetivo de ser simples e barato de se produzir e não de ser um campeão de desempenho. Todos os chipsets de vídeo integrado lançados pela Intel desde então seguem esta linha básica: são soluções de baixo custo destinadas a oferecer recursos básicos de aceleração 3D para usuários domésticos e empresas, deixando que o público entusiasta, que procura uma solução de ponta, substitua o vídeo onboard por uma placa 3D dedicada.

Tanto a nVidia quanto a ATI se aproveitaram desta característica para lançar chipsets de vídeo integrado mais poderosos e com isso ganhar uma vantagem competitiva, sobretudo nos notebooks.

O vídeo onboard sofreu outra pequena atualização com o i845GV (lançado em outubro de 2002), onde a frequência de operação do vídeo passou a ser de 266 MHz. Ele trouxe também o suporte a memórias DDR-333, que ofereciam um ganho de desempenho incremental. A grande deficiência é que ele era um chipset destinado a placas de baixo custo e por isso (assim como o antigo i810) não oferecia a possibilidade de utilizar uma placa de vídeo AGP offboard.

Junto com ele foi lançado o i845PE, uma variação destinada a placas de alto desempenho, que vinha sem o vídeo integrado, mas em compensação oferecia um slot AGP 4x para o uso de uma placa offboard. Na prática, os dois chipsets eram idênticos e um ou outro recurso era desabilitado em fábrica, permitindo que a Intel os vendesse com preços diferentes de acordo com o segmento ao qual cada lote era destinado.

Este é o diagrama de blocos do i845GE, publicado pela Intel. O “Digital Video Out” refere-se à saída DVI oferecida pelo chipset de vídeo onboard, que acabou não sendo muito utilizada na época, já que o DVI ainda era um padrão muito recente e existiam poucos monitores compatíveis. A maior parte das placas-mãe incluía apenas o conector VGA padrão, deixando os contatos referentes à saída DVI desconectados.

A série i845 foi substituída pela família i865, lançada em maio de 2003. A principal novidade foi a inclusão de um segundo controlador de memória, que adicionou o suporte a dual-channel. O Pentium 4 foi desenvolvido originalmente para trabalhar com memórias Rambus, manipulando grandes volumes de dados. Devido à organização das unidades de execução, instruções SSE2 e o design dos caches, o Pentium 4 se beneficiava mais de um barramento mais largo de acesso à memória do que os processadores da família Athlon, por isso o lançamento do i865 foi bastante festejado.

O novo controlador de memória trouxe como efeito colateral o suporte a até 4 GB de memória, outro recurso digno de nota. Na época, micros com mais de 2 GB de memória ainda não eram tão comuns, mas com a queda no custo dos módulos e o lançamento do Vista e do Windows 7 o uso de 3 ou 4 GB passou a ser normal.

Foi incluído ainda o suporte a AGP 8x e uma interface de rede gigabit, ligada diretamente ao chip MCH, através do barramento CSA, uma cópia do barramento AHA utilizado para interligar a ponte norte e sul do chipset. Com o barramento exclusivo, a interface gigabit possuía um barramento exclusivo de 266 MB/s, rápido o suficiente para que a placa pudesse operar em modo full-duplex (onde a placa envia e recebe dados simultaneamente, resultando em transferências de até 2 gigabits, sendo 1 gigabit em cada direção). Na verdade, a interface de rede não foi diretamente integrada ao chipset, mas o chip era vendido como parte do pacote:

Placas Gigabit Ethernet em versão PCI têm seu desempenho severamente limitado e não são capazes de se beneficiar das transferências em modo full-duplex, já que o gargalo acaba sendo o barramento PCI. Hoje em dia, a solução é comprar uma placa PCI Express (já que mesmo um slot 1x oferece banda suficiente para que a placa utilize todo o seu potencial), mas, na época, o PCI Express ainda estava em desenvolvimento, de forma que a solução da Intel era mais atrativa.

Continuando, os chipsets da série i865 passaram a utilizar também o chip ICH5, que trouxe como principal novidade a inclusão de duas interfaces SATA-150 (além de manter as duas interfaces ATA-100) e o suporte a 8 portas USB 2.0. Percebendo a tendência dos fabricantes de placas a incluírem controladoras RAID nas placas de alto desempenho, a Intel disponibilizou também o chip ICH5R, que incluía uma controladora SATA RAID, tornando desnecessário o uso de uma controladora externa.

Existiram no total 4 variações do i865, todas lançadas simultaneamente. A versão mais básica era o i865P, que suportava apenas memórias DDR-266 e 333 e não possuía vídeo onboard. Em seguida, temos o i865PE, que incluiu o suporte a memórias DDR-400, o i865G, que incluiu de volta o chipset de vídeo onboard (mantendo o slot AGP para uma GPU externa) e o i865GV, uma versão de baixo custo do i865G, onde o slot AGP era desabilitado.

Em abril de 2004 foi lançado o i848P, um chipset de baixo custo, que ficou no meio do caminho entre os antigos chipsets da série i845 e os da série i865. Apesar de incluir suporte a AGP 8x e utilizar o chip ICH5, com o consequente suporte a interfaces SATA, ele não oferecia suporte a dual-channel e não incluía o chipset de rede gigabit. Ele suportava apenas 2 GB de memória DDR-266, 333 ou 400 e não incluía o chipset de vídeo integrado.

Concluindo a série 800, temos o i875P (Canterwood). Ele era similar ao i865PE, suportando dois módulos DDR-400 em dual-channel, oferecendo suporte a AGP 8x e utilizando o chip ICH5 como ponte sul (com opção de utilizar o ICH5R, que incluía duas interfaces SATA e suporte a RAID). Por ser um chipset de alto custo, destinado a placas de alto desempenho, as placas baseadas nele foram relativamente raras aqui no Brasil.

Como de praxe, a linha de chipsets da Intel sofreu a concorrência dos chipsets de outros fabricantes, que aproveitaram o maior custo e as limitações nos chipsets da Intel (como a demora em adicionar suporte ao AGP 8x e as versões castradas do i845 e i865, onde o barramento AGP era desabilitado) para ganhar terreno. Além da SiS, VIA e Ali, tivemos a participação também da ATI, que, antes da fusão com a AMD, havia conseguido conquistar um bom espaço, sobretudo nos notebooks.

Chipsets da SIS: Entre os chipsets da SiS, o primeiro foi o SiS 645, um chipset destinado à primeira geração de processadores Pentium 4, soquete 423 e 478, que incluía suporte a 3 GB de memória RAM, AGP 4x e oferecia duas portas ATA-100, som e rede integrados através do chip SiS 961, usado como ponte sul. Ele foi o primeiro chipset para a plataforma a oferecer suporte a memórias DDR (antes mesmo do i845E) e foi durante algum tempo o chipset mais rápido para a plataforma, superando até mesmo o i850.

Pouco depois, foi anunciado o SiS 650, que incluía um chipset de vídeo SiS 315 onboard e o SiS 651, que incluía suporte a memórias DDR-333, bus de 533 MHz, Hyper-Threading, USB 2.0 e interfaces ATA-133.

Os três chipsets ofereciam suporte tanto a memórias SDR quanto a memórias DDR, mas a grande maioria dos fabricantes de placas optaram por utilizar as DDR devido ao ganho de desempenho. O SiS 651 foi um chipset bastante popular entre as placas de baixo custo produzidas em 2003 e 2004.

Um exemplo de placa baseada nele é a Asus P4SP-MX, uma placa soquete 478 micro-ATX, que incluía um slot AGP 4x e 3 slots PCI, além de vídeo, som e rede onboard. Embora o chipset suportasse o uso de até 3 GB de memória, a placa possuía apenas 2 slots, o que limitava o uso a um máximo de 2 GB, com dois módulos de 1 GB cada:

Asus P4SP-MX, baseada no SiS 651

Ao contrário dos chipsets SiS para o Pentium III e anteriores, onde ainda era utilizado o barramento PCI, os chipsets SiS para o Pentium 4 utilizavam o MuTIOL, um barramento dedicado, para interligar as pontes norte e sul do chipset. Ele era um barramento de 16 bits, que operava a 133 MHz, com duas transferências por ciclo, oferecendo um barramento de dados de 533 MB/s.

A geração seguinte incluiu os chipsets SiS 648, SiS 655 e SiS 661GX, que ofereciam suporte ao AGP 8x e passaram a utilizar o SiS 964 como ponte sul, adicionando o suporte a SATA (duas portas) e RAID.

O SiS 655 oferecia suporte a dual-channel (assim como os chipsets da série i865 da Intel), mas carecia de vídeo onboard, enquanto o 661GX incluía um chipset de vídeo SiS Mirage, uma versão atualizada do SiS 315. A SiS chegou a lançar também um chipset com suporte a memórias Rambus, o SiS R658, que foi pouco usado.

Em seguida tivemos os chipsets da linha FX, que incluíam suporte ao bus de 800 MHz utilizado pelo Prescott e a memórias DDR-400. A linha incluiu o SiS 648FX, SiS 655FX e o SiS 661FX, versões atualizadas dos chipsets anteriores. O 648FX era a versão mais simples, sem vídeo onboard e sem suporte a dual-channel, o 655FX era a versão destinada a placas de alto desempenho, com suporte a dual-channel e a RAID, através do chip SiS 964 (usado como ponte sul), enquanto o 661FX era a versão com vídeo onboard (e sem dual-channel).

Como de praxe, o 661FX acabou sendo o mais vendido dos três, sendo utilizado sobretudo em placas micro-ATX, com vídeo, som e rede onboard. Na maioria dos casos ele era utilizado em conjunto com o SiS 964L, uma versão econômica do SiS 964, que não incluía o suporte a SATA.

De uma forma geral, o desempenho destes chipsets da SiS era inferior aos da linha 8xx da Intel. O 661FX concorria com o 845PE, que também era um chipset de baixo custo, mas perdia por uma boa margem em diversos aplicativos devido a deficiências nos drivers. O vídeo onboard utilizado possuía um desempenho ruim (e não possuía suporte 3D no Linux) e problemas adicionais eram criados pelos fabricantes de placas.

Como os chipsets da SiS eram os mais baratos, eles acabavam sendo utilizados nos projetos de placas mais baratas, somando as deficiências dos chipsets e drivers com as deficiências nos projetos e componentes utilizados nas placas-mãe. No final, a economia só valia a pena em casos onde realmente não havia outra opção.

Chipsets da ULi: Embora menos comuns, tivemos também os chipsets da ULi (Antiga Ali), usados exclusivamente em placas de baixo custo. O primeiro chipset da linha foi o Aladdin-P4, um chipset destinado à safra inicial de processadores Pentium 4, que suportava apenas as versões com bus de 400 MHz. Ele foi rapidamente substituído pelos chipsets Ali M1681, Ali M1683 e M1685.

O M1681 era a versão mais antiga, que oferecia suporte aos processadores com bus de 400 e 533 MHz, memórias DDR-400, até um máximo de 3 GB de memória e AGP 8x. O M1683 incluiu suporte aos processadores com bus de 800 MHz e passou a suportar até 4 GB de memória, enquanto o M1685 incluiu suporte a memórias DDR2 e PCI Express.

Os três chipsets utilizavam um barramento HyperTransport como meio de ligação entre a ponte norte e ponte sul do chipset, sendo que o M1681 e o M1683 utilizavam um link de 400 MB/s, enquanto o M1685 utilizava um link de 800 MB/s.

Existe uma certa polêmica com relação ao real ganho de utilizar barramentos mais rápidos para interligar a ponte norte e sul do chipset. É comprovado que utilizar um barramento rápido qualquer (seja o Intel AHA, V-Link, MuTIOL, A-Link ou HyperTransport) oferece ganhos substanciais com relação a utilizar o barramento PCI, como era feito nos chipsets antigos, pelo simples fato do barramento PCI ser realmente lento demais para acumular todas as transferências de dados das portas IDE e SATA, rede, som e todos os demais componentes onboard, além de toda a comunicação interna do chipset.

Somando as taxas máximas de transferência das duas interfaces IDE, duas interfaces SATA e todos os demais periféricos integrados, que (com exceção da rede gigabit utilizada nos chipsets Intel da série i865) são todos integrados à ponte sul do chipset, você obteria algum valor elevado, próximo da marca de 1 GB/s (8 gigabits). Entretanto, não existe situação prática onde todas as interfaces sejam utilizadas simultaneamente. Para isso, seria necessário que você tivesse instalados 8 HDs topo de linha (4 IDE e 4 SATA) e escrevesse algum tipo de programa de benchmark que utilizasse todos os HDs, rede e som simultaneamente.

Na prática, é raro que a soma do barramento utilizado pelos componentes integrados à ponte sul do chipset ultrapasse a marca dos 200 ou 300 MB/s em um dado momento. Os fabricantes atualizam o barramento de interligação entre os dois chips conforme novas tecnologias ficam disponíveis e, na medida do possível, tentam utilizar isso como ferramenta de marketing, mas, na prática, migrar de um barramento HyperTransport de 800 MB/s para um de 1600 MB/s, por exemplo, não traz nenhum ganho significativo de desempenho nessa situação específica, já que o excesso de banda simplesmente não é utilizado.

Chipsets da ATI: Continuando, a família Pentium 4 recebeu também a participação de duas famílias de chipsets com vídeo integrado produzidos pela ATI, ainda antes da aquisição por parte da AMD.

A primeira família era composta pelos chipsets Radeon 9000/PRO e 9100/PRO, que ofereciam suporte a bus de 400, 533 e 800 MHz, suporte a DDR-400 e AGP 8x, além de trazerem integrado um chipset de vídeo Radeon 9200.

A linha seguinte foi composta pelos chipsets Radeon Xpress 200 RS400 e Xpress 200 RS410, que incluíram suporte a memórias DDR2 (sem abandonar o suporte às DDR convencionais), traziam um chipset de vídeo Radeon X300 e passaram a utilizar um barramento HyperTransport de 800 MB/s para interligar as pontes norte e sul do chipset, substituindo o barramento A-Link (de 266 MB/s) utilizado nos chipsets da série 9000.

Tanto o RS400 quanto o RS410 não incluíam suporte a AGP, que foi substituído pelo PCI Express. O RS400 era uma solução de baixo custo, que não permitia o uso de placas PCI Express dedicadas, enquanto o RS410 oferecia a possibilidade de usar um slot PCI Express 16x.

Ambas as famílias se tornaram populares sobretudo nos notebooks de baixo custo. Entretanto, depois que a ATI foi adquirida pela AMD, a licença de uso do barramento foi revogada pela Intel e toda a linha de chipsets para processadores Pentium 4 e Core foi abandonada.

Chipsets da VIA: Concluindo, temos os chipsets da VIA, que se envolveu em uma batalha jurídica com a Intel até abril de 2003 em torno da licença sobre o barramento utilizado pelo Pentium 4, necessária para a produção de chipsets.

Desde o Pentium II, todos os fabricantes de chipsets pagam royalties à Intel por cada chipset vendido. Em outras palavras, além de lucrar com a venda dos processadores e de seus próprios chipsets, a Intel lucra também com as vendas de chipsets dos concorrentes. A VIA contestou o pagamento da licença, mas no final acabou cedendo, já que a pendenga judicial assustava os fabricantes de placas, que deixavam de comprar chipsets da VIA com medo de serem processados pela Intel. Entre 2002 e 2003 a VIA chegou a vender placas sob sua própria marca, como uma forma de tentar preservar sua participação no mercado, embora sem muito sucesso.

O primeiro chipset VIA para o Pentium 4 foi o Apollo P4X266, que suportava memórias DDR-200 e DDR-266 (além de memórias SDRAM), até 4 GB de memória, AGP 4x e era compatível com a geração inicial de processadores Pentium 4 e Celerons com bus de 400 MHz.

Nos anos seguintes, o P4X266 recebeu diversas atualizações. A primeira foi o P4X266A, que trouxe melhorias no acesso à memória, seguida pelo P4M266, que incorporou um chipset de vídeo ProSavage e finalmente o P4X266E que trouxe suporte à segunda geração de processadores (que utilizavam bus de 533), além de passar a utilizar o chip VT8235 como ponte sul, que incluía suporte a USB 2.0 e ATA-133.

A segunda geração foi composta pelos chipsets Apollo P4X400, P4X400A e P4X533. Como o nome sugere, os dois primeiros suportavam bus de 400 MHz, enquanto o P4X533 era a versão atualizada, com suporte a bus de 533 MHz. Eles suportavam memórias DDR-333 e AGP 8x e utilizaram uma versão atualizada do barramento V-Link (que interliga a ponte norte e sul do chipset), que oferecia 533 MB/s de banda.

Tanto o P4X400 quanto o P4X400A utilizavam o VT8235 como ponte sul (o mesmo chip utilizado pelo P4X266E), enquanto o P4X533 utiliza o VT8237, que incluía duas interfaces SATA 150, com direito a RAID.

Tivemos ainda os chipsets PT800 e PM800, que incluíram suporte aos processadores Pentium 4 com core Prescott e a memórias DDR-400. Ambos utilizavam o VT8237 como ponte sul e incluíam suporte ao AGP 8x e outros recursos. A principal diferença entre os dois é que o P4M800 incluía um chipset de vídeo VIA Unicrome Pro (sucessor do ProSavage) integrado e por isso foi mais comum em placas de baixo custo.