Chipsets da Intel

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

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. A Intel utiliza uma arquitetura semi-modular no MCH o que permite adicionar ou retirar componentes sem necessidade de fazer grandes modificações em outras partes do chip. É possível por exemplo lançar uma versão DDR do chipset simplesmente substituindo o controlador de memória, ou lançar uma versão sem vídeo integrado simplesmente retirando (ou desativando) o bloco responsável. 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 dos chipset de som (presente em alguns chipsets da série). Graças à padronização da arquitetura, os chips MCH e ICH de diferentes gerações são incompatíveis, permitindo que os dois projetos sejam atualizados de forma separada conforme necessário.

Nos chipsets para Pentium III tínhamos também o “Firmware Hub” ou FWH, um chip de memória flash de 4 MB, que armazena tanto o BIOS principal quanto o BIOS do vídeo integrado. Ele deixou de ser usado nos chipsets para Pentium 4, onde voltou a ser usado o design tradicional, onde o chipset é composto pelos dois chips principais e o chip do BIOS armazena apenas o BIOS propriamente dito.

Do ponto de vista técnico, o i850 era uma opção interessante, pois utilizava simultaneamente dois módulos RIMM, oferecendo (a 800 MHz) um barramento teórico de 3.2 GB/s. As placas baseadas nele possuem sempre 4 slots de memória e é preciso utilizar os pentes RIMM em pares, sempre instalando terminadores nos slots de memória não usados:

Mesmo considerando que os pentes de memória Rambus possuem um tempo de latência mais alto, ainda sobra um ganho respeitável. Isto fez com que o i850E fosse o chipset mais rápido dentro da safra inicial, freqüentemente superando i845 por uma margem de quase 10%. Apesar disso, ele obteve uma baixa aceitação devido ao custo dos módulos RIMM e acabou sendo descontinuado em favor dos chipsets com suporte a memórias DDR.

A Intel errou grosseiramente ao tentar impor esta arquitetura como padrão oferecendo durante vários meses apenas o i850. Isto literalmente “congelou” a adoção inicial do Pentium 4, até que e foi lançado o i845, que, junto com os chipsets da SiS e VIA, finalmente trouxe suporte a memórias DDR.

Em 2002 foi lançado o i850E, que adicionou o suporte ao barramento de 533 MHz (4x 133 MHz) utilizado pela segunda safra de processadores. Com exceção deste detalhe, o i850 e o i850E eram idênticos, oferecendo suporte a 2 GB de memória e suporte a AGP 4x. Ambos utilizavam o chip ICH2 como ponte sul, que incluía duas interfaces ATA-100, mas ainda sem suporte a SATA ou USB 2.0.

Continuando, temos o i845 que, apesar do nome, foi lançado apenas em setembro de 2001, 10 meses depois do i850. O número inferior no nome serve mais para indicar a “posição hierárquica” do i845, como um chipset de baixo custo.

A versão inicial do i845 utilizava módulos de memória SDRAM PC-133, o que fazia com que seu desempenho fosse inferior ao do i850. Apesar disso, o baixo custo os módulos de memória acabou fazendo com que ele fosse mais popular que o irmão mais velho. Em maio de 2002 foi lançado do 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 suportam o uso de pentes de memória DDR 333 (166 MHz). Neste caso barramento com a memória operava de forma assíncrona, com o FSB a 133 MHz, realizando 4 transferências por ciclo.

Assim como o i850 e 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.

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

Pouco depois, 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, batizado de “Intel Extreme Graphics”.

Apesar no 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 para uma placa 3D offboard.

Tanto a nVidia, quanto a ATI se aproveitaram desta característica para lançar chipsets de vídeo integrado mais poderosos e com isso ganharem uma vantagem competitiva, sobretudo nos notebooks, onde, na grande maioria dos casos, não é possível atualizar o vídeo onboard.

Voltando ao i845G, o “Intel Extreme Graphics” é um chipset de vídeo bastante simples, com apenas um pipeline de renderização (operando a 200 MHz), sem suporte a T&L ou suporte a pipelines programáveis. Só para efeito de comparação, uma simples GeForce2 MX possui dois pipelines, além de contar com memória de vídeo dedicada.

Para tentar reduzir a diferença, a Intel implementou uma série de otimizações. Em primeiro lugar vem a capacidade de processar até 4 texturas por vez, o que diminui o número de aplicações e conseqüentemente o número de leituras necessárias para montar cada quadro. Em seguida temos o IMMT (Inteligent Memory Manager Technology) que divide a imagem em pequenos blocos, atualizados separadamente. Isto permite utilizar o pequeno cache incluído no chipset de vídeo de forma mais eficiente, permitindo que ele armazene a maior parte dos triângulos e cores de cada bloco ao invés de uma pequena parcela da imagem total. Isto é coordenado por um segundo mecanismo batizado de ZRT (Zone Rendering Tecnology) que organiza os dados de cada bloco de modo que eles “caibam” dentro do cache. Este trabalho envolve também o descarte de dados desnecessários.

Com isso, o chipset de vídeo consegue manter 29 FPS no Quake III Arena (a 1024×768 e 32 bits de cor) e 12 FPS no Unreal Tournament 2003 (FlyBy), também a 1024×768 com 32 bits. Ou seja, ele permitia rodar a maior parte dos games da época em resoluções mais baixas, mas ficava devendo ao rodar games mais pesados, ou utilizar resoluções mais altas.

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, o que trouxe mais 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 para dois segmentos diferentes do mercado.

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, trabalhando de forma conjunta com o primeiro, adicionou o suporte a dual-channel, permitindo que dois pentes DDR sejam acessados simultaneamente.

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 de um barramento mais largo de acesso à memória mais 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 do que 2 GB de memória ainda não eram tão comuns, mas atualmente, com o barateamento dos pentes de memória e o lançamento do Vista, o uso de 4 GB já está se tornando algo relativamente comum nos micros de alto desempenho.

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 (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 tem 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. Atualmente, 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 bastante 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 auto 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 inclui o suporte a memórias DDR-400, o i865G, que inclui o chipset de vídeo onboard (mantendo o slot AGP externo) 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 suporta dual-channel e não inclui a rede gigabit onboard. Ele suporta até 2 GB de memória DDR-266, 333 ou 400 e não inclui o chipset de vídeo integrado.

Concluindo a série 800, temos o i875P (Canterwood). Ele é muito similar ao i865PE, suportando dois módulos DDR-400 em dual-channel, 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 auto desempenho, as placas baseadas nele foram relativamente raras aqui no Brasil.

O i875P oferecia também suporte ao Hyper Treading, introduzido com o lançamento do Pentium 4 com core Pescott. Como um bônus, ele oferecia suporte a módulos de memória com ECC (populares em estações de trabalho e servidores, devido à maior garantia contra corrompimento de dados causados por defeitos nos módulos de memória) e oferecia o “Turbo mode”, recurso que melhorava sutilmente os tempos de acesso à memória, resultando em um pequeno ganho de desempenho. Um detalhe é que o i875P acabou sendo finalizado e lançado um mês antes do i865PE, que seria seu antecessor. 🙂