Введение
Более двух лет назад у нас появилась возможность побывать в кампусе Хоторн-Фарм компании Intel в Хиллсборо, штат Орегон, и эта поездка принесла свои плоды: отличные фотографии рассказывают о нашем походе. Самые запоминающиеся моменты среди того, чему мы стали свидетелями, включали в себя измерение параметров радиочастот и звуковых волн, проверка на соответствие стандартам защиты от поражения током, а также кропотливая работа над схемами стабилизатора напряжения. Если вы не читали эту статью, посмотрите “Экскурсия на завод Intel Hawthorn Farms: материнские платы и научные исследования”. Информация в статье оказалась весьма интересной.
Недавно нас снова пригласили на экскурсию в Intel, на этот раз предоставив возможность поговорить с конструкторами, обсудить с ними технологии компании и записать наши интервью на видео.
Сроки не вполне совпадали. Как вы уже, наверное, заметили, каждый месяц мы делаем обзор материнских плат, занимающих центральное место в ваших ПК. Иногда в эти статьи входят собственные фирменные платы Intel; но чаще, конечно, этого не происходит. И всё же Intel спешит напомнить нам, что конструкции материнских плат, произведённых в Хоторн-Фарм, являются не просто эталонными. По словам Брайана Форбса (Brian Forbes), технического директора группы перспективного проектирования Intel, они целиком и полностью отличаются от платформ для проверки на соответствие требованиям, которые используются для работы с новым процессором или чипсетом.
И так как эти платы уже заслужили звание надёжных в деловых кругах, команда Брайана заявила, что они нацелились на рынок, ориентированный на энтузиастов. Но мы без колебаний напомнили сотрудникам Intel, что конкурирующие с компанией поставщики быстрее справились с интерграцией в свою продукцию дополнительных периферийных интерфейсов, таких как USB 3.0 и SATA 6 Гбит/с. Кроме того, более привычные, традиционные платформы с ориентацией на энтузиастов характеризуют намного более сложные схемы стабилизации напряжения, что, весьма вероятно, приводит к лучшим результатам в процессе разгона.
И именно с этого мы и начали наш разговор с господином Форбсом. Производители материнских плат считают чуть ли не своим долгом назойливо расхваливать сложность своих схем стабилизации напряжения, что приводит к тому, что мы называем “преувеличением значения фаз”. Платы с 12-, 18- и 24-фазной конструкцией постоянно пытаются обойти друг друга. А тем временем компания Intel использует всего лишь шесть или восемь фаз. Каковы же последствия такой тактики?
Что делает VRM-модуль продуктом высокого качества?
Брайан Форбс, сотрудник Intel, рассказывает о системе питания материнской платы
Брайан объяснил нам, что его команда приступает к анализу с исходных данных, то есть что требуется готовому процессору (к примеру, для чипа на ядре Gulftown это будет 130 ватт), чтобы определить число фаз, необходимых для этого. Затем, если материнская плата рассчитана на потребителей-энтузиастов, как это уже было с некоторыми из последних платформ Intel, команда старается выяснить, насколько можно её разогнать.
“Много раз, основываясь на настройке схем и выборе компонентов, мы получали прирост в 210 ампер, используя шесть или восемь фаз, – заверил нас Брайан. – При условии, конечно, что потребуется пассивное охлаждение с минимальным потоком воздуха, что обычно достигается при помощи вентилятора вашего процессора”. В ходе разговора было упомянуто и о том, что, особенно с разблокированными процессорами серии K и линейки Extreme Edition, команде в Хоторн-Фарм приходилось устанавливать, в какой момент процессор просто не мог работать быстрее и выходил из строя — без какого-либо воздействия на материнскую плату. Несмотря на всё то, во что мы привыкли верить, компания Intel утверждает, что можно довести чип с разблокированным множителем до критической точки и с 6- или 8-фазным питанием.
А затем Брайан поделился с нами заманчивым описанием. “Когда я смотрю на все эти материнские платы с 12-, 14-, 18- и 24-фазными схемами питания, во многих случаях оказывается, что их конструкции стремятся компенсировать кое-какие “ляпы” разработчиков, по принципу “если здесь я выкину немножко этого, то получу небольшой прирост мощности”. И на какое-то время такой подход будет работать. Но когда вы начинаете работать с максимальными нагрузками, где вам могут понадобиться эти самые 24 фазы, работающие согласованно… мы не видим, что это работает. Мы используем тепловизионные камеры FLIR, позволяющие заснять температурное воздействие, оказываемое на любое из устройств. И в 99% случаев оказалось, что пока материнская плата работает, мы видим, как компоненты быстро разрушаются в течение шести-двенадцати месяцев, так как их предельная температура выше допустимой”.
Это серьёзный вызов всем остальным производителям материнских плат, которые уверяют нас, что чем больше фаз, тем, соответственно, лучше. Естественно, без измерительного оборудования, которое используют сотрудники лабораторий Intel, сложно подтвердить тот факт, что подача питания на конструкцию с 8 фазами сравнима со схемами стабилизации напряжения, у которых фаз больше. Тем не менее, Брайан неоднократно повторил, что 6- или 8-фазная конструкция от Intel переносит больше энергии, чем кто-либо смог добиться от материнских плат, и делает это симметрично, тогда как VRM-модулям (модули стабилизатора напряжения) с бoльшим числом фаз нередко не хватает баланса, что приводит к определённым нестабильным изменениям в попытке справиться с бoльшей частью нагрузки и рассеять больше тепла.
Но мы скептики. Нам хотелось увидеть пример того, каким образом эти платы с менее сложными стабилизаторами напряжения могут делать то, о чём заявляет Intel. Один из сотрудников Брайана вынул в качестве доказательства свои заметки, которые он делал в ходе тестирования. Материнская плата DP67BG (на платформе P67) с чипом серии K, оборудованная кулером XTS100H, оказалась способной стабильно работать на частоте до 5,1 ГГц при 1,5 В. Та же тестовая конфигурация преодолела значение в 5,4 ГГц при 1,6 В и могла производить загрузку системы Windows, но не справилась с такой же длительной нагрузкой в Prime95 и получила серьёзные повреждения. Для сравнения, обычно мы не часто превышаем значение в 1,35 В в ходе собственных экспериментов с воздушным охлаждением. Тот факт, что компания Intel так высоко поднимает планку, является прекрасным доказательством того, какие нагрузки могут выдержать её материнские платы, даже если вы не захотите, чтобы ваш центральный процессор работал при таких напряжениях продолжительное время. Используя ещё более высокие значения (под этим мы имеем в виду отрицательные температуры, причём в записях сотрудника Intel было указано значение -25 градусов Цельсия), в результате мы получили 5,9 ГГц при напряжении около 1,8 В, прежде чем компоненты материнской платы были повреждены. Однако она стабильно работала при 5,4 ГГц.
Применив плату DX58SO2 (которая не имеет недостатков первой модели Intel на основе X58 Express, включая четыре слота для памяти) и процессор Core i7, тот же инженер зафиксировал значения устойчивых частот от 4,5 ГГц при 1,425 В, поддержку Prime95 и нестабильные тактовые частоты до 5,1 ГГц при 1,6 В — с воздушным охлаждением. Материнская плата P67 была заявлена как поддерживающая память с быстродействием на уровне 2133 MT/s, тогда как более старая платформа X58 выдала 2400 MT/s, используя профили XMP (Extreme Memory Profiles – экстремальные профили памяти).
Что требуется для тестирования материнской платы?
Нужно ли беспокоиться об электростатических разрядах?
Большую часть того, о чём сообщается в следующем ниже видеоролике, мы освещали в прошлый раз в статье с фотоматериалами. Однако данное мероприятие было связано, скорее, с нашей любознательностью. Главным образом, нас интересовал такой вопрос: насколько остро стоит сейчас проблема образования электростатических разрядов, по сравнению с прошлым годом? У нас уже почти десять лет не выходили материнские платы из строя из-за статического электричества, а антистатические браслеты никто из наших сотрудников не носит ещё дольше.
Сотрудник Intel Дейв Кук (Dave Cook) демонстрирует, как проводится тестирование материнских плат
На данный вопрос Брайан ответил, рассказав такую историю. Пару лет назад компания Intel начала получать свои материнские платы обратно с повреждениями, вызванными электрическим перенапряжением, что, как он заметил, могло быть вызвано целым рядом причин. Собралась команда и выяснила подробности, выделив несколько компонентов, у которых был внешний порт (например, USB, аудио и высокоскоростная шина FireWire); именно они и сгорели. Команда также узнала, что требуемой до этого 2 кВ защиты от прямого воздействия на выводы было недостаточно, и потому значение напряжения было увеличено до 3-5 кВ.
Затем во всей своей красе перед нами встала другая проблема в сфере производства материнских плат: основываясь на оценке, данной компанией Intel в её собственной лаборатории её же материнским платам и конкурирующим платформам, никто не пытался провести тесты на ESD (electrostatic discharge – электростатический разряд), которые платформы Intel были в состоянии выдержать. Мы не имеем в виду, что другие производители не имеют соответствующей защиты, связанной с ESD. Тем не менее, улечшенная со всех сторон защита кажется действительно хорошим решением, а отделы продаж этих компаний едва ли станут обращать на это слишком много внимания. Но это не относится к стилю работы Intel (хотя, честно признаемся, сбыт в компании всё ещё находится на довольно низком уровне), но не удивляйтесь, если в будущем это станет значимым фактором, определяющим те или иные различия.
В испытательной лаборатории
Следующую остановку мы сделали в испытательной лаборатории Intel, взяв интервью у Гранта Мецгара (Grant Metzgar), старшего инженера по аттестации/старшего инженера по проверке на EMC (Electromagnetic compatibility – электромагнитную совместимость) в команде Брайана. Грант раскрыл нам секреты различных процессов и методов аттестации, которые используются для оценки каждой платформы, что, конечно же, привело к появлению некоторых весьма деликатных вопросов.
Во-первых, какую роль играла лаборатория в процессе проверки, работают ли графические процессоры Intel на кристаллах должным образом? Данная лаборатория рассматривает не столько игры, помогающие проверить совместимость устройств, или что-то подобное, сколько качество выпускаемой продукции (разъёмов задней панели), и проверяет передачу дифференциальных сигналов на эти порты.
Сотрудник Intel показывает редакторам THG лабораторию по тестированию материнских плат
Другой мучивший нас вопрос: что же произошло с проверкой на соответствие требованиям у P67 и функциональностью H67 SATA? Брайан признался, что в ходе тестов, проводимых с участием материнских плат Intel Cougar Point, он не смог разглядеть проблему, которая вызвала массовое возвращение купленных плат. Эту проблему было очень сложно воспроизвести и впервые она коснулась мобильных платформ, где, прежде всего, требования к температуре позволили выявить данную проблему. В то же время, Брайан собственными глазами видел, как сотрудники Intel разрешили эту ситуацию. И, конечно же, мы не слышали ни слова о том, что партнёры Intel в сфере производства материнских плат жаловались на неспособность компании справиться с этой ситуацией.
Ещё больше нас взволновало то, что Грант говорил о проведении тестов с применением жидкого азота — что-то, что, несомненно, ни один наш читатель и не думал услышать от подразделения Intel, занимающегося материнским платами. Брайан подтвердил, что Intel переключилась на более консервативный подход в этой истории с разгоном. Но он попытался поспособствовать дальнейшему постепенному продвижению компании на рынке. Следующий шаг, продолжал он, будет заключаться в выпуске материнской платы X79, рассчитанной на энтузиастов, для интерфейса на основе LGA 2011, которая обеспечит поддержку процессоров Sandy Bridge-E с четырьмя каналами памяти. С самого начала Брайан хотел, чтобы новая материнская плата была ориентирована на применение жидкого азота. В ней будут использоваться конденсаторы POSCAP (поликристаллический конденсатор со спечённым танталовым анодом и полупроводящим катодом) с жёсткими допусками по термостойкости и более открытая зона интерфейса процессора, чтобы можно было уместить большие чаши с жидком азотом.
Надо сказать, что любой продукт, окружённый ореолом известности, не всегда оказывается таким, как кажется на первый взгляд, и потому Брайана больше интересовало то, что он увидит энтузиастов, которые годами обеспечивали компании Intel обратную связь по вопросам, касающимся материнских плат, наконец, получив возможность взять материнскую плату с превознесёнными до небес возможностями, а затем провести на ней тесты по разгону. Сильная заинтересованность Брайана в этом вопросе была очевидной, когда он говорил об этом. И если его команда работала над ещё одной отличной опцией для энтузиастов, что ж, мы были рады услышать об этом.
Intel: это не эталонные конструкции
Отличия от референса
Итак, один из вопросов, который нам задали в комментариях и на форумах, звучал так: являются ли материнские платы Intel всего лишь ODM-продукцией (Original Design Manufacturer – изготовитель изделия по оригинальному проекту, а не по лицензии), которую остаётся только упаковать и продать. Для команды Брайана этот вопрос болезненный, поскольку она полностью отделена от подразделения Intel, ответственного за проверку на совместимость процессоров с существующими в настоящее время эталонными платами.
Форбс сообщил нам, что, если положить рядом одну из его материнских плат и одну из эталонных моделей, можно заметить несколько различий. Во-первых, эталонная платформа в действительности не будет разгоняться — всего лишь на пару позиций, если вам повезёт. Во-вторых, поступающие в розничную продажу материнские платы Intel имеют на порядок больше настроек, связанных с BIOS. Компоненты различаются, и трассировка, и функции также различаются.
Сотрудник Intel показывает нам свою заказную систему сканирования в ближнем поле
“Кроме логотипа Intel и местоположения центрального процессора, которое одно и то же у многих производителей, обе материнские платы не имеют ничего общего, – утверждает Брайан. – В моей команде трудится старший инженер-разработчик с несколькими учёными степенями в сфере энергоснабжения; его единственная задача – заставить материнские платы работать быстрее, так чтобы они оставались стабильными, и он делает то, что не под силу повторить никому другому на шести или восьми фазах, делает это постоянно. Другой инженер занимается качеством и анализом сигналов. Он раз за разом прослеживает путь от ЦП к памяти, выясняя, где возникают перекрёстные помехи и мы теряем в производительности. Затем он возвращается к началу и точно настраивает каждый сигнал”.
На самом деле, было весьма интересно услышать о том, насколько на самом деле далеко друг от друга находятся два отделения Intel, занимающиеся материнскими платами. “Первоначально роль RVP-команды (ответственной за эталонные конструкции) заключалась в том, чтобы упрощать микросхемы и определять, есть ли в конструкции какие-либо подстройки или настройки, являющиеся необходимыми (связующие логические схемы и тому подобное). Как только у них на руках оказывалась материнская плата, работающая на 100% согласно спецификации, включая мощность процессора в ваттах, скорости быстродействия памяти, PCIe, интегрированный USB и так далее, она проходила тест в FCC (Federal Communication Commission – Федеральная комиссия связи (США) и тест на электромагнитную совместимость. Можно взять эту материнскую плату и разработать другую конструкцию, если вам этого действительно захочется. Но эта модель, скорее всего, просто не сможет составить конкуренцию другим материнским платам, находясь на одном рынке с платформами от таких производителей, как Asus, Gigabyte и MSI”.
И вот команда Брайана уже в состоянии приступить к своей работе и добавить новые фнкции, изменить расположение комплектующих и оптимизировать производительность. “Две вещи, которые в наших платах, вероятно, взяты с материнской платы RVP, – это две основные кремниевые части от Intel — если у того отделения все интерфейсы уже завершены и расположение достаточно неплохое, то мы можем ещё немного посидеть над настройками, но на этом и заканчивается наша схожесть. Дальше мы уже действуем по своим схемам, в зависимости от тех комплектующих, которые получили от поставщиков, с тем количеством фаз, которое мы обычно используем; мы используем разные кулеры, также как и порты ввода/вывода на задней панели”.
Вооружаемся технологиями защиты по электропитанию
Может ли материнская плата подходить избирательно к подаче питания?
Технология контроля питания первого поколения от компании Intel встроена в материнскую плату DP67BG. У этой модели есть защита от скачков напряжения (функция, которую вы можете ожидать от блока питания, но не всегда её находите), предохраняющая её от перенапряжений во время включения, плюс защита от чрезмерного и недостаточного напряжения. В настоящее время эти функции присутствуют только на платформе P67, но Брайан говорит, что они будут внедряться во все новые материнские платы, включая платформы нового поколения. В дополнение к этому, сюда же войдёт и резервная защита на случай внезапного скачка напряжения.
Мы имеем в виду, что, если вы достаточно проворны, то сможете защитить свою материнскую плату от электростатических разрядов, применяя методы, подобные вышеназванным. Не то чтобы диспетчер электропитания от Intel уже достиг таких уровней. Однако Брайан упомянул, что у него есть роадмап двухлетней давности и что третье поколение будет включать эту функцию, также как и улучшения схемы питания.
Изучая преимущество динамического фазного сброса
“По сути дела, у вас есть источник питания — он может быть худшим источником питания в мире — и вы подлючите его к материнской плате и, скажем, ваша 5 В шина подала питание, 12 В тоже, а 3,3 В нет, то это устройство сперва дождётся, когда все шины заработаю как требуется и только потом подключит материнскую плату. Итак, в 30-40% случаях, когда мы наблюдаем возврат наших материнских плат, это происходит из-за несовместимости — ведь на этом рынке так много блоков питания. И каждый производитель старается создать что-то, чего не было в спецификации”.
В лаборатории Брайана уже есть образцы, которые тестировались с блоками питания из Европы, Азии и Бразилии – раньше они совсем не загружались, но теперь превосходно работали с технологией контроля питания третьего поколения.
Также он рассказал нам, что в новых материнских платах, которые вот-вот будут выпущены, будут присутствовать светодиоды, которые выглядят очень похоже на индикаторы переключения активных фаз MSI. Конечно, вся линейка уже снабжена системой динамического переключения фаз, которая использует только несколько фаз питания, требующихся процессору в каждый отдельно взятый момент времени. Но следующие материнские платы будут первыми от Intel, способными к визуализации этих процессов, например когда количество фаз снизятся до минимума, чтобы сохранить энергию.
Усвоенные уроки
Было здорово заполучить возможность снимать видео на территории компании Intel, посмотреть, что делают её сотрудники, чтобы усовершенствовать выпускаемые Intel материнские платы, свободно задавать вопросы тем, кто нёс ответственность за текущую конструкцию плат, и даже мельком взглянуть на проекты, находившиеся на стадии разработки.
Полагаем, что THG может чаще выпускать такого рода обзоры, получая доступ к мыслям и чувствам тех, кто разрабатывал продукцию, которую вы видите на полках магазинов.
Выражаем особую благодарность компании Intel – за то, что открыла перед нами двери, а также Брайану Форбсу – за то, что провёл с нами столько времени.
