Tualatin 1.2GHz - SY-TISU

Die Vergangenheit

Seit dem missglückten ersten Release des 1.13GHz P3s mit Coppermine-Core war es bis zum Release des Pentium 4 recht ruhig im Hause Intel, was Forschritte im Speed-race gegen AMD anging. Während von beiden Herstellern früher noch alle paar Monate abwechselnd neue Versionen mit noch höheren Taktfrequenzen als die des Konkurrenzproduktes auf den Markt gepushed wurden, war mit einem Mal AMD mit respektablem Performanceabstand allein an der Spitze.
Mit dem Erscheinen des P4 kam wieder frischer Schwung ins Wettrüsten, vor allem was die Raw-MHz anging - der mittlerweile obsolet scheinende P3 wurde immer mehr in ein Schattendasein gedrängt, seine lange Lebensgeschichte schien dem Ende zuzugehen.
Anfang Juni wurden jedoch erste Gerüchte um eine neue Version des P3s publik, kurz darauf waren erste Pre- und Reviews zu lesen und schon bald war für viele Anhänger der bewährten P3-Architektur ein neuer Silberstreif am Upgradehorizont zu sehen.


Die Gegenwart / Die Zukunft

Der Pentium 4 dominiert Intels Verkaufslisten, seine Preise werden radikalst gekürzt, um die CPU für den OEM/Desktop- und Homeuser-Bereich auch trotz des Rambus-Aufpreises interessant zu machen. Die großen OEM-Hersteller, die traditionell auf Intel-CPUs setzen, schwimmen auf der Intel-Welle mit, über kurz oder lang ist es für AMD sehr schwer, hier Fuß zu fassen. Anders im Home- respektive Einzelhandelsbereich - wo schon eine Vielzahl der User auf das Preis/Leistungsverhältnis und nicht zu vergessen auf die Übertaktbarkeit der AMD-Prozessoren schwört. P3 und dessen Light-Version (Celeron) scheinen nur noch für Veteranen, oder Leute, die lieber nur die CPU, als gleich zumindest CPU und Mainboard tauschen wollen, interessant.
Dieses Bild hat sich mit dem Erscheinen des P3s mit Tualatin-Core etwas geändert. Der jüngste Spross der P3-Family ist durchaus mehr als nur einen Blick wert, nicht nur weil er sowohl in der Server Version mit großem L2-Cache noch weiter gesteigerte Performance verspricht, sondern weil künftige CPUs auf dessen Basis im verbittert umkämpften Low-Cost Bereich den Kontrahenten Duron, Thunderbird und auch VIA-C3 Paroli bieten, während der P4 am oberen Ende des Preissegmentes und im Desktopbereich AMD's High-End Produkte - Thunderbird und Palomino - in Schach halten soll.


Das Review

Die nächsten Seiten sollen Einblicke in die Unterschiede zwischen Tualatin und Coppermine geben, sowohl was eventuelle Upgrades, als auch die zu erwartende Performancesteigerung angeht. Um dies Praxisgerecht durchführen zu können, wurde das ganze mit dem Review eines aktuellen "Tualatin-capable" Mainboards - dem Soyo SY-TISU gekoppelt.
An dieser Stelle sollen auch diejenigen nicht unerwähnt bleiben, die dieses Review erst möglich gemacht haben - einerseits die Deutschland-Niederlassung der Firma Intel selbst, die uns eine 1.2GHz CPU für die Tests zur Verfügung stellte, andererseits auch natürlich Rascom, der das Mainboard als Testplattform organisierte.

Tualatin Details

Was sind nun wirklich die maßgeblichen Unterschiede zwischen dem althergebrachten Coppermine und dem neuen Tualatin? Hier eine Zusammenfassung:


Package

Am Ehesten sticht noch das neue äußere Gewand ins Auge: Alle Tualatins werden im neuen FC-PGA2 Package mit integriertem Heatspreader gefertigt, der einerseits positiv auf das Wärmeabgabeverhalten der CPU Einfluss nehmen, andererseits auch dem Die mehr Schutz (z.B. vor Beschädigungen bei der Kühlermontage) bieten soll. Zwar wurden auch Coppermines in diesem Format produziert, allerdings nur eine bestimmte Serie der 1GHz Version mit cD0-Stepping.

Die-Shrink / Features

Der jüngste Spross der P3-Reihe ist die erste in einem 0.13m -Prozess gefertigte x86 CPU, was natürlich nicht nur in Bezug auf produzierte Hitze und höhere mögliche Taktraten von Vorteil ist.
Denn durch den offensichtlichsten Vorteil - die Platzersparnis - ist es unter anderem möglich, in gewissem Rahmen weitere Architekturergänzungen sowie größere Caches ohne kostenintensive Vergrößerungen der Die-Fläche zu integrieren.
In der Praxis wurde der Core um eine Data Prefetch Logic, wie sie schon im P4 Verwendung findet, sowie um weitere 256KB Second-level Cache ergänzt (die je nach Zielgruppe von Intel (de-)aktiviert wird). Während alleine schon der größere L2-Cache bei Memory- I/O intensiven Anwendungen signifikante Performancesteigerungen verspricht, wird der gesamte Workflow durch die Prefetch Logic optimiert: Vereinfacht ausgedrückt wird noch während einer Rechenoperation vorausgesagt, welche Daten vom Speicher benötigt werden könnten, und diese dann vorbeugend im schnellen L2-Cache eingelagert, was unnötige Waitstates beim Zugriff auf den verhältnismäßig langsamen Hauptspeicher verringert.


Neue Spannungen

Hand in Hand mit der Verkleinerung der Strukturgröße wurde traditionell wie schon beim vorangegangen Die-Shrink auf 0.18m auch die Default Vcore verringert. Liefen die CPUs mit Katmai-Kern noch mit 2.0 bzw. 2.05v und die Coppermines mit 1.60 bis 1.8v, so muss das Mainboard jetzt für den Tualatin-Kern 1.45 bzw. 1.475v gemäss der VRM 8.5-Spezifikation liefern. Diese umschließt mögliche Core-Spannungen von 1.05 bis 1.825v in 0.025v Schritten, bietet also exzellente Fein-Anpassungsmöglichkeiten und genug Spielraum für die üblichen Modifikationen der verwendeten Spannungen - sowohl für deren Verringerungen - wichtig für niedriger getaktete Low-Voltage Versionen für den mobilen Markt, als auch Erhöhungen für höhergetaktete CPU-Versionen.
Darüber hinaus wurde auch das bisher verwendete GTL+/AGTL+ System ( Gunner Transceiver Logic) zur Kommunikation mit dem Chipset über den Frontsidebus durch das GTL/AGTL System ersetzt - hierfür ebenso das verwendete Spannungslevel von 1.5 auf 1.25v reduziert.


Kompatibilität

Während „alte“ Mainboards zwar noch durch kleine Tweaks seitens der Mainboardhersteller an VRM 8.5 konforme VID-Selection und Vcore angepasst hätten werden könnten, macht der Umstieg auf AGTL ein einfaches Upgrade unmöglich, da auch die Northbridge des Chipsets daraufhin ausgelegt sein muss. So sind von fast Chipsatzherstellern mittlerweile Tualatin-Capable Chipset-Revisionen erhältlich:

Intel 815 (B-step)
VIA Apollo Pro 133T und 266T
Ali Aladdin Pro 5T

... und mit diesen auch neue Generationen von Mainboards, die allen aktuellen Socket-370 CPUs eine passende Arbeitsumgebung bieten.

Board Details

Layout & Features

Das mit Intels 815EP B-Step Chipset versehene SY-TISU ist Soyos derzeitiges Socket 370 Universalboard: Sowohl die älteren Celeron 2 und Pentium 3 basierend auf dem Coppermine Core als auch die neuen Tualatins in allen Ausführungen werden unterstützt.
Was die über das übliche Standard-Equipment hinausgehenden zusätzlichen Features angeht, steht das Board aber leider wesentlich unflexibler da. Auf der Platine finden sich weder ISA-Slots (mittlerweile verständlich für den Legacy-free PC), kein zusätzlicher IDE-Controller und auch für Lüfter sind nur 2 Anschlüsse vorhanden. Chipsetbedingt unterstützt es in den 3 SDRAM-Bänken einen maximalen Speicherausbau von nur 512MB RAM - Intels Ansicht nach wohl genug für den Low-Cost Sektor.
Dank der 6 PCI-Slots steht einer umfangreichen Auf- und Nachrüstung allerdings nichts im Wege.

Gemeinsam mit dem Verkabelungszubehör (ein 80adriges IDE- und ein Floppy-Kabel) werden sowohl die obligate Treiber/Utility-CD, als auch ein Bonus-Package mit OEM Versionen von 8 weiteren Programmen mitgeliefert. Ins Auge stechen vor allem Norton Ghost und Antivirus, sowie WinDVD, die wohl als alles andere als sinnlose Platzfüller im Retail-Karton gelten dürfen.
Als schriftliche Dokumentation wird - wie bei Soyo mittlerweile üblich - nur ein eher magerer "Quick Start Guide" mitgeliefert, der die wichtigsten Installationsschritte umreißt. Weitergehende Informationen finden sich im auf der Treiber-CD befindlichen Handbuch im .PDF Format.


BIOS

Hinsichtlich der CPU-Setup und Tweaking Features bietet das TISU zwar nicht die volle Palette an Settings an, die Basics für eine solide Konfiguration und Overclocking sind jedoch im SOYO COMBO SETUP vertreten.
Hier können sowohl FSB, Vcore als auch Multiplikator der CPU verstellt werden - die Möglichkeiten werden von Soyo zur Gänze ausgeschöpft: der FSB kann manuell von 66 bis 255MHz in 1MHz Schritten eingestellt werden, und auch das Vcore-Setting bietet innerhalb der Spezifikation (und den Möglichkeiten des Spannungswandlers) jede Einstellmöglichkeit von 1.05 bis 1.825v.
Des weiteren wird hier gleich eine Grob-Justage der Memory-Timings vollzogen (Normal / Maximum), man kann entweder die Default-Werte aus dem SPD-EEPROM der installierten DIMMS ausgelesen und verwenden, oder schnellere (CAS-2) Settings eintragen lassen. Diese können auch selektiv per Hand im "Advanced Chipset Setup" eingestellt werden.
Was vor allem Overclocker vermissen dürften, ist ein Setting zum Anheben der Vio Voltage, ohne das vermutlich so mancher Speicher bei der Jagd nach höheren FSB-Speeds zum Hemmschuh werden kann.


zusammengefasst die Specs:

Processor:
Supports Intel FC-PGA 2 Tualatin Processors
Supports Intel FC-PGA Pentium 3 and Celeron Processors

Chipset:
Intel 815EP B-Step Chipset
Supports 66/100/133 MHz FSB

System Memory:
Three 168-pin SDRAM DIMM sockets support up to 512MB

Expansion Slots:
Six 32-bit Bus Mastering PCI slots (V2.2 compliant)
One AGP slot (2x/4x mode)
One CNR Connector

On Board Audio Subsystem:
AC97 CODEC on board to provide audio solution

On Board Ultra I/O Chip:
Two RS-232 serial ports (16550 UART compatible)
One parallel printer port (SPP/EPP/ECP mode)
One FDD port (Supports LS120, 3 mode, 1.2/1.44/2.88 MB FDD)
Provides IrDA port with optional cable for transceiver
Provisdes 4 USB ports (2 rear, 2 front)

Two Ultra DMA 33/66/100 IDE ports:
Two independent channels for four IDE devices
Supports up to PIO mode 5 and Ultra DMA 33/66/100

Boot-Block Flash BIOS:
Award PCI BIOS with green, ACPI, APM, PnP, DMI
Supports multiple boot from E-IDE/SCSI/CD-ROM/FDD/ZIP
2Mbyte Flash ROM

Board Dimensions:
Four layers, 30.5cm x 20cm
ATX form factor

Enhanced PC Health Monitoring:
Built-in I/O chip hardware monitoring functions
On-board voltage monitors for CPU Vcore, VTT, +12V, 3.3V, VBAT
CPU and system fan speed monitor
Precision CPU temperature monitoring through CPU on-die thermal diode

Double Stack Back-Panel I/O Connectors:
PS/2 Mini-DIN mouse & keyboard ports
Two USB ports
One D-Sub 25-pin female printer port
Two D-Sub 9-pin serial port

FCC Clas B and CE EMI Regulation Compliant

PC99 ACPI Compliant

Features:
Supports SOYO COMBO SETUP
Innovative Sofset for CPU configurations via BIOS
SOYO Wizard On Hand II Function: CPU FSB Frequency can be set up by 1 MHz increments
CPU core voltage & FSB & multiplier could be adjusted via BIOS setup
Supports on-board Hardware Monitoring and includes Hardware Health Utility to treamline your PC system management
Supports WOL (Wake On LAN) function to simplify network management
Advanced Management Capabilities
Software powre off control, Power-on by keyboard, power-on by mouse, Power-on by Alarm, Modem Ring On
Power Failure Resume Function
USB Keyboard Wakeup
STR/STD

Test Setup

Um die Leistungsänderung des Tualatin im Vergleich zu den älteren Coppermines zu dokumentieren, wurden sämtliche Tests sowohl mit einem P3-1000 (cD0 Stepping) als auch mit dem Tualatin in "untertaktetem" Betrieb durchgeführt. Da die von Intel zur Verfügung gestellte 1.2GHz Version der CPU über einen nach unten variablen Multiplikator verfügt, konnten die Benchmarks unter den exakt gleichen Rahmenbedingungen bei gleichem FSB (133MHz) durchgeführt werden - Verfälschungen durch unterschiedliche FSBs und Memory-Speeds müssen daher nicht berücksichtigt werden.
Die weiteren Werte beinhalten sowohl die Ergebnisse des Tualatin im Normalbetrieb, als auch bei per erhöhtem FSB betriebenem System.

Der Speicher wurde generell mit den schnellsten Settings betrieben, nur die 163MHz-Testrunde musste mit CAS-3 gefahren werden - weitere Bemerkungen hierzu folgen.


Das Test-Setup im Detail:

Hardware:
Soyo TISU Board - BIOS Rev. 2AA1
256MB "Power RAM" / Infineon
P3-1000 cD0 und Tualatin 1200 256KB Second-Level Cache

gekühlt mit Kanie Hedgehog 294M Kupferkühler
IBM Deskstar 60GXP 40GB (UDMA-100 Mode)
Hercules Prophet 4500

Software:
Windows 2000 Professional, SP2
Directx 8.0a
Sysmark 2001
SiSoft Sandra 2001SE
SuperPi
Linpack
CLIBench Mk III
3DMark 2001
Quake 3 1.11

Resultate 1

Tualatin 1466@162Schon die ersten (Overclocking-) Tests mit dem TISU/Tualatin-Gespann lassen die Möglichkeiten der neuen P3-Generation erahnen: schon mit der Default-Voltage von 1.45v sind lockere 150MHz FSB möglich. Dem P3 mit Coppermine cD0-Stepping sind allerdings nicht einmal 140MHz abzugewinnen, hier werden die Grenzen ganz klar von der maximalen Vcore von 1.825v vorgegeben, die für höhere Speeds schlicht unbrauchbar ist.
In den SuperPi-Resultaten auf 1GHz spiegelt sich auch schon der Nutzen der Data Prefetch Logic des Tualatin wider - bei gleichem Takt ergibt sich ein nicht unerheblicher Vorsprung von 6 Sekunden!
Der höchste stabile Takt, der unserem luftgekühlten Sample abgerungen werden konnte, war 1466MHz, bei 163MHz FSB konnten die Speicher aber leider nurmehr mit langsameren CAS-3 Settings betrieben werden, was zu teilweise deutlichen Gesamtperformanceeinbußen führte.



Was die Speicherverträglichkeit des Soyo TISU-Boards angeht, sei es Soyo wärmstens empfohlen, erheblich an den Timings u.ä. zu feilen, denn die Verhaltensweisen bei CAS-2 können schlichtweg nur als traurig bezeichnet werden.
Die bei den Tests verwendeten "Power RAM" DIMMS mit Infineon-Bestückung wurden in anderen Boards - z.B. ASUS CUSL-2 und ABIT VP6 schon erfolgreich und ohne Stabilitätsprobleme mit 160MHz und mehr mit schnellsten Settings betrieben, im TISU reichte es mit denselben gerade mal für 152MHz. Bei darrüberhinausgehenden FSBs war es nicht einmal mehr möglich, zu POSTen. Da CPU und Speicher allerdings noch bei CAS-3 und 175MHz (niedriger Multiplier) problemlosest den Dienst versahen, wurde auch mit einem Corsair 150MHz DIMM (Micron bestückt) weiterprobiert - mit regelrecht katastrophalem Ergebnis: Mit diesem hochqualitativem und erprobt übertaktungsfreundlichem Speicher waren gar nur 140MHz bei schnellsten Settings möglich.
Es bleibt zu hoffen, dass ein neues BIOS-Release unter anderem dieses Problem adressiert!



Beim synthetischen Memory-Benchmark ist der 815er Chipsatz von Intel traditionell relativ weit hinter der Athlon- und natürlich auch der P4-Konkurrenz ...

Resultate 2

Bei den von CLIBench durchgeführten Rechenoperationen ist der Architekturvorteil des Tualatins nur von theoretischer Natur - bei gleichem Takt liegen beide P3-Versionen eng beieinander. Nur bei den speicherintensiven Matrix-Operations liegt der 150 MHz CAS-2 Wert vor dem höhergetakteten CAS-3.



Linpack führt nur Matrix-Operations durch, die Werte spiegeln sehr gut die tatsächliche relative Cache / Speicherperformance wider: solange die Daten vom L1 / L2 geliefert werden, führt der höchstgetaktete Prozessor das Feld an, sobald auf den Hauptspeicher zurückgegriffen werden muss, siegt das System mit den schnellsten Memory-Settings. Gerade in dieser Übergangsphase liegt die Performance des Tualatin deutlich über der des Coppermine.




3DMark 2001 zeigt wie Quake 3 die deutliche Relevanz von schnellem Speicher für hohe Game Performance auf. In beiden Disziplinen hinkt das CAS-3 System hinter dem mit CAS-2 hinterher, selbiges äußert sich auch beim direkten Vergleich von den beiden CPU-Generationen.




Als letzten und langwierigsten Test mussten die Kandidaten den Applikationsbenchmark Sysmark 2001 über sich ergehen lassen. Auch hier trat das gewohnte Bild zutage: Tualatin leicht vor gleich getaktetem Coppermine, erst bei massivem Overclocking kann der neue P3-Core wirklich seine Muskeln spielen lassen.
Sowohl bei Office- als auch Internet Content Creation-Applikationen zählt Raw CPU-Power mehr als schnelle Speichersettings - so kommt bei 1466MHz ein beachtlicher Overall-Wert von 169 Sysmarks zustande, der auch weit höher getaktete P4-Systeme angegraut erscheinen lässt (siehe [url=http://www.bapco.com/sysmark2001.htm]Bapco.com).

Fazit

Der jüngste Spross der mittlerweile zum Aussterben verdammten P3 Familie macht einen durchwegs soliden Eindruck: Wie zu erwarten liegt die Performance dank der Data Prefetch Logic leicht über der des Coppermine, und auch was die Reserven für höhere Speeds angeht, darf man mit dem Tualatin durchwegs zufrieden sein.
Enthusiasten werden überdies zur Pentium 3-S Version mit 512KB Second Level-Cache greifen um so die Overall-Performance noch toppen.
Die Ergebnisse machen durchaus auch Hoffnung für die kommenden Generationen des Celeron, die nach dem nahenden Produktionslende des P3 den Low-Cost Sektor alleine gegen die AMD- und VIA-Konkurrenz verteidigen müssen. Geht man davon aus, dass die ersten 1.2GHz Celerons mit Tualatin-Kern auch mit ca. 1400 bis 1500MHz betrieben werden können, wird das Preis-/Leistungsverhältnis im Vergleich zu Duron & Co wieder einiges an Attraktivität gewinnen.

Das Soyo SY-TISU Board stellt für die neue CPU-Generation eine solide- wenn auch nicht 100% überzeugende Basis dar. Zum einen weil das 815er Chipset wie anfangs erwähnt nur maximal 512MB RAM verwalten kann und weil die spartanische Ausstattung nicht gerade als Kaufanreiz durchgeht.
Wer noch seine alte CPU in diesem Brett weiterverwenden will, wird sich beim Übertakten aufgrund der für Coppermines nicht optimalen 1.825v Maximum mit wohl weniger extremen CPU-Speeds zufrieden geben müssen, und vielleicht doch eher früher als später auf einen Tualatin umsteigen .

Es bleibt zu hoffen, dass bald auch eine Vielfalt an Mainboards mit VIA Apollo Pro133T und 266T erhältlich werden, damit auch in diesem Segment weitere Vergleiche durchgeführt werden können.



Eure Meinungen zum Thema Tualatin & Boards könnt ihr natürlich wie immer im Forum abgeben.

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