jetztaber
PCGHX-HWbot-Member (m/w)
Warum ist es an der Zeit, dass sich der FSB von unseren Boards verabschiedet und durch den IMC ersetzt wird? Dieser Text wird Ihnen helfen, dies zu verstehen. Er wendet sich in erster Linie an technisch Interessierte und Fortgeschrittene ist aber auch für neue User verständlich.
FSB (Front-Side-Bus)
Erinnern wir uns zunächst daran, wie der FSB arbeitet. Der Intel-FSB verwendet ein Busprotokoll, das 'AGTL+ Gunning Transceiver Logic' genannt wird (also 'AGTL+ Gunning Signalisierungstechnik', wobei Gunning der Name des Protokollentwicklers William Gunning ist und nichts mit Feuerwaffen oder ähnlichem zu tun hat).
Diese Signalisierungstechnik erlaubt die Übertragung von vier Datenpaketen je Taktzyklus und wird daher als 'Quad Pumped Front-Side-Bus' bezeichnet. Deshalb erreicht ein Core2Duo FSB, der mit einer Taktrate von 333 MHz betrieben wird, eine Übertragungsrate von 1333 Millionen Datenpaketen (333x4). Und wenn der FSB 64 Bit breit ist, ergibt sich daraus eine rechnerische Bandbreite von 10.6 GB/s (1333x8). Und damit haben wir auch schon die oberste Grenze des aktuellen Intel-FSB erreicht.
Wenn wir jetzt den FSB auf 400 MHz übertakten, erhöhen wir die effektive Übertragungsrate auf 1600 Millionen Datenpakete und somit auf 12.8 GB/s. Und wer es wirklich kann oder einfach nur Glück hat und den FSB auf sehr gute 533 MHz übertaktet, erhält zur Belohnung eine Bandbreite von 17 GB/s.
Allerdings hat Intel derzeit aus Stabilitäts- und Temperaturgründen eine FSB-Obergrenze von 333 Mhz gewählt. Die von Intel bei ausgewählten Prozessormodellen angebotene Standard FSB-Obergrenze von 400 MHz wird wohl im Mainstream-Bereich keine weitere Anwendung mehr finden.
Arbeitsspeicher
Jetzt ist es unerlässlich, sich die Arbeitsweise des Speicher-Subsystems zu betrachten. DDR oder Double-Data-Rate Speicher unterstützt einen Datentransfer auf sowohl der fallenden als auch der steigenden Signalflanke. Zusätzlich gestattet DDR2 es dem Speicherbus mit der doppelten Taktrate der Speichermodule zu arbeiten. So erhält man effektiv vier Datenübertragungen je Speichertaktzyklus. Mit DDR2-800 erhält man also 800 Millionen Datenübertragungen von einem mit 400 MHz getakteten Speicherbus, während die Module selbst mit 200 MHz getaktet werden. Und letztendlich beträgt die Bus- oder Übertragungsbandbreite eines DDR2 Speichermoduls 64 Bit bzw. 8 Byte.
Die Übertragungsbandbreite von Speicher berechnet sich folgendermaßen:
Datentransferrate x 8 Byte je Transfer x Anzahl der (interleaved) Channels... Das ergibt im Falle eines Single Channel DDR2-800 Moduls: 800 MB x 8 x 1 = 6.4 GB/s.
DDR3 funktioniert ähnlich wie DDR2, gestattet aber dem Speicherbus mit dem 4-fachen Speichertakt zu arbeiten. So kommt es, dass DDR3-1600 bei 800 MHz Bustakt und 200 MHz Speichertakt 1600 Millionen Übertragungen/Sekunde zulässt.
Dual Channel oder Interleaved Memory wurde von Intel für viele Generationen seiner Speichercontroller unterstützt. Interleaved Memory arbeitet ähnlich wie das Striping-Konzept in einem Raid0-Festplattenverbund. Die Daten werden in zusammenhängende Blöcke gleicher Größe auf die vorhandenen Channels aufgeteilt. Theoretisch skaliert so nun die effektive Bandbreite eines Interleaved Multi-Channel Speichers direkt proportional zur Anzahl der Kanäle. In der Praxis jedoch haben Tests und Benchmarks ein etwas anderes Bild ergeben, es kommt viel weniger Leistung bei den meisten Anwendungen an, als es theoretisch möglich wäre. Die Ursache hierfür liegt am FSB-Flaschenhals.
Beschränkungen durch den FSB
Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht über die derzeit erzielbaren Spitzenwerte für die Speicherbandbreite von Arbeitsspeicher. Für jede Speicherklasse sind Speichertakt, Bustakt, Datenübertragungsrate je Sekunde sowie die mögliche Bandbreite im Single-, Dual- und sogar Triple-Channel Modus angegeben. Die Tabelle gibt dann auch die Werte für die notwendigen FSB-Übertragungsraten pro Sekunde und den hierzu benötigten FSB-Takt an, den man braucht um die höchstmögliche Speicherbandbreite zu erzielen.
Erläuterung des Farbschemas:
Weiß: Einstellbarer bzw. von Intel offiziell unterstützter FSB-Takt
Orange: FSB-Takt kann durch OC erreicht werden
Dunkelblau: nicht erreichbarer FSB-Takt
Schlussfolgerungen
Man kann leicht erkennen, dass ein FSB-Takt von 333 MHz, wie er derzeit von Intels aktueller Produktlinie unterstützt wird, noch nicht einmal die komplette Bandbreite von Dual-Channel DDR2 Speicher ausnutzen kann. Er stellt sogar schon einen Flaschenhals bei der Verwendung von DDR2-800 im Dual Channel Modus dar.
Die Aussichten für den FSB sind sogar noch trüber, wenn man die Performance von DDR3 betrachtet. Der derzeitige offizielle FSB-Takt von 333 MHz ist gerade mal für Single-Channel DDR3 bis DDR3-1333 geeignet. Sobald Multi-Channel oder schnellerer DDR3 Speicher verwendet wird, entsteht sogar ein sehr ernsthafter Flaschenhals.
Zukunftsaussichten
Die Performance von DDR3 Speicher verspricht bedeutsame Leistungssteigerungen. Nehalems Bloomfield, der gegen Ende 2008 erscheinen soll, wird Triple-Channel DDR3 anbieten, das theoretisch über eine Spitzenbandbreite von 32 GB/Sek verfügen wird. Das entspricht der L2 Cache Performance eines Q6600! Und nun sieht man deutlich, warum ein integrierter Speichercontroller (IMC) zur Umsetzung solcher Bandbreiten notwendig wird: Es ist einfach unmöglich, einen FSB mit einer Taktrate von 1000 MHz zu erzielen.
Wenn Sie bereits in DDR3 investiert haben und vielleicht ein bisschen frustriert darüber sind, dass Sie nicht das Beste herausholen können, warten Sie einfach bis Nehalem erscheinen wird. Wenn Sie sich derzeit einen Wechsel auf DDR3 überlegen, rate ich Ihnen, sich im Augenblick mit billigem DDR2 zu behelfen und den Wechsel auf DDR3 mit einer Nehalem basierten Plattform zu vollziehen.
FSB (Front-Side-Bus)
Erinnern wir uns zunächst daran, wie der FSB arbeitet. Der Intel-FSB verwendet ein Busprotokoll, das 'AGTL+ Gunning Transceiver Logic' genannt wird (also 'AGTL+ Gunning Signalisierungstechnik', wobei Gunning der Name des Protokollentwicklers William Gunning ist und nichts mit Feuerwaffen oder ähnlichem zu tun hat).
Diese Signalisierungstechnik erlaubt die Übertragung von vier Datenpaketen je Taktzyklus und wird daher als 'Quad Pumped Front-Side-Bus' bezeichnet. Deshalb erreicht ein Core2Duo FSB, der mit einer Taktrate von 333 MHz betrieben wird, eine Übertragungsrate von 1333 Millionen Datenpaketen (333x4). Und wenn der FSB 64 Bit breit ist, ergibt sich daraus eine rechnerische Bandbreite von 10.6 GB/s (1333x8). Und damit haben wir auch schon die oberste Grenze des aktuellen Intel-FSB erreicht.
Wenn wir jetzt den FSB auf 400 MHz übertakten, erhöhen wir die effektive Übertragungsrate auf 1600 Millionen Datenpakete und somit auf 12.8 GB/s. Und wer es wirklich kann oder einfach nur Glück hat und den FSB auf sehr gute 533 MHz übertaktet, erhält zur Belohnung eine Bandbreite von 17 GB/s.
Allerdings hat Intel derzeit aus Stabilitäts- und Temperaturgründen eine FSB-Obergrenze von 333 Mhz gewählt. Die von Intel bei ausgewählten Prozessormodellen angebotene Standard FSB-Obergrenze von 400 MHz wird wohl im Mainstream-Bereich keine weitere Anwendung mehr finden.
Arbeitsspeicher
Jetzt ist es unerlässlich, sich die Arbeitsweise des Speicher-Subsystems zu betrachten. DDR oder Double-Data-Rate Speicher unterstützt einen Datentransfer auf sowohl der fallenden als auch der steigenden Signalflanke. Zusätzlich gestattet DDR2 es dem Speicherbus mit der doppelten Taktrate der Speichermodule zu arbeiten. So erhält man effektiv vier Datenübertragungen je Speichertaktzyklus. Mit DDR2-800 erhält man also 800 Millionen Datenübertragungen von einem mit 400 MHz getakteten Speicherbus, während die Module selbst mit 200 MHz getaktet werden. Und letztendlich beträgt die Bus- oder Übertragungsbandbreite eines DDR2 Speichermoduls 64 Bit bzw. 8 Byte.
Die Übertragungsbandbreite von Speicher berechnet sich folgendermaßen:
Datentransferrate x 8 Byte je Transfer x Anzahl der (interleaved) Channels... Das ergibt im Falle eines Single Channel DDR2-800 Moduls: 800 MB x 8 x 1 = 6.4 GB/s.
DDR3 funktioniert ähnlich wie DDR2, gestattet aber dem Speicherbus mit dem 4-fachen Speichertakt zu arbeiten. So kommt es, dass DDR3-1600 bei 800 MHz Bustakt und 200 MHz Speichertakt 1600 Millionen Übertragungen/Sekunde zulässt.
Dual Channel oder Interleaved Memory wurde von Intel für viele Generationen seiner Speichercontroller unterstützt. Interleaved Memory arbeitet ähnlich wie das Striping-Konzept in einem Raid0-Festplattenverbund. Die Daten werden in zusammenhängende Blöcke gleicher Größe auf die vorhandenen Channels aufgeteilt. Theoretisch skaliert so nun die effektive Bandbreite eines Interleaved Multi-Channel Speichers direkt proportional zur Anzahl der Kanäle. In der Praxis jedoch haben Tests und Benchmarks ein etwas anderes Bild ergeben, es kommt viel weniger Leistung bei den meisten Anwendungen an, als es theoretisch möglich wäre. Die Ursache hierfür liegt am FSB-Flaschenhals.
Beschränkungen durch den FSB
Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht über die derzeit erzielbaren Spitzenwerte für die Speicherbandbreite von Arbeitsspeicher. Für jede Speicherklasse sind Speichertakt, Bustakt, Datenübertragungsrate je Sekunde sowie die mögliche Bandbreite im Single-, Dual- und sogar Triple-Channel Modus angegeben. Die Tabelle gibt dann auch die Werte für die notwendigen FSB-Übertragungsraten pro Sekunde und den hierzu benötigten FSB-Takt an, den man braucht um die höchstmögliche Speicherbandbreite zu erzielen.
Erläuterung des Farbschemas:
Weiß: Einstellbarer bzw. von Intel offiziell unterstützter FSB-Takt
Orange: FSB-Takt kann durch OC erreicht werden
Dunkelblau: nicht erreichbarer FSB-Takt
Schlussfolgerungen
Man kann leicht erkennen, dass ein FSB-Takt von 333 MHz, wie er derzeit von Intels aktueller Produktlinie unterstützt wird, noch nicht einmal die komplette Bandbreite von Dual-Channel DDR2 Speicher ausnutzen kann. Er stellt sogar schon einen Flaschenhals bei der Verwendung von DDR2-800 im Dual Channel Modus dar.
Die Aussichten für den FSB sind sogar noch trüber, wenn man die Performance von DDR3 betrachtet. Der derzeitige offizielle FSB-Takt von 333 MHz ist gerade mal für Single-Channel DDR3 bis DDR3-1333 geeignet. Sobald Multi-Channel oder schnellerer DDR3 Speicher verwendet wird, entsteht sogar ein sehr ernsthafter Flaschenhals.
Zukunftsaussichten
Die Performance von DDR3 Speicher verspricht bedeutsame Leistungssteigerungen. Nehalems Bloomfield, der gegen Ende 2008 erscheinen soll, wird Triple-Channel DDR3 anbieten, das theoretisch über eine Spitzenbandbreite von 32 GB/Sek verfügen wird. Das entspricht der L2 Cache Performance eines Q6600! Und nun sieht man deutlich, warum ein integrierter Speichercontroller (IMC) zur Umsetzung solcher Bandbreiten notwendig wird: Es ist einfach unmöglich, einen FSB mit einer Taktrate von 1000 MHz zu erzielen.
Wenn Sie bereits in DDR3 investiert haben und vielleicht ein bisschen frustriert darüber sind, dass Sie nicht das Beste herausholen können, warten Sie einfach bis Nehalem erscheinen wird. Wenn Sie sich derzeit einen Wechsel auf DDR3 überlegen, rate ich Ihnen, sich im Augenblick mit billigem DDR2 zu behelfen und den Wechsel auf DDR3 mit einer Nehalem basierten Plattform zu vollziehen.
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