Processori Intel Pentium III: confronto tra le frequenze di bus di 100 e 133 Mhz

La serie di processori Intel Pentium III, presentata con i modelli a 450 Mhz e a 500 Mhz di clock nel mese di Marzo 1999, è basata sulla frequenza di bus di 100 Mhz; uno degli elementi che viene utilizzato dal marketing Intel per spingere all'acquisto di questa cpu è proprio l'impiego di tale frequenza di bus, contro i 66 Mhz di bus utilizzati attualmente dalle cpu Intel Celeron (che pertanto, in un'ottica di marketing, sono posizionate nella fascia entry level del mercato) e in precedenza dalle cpu Intel Pentium II fino a 333 Mhz di clock.
Come già evidenziato nella primavera 1998, periodo nel quale Intel ha reso disponibili le prime cpu basate su bus a 100 Mhz (i Pentium II a 350 Mhz e 400 Mhz, da abbinare al chipset Intel 440BX), la differenza prstazionale, a parità di processore e frequenza di clock, passando dal bus a 66 Mhz a quello a 100 Mhz è tutt'altro che rilevante: questo dipende dall'architettura utilizzata attualmente dai processori Intel Slot 1 e Socket 370, con la quale la frequenza di lavoro della cache L2 (che molto incide sulle prestazioni complessive, in special modo con i calcoli interi) è legata non alla frequenza di bus ma a quella di clock. In parole povere, ipotizzando che esistano due processori Intel Pentium III a 500 Mhz di clock, uno basato sulla frequenza di bus di 100 Mhz e l'altro su quella di 66 Mhz, si avrebbe che i due processori otterrebbero più o meno le stesse prestazioni, con un leggero vantaggio prestazionale per la prima soluzione. Effettuando lo stesso tipo di confronto ma con due processori di tipo Socket 7 (come ad esempio gli AMD K6-2) si scoprirebbero evidentissime differenze prestazionali, soprattutto con calcoli interi, a vantaggio del processore basato su bus a 100 Mhz, in quanto l'architettura di questi processori prevede che la cache L2 operi alla frequenza di bus e non sia legata in alcun modo alla frequenza di clock del processore.

Qui di seguito sono riportati alcuni schemi che spiegano l'impatto della cache L2 sulle prestazioni complessive del processore, con calcoli interi e in virgola mobile:

Si noti come il disabilitare la cache esterna al processore porti ad un notevole calo delle prestazioni complessive (il benchmark utilizzato è lo Ziff-Davis Business Winstone 99). Il K6-III ha un comportamento differente rispetto a K6-2 e Pentium II: essendo la sua cache L2 integrata nel Core della cpu è stato possibile disabilitare solo la cache L3, cioè quella saldata direttamente sulla motherboard; si noti come l'influenza della cache L3 sia marginale, con una diminuzione delle prestazioni di circa il 3,5%.

Passando ad applicazioni che fanno grosso uso dell'unità di calcolo in virgola mobile, come ad esempio 3D Studio Max 2, si nota molto facilmente come il disabilitare la cache L2 abbia un impatto più limitato sulle prestazioni complessive; questo a motivo del fatto che i calcoli in virgola mobile fanno poco utilizzo della cache L2. Si noti nuovamente come il K6-III subisca un impatto sulle prestazioni complessive del tutto trascurabile.

Il confronto riportato qui di seguito è invece tra le cpu Intel Celeron 500 Mhz: una con frequenza di bus di 66 Mhz, l'altra invece di 100 Mhz.

Analizzando questi bench si nota come il passaggio dalla frequenza di bus di 66 Mhz a quella di 100 Mhz pèorti un incremento delle prestazioni complessive anche se non così elevato come si potrebbe in principio pensare. Il motivo di questo è presto detto: l'aumento della frequenza di bus porta ad un aumento della frequenza di lavoro della memoria e del bus che connette processore e chipset; questo incide sulle prestazioni complessive ma in misura inferiore a quello che, ad esempio, può portare l'aumento della frequenza di lavoro della cache L2. Con le cpu Socket 7 l'aumento di prestazioni ottenibile aumentando la frequenza di bus è, come già detto poco sopra, decisamente più netto, in quanto aumenta anche la frequenza di lavoro della cache L2; da segnalare, inoltre, che tale ragionamento non vale per le cpu AMD K6-III: queste ultime sono infatti dotate di cache L2 integrata nel Core del processore, pertanto variando la frequenza di bus si interviene sulla frequenza di lavoro della cache L3, che ha incidenza solo marginale sulle prestazioni complessive.

Per l'autunno 1999 è previsto un secondo shift verso l'alto delle frequenze di bus: Intel ha introdotto da poche settimane le cpu Pentium III 533B e 600B, basate sul Core Katmai utilizzato dalle precedenti versioni del Pentium III (a sua volta questo core altro non è che un Core Deshutes al quale è stato aggiunto il set di istrusioni SIMD). La differenza tra queste versioni e le precedenti è data unicamente dalla frequenza di bus impiegata, che è pari a 133 Mhz e non più a 100 Mhz, fatto che può far presumere un aumento delle prestazioni decisamente ridotto a parità di frequenza di clock. Parallelamente al supporto ufficiale alla frequenza di bus di 133 Mhz vi è stata la presentazione di alcuni nuovi chipset: mentre l'Intel i820 (Camino) non è stato ancora presentato per via di alcuni problemi tecnici legati all'impiego contemporaneo di  tre banchi memoria Rimm, Via ha già disponibile da qualche mese il chipset Apollo PRO 133, dotato di supporto ufficiale ai 133 Mhz di bus e all'interfaccia ATA-66, mentre si attende la disponibilità del chipset Apollo PRO 133A, dotato del supporto AGP 4x. Altro chipset dotato di supporto ufficiale alla frequenza di bus di 133 mhz è l'Intel i810e, diretta evoluzione dell'i810 e destinato a sistemi entry level.
Numerose motherboard Slot 1 hanno messo a disposizione settaggi per la frequenza di bus di 133 Mhz da ormai più di 1 anno e mezzo (Aprile 1998 per la precisione, periodo di debutto delle prime motherboard Slot 1 basate sul chipset Intel 440BX) ma l'utilizzo di questa frquenza di bus è stato frenato da due evidenti limiti:

• impossibilità di utilizzare, con bus a 133 Mhz, una frequenza di lavoro del bus AGP pari a 66 Mhz; uno dei limiti del chipset Intel 440BX è l'impossibilità di selezionare un divisore per il bus AGP pari a 2, fatto che permetterebbe di utilizzare a 66 Mhz le schede video AGP quando si imposta il bus a 133 Mhz. Attualmente si è costretti ad utilizzare il divisore 2/3, con il quale si ottiene una frequenza del bus AGP di ben 88Mhz, fatto che pregiudica il corretto funzionamento di numerose schede video e la loro affidabilità nel lungo periodo.
• moltiplicatori di frequenza delle cpu bloccati: il blocco del moltiplicatore di frequenza delle cpu Slot 1 e Socket 370, introdotto da Intel per evitare il fenomeno delle cpu rimarchiate e vendute per modelli di frequenza superiore, impedisce di fatto l'impiego della frequenza di bus di 133 Mhz in quanto si otterrebbero frequenze di clock così elevate da essere molto difficilmente supportate dai processori disponibili. Quest'aspetto non è però sempre vero, dato che come vedremo in seguito ci sono alcuni processori pensati per la frequenza di bus di 100 Mhz con i quali, al momento attuale, è possibile utilizzare il bus a 133 Mhz.

I più recenti sample di processore intel Pentium III 450 Mhz sono mediamente molto tolleranti all'overclock; questo vuol molto semplicemente dire che non è difficile trovare un esemplare capace di supportare un incremento della frequenza di clock abbastanza consistente (nell'ordine del 30%). Questo rende possibile l'impiego della frequenza di bus di 133 Mhz (il moltiplicatore delle cpu Pentium III è, come già ricordato, bloccato, pertanto gli incrementi della frequenza di clock possono essere ottenuti solo aumentando la frequenza di bus) e pertanto il confronto prestazionale tra bus a 100 Mhz e bus a 133 Mhz a parità di frequenza di clock. Si è optato, per evidenti motivi, per la frequenza di clock di 600 Mhz:

• 133x4.5 = 600 Mhz (processore Intel Pentium III 450 Mhz overcloccato a 600 Mhz con bus a 133 Mhz).
• 100x6= 600 Mhz (processore Intel Pentium III 600 Mhz).