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NVIDIA与Intel南桥大比拼前篇

NVIDIA MCP55
优点
1、30 PCI Express Lanes,提供了众多的PCIE接口。
2、DualNet双千兆网卡、FirstPacket网络加速技术、MediaShield等技术,支持eSATA,功能强大。
3、8GB/s的南北桥HT通道。
4、磁盘基本性能中的预读能力比较优秀。

缺点
1、驱动尚不够成熟。

Intel ICH8R
优点
1、完善的阵列功能,6个SATA 3Gb/s接口,出色、强大的性能,效率高,支持eSATA。
2、稳定成熟的驱动和性能表现。
3、具有两个USB EHUI控制器,在连接多USB设备时具有优势。

缺点
1、面向高端的975X芯片组不采用ICH8R芯片。

Intel ICH7R
优点
1、稳定成熟。
2、性能不错。
3、当前Intel自家芯片组上仍能提供PATA接口的主要芯片。

缺点
1、不支持eSATA。

  【IT168评测中心】随着各种各样的评测出现,我们已经很了解NVIDIA最新的芯片组——680i SLI的性能表现了,680i SLI性能上跟Intel相应的P965/975X是一时瑜亮,然而我们要注意到,当前它们如CPU、内存等性能上的一些细微差别是不足以影响消费者的选择的,诸如超频、SLI、EPP内存等这些特性才是抉择时需要考虑的对象。
  还有一个需要考虑的地方是磁盘子系统的性能,如CPU、内存、图形子系统通常由北桥芯片决定一样,磁盘子系统通常是由南桥来决定的,高端的玩家都知道系统在使用中的真正瓶颈都在于——磁盘,一些发烧友热衷于高端的万转硬盘或者SCSI设备等就是这个原因。
  相信玩家们都会对Intel平台上的各种主板芯片的磁盘性能感兴趣,我们特地测试了当前市面上可以买到的、主流的三种南桥芯片组的磁盘性能,它们分别是NVIDIA 680i SLI芯片组里面使用的MCP55、Intel 975X芯片组里面使用的ICH7R和Intel P965芯片组里面使用的ICH8R。当然我们比较的并不仅仅是磁盘子系统部分,我们也会详细地介绍这几个南桥的各方面的特性。


  我们将会测试几种南桥的接口性能以及RAID性能,由于涉及复杂、长耗时的IOMeter测试,因此我们将会将总内容分为两篇文章,本篇将先对比介绍几种南桥的主要特性以及测试、比较磁盘接口的基本性能。

MCP55近照,主板为ASUS 680i(手上的其它主板MCP55字迹不够清楚)

  我们手头具有数种PCB版本的680i SLI主板,然而我们决定采用公版680i SLI主板作为测试的对象,如Inno3D SL7I680A和Galaxy 680i SLI都属于这个类型,它们的板型等都很相像。

NVIDIA NF590 SLI , MCP55
型号
NF590 SLI
制程
90nm
上行接口
HT(Hyper Transport Link)
上行带宽
8GB/s
核心电压
1.50V
I/O电压
1.5V/3.3V/5V
PCIE
30 Lane, PCIE 1.1a
1 PCIE x16 + 1 PCIE x8 + 6 PCIE x1
PCI
5 PCI 2.3
SATA

6 SATA 3Gbps, (NCQ & HotPlug)
NVIDIA Media Shield

PATA
1 PATA 133
Audio
HDA
USB

10
5 UHCI(USB 1.1) or 1 EHCI(USB 2.0)

LAN
2x NVIDIA Gigabit LAN Controller MAC(PCI Express x1)
Others
ACPI 3.0 Supported

HyperTransport Link技术

  比较特别,MCP55南桥和北桥相连接的通道是8GB/s的HyperTransport Link总线,作为对比,Intel现在使用的DMI技术只有2GB/s的带宽,NVIDIA这样的设计可以满足其提供的众多PCI Express Lanes的要求。

30 PCI Express Lanes

  由于MCP55其实在AMD平台上充当了单芯片主板芯片组的角色,所以它提供了非常多的PCI Express Lanes,如明显的一个x16 PCIe显卡接口,一个x8 PCIe接口(通常也作成x16插槽)以及6个PCI Express x1接口,这提供了非常充足的插槽能力。MCP55还能支持5条普通的PCI。

双千兆网络的DualNet技术

  MCP55南桥具有两个千兆网络的控制器以及MAC部分,这就是DualNet技术,它提供了我们通常所说的端口绑定/链路聚合功能,一方面,这能提高网络的带宽(一般能提升70%~80%的流量),另一方面,双网卡也提供了更好的容错性能,其中一块网卡/一条链路出现问题时另一块网卡/链路能接管工作而不导致系统网络功能失效,Intel的ICH8R虽然具有相似的网卡功能但却只有一块千兆网卡,因此没有双网卡带来的优势。
  我们并没有测试网卡子系统的性能。

TCP/IP加速和FirstPacket

  基本上就是传统的TCP/IP Offload技术,当然把戏人人都会,高低巧妙各有不同罢了。这方面,在网络耕耘多年的Intel还是具有较高的优势。
  NVIDIA引入的FirstPacket技术,实际上是一种QoS技术,可以对特定的应用程序设定更高的优先级,允许优先级高的程序数据包优先传送,可以提升语音/视频通信或者网络游戏方面的体验。

MediaShield

  这是磁盘子系统一系列功能的统称,它代表着NVIDIA的RAID技术,以及相关的管理界面。NVIDIA MediaShield技术特别的地方是磁盘失效时的报警功能清晰简明。

  除了上述的这些比较特别的地方之外,MCP55还提供了如10个USB 2.0这样的基本功能,以及HDA、AC'97这样的音频功能。MCP55提供了一个PATA133通道,性能上要比ICH7R提供的PATA100通道略微好上一点。

  比较高端的P965主板都采用了ICH8R作为南桥,稍为低端的则采用了不能支持NCQ、不支持RAID功能的ICH8。我们使用的主板是ASUS P5B Deluxe/WiFi-AP,ICH8R的详细测试可以参阅Intel最新一代南桥 ICH8R性能测试

Intel NH82801HR , ICH8R
型号
NH82801HR
封装
32x31 mm 652 Pin mBGA
制程
90nm
上行接口
DMI(Direct Media Interface)
上行带宽
2GB/s
核心电压
1.05V
I/O电压
1.5V/3.3V/5V
PCIE
6 Lane, PCIE 1.1a
6 PCIE x1 or 4 PCIE x1 + 1 PCIE x4
PCI
4 PCI 2.3
SATA

6 SATA 3Gbps, AHCI(NCQ & HotPlug)
Intel Matrix RAID

PATA
0
Audio
HDA
USB

10
5 UHCI(USB 1.1) or 2 EHCI(USB 2.0)

LAN
Intel Gigabit LAN Controller MAC(LCI/GLCI)
Others
ACPI 3.0 Supported

  Intel ICH8R和北桥连接的方式是2GB/s的DMI总线,从915P系列开始,在Intel平台上使用了已经有较长的一段时间了,其带宽并不是很高,一定程度上会影响南桥的性能。

6 PCI Express Lanes

  ICH8系列都具有6 PCI Express Lanes,其中4个PCI Express Lanes可以配置为x4的PCI Express界面或者4条x1 PCI Express,x4的接口带宽对于一般的显卡已经足够,因此不少P965主板上面都具有两条PCI Express x16插槽,其中一条就是由ICH8/R提供。

6 SATA 3Gb/s和Intel Matrix Storage

  比起ICH7系列的4个SATA 3Gb/s接口,ICH8系列提供了6个。Intel的Matrix Storage技术除了基本的RAID 0/1/0+1/5之外,还能在两个硬盘上同时实现RAID 0和1的混合,在某些时候会具有更好的灵活性。
  ICH8R的SATA接口仍旧支持NCQ等技术,同样,仍然需要设置特定的AHCI模式,并且安装系统的时候需要插入软盘装载特定的驱动,NVIDIA则不需要这么麻烦。ICH8支持eSATA——External SATA规范。

10 USB 2.0和双EHUI控制器

  虽然和MCP55一样是10个USB接口,然而ICH8系列具有两个控制器,因为USB是一个星型的单总线架构,因此两个控制器就具有两倍于单控制器的带宽,在联接多个USB设备的时候具有速度上和稳定性上的优势。

PATA和AC'97的消失

  ICH8系列取消了PATA和AC'97的支持,时至今日,已经不是特别大的问题了。

  ICH8R还提供了网络接口的MAC部分,和NVIDIA一样,需要外接PHY芯片,然而Intel使用的是LCI/GLCI接口,NVIDIA使用的是PCI Express x1接口。

  我们采用的是一块ASUS P5WD2主板,这是一块当时挺高端的955X主板,做工非常优秀,采用的是ICH7R南桥。

Intel NH82801GR , ICH7R
型号
NH82801GR
封装
32x31 mm 652 Pin mBGA
制程
90nm
上行接口
DMI(Direct Media Interface)
上行带宽
2GB/s
核心电压
1.05V
I/O电压
1.5V/3.3V/5V
PCIE
6 Lane, PCIE 1.1a
6 PCIE x1 or 4 PCIE x1 + 1 PCIE x4
PCI
6 PCI 2.3
SATA

4 SATA 3Gbps, AHCI(NCQ & HotPlug)
Intel Matrix RAID

PATA
1 PATA 100
Audio
HDA , AC'97 2.3
USB

8
4 UHCI(USB 1.1) or 1 EHCI(USB 2.0)

LAN
Intel Gigabit LAN Controller MAC(LCI/GLCI)
Others
ACPI 3.0 Supported
  

  Intel ICH7R是ICH8R的上一代,基本上和ICH8R很相近,和北桥连接的方式一样是2GB/s的DMI总线。

6 PCI Express Lanes

  ICH7R也具有6 PCI Express Lanes(ICH7只有4),其中4个PCI Express Lanes可以配置为x4的PCI Express界面或者4条x1 PCI Express,不少采用ICH7R的主板上面也都具有两条PCI Express x16插槽。

4 SATA 3Gb/s和Intel Matrix Storage

  ICH7R只提供了6个SATA 3Gb/s接口,ICH7R不支持eSATA,虽然一些厂商通过直接转接的方法在主板上提供了eSATA接口,这种形式并不能真正体现eSATA较长传输距离的优点(eSATA和iSATA的物理接口不同,传输距离也有分别)。
  ICH7R也支持Intel的Matrix Storage技术,除了基本的RAID 0/1/0+1/5之外,还能在两个硬盘上同时实现RAID 0和1的混合,在某些时候会具有更好的灵活性。ICH7R支持NCQ等技术,同样,仍然需要设置特定的AHCI模式,并且安装系统的时候需要插入软盘装载特定的驱动。

PATA和AC'97

  ICH7R系列提供一个PATA 100接口,支持AC'97。在ICH6上Intel开始提供对HDA的支持。

  尽管和北桥连接的是相同的DMI界面,然而当前高端的975X芯片组都只是采用了ICH7R,而并没有采用更新的ICH8R,反之亦然。

硬件环境

CPU

 Intel Pentium 4 660 ES(LGA 775 , HT , Prescott , 90nm , 200*18=3.6G , 16KB L1 Data + 12KB uOPs , 2MB L2) @ 3612.8MHz

主板

 Inno3D SL7I680A(NVIDIA C55 + MCP55)
 ASUS P5B Deluxe WiFi-AP(Intel P965 + ICH8R)
 ASUS P5WD2(Intel 955X + ICH7R)

内存

 DDR2 667 1GB(PC2-5300 , 2 Physical Banks , 4 Logical Banks) x 2 @ Dual Channel 267.6MHz 5-5-5-16

系统硬盘

 Seagate Barracuda 7200.10 ST3320620AS 320G 16M SATA 3.0Gbps(Firmware 3.AAC) @ SATA 3.0Gbps , NCQ Enable

测试硬盘

 Seagate Barracuda 7200.10 ST3320620AS 320G 16M SATA 3.0Gbps(Firmware 3.AAC) @ SATA 3.0Gbps , NCQ Enable

显卡

 GF7600GS 256MB 128bit DDR3(NVIDIA GeForce 7600GS , PCI Express x16 , 500MHz/700MHz) @ PCIE x16

声卡

 Realtek ALC88x(8 channels HDA)

电源

 Goldenfield ATX-S500(350W ATX12V 1.3)

软件环境

操作系统

 Windows XP Professional 2600 ENG SP2 + DirectX 9.0c 2006.02.07

主板驱动

 Intel Chipset Installation Utility 8.0.1.1002 WHQL
 NVIDIA 680i SLI ForceWare 9.53

磁盘驱动

 Intel Matrix Storage Manager 6.0.0.1022 WHQL
 NVIDIA SW Drivers(Include in 680i SLI ForceWare 9.53)

显卡驱动

 NVIDIA Forceware 91.47/93.71 WHQL

声卡驱动

 Realtek HDA Driver 1.38

测试项目

性能测试

 PCMark05 1.01

 ZD WinBench 99 Version 2.0

 HD Tach RW 3.0.1.0

 IOMeter 2003.07.30

南桥大比拼——PCMark05性能测试对比
项目
NVIDIA
MCP55
Intel
ICH8R IDE Mode
Intel
ICH8R AHCI Mode w/ NCQ
Intel
ICH7R IDE Mode
PCMark05 1.01
HDD Score
6123
6107
6477
6471

  PCMark05的HDD测试是一个包括了几个日常应用的测试,Intel方的表现很不错,ICH8R和ICH7R的成绩相差很少。

南桥大比拼——WinBench99性能测试对比
项目
NVIDIA
680i SLI MCP55
Intel
ICH8R IDE Mode
Intel
ICH8R AHCI Mode w/ NCQ
ICH7R IDE Mode w/ NCQ
ZD WinBench 99 Version 2.0
Business Disk WinMark 99
19700
12200
20200
-
High-End Disk WinMark 99
50400
51500
52900
-

  Ziff-Davis WinBench99 2.0也给出了相似的结果。

MCP55

ICH8R

ICH7R

  突发传输速率、寻道方面的成绩很接近,读取曲线也比较相似,然而NVIDIA MCP55的写入成绩比较低。

  对技术细节不感兴趣的可以略过此节。

   IOMeter是业界广泛使用的IO性能测试软件,我们使用了2004.07.30.win32.i386版本来完成磁盘子系统性能的测试,并使用定制的Excel宏来完成数据分析。

   通过使用不同的IOMeter设定值来呈现文件服务器(选择范围为512Bytes到64KB)和网站服务器(选择512Bytes到512KB作为I/O范围)的相应负载,文件服务器和网站服务器的脚本都按照于StorageReview.com的脚本来进行,StorageReview.com通过对各种文件服务器和网站服务器的实际运行进行统计分析制定了业界广泛使用的测试脚本。连续性操作的设值为64KB,因为这是NT核心操作系统所使用的限定数值,更大的数据包将会被操作系统分割为64KB执行。
  最后,我们实际测试使用的IOMeter策略如下:

Max IO:

  为了得到完整的磁盘性能数据,我们测试了从512Bytes到64KBytes的8种数据块大小,并分别测试了100%读取操作以及100%写入操作下的表现,测试随机率为0%,即为100%连续读取,用于检测磁盘子系统的最大输入输出能力。从所有的数据中,可以分别得到的数据指IOps(每秒操作数)以及MBps(传输速率)。

File Server:

  文件服务器应用在一个多用户或网络化的环境中专门用于文件的储存,恢复和管理。不同用户的访问形成了多线程,因此,其工作负载是随机性的。输入输出大小是可变的,取决于所操作的文件大小。读/写分布也是变化的。总的来说,一个频繁使用的多用户服务器应该采用较高的队列深度来模拟。

  最后,测试读取尺寸从512Bytes到64KB不等,80%读取操作,随机率为100%,用于模拟文件服务器的性能。

Web Server:

  网站服务器应用于处理多用户通过Internet或Intranet进行的访问。这些请求具有典型的随机性,并且在用户访问不同页面或视频应用时大量偏向于读请求。同样,一个访问频繁网站服务器也应该采用较高的队列深度来模拟。最后,测试读取尺寸从512Bytes到512KB不等,100%读取操作,随机率为100%,用于模拟Web服务器的性能。

  在实际的桌面环境中,小于4KB的块访问数量不少,但是由于操作系统的缓存的存在而具有一定的降低,主要的块大小基于4KB。在文件服务器环境中,512B、4KB、64KB的块都比较多,其中4KB的占了绝大部分,而在网站服务器环境则主要是8K以下的块大小。

  SCSI标准中的TCQ(Tagged Command Queuing)支持高达256的Queue Depth(队列深度),按照企业级硬盘的标准IOMeter测试的Queue Depth一般都用128或者256,但是在桌面应用中,Queue Depth通常不会大于128,通常为64左右;作为SCSI TCQ技术的一个简化的版本,SATA的NCQ(Native Command Queuing,本地指令队列)支持32的Queue Depth,因此我们测试时,队列深度从1到128。我们仅仅使用了一个Worker。

  IOMeter硬盘性能测试对CPU、内存等参数并不是很敏感——当然CPU要保证在测试中不能出现100%的占用率。

MCP55

Intel ICH8R

 

Intel ICH7R

 

  Intel的ICH8R和ICH7R在单盘的性能指标方面是很接近的,下面只拿ICH8R来做对比。

  NVIDIA的磁盘系统很奇怪,读取时的曲线如下(也就是第一幅图),和通常的很不相同:

  在队列深度为1、块大小为512Bytes的时候,其IOps将近90000!这是一个很恐怖的数字,对应的MBps为45MB/s,如ICH8R/ICH7R等在相应条件下只有10000出头,这只能用MCP55的预读性能强劲来解释(IOps测试采用的是连续块读取)。
  随着队列深度的加大和块的变大,IOps开始大为下降,这种不稳定性表明NVIDIA的SW驱动还有改进的余地。
  在写入曲线方面,MCP55恢复了正常。

  下面将会给出比较详细的对比。

  因为ICH8R和ICH7R的性能相差很小,为了图像的清晰、简单,我们不再给出ICH7R的成绩。

  如图所示,圆联线为读取性能,三角联线则为写入性能。在512字节的大小下,MCP55的写入性能一直高居不下,直到64队列深度时才低于ICH8R,而写入性能则一直由ICH8R领先。

  ICH8R的CPU占用率方面也较为强些,队列深度越高,优势越大。

  从传输速率来看,NVIDIA MCP55占优,不过看横坐标,可以认为成绩基本一致。

  CPU占用率仍然是Intel具有优势。

  理论IOps/MBps表明NVIDIA MCP55具有不可思议的预读性能,然而其不是特别稳定,随着队列深度的增长而快速降低。而Intel除了具有随着队列深度的增大而增长的IOps之外,还具有着较低的CPU占用率,同时在写入性能方面具有着比较明显的优势。

  文件服务器测试,尽管是非常轻微地,Intel ICH8R还是要比NVIDIA MCP55要强。

  网站服务器方面的成绩亦是如此。

  服务器测试表明在单纯的接口方面,Intel具有略微的优势,这些优势在进行阵列的时候,很有可能会聚合起来,然而到底结果如何,要看下文的阵列测试分解。

  【IT168评测中心】单纯的规格比试当中,MCP55无疑非常强劲,而ICH8R则在USB方面具有一些优势,同时单纯的接口性能测试表明ICH8R仍然是南桥性能之王。
  在实际的单磁盘应用中,使用ICH8R将会获得比较低的CPU占用率、较好的写入速度和稳定的性能。
  然而断言还为时过早,下一篇的文章中我们将会实际测试这些南桥的阵列性能,才能最终得出结论。

NVIDIA MCP55
优点
1、30 PCI Express Lanes,提供了众多的PCIE接口。
2、DualNet双千兆网卡、FirstPacket网络加速技术、MediaShield等技术,支持eSATA,功能强大。
3、8GB/s的南北桥HT通道。
4、磁盘基本性能中的预读能力比较优秀。

缺点
1、驱动尚不够成熟。

Intel ICH8R
优点
1、完善的阵列功能,6个SATA 3Gb/s接口,出色、强大的性能,效率高,支持eSATA。
2、稳定成熟的驱动和性能表现。
3、具有两个USB EHUI控制器,在连接多USB设备时具有优势。

缺点
1、面向高端的975X芯片组不采用ICH8R芯片。

Intel ICH7R
优点
1、稳定成熟。
2、性能不错。
3、当前Intel自家芯片组上仍能提供PATA接口的主要芯片。

缺点
1、不支持eSATA。

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