Erst war die Runderneuerung der Pentium-4-Plattform mit DDR2 und PCI Express an der Reihe - jetzt frischt Intel den Xeon DP für Dual-Processing nebst Umgebung gehörig auf. So verpflanzt Intel den Prescott-Core des Pentium 4 in den Xeon, spendiert ihm aber zusätzliche Features wie eine 64-Bit Erweiterung. Der neue Workstation-Chipsatz E7525 mit dem Codenamen "Tumwater" sorgt mit DDR2-Speicher und PCI-Express-Unterstützung gleichzeitig für höhere Bandbreiten.
Der Xeon DP "Nocona" zeichnet sich neben Taktfrequenzsteigerungen, größeren Caches und dem SSE3-Befehlssatz durch die "Extended Memory 64 Technology" EM64T aus. Die Erweiterung der IA-32-Architektur lässt den Xeon DP wahlweise mit 32- oder 64-Bit-Betriebssystemen zusammenarbeiten. In einer 64-Bit-Umgebung soll EM64T aktuellen 16- und 32-Bit-Code ohne Performance-Verlust ausführen können. Dieses Verfahren der Register-Erweiterung auf 64 Bit führte AMD im April 2003 mit den Opteron-Prozessoren ein. Hintergründe über Intels zweite 64-Bit-Architektur neben dem Itanium können Sie in unserem Beitrag Sackgasse: Intel warnt vor 64 Bit mit Xeon nachlesen.
Um den steigenden Energiebedarf der Prozessoren zu zügeln, regelt der Nocona je nach CPU-Auslastung Taktfrequenz und Core-Spannung dynamisch. "Demand Based Switching" wählte Intel als Schlagwort für dieses von den Mobile-Prozessoren bekannte Verfahren. Den Energiespargedanken führt Intel auch als Argument für die Verwendung von DDR2-Speicher an. Gleichzeitig beendet der neue Speicher das Bandbreiten-Handikap des langsamen DDR266-SDRAMs bisheriger Xeon-Chipsätze.
tecCHANNEL informiert Sie in diesem Artikel über die Details des neuen Xeon DP sowie über die Funktion der 64-Bit-Erweiterung EM64T. Außerdem erläutern wir die Einzelheiten des dazu passenden Workstation-Chipsatzes E7525.
Xeon-Modelle im Überblick
Intel geht beim Xeon DP auf Nocona-Basis mit fünf Modellen von 2,80 bis 3,60 GHz Taktfrequenz an den Start. Der Prozessorbus arbeitet jeweils mit 800 MHz. Die bisherigen Xeon DPs mit Prestonia-Core und FSB400/533 bleiben weiterhin im Programm. Allen Xeon-Prozessoren gemein ist der Socket 604.
In der Tabelle finden Sie alle aktuellen Xeon-CPUs für Dual-Processing im Überblick.
Modell | Cache | FSB | Core |
|---|---|---|---|
| |||
Xeon 3,60 GHz | 1M L2 | 800 MHz | Nocona |
Xeon 3,40 GHz | 1M L2 | 800 MHz | Nocona |
Xeon 3,20 GHz | 1M L2 | 800 MHz | Nocona |
Xeon 3,20 GHz | 512K L2 / 2M L3 | 533 MHz | Prestonia |
Xeon 3,20 GHz | 512K L2 / 1M L3 | 533 MHz | Prestonia |
Xeon 3,06 GHz | 512K L2 / 1M L3 | 533 MHz | Prestonia |
Xeon 3,06 GHz | 512K L2 | 533 MHz | Prestonia |
Xeon 3,00 GHz | 1M L2 | 800 MHz | Nocona |
Xeon 3,00 GHz | 512K L2 | 400 MHz | Prestonia |
Xeon 2,80 GHz | 1M L2 | 800 MHz | Nocona |
Xeon 2,80 GHz | 512K L2 / 1M L3 | 533 MHz | Prestonia |
Xeon 2,80 GHz | 512K L2 | 533 MHz | Prestonia |
Xeon 2,80 GHz | 512K L2 | 400 MHz | Prestonia |
Xeon 2,66 GHz | 512K L2 | 533 MHz | Prestonia |
Xeon 2,60 GHz | 512K L2 | 400 MHz | Prestonia |
Xeon 2,40 GHz | 512K L2 / 1M L3 | 533 MHz | Prestonia |
Xeon 2,40 GHz | 512K L2 | 533 MHz | Prestonia |
Xeon 2,40 GHz | 512K L2 | 400 MHz | Prestonia |
Xeon 2,00 GHz | 512K L2 | 533 MHz | Prestonia |
Listenpreise
Hinsichtlich der Preise empfiehlt es sich, gelegentlich einen Blick auf die offiziellen Listen der CPU-Hersteller zu werfen. Bei AMDs Preisliste gab es am 01. Juni 2004 die letzten Änderungen. Intels Preisliste wurde am 28. Juni 2004 aktualisiert.
Modell | Taktfrequenz [MHz] | Preis [US-Dollar] |
|---|---|---|
Alle Preise in US-Dollar, bezogen auf eine Abnahmemenge von 1000 Stück. Stand: AMD-Preisliste vom 01.06.2004, Intel-Preisliste vom 28.06.2004. | ||
Xeon Nocona | ||
Xeon FSB800 | 2800 | 209 |
Xeon FSB800 | 3000 | 316 |
Xeon FSB800 | 3200 | 455 |
Xeon FSB800 | 3400 | 690 |
Xeon FSB800 | 3600 | 851 |
Xeon Prestonia | ||
Xeon FSB533 | 2000 | 198 |
Xeon FSB533 | 2400 | 198 |
Xeon 1M L3 FSB533 | 2400 | 256 |
Xeon FSB533 | 2660 | 209 |
Xeon FSB533 | 2800 | 256 |
Xeon 1M L3 FSB533 | 2800 | 316 |
Xeon FSB533 | 3066 | 316 |
Xeon 1M L3 FSB533 | 3066 | 455 |
Xeon 1M L3 FSB533 | 3200 | 690 |
Xeon 2M L3 FSB533 | 3200 | 1043 |
Opteron 1xx | ||
Opteron 140 | 1400 | 163 |
Opteron 140 EE | 1400 | 417 |
Opteron 142 | 1600 | 178 |
Opteron 144 | 1800 | 218 |
Opteron 146 | 2000 | 278 |
Opteron 146 HE | 2000 | 417 |
Opteron 148 | 2200 | 417 |
Opteron 150 | 2400 | 637 |
Opteron 2xx | ||
Opteron 240 | 1400 | 198 |
Opteron 240 EE | 1400 | 690 |
Opteron 242 | 1600 | 209 |
Opteron 244 | 1800 | 316 |
Opteron 246 | 2000 | 455 |
Opteron 246 HE | 2000 | 690 |
Opteron 248 | 2200 | 690 |
Opteron 250 | 2400 | 851 |
Die 1000er Preise in den Tabellen sind auch ein Anhaltspunkt für die deutschen/europäischen Endkundenpreise in Euro. Unter Berücksichtigung der Mehrwertsteuer und einer geringen Händlermarge ergibt sich annähernd der Endkundenpreis. Nachfolgend finden Sie einen Link zu preiswerten Anbietern.
Produkte | Info-Link |
|---|---|
| |
Prozessoren |
Details zum Nocona-Core
Die bisherigen Intel Xeon DPs für Single- und Dual-Prozessorsysteme basieren auf dem 130-nm-Prestonia-Core, der im Prinzip dem Northwood-Core des Pentium 4 entspricht. Die schnellste Prestonia-Variante arbeitet mit 3,20 GHz und verwendet einen 533 MHz schnellen FSB. Die CPUs unterstützen Hyper-Threading und sind mit einem 512 KByte großen L2-Cache ausgestattet. In den Topmodellen integrierte Intel zusätzlich einen 1 oder 2 MByte großen L3-Cache.
Der neue Xeon DP "Nocona" setzt auf den Prescott-Core aktueller Pentium-4-Prozessoren. Die Taktfrequenzen der in 90-nm-Technologie gefertigten Nocona-CPUs betragen zum Debüt 2,80, 3,00, 3,20, 3,40 und 3,60 GHz. Der FSB arbeitet mit 800 MHz. Der L1-Daten-Cache mit 16 KByte und die zweite Pufferstufe mit 1 MByte besitzen gegenüber dem Vorgänger das doppelte Fassungsvermögen. Auf einen L3-Cache müssen die 90-nm-Xeons allerdings verzichten. Durch Einsatz des Prescott-Cores können die Nocona-CPUs dafür auf ein verbessertes Hyper-Threading und Intels SSE3-Erweiterung mit 13 neuen Befehlen zurückgreifen.
Für eine Server-/Workstation-CPU ungewöhnlich ist das "Demand Based Switching" DBS des Noconas. Hinter dem Begriff verbirgt sich Intels Technologie Enhanced SpeedStep zum Energiesparen. Mit SpeedStep kann der Xeon DP die Taktfrequenz und Core-Spannung je nach CPU-Auslastung dynamisch anpassen. Im Dual-CPU-Betrieb muss dabei eine Synchronisation der Taktfrequenzreduzierung zwischen beiden Prozessoren erfolgen. Die minimale Taktfrequenz im SpeedStep-Modus liegt bei den Xeon-DP-Prozessoren voraussichtlich bei 2,80 GHz.
Intels 64-Bit EM64T-Architektur
Der 90-nm-Xeon-DP erhält als erste Intel-CPU die "Extended Memory 64 Technology" EM64T. Die zu AMDs 64-Bit-Register-Erweiterung kompatible Technologie erlaubt den Einsatz von 32- und 64-Bit-Betriebssystemen.
Um problemlos mit 32- und 64-Bit-Software agieren zu können, beherrscht der Xeon DP mit EM64T verschiedene Betriebsmodi: Legacy Mode, 64-Bit-Mode und Compatibility Mode. Findet der Xeon DP aktuelle 32-Bit-Betriebssysteme wie Windows XP vor, so arbeitet die CPU im so genannten Legacy-Mode. Der Xeon mit EM64T verhält sich dabei wie ein normaler x86-Prozessor und ist voll kompatibel zu vorhandenen 16- und 32-Bit-Betriebssystemen und -Anwendungen. Die 64-Bit-Features liegen dann brach.
Steht dem Nocona-Xeon dagegen ein 64-Bit-Betriebssystem zur Seite, schaltet die CPU in den IA-32e getauften Betriebsmodus. Der IA-32e Mode von Intels Extended Memory 64 Technology beinhaltet zwei Untermodi: den 64-Bit Mode und den Compatibility Mode. 64-Bit-Anwendungen arbeiten im entsprechenden 64-Bit Mode. Den Programmen steht somit auch der volle Adressraum mit einer Breite von 64 Bit zur Verfügung.
Der Compatibility Mode des Nocona erlaubt unter 64-Bit-Betriebssystemen eine binäre Kompatibilität mit vorhandenen 16- und 32-Bit-Anwendungen. Diese Programme müssen nicht neu kompiliert werden. Den 64 Bit großen Adressraum des Betriebssystems können diese aber nicht nutzen, sie bleiben auf 32 Bit beschränkt.
Die drei verschiedenen Betriebsmodi von Intels 64-Bit-Erweiterung entsprechen somit denen der AMD64-Architektur. Nur heißt der IA-32e Mode bei AMD Long Mode. Laut Intel arbeiten Applikationen, die für AMD64-Prozessoren geschrieben wurden, im Regelfall auch mit dem Xeon DP mit EM64T. Wie Intel weiter betont, unterscheidet sich die Intel-Architektur aber durch zusätzliche Features wie SSE3 und Hyper-Threading.
Aktivieren des IA-32e Mode
In welchem Betriebsmodus sich der Nocona-Prozessor befindet, wird über das globale Kontrollbit IA32_EFER.LMA sowie über zwei weitere Flags angezeigt. Steht das LMA-Bit auf 0, verhält sich der Nocona wie ein normaler x86-Prozessor. Arbeitet der Prozessor im 64 Bit breiten IA-32e Mode, ist das Read-only-Bit LMA auf 1 gesetzt.
Um den IA-32e Mode des Nocona-Xeons zu aktivieren, muss das Betriebssystem das LME-Bit (Long Mode Enable) aus dem Extended Feature Enable Register EFER aktivieren. Hierzu sind von der Software folgende Schritte durchzuführen:
Die IA-32e-Mode-Aktivierung kann nur im Real Mode und im Protected Mode ohne segmentierte Adressierung (non-paged) erfolgen.
Das Einschalten der physikalischen Adresserweiterung erfolgt durch Setzen des Control-Register-Bits CR4.PAE auf 1.
Aus dem Extended Feature Enable Register wird in Bit EFER.LME eine 1 geschrieben.
Die CPU befindet sich nun im 64 Bit breiten IA-32e Mode und kann je nach Applikation in seinen zwei Untermodi operieren. Die beiden CPU-Zustände 64-Bit und Compatibility Mode werden über zwei weitere Flags gewählt: Der CS-Descriptor legt fest, ob Anwendungen in der 64-Bit-Umgebung im Compatibility Mode mit 16 oder 32 Bit laufen oder den 64-Bit Mode nutzen.
Neue Register im 64-Bit Mode
Wenn der Xeon DP mit EM64T im 64-Bit Mode arbeitet, stehen dem Prozessor im Vergleich zum Legacy Mode folgende zusätzliche Features zur Verfügung:
64-Bit-Adressraum
Relative Datenadressierung mit 64-Bit-Offset
Registererweiterung der acht bisherigen GPRs auf 64 Bit Breite durch das Präfix R
Zusätzlich acht neue 64-Bit-GPRs R8 bis R15
Acht neue Register XMM8 bis XMM15 für SSE, SSE2 und SSE3
64-Bit-Befehlszeiger (RIP, Instruction Pointer)
Auf den vollen 64-Bit-Adressraum greift Intels Extended Memory 64 Technology nur über eine segmentierte Adressierung zu. Zudem ist die physikalische Adressbreite auf 52 Bit beschränkt. In der ersten Generation von Intels Prozessoren mit 64-Bit-Erweiterung implementiert Intel sogar nur einen 48 Bit breiten virtuellen Adressraum, und die physikalische Adressbreite ist auf 40 Bit beschränkt. Damit kann die CPU aber immerhin auf ein TByte Speicher zugreifen. Mit exakt den gleichen Einschränkungen betreibt AMD auch seine aktuellen Athlon-64- und Opteron-Prozessoren.
Anwendungen, die im Legacy oder Compatibility Mode laufen, stehen beim Nocona weiterhin nur die acht allgemeinen 32 Bit breiten Register EAX, EBX, ECX, EDX, EBP, ESI, EDI und ESP zur Verfügung. Arbeitet der Prozessor dagegen im 64-Bit Mode, erweitert die 64-Bit-Extensions-Architektur diese acht Register über den R-Präfix auf 64 Bit. Die verbreiterten Register erhalten die Bezeichnungen RAX bis RSP. Zusätzlich kann der Nocona im 64-Bit Mode auf acht neue ebenfalls 64 Bit breite GPRs (General Purpose Register) R8 bis R15 zugreifen. Auch in diesem Register-Handling stimmt die Intel-Erweiterung mit der AMD64-Architektur überein.
Für Fließkomma-Berechnungen wurde außerdem die Anzahl der acht 128 Bit breiten SIMD-Register durch XMM8 bis XMM15 verdoppelt. Davon profitiert allerdings nur der 64-Bit-Mode. Die XMM-Register können mit SSE, SSE2 und SSE3 genutzt werden.
Details zum E7525-Chipsatz
Intel stellt zusammen mit dem Xeon DP den Workstation-Chipsatz E7525 vor. Der unter dem Codenamen Tumwater bekannte Chipsatz tritt die Nachfolge des E7505 an. Mit dem E7525 feiern DDR2-Speicher und die PCI-Express-Schnittstelle ihr Debüt im Workstation-Segment.
Der E7525 für zwei FSB800-Prozessoren besitzt wie sein Vorgänger ein Dual-Channel-Speicher-Interface. Statt DDR266-SDRAM steuert Tumwater wahlweise DDR333- oder DDR2-400-SDRAM an. Die maximale Bandbreite steigt somit von 3,97 (DualDDR266) auf 4,97 (DualDDR333) beziehungsweise 5,96 GByte/s (DualDDR2-400). Trotz der höheren Bandbreite benötigt der DDR2-400-Speicher auf Grund seiner geringeren Betriebsspannung bis zu 40 Prozent weniger Energie als DDR333-SDRAM.
Pro Speicherkanal dürfen beim E7525 vier Registered DIMMs zum Einsatz kommen. Damit kann der Tumwater-Chipsatz insgesamt 16 GByte Arbeitsspeicher adressieren. Neben einer ECC-Unterstützung bietet der E7525 Schutz vor defekten Chips auf den Speichermodulen, sofern diese eine x4-Organisation besitzen. Intel bezeichnet die auch als Chipkill bekannte Funktion mit x4 SDDC (Single Device Data Correction). Außerdem erlaubt der E7525-Chipsatz ein "DIMM sparing". Bei Defekten in einem Modul kann der E7525 auf ein Reservemodul umschalten.
PCI Express für Erweiterungen
Bei Mainboards mit dem E7525 nimmt die Grafikkarte nicht mehr in einem AGP-Slot, sondern in einem PCI-Express-x16-Connector Platz. Zusätzlich steht eine konfigurierbare PCI-Express-x8-Schnittstelle zur Verfügung. Diese lässt sich von den OEMs auch als zwei x4-Segmente nutzen. Daran lässt sich beispielsweise der Bridge-Baustein Intel 6700 PXH anschließen - dieser bietet dann zwei PCI-X-Busse.
Für die Standardperipherie zeichnet beim E7525-Chipsatz der ICH5R verantwortlich. Die "Southbridge" kommuniziert über Intels Hub-Architektur mit dem Memory Controller Hub. Zum Repertoire des ICH5R zählen acht USB-2.0-Ports, zwei Serial-ATA- und zwei Ultra-ATA/100-Anschlüsse sowie ein 32-Bit-PCI-Bus.
Mainboards mit dem Workstation-Chipsatz E7525 unterstützen voraussichtlich auch eine FSB-Taktfrequenz von 533 MHz. Damit wird zusätzlich der Betrieb bisheriger Xeon DPs mit Prestonia-Core ermöglicht.
Fazit
Intel räumt mit dem neuen Workstation-Gespann Xeon DP "Nocona" und E7525-Chipsatz die Nachteile der in die Jahre gekommenen Vorgängerplattform aus dem Weg.
So bietet der Xeon DP mit EM64T nun die gleiche Flexibilität mit 32- und 64-Bit-Betriebssystemen und -Applikationen wie AMDs Opteron. Vorteile in der 64-Bit-Erweiterung sieht Intel hauptsächlich im größer adressierbaren Speicherbereich. Wenn gleichzeitig höchste Performance erforderlich ist, empfiehlt Intel nach wie vor den Itanium.
Für höhere Performance sorgt bei der neuen Xeon-Plattform vor allem die schnellere Speicheranbindung. Mit DDR266-SDRAM konnte der Vorgänger AMDs Opteron mit DDR400-Speicher bei speicherintensiven Anwendungen wenig entgegensetzen. Jetzt steht dem Xeon über den E7525-Chipsatz DDR2-400-SDRAM zu Verfügung. Mehr Leistung versprechen auch gesteigerte CPU-Taktfrequenzen sowie der SSE3-Befehlssatz.
Ob in der Praxis tatsächlich eine deutlich höhere Performance erreicht wird, können Sie bei tecCHANNEL nachlesen, sobald Intels Testsystem in unserem Labor eingetroffen ist.
Begrüßenswert ist Intels Schritt, den Xeon DP mit dem SpeedStep-Verfahren auszustatten. Bei Taktfrequenzen bis 3,60 GHz steigen die TDP-Werte des Prozessors auf über 110 Watt. Geringe Wärmeentwicklung und Stromsparen ist vor allem im Serverbereich von zunehmender Bedeutung. Hier entscheidet die Leistungsaufnahme über die maximalen Packungsdichten in Racks und in BladeServern.
Doch die Nocona-Server-Chipsätze E7320 und E7520 mit Codenamen "Lindenhurst" bietet Intel erst im dritten Quartal 2004 an. Diese bieten dann vor allem eine breitere PCI-Express-Anbindung. Bis dahin müssen die neuen Xeon DPs noch mit Workstations Vorlieb nehmen. (cvi)