tecLab-Report

12.03.2002 von Bernhard  Haluschak
Chipsatz- und Mainboard-Tests erfordern einen hohen technischen Aufwand. Stabilität, Kompatibilität und Performance sind die entscheidenden Kriterien. Viele Parameter lassen sich nur mit hochwertigem Mess-Equipment überprüfen.

Die wichtigsten Kriterien für einen Chipsatz sind Stabilität und Kompatibilität. Für diese beiden Disziplinen verwenden wir praxisnahe Konfigurationen und eine umfangreiche Auswahl an Benchmark-Programmen.

Je nach Anwendung sind bei den aktuellen Mainboard-Chipsätzen deutliche Unterschiede in der Performance messbar. Darüber hinaus sind Messungen unverzichtbar, die die Einhaltung der Standards überprüfen. Als beliebtes Tuning-Mittel erhöhen die Hersteller den FSB-Takt. Oft verursachen aber gerade entsprechende Abweichungen bei extremen Betriebsumgebungen Abstürze und Fehlfunktionen.

Messungen erlauben es gleichfalls, auftretende Performance-Probleme zu analysieren. Erweist sich zum Beispiel die Datentransferrate einer Festplatte an einem PCI-Festplatten-Controller als zu niedrig, können nur Messungen am PCI-und/oder am EIDE-Bus mit einem Logic Analyzer die Ursache aufdecken.

Überblick

Unser Testkonzept beruht auf Prüfungen der Performance, Stabilität und Kompatibilität. Dazu verwenden wir praxisnahe und synthetische Benchmarks und eine Vielzahl von Steckkarten. Zusätzlich hilft uns aufwendige Messtechnik, Fehlern auf die Spur zu kommen. Die prinzipielle Vorgehensweise für unseren Chipsatz-Test sieht wie folgt aus:

Wichtig ist uns die fehlerfreie Unterstützung von Prozessoren und Speichermodulen sowie das Zusammenspiel der Mainboards mit unterschiedlichsten Steckkarten und Peripheriegeräten. Um diese Kriterien zu überprüfen, verwenden wir unter Windows XP und Windows 98 SE für alle Testkandidaten je ein einheitlich vorkonfiguriertes System. In diesen Testumgebungen setzen wir eine praxisnahe Auswahl an Hardware ein.

Eine Liste der verwendeten Hardware für die Kompatibilitätsprüfung finden Sie geordnet nach Betriebssystemen und mit detaillierten Einzelinformationen im Abschnitt Testkonfiguration.

Systemleistung

Es sind vor allem klassische 2D-Anwendungen, wie zum Beispiel Word oder Excel, die Mainboards täglich ohne Absturz zu verarbeiten haben. Diese Programme profitieren hauptsächlich von der Performance des Prozessors und nicht von der Grafikkarte. Darüber hinaus belasten sie besonders den Speicherbus. Nur wenn der Chipsatz des Mainboards den Datenaustausch zwischen CPU, Systemspeicher und Steckkarten optimal koordiniert, sind hohe Leistungswerte zu erwarten. Ausschlaggebend ist selbstverständlich ein auf den Chipsatz gut abgestimmtes BIOS.

Die Systemleistung der Mainboards überprüfen wir unter Windows XP mit dem Benchmark-Paket SYSmark 2001 (mit installiertem BAPCo-Patch 3). Die System-Performance unter Windows 98 SE ermitteln wir mit dem SYSmark 2000 (mit installiertem BAPCo-Patch 5). Beide Benchmark-Suites entwickelte BAPCo (Business Applications Performance Corporation), ein Non-Profit-Konsortium aus bekannten Firmen wie: Adaptec, Compaq, Dell, HP, Intel, Microsoft, Motorola und NEC. Neben Teilergebnissen wird auch ein Gesamtergebnis aus den Testläufen ausgegeben.

Das Benchmark-Paket SYSmark2001 besteht aus vierzehn Applikationen, aufgeteilt auf zwei Benchmark-Szenarien, die je einen Performance-Wert ermitteln. Die Office-Produktivität überprüfen die Programme Word 2000, Excel 2000, PowerPoint 2000, Access 2000, Outlook 2000, Netscape Communicator 6.0, NaturallySpeaking Preferred V.5, WinZip 8.0 und McAfee VirusScan 5.13. Das Internet-Content-Creation-Ergebnis ergibt sich aus den Läufen von Photoshop 6.0, Premiere 6.0, Dreamweaver 4, Flash 5 und Media Encoder 7.

Der SYSmark2000 beinhaltet insgesamt nur zwölf Anwendungsprogramme. Zu den Applikationen zählen: CorelDRAW 9, Excel 2000, NaturallySpeaking Preferred 4.0, Netscape Communicator 4.61, Corel Paradox 9, Power Point 2000, Word 2000, Bryce 4, Elastic Reality 3.1, Photoshop 5.5, Premiere 5.1 und Media Encoder 4.0. Jede Anwendung liefert ein separates Teilergebnis.

Testläufe mit diesen Software-Suites lassen neben der Ermittlung der reinen Leistungswerte auch Aussagen zur Kompatibilität zu. Die Tests mit SYSmark2000/1 laufen jeweils bei 1024 x 768 Punkten und 32 Bit Farbtiefe.

Speicher-Performance

Wir überprüfen mit unserem Lowlevel-Benchmark tecMEM die Datentransferleistung des Mainboards bei Load-, Store- und Move-Operationen zwischen der CPU und dem Hauptspeicher. So lassen sich mit diesem Tool BIOS-Einstellungen auf optimale Speicher-Performance abgleichen. Gleichzeitig kann man anhand von Kurvenverläufen erkennen, ob das BIOS den L1- und L2-Cache sowie den Hauptspeicher optimal unterstützt.

Gute Dienste leistet hierbei unser Speicher-Oszilloskop LC564A von LeCroy, mit dem wir den Takt des Speichers und der CPU auf Einhaltung der Spezifikationen testen.

Bus-Performance

tecBus ermittelt durch die Kombination von DirectDraw mit einem Device-Treiber die Übertragungsrate, die sich bei Zugriffen der CPU auf das RAM einer Grafikkarte erzielen lässt. Das Ergebnis gibt Aufschluss darüber, wie gut es die Kombination von Prozessor und Chipsatz versteht, über den PCI- oder AGP-Bus abgewickelte Schreib- und Lesezugriffe zu optimieren. Dazu zählt zum Beispiel das Zusammenfassen sequenzieller Zugriffe zu einem Burst durch Write Combining der CPU und/oder den Schreibpuffer des Chipsatzes.

Um die Datentransferrate des AGP- und PCI-Busses zu ermitteln, verwenden wir die Leadtek Winfast GeFo ce3 TD und die PCI-Karte ELSA GLADIAC 511 PCI. Die Auflösung beträgt bei diesem Test 1024 x 768 Bildpunkte bei 32 Bit Farbtiefe. Zusätzlich überprüfen wir mit dem Logic Analyzer das Busprotokoll und das Timing-Verhalten.

Der Benchmark reserviert mittels DirectDraw einen Speicherbereich für eine nicht dargestellte (off-screen) Oberfläche im RAM der Grafikkarte. DirectDraw bindet diesen Speicherbereich via Memory Mapping in den 4-GByte-Adressraum des Prozessors ein. Um bei einem Multitasking-Betriebssystem wie Windows 2000 den potenziell störenden Einfluss anderer laufender Prozesse auszuschalten - und damit akkurate Messergebnisse zu liefern - hält der Benchmark das Betriebssystem während der Messung an. Er bedient sich dazu eines Treibers, der sämtliche Interrupts und insbesondere Task Switching während eines Benchmark-Laufs unterbindet. Der Benchmark misst dann mittels optimierter Messschleifen die mit 8-Bit- (LODSB, STOSB), 16-Bit- (LODSW, STOSW), 32-Bit- (LODSD, STOSD), 64-Bit-MMX- (MOVQ) und 128-Bit-SSE-Transfers (MOVDQU) erzielbaren Übertragungsraten zwischen CPU-Registern und der Off-screen-Oberfläche.

Da der Benchmark sich noch in der Evaluierungsphase befindet, können wir ihn zurzeit noch nicht zum Download anbieten.

Mit einem ATA/133-EIDE-RAID-Controller von ACARD (AEC6280) und einer Ultra-DMA/133-Festplatte (Maxtor D740X-6L) messen wir die Kopierleistung und die Burst-Transferrate. Auch diese Ergebnisse lassen Rückschlüsse auf die Leistungsfähigkeit des PCI-Busses zu. Zudem kontrollieren wir mit dem Logic Analyzer, ob der PCI-Bus Burstzyklen optimaler Länge ermöglicht.

SPEC CPU2000

Als zusätzliches Analyse-Instrument benutzen wir die Benchmark-Suite SPEC CPU2000 unter Windows XP. Das Benchmark-Paket verwendet Ganzzahlen- und Fließkomma-Programme und wird mit den Sourcecodes geliefert. Es handelt sich um Software, die realitätsnahe Aufgabenstellungen bearbeitet.

Jede einzelne Applikation des SPEC CPU2000 stellt bestimmte Anforderungen an CPU, Chipsatz und Hauptspeicher. Um die Leistungsfähigkeit eines Chipsatzes zu beurteilen, analysieren wir die Benchmarks, die besonders vom Hauptspeicher abhängig sind. Dazu zählen zum Beispiel die Fließkomma-Programme 179.art und 171.swim und bei den Ganzzahlen-Anwendungen 176.gcc. Vor jedem Testlauf ist Programm für Programm zu kompilieren. Wir testen mit den besten Compiler-Einstellungen für den Pentium 4 (-QxW), damit der Chipsatz voll gefordert wird.

Im SPEC-Komitee sitzen alle Prozessorhersteller, die im Workstation- und Serverbereich das Sagen haben - auch einige große PC-Hersteller sind dabei. Die SPEC regelt den Gebrauch ihrer Benchmarks genau und gibt exakt vor, in welcher Form die Ergebnisse an die Organisation zu melden sind. So müssen die verwendeten Compiler und die restliche Hard- und Software spätestens ein halbes Jahr nach dem Test für jedermann zu kaufen sein. Das schafft in der Theorie vergleichbare und faire Testbedingungen.

In der Praxis kompiliert jeder Hersteller die SPEC-Programme mit eigenen Parametern und selbst gewählten Compilern. Immerhin herrscht beispielsweise zwischen Intel und AMD Einigkeit, dass wohl Intel C++ 5.0 mit MS Visual Studio (für die Libraries) zusammen mit der MicroQuill Smartheap-Library die beste Voraussetzung für gute Integer-Benchmark-Resultate sind. Soll die FPU besonders gut zur Geltung kommen, setzen beide Kontrahenten auch noch Intel Fortran 5.0 ein. AMD nimmt zusätzlich Compaq Visual Fortran 6.5A in Anspruch.

Es ist zwischen dem Base-Rating und den Peek-Ergebnissen zu unterscheiden. Die 26 Programme des CPU2000-Pakets müssen in der Base-Wertung mit den gleichen Compiler-Parametern erzeugt werden. Das gilt jeweils für 12 Integer- und die 14 Fließkomma-Programme. Beim Peek-Rating dürfen die Hersteller jedes Programm speziell tunen.

3D-Tests

Besondere Leistungsansprüche an den Chipsatz eines Mainboards stellen die 3D-Benchmarks 3DMark2001/2000 Pro von MadOnion. Die mit Direct3D arbeitenden Programme verlangen einen störungsfreien und schnellen Datenaustausch zwischen CPU, RAM und Grafikkarte. Die Steuerung dieses Datenstroms regelt der Mainboard-Chipsatz mit entsprechend eingestelltem BIOS. Wir installieren DirectX 8.1 und deaktivieren für alle 3D-Tests die V-Synchronisation der Grafikkarte.

Da beide Benchmarks sehr speicherintensiv arbeiten und den AGP-Bus stark beanspruchen, ergeben sich aus den Testläufen gegebenenfalls Hinweise auf versteckte Kompatibilitäts- und Performance-Probleme.

Wir betreiben beide Benchmarks mit den Voreinstellungen und einer Auflösung von 1024 x 768 Bildpunkten bei einer Farbtiefe von 32 Bit.

Die 3D-Performance testen wir zusätzlich mit dem Spiel Unreal Tournament 4.36 mit Direct3D-Treiber. Das Programm profitiert sehr von einem schnellen Hauptspeicher-Interface. Das Spiel läuft in einer Auflösung von 1024 x 768 Bildpunkten bei 32 Bit Farbtiefe und High-Details. Zusätzlich lassen wir es mit der Einstellung Software-Rendering laufen. Den Unreal-Tournament-Benchmark starten wir über die integrierte Konsole mit dem Befehl: demoplay utbench.

OpenGL-Tests

Die OpenGL-Leistung testen wir unter Windows XP. Als Benchmarks verwenden wir die Suites SPECviewperf 6.1.2 und Indy 3D 3.0. Die Tests laufen mit einer Bildschirmauflösung von 1280 x 1204 Punkten und einer Desktop-Farbtiefe von 32 Bit.

Den Real-World-Benchmark SPECviewperf entwickelten IBM und andere Mitglieder des SPECCopc-Projekts wie SGI und Digital. Aus SPECviewperf 6.1.2 benutzen wir vier Programme, die besonders von der Hauptspeicher- und CPU-Performance profitieren. Dazu zählen DesignReview DRV-07, Data Explorer DX-06, Lightscape Visualization System Light-04 und medMCAD med-MCAD-01. Letzteres steht stellvertretend für MCAD-Applikationen wie Pro/ENGINEER von PTC und SolidWorks von SolidWorks Corp. Aus den Ergebnissen lassen sich Rückschlüsse auf die Leistungsfähigkeit des Memory-Controllers der einzelnen Chipsätze ziehen.

Darüber hinaus benutzen wir den synthetischen Benchmark Indy3D, Version 3.0, von Sense8. Er testet die drei wichtigsten Anwendungsgebiete für Grafikkarten im High-End-Bereich: CAD-Anwendungen, Animationen und Simulationen.

Die OpenGL-Performance testen wir zusätzlich mit dem Spiel Unreal Tournament 4.36 und dem Benchmark-Szenario utbench. Das Programm läuft in einer Auflösung von 1024 x 768 Bildpunkten bei 32 Bit Farbtiefe und Hardware-Rendering sowie High-Details-Einstellung. Es belastet primär den Hauptspeicher und die CPU. Der Performance-Wert des Spiels ist somit direkt von der Leistungsfähigkeit des Chipsatzes abhängig. Den Unreal-Tournament-Benchmark starten wir über die integrierte Konsole mit dem Befehl: demoplay utbench.

EIDE-Schnittstelle I

Die maximalen Transferraten der EIDE-Schnittstelle der getesteten Mainboards messen wir mit dem Lowlevel-Benchmark tecHD aus der tecBench-Suite unter Windows XP. tecHD ist eine Eigenentwicklung des tecCHANNEL-Labors und ein hardwarenaher Lowlevel-Benchmark, der die Leistung einer Festplatte weit gehend unabhängig von betriebssystemseitigen Optimierungen (etwa Caching) und Betriebssystem-Overhead (etwa NTFS-Filesystem) beurteilt. Der Benchmark nutzt die unter Windows XP verfügbaren Festplatten-Devices ("\\\\.\\PhysicalDrive0" etc.) im ungepufferten Betriebsmodus ("FILE_FLAG_NO_BUFFERING" im Aufruf von CreateFile), um möglichst nah am Festplattentreiber und damit direkt an der Hardware zu messen.

Mit tecHD überprüfen wir die Burstrate der EIDE-Schnittstelle unter Windows XP und Windows 98 SE. Als Testplatte dient eine IBM Deskstar IC35L040AVER07.

Das Ergebnis in MByte/s zeigt, wie gut der Chipsatz-Hersteller die Schnittstelle implementiert hat. Zudem kontrollieren wir das Übertragungsprotokoll und das Timing der Schnittstelle mit unserem Logic Analyzer TLA 704 von Tektronix.

EIDE-Schnittstelle II

Wie schnell die EIDE-Schnittstelle in der Praxis ist, ermitteln wir mit tecMark unter Windows XP und Windows 98 SE. Der Lese- und Schreibtest von tecMark wird durch die Funktionen ReadFile() und WriteFile() realisiert. Der Benchmark erzeugt dabei Dateien und liest/schreibt eine konfigurierbare Menge von Daten in diese beziehungsweise aus diesen Dateien. Um das typische Verhalten von Applikationen zu berücksichtigen, die nur in den seltensten Fällen größere Datenblöcke lesen oder schreiben, erfolgt der Datentransfer in Blöcken der Größe 8 KByte. Der Kopiertest von tecMark nutzt die Betriebssystemfunktion CopyFile().

Für tecMark verwenden wir ein 41 GByte großes EIDE-Laufwerk (IBM Deskstar IC35L040AVER07). Es ist dabei in vier FAT32-Partitionen mit je 7 GByte, 13 GByte, 1 GByte und 20 GByte Größe unterteilt. Angegeben ist die durchschnittliche Kopierrate (MByte/s) in der 1-GByte-Zone der Festplatte. Das entspricht einer mittleren Kopierleistung des Laufwerks.

Unter Windows XP testen wir zusätzlich die Kopierleistung und Burst-Transferrate mit einer SCSI-Festplatte Quantum ATLAS 10K II und dem SCSI-Host-Adapter Adaptec AHA-2940UW Pro. Die vier FAT32-Partitionen der 18-GByte-Platte sind je 6 GByte, 3 GByte, 1 GByte und 8 GByte groß. Die praxisnahe Kopierleistung wird auf der mittleren 1-GByte-Partition ermittelt.

Testkonfiguration

Wir testen alle Mainboards in einer exakt festgelegten Konfiguration. Bei den verwendeten Betriebssystemen handelt es sich um Windows 98 SE mit installiertem DirectX 8.1 und Windows XP. Die Windows-XP-Installation ist auf Performance optimiert und läuft mit der Classic-Oberfläche sowie deaktiviertem Powermanagement.

Bei der Installation der Testplattformen verwenden wir bei Mainboards mit VIA-Chipsatz zusätzlich das VIA-Service-Pack 4in1 Version 4.37v. Bei Mainboards, die auf Intel, SiS oder ALi-Chipsätzen basieren, spielen wir die aktuellen AGP- und IDE-Treiber der Chipsatz-Hersteller auf (Intel-Software Utility Version 3.20.1008 beziehungsweise SiS-AGP-Treiber Version 1.08).

Die Bildwiederholfrequenz beträgt bei Auflösungen bis 1280 x 1024 Punkte in allen Farbtiefen 85 Hz. Sämtliche Anwendungen laufen mit abgeschalteter V-Synchronisation und wenn möglich mit aktiviertem Sound.

Die Referenzplattformen für alle Mainboards sind genau definiert. Um unsere Testkonfigurationen für Sie transparent zu machen, finden Sie nachfolgend eine detaillierte Liste der verwendeten Komponenten und Treiberversionen. (hal)

Testkonfiguration Windows XP

Komponente

Daten

CPU

Pentium 4 2000 MHz

Chip:

Model 1, Stepping 2

CPU-/Microcode-ID

0F12 / 03

Grafikkarte 1

Leadtek WinFast GeForce3 TD

Grafikchip

NVIDIA GeForce3

Grafikspeicher

64 MByte DDR-SDRAM

BIOS

04.32.2001

Treiber

Detonator 23.11

Platine

Rev: B

Grafikkarte 2

ELSA GLADIAC 511 PCI

Grafikchip

NVIDIA GeForce2 MX 400

Grafikspeicher

32 MByte SDRAM

BIOS

3.11.01.24.51

Treiber

Detonator 23.11

Platine

0116

RAM 1

Corsair XMS2400

Kapazität

256 MByte

Typ

PC266 CAS=2,0

Chips

MT 46V16M8-75A

RAM 2

Wichmann WorkX AG

Kapazität

256 MByte

Typ

PC133 CAS=2,0

Chips

MT 48LC16M8A2-75b

RAM 3

KINGMAX

Kapazität

256 MByte

Typ

PC333 CAS=2,5

Chips

KDL684T4A2A-06

Soundkarte

Creative SoundBlaster PCI128

Soundchip

Creative EMU10k1

Schnittstelle

PCI 5V

Treiber

5.12.1.2065

Platine

2999 / CT4810

Netzwerkkarte

Level One FNC-0107TX (Realtek)

Typ

10/100Base Fast Ethernet

Chip

RTL8139B

Schnittstelle

PCI 5V

Treiber

5.397.823.2001

Platine

keine Angabe

SCSI-Controller

Adaptec AHA-2940UW Pro (Adaptec)

SCSI-Interface

UltraWide

Schnittstelle

PCI 5V

BIOS

V2.11.0

Treiber

V3.60

Platine

Revision C

EIDE-Controller

ACARD AEC6280

EIDE-Interface

ATA100/133

Schnittstelle

PCI 5V

BIOS

VER: 1.13

Treiber

V1.2

Platine

0133

Festplatte 1

Quantum Atlas 10K II (Quantum)

Modell

TY184L

Kapazität

18,4 GByte

Firmware

SDA40

Schnittstelle

UW-SCSI

Festplatte 2

IBM Deskstar (IBM)

Modell

IC35L040AVER07-0 / 7200 U/Min.

Kapazität

41,0 GByte

Firmware

keine Angabe

Schnittstelle

EIDE-UltraATA/100

Festplatte 3

Maxtor DiamondMax D740X (Maxtor)

Modell

6L040J2

Kapazität

40,0 GByte

Firmware

A9305

Schnittstelle

EIDE-UltraATA/133

CD-ROM-Laufwerk

LITE-ON LTN-382

Geschwindigkeit

40x

Firmware

keine Angabe

Schnittstelle

EIDE-UltraATA/33

Diskettenlaufwerk

Teac FD-235HF

Kapazität

1,44 MByte

Netzteil

Delta Electronics

Modell

DPS-300KB-1A

Ausgangsleistung

300 Watt

Format

ATX

Tastatur

Cherry RS 6000 M

Schnittstelle

PS/2

Maus

Logitech M-S35

Schnittstelle

PS/2

Testkonfiguration Windows 98 SE

Komponente

Daten

CPU

Pentium 4 2000 MHz

Chip

Model 1, Stepping 2

CPU-/Microcode-ID

0F12 / 03

Grafikkarte

ATI RADEON 8500

Grafikchip

RADEON 8500

Grafikspeicher

64 MByte DDR-SDRAM

BIOS

1.009

Treiber

4.13.7206

Platine

keine Angabe

RAM 1

Corsair XMS2400

Kapazität

256 MByte

Typ

PC266 CAS=2,0

Chips

MT 46V16M8-75A

RAM 2

Wichmann WorkX AG

Kapazität

256 MByte

Typ

PC133 CAS=2,0

Chips

MT 48LC16M8A2-75b

Soundkarte

Highscreen Acustik 4

Soundchip

CMI8738PCI-SX

Schnittstelle

PCI 5V

Treiber

5.12.01.0629a

Platine

Rev B

Netzwerkkarte

3Com 3C905B-TX

Typ

10/100Base Fast Ethernet

Chip

3Com-40-0483-004

Schnittstelle

PCI 5V

Treiber

4.08.00.0000

Platine

Rev A

Festplatte

IBM Deskstar (IBM)

Modell

IC35L040AVER07-0 / 7200 U/Min.

Kapazität

41,0 GByte

Firmware

keine Angabe

Schnittstelle

EIDE-UltraATA/100

CD-ROM-Laufwerk

Pioneer DVD-303S-A

Geschwindigkeit

6x DVD /32x CD-ROM

Firmware

1.09

Schnittstelle

UltraSCSI

Diskettenlaufwerk

Teac FD-235HF

Kapazität

1,44 MByte

Netzteil

ENERMAX EG365P-VE

Ausgangsleistung

350 Watt

Format

ATX

Tastatur

Cherry RS 6000 M

Schnittstelle

PS/2

Maus

Logitech M-S35

Schnittstelle

PS/2