Intel® Pentium® Pro — 25 лет: ближайший общий предок11.11.2020 14:17

Возможно, мне следовало написать эту статью месяцем раньше, ведь именно 1 ноября 1995 года увидел свет новейший процессор Intel® для серверов и рабочих станций — Pentium® Pro, со временем ставший легендой. Если исходить из названия, можно подумать, что это всего лишь продвинутая версия старого доброго Пентиума, на тот момент только начавшего входить в мейнстрим-сегмент.

Прогресс в те дни шел стремительными шагами, а не как сейчас — ползет, словно раненая улитка. Новый «камень» обладал таким количеством инноваций, что ни до, ни после него не найдется способного с ним сравниться. Впрочем, легендарным его сделало не это. Легендой он стал благодаря тому, что несмотря на то, что слышали о нем очень многие, увидеть процессор вживую довелось не всем.
Причина тому проста: все это время линейка развивалась параллельно классическому Pentium®. Да, позже были Pentium® II Xeon®, Pentium® III Xeon®, далее просто Xeon®, но все они основывались на той же микроархитектуре, что и современные им настольные процессоры, не отличаясь от них принципиально.

Пожалуй, только Itanium® был столь же «оторван от народа». Хотя топовые настольные компьютеры (особенно брендовые) на базе этих процессоров выпускались, в домашнюю среду попадали они нечасто, и даже не из-за цены. Большинство из них работали под управлением Windows NT или OS/2, не слишком востребованных у простых пользователей.

Ставить же Windows 95 не имело большого смысла — Pentium® Pro был первым процессором, оптимизированным для выполнения именно 32-битного кода, и в 16-битных приложениях показывал весьма скромные результаты. Впрочем, тестов в тексте не будет — будет много букв и красивых картинок.

Немного мифологии

Пожалуй, в этом месте стоит отвлечься и вернуться в начало нулевых, когда герой статьи был уже немолод (это сейчас мы можем спокойно лет 5–7 просидеть без замены процессора, а тогда средний срок актуальности платформы составлял 2–3 года). Примерно в это время я впервые услышал о Pentium® Pro и немало удивился. Крутой по описанию процессор показался мне странным, ведь на тот момент я не знал всей последовательности истории его создания.

У него не было поддержки MMX, платформы для него поддерживали только FPM DRAM (Fast Page Mode Random Access Memory) и EDO DRAM (Extended Data Out Random Access Memory). Для меня тогда это были просто «симмы», про DIMM c FPM и EDO чипами я тогда не знал. Такие платформы не умели работать с дисковыми накопителями даже в режиме UDMA/33. Хотя все это было у обычных (ключевое слово — «поздних») Пентиумов. Про отсутствие AGP я уже молчу.

В итоге главный миф, связанный с юбиляром, состоит в том, что Intel будто бы «зажала» MMX и снабдила свой топовый процессор откровенно слабой платформой. Если же рассмотреть факты пристальным взглядом историка техники, то выглядит все иначе.

Пачка фактов

Прежде чем обратиться к истории, взглянем фактам о нашем герое в лицо.

Официальные спецификации:

Частота — от 150 до 200 МГц. Существовали также инженерные образцы на 133 МГц и «овердрайв» (о нем будет сказано отдельно) на 333 МГц.
Частота системной шины — 60 МГц (на моделях 150 и 180 МГц) или 66 МГц (все остальные).
Кэш L1 — 16 КБайт.
Кэш L2 — 256, 512 или 1024 КБайт, работающий со скоростью ядра.
Техпроцесс — 0.6 (133 МГц), 0.5 (150 МГц) или 0.35 (166–200 МГц) мкм для ядра, 0.5 (256 КБайт) или 0.35 (512 КБайт) для кэша L2.
Разъем — Socket 8 (387 контактов SPGA, часть контактов расположена в шахматном порядке), керамический или пластиковый (для модели 200 МГц с 1024 КБайт кэша) корпус.

Но это лишь сухие цифры. Давайте пройдемся по более занимательным фактам:

На данный момент (ноябрь 2020 года) это физически самый большой x86-процессор. Размеры корпуса составляют аж 63×68 мм. Это больше, чем Intel® Xeon® Scalable и AMD EPYC/Ryzen™ Threadripper™.
Это первый х86-процессор с полноскоростным L2-кэшем, связанным с ядром отдельной шиной (Pentium 60/66 формально имели полноскоростной кэш, но он располагался на системной шине вне корпуса процессора).
Это первый х86-процессор со встроенным (в корпус) L2-кэшем.
Это первый х86-процессор с мультичиповой компоновкой: в одном корпусе были расположены кристаллы ядра и кэша, причем в топовой версии использовалось 2 кристалла кэша.
Не совсем про процессор, но про чипсет для него: первая х86-система с многоканальной оперативной памятью (чипсеты 450KX/GX поддерживали FPM память с 2 или 4-way Interleave).
Первый х86-процессор с внеочередным исполнением команд (Out-of-order execution).
И наконец, самое важное: это первый x86-процессор Intel с RISC-ядром и трансляцией нативных команд х86 в микрокоды (компания NexGen на год опередила Intel, представив свой Nx586 в 1994 году).

За исключением микроархитектуры NetBurst (Pentium® 4/Pentium® D) и потомков Atom®, все остальные х86-процессоры Intel® являются прямым (хотя и очень серьезным) развитием именно ядра P6, примененного в Pentium® Pro. Этот факт вместе с последним пунктом списка и позволяют назвать его «общим предком» большинства современных CPU производства Intel®.

Крупные инновации были и после: многоядерность, переход на 64-битную архитектуру. Но ключевыми моментами, давшими х86 архитектуру доступ в сегмент «тяжелой техники» — серверов и рабочих станций, был именно переход на внутреннее RISC-ядро и внедрение Out-of-order execution.

Основное блюдо — история

Одна из задач истории — развеять мифы. Этим мы и займемся. Итак, на дворе осень 1995 года. 486 процессор еще не устарел — последние новые процессоры от Intel® (486DX4–100) и чипсеты вышли полтора года назад, AMD обновила свой 5×86 (не путать с К5, который был уже аналогом Penitum®!) совсем недавно. Многие еще используют 386 и более ранние машины. Pentium® кажется вершиной прогресса — суперскалярная архитектура, 64-битная внешняя шина. Только в июне вышла 133 МГц модель, настоящий Hi End. Никакого еще MMX, процессоры с ним выйдет только в 1997 году.

Топовый чипсет на тот момент — 430NX (Neptune, 4–5 чипов) — поддерживает до 512 Мбайт FPM памяти с контролем четности, но без механизма коррекции ошибок ECC, позволяет объединить на одной плате до двух процессоров, поддерживает шины PCI и EISA (опционально). И при этом все еще не имеет собственного контроллера IDE (наверное, не так и страшно — все равно серьезные машины делались со SCSI).

Лишь в январе 1995 года появился чипсет для Pentium® среднего уровня — 430FX (Triton I, 2 чипа, до 128 МБайт FPM/EDO памяти, из них только 64 кэшируемых, IDE максимум PIO4 со скоростью до 16.6 МБайт/сек). И все же, цены на Pentium-машины еще очень высоки.

Характеристики и цены

И вот 1 ноября Intel являет свету нашего героя. Частоты — вплоть до поражающих воображение 200 МГц (были представлены вариант на 150, 180 и 200 МГц с 256 КБайт кэша), кэш переехал с материнской платы в корпус процессора (но, пока еще на отдельном кристалле). Быстрее был только Digital (DEC) Alpha 21164, который успел достичь невероятных 333 МГц в октябре того же года, но и цена на него была намного выше.

Это был уже настоящий RISC для рабочих станций высочайшего уровня. Но и у Pentium Pro цены были отнюдь не для эконом-класса — от $974 до $1325 в партиях от 1000 штук. Появившиеся позже модели с большими объемами кэша стоили еще дороже — вплоть до $2675 за модель с 1 МБайт кэшем.

Не менее интересными были и сопутствующие чипсеты — 450KX (Mars) и 450GX (Orion). Mars поддерживал 2 процессора и до 1 ГБайт двухканальной FPM памяти с EСС и был рассчитан на рабочие станции. Orion метил на серверный рынок и поддерживал уже 4 процессора (официально) и до 8 ГБайт оперативной памяти в четырех каналах.

Оба чипсета могли работать с памятью в многоканальном режиме, налагая при этом определенные ограничения на подбор памяти — для активации двухканального режима требовалось 4 SIMM или 2 DIMM модуля, для четырехканального — 8 SIMM или 4 DIMM.

Обратите внимание, что DIMM не значит SDRAM, в таком формате бывали и исконно «симмовые» FPM. Как видите, характеристики более чем на уровне — из новомодных фишек не было лишь поддержки EDO, и то — фактически EDO память работает как минимум на части плат, естественно с производительностью обычной FPM. Таким образом, миф об отсталости платформы в части поддержки памяти и внешних шин, на мой взгляд, развеян.

Чипсеты: корпорация монстров

Сами чипсеты были монструозны — стандартный комплект включал в себя не привычных два чипа, а целых… восемь. Пересчитаем? Мост шины PCI — раз, контроллер памяти из двух микросхем (DRAM Control и Data Path) — два и три, четыре чипа физического интерфейса памяти (уже 7) и классический южный мост PIIX — восемь! Такой комплект, например, размещался на первой плате, анонсированной Intel для новых процессоров, — Intel® Performance/AU «Aurora».

Это была одна из первых (по моим подсчетам — вторая после Intel® Advanced/ATX «Thor» на i430FX) плат в новом форм-факторе ATX. На полноразмерную плату все это «добро» еле поместилось, оставив место только для четырех слотов памяти. И это стандартный комплект. Каждый контроллер памяти набора 450GX поддерживал до 4 ГБайт памяти, для поддержки полного объема нужно было добавить еще один контроллер и физические интерфейсы для него — еще плюс шесть микросхем. Итого — четырнадцать!

Некоторые компании, вскоре представили сервер с шестью и даже восемью процессорами — ALR Revolutoin 6×6 (он же продавался под марками Unisys и Gateway 2000), Axil Northbridge, NCR OctaScale. NCR и Corollary представили свои наборы микросхем (возможно, расширений для чипсетов Intel® — пока мне не удалось найти информацию о них) для реализации восьмипроцессорных машин.

Причем Corollary представила знаменитый Profusion, который во многих источниках путают с Intel 450NX — это разные продукты. 450NX поддерживал до четырех процессоров Pentium® II/III Xeon®, Profusion — до восьми. К моменту выхода Xeon® Corollary уже принадлежала Intel, но это уже совсем другая история.

Апдейты

В 1996 году подоспело обновление — появились модели с 512 КБайт кэша и новый чипсет — Intel 440FX, замена прежнего 450KX. Принципиальных новшеств в нем было всего два: поддержка EDO/BEDO памяти и шины USB (реализована не во всех платах), при этом контроллер памяти лишился многоканального режима работы. Но важнее было другое — сниженная стоимость плат на основе нового набора, ведь он размещался «всего» в трех чипах:

Data Bus Accelerator,
PCI and Memory Controller,
Южный мост PIIX3.

«Большим» серверам обновление не полагалось (и не очень нужно было!) — 450 чипсет в слегка обновленном варианте NX достался и новым Xeon®.

Обратите внимание, что функционально новый 440FX оказался близок к верхнеуровневому 430HX для Pentium®. В то время как более простой 430VX получил поддержку SDRAM, но производительности ему это не прибавило. В апреле того же года компания VIA Technologies объявила о своих планах по выпуску чипсета Apollo (690) с поддержкой SDRAM, но известна лишь одна модель платы, выпущенная на нем, не увидевшая крупносерийного производства. Мне пока не удалось найти даже ее фото.

О поддержке Pentium® Pro заявляли и другие, многочисленные в то время, производители чипсетов, но все эти наборы микросхем были выпущены уже после анонса Pentium® II, и все платы на них производились уже с разъемом Slot1. Причина проста: Pentium® Pro так и остался в верхнем сегменте рынка и более бюджетные наборы чипов для него не были интересны целевой аудитории.

Пришествие Pentium® II

И вот, грянул богатый на события 1997 год. В январе появились новые Pentium® MMX для мультимедийных ПК и новый чипсет 430TX (с более адекватной поддержкой SDRAM, чем VX, но все равно не умеющий кэшировать более 64 МБайт памяти, что однозначно указывало на его нишу). Также процессоры лишились поддержки SMP (некоторые источники утверждают, что она все же имелась в процессорах с частотой до 166 МГц).

Спустя несколько месяцев, в мае, увидел свет и новый Pentium® II (ядро Klamath) — с поддержкой MMX и несколько более высокими частотами. Что немаловажно, он демонстрировал куда более высокую производительность при выполнении привычного 16-битный кода. При этом для снижения стоимости он получил новую компоновку, картридж SECC, внутри которого располагалась печатная плата с распаянным ядром процессора и микросхемами кэш-памяти.

Объем кэша сохранили на уровне 512 КБайт, как у последних на тот момент Pentium® Pro, но скорость урезали до половины частоты ядра. Кэшируемый объем ОЗУ составлял 512 МБайт в первых Pentium® II против 4 ГБайт в Pentium® Pro и более поздних Pentium® II на ядре Deschutes.

Ограничена в новом процессоре и поддержка многопроцессорных конфигураций — максимальное количество процессоров в системе равнялось двум. Также от Pentium® Pro в наследство он получил только один чипсет — 440FX. С одной стороны, казалось, что песенка Pentium® Pro спета, с другой — в его истории оставалась какая-то недосказанность.

В августе 1997 года Intel выпускает сразу два связанных продукта, отнюдь не предназначенных для совместного использования. Первым был чипсет 440LX, принесший полноценную поддержку SDRAM (поддержка EDO осталась, но максимальный объем памяти уменьшился вдвое — до 512 МБайт!), быстрых дисков UDMA/33 и новую шину для видеокарт — AGP.

С нашим героем теоретически работать он мог (шина обновилась незначительно — 66 МГц GTL+ вместо 60/66 МГц GTL), но практически не было выпущено плат с разъемом Socket 8, не была реализована производителями плат программная поддержка Pentium Pro с переходником Slot1-Socket8. Это сделали гораздо позднее энтузиасты ретросистем.

Встречайте: Pentium® Pro

Вторым продуктом августа был… новый Pentium® Pro! Тот самый вожделенный многими вариант на 200 МГц с 1 МБайт кэша L2. Он получил новый пластиковый корпус, содержащий целых три чипа, два из которых были кристаллами с 512 КБайт кэш-памяти. Он же стал самым горячим х86-процессором на тот момент — целых 47 Вт TDP! Поддержки MMX при этом он не получил.

Таким маневром Intel развела процессоры по нишам — универсальный вариант Pentium® II, бюджетный Pentium® MMX (после его сменил Intel® Celeron) и серверный Pentium® Pro (о рабочих станциях речи почти не шло — во многих случаях Pentium® II стал предпочтительнее, лишь когда не хватало 512 МБайт ОЗУ, он не мог заменить предшественника).

Таким образом, наш герой оставался «королем» х86-мира еще почти год — до апреля 1998 года, когда появился его настоящий наследник Pentium® II Xeon® — с полноскоростным кэшем (от 512 КБайт до 2 МБайт), более быстрой 100 МГц шиной и, конечно, новыми чипсетами. Но финал истории Pentium® Pro еще не сыгран.

Лицевая сторона процессора Intel® Pentium® II OverDrive™

Оборотная сторона процессора Intel® Pentium® II OverDrive™
12 июня 1997 года был запущен в эксплуатацию суперкомпьютер ASCI Red, базировавшийся на множестве серверов с процессорами Pentium Pro, объединенных в кластер. Спустя время, 10 августа 1998 года, появился последний процессор для разъема Socket 8, созданный специально для обновления этой системы. Ему дали имя Pentium® II OverDrive™, и это был последний «OverDrive», выпущенный Intel.

Процессор был выпущен ограниченной серией, часть которой поступила в широкую продажу. В основе лежало ядро Deschutes, работавшее на частоте 333 МГц, компанию ему составили 512 КБайт полноскоростного кэша от Pentium® II Xeon®. Это было специализированное компромиссное решение с очень оригинальной компоновкой — на небольшой плате размещались ядро, кэш и модуль VRM, понижавший питание со стандартных для Pentium Pro 3.1–3.3 В до 2.0 В, необходимых для Deschutes.

Снизу платы размещался пластиковый ответный коннектор с 387 ножками. От Pentium® II он унаследовал поддержку инструкций MMX и ограничение на максимальное число процессоров в одной системе, но заказчику этого было достаточно — ASCI Red состоял из двухпроцессорных модулей. Именно на этом заканчивается история Pentium Pro как платформы.

В руках коллекционера

Мне сложно сказать, когда герой этой статьи перешел из разряда устаревшей техники в область интересов коллекционеров ретро-техники. Свою коллекцию я начинал в далеком 2008 году. Возможно, кому-то из вас известно имя «Digital Vintage». Первоначально я занимался исключительно мобильной техникой, а благодаря сотрудничеству с Selectel появилась возможность разместить и полноразмерные экспонаты.

Уже тогда найти эти машины было непросто, хотя и отдавались они часто по символическим ценам. Свои поиски я начал три года назад, к этому времени уже считалось, что «каждый уважающий себя коллекционер» должен иметь в коллекции хотя бы процессор.

Обзавестись процессорами не составило проблем, а вот с платформой долгое время мне не очень везло — я пропустил несколько интересных объявлений о продаже комплектных машин и материнских плат. Аура легенды, сравнительно небольшое количество выпущенных компонентов и красота керамического процессора с золотой крышкой сыграли злую шутку — многие выдирали из старых машин только процессор, а остальное отправлялось на утилизацию.

Лишь этим летом мне досталась «Венера» — плата Intel® Performance/VS «Venus», а чуть позже и ранняя «Аврора» — Intel® Performance/AU «Aurora», упомянутая ранее. На их основе собраны две машины (на радостях я придумал собственный самосбор-бренд «SERVERGHOST» в честь моего первого домашнего сервера). Оба компьютера собраны из аутентичных компонентов тех лет и укомплектованы соответствующим программным обеспечением — «притворяются» рабочим местом разработчика под Windows NT и OS/2 Warp соответственно. Также для фотосессии удалось одолжить у коллеги по увлечению редчайший Pentium® II OverDrive™.

Характеристики двух ретромашин:

«Ранняя» машина — SERVERGHOST Constellation P6/SE Big Tower:

Intel® Pentium® Pro 180 МГц с 256 КБайт L2 кэша.
Intel® Performance/AU «Aurora» на основе чипсета Intel 450KX.
128 МБайт ОЗУ (4×32 МБайт SIMM).
Adaptec AHA-2940U контроллер SCSI.
2.1 ГБайт жесткий диск Quantum SCSI.
Видеокарта 4 МБайт Matrox Millennium.
Звуковая карта на чипе Yamaha.
Сетевая плата Intel Pro/100 PCI.
8x CD-ROM LG со слотовой загрузкой.
Установлена OS/2 Warp 3.0 (Connect), среда разработки Sybil 2.0 и набор ПО «на каждый день».

«Поздняя» машина — SERVERGHOST Constellation P6/SE Desktop:

Intel® Pentium® Pro 200 МГц с 256 КБайт L2 кэша.
Intel® Performance/VS «Venus» на основе чипсета Intel 440FX (также известна как Intel VS440FX).
128 МБайт ОЗУ (4×32 МБайт SIMM).
BusLogic Flashpoint LT контроллер SCSI.
4.3 ГБайт жесткий диск Seagate SCSI (7200 rpm).
Видеокарта 4 МБайт Matrox Millennium.
Звуковая карта Creative Sound Blaster 16 PnP ISA
Сетевая плата Intel® Pro/100 PCI.
12x CD-ROM Vuego.
Установлена Windows NT 4.0 Workstation, среда разработки Delphi 3 и набор ПО «на каждый день».

В планах — сборка двухпроцессорной машины (плата в процессе поиска) и приобретение четырехпроцессорного сервера или, если повезет, ALR 6×6.

Естественно, о каком-либо повседневном использовании этих машин речи уже давно не идет — выйти в интернет можно, но доступны для просмотра лишь немногие сайты, особенно если использовать аутентичное ПО. Главную проблему создает обилие JavaScript и современные алгоритмы шифрования, которые Netscape 1996 года не поддерживает.

Офисное ПО тех лет вполне функционально, но, конечно, не имеет никаких облачных функций, 3D-графика в зачаточном виде, просмотр видео доступен, но с большими ограничениями — тот же DivX или MPEG-2 эти машины не вытягивают. А вот музыку слушать можно, даже параллельно с выполнением других задач. В серверном варианте вполне можно реализовать веб-сервер, но эффективен он будет, пожалуй, только при размещении веб-сайта в ретростиле и с минимумом динамических страниц.

Вместо заключения

К сожалению, статус легенды не продлевает активной жизни своему обладателю и не помогает сохранить эту легенду в комплектном виде. Ретрокомпьютинг (и особенно ретрогейминг) сейчас входит в моду, поднимая цены на старое железо до неприличных. Но если «игровое» железо сравнительно распространено и не так сложно в поиске (хотя цены иногда совсем неадекватны), то «тяжелую» технику найти на порядок сложнее.

В 90-е не так много компаний могли позволить себе серьезные рабочие станции и серверы, а после срока службы многое было не утащено домой (ибо дома часто было бесполезно), а утилизировано. И все же, дело «хеви-ретро» живет и, надеюсь, будет жить!