Le CPU non sono tutte ugualiIntel Pentium, Cyrix 6x86, AMD K5, AMD 5x86Fra le CPU di classe Pentium, anche all'interno della predominante e vasta gamma Intel, ci sono diverse caratteristiche solo apparentemente secondarie che vanno considerate prima dell'acquisto e durante il montaggio e la configurazione della scheda madre. di Andrea Nenni
Nella famiglia attuale che lavora tutta a 3,3V sono impiegati due diversi processi produttivi entrambi a quattro strati(layer), il piu' vecchio da 0,6 micron che e' stato utilizzato per le CPU da 75,90,100 e 120MHz e il piu' moderno da 0,35 che viene impiegato per i modelli da 120,133,150,166 e 200MHz. All'interno di queste due processi, come dovrebbe essere gia' noto, esiste in realtà un solo prodotto e il clock di targa viene assegnato in base alla qualita' dei chip prodotti; il modello da 120Mhz fa da ponte fra le famiglie provenendo sia dalla fascia bassa di quella 0,35 (sopratutto all'introduzione di questa tecnologia poco piu' di un anno fa) che dalla fascia alta di quello a 0,6 (la maggioranza dei casi, visto l'affinamento del processo produttivo e la progressiva eliminazione dei modelli da 90,75 e 100MHz).  Come si vede chiaramente dalla figura il processo maggiormente miniaturizzato oltre a permettere frequenze di clock piu' elevate riduce anche notevolmente le dimensioni fisiche del die ed aumenta quindi la resa dei wafer di silicio.Per produrre alcune decine di milioni di CPU Intel pero' impiega diversi stabilimenti sparsi su tutto il globo e anche all'interno di questi le linee produttive sono spesso diverse e vengono aggiornate gradualmente ma frequentemente per stare al passo con la tecnologia e mantenere i livelli produttivi necessari; da questo uso di tecnologie e macchinari etereogenei risultano quindi delle specifiche sui processori necessariamente non del tutto omogenee. A questo proposito l'aspetto piu' importante da considerare per il corretto funzionamento e' la tensione di alimentazione del microprocessore che deve necessariamente ricadere nel range prescritto: valori inferiori e superiori possono entrambi causare malfunzionamenti ma quelli superiori possono anche essere causa di danni permanenti. Il valore tipico di 3,3 Volt, presente su tutte le schede madri Pentium di seconda generazione, e' compreso molto spesso ma non sempre nell'intervallo di tensione valido quindi e' necessario capire come stabilire i valori corretti a partire dalle sigle stampate sul package; e' poi preferibile scegliere il valore minore fra quelli disponibili ed adatti alla CPU per ottenere un minor riscaldamento della stessa. Per i processori recenti e' facile, basta guardare sotto il processore fra i pin e cercare la sigla identificativa del modello con due lettere e tre cifre che e' riportata anche sopra (es. SY023) ma che sotto e' seguita da una barra e da tre lettere (es. /SSS); la prima di queste tre identifica il voltaggio, 3,135-3,6V se 'S' (la maggioranza) e 3,4-3,6V se 'V' (tutti i 200 e 166MHz prodotti fino ad oggi e principalmente diversi 120 e qualche vecchio 100). Altrimenti occorre consultare lo spezzone con la lunga tabella di modelli tratto dalla Pentium FAQ disponibile sul sito Intel, per chiaririvi meglio le idee sulle varie sigle presenti sul case potete anche consultare una vasta serie di esempi (peraltro non perfetti) tratti dallo stesso documento. Sempre nello stesso documento e' indicato il possibile impiego dei Pentium in configurazione singola (type 0, codice /xxU sotto la CPU), Dual Processor (type 2) o entrambe (type 0 or 2, codice /xxS). La configurazione Dual Processor e' comunque sconsigliabile a causa del modesto incremento prestazionale che si ottiene con questa economica architettura che utilizza una cache esterna condivisa ed e' realizzata con i chipset Pentium standard Intel Neptune e il piu' recenteTriton HX; l'architettura SMP (Symmetric Multi Processing) al contrario adotta cache di secondo livello distinte per ogni processore e una sofisticata gestione della coerenza delle memorie e dell'arbitraggio di accesso al bus e con l'uso di sistemi operativi adatti consente guadagni in potenza di calcolo quasi lineari. SMP in passato e' stato implementato solo con chipset proprietari dai grossi costruttori nei loro server 486 o Pentium (in quest'ultimo caso bastano CPU standard non previste per il Dual Pentium); oggi invece su piattaforma Pentium Pro i chipset Intel Orion 450KX e Natoma 440FX e probabilmente altri a venire anche da altri costruttori offrono delle implementazioni standard di massa e quindi economiche, sia pur con qualche problema non trascurabile nelle prime versioni. La piattaforma Pentium Pro e' pero' destinata a cambiare profondamente nella prima meta' del 97 con l'uscita del nuovo modello con MMX che pare sara' realizzato con un nuovo modulo multichip su schedina e quindi fisicamente incompatibile; fino ad allora il prodotto sara' impronibile e sconsigliabile per il mercato di massa e non mi ci soffermero' quindi ulteriormente. Tornando alla tabella dei Pentium trovate anche delle versioni realizzate con il package TCP, che viene impiegato esclusivamente nei portatili ed e' un'alternativa piu' compatta ed efficiente come dispersione termica al classico PQFP con piedini laterali a saldare utilizzato fino ai 486 e tutt'ora impiegato per quasi tutti gli altri integrati con un pin count ridotto (chipset, chip video, audio,ecc). Ci sono poi anche dei modelli VRT (Voltage Reduction Technology), un'altra tecnologia usata per i portatili a causa del piu' basso consumo e riscaldamento, con l'I/O a 3,3V e il nucleo della CPU a 2,9V, un po' come i diffusi 486 a 3,3Volt che conservano l'I/O a 5Volt per potersi interfacciare con la logica della scheda madre senza dover effettuare cambiamenti su quest'ultima. Problema 'scottante' ma spesso trascurato nei sisitemi assemblati e' quello della corretta dissipazione termica del processore che deve rimanere entro l'intervallo di temperatura garantito, 0-70 C nel caso del Pentium tranne alcuni 200MHz indicati in tabella che sono garantiti solo fino a 60; al di fuori dei limiti previsti si puo' incorrere nei soliti fastidiosi malfunzionamenti parziali o crash. E' vero che nessun medio-piccolo assemblatore o utente andra' a calcolarsi con le formule di fisica (peraltro documentate sui siti) le caratteristiche di dissipazione del sistema (sarebbe anche difficile conoscere le caratteristiche fisiche di molti dissipatori disponibili) ne tantomeno andra' a controllare con un termometro la temperatura a regime nel caso peggiore al centro del case (necessariamente tramite un piccolo foro in caso di dissipatore...) ma qualche linea guida si puo' comunque dare. In generale ove sia possibile e' sempre meglio ricorrere ad un semplice dissipatore (heatsink) passivo (o al limite lasciare la CPU nuda) per motivi di affidabilita': le piccole ventole dei dissipatori attivi (heatsink with fan) infatti hanno una vita media piuttosto bassa e si incastrano facilmente al minimo contatto. Se dovesse risultare necessaria evitate di risparmiare poche migliaia di lire e cercatene una di marca e che sia del tipo con cuscinetti a sfera (ball gearing) con una vita media di anni anche 10 volte superiore a quelle economiche con cuscinetti a rulli (sleeve bearing); una ventola bloccata oltre ad ostacolare il flusso d'aria sul gia' piccolo dissipatore e' anche fonte di calore e porta ad un crash sistematico in pochi minuti. Ecco alcune buone marche di dissipatori con ventola: Aavid Thermal Technologies Inc., IERC, PC Power & Cooling Inc., Thermalloy Inc., Wakefield Engineering; ed ecco invece alcune marche della sola ventola: Densitron Corp., ETRI, Evox-Rifa, North American Capacitor Company, Operating Technical Electronics Inc., Panasonic Industrial Company, Sanyo Denki Co. Ltd., Vemaline D'altra parte un dissipatore passivo ha bisogno di calcoli fisici piu' complessi visto che bisogna conoscere anche la superfice radiante totale e il flusso d'aria che lo attraversa e sono infatti usati principalmente dai costruttori di PC che non hanno problemi a riguardo; come consiglio pratico veloce vi posso solo dire di cercarne uno alto e finemente alettato, per chi proprio avesse tempo e voglia trovera' molto aiuto nei doc tecnici e datasheet sui siti. Cominciamo a vedere in una tabella la potenza massima e tipica (consci della soggettivita' di questa misura fornita da Intel) dissipata in Watt dalle varie versioni Pentium.
Da questi dati e dall'esperienza pratica concludiamo che le versioni 75,90 e 100 non hanno alcun problema e potrebbero al limite anche funzionare scoperte con un buon flusso ma e' meglio un dissipatore passivo; 120,133 e 150 scaldano un po' di piu' ma sempre entro limiti ragionevoli e basta un dissipatore passivo con un buon flusso o uno attivo normale; 166 e sopratutto 200 (che usa uno speciale PPGA, PlasticPGA, con miglior conduzione termica) invece causano un discreto riscaldamento e vanno raffreddati con un dissipatore con ventola; molte CPU vendute in scatola al dettaglio comunque sono gia' dotate del corretto dissipatore gia' fissato. In tutti i casi e' d'obbligo usare un sottile strato di pasta termoconduttrice fra il dissipatore e il package (le bolle d'aria sono fortemente isolanti) ed e' bene adottare un dissipatore dotato di fermi da collegare direttamente al socket ZIF, ben piu' stabili dei diffusi dentini a incastro sulla CPU o dei nastri biadesivi termici; poi e' bene creare un buon flusso d'aria sulla CPU creando un corridoio libero da cavi, schede e periferiche fra l'aspirazione interna dell'alimentatore e la presa d'aria anteriore o laterale del cabinet, sopratutto in assenza di ventolina.
Tenendo sempre in considerazione i discorsi generali fatti, vediamo la situzione del Cyrix-IBM 6x86 (i due modelli sono identici, entrambi progettati da Cyrix e prodotti da IBM), il secondo prodotto di classe Pentium resosi disponibile in ordine di tempo.
Fate attenzione nell'acquisto perche' non tutte le schede madri supportano i 55MHz e solo pochissime supportano i 75MHz, e in questo caso il problema e' a livello di chipset, visto che i diffusissimi Intel non li prevedono (e per ovvi motivi probabilmente non li prevderanno mai); al momento e' adatto il solo VLSI Lynx ma aspettatevi anche novita' a breve almeno da Opti, SiS e VIA. Per quasi tutti i modelli esistono pero' due versioni con differenti voltaggi nominali, quella piu' diffusa da 3,52V (range 3,4-3,6) e quella da 3,3V (il range dovrebbe essere 3,15-3,45) ma le sigle ovviamente differiscono per le CPU marchiate Cyrix o IBM quindi dobbiamo esaminare separatamente le sigle sui package. Per Cyrix abbiamo ad esempio '6x86-P166+GP', con indicati rispettivamente il P-Rating, 'G' per il package PGA e 'P' per l'intervallo di temperature commerciale standard 0-70 C; non esistono al momento altri package o temperature. Le due versioni di voltaggio sono invece indicate da una sigla separata: C028, 3.52V(C028) oppure 3.52V per la prima e C016 oppure 3.3V(016) per la seconda. Per IBM invece abbiamo una tabella riassuntiva:
L'intervallo di temperatura garantito da IBM e' invece leggermente superiore, da 0 a 75 C; i microprocessori delle due case sono infatti gli stessi come produzione ma subiscono dei controlli di qualita' distinti nella fase di attribuzione del clock e dall'esperienza pratica pare che fin'adesso IBM abbia tenuto dei margini di sicurezza piu' elevati. Dal punto di vista termico il 6x86, avendo una struttura piu' complessa del Pentium con un numero di transistor piu' elevato, dissipa un maggior quantitativo di calore e ha bisogno quindi di un miglior raffreddamento: e' quindi necessario l'uso di un dissipatore con ventola, particolarmente efficiente nel caso dei P166 e P200, Cyrix infatti per evitare problemi lo vende gia' integrato su alcune CPU. Nella tabella seguente di fonte Cyrix e' riportata la resistenza termica in gradi C/Watt richiesta al dissipatore per le varie versioni a diverse temperature ed e' anche riportata la massima potenza dissipata:  Inoltre a monte del consumo piu' elevato c'e' anche un consumo di corrente piu' elevato che ricade sul regolatore di tensione da 5 a 3Volt della scheda madre, che si fa carico dell'alimentazione di un numero di componenti sempre piu' elevato e non a caso monta ormai anche lui un generoso dissipatore; qui' pero' si tratta solo di scegliere una scheda di qualita' testata per la specifica versione di clock del processore. Questa questione verra' risolta alla radice quando finalmente si adottera' un'uscita standard da 3,3V sull'alimentatore oltre a quelle da 5 e 12V come previsto per esempio dallo standard ATX (vedi articolo sul numero di Agosto). Nella tabella di seguito di fonte IBM sono riportati i casi massimi di consumo di corrente e potenza dissipata con la tensione massima di 3,6Volt:  Per finire tornando sulla questione del 6x86 con NT4.0 (vedi articolo sul numero precedente) e' stato appurato che il problema si verifica solo con le versioni del chip precedenti alla 2.7 che il sistema operativo riconosce e configura con la cache interna a sola lettura per garantire la stabilita' ma con un calo di performance sul 30%.
Veniamo adesso all'ultimo prodotto apparso sul mercato, l'AMD K5, di cui sono uscite recentemente versioni piu' veloci; facciamo anche qui un riepilogo sui clock effettivi visto che sui chip viene usato il medesimo metodo P-Rating di Cyrix e IBM.
Come vedete dalla tabella le versioni PR120 e 133 fanno parte di un nuovo modello (con CPUID family 5 model 1 mentre i vecchi erano model 0) piu' efficiente di circa il 30% del Pentium di pari clock cosi' come tutti i Cyrix 6x86; in realta' a livello di architettura sono state apportate solo alcune modifiche al prefetch e sopratutto sono state ottimizzate alcune istruzioni piu' frequenti del previsto nel codice x86. Il vantaggio prestazionale infatti era stato cercato e annunciato fin dall'inizio ma le versioni precedenti mantenevano le promesse solo nei benchmark sintetici e non in quelli applicativi e nelle applicazioni vere; erano stati commessi evidentemente degli errori nella progettazione della CPU durante le simulazioni dovuti forse a scarsa esperienza: AMD infatti fino ai 486 si e' sempre basata su disegni e microcodice dei modelli Intel grazie a diritti acquisiti con precedenti accordi di second source (causa comunque di lunghi processi). Vediamo adesso come si presente il case del processore:  Come da tradizione AMD le sigle sono sempre complete ed abbastanza autoesplicative ma la temperatura indicata ad esempio e' quella nominale mentre in realta' e' previsto un range piu' ampio, 3,45-3,60V per i modelli disponibili fino ad oggi; e' comunque tutto spiegato bene in una pagina tratta dal datasheet disponibile sul sito internet. Anche il K5 a causa del maggior numero di transistor e della tensione piu' elevata ha una dissipazione di calore piu' alta del Pentium (ma il clock piu' basso non gli fa raggiungere i picchi di potenza di Cyrix), sopratutto i modelli con frequenze reali di 90 e 100MHz garantiti da 0 a 60 C, mentre il 75MHz garantito fino a 70 gira piu' freddo. Nelle due tabelline seguenti sono riportate le resistenze termiche di tre dissipatori attivi e le rispettive massime temperature dell'aria consentite ai diversi clock:  
Per concludere facciamo un discorso sulle schede madri di classe Pentium e sulle future prossime CPU (Intel Pentium P55C, AMD K6 e Cyrix M2 tutte con MMX) che saranno tutte del tipo Dual Voltage, con l'I/O a 3,3V e il nucleo principale a una tensione inferiore (come le Intel con VRT) con valori compresi fra i 2,5 e i 2,9V secondo i modelli e le frequenze.
Per ulteriori documenti maggiormente tecnici vi rimando ai siti Intel, Cyrix, IBM ed AMD
Andrea Nenni è reperibile su Internet tramite la redazione |
Vediamo infine velocemente anche le sigle dell'AMD 5x86 133-P75, il microprocessore piu' veloce disponibile sul nostro mercato per le schede madri 486, niente piu' che un 486 DX4 133/33 particolarmente ottimizzato (con ottimizzazioni specifiche per il codice a 32bit) che pero' grazie al clock elevato ottiene un P-Rating Pentium 75.
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