14 лет назад 31 мая 2005 в 19:00 208

Мы как-то привыкли к тому, что наши настольные компьютеры – системы максимально универсальные, и даже не задумываемся о том, чем приходится платить за эту универсальность. Нас даже не беспокоит тот факт, что имеющийся в нашем распоряжении потенциал в большинстве случаев не вычерпывается даже наполовину. Но времена меняются, и уже сейчас универсальность оказывается скорее недостатком, нежели достоинством, поскольку наступает время специализированных компьютеров.

Этой статьей мы открываем рубрику Computer Special, в которой будем рассказывать об уникальных специализированных системах, созданных для решения конкретных задач. Что мы имеем в виду? Медиасерверы и медиацентры, автомобильные компьютеры и домашние файл-серверы, бездисковые интернет-терминалы и Set-Top Box – словом, все то, что не вписывается в понятие “универсальный компьютер”.

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ И УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ!
Можно сказать, что этот лозунг незримо был основным в компьютерной индустрии буквально до последнего времени. Тот факт, что его времена остались в прошлом, стал совершенно очевиден, когда компания Intel, очень долго и небезуспешно штурмовавшая рынок цифрами тактовых частот, вдруг во всеуслышание заявила, что теперь гигагерцы не самое главное. Многими это событие наверняка было расценено как дезертирство компании, которая вдруг поняла, что дальнейшего простого и быстрого роста тактовых частот не будет – слишком уж много возникло проблем. Что ж, пожалуй, не без этого.

Но частоты постепенно продолжают расти, проблемы решаются, и, оказывается, куда более важной проблемой здесь является тот факт, что компьютерами мы постепенно наедаемся. По сути, наступает фаза насыщения. Очевидно, что компьютеры вот-вот займут свое законное место в ряду кофемолка–холодильник-телевизор, а дальнейшее развитее приборного вида “компьютеры” будет идти не по вертикали, а по горизонтали, и новые системы будут не более производительными и более универсальными, а, скорее, более специализированными.

Собственно говоря, этот процесс уже идет, мы уже видим медиацентры и CarPC, Set-Top Box и интернет терминалы, и незамысловатая формула “быстрее значит лучше” вписывается в него плохо: если для решения конкретной задачи высокая производительность не нужна, ни к чему о ней и беспокоиться – есть смысл обратить внимание на то, что действительно важно для решения задачи.

НЕУНИВЕРСАЛЬНАЯ ПЛАТФОРМА
Компания VIA, в свое время так и не сумев пробиться на рынок универсальных процессоров, в итоге поступила очень верно, сконцентрировав внимание на платформах, предназначенных для построения специализированных компьютеров. Небольшие платы VIA EPIA формата Mini– и Nano-ITX, с различными для каждой серии наборами интерфейсов уже изначально разрабатываются инженерами компании с учетом их будущего узконаправленного применения, и на данный момент фактически являются единственными доступными элементами для самостоятельной разработки специальных систем.
Для знакомства с платформой EPIA, мы выбрали четыре платы Mini-ITX из трех разных серий. Каждая из этих плат уникальна, и значит, для каждой найдется свое уникальное применение.

Формфактор ITX
Интересно, что формфактор ITX существует только в виде спецификации – ни одного реального устройства в этом формате так и не было выпущено. Зато устройств формата mini– и nano-ITX вполне достаточно.

Согласно спецификации максимальный размер материнской платы формата mini-ITX не может превышать 170 мм по каждой стороне, и при этом по крепежным отверстиям она должна быть совместиа с форматом micro-ATX. Последнее означает, что плату формата mini-ITX можно установить в корпуса, предназначенные для установки Flex-ATX и Micro-ATX плат.

Кроме того, в спецификации указано, что максимальная потребляемая мощность, а значит, и мощность блока питания, не должна превышать 100 Вт. Размеры платы Nano-ITX не должны быть больше 120 мм по каждой стороне. Это еще более компактные платформы, основное назначение которых – встраиваемые (Embedded) системы. В середине февраля этого года президент компании VIA Вэн Чи Чен впервые продемонстрировал низкопрофильную плату EPIA NL, высота которой менее 12 мм.

EPIA ME6000A
В нашей выборке плата серии EPIA M с процессором VIA Eden ESP 600 МГц на ядре Samuel 2 – самый недорогой, самый маломощный и вместе с тем самый малошумящий вариант платформы для построения тихих, экономичных систем, предназначенных для работы приложений, не требовательных к производительности процессора. Пассивное охлаждение процессора, полный набор стандартных на данный момент интерфейсов за исключением AGP и Serial ATA. Дополнением к стандартному набору можно считать наплатный разъем интерфейса I2C, выход S-Video и RCA-разъем, который в зависимости от положения перемычки на плате может быть SPDIF-выходом или композитным TV-выходом.

Производительности системы на основе EPIA ME6000A хватает лишь для “легких” приложений: создание домашних серверов и приставок Set-Top Box на Linux, воспроизведение “легкого” мультимедийного контента (например, MP3). За счет наличия в графическом ядре CLE266 аппаратного декодера MPEG2 платформа справляется с воспроизведением DVD, но для полноценного декодирования MPEG4 вычислительной мощности оказывается недостаточно: загрузка процессора подскакивает до 100%, идут пропуски кадров, и происходит рассинхронизация изображения и звука.
Процессор действительно прекрасно обходится без активного охлаждения, но только в корпусах больших объемов или в корпусах с большим количеством отверстий для свободной циркуляции воздуха.

В малолитражном корпусе Morex 3677, размером точно с лист формата А4 и высотой 65 мм, с установленным винчестером 2,5″ Seagate Momentus 40 Гб, при отключенном корпусном вентиляторе и интенсивной вычислительной нагрузке (декодирование MPEG4, загрузка процессора 100%) температура ядра очень быстро достигает максимально допустимых значений (87-90<0>C). В нашем случае температура процессора не поднялась выше 90<0>C, но это при температуре окружающей среды 24<0>C, и температуре внутри корпуса 38<0>C, то есть в условиях, когда происходила активная циркуляция воздуха за счет высокой разницы температур.

VIA EDEN
Если кто-то применительно к вычислительным системам станет говорить, что производительность совершенно не имеет значения – знайте, этот человек лукавит. Вычислительная мощность не единственный, но важный параметр системы. Другое дело, что всякое достойное решение обычно состоит из компромиссов: если нужна минимальная тепловая мощность и миниатюрность – будь добр, откажись от высокой производительности и наоборот.

Это самый грубый, но вполне наглядный пример. Процессоры VIA Eden разрабатывались специально для маломощных вычислительных систем, с минимальным потреблением. В большинстве случаев для охлаждения этих процессоров вполне достаточно пассивной системы охлаждения. Например, процессор VIA Eden ESP 6000 с частотой 600 МГц (4,5×133 МГц) установленный на плате EPIA ME6000 при максимальной вычислительной нагрузке и напряжении питания 1,2 В выделяет не более 6 Вт тепловой энергии. Обратной стороной этой медали является низкая производительность.

Надо отдать должное надежности платформы EPIA, которая в течение почти трех часов продолжала устойчиво работать под максимальной нагрузкой при максимально допустимой температуре ядра. В конце концов эксперимент был прекращен – у нас не было цели довести процессор до теплового удара.

Чтобы все-таки отказаться от использования активных компонентов в системе охлаждения, и при этом не доводить систему до стресса, решено было использовать металл корпуса Morex 3677 в качестве радиатора. Из медной пластины толщиной 2 мм был изготовлен тепловод, который плотно накрывал крышку процессора и с помощью винтов крепился к нижней крышке корпуса. Контактная часть тепловода, соприкасающаяся с крышкой корпуса, при ширине 3,5 см имела длину 16 см.

Комплектный пассивный радиатор был установлен над тепловодом, а на места соприкосновения всех элементов системы охлаждения (крышка процессора – тепловод, тепловод – крышка корпуса и тепловод – стандартный радиатор) была нанесена термопаста. В итоге в тех же самых условиях после часового прогрева мы получили температуру ядра процессора 65-68<0>C. На наш взгляд, это просто отличный результат для компактной системы без единого активного элемента охлаждения, да еще и с жестким диском внутри. При средней нагрузке (воспроизведение MP3 + интернет-серфинг) температура процессора не поднималась выше 59<0>C.

Материнские платы VIA EPIA
Процессор – VIA C3/ VIA Eden ESP
Чипсет
– северный мост VIA CLE266
– южный мост VIA VT8235
Системная память
– 1 DDR266 DIMM
– объем памяти до 1 Гб
VGA
– встроенное ядро S3 Graphics UniChrome IGP с аппаратным ускорением декодирования MPEG-2 и поддержкой двух дисплеев
Слоты расширения – 1 PCI
Интегрированный контроллер IDE – 2 X UltraDMA 133/100/66
Интегрированная сетевая плата – VIA VT6103 10/100 Base-T Ethernet PHY
Интегрированный звук – VIA Vinyl Six-TRAC 6-канальный кодек AC’97
ТВ-выход – VIA VT1622A
Интегрированный контроллер FireWire – VIA VT6307S IEEE 1394
BIOS – Award BIOS 2/4Мбит флэш-памяти
Системный мониторинг
– контроль напряжения
– Wake-on-LAN
– включение по сигналу клавиатуры
– включение по таймеру
– системное управление питанием
– восстановление после сбоя питания
Формфактор – Mini-ITX (4 слоя) 17 см x 17 см
Сайт производителя – www.via-c3.ru

EPIA M10000
Эта плата той же серии EPIA M отличается от предыдущей лишь процессором (на ней установлен гораздо более мощный процессор VIA C3 1 ГГц на ядре Nehemiah), наличием вентилятора на радиаторе процессора и, естественно, стоимостью. Производительности системы оказывается вполне достаточно для воспроизведения MPEG4, не говоря уже о MP3 и DVD, с которыми справлялась и предыдущая плата. Так что в результате одной замены процессора мы получили отличную основу для цифровых мультимедийных устройств (домашние медиацентры, медиасерверы, CarPC и т. п.).

Небольшой, сорокамиллиметровый, как написано на сайте производителя – специально сконструированный вентилятор Arkua 309R-AW4B (на стикере указана модель Arkura Bi-Sonic BS401012M), вращается с постоянной скоростью 6000 об/мин. А как известно, лучше большой вентилятор с малой скоростью вращения, чем маленький с большой: крохотный пропеллер вынужден вращаться быстро, и, конечно же, он шумит. Не слишком сильно, но бесшумным его назвать никак нельзя. Поэтому в тех случаях, когда необходима бесшумная работа системы (тот же медиацентр), стандартную систему охлаждения придется как-то модифицировать.

С пассивным охлаждением процессора с частотой 1 ГГц на ядре Nehemiah все оказалось гораздо сложнее. Во-первых, мы установили нашу, уже опробованную ранее систему с медным тепловодом, но не рискнули выключать корпусной вентилятор, и, как выяснилось, правильно сделали. При интенсивной нагрузке (загрузка процессора 75-85%) температура ядра процессора поднялась до 72 <0>C, несмотря на то что корпусный вентилятор вращался на полных оборотах (2600 об/минуту) и создавал вполне ощутимый шум. Понижение скорости вращения до 1400 об/минуту делало его почти неслышным, но температура процессора тут же норовила перебраться за отметку 85 <0>C.

В итоге мы вынуждены были признать, что в нынешнем варианте наша система охлаждения оказалась не слишком приспособлена для работы с процессором VIA C3 1 ГГц. Но у нас есть несколько идей, которые мы постараемся реализовать. В ближайших номерах ждите подробного рассказа о результатах наших экспериментов.

EPIA PD10000
А эта плата – основной претендент на использование в качестве платформы для сетевых интеллектуальных устройств (аппаратный Firewall) или кассовых терминалов. Специально для построения первых на плате установлены два сетевых интерфейса, а для последних – четыре COM-порта. Задачи, прямо скажем, не слишком массовые, но тем не менее вполне реальные. Ранее мы говорили об уникальности выбранных нами плат EPIA – так вот, уникальность EPIA PD в том, что она разработана специально для создания указанных систем. Именно поэтому на плате отсутствуют мультимедийные интерфейсы S-Video, TV-Out и SPDIF.

Для отвода тепла от процессора VIA C3 1 ГГц на ядре Nehemiah используется точно такая же система охлаждения, как и на EPIA M10000: небольшой алюминиевый радиатор с маленьким, но очень быстрым вентилятором. Учитывая потенциальные сферы применения этой платы, вряд ли кому-то действительно понадобится модифицировать систему охлаждения, чтобы снизить уровень шума: для аппаратных файерволлов и кассовых терминалов уровень шума вполне приемлемый.

EPIA MII12000
И, наконец, самая мощная, самая навороченная и самая дорогая плата серии EPIA MII с процессором VIA C3 1,2 ГГц. От EPIA M10000 эту плату отличает не только процессор с большей тактовой частотой, но и наличие интерфейсов CardBus и CompactFlash: плата контроллера с разъемами установлена “вторым этажом” над материнской платой, как раз на том месте, где должен быть разъем теперь уже мало кому нужного LPT-порта (сам принтерный порт на материнской плате есть, но, если вам приспичит вывести его на заднюю панель, придется искать место для установки разъема и переходник). Кроме того, на платах серии EPIA MII предусмотрена установка LVDS-модуля для подключения встраиваемых LCD-панелей. (Теоретически LVDS-разъемы должны бы стоять и на всех предыдущих платах, но там они просто не впаяны.)

По мнению производителя, серия EPIA MII – это законченная платформа “все в одном” для построения устройств концепции Digital Home. Готовы с этим согласиться: фактически кроме PCI-слота (который удается использовать далеко не всегда, а даже если и удается, то его тут же занимает ТВ-тюнер) у нас появляется возможность применить карты расширения формата PCMCIA, например Wi-Fi-адаптер. В итоге наличие дополнительного интерфейса позволяет нам обеспечить систему беспроводной сетью, не прибегая при этом к помощи внешних устройств.

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ПЛАТФОРМЫ EPIA
Затевая тесты производительности платформы EPIA, мы прекрасно понимали, что никаких рекордов от наших подопытных ждать не стоит. Тем не менее нам очень хотелось прояснить несколько важных моментов. Во-первых, получить представление о том, с чем по производительности из известных систем можно соотнести VIA C3 и Eden в связке с VIA CLE266. Во-вторых, посмотреть насколько разной окажется производительность EPIA ME6000, EPIA M10000 и EPIA MII12000, то есть, по сути, трех разных процессоров. И наконец, в-третьих, увидеть числовой эквивалент фразы “справляется с…”, то есть посмотреть, насколько сильно загружают процессор те или иные приложения.

Тестовый стенд
Платы
– EPIA MII12000 с процессором VIA C3 1,2 ГГц (ядро Nehemiah)
– EPIA M10000 с процессором VIA C3 1 ГГц (ядро Nehemiah)
– EPIA ME6000 с процессором VIA C3 1 ГГц (ядро Samuel 2)
Память – Kingston DDR400 512 Мб
Графический адаптер – интегрированное в северный мост VIA CLE266 ядро S3 UniChrome с аппаратным декодером MPEG-2
Жесткий диск – 2,5″ Seagate Momentus 40 Гб
Корпус – Morex 3677 с блоком питания 60 Вт
Операционная система – Windows XP Professional SP1, DirectX 8.1
Кодеки – ACE Mega CoDecS Pack
Программы
– Windows Media Player 9.0;
– CyberLink PowerDVD 5.0

Очевидно, что для того чтобы получить ответы на волнующие нас вопросы, не было необходимости затевать детальное изучение работы процессора, шины и чипсета, выяснять влияние объема и скорости кэш-памяти на общую производительность и т. п. Поэтому мы ограничились двумя тестовыми пакетами Sisoft Sandra 2003 и 3DMark 2001 SE, причем для сравнения с известными системами вязли результаты производительности из базы первой программы, справедливо решив, что они ничем не хуже прочих.

Результат измерения производительности встроенного графического ядра Intel 815 в связке с процессором Intel Pentium III 600 МГц взят из наших архивов. К сожалению, объем памяти в тестовой системе был иным (128 Мб), да и операционная система Windows 98 сильно отличается от XP, но иных результатов под рукой у нас просто не оказалось. Поэтому имеющихся в наличии очень старых “попугаев” можно воспринимать лишь как очень приблизительную оценку. Что же касается загрузки процессора при выполнении тех или иных операций, то здесь мы поступили очень просто, воспользовавшись показаниями Windows Task Manager.

РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕСТОВ
Анализ результатов тестирования платформы пакетами Sisoft Sandra 2003 и 3DMark 2001 SE позволяет нам сделать следующие умозаключения. Во-первых, производительность систем с процессором VIA Eden ESP6000 на ядре Samuel 2 может быть более чем вдвое ниже производительности систем с процессором VIA C3 1 ГГц на ядре Nehemiah. Разница в производительности VIA C3 1 ГГц и 1,2 ГГц вполне ожидаемая – порядка 10-15% в некоторых приложениях.

Во-вторых, даже при примерно равных частотах ядра процессоры VIA по-прежнему серьезно отстают по производительности от процессоров Intel (а значит, и AMD), и отстают основательно, особенно если учесть, что сравнивали мы их с процессорами которых фактически уже не существует. В-третьих, с трехмерной графикой встроенное графическое ядра справляется вряд ли лучше, чем чипсет Intel 815 некогда известный под кодовым названием Solano.

В итоге, можно сказать, что по производительности платы EPIA с процессором VIA C3 1-1,2 ГГц и северным мостом CLE266 примерно равны связке Intel Pentium III 600 МГц с чипсетом i815. Вряд ли этими данными стоит размахивать, как флагом, но как ориентир использовать можно.
Куда более интересными и важными оказались данные о загрузке процессора при работе мультимедийных приложений. Прежде чем продолжить комментарий полученных нами результатов, необходимо сделать несколько пояснений.

Как известно, вычислительная нагрузка при декодировании MPEG-4 зависит от многих факторов: разрешения изображения, используемого кодека, программы-плейера, степени сжатия и т. д. Мы отобрали три разных тестовых видео, при декодировании которых загрузка процессора оказывалась заметно разной, и производили замеры при воспроизведении этих файлов с жесткого диска в окно разрешением 1024×768. Один видеофрагмент с изображением очень высокого качества смог загрузить VIA C3 1 ГГц в среднем на 78%.

При этом ни пропуска кадров, ни нарушения синхронизации звука и видео не наблюдалось. Загрузка процессора при воспроизведении этого файла отмечена на диаграмме как “максимум”. Надо сказать, что из более чем двадцати имеющихся под рукой видео в формате MPEG-4 этот оказался уникальным. Подавляющее большинство фильмов воспроизводилось, не загружая процессор более чем на 40% (на диаграмме – “в среднем”), и нашлось несколько фильмов с небольшим разрешением и очень посредственным качеством при воспроизведении которых кривая загрузки держалась в районе 17% (“минимум”).

Как видно из диаграммы, если платформа EPIA M10000 готова справиться с декодированием любой сложности, то платформе EPIA ME6000A можно доверить все, кроме MPEG-4. Даже с самыми “легкими” DivX-файлами процессор оказывался загружен очень серьезно. Собственно, с другими файлами он вовсе не справлялся: при воспроизведении “средних” звук и видео переставали синхронизироваться и то и дело пропускались отдельные кадры, на “максимуме” же выпадали целые сцены, а те, что не выпадали, были лишены доброй трети кадров и воспроизводились заторможенно.
Зато с воспроизведением DVD – надо отдать должное вполне приличному аппаратному декодеру MPEG-2, встроенному в графическое ядро, – EPIA ME6000A справлялась вполне прилично.

МНОГОЧИСЛЕННЫЕ ВЫВОДЫ
Температурный режим
Процессоры VIA в корпусах EBGA достаточно легко переносят высокие температуры. Эксперименты с системой охлаждения показали, что даже при температуре ядра 90 <0>C компьютер продолжает устойчиво работать, и наш небольшой стресс-тест – хорошее тому подтверждение.

Бесшумность
Если мы говорим о шуме, то использование плохо-продуманной активной системы охлаждения или жесткого диска формфактора 3,5″ мгновенно выводят нашу систему из класса бесшумных. Стандартно используемые на платах EPIA активные кулеры к бесшумным не относятся.
Потенциально системы на базе плат EPIA могут быть бесшумными или как минимум малошумящими, но здесь есть два важных момента: во-первых, проектируя такую систему, необходимо отдавать предпочтение пассивным системам охлаждения либо разрабатывать сложные активные системы охлаждения с низким уровнем шума; во-вторых, необходимо использовать 1-2,5-дюймовые жесткие диски либо создавать бездисковые системы.

Карта флэш-памяти в качестве жесткого диска
Казалось бы, при нынешних объемах и стоимости флэш-карт они – один из лучших вариантов на роль накопителя для бездисковой системы: потребляют ничтожно мало энергии, легкие, компактные, не греются и, что часто очень важно, не боятся вибрации. Все верно, вопрос только в том, какую операционную систему мы будет использовать. Windows XP? С ее интенсивностью обращений к реестру и swap-файлу эта система способна убить карту памяти менее чем за месяц, тривиально исчерпав максимальное количество циклов перезаписи. И каким-либо образом бороться со столь безжалостным обращением с накопителями в Windows XP практически бесполезно.

Ставим Linux, и нет проблем!
Увы, проблемы есть. Нам пока не удалось подробно разобраться во всех тонкостях взаимоотношений Linux с платформами EPIA, но, по данным различных интернет-ресурсов, на сегодня хорошо обеспечена поддержка плат старых серий EPIA и EPIA V, а вот с поддержкой плат серий M у некоторых дистрибутивов имеются серьезные проблемы.

Осторожно, низкое потребление!
Действительно, энергии платы EPIA потребляют очень немного, но нельзя забывать, что общая потребляемая мощность зависит и от прочих используемых компонентов. Известно, например, что в компьютерах со стандартным блоком питания мощностью 60 Вт после установки в PCI-слот платформы EPIA платы ТВ-тюнера WinTV-PVR-350 возникают проблемы с инициализацией устройств при запуске системы.

Компактность
Безусловно, на платформах EPIA можно создавать очень компактные системы, но, чтобы вас потом не тревожил запах горелой электроники, необходимо помнить, что слишком плотный монтаж препятствует нормальному отводу тепла.

Процессора частотой 1 ГГц хватает, но…
Процессора частотой 1 ГГц действительно хватает, но для некоторых конкретных приложений. Достаточно посмотреть на результаты наших тестов, чтобы понять, что, к примеру, с декодированием MPEG-4 процессор с частотой 1 ГГц справляется, но иногда он делает это на грани возможного: 78% загрузки процессора – очень немаленькая цифра.

Вместо эпилога
Если бы мы могли свободно управлять частотами шин, множителями процессоров и напряжениями питания ядер процессоров на привычных нам платформах Intel и AMD, то, пожалуй, у нас была бы возможность использовать их в вариантах с пониженными напряжениями и частотами (Down-clocking). В этом случае мы бы получили низкое потребление и малую рассеиваемую тепловую мощность при лучшей, чем у нынешних процессоров VIA, производительности.

Увы, такой возможности у нас нет, зато есть еще целый мешок “но”: стоимость процессоров и материнских плат, размеры последних, отсутствие встроенного управления энергопотреблением и т. д. и т. п. – словом, абсолютная неприспособленность к специальным приложениям, где платформа EPIA сейчас чувствует себя как рыба в воде. Именно поэтому мы продолжим изучение плат компании VIA и будем подробно рассказывать о результатах наших экспериментов в новой рубрике Computer Special.

Благодарность: Редакция благодарит за предоставленные устройства компанию Standart Computers (www.stcomp.ru, 268-4203)