ロードマップでわかる！当世プロセッサー事情 第29回

Intelチップセットの歴史 その3

RDRAMから逃れてi845～865で盛り返したPentium 4世代

Intel 845～875世代のチップセットロードマップ

デュアルチャンネルでメモリー帯域の
ボトルネックを改善したIntel 865世代

　これに続き、2003年には新しく「Intel 875/865」ファミリーにラインナップが切り替わるが、この背景にはPentium 4の急速な仕様変更があった。

Intel 875(写真右)とPentium 4

　当初インテルは、Pentium 4のラインナップをまず400MHz FSBでリリース、続いて533MHzに引き上げ、次は667MHzにする予定だった。ところが、AMDが「Athlon 64」シリーズの投入をアナウンスしたことで、急いで性能の底上げを図る必要があった。そのため、従来はXeonのみの機能としていた「Hyper-Threading Technology」をPentium 4でも利用できるように変更するとともに、FSBを800MHzまで一気に引き上げる事を決定する。

　ただし、FSBを一気に引き上げたことで、メモリー帯域とのミスマッチが顕著になってしまった。表でまとめてみるとこうなる。

CPU(FSB)	メモリー	FSB帯域：メモリー帯域
Pentium III(100MHz FSB)	PC100 SDRAM	800MB/秒：800MB/秒
Pentium III(133MHz FSB)	PC133 SDRAM	1.06GB/秒：1.06GB/秒
Pentium 4(400MHz FSB)	PC800 DRDRAM×2	3.2GB/秒：3.2GB/秒
Pentium 4(533MHz FSB)	PC1066 DRDRAM×2	4.3GB/秒：4.3GB/秒
Pentium 4(400MHz FSB)	PC133 SDRAM	3.2GB/秒：1.06GB/秒
Pentium 4(400MHz FSB)	DDR266 SDRAM	3.2GB/秒：2.1GB/秒
Pentium 4(533MHz FSB)	DDR333 SDRAM	4.3GB/秒：2.6GB/秒
Pentium 4(800MHz FSB)	DDR333 SDRAM	6.4GB/秒：2.6GB/秒

お詫びと訂正：表内の数値に誤りがございました。ここに訂正するとともに、お詫びいたします。(2009年12月15日)

　Pentium IIIの時代は、FSBの帯域とメモリーの帯域がマッチしていたので、ここがボトルネックになることはなかった。またPentium 4でも、Direct RDRAMを使う限りにはやはりFSB帯域とマッチしていた。ところがSDRAMだと、FSBの帯域の半分～3分の1程度のメモリー帯域しか供給できない。つまり、プログラム実行中にキャッシュミス(キャッシュメモリー内に必要なデータがない状態)が発生した瞬間に、激しく性能が落ちることになる。

　この対策として、NorthwoodコアのPentium 4は2次キャッシュメモリーを倍増するといった手段が採られたが、チップセットの側でも変更が行なわれた。下の左図がIntel 845ファミリー、右がIntel 865ファミリーだが、従来はMCH/GMCHからメモリーバスが1チャンネルだけしか出ていなかったのを、2チャンネル(デュアルチャンネル)に増やした。これが、この世代における最大の違いとなる。

Intel 845世代の構成図

Intel 865世代の構成図

　さらに、当時はまだJEDECで正式に仕様が決まっていなかった「DDR400」も強引に採用にこぎつける。この結果、先の表で示すと以下のようになり、Intel 845ファミリーに比べて大幅に性能が改善することになった。

CPU(FSB)	メモリー	FSB帯域：メモリー帯域
Pentium 4(800MHz FSB)	DDR333 SDRAM×2	6.4GB/秒：5.3GB/秒
Pentium 4(800MHz FSB)	DDR400 SDRAM×2	6.4GB/秒：6.4GB/秒

　ちなみにIntel 865ファミリーのそのほかの特徴としては、ICHが「ICH5」となり、USB 2.0ポートが8本となったほか、Ultra ATA/100に加えてSATA/150のポートを2つ内蔵した点がある。ICH5には標準の製品のほかに、「ICH5R」と呼ばれるタイプもあり、こちらは2つのSATAポートに接続したHDDで、RAID 0を構成することも可能になった。

「ICH5」こと「Intel 82801EB」

　またMCH/GMCHには新たに、「CSA」(Communication Streaming Architecture)と呼ばれるポートが追加された。このポートは、インテルのGigabit Ethernetコントローラーを接続する専用のものである。Gigabit Ethernetの場合、全二重動作では上り/下りともに125MB/秒(1000Mbps)の転送速度を持つから、これをICH側に入れてしまうと、Hub Linkの帯域(266MB/秒)を使い切ってしまう。これを避けるため、専用ポートを用意したというものだ。

　ちなみに、ICH5には引き続き10/100BASE-TのMAC(Media Access Controller)が搭載されているので、両方を使うとデュアルEthernetの構成が可能になる。実際そうした製品も少数登場したが、通常はCSAポートにGigabit Ethernetを付けるか、もしくはCSAポートを使わずにICH5の先に10/100BASE-T PHYを付ける形でEthernetは1個だけ、というのが大半だった。

　さて製品のラインナップであるが、この世代からウルトラハイエンド(エンスージャスト向け)チップセットが投入されるようになったのも特徴のひとつだ。まず基本となるのは「Intel 865G」で、これはAGP 8x(Intel 845のAGP 4xから強化された点)＋内蔵グラフィックス機能という構成の製品だ。これから内蔵グラフィックを無効にしたものが「Intel 865PE」、Intel 865PEから800MHz FSBやDDR400のサポートを省いたのが「Intel 865E」となる。

Intel 865G(写真右)

　さらにこの上位に、「Intel 875」という製品が投入された。投入時期で言えば、865ファミリーが2003年5月なのに対して、875のみちょっと前倒しで投入されており、その点で言えばIntel 875から派生したと言えなくもない。そのIntel 875であるが、Intel 865PEとの相違点はワークステーション向けに2プロセッサー構成をサポートしたことと、「Intel PAT」(Performance Acceleration Technology)を搭載している点が挙げられる。

　このPATとは、800MHz FSBとDDR 400×2の構成の時に限って、MCH内部の動作を最適化する仕組みで、これによりメモリーアクセス時のレイテンシが削減されるという謳い文句だった。だが筆者が試した限り、明確といえるほどの性能差はなかったと記憶している。

　ほかに、バリュー向けにIntel 865GからAGPのサポートを外した「Intel 865GV」がやはり2003年5月にリリースされたほか、2003年8月にはIntel 865PEからメモリーを1チャンネル分省いた「Intel 848P」がリリースされている。メモリーが1チャンネルなのでIntel 845ファミリーの延長として命名したのだろうが、内部的にはIntel 865ファミリーである。

　これでインテルはSDRAMからDirect RDRAMを経て、DDR SDRAMへの移行をはたした。この後の世代では、DDR2メモリーへの移行を進めてゆくことになる。

今回のまとめ

・初のPentium 4用チップセットとなったのは「Intel 850」だが、インテルとRAMBUSの契約によりDirect RDRAMを使わざるを得なかったことなど、トータルコストの高さに苦しみ、改良品も含めて苦戦した。

・一方で、インテルとRAMBUS以外の主要ベンダーは、JEDECの標準仕様である「DDR SDRAM」を次世代メインメモリーとして推進。結局インテルもDirect RDRAMを諦めることに。

・SDRAM対応の「Intel 845」と、改良型でDDR SDRAM＋USB 2.0に対応した「Intel 845E」が転機となった。グラフィックス機能を内蔵した「Intel 845G」など、バリエーションも豊富に登場する。

・続く「Intel 865」ファミリーでは、デュアルチャンネルメモリー接続に対応。DDR SDRAM化によってFSB周波数とメモリー周波数の差がパフォーマンス上のボトルネックとなっていたのを解消した。