NVIDIA新贵──nForce平台处理架构剖析

FireGun 
2001年 23期

　　时间：2001年6月4日
　　　　天气：阴转多云
　　　　地点：台北
　　　　国际电脑展风风火火地开幕了，本次会展中宣布了几种新产品的。其中有一个亮点就是NVIDIA正式公布支持Dual DDR SDRAM Channel及整合GeForce2 MX 供 Athlon用的芯片组nForce。nForce的推出将大大满足我们目前对大流量式数据、多媒体、杜比数码5.1、高性能图形处理、以及对大幅度提高系统性能的渴求。
　　　　我们知道，传统的主板芯片组是由两部分组成的：北桥和南桥。而在NVPPA（或者说nForce）中，虽然也采用了类似的搭配，但是名称已经有所改变了。它们是：nForce整合式图形处理器（Integrated Graphics Processor，简称IGP）以及nForce媒体通信处理器（ Media and Communications Processor，简称MCP）。之所以称之为处理器，按照NVIDIA的说法，是由于这两枚芯片能够完成CPU的部分任务──尽管它们的角色依然是充当系统芯片组而已。
　　#1　　NVIDIA nForce平台处理架构
　　　　1.这个系统架构被设计为分离式的处理平台，在这种平台中，CPU分配了更多的运算资源给其它重要程序。另外这个架构整合了NVIDIA在系统、内存及网络方面的专利技术──可以用来改善事务处理的效率以及整体性能；而对称式的内存控制设计则为整个平台架构达到最高性能提供了可能性。
　　　　2.nForce所整合的图形处理器（GPU）以及音频处理器（APU）提供了优异的3D渲染、音频功能。
　　　　3.提供了包括10/100MBase-T以太网络和家庭电话线网络-（HomePNA 2.0）。（^23030901a^）
　　#1　　双Bank内存控制器
　　　　NVIDIA的GF3的闪电内存架构，可以有效地提升GF3的内存利用效率。而在IGP中，也有一个专门内存架构──TwinBank内存架构。
　　　　TwinBank内存架构是一个创新的、拥有128位内存带宽、支持DDR-266MHz的系统内存控制器。这个内存控制器的设计初衷就是为了达到最佳的（整体/图形）性能表现，提供尽可能高的内存带宽。
　　　　TwinBank拥有两个独立的64位内存控制器（dual-independent，分别是MC0以及MC1），每个子控制器对应一条内存通道，每个周期可以提供128位的数据，使用GF3闪电内存架构中的交叉式（cross-bar）数据分配技术。因此，中央处理器（CPU）以及图形处理器（GPU）、音效处理器（APU）都可以同时获得每秒4.2 GB的内存带宽，而且保证每次都可持续性地完成所有的程序应用。事实上，与同级的双通道RDRAM芯片组相比，TwinBank在测试中可以让将系统的最高内存带宽提升大约30%。
　　　　与其他系统所使用的内存控制器不同的是，TwinBank的单步骤内存控制器可以有效地降低系统内可能隐藏的不稳定性，而且还可以改进整体系统的表现。
　　#1　　动态思路调整前置处理器
　　　　处理器与内存存取速度的差距，依然是传统芯片组架构难以解决的问题。然而，NVIDIA IGP所整合的动态思路调整前置处理器（DASP）就可以大幅增强CPU的运作效率，大幅度缩短CPU→芯片组→内存这部分电路造成的延迟。在某些情况下，DASP可以让CPU等待内存的时间缩短到原来的40%到60%。DASP使用特殊的算法，计算出哪些数据会是CPU下一步使用的，然后提前把这些数据存放到IGP内部的一个缓冲中，如此一来，就减少了CPU的等待时间（算是减少了内存存取的环节）。
　　#1　　整合GeForce2图形处理器
　　　　AGP 总线传输大量图形资料，可以创造丰富而真实的3D 画面。NVIDIA平台处理器架构中的GeForce2 GPU内核是在图形芯片领域最为成功的作品。IGP整合的GeForce2拥有第二代T&L引擎、逐像素着色操作 、填充速率达到每秒350万像素，而且其AGP总线（在使用整合显卡的时候）是AGP 8×，远远超越了其它整合图形芯片在品质以及性能方面的表现。由于GPU是整合在芯片组内的，所有的运算都在芯片组内进行，再也不需要透过外部AGP 总线来传输顶点数据、材质数据、渲染指令。而且由于nForce采用了可扩展架构，提供了外部AGP插槽。
　　#1　　HyperTransport连接技术
　　　　对于目前的PC来说“内核-逻辑型”芯片组所能提供的南北桥单路连接峰值带宽是266MB/s，而nForce的IGP与MCP之间的连接采用了来自AMD的HyperTransport连接技术，两者间的带宽达到了800MB/s，是一条33MHz 32bit PCI总线带宽的6倍。由于HyperTransport使用的是同步式设计，因此在处理诸如视频、音频等事务的时候，数据的传输是无缝的，不会出现中断现象。
　　#1　　StreamThru技术
　　　　传统南桥整合的媒体存取控制器是挂在南桥中的仲裁器（负责数据的路由）上的，如果是网卡的话，则是通过PCI总线再连接到南桥中的仲裁器上的，而在传统北桥中还有一个仲裁器，这就意味着网卡的数据需要经过两次的路由处理才能到达系统主内存中，数据的同步性也就受到了影响。MCP整合的10/100Mbps媒体存取控制器不再是挂在PCI总线上，而是通过一条同步感知内部总线直接与MCP的上行连接器（AMD的HyperTransport控制器）相连到IGP中的HyperTransport控制器。IGP中HyperTransport控制器可以把同步以及非同步的数据申请递交到一个单步式智能仲裁器，这个单步式智能仲裁器可以确保为数据读取以及写入路径分配到内存的等待时间和带宽，从而提升流式多媒体、数据包传输以及数据下载的效率。采用StreamThru技术后，系统在网络应用方面的性能可以提高15%左右，提高幅度要视具体应用而定。（^23030901b^）
　　#1　　TwinBank内存控制器细节
　　　　1.支持64位以及128位内存工作模式。
　　　　──在64位模式的时候， DIMM可以由MC0或者MC1来存取。
　　　　──在128位模式下，MC0（对应DIMM0）以及MC1对应（DIMM1/DIMM2）都会投入使用。
　　　　2.两个内存控制器的功能是一样的，所有控制、时序参数的控制是可以独立调整的。
　　　　3.支持3.3V标准SDRAM以及2.5V DDR SDRAM。
　　　　4.支持133/100MHz DDR（266/200MHz）SDRAM或者133/100MHz SDRAM。
　　　　5.支持1至3条非ECC的内存条。
　　　　6.支持64、128、256、512Mbitx8、x16的内存搭配方式。
　　　　7.支持64MB到1.5GB的系统内存容量
　　　　8.支持在不对等内存容量（例如：64MB+128MB=192MB）依然获得使用128-bit TwinBank内存架构的优势。
　　#1　　nForce媒体通讯处理器功能
　　　　1.2条IDE ATA-100通道，6个USB通道。
　　　　2.完全硬件支持DirectX 8的音频处理器（简称APU），包括了一个硬件杜比数码5.1编码器。
　　　　3.LPC总线，用来实现对PS/2键盘、PS/2鼠标、COM串行口、LPT打印机口、软盘驱动器的支持。
　　　　4.网络控制器，支持10/100M以太网、HomePNA 1.0/2.0。
　　　　5.整合软件modem以及2/4/6声道音频编解码器PCI总线控制器。
　　#1　　音频处理器-APU
　　　　音频处理器（APU）是MCP中的组成部件之一，其设计初衷就是为了降低CPU在处理音频时的负担。这枚APU能够提供以下的特性：
　　　　1.拥有一个先进的架构，硬件支持256条同步立体音频流，或者64条3D音频流+192条同步立体音频流。
　　　　2.支持所有的DirectX 8.0音频特性。
　　　　3.拥有一个硬件杜比编码器，支持杜比数码5.1。 
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