Третья жизнь i440BX: переделка старых плат с Socket370 под процессоры Tualatin и Coppermine

Легендарный чипсет Intel 440BX стал, пожалуй, самым удачным, массовым и долгоживущим набором системной логики за всю историю архитектуры х86. Появившись еще в начале 1998 года, он использовался в материнских платах, выпускаемых вплоть до начала 2002 года. Да и по сей день многие активно эксплуатируют платы на этом чипсете в своих персональных компьютерах, ноутбуках, двухпроцессорных рабочих станциях и даже тестовых системах (и ваш покорный слуга - не исключение). Ни один другой чипсет (даже i850) не может похвастаться столь долгой жизнью, незапятнанной репутацией, высокой надежностью и «бешеной» популярностью.

Чипсет i440BX, возникший в результате незначительной модификации набора i440LX, стал не только «родителем» нескольких клонов (i440ZX/MX/GX), но и пережил несколько поколений настольных и мобильных процессоров Intel - начиная со слотовых Pentium II (от 300 МГц и выше) на 0,25-микронном ядре Deshutes и отдельными микросхемами кэш-памяти, через поколение 0,25-микронных процессоров Pentium II и Celeron (ядра Katmai и Mendocino) - и вплоть до 0,18-микронных Pentium III/Celeron на ядре Coppermine, когда фактически получил вторую жизнь (см. www.computerra.ru/offline/2000/342/3082). И потерял свою актуальность лишь с приходом последних Pentium III/Celeron на 0,13-микронном ядре Tualatin, поскольку был не способен поддерживать штатные режимы работы этого ядра. Между тем, многие продвинутые пользователи и энтузиасты не хотят расставаться и любимыми платами на ВХ, даже если они не поддерживают более быстрые процессоры (и одна из причин этому - более высокое быстродействие этого чипсета при прочих равных условиях благодаря строгой синхронности шин процессора и памяти). Более того, ряд старых плат первого поколения на 440BX/ZX (особенно с разъемом Socket370 - например, легендарная ABIT BP6) были спроектированы до появления процессоров Coppermine и не могут работать даже с ними.

Некоторые зарубежные фирмы наладили выпуск переходников, при помощи которых можно устанавливать новые процессоры в старые платы.

Например, знаменитый Neo-S370 компании PowerLeap

позволяет использовать процессоры с ядром Coppermine практически на всех старых платах с разъемом Socket370, в том числе, обеспечивает двухпроцессорную работу на плате ABIT BP6.

К сожелению, Neo-S370 не поддерживает процессоры на ядре Tualatin, но у PowerLeap есть новые переходники с поддержкой Tualatin. Могут использовать Tualatin и некоторые другие переходники - например, этот почти безымянный:

К сожалению, всем этим переходникам присущ ряд недостатков, одним из которых является не очень широкая совместимость с платами (особенно для процессоров Tualatin), другим - нестабильная работа при высоких частотах системной шины.

Поэтому энтузиасты не оставляют попыток непосредственно (без переходников) адаптировать старые системные платы на 440BX для использования на них процессоров следующих поколений. И данный обзор посвящен именно этому - приданию «третьей жизни» легендарному чипсету. Точнее - переделке плат с разъемом Socket370 для использования процессоров Pentium III/Celeron с ядрами Tualatin и Coppermine. Каюсь, материал для этой статьи был готов у меня еще в июне 2002 года (а фрагменты по Coppermine - много раньше), однако написать саму статью все никак не хватало времени - каждый раз находилась очередная свежая железка или тема, которую надо было срочно обозреть на страницах «Компьютерры» и сайта Ferra.ru, а этот материал отодвигался с недели на неделю, пока не дотянул до Нового года J. Но в этом есть и свой плюс - переделки прошли проверку временем. Часть из описанных здесь модификаций я почерпнул из сообщений в различных сетевых конференциях (но тщательно перепроверил целесообразность каждой), другую часть - додумал сам исходя из изучения спецификаций Intel и личного опыта профессионального схемотехника. Заранее прошу прощения, если какие-то из описанных мной рекомендаций будут похожи на изложенное в других неизвестных мне обзорах - видимо, статей по такой тематике накопилось в Сети уже немало, и я не претендую на исключительную оригинальность. Материал этот, естественно, не может отразить всю полноту рассматриваемого вопроса, поскольку в одной статье сделать это просто невозможно. Мы не будем здесь касаться и переделки Socket370-плат на других чипсетах, хотя описанные ухищрения в массе своей могут быть применимы и к ним (на мой взгляд, переделывать что-то кроме плат на 440ВХ/ZX и 815E сейчас уже практически нецелесообразно).

Но прежде, чем продолжить, отметим на всякий случай, что статья носит сугубо неофициальный характер и отражает только личное мнение автора. Поскольку в ряде случаев отмеченные переделки приводят к не совсем штатным режимам эксплуатации процессоров, чипсетов и материнских плат, повторение любых действий описанных в данной статье, ложатся целиком на ваш собственный риск. Мы не несем никакой ответственности за возможные последствия применения описанного здесь (порчу процессоров, плат, нестабильность их работы, лишение гарантии и пр.). Семь раз подумайте, прежде чем тыкать паяльником в вашу мать J.

Итак, приступим. Прежде всего, нас будут интересовать, разумеется, настольные процессоры на ядре Tualatin (Celeron и Pentium III с кэшем 256 кбайт) как наиболее высокочастотные и до сих пор продающиеся в больших количествах. Попутно мы затронем и линейку Коппермайнов - тем более что они в продаже тоже еще встречаются, а переделка BX-плат под них проще. Для клана «избранных» может быть интересна и переделка платы ABIT BP6 под двухпроцессорные «Копперы», которую мы тоже непременно затронем как один из наиболее сложных случаев модификации. Здесь мы не станем приводить подробное техническое обоснование для каждого из шагов переделки (поверьте - оно существует J) - поясним лишь наиболее важные. Для удобства мы будем пользоваться схемой расположения и нумерации контактов на PGA-корпусах процессоров, показанной ниже на примере процессоров Pentium III Tualatin (кликните по ней, чтобы раскрыть увеличенный вариант).

1. Питание

Сначала разберемся с напряжением питания как самым простым из предстоящих нам вопросов. Для задания величины напряжения питания ядра процессора (Vcc) на корпусах PPGA (Celeron Mendocino) и FC-PGA (процессоры на ядре Coppermine) имеются 4 контакта (справа вверху на схеме выводов): VID0 (контакт AL35), VID1 (контакт AM36), VID2 (контакт AL37), VID3 (контакт AJ37), которые могут определять напряжение в диапазоне от 1,30 до 2,05 вольт с шагом 0,05 В согласно этой таблице.

Однако реально для этих процессоров используется лишь несколько штатных значений: 2,00 В для Mendocino и от 1,50 до 1,75 В для Коппермайнов. Стабилизаторы Vcc у подавляющего большинства Socket370-плат первого поколения умеют корректно выдавать Vcc используя эти пины, и проблем питания Коппермайнов на старых PGA-платах возникнуть не должно. Тем не менее, при установке «коппов» на самые ранние BX/ZX-платы, предназначенные только для Celeron PPGA следует убедиться в правильности установки Vcc (измерив тестером напряжение на одном из Vcc-выводов разъема Socket370 снизу платы, например, AH36).

С процессорами на ядре Tualatin ситуация сложнее (для простоты мы ограничимся в этой статье лишь настольными камнями с кэш-памятью 256 кбайт - документы Intel под номерами 24976502 и 29859604). Эти процессоры используют более низкое штатное напряжение питания, изменяемое с шагом 0,025 В. Для задания такого шага у процессоров в корпусе FC-PGA2 служит дополнительный пин VID25mV (AK36), а таблица «распиновки» напряжений у Туалатинов отличается от предшественников (см. таблицу ниже).

Если отвлечься от шага 0,025 В, то это отличие заключается в том, что диапазон напряжений смещен вниз (от 1,05 до 1,80 В) и для строчек с напряжениями от 1,05 до 1,25 В используются те значения контактов VID0-VID3, которые ранее задавали напряжения от 1,85 до 2,05 В соответственно. То есть, установив в старую плату процессор с штатным напряжением питания ниже 1,30 В можно запросто спалить его, поскольку максимально допустимым значением Vcc для «туликов» является 1,75 В (при этом стабильная работа процессоров производителем не гарантируется).

В реальности, однако, ситуация безопаснее, поскольку настольные процессоры выпускаются только для двух напряжений: 1,475 и 1,50 вольт, которые, как правило, умеют корректно задаваться стабилизаторами на грамотно спроектированных старых Socket370-платах с той оговоркой, что вместо 1,475 В будет 1,45 В, поскольку вывод AK36 на старых платах согласно спецификациям служит «землей» процессора (Vss) и на плате попросту соединен с шиной «0 вольт» (то есть шаг 0,025 В отключен). Разница же между питанием 1,475 и 1,45 вольт для процессора, функционирующего на штатной частоте, будет незаметна. Важнее может оказаться нагрузочная способность стабилизатора Vcc на старой плате и стабильность этого напряжения при импульсной нагрузке, поскольку первые платы Socket370 при проектировании исходили из максимального тока Icc до 15 ампер, тогда как для Коппермайнов и настольных Туалатинов он возрос до 23 А. Но здесь уже как повезет, поскольку самостоятельно перепаивать импульсный стабилизатор на плате - занятие не для любителей. Для подстраховки могу посоветовать заменить электролитические конденсаторы стабилизатора Vcc на более емкие (в полтора-два раза, не переусердствуйте) и зашунтировать их с обратной стороны платы керамическими конденсаторами емкостью 0,22-0,68 мкФ (я именно так и поступил для описываемых ниже в качестве примера плат ABIT BP6 и Soyo SY-7IZB+).

Таким образом, перед установкой процессора в старую плату надо на всякий случай просто убедиться (при помощи омметра), что выводы VID0-VID3 в отсутствии процессора не соединены с общим проводом (0 В), контакт AK36 служит «землей», и сразу после включения питания вольтметром измерить Vcc на предмет совпадения с номиналом, обозначенным на корпусе процессора (для 1,475 В должно быть 1,45 В). Если плата не позволяет пользователю изменять напряжение Vcc (из BIOS Setup или джамперами), но очень хочется (например, для разгона), то можно поманипулировать «заземлением» контактов VID0-VID3 на плате (согласно таблице 2 и внимательно учитывая, какие из них уже заземлены на вашем процессоре): например, для получения напряжения 1,65 В на процессоре Celeron 1000A (Tualatin) или 1,90 В на Коппремайнах со штатным Vcc=1,70 В нужно закоротить на Vss (AK36) контакт VID2 (AL37).

Еще одним тонким моментом является напряжение питания системной шины (AGTL+) - так называемое Vtt. Дело в том, что Celeron PPGA и Коппермайны используют одинаковое Vtt=1,50 В (вернее, Vtt для «коппов» равно опорному напряжению V_1.5 у процессоров предыдущей архитектуры, это все-таки разные понятия), тогда как для Туалатинов Vtt снижено до 1,25 В (именно по этой причине чипсет i440BX не может официально использоваться с Туалатинами). Вместе с тем, максимально допустимым значением Vtt для «туликов» является 1,75 В (при этом стабильная работа процессоров производителем не гарантируется), то есть на свой риск мы можем пытаться эксплуатировать 0,13-микронные процессоры Intel на старых платах при Vtt=1,50 В (вариант перепайки стабилизатора Vtt на 1,25 В возможен, но здесь нами на исследуется). Практика показывает, что при Vtt=1,50 В настольные Туалатины работают вполне стабильно. Это и позволит нам пойти дальше, не обращая внимание на величину Vtt.

2. Измененные контакты

Для того чтобы рядовой пользователь не мог использовать новые процессоры на старых не предназначенных для этого материнских платах, корпорация Intel предусмотрела несколько «защитных» контактов в каждой из новых версий корпуса (FC-PGA и FC-PGA2). Однако нам ничего не мешает их нейтрализовать J. Прежде всего, давно и хорошо известно, что для установки Коппермайнов в старые платы, рассчитанные только на Celeron PPGA, необходимо сделать, как правило, всего три простые вещи:

Эти переделки проиллюстриррованы на трех рисунках ниже:

Этот простейших подход (который, тем не менее, срабатывает в большинстве случаев) справедлив при определенных оговорках.

Во-первых, в Коппермайнах введено много контактов для напряжения Vtt (это AN11, AN15, AL13, AK16, AH20, AN21, AL21, AA33, AA35, U35, U37, S33, S37, E23 и G35; они отмечены красными точками на схеме выше). Необходимо «прозвонить» плату, чтобы ни один из этих контактов не был соединен с «землей», «питанием» или какими-то сигнальными цепями (иначе придется его выломать из сокета тоже, как, например, контакт AN15 на плате ABIT BP6). Спецификации рекомендуют соединить на плате все эти контакты между собой и с контактом AD36 (V_1_5), однако, как правило, бывает достаточно соединить лишь часть из них, поскольку внутри процессоров все контакты Vtt и так закорочены между собой. Тем не менее, для двухпроцессорного использования (где нагрузка на системную шину больше) лениться не стоит (для платы ABIT BP6 я связал все эти контакты за исключением AN15).

Во-вторых, два новых контакта - SLEWCTRL (E27) и RTTCTRL (S35) - рекомендуется соединять с шиной Vss через резисторы сопротивлением в районе от 56 до 110 Ом (особенно S35, поскольку он определяет «подтягивающие» сопротивления для шины AGTL+ внутри процессоров на ядре Coppermine). Тем не менее, если оставить эти контакты как есть, система во многих случаях работает вполне стабильно. Желающие для «профилактики» могут все же заземлить их через резисторы ом так по 75 - хуже не будет J.

В третьих, две очень специфические переделки необходимы исключительно для платы ABIT BP6 (видимо, я был одним из первых в мире, кто до них додумался и смог еще летом 2001 года переделать эту плату для использования двух Pentium III Coppermine безо всяких переходников типа PowerLeap Neo-S370; почти год спустя появилась статья на сайте www.bp6.com, описывающая схожую модернизацию этой платы). Итак, нужно выломать из двух сокетов контакты AN15 и соединить их на плате с контактами N33 соответствующих сокетов (это обеспечивает двухпроцессорность работы платы). Кроме того, следует удалить из сокетов контакты AB36 (V_CMOS) и на плате соединить их с соответствующими Z36 (V_2.5).

После такой переделки работа на плате BP6 старых Celeron PPGA уже невозможна никоим образом (хотя с простейшими переделками из таблицы 1 на других платах они остаются работоспособными). Помимо этого, для BP6 необходим ряд переделок стабилизаторов (мы коснемся этого позднее).

С Коппермайнами вроде закончили - переходим к настольным Туалатинам. Здесь к указанным выше переделкам добавляется еще несколько. Нужно сделать, как правило, еще три вещи:

Эти переделки проиллюстриррованы на рисунках ниже.

Снова - этот простейших подход срабатывает в большинстве случаев, но нужно сделать ряд пояснений и оговорок.

Во-первых, об удаленных контактах. AJ3 - это «защитный» RESET2# (типа прежнего AM2), который надо просто «отпустить» от земли (ранее там было Vss). AF36 - это новый выход DETECT, необходимый для того, чтобы плата отличала новые процессоры с Vtt=1,25 В от старых с Vtt=1,5 В, а поскольку на старых платах этот контакт заземлен, то здесь желательно его оборвать. Об AK4 мы поговорим далее, а AN3 является новым входом DYN_OE (ранее тут было Vss), призванным деактивировать внутри процессора сигналы BSEL (назначение частоты системной шины) и VID (назначение напряжение питания ядра, Vcc), если процессор установлен в старую плату. Дело в том, что в отличие от прежних процессоров, где BSEL и VID были просто заземлены внутри процессора или разомкнуты, в Tualatin эти контакты являются открытыми стоками транзисторов (истоки на Vss), которые замыкаются, как только на AN3 появится напряжение Vtt (в разомкнутом состоянии BSEL и VID не смогут корректно запустить плату). Внутри процессора пин AN3 чем-то «подтянут» к Vtt (поэтому в большинстве случаев простое удаление контакта AN3 из сокета позволяет плате запуститься корректно), однако спецификации рекомендуют все же соединять его с шиной Vtt через резистор 1 кОм. Как оказалось, в некоторых случаях это делать просто необходимо, чтобы плата заработала с Туалатинами корректно (например, для ABIT BP6), причем, делать это нужно, естественно, на самом ПРОЦЕССОРЕ (а не на плате), используя, скажем, близлежащий контакт AN11. Иногда достаточно (хотя и не совсем правильно) просто закоротить перемычкой НА ПРОЦЕССОРЕ контакты AN3 и AN11 (как показано на рисунке ниже) - в этом случае надо быть абсолютно уверенным в изоляции AN3 от Vss на плате, иначе последнюю можно спалить. Чтобы на плате с удаленными контактами AN3, AJ3 и AK4 заработал старый процессор Celeron PPGA (Mendocino), нужно на самом процессоре тончайшим поводом (одна жила из многожильного провода) аккуратно закоротить между собой контакты AN3, AJ3, AK4 и AL3 (Vss): проверено - работает J.

Во-вторых, пару слов - о новых контактах напряжения шины Vtt. Их у Туалатинов несколько: пин G37 надо обязательно соединить с Vtt (убедившись, что этот контакт на плате не соединен с чем-либо другим). Пины AG1 (был EDGCTRL) и X34 (было Vcc) можно оставить как есть, если при эксплуатации Vcc будет примерно равно Vtt (Vcc=1,45-1,55 В против Vtt=1,50 В можно считать допустимым). AB36 (был V_CMOS) и AD36 (был V_1.5) можно оставить как есть (даже неподключенными), если на них с платы не подается что-либо иное, кроме Vtt=1,50 В. Иногда советуют обязательно подать Vtt на контакт AB36 процессора (иначе возможна нестабильность в работе), однако в своих экспериментах я не обнаружил никаких отличий в работе (даже с хорошим разгоном), если контакт AB36 Туалатина остается «висящим». Между тем, необходимо убедиться, чтобы этот пин не был подключен каким-либо образом к напряжению 2,5 В, иначе его следует удалить из сокета на плате (как, например, в случае с ABIT BP6).

В третьих, разберемся подробнее с подключением контакта AK4 (вход VTT_PWRGD) процессора. Поскольку в сокете мы его уже удалили, все подключения придется производить на САМОМ ПРОЦЕССОРЕ. Согласно спецификациям, новый сигнал VTT_PWRGD должен формироваться внешней схемой (на плате) при включении питания платы примерно через 1 мс после установления сигналов BSEL, VID и опорных напряжений. После этого происходит стабилизация напряжения питания Vcc, запуск тактового генератора, и сигнал VCC_PWRGD (AK26) разрешает инициализацию процессора (см. временные диаграммы).

То есть без корректного прихода высокого уровня на вход VTT_PWRGD процессора он не запустится, либо запустится неправильно (при напряжении 1,30 В). Рекомендуется «подтягивать» VTT_PWRGD к Vtt резистором 1 кОм (см. схему). Поскольку этот сигнал нов, схемы его выработки (например, из VRM 8.5) заведомо нет на старых платах, и нам придется чем-то ее заменять. В простейшем случае оказывается достаточным просто подключить AK4 и AH20 (ближайший удобный Vtt) через резистор 1 кОм на процессоре (см. эту схему и фото выше).

Для обеспечения задержки примерно в 1 мс после подачи Vtt и установления «высокого» уровня на входе AN3 (DYN_OE, см. выше) можно заземлить этот вход конденсатором где-то на 0,68 мкФ. Видимо, это наиболее корректный (из простых) способ подключения контакта AK4 процессора. И даже в случае наличия «конденсатора задержки» иногда (как в случае ABIT BP6) требуется дополнительно «подтягивать» вход AN3 процессора к Vtt (резистором или закороткой).

В большинстве случаев без конденсатора на AK4 можно все-таки обойтись, оставив лишь резистор 1 кОм.

Более того, оказывается, что в некоторых случаях (например, на платах ABIT BX-133 и Soyo SY-7IZB+) вход АК4 можно подключить еще проще - без резистора простой перемычкой на контакт AK26 (VCC_PWRGD) процессора.

Платы при этом запускаются и работают вполне корректно и стабильно, хотя такой способ подключения никак нельзя назвать правильным в силу необходимости временного сдвига между сигналами VTT_PWRGD и VCC_PWRGD (см. временную диаграмму выше).

Наконец, все остальные «новые» контакты у Туалатинов отличаются от прежних не настолько, чтобы их необходимо было дополнительно модифицировать в процессе наших переделок. В частности, NCHCTRL (пин N37) рекомендуется подключать к Vtt через резистор 14 Ом (это задает сопротивление открытых N-каналов транзисторов, «заземляющих» линии системной шины), но платы и без этого нормально работают.

Аналогично описанному выше для Коппермайнов, входы SLEWCTRL (E27) и RTTCTRL (S35) рекомендуется соединять с Vss через резисторы сопротивлением 110 Ом и 56-68 Ом соответственно (особенно S35, поскольку он определяет «подтягивающие» к Vtt сопротивления для шины AGTL внутри процессоров на ядре Tualatin; 68 Ом соответствует двухпроцессорному использованию шины). Но если оставить эти контакты как есть, системы, как правило, работают вполне стабильно (я не заметил никакой разницы).

Таким образом, основные переделки, необходимые для придания «второй» и «третьей» жизни (с процессорами Pentium III/Celeron на ядрах Coppermine и Tualatin соответственно) старым Socket370-платам на чипсетах i440BX/ZX (и аналогичных) мы рассмотрели. Но наша статья была бы не полной, если бы мы не уделили внимание некоторым практическим аспектам испытаний и работы таких переделанных систем. В частности - высочайшему быстродействию, которое демонстрируют платы на 440BX/ZX с процессорами Tualatin на системной шине 133 МГц (и выше J). Этим мы и займемся во второй части, где заодно познакомимся с тремя типичными вариантами описанных переделок на примере неординарных в прошлом плат ABIT BP6, ABIT BX-133 и Soyo SY-7IZB+.

Окончание следует.