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測試報告

SLI二「4」力：NVIDIA C19 vs. CK804效能首測（上）

產品介紹篇：NVIDIA nForce4 SLI相關晶片產品介紹

（陳兆宏／DigiTimes Lab） 2005/04/07

　■從GPU到Chipset領域 NVIDIA的破冰之旅
　▲圖：C19 Logo與C19晶片本尊
　▲圖：NVIDIA的商標圖
　NVIDIA自1997年AGP平台的世代交替之際，以推出了領先於業界效能的RIVA 128繪圖晶片，在市場上快速竄升，隨後於1998與1999年間陸續推出RIVA TNT、TNT2等全新架構的繪圖晶片，以三倍於Intel摩爾定律的速度，幾乎每六個月就推出效能倍增的繪圖晶片。從1999年底推出的GeForce 256開始，NVIDIA便以「GPU」（Graphics Processing Unit）之名，不僅給了繪圖晶片新的詮釋，將其重要性提升到與CPU相同的地位！
　NVIDIA挾著GPU設計實力，於2000年之後陸續推出GeForce2、GeForce3、GeForce4等全新架構GPU產品，皆以效能的絕對優勢，迫使其他競爭對手逐漸面臨被市場淘汰，或被併購的命運！而當時最能與NVIDIA抗衡的ATI，也被迫打開晶片授權的大門，以拯救自家日漸頹危的桌上型GPU市場！
　如今NVIDIA的GPU設計實力早已受業界認可，然NVIDIA很早就覬覦著全球每年多達1億多部個人電腦內的關鍵零組件─晶片組市場，因此早在1999年時期，就開始展開Chipset的破冰之旅。當時NVIDIA先選擇與國內三大晶片組廠商之一的揚智科技（ALi）合作，共同開發出Aladdin TNT2整合晶片組，以整合當時最先進的3D圖形技術（TNT2）為核心。只可惜ALi後來延宕了一年多才正式推出Aladdin TNT2，造成許多庫存貪提。不過NVIDIA也藉由與ALi合作之後，累積了南橋晶片的設計技術！並於2001年開始推出自家全新的晶片組產品，來嘗試進入晶片組市場！
　■nForce：NVIDIA的晶片組武力
　NVIDIA於2001年6月推出代號為Crush 12的nForce 420、420-D晶片組，為針對Socket 462的AMD K7（Athlon XP） CPU架構所設計的晶片組，支援雙通道DDR266功能（提供4.2GB/s總頻寬），並內建等同於NV17（GeForce2 MX）等級的GPU顯示功能，搭配自家南橋晶片MCP（多媒體暨通訊處理器），具備了Dobly杜比立體聲、IEEE1394、網路功能。nForce的上市，可說是NVIDIA初試啼聲試探市場的產品。
　只是nForce的效能難以威脅到當時已在K7晶片組稱王的威盛KT266、KT266A，但已為NVIDIA建立起晶片組市場的灘頭堡。
　到了2002年到2003年上半，代號為Crush 18的第二代nForce晶片組終於推出，名叫nForce2，不僅融合了更多當時主流晶片組所具備的規格，同時隨K7 Athlon XP外頻的提升，以及記憶體規格演進到DDR333、DDR400之際，nForce2也跟著改版，Crush 18到了後期產品，已經可以支援到400MHz FSB外頻、雙通道DDR400以及AGP 8x（例如nForce2 Ultra 400），規格和效能已經超越了當時威盛的KT400A與後期的KT880，使得NVIDA在AMD晶片組市場的佔有率，開始有顯著的增加。
　2003年開始，隨著AMD 64位元架構的K8處理器－Opteron、Athlon64以及Athlon64 FX的推出，NVIDIA再度開業界之先，推出代號為Crush K8（CK8）的nForce3 150單晶片平台。這款結合AGP 8x、HyperTransport匯流排控制器，以及多媒體南橋晶片於一體的系統單晶片，從初期不具備SATA磁碟埠，到後期NVIDIA又加碼推出更高檔的nForce3 250Gb晶片，不僅將SATA磁碟規格、Gbp高速乙太網路與硬體防火牆整合進去，且效能上領先於其他產品，成為K8平台的最佳晶片。
　雖然在市場上還算新兵，但NVIDIA的nForce皆以強調效能、功能為主，而非打價格戰。從nForce一代的兩光，到二代的逐見曙光，直到第三代終於以超前的規格讓業界賞光！花不到四年時間，就已經在AGP架構的晶片組市場建立了屬於自己的nForce品牌。雖然只發揮在AMD CPU舞台上，但NVIDIA的晶片組設計實力，已被業界刮目相看！
　■發揮PCI-Express優勢建立SLI新「4」力
　到了2004年6月，Intel正式推出第一套支援PCI-Express架構的晶片組家族：925X／915P（獨立型）、與915G（整合型），嘗試以全新的晶片組＋處理器架構，重振PC的新購與升級市場！在技術授權方面，由於Intel堅持的高額晶片組授權金，讓毛利遭受擠壓的國內三大晶片組廠VIA、SiS、ULi，紛紛開始針對後來聲勢看漲的AMD K8（Athlon64）平台，開發全新支援PCI-E的晶片組產品，並於9月起陸續公佈K8 PCI-E晶片組的開發消息，或展示出相關產品。
　不過，NVIDIA代號CK804的K8 PCI-E晶片組產品，早就在6月COMPUTEX電腦展期間之後，在檯面下鴨子滑水，提供測試樣品給相關板卡廠商，其中又以SLI（Scalable Link Interface）技術最受廠商青睞，在與下游板卡廠商的協力合作下，加速了其SLI相關顯示卡與主機板樣本的驗證進度，反而讓NVIDIA後來居上，在2004年10月20日正式發表第四代nForce家族：nForce4、nForce4 Ultra以及最強悍的nForce4 SLI晶片組。相關的主機板產品也隨後上市，成為第一個K8 PCI-E架構的主機板產品，速度還超前國內三大晶片組廠商。
　▲圖：nForce4 SLI MCP單晶片本尊（代號CK804），首度讓AMD CPU平台躋升到高效能市場。
　此外，在工作站市場也不遺餘力，NVIDIA在2005年1月24日正式公佈支援AMD Opteron專用的PCI-E晶片組：nForce Professional，以進軍雙顆、四顆等多處理器的主機板市場。nForce Pro以至少兩顆晶片（主晶片2200、附屬晶片2050）的方式，提供雙PCI-E x16的頻寬，將使SLI顯示卡的效能發揮至極致。
　■GPU龍頭實力讓CPU龍頭也低頭！
　NVIDIA從nForce自一代到四代都是針對AMD平台來設計，已經累積不少在AMD平台最佳化的研發經驗，在軟硬體的完美搭配下，已經發揮出AMD CPU平台的最佳效能。當2004年6月起Intel發表了全新的PCI-E平台，NVIDIA雖然沒獲得Intel晶片組的授權，還能將其PCI-E匯流排的優勢，直接應用到AMD CPU平台上，推出nForce4晶片組家族，與Intel 9xx晶片組相抗衡！AMD搭配NVIDIA的火力，在3D遊戲的表現上比Intel CPU平台還突出，尤其是旗艦級的nForce4 SLI，以雙PCI-E插槽的設計，讓使用者可以插兩張顯示卡來倍增GPU效能，在架構上就領先Intel的9xx系列晶片組了。
　除在XBOX（XGPU＋MCPX X3）首度設計出給遊樂器專用的晶片組之外，NVIDIA始終在Intel CPU架構的PC晶片組平台上缺席，沒有推出針對Intel CPU架構開發的晶片組產品。據悉，NVIDIA和Intel多年以來一直無法談攏的原因，除了Intel不肯輕言在其晶片組專利授權金上鬆綁之外，或許Intel多少顧忌NVIDIA的晶片設計實力，怕NVIDIA踏入Intel架構的晶片組市場後，自己以後在晶片組的主導地位將難以掌握。
　此外據業界表示，過去任何廠商想跟Intel簽訂匯流排專利授權，必須同時將雙方的專利權一併交互授權，而NVIDIA自恃自家的專利價值，不肯輕言的相互授權，也是一項重要因素。NVIDIA也相信憑藉著自家的晶片組設計實力，以及在GPU市場難以撼動的龍頭地位，總有一天讓英特爾回心轉意的一天。
　Intel原先寄望透過915、925來進軍主流與高效能PC市場，以提升自己CPU的銷售量，但被NVIDIA的SLI技術一攪局，還實作到其競爭對手AMD CPU的平台上，讓原先就對Intel平台寄與厚望的玩家，不得不也倒戈向AMD平台。相信這應該是Intel最不願意見到的現象！
　基於NVIDIA針對AMD處理器架構開發的nForce4 SLI平台，所呈現的3D效能前瞻性備受業界矚目，再加上SLI術由NVIDIA一家獨掌，此技術尚未釋出給其他晶片組廠商（包含Intel），在握有nForce4與SLI技術的王牌之下，終於迫使Intel改變了其一貫不授權給NVIDIA的態度。去年（2004年）11月22日，Intel與NVIDIA雙方，簽訂多項時期長達數年的專利交互授權協議，涵蓋未來好幾個世代的產品線發展。此外，兩間公司也簽訂時間長達數年的晶片組協議，在協議中Intel授權NVIDIA其前端匯流排技術，這項協議將促使NVIDIA將其nForce平台技術運用在Intel架構系統中，而這項針對英特爾開發針對高階、高效能桌上型晶片組，當然也必須要具備雙PEG插槽的SLI技術，當時代號暫定為Crush 19（C19），也就是後來被業界盛傳的nForce5。
　▲圖：傳聞中的C19晶片組，如今已經亮相（圖為NVIDIA平台事業部經理Drew Henry）
　■C19正式發表正名為nForce4 Intel Edition
　隨後，在2005年3月10日德國CeBIT展中，NVIDIA正式發表代號為C19的Intel架構晶片組，正式名稱叫做nForce4 SLI Intel Edition（以下簡稱nForce4 SLI IE）。在會場所展示的C19 SLI系統，首度讓Intel CPU平台也能安裝兩張PCI-E顯示卡來讓3D效能加倍！讓效能型玩家的眼光拉回Intel陣營！隨後，NVIDIA 在4月6日全球同步正式發表nForce4 SLI IE，並與其策略夥伴共同正式發表晶片組與相關產品。包括華碩、技嘉、微星、精英、陞技、大眾、磐英、映泰...廠商皆有相關的主機板發表。
　▲圖：nForce4 SLI Intel Edition的Logo
　這套繼AMD nForce4 SLI／Ultra之後，算是NVIDIA第五代的全新nForce晶片組，針對高階桌上型電腦市場定位，將只先推出SLI版本，也就是nForce4 SLI IE。接下來，我們就來分析這款晶片組的架構！
　■C19架構與功能說明
　nForce4 SLI IE（C19）主要針對高階桌上型電腦市場所開發的晶片組，採用南北橋分離式設計，由北橋晶片nForce4 SLI SPP（C19 SLI SPP），搭配南橋晶片nForce4 Ultra MCP（MCP04 Ultra）所組成。目前因良率的因素，南北橋晶片相互連接的頻寬為800MHz HyperTransport Bus（800MHz HT-Bus，1.6GB/s）。
　▲圖：nForce4 SLI Intel Edition的晶片：C19 SLI北橋晶片＋MCP04 Ultra南橋晶片
　北橋nForce4 SLI SPP（C19 SLI SPP）支援800MHz、1066MHz前端匯流排，初期推出A2 Silicon（800MHz HT Bus）的版本。可支援LGA775封裝、雙通道架構的Intel Pentium4 5xx／6xx系列、高階玩家專用的Pentium4 Extreme Edition，以及未來雙核心的Pentium D 8xx系列、Pentium Extreme 8xx系列等處理器。
　支援20個PCI-E 1x線道，可以設計出一組PCI-E 16x的PEG擴充槽，以SLI模式切換卡的方式，切換成一組PCI-E 16x頻寬、一組PCI-E 1x頻寬的單PCI-E 16x模式，或切成兩組PCI-E 8x頻寬的雙SLI模式，外加三組PCI-E 1x擴充槽，並具備AC97 7.1聲道環場音效電路、Gbps乙太網路控制器、10組USB 2.0連接埠。
　南橋nForce4 Ultra MCP（MCP04 Ultra）則提供了符合SATAⅡ規格，傳輸速率高達3Gbps（300MB/s）的4組串列磁碟埠（SATA-II），並支援原生指令序列（NCQ，Native Command Queuing）的功能，並支援Cross-Controller RAID跨控制器磁碟陣列技術，同時可讓SATA硬碟與PATA硬碟相互跨接、支援RAID 0，1，0＋1，甚至RAID 5等級的磁碟陣列，功能上算是相當強大。另外在網路方面，也增加了ActiveArmor安全網路引擎，這是一套支援微軟TCP Chimney架構的硬體防火牆線路，直接以硬體運算方式進行異常網路封包的過濾，可以將處理器耗用資源從以往75％降低到約18％左右，同時大幅提升電腦的防護能力。NVIDIA也提供透過WEB網頁介面的設定方式，來作網路組態以及防火牆細項設定。
　■C19架構與功能深入剖析
　C19的功能部份，幾乎可說是與CK804相同，只差在架構的設計上，由於Intel P4 CPU並未內建記憶體控制器，因此NVIDIA採用兩顆晶片來設計。從CK804和C19的內部組成可知，C19平台在北橋內建FSB匯流排（連接CPU）、記憶體控制器（連接DDR2記憶體），並將原先設計在CK804的PCI-Express部份挪到北橋來，同時在南北橋之間加入了HyperTransport來互相溝通。至於南橋部份，NVIDIA在MCP裡面的儲存部份，加入全新的MediaShield技術，以提升整體存取速度，並在網路功能加入新的ActiveArmor技術，以提升更安全的網路連線環境！
　▲圖：nForce4 SLI Intel Edition晶片架構圖
　◎C19 SLI裡的全新的記憶體控制器
　NVIDIA在C19北橋中所加入的DualDDR2記憶體控制器中，可支援雙通道DDR2-667的記憶體規格！提供10.6GB/s的記憶體總頻寬。此外NVIDIA在記憶體控制器內，同樣加入了DASP（Dynamic Adaptive Speculative Preprocessor）動態調適性預測預處理器，能夠讓CPU與記憶體之間，保持最佳的運作方式。DASP有點類似L3 Cache的作用，但它具有預測的能力，可偵測8-way的資料方向流，將CPU可能需要的資料預先從記憶體讀至預測快取機制。
　當CPU需要這些資料時，便可以直接由快取區存取，而不必再透過記憶體，進而提升系統整體的效能，同時也有效的運用記憶體頻寬。
　▲圖：nForce4 SLI IE北橋C19 SLI的內部架構圖
　這項DASP功能，在nForce時為1.0，nForce2進化到2.0，如今nForce4 IE已經進化到3.0，主要是針對如今P4 CPU的特性做強化，以符合Hyper-Threading技術以及未來Dual Core（雙核）在多線緒執行時更複雜的記憶體預測動作，以減少Cache Miss的機率！
　▲圖：北橋C19 SLI內部DDR2部份的架構放大圖
　此外NVIDIA還加入了QuickSync技術，針對FSB與記憶體時脈在非同步時，所縮減記憶體資料傳輸時間的動態調整功能。例如當FSB在超頻時，就能發揮出QuickSync的實力，動態調整FSB與記憶體時脈的最佳設定值，以確保系統的高效能運作！
　▲圖：記憶體與各種FSB時脈運作時的同步延遲示意圖，QuickSync功能可以調整其同步延遲最佳值。
　◎MCP04 Ultra裡的全新儲存與網路安全技術
　至於C19所搭配的南橋晶片MCP04 Ultra，早已將原先CK804的PCI-Express移走，並加入了HyperTransport線路，以及全新的儲存技術與網路技術。
　▲圖：nForce4 SLI IE南橋C19 MCP的內部架構圖
　▲圖：nForce4 SLI AMD版本之南橋CK804的內部架構圖
　在儲存技術中，MCP04 Ultra內建全新的MediaShield Storage技術，似乎有點在跟Intel的Matrix Storage技術在嗆聲一般！目前大家做到的功能最多只是RAID 0、1、0＋1，以及BIOS層面或OS層面的RAID ARRAY線上即時建立或變動！而MCP04 Ultra則是支援到RAID 5，可說是將RAID功能整合至極致。讓使用者僅需準備3部硬碟，即可做到兼顧存取效能與資料備份的雙重需求。
　▲圖：NVIDIA的MCP04 Ultra可以支援RAID 5！
　MCP04 Ultra在規格方面，除了提供4組ATA-133硬碟埠之外，也提供4組SATAⅡ規格的硬碟埠，提供高達3Gbps（3000MB/s）傳輸速率。它直接內建兩組磁碟控制器（Dual-Controller Architecure），個別管理2組磁碟埠（不像其他晶片都是只內建一組控制器來管理4組磁碟埠），可以有效紓解磁碟存取頻寬的瓶頸，加速整體效能。
　▲圖：一般南橋晶片都只內建的一組磁碟控制器，以管理4顆硬碟。
　▲圖：NVIDIA的MCP04 Ultra南橋晶片就直接內建兩組磁碟控制器，分別管理2顆硬碟，以加速資料存取。
　此外，為了方便RAID磁碟陣列的使用者，MCP04 Ultra也內建Disk Alert System，可以檢視各磁碟埠所連接硬碟的健康狀態。當系統其中一部硬碟出問題時，可以透過其軟體檢視出哪顆出問題，讓你快速將有問題的硬碟置換掉！
　▲圖：MCP04 Ultra內建新的Desk Alert System，可檢視哪部硬碟掛了！
　至於在網路方面，先前在CK804所實作的各種功能，MCP04 Ultra都實作了。例如像是直接支援Gigabit Ethernet，提供1Gb／s網路傳輸頻寬！在保全方面，像是Firewall、ActiveArmor等等。
　▲圖：nForce4 SLI的ActiveArmor功能，可以透過Network Access Manager透過瀏覽器來設定組態與監控狀態。
　■C19主機板檢視
　看了這麼多規格，來實際看看C19的主機板吧！從這款NVIDIA C19工板主機板上面，可以清楚看到LGA775的CPU插槽、四組DDR2規格記憶體插槽。底下有兩組PATA插槽（可連接四部PATA硬碟），左下角有四組SATAⅡ插槽，共有8組，所以要連接多少硬碟來做RAID都很方便！
　▲圖：nForce4 SLI Intel Edition的主機板（圖為NVIDIA C19工板）
　▲圖：nForce4 SLI AMD Edition的主機板（圖為技嘉GA-K8NXP-SLI）
　在介面卡插槽部份，主機板左方有兩組PCI-E x16、兩組PCI-E x1，以及兩組PCI的插槽。在兩組PCI-E x16插槽中間，同樣有CK804所看到的切換卡（Paddle Card），以用來切換NON-SLI（單顯示卡）與SLI（雙顯示卡）模式！
　值得注意的是，C19的Paddle Card在腳位上的定義，已經跟CK804不相同了。因此像是華碩或技嘉針對CK804所推出的雙GPU顯示卡（如3D1），就無法在C19的平台運作！實屬可惜！
　▲圖：在Paddle Card（切換NON-SLI或SLI之用）部份，C19（上圖）的腳位定義已跟CK804（下圖）完全不同了！可從其Key Notch和線路Layout看出！
　在音效部份，此C19工板上可看到Realtek ALC850 AC97 Codec，可以支援HD Audio 7.1，從背板可以看到共有4組喇叭連接孔，以及一組S／PDIF連接孔。在網路部份，主機板內建一組Marvell 88E1111的單埠PHY網路晶片，在背板可看到一組RJ45埠，不過不排除未來主機板廠商搭配別的網路晶片來給它設計成兩埠，讓C19的網路連接功能更強！
　▲圖：C19工板的背板連接孔
　■結論
　從以上的介紹不難發現，NVIDIA的C19功能的確強大，除了在規格上幾乎等同於Intel即將發表的945／955，更甚者還支援SLI功能。NVIDIA第一個Intel的晶片組產品，就能做到比Intel自家晶片組產品還要好，實屬難得！
　然而NVIDIA在Intel平台的首度出擊，就能有這樣的超優規格，業界似乎也在擔心，C19的推出是否會影響到Intel即將發表的945／955晶片組市場。不過這部份似乎已經有了答案，由於C19的量不多，主機板業者推估C19主機板的出貨比重，將佔一般桌上型電腦主機板產品總出貨量的5～10%左右，再加上C19只有SLI版本，且主打的是200美元等級的效能級玩家市場，不會影響到只需要單顯示卡插槽的主流市場。總之，Intel嘗試讓NVIDIA進入P4晶片組市場來召回高階玩家的忠誠度，而NVIDIA也嘗試以此來拓展自己的晶片組市場！雙方可說是互蒙其利！
　至於是否能雙贏，則就要看雙方的市場佈局了！因為目前C19只有A2（HT匯流排800MHz）的版本，無法與CK804的A3（HT=1GHz）相比，也許是NVIDIA目前因為良率的關係只能先推進到A2版本，又或許是NVIDIA刻意先以較低的Silicon版本，來試探Intel平台的市場反應！以保有自家CK804產品在AMD平台的優越地位！
　由於C19採用兩顆晶片設計，在成本上就比CK804高些，據悉C19千顆報價為每顆70多美元，大約比CK804還多了約10～20美元，因此在主機板成本上勢必比較高。若再加上CPU、DDR2記憶體、SLI顯示卡等元件，整個nForce4 SLI IE系統建置起來的成本將可能比nForce4 SLI AMD系統還高約10％～30％左右（視選擇的配備等級而定），這是Intel Fans必須了解的事實！
　總之，不管是CK804或C19，NVIDIA同時握有兩大CPU平台的SLI晶片組生產技術，將可衝高在效能級晶片組的市場的佔有率。C19支援DDR2的架構，較勝於CK804的DDR1架構，而全球第一大DRAM廠商Samsung為了加快DDR2世代交替，已經宣佈4月起全面調降DDR2-533記憶體報價達兩成，在C19具有SLI功能、而DDR2 RAM又降價的雙重利多下，將有助於還停留在AGP 8x DDR平台的玩家，提早進入PCI-E＋DDR2平台的意願。
　▲圖：NVIDIA nForce4 SLI Intel Edition的工板主機板，搭配最新Intel P4 3.73GHz CPU、雙512MB DDR2-667記憶體，以及兩張GeForce 6800 GT所構成的超強電腦平台。
　至於C19或CK804的效能部份誰優誰劣，我們明天起將為您陸續揭曉！敬請鎖定！（明日待續）
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