Gigabyte Z77X-UP4 TH: молния ударяет дважды

⇡#Введение

Технология Thunderbolt (урожденная Light Peak), как, наверное, уже все читатели хорошо помнят, разработана Intel и впервые внедрена Apple. До этого обе компании имели богатый опыт в проектировании интерфейсов: ребята из Санта-Клары помогли миру увидеть USB и PCI Express, купертинцы — FireWire, так что в светлом будущем технологии можно не сомневаться.

С точки зрения железа Thunderbolt представляет собой гибрид PCI-E и DisplayPort, взявший преимущества от обоих своих предков. С одной стороны, можно последовательно подключать до шести накопителей или каких-нибудь хитрых адаптеров Gigabit Ethernet/Firewire/PCI-E (10 Гбит/с пропускной способности интерфейса позволяют не сильно задумываться о ее нехватке). С другой стороны, к порту можно беспрепятственно подключать любой дисплей, имеющий в своем распоряжении разъем mini DisplayPort. А теперь самое интересное: все вышенаписанное можно делать одновременно! Дело в том, что интерфейс имеет в своем распоряжении два канала передачи. Данные между устройствами идут по своему пути, данные для дисплеев — по своему. То есть на физическом уровне интерфейс состоит из пары двунаправленных каналов по 10 Гбит/с, которые совершенно не мешают друг другу.

До недавнего времени распространению Thunderbolt на персональных компьютерах мешал один очень досадный фактор — целый год у Apple были монопольные права на использование разработки. Летом это ограничение было снято, что позволило производителям первого эшелона выпустить свои материнские платы с поддержкой чудо-интерфейса. Как это получилось у Gigabyte, посмотрим на примере GA-Z77X-UP 4 TH.

⇡#Упаковка и комплектация

Упаковка материнской платы

Материнская плата поставляется в стандартной для Gigabyte коробке светлого цвета, на которой дизайнеры пытались уместить как можно больше информации обо всех доступных технологиях и возможностях.

Комплект поставки

В комплекте платы можно найти следующее:

• четыре SATA кабеля (два прямых и два Г-образных разъема);
• заглушку на заднюю панель корпуса;
• краткое и полное руководства пользователя;
• SLI-мостик;
• DVD диск с ПО и драйверами.

⇡#Внешний вид и поддерживаемые интерфейсы

Как и любое современное решение Gigabyte, плата выполнена в черно-белой гамме, если не считать двух серых слотов памяти, позволяющих распределить модули по каналам, не обращаясь к инструкции.

Цветовая маркировка DDR-слотов

Всего в системную плату можно установить четыре модуля DDR3, суммарным объемом до 32 Гбайт. Расстояние между процессорным разъемом и ближайшим слотом памяти составляет три сантиметра. Это стоит учитывать, если в системе предвидится сочетание модулей памяти с радиаторами и больших процессорных кулеров. Данный недостаток компенсируется небольшой высотой радиаторов системы питания процессора, которая располагает к установке крупных систем охлаждения, давая возможность перенести вентилятор на их сторону. При использовании стандартных планок DDR3 места вокруг процессорного разъема более чем достаточно.

Общий вид материнской платы

Для питания компонентов на плате имеются 24-контактный ATX и 8-контактный разъем дополнительного питания процессора, расположенные ближе к краям платы — подключению ничего не помешает. Возможно использование половины дополнительного разъема (четырех контактов из восьми): вставлять 4-пиновый штекер нужно в нижнюю часть колодки. Подробнее об особенностях работы в такой конфигурации будет написано при рассмотрении системы питания.

Три из пяти разъемов вентиляторов находятся недалеко от процессорного разъема

На материнской плате расположились пять разъемов для подключения вентиляторов. Все имеют в своем распоряжении по четыре контакта, однако наотрез отказываются управлять скоростью вращения вентилятора GlacialTech Igloo H58. Переключение из Auto в PWM ничего не меняет (видимо, ШИМ-метод как раз и выбирается автоматически). Принудительное включение режима Voltage меняет дело: расположенная рядом с процессорным сокетом пара вентиляторных разъемов обретает возможность контроля оборотов. Оставшиеся три разъема, один из которых размещен неподалеку от колодки питания ATX, а два других — в самом низу платы, так и продолжили крутить вентиляторы на максимальной скорости.

Расположение слотов расширения

На плате доступны три слота PCI-E x16. Первый и второй разнесены на максимально возможное расстояние, облегчая работу системам охлаждения видеокарт. Нижний полноразмерный слот также обособлен, но в гораздо меньшей степени. Кроме того, над ним присутствует наклейка, уведомляющая пользователя о том, что он будет функционировать только с процессорами Core третьего поколения (Ivy Bridge). Таким образом, существуют три варианта размещения видеокарт и соответствующих им скоростных режимов PCI Express:

• занят только верхний слот, одна видеокарта работает в режиме PCI-E x16;
• заняты первый и второй слоты, видеокарты работают в режиме x8/x8.
• заняты все три слота, линии между видеокартами распределяются как x8/x4/x4.

Переключатели NXP L04083B, отвечающие за коммутацию линий PCI-E Gen 3

Для реализации столь гибкого переключения физических линий производитель использовал целую батарею четырехканальных свитчей L04083B, способных работать с PCI Express третьего поколения.

Если учесть то, что конфигурация из трех видеоадаптеров заработает только в паре с процессором Ivy Bridge, не стоит сильно опасаться, что видеокартам не хватит пропускной способности интерфейса. Четыре линии PCI-E 3.0 по скорости примерно равны восьми линиям предшественника, так что даже в случае использования трех дискретных видеоадаптеров ситуация будет не хуже, чем у Sandy Bridge с двумя картами.

Super I/O-чип IT8728F и контроллер PCI моста IT8893E

Под вторым слотом PCI-Express x16 расположился старый добрый PCI, который все еще не собирается уходить со сцены. Z77 Express древний интерфейс уже не поддерживает, поэтому за его реализацию отвечает мост ITE IT8893E. Следует иметь в виду, что мост не может являться полноценной заменой порта. Вполне возможно, что ваша любимая раритетная карта расширения попросту откажется с ним работать. Рядом с IT8893E расположился его родственник ITE IT8728F, отвечающий за системный мониторинг, управление вентиляторами и порт PS/2.

Чипсет Intel Z77 Express

Дополнительные восемь линий PCI Express версии 2.0 предоставляются чипсетом Z77, скрывшим свое истинное обличие под слоем термоклея. Их распределение следующее:

• контроллер Thunderbolt Intel DSL3510L — четыре линии;
• контроллер USB 3.0 VIA VLI VL800-08 — одна линия;
• контроллер сетевого адаптера Realtek RTL8111F — одна линия;
• PCI слот через IT8893E — одна линия;
• три слота PCI-E x1 через PLX PEX8605 — одна линия.

Быть может, напрасно Gigabyte решила использовать два порта Thunderbolt? Логика подсказывает, что если бы порт был один, то ему потребовалось бы две линии PCI-E. Это позволило бы не обращаться к коммутатору PLX PEX8605 и обеспечить все x1-слоты полной пропускной способностью. На деле оказывается, что все современные контроллеры Thunderbolt требуют выделять себе PCI-E x4 вне зависимости от того, один или два порта они реализуют. Так что платы других производителей, имеющих в своем распоряжении только один новый порт, экономят не пропускную способность интерфейса, а деньги, которые уходят на покупку контроллера.

Расположение SATA портов

На правой стороне материнской платы расположились шесть разъемов SATA. Так как дополнительных контроллеров не предусмотрено, а чипсет Z77 не претерпел сколь-либо значимых изменений по сравнению с предшественником, быстрых SATA 3-портов всего два, они выделены белым цветом. Остальные «три с половиной» порта довольствуются режимом SATA 300. Дробное числительное употреблено здесь отнюдь не случайно.

Порт mSATA, предназначенный для установки 1,8-дюймовых твердотельных накопителей

Внимательный читатель должен был заменить разъем mSATA, расположившийся под процессорным разъемом. Как говорилось выше, никаких дополнительных контроллеров дисковой подсистемы не предусмотрено, а это значит, что подключенный к mSATA SSD лишит жизни пятый SATA-порт, о чем честно предупреждается на красной наклейке поверх этого самого порта.

Задняя панель разъемов материнской платы

Перейдем к рассмотрению интерфейсов, выведенных на заднюю панель материнской платы. В верхней части (при стандартном расположении материнской платы в корпусе) расположились два порта USB 3.0, предоставленные контроллером VIA VLI VL800. С ними соседствует комбинированный PS/2-порт, поддерживающий подключение мыши или клавиатуры. Чуть ниже можно увидеть DVI-D и D-Sub, непосредственно под ними находятся HDMI и еще два USB 3.0, опять же предоставленные VL800. Следующая пара портов USB третьей версии, разделяющих площадь с разъемом RJ-45, реализована уже силами чипсета. Стикер призывает подключать мышь и клавиатуру именно к ним, чтобы при загрузке ОС вы не остались без рычагов управления (для портов, реализованных VIA, потребуется устанавливать драйверы). Под ними расположились пресловутые порты Thunderbolt, оставив рядом с собой огромную неиспользованную площадь. Вполне возможным казалось бы размещение рядом с ними двух USB 2.0, однако новые порты потребовали столько дополнительных компонентов, что пришлось задействовать даже обратную сторону платы. Ниже можно увидеть стандартные аудиоразъемы, соседствующие с выходом S/P-DIF (TOSLINK).

Ненадежно смонтированный D-Sub

В целом никаких претензий к разъемам нет, однако D-Sub получился чрезмерно «живым». При каждом подключении и отключении монитора на открытом тестовом стенде он настолько сильно качается, что начинаешь опасаться, как бы ненароком не отломить его.

Как видите, в данной материнской плате производитель полностью отказался от портов USB 2.0. Кроме того, несколько странным выглядит решение с выводом лишь двух «чипсетных» портов версии 3.0. Отсутствие «старых» портов вместе с этим обстоятельством оставляют нам всего два работоспособных разъема при загрузке системы и оба они заняты клавиатурой и мышью (PS/2 в данном случае в расчет не берем). Таким образом, придется либо тут же ставить драйверы USB 3.0 для VIA с диска, либо, в случае отсутствия дисковода, вынимать клавиатуру и при установке драйверов с флеш-накопителя оперировать только мышью (если под рукой не окажется USB-хаба). Или только клавиатурой, тут уж кому как привычнее. А ведь всего-то нужно было вывести назад четыре порта от чипсета и два от контроллера…

Внутренние колодки интерфейсов на материнской плате

Внутренние разъемы интерфейсов почти в полном составе расположились под нижним PCI-E x16 слотом. Если перечислять их слева направо, получим следующий список: аудиоразъемы передней панели, S/P-DIF in/out, TPM, три USB 2.0 в ряд, кнопки/светодиоды передней панели, COM-порт. Эту красоту разбавляют симметрично расположенные относительно краев платы 4-pin разъемы корпусных вентиляторов (расположены после S/P-DIF и после USB 2.0). Постойте, не хватает USB 3.0 — на задней панели мы видели две пары портов от VIA, пару портов от PCH Z77, значит, где-то должна располагаться колодка для подключения еще двух синих разъемов. Так и есть, инженеры Gigabyte расположили ее непосредственно под 24-контактным разъемом ATX. Все колодки, распаянные на плате, огорожены защитными бортиками, а также очень удобно промаркированы, что делает процесс подключения к ним легким и приятным.

Общая схема расположения портов и контроллеров

Несмотря на довольно высокую стоимость, плата не позиционируется как решение для продвинутых пользователей или оверклокеров. Как видно по приведенным фотографиям и схеме, на ней отсутствуют ставшие практически стандартом в данной ценовой категории кнопки Power и Reset.

Универсальная замена кнопкам Power и Reset

Включать плату на открытом стенде приходится подручными средствами. Шаманского бубна в наличии у нас нет, да и не сделал бы он запуск бескнопочной системы удобнее, а вот не менее шаманский варган — всегда пожалуйста. Помимо столь любимых кнопок, на плате отсутствует и индикатор POST-кодов. Да что там индикатор, на плате нет ни единого светодиода, по которому можно было бы сделать вывод хотя бы о подключенном питании.

Buffalo MiniStation Thunderbolt c комплектными кабелями

Закончив осмотр платы, вернемся к тому, ради чего компания Gigabyte все затеяла — портам Thunderbolt. В качестве подопытного устройства для проверки интерфейса будет выступать диск Buffalo MiniStation Thunderbolt вместимостью 1 Тбайт. Роль проверяющего возьмет на себя CrystalDiskMark 3.0.1.

Контроллеры VIA VLI VL800 и Intel DSL3510L

Для того, чтобы сделать вывод о пользе нового интерфейса, работа с ним также была проверена при подключении по USB 3.0 (отдельно для встроенного в Z77 и внешнего VIA VLI VL800 контроллеров).

Результаты теста накопителя при подключении через USB 3.0 (PCH Z77)

Результаты теста накопителя при подключении через USB 3.0 (VIA VL800)

Результаты теста накопителя при подключении через Thunderbolt

Как нетрудно заметить, практически во всех режимах работы скорость ограничивается не интерфейсом, а возможностями используемого жесткого диска. USB-контроллер от VIA оказался чуть-чуть более эффективным, чем его «чипсетный коллега», но оба они совсем незначительно опередили Thunderbolt в тесте случайного чтения блоками по 4 Кбайт. Тем не менее в последнем тесте, который симулирует множество обращений к диску c глубиной очереди в 32 команды, USB тандем приотстал. В отличие от Thunderbolt, контроллеры универсальной последовательной шины не учитывают очередность поступления команд, поэтому при чтении они немного отстают от нового интерфейса.

Следует учитывать еще один немаловажный фактор: пользователям, которые захотят вкусить плоды совместной работы Intel и Apple, придется раскошелиться не один раз. Помимо контроллера Intel DSL3510L, добавляющего к цене платы три-четыре десятка долларов, в подавляющем большинстве случаев придется озаботиться не только приобретением подходящего устройства, но и покупкой Thunderbolt-кабеля. Дело в том, что кабель в данной технологии — не просто множество медных проводников. Каждый кабель является законченным устройством, имеющем по контроллеру на каждой стороне. Более того, как любое решение с микроконтроллером, разъемы кабеля нагреваются (даже при отсутствии обмена информацией с подключенным устройством). Так стоило ли делать обязательным использование дорогих (около 50 долларов за два метра) активных кабелей?

Принцип передачи данных в кабеле

Есть множество причин, по которым инженеры могли пойти на такой шаг. Наиболее вероятными видятся две. Первая причина в том, что при работе на подобных скоростях, нельзя не учитывать физическую среду передачи. Электромагнитные волны могут отражаться от разъемов или затухать в них, накладываться друг на друга, создавать помехи и тем самым затруднять работу интерфейса. Вторая причина — в возможном переходе на оптические кабели. Вы ведь не забыли, что когда-то интерфейс носил название Light Peak и был рассчитан на оптическую среду передачи данных? В Intel не отказались от этой идеи, но не поделились, что они будут делать с разъемом. Конечно, можно заменить его, как это часто делалось с процессорным гнездом, но есть и другой вариант. Использование активных кабелей теоретически позволит оставить разъем тем же, а преобразование электрических сигналов в световые перенести непосредственно в место контакта. Также не исключен вариант некоторого рода «защиты» своей разработки — полного контроля над рынком устройств и аксессуаров, но его мы оставим сторонником теории заговора.

Пожалуй, следует добавить еще одну причину, по которой Thunderbolt иногда менее предпочтителен, чем USB, — до загрузки ОС диск, подключенный по нему, попросту не существует. Его нельзя сделать загрузочным, на него или с него невозможно сохранить образ системы… Возможно, последующие обновления BIOS исправят ситуацию.

Кроме того, совсем не обязательно использовать новые порты только как интерфейсы для передачи данных. Можно воспользоваться ими как обычными DisplayPort, причем покупать для этого новый монитор не потребуется. Достаточно приобрести недорогие переходники DisplayPort→HDMI, получив весьма полезную возможность подключения к материнской плате трех независимых мониторов. Естественно, только в паре с процессором поколения Ivy Bridge.

Прежде чем перейти к рассмотрению организации питания процессора и памяти, необходимо упомянуть о еще одной технологии, за использование которой на данной плате Gigabyte платит лицензионные отчисления, — Lucidlogix Virtu MVP. В контексте данного обзора нас не интересует возможность объединения производительностей интегрированной в процессор графики и дискретной видеокарты. Нам важно более утилитарное применение встроенной графики, а именно использование фирменной технологии Intel Quick Sync Video.

Забавно, но на главном экране утилиты перепутаны изображения видеопроцессоров

Для того чтобы воспользоваться Intel QSV, в настройках BIOS следует активировать встроенное графическое ядро процессора и назначить на него вывод изображения. После этого с сайта Gigabyte или Lucidlogix скачивается утилита Virtu MVP. По умолчанию программа содержит огромный список приложений, для которых уже задано использование интергрированного или внешнего видеоадаптера. Среди них оказалась и задействованная в тесте утилита ArcSoft MediaConverter 8, то есть никаких дополнительных настроек не потребовалось. Для наглядности эксперимента осуществлялся мониторинг загрузки модуля транскодирования. Это легко реализуется при помощи фирменной утилиты Media Performance, входящей в состав Intel Graphics Performance Analyzers.

При проверке производительности Full HD-видеофайл с битрейтом 19 Мбит/с (длительность 14 минут 15 секунд, общий размер 1,99 Гбайт) конвертировался в профиль 320x240@512 Кбит/с. Скриншоты сделаны на отметке 97%, чтобы можно было увидеть загрузку встроенного GPU.

Кодирование видео силами iGPU

Активация Intel QSV позволила закончить перекодирование за 55 секунд, видеоядро при этом работало на стандартной частоте 1350 МГц. Загрузка ЦП не превышала 10%, потребление энергии системой ограничилось 147 ваттами.

Кодирование видео силами CPU

Перевод вычислений на ядра Core i7-2600K, функционирующего на частоте 4500 МГц, продлил время обработки файла до 1 минуты 17 секунд. Потребление энергии системой составило 204 ватта. Таким образом, достигается не только увеличение скорости обработки контента, но и экономия электричества. К тому же можно продолжать использование компьютера в штатном режиме практически без снижения производительности.

Помимо двух портов Thunderbolt и лицензированной технологии Virtu MVP, на материнской плате нашла применение еще пара полезных улучшений: увеличенная втрое сила тока на портах USB 3.0 и возможность заряжать устройства от них, когда компьютер не включен. Правда, для этого нужно, чтобы устройство было подключено к работающей системе, которую потом можно и выключить.

⇡#Подсистема питания

Система питания процессора

Прежде всего хочется обратить ваше внимание на то, как важно иногда быть первым. Технология DrMOS, разработанная восемь лет назад компанией Intel, так прочно укрепилась в головах пользователей в составе продуктов MSI, что в Gigabyte предпочли нанести на коробку название конкретной микросхемы, лишь бы не употребить раскрученное название. Вместо простого «мы используем технологию DrMOS», маркетологи решили отдать треть полезной площади сзади коробки, чтобы объяснить, чем же эти самые IR3550A лучше традиционных решений. Картинки, кстати, представлены весьма убедительные.

Радиаторы системы питания процессора

Ничуть не хуже красивых картинок на коробке об эффективности подсистемы питания говорит ее система охлаждения. Большой и маленький радиаторы весят 88,5 и 42,4 граммов соответственно. Материал изготовления — алюминий, покрытый черной краской. Несмотря на свой размер и вес, они даже при двухсотваттной нагрузке на процессор остаются умеренно теплыми. Сложно представить ситуацию, в которой сработает выставленная в BIOS защита, порог активации которой по умолчанию задан на 130 градусах Цельсия.

Расположение разъемов питания на материнской плате

Как уже говорилось выше, плата получает питание посредством стандартных 24- и 8-контактных разъемов.

Восьмифазный ШИМ-контроллер IR3567A

Производитель не позиционирует GA-Z77X-UP4 TH как плату для оверклокеров, поэтому система питания процессора построена на 6+2-фазном PWM-контроллере IR3567A от International Rectifier. Две фазы отвечают за напряжение на встроенную в процессор графику, оставшиеся шесть — непосредственно за процессорные ядра. На каждую фазу определен полимерный конденсатор емкостью 820 мкФ и дроссель в красивом корпусе.

Фазы питания процессора

Как раз здесь и нашли применение микросхемы DrMOS, столь красочно описанные на коробке. И ведь есть чем хвалиться: например, если взять процессор Core i5-3570K с максимальным TDP 77 Вт, работающий при напряжении 1,1 В, можно прикинуть, что на одну фазу приходится около 12 А тока.

График эффективности и потерь энергии микросхем IR3550A

В соответствии графиком, эффективность IR3550A при таком потреблении очень близка к 94%, то есть в виде тепла будут рассеиваться около пяти ватт на все шесть фаз. Это позволяет считать данную материнскую плату одним из самых энергоэффективных решений. При необходимости каждая из таких микросхем способна выдать до 60 ампер тока, чего должно хватить практически на любой разгон. Конечно, GA-Z77X-UP7 с ее 32 аналогичными фазами питания, способная «скормить» процессору до двух киловатт энергии, впечатляет сильнее, но даже пятая часть от этого выглядит внушительно.

Обособленные фазы питания CPU_VTT

Для питания встроенного в процессор контроллера памяти выделены две песональные фазы, состоящие из двух MOSFET-транзисторов. Для верхнего и нижнего плечей используются K03B7 и K0393, соответственно. Оба полевых транзистора обладают пониженным сопротивлением при переключении состояний, что позволяет им не сильно портить общую энергоэффективную направленность материнской платы. Управляет ими IR3598, функционирующий в режиме драйвера.

Двухфазная система питания ОЗУ и ее ШИМ-контроллер

Обе фазы питания памяти сделаны аналогично за тем исключением, что емкость конденсаторов снижена до 560 мкФ. Возглавляет всю эту компанию PWM-контроллер IR3570A, который можно обнаружить под первым слотом для оперативной памяти.

Теперь то, о чем было вскользь упомянуто при внешнем осмотре платы: работа с 24+4 pin блоками питания возможна. При такой конфигурации можно даже рассчитывать на среднестатистический разгон. Core i7-2600K отлично работал на частоте 4500 МГц при напряжении 1,33 В, при этом система (целиком) потребляла под нагрузкой 195 Вт. Отчасти свой вклад в это вносит удвоенная толщина медных проводников, являющаяся частью технологии Ultra Durable 5. Временное увеличение частоты до 5000 МГц с несоразмерным повышением напряжения до 1,55 В не позволили системе запуститься. Возвращение на полноценные 8-pin дополнительного питания ситуацию исправили, общее потребление системы было в районе 307 ватт. Разницу в 112 Вт при четырехпиновой диете система питания не осилила, но оно никому и не нужно.