Zapojení Pentia 4 a Core 2 Duo LGA775

      5.10.2006 Někteří z vás mají ještě živé vzpomínky na to, jak se dal snadno zadrátovat procesor intel Celeron/Pentium III Tualatin, aby i přes mírné odlišnosti ve specifikaci pracoval ve stávajících základních deskách (nejčastěji s oblíbeným iBX440 chipsetem). Historie se opakuje a intel nám přichystal podobné 'příjemné' překvapení u nového procesoru Core 2 Duo. Ten je určen do téhož Socketu 775 LGA jako novější z řady procesorů Pentium 4. Intel ale usoudil, že by bylo dobré trochu zvýšit prodej nových desek a chipsetů a tak lehce pozměnil pin-out nového Core 2 Duo, aby ve stávajících deskách nefungoval. Odůvodnil to pak potřebou nového VRM regulátoru s jemnějším krokem napětí (opravdu má smysl u spínaného zdroje řešit setiny Voltu?). Někde se mylně uvádí, že Core 2 Duo není kompatabilní se staršími chipsety, ale např. deska ASRock ConRoe 865PE je jasným důkazem, že si C2D rozumí i se starším chipsetem i865 (celkem dobrá a levná alternativa s AGP). Pravda, bylo potřeba menšího boostu napětí chipsetu, aby utáhl spolehlivě FSB 1066 MHz, takže na taktování to už moc není.
      Zajímalo mě tedy, jak moc se zapojení padů nového C2D změnilo a tak jsem si stáhl datasheety a porovnal. Na obrázku níže je rozložení padů C2D na spodku pouzdra. Červeně jsem označil pady, jejichž význam se změnil a pokládám je za kritický pro správnou funkci, zeleně jsou pak označeny změny, kterým nepřikládám takovou váhu a šedě jsou označeny prázdná místa bez padů. V tabulce je pak krátký popis signálů, kterých se změna týká.

    

Core2 Duo vs. Pentium 4 Socket 775 LGA:


(klikni pro plnou velikost)

pad	typ	P4	Core2	popis
D23	PWR	FC9	VCCPLL	napájení PLL: 1,5V / 130 mA
AM5	OUT	FC11	VID6	výběr napájecího napětí jádra Vcore
AM7	OUT	FC12	VID7	výběr napájecího napětí jádra Vcore
AN7	OUT	FC16	VID_SELECT	výběr VID tabulky P4/Core2, vnitřní pull-up
H29	OUT	GTLREF_SEL	FC15	výběr referenční úrovně GTL pro chipset (log. 0 na P4)
H2	IN	FC6	GTLREF1	referenční úroveň log. 1 pro GTL+ vstupy (spolu s GTLREF0)
AM6	IN	VTTPWRGD	FC40	úroveň H oznamuje procesoru stabilní úroveň napájení Vtt
G2	ANL	FC1	COMP2	připojen na Vss přes přesný odpor 50 R
R1	ANL	FC2	COMP3	připojen na Vss přes přesný odpor 50 R
B13	ANL	FC19	COMP8	připojen na Vss přes přesný odpor 25 R
AL3	IN	VSS	VRDSEL	detekce podpory Core2 - pokud je 0, procesor nepracuje
Y1	IN	BOOTSELECT	FC0	detekce podpory P4 - pokud je 0, procesor nepracuje
J16	I/O	DP0#	FC31	parita pro datové linky D63:0
H15	I/O	DP1#	FC32	parita pro datové linky D63:0
H16	I/O	DP2#	FC33	parita pro datové linky D63:0
J17	I/O	DP3#	FC34	parita pro datové linky D63:0
U2	I/O	AP0#	FC29	parita pro adresové linky A35:0
U3	I/O	AP1#	FC30	parita pro adresové linky A35:0
H4	IN	RSP#	FC35	odpověď na paritu linek RS2:0
AB3	I/O	MCERR#	FC37	"Machine Check Error" - nezotavitelná chyba, generuje chipset nebo CPU
AD3	I/O	BINIT#	FC36	signál inicializace sběrnice, generuje chipset nebo CPU
G5	I/O	FC7	PECI	proprietární 1-drátová sběrnice (přenos údajů z on-chip senzoru teploty - DTS)
V2	OUT	LL_ID0	RSVD	"LoadLine Slope" (log. 0 na P4)
AA2	OUT	LL_ID1	FC39	"LoadLine Slope" (log. 0 na P4)
A24	PWR	VSS	FC23	zem
E29	PWR	VSS	FC26	zem
G1	PWR	VSS	FC27	zem
U1	PWR	VSS	FC28	zem
C9	-	RSVD	FC38	rezervovaný
E24	-	RSVD	FC10	rezervovaný
G10	-	RSVD	FC38	rezervovaný

FCx - open drain výstupy pro kompatabilitu s jinými CPU

      Jak je vidět, změn je o něco více než v případě Tualatinu. Napájení jádra procesoru obstarává na základní desce obvod VRM (Voltage Regulator Module), což je zde pulsní vícefázový můstkový step-down měnič. Jeho výstupní napětí je programovatelné v určitém rozsahu pomocí logických vstupů VID. Procesor kombinací 0/1 na svých výstupních VID padech říká VRM, jaké napětí od něj požaduje (do toho se ještě může vložit další obvod, který požadavek CPU přebije dle vašeho nastavení v SETUPu). U Pentia 4 a C2D se navíc toto napětí může dynamicky měnit v závislosti na pracovní frekvenci (technologie Enhanced Intel Speedstep - EIST). Při zapnutí počítače nastaví procesor nějakou výchozí hodnotu napětí, která je individuálně nastavená od výrobce a nemusí být nutně stejná pro stejný typ CPU.
      U Pentia 4 sloužilo k nastavování napětí 6 padů VID[5:0]. To umožňovalo celkem 64 různých kombinací v rozsahu 0,8375 - 1,6000 V. U C2D přibyly další 2 pady, tedy celkem 8 VID[7:0], což by umožňovalo až 256 kombinací. Intelu se to zdálo asi trochu moc a tak u C2D omezili výběr na 6 padů VID[6:1] a ty dva (VID7, VID0) si nechali do rezervy pro budoucí použití, u C2D jsou spojeny se zemí. Kombinace odpovídají rozsahu napětí 0,8500 - 1,6000 V. Tím, že se zrušil význam VID0 a zavedl VID6, nastal trochu chaos ve VID tabulce. Zde můžeme vidět, jaké skutečné napětí by na požadavek C2D nastavil VRM v základní desce určené pouze pro Pentium 4:

VID7:0	Vcore	Vcore in P4-only mobo
0 111111 0	OFF	1,1000
0 111101 0	0,8500	1,2000
0 111100 0	0,8625	1,2500
0 111011 0	0,8750	1,3500
0 111010 0	0,8875	1,3500
0 111001 0	0,9000	1,4000
0 111000 0	0,9125	1,4500
0 110111 0	0,9250	1,5000
0 110110 0	0,9375	1,5500
0 110101 0	0,9500	1,6000
0 110100 0	0,9625	0,8750
0 110011 0	0,9750	0,9250
0 110010 0	0,9875	0,9750
0 110001 0	1,0000	1,0250
0 110000 0	1,0125	1,0750
0 101111 0	1,0250	1,1125
0 101110 0	1,0375	1,1625
0 101101 0	1,0500	1,2125
0 101100 0	1,0625	1,2625
0 101011 0	1,0750	1,3125
0 101010 0	1,0875	1,3625
0 101001 0	1,1000	1,4125
0 101000 0	1,1125	1,4625
0 100111 0	1,1250	1,5125
0 100110 0	1,1375	1,5625
0 100101 0	1,1500	0,8375
0 100100 0	1,1625	0,8875
0 100011 0	1,1750	0,9375
0 100010 0	1,1875	0,9875
0 100001 0	1,2000	1,0375
0 100000 0	1,2125	1,0875
0 011111 0	1,2250	1,1000
0 011110 0	1,2375	1,1500
0 011101 0	1,2500	1,2000
0 011100 0	1,2625	1,2500
0 011011 0	1,2750	1,3000
0 011010 0	1,2875	1,3500
0 011001 0	1,3000	1,4000
0 011000 0	1,3125	1,4500
0 010111 0	1,3250	1,5000
0 010110 0	1,3375	1,5500
0 010101 0	1,3500	1,6000
0 010100 0	1,3625	0,8750
0 010011 0	1,3750	0,9250
0 010010 0	1,3875	0,9750
0 010001 0	1,4000	1,0250
0 010000 0	1,4125	1,0750
0 001111 0	1,4250	1,1125
0 001110 0	1,4375	1,1625
0 001101 0	1,4500	1,2125
0 001100 0	1,4625	1,2625
0 001011 0	1,4750	1,3125
0 001010 0	1,4875	1,3625
0 001001 0	1,5000	1,4125
0 001000 0	1,5125	1,4625
0 000111 0	1,5250	1,5125
0 000110 0	1,5375	1,5625
0 000101 0	1,5500	0,8375
0 000100 0	1,5625	0,8875
0 000011 0	1,5750	0,9375
0 000010 0	1,5875	0,9875
0 000001 0	1,6000	1,0375
0 000000 0	OFF	1,0875

      Po zapnutí PC bychom neměli žádnou kontrolu nad tím, jaké napětí do procesoru půjde, protože se defaultní VID může lišit i kus od kusu stejného typu. Takže základem úspěchu rozběhnutí C2D v desce pro Pentium 4 by bylo zadrátovat napětí natvrdo, asi nejsnáze na padech řídicího integrovaného obvodu VRM (tím samozřejmě přijdeme o výhody EIST).
      Další nezbytností je dostat na pad VCCPLL (D23) napájení 1,5 V pro PLL, který násobí FSB na pracovní frekvenci jádra. Na pady GTLREF1 (H2) a GTLREF0 (H1) by se měly přivést referenční úrovně (vyrobené např. odporovým děličem) pro log. 1 a log. 0 vstupů GTL+. Logika GTL+ je přitom napájená z napětí Vtt = 1,20 V. Pady COMP2 (G2) a COMP3 (R1) je potřeba připojit přes přesné (1%) odpory 50 R a COMP8 (B13) přes 25 R na zem.
      Pak je tu naschvál pad VRDSEL (AL3), který blokuje funkci při vložení C2D do nekompatabilní desky a je třeba ho zaizolovat proti zemi. Zajímavé je, že u C2D byly vynechány linky datové a adresové parity, které ale jak tak koukám, stejně nemají protějšky na běžných chipsetech 8xx/9xx, tak snad chybět nebudou. U C2D přibylo kromě snímací teplotní diody i digitální teplotní čidlo DTS, které komunikuje s chipsetem po jednodrátové sběrnici vyvedené na pad PECI (G5). To ale můžeme oželet, neboť hodnotu lze vyčíst z MSR registru. DTS čidlo snímá teplotu v místě nejvyššího zahřívání každého jádra a oproti teplotě z diody (kterou měří většina programů) se může lišit i o více jak 10°C! Teplotu z DTS umí přečíst např. program Core Temp. Ostatní změny se už týkají nevýznamných signálů, rezervovaných padů a zemí.
      Uvedl jsem zde výčet rozdílů na které jsem přišel a nastínil postup "zadrátování" C2D do desky pro P4. Avšak narozdíl od Tualatinu pro Socket 370 zde vidím docela velký problém v praktické realizaci. Pady na LGA pouzdru a protilehlé pérové kontakty jsou zde od dost menší. Navíc patice pro procesor je SMD, takže se nelze na pady dostat z druhé strany. Pokud je spoj tažen vnitřní vrstvou PCB od procesoru k chipsetu bez jediného prokovu do vnější vrstvy, je nemožné ho přerušit a přepojit podle potřeby jinam. Jediná možnost by pak byla propojovat tenoučkým lakovaným drátkem přímo na spodku procesoru, ale taky to nevidím moc reálně. Pokud by se to přecejen podařilo, obával bych se zvýšené nestability vlivem přidaných parazitních indukčností a kapacit.
      Já osobně jsem se těhle "drátovacích" choutek vzdal, neboť základní deska o které jsem uvažoval by na to byla příliš drahá (procesor taktéž) a výsledek příliš nejistý. Takže jsem se nakonec rozhodl pro levnější desku bez ISA slotu, ale s nativní podporou C2D Asus P5LD2. Později jsem taky objevil způsob, jak v soketu LGA775 snadno rozběhnout procesory LGA771.

      7.4.2008 Pro zajímavost jsem zde doplnil popis tří padů BSEL2:0 (BSEL0 - pad B22, BSEL1 - pad B23, BSEL2 - pad C21), kterými procesor desce oznamuje, jaká je jeho defaultní frekvence FSB. Tyto signály jsou na desce nějakým způsobem propojeny s hodinovým generátorem PLL, který podle dané kombinace nastaví odpovídající frekvenci. V případě, že ochuzený BIOS neumožňuje FSB nastavit ručně, ale PLL to umí, lze pak snadno "zadrátovat" vlastní požadovanou BSEL kombinaci. Na netu je o tom pod heslem "BSEL mod" spousta informací a návodů. Na některých deskách to ale nemusí fungovat. Zkoušel jsem přelepením pinu BSEL1 na E8400 nastavit kombinaci 110b odpovídající 400MHz FSB na svojí desce GA-P31-DS3L, ale vůbec se to nerozjelo. Zkoušel jsem i další kombinace a nic.

BSEL2:0	FSB [MHz]	FSB QDR [MHz]
000	266	1066
001	133	533
010	200	800
011	166	667
100	333	1333
101	n/a	n/a
110	400	1600
111	n/a	n/a