Как инженерам Cyrix удалось уместить целый ПК всего в два чипа: история уникального x86-процессора из 90-х

Современный рынок x86-процессоров прочно ассоциируется исключительно с корпорациями Intel и AMD. Завсегдатаи ретро-тематики могут вспомнить решения VIA (Centaur), некогда популярные в ультрапортативных ноутбуках и тонких клиентах середины нулевых. Единицы слыхали об экзотических чипах Transmeta Crusoe с концептуально близкой к архитектуре «Эльбруса» VLIW-системой, а отъявленные энтузиасты наверняка держат в памяти специализированные процессоры Vortex86 для встраиваемой техники.

Тем не менее незаслуженно обделен вниманием выдающийся процессор Cyrix MediaGX образца 1997 года, фактически объединивший на двух кремниевых кристаллах целый системный блок: графический и звуковой адаптеры, контроллеры PCI, ISA, IDE и даже порты USB! О том, чем примечателен этот необычный чип, как ему удалось продержаться на плаву вплоть до конца десятилетия и какая здесь связь с AMD, читайте в сегодняшнем материале!

❯ Введение

Имя компании Cyrix хорошо знакомо любителям старого «железа». Во времена жесткого противостояния на рынке x86-совместимых процессоров на рубеже 80–90-х годов фирма снискала популярность благодаря разработке высокопроизводительных

На практике 486SLC выглядел неоднозначно: до уровня настоящего i486 он не дотягивал из-за использования урезанной 16-битной шины от 386SX, в то время как 32-битный 486DLC демонстрировал вполне достойные результаты. Тем не менее, из-за отсутствия встроенного FPU в модели SLC и необходимости приобретать отдельный сопроцессор, на равных соперничать с оригинальными процессорами 486 компании не удавалось.

Год спустя, в 1993-м, Cyrix презентовала собственные «полноценные» решения линейки 486 — Cx486SX и 486DX. Аналогично продукции Intel, версия SX отличалась отсутствием встроенного математического сопроцессора и уменьшенным L1-кэшем (2 КБ против 8 КБ), в остальном же архитектурно повторяя семейство 80486 на идентичных тактовых частотах. Главным козырем Cyrix оставалась демократичная ценовая политика: при незначительном отставании в производительности их чипы стоили существенно дешевле конкурентов, завоевав огромную популярность в сегменте бюджетных ПК.

Ситуация осложнилась выходом процессора Pentium от Intel, который в 1993 году буквально стер в порошок любые существующие архитектуры 486 за счет суперскалярного подхода (исполнения двух инструкций за такт), мощного FPU и, что критически важно, механизма предсказания ветвлений. Стараясь не отставать, Cyrix выпустила в 1995 году процессор 5×86, ставший одним из быстрейших решений для платформы Socket 3, способным в ряде задач опережать Pentium.

Тогда же свет увидел легендарный 6×86, обернувшийся триумфом в офисных ПК и полным фиаско в игровом сегменте. Инженеры сделали ставку на форсирование целочисленного модуля, пренебрегнув блоком работы с плавающей запятой (в то время как у Pentium FPU был выдающимся). В результате все новые игры, активно задействовавшие floating-point арифметику и программную растеризацию, безнадежно тормозили, усугубляя ситуацию полным отсутствием поддержки инструкций MMX на ядре M1.

В 1997 году корпорация National Semiconductor поглотила Cyrix и переориентировала разработки с высокопроизводительных систем на создание недорогих кремниевых платформ для сверхдешевых компьютеров. Итогом этой стратегии стало появление MediaGX — уникальной концепции, позволявшей в тандеме с компаньоном строить полноценный ПК на минимальном наборе комплектующих.

❯ Архитектурные особенности процессора

Платформа MediaGX радикально отличалась от классических x86-совместимых компьютеров. Традиционные ПК требовали сложной обвязки из нескольких микросхем: северного моста, управляющего оперативной памятью, шинами PCI и AGP, а также южного моста, обслуживающего медленные интерфейсы вроде ISA, USB и LPC.

Архитектуре MediaGX хватало всего двух микросхем — самого процессора и вспомогательного хаба Cx55x0. При этом функционал северного моста был полностью перенесен внутрь процессора:

• MediaGX взаимодействовал с ОЗУ напрямую, опередив современные решения от Intel и AMD на базе аналогичной схемы почти на десятилетие. Контроллер памяти работал с модулями SDRAM (до двух планок) суммарным объемом до 128 МБ — внушительная цифра для 1997 года.

• Прямо на кремнии разместился графический адаптер с поддержкой VGA, управлявший не только кадровым буфером и курсором, но и аппаратным блоком блиттинга с поддержкой растровых операций DirectDraw. Правда, за физический вывод сигнала отвечал внешний компаньон, получавший данные от ядра через специальную шину.

• Интегрированный PCI-контроллер подключал микросхему-компаньон в качестве стандартного периферийного устройства. На фоне классических чипсетов вроде 440BX подобное схемотехническое решение выглядело крайне нетривиально.

Впечатляющий уровень интеграции по меркам 350-нанометрового техпроцесса 1997 года, не правда ли?

Сам вычислительный модуль также был вполне конкурентоспособным. В части CPU MediaGX успешно соперничал не только с базовым Pentium, но даже с Pentium MMX:

• Во-первых, процессор обладал поддержкой векторных инструкций MMX, востребованных мультимедийным софтом того периода.

• Помимо целочисленного блока, чип оснащался вполне работоспособным FPU, хотя отсутствие поддержки AGP к 1998 году ставило крест на использовании платформы для тяжелых 3D-развлечений (впрочем, для старых 2D-хитов производительности хватало с избытком).

• Тактовая частота достигала 300 МГц, объем кэша L1 составлял 16 КБ, имелась поддержка виртуализации и 6-стадийный конвейер. Часть команд выполнялась за один такт.

Технически перед нами эволюция ядер Cx586, восходящих корнями к линейке 486. Тем не менее для 1997 года это был отличный продукт бюджетной категории: при оптовой стоимости процессора в пределах 60–100 долларов он позволял снизить розничную цену готовых систем ниже психологической отметки в 1500 долларов.

В отличие от Cx586, MediaGX невозможно было установить в стандартные материнские платы под сокеты Intel, поэтому наличие хаба являлось обязательным условием. Последний подключался как PCI-устройство, дополненное специализированной последовательной шиной (собственная разработка Cyrix, идеологически близкая к SMBus). На хаб возлагался внушительный спектр задач:

• Аппаратное декодирование потоков MPEG1/MPEG2. В те годы центральные процессоры еще не справлялись с плавным воспроизведением DVD-видео силами одного лишь программного обеспечения — для этого требовались дискретные ускорители вроде ATi Rage или Nvidia Riva TNT. Cyrix внедрила этот функционал еще в 1997 году, реализовав вывод через оверлей без избыточной нагрузки на CPU и видеоподсистему.

• Вывод графики на средства отображения. Взаимодействие выглядело следующим образом: встроенный видеоускоритель передавал кадры и синхросигналы хабу, который конвертировал их в аналоговый сигнал для ЭЛТ-мониторов, либо транслировал на параллельный интерфейс для TFT-патриц ноутбуков, либо через контроллер Cx9210 преобразовывал для работы с DSTN-дисплеями.

• Интерфейс AC’97. Хаб обеспечивал полную звуковую эмуляцию SoundBlaster 16, перекладывая функции цифро-аналогового преобразования на отдельный аудиокодек, соединенный по шине формата I2S.

• Кроме того, в чип-компаньон были интегрированы контроллеры шин ISA, USB и IDE. Сразу два порта USB в 1997 году выглядели весьма солидно!

Как и стандартным системам того времени, платформе Cyrix требовался мультиконтроллер, управлявший питанием и переходом в спящие режимы (поддерживался стандарт APM — предшественник ACPI), клавиатурным портом, микросхемой BIOS по интерфейсу LPC и прочей периферией.

Знакомство с системной платой

По сложившейся традиции детально изучим материнскую плату типичного компьютера на базе MediaGX. Нашим подопытным станет экземпляр SuperTek ST-MGXm на базе хаба Cx5520 образца 1998 года. Плату предоставил один из читателей блога, за что ему выражаю искреннюю благодарность. Проверку работоспособности мы пока отложим для отдельной практической заметки 🙂

Плата оборудована разъемами питания стандартов AT и ATX, двумя слотами для модулей памяти SDRAM, а также парами портов PCI и ISA — полный минималистичный набор.

Центральное место занимает процессор в нестандартном исполнении. Установить сюда стандартный процессор Intel или AMD невозможно, о чем предупреждает специальная маркировка на сокете. Помимо классического конструктива PGA, чип выпускался в корпусах BGA для мобильных устройств и тонких клиентов. К слову, ноутбуков на базе MediaGX автору встречать еще не доводилось, хотя познакомиться с ними было бы крайне любопытно!

Силовая часть питания реализована на базе простейшего однофазного ШИМ-контроллера TLT494CN, а тактовая частота генерируется встроенной в процессор петлей ФАПЧ (PLL) относительно шины PCI (SYSCLK), в обход традиционной FSB.

Чуть ниже расположился системный хаб — микросхема Cx5520 производства LSI. По меркам 1997 года осознание того, что эта пара микросхем образует практически законченный вычислительный комплекс, выглядит весьма непривычно.

Вблизи слотов расширения находятся микросхема ПЗУ BIOS и мультиконтроллер VS0824AG с логотипом National Semiconductor. Детальной документации по этой микросхеме обнаружить не удалось, вероятнее всего, это заказное решение, спроектированное специально под нужды платформы MediaGX.

Звуковые возможности обеспечиваются ЦАП от Analog Devices в паре с усилителем APA2308. Пожалуй, на этом элементная база исчерпывается. Сравните степень интеграции с любой платой под Pentium II — разница в сложности разводки и количестве компонентов колоссальна!

❯ Заключение

Cyrix MediaGX представляет собой один из редчайших примеров нетривиального подхода к проектированию x86-совместимых систем. Пожалуй, идейно близким аналогом можно назвать разве что Transmeta Crusoe, где северный мост также был интегрирован в процессор. Любопытно, что в дальнейшем технологии MediaGX перешли к компании AMD под именем AMD Geode и успешно применялись в тонких клиентах и встраиваемых модулях формата PC104 вплоть до конца нулевых. А в 2011 году на рынке триумфально дебютировал AMD Brazos, объединивший на одном кристалле вычислительные ядра и графику… Ничего не напоминает? 🙂 Именно Cyrix MediaGX я считаю первым в истории полноценным APU, опередившим официальное появление этого термина на целых 14 лет!

Надеюсь, материал показался вам познавательным. Подписывайтесь на блог, чтобы не пропустить свежие публикации каждую неделю! Интересуетесь ремонтом, модификацией и программированием старых устройств? Добро пожаловать в мой Telegram-канал ‭«Клуб фанатов балдежа‭», где публикуются закулисные кадры подготовки статей, анонсы и полезные заметки. Дополнительный видеоконтент доступен на моем YouTube-канале».

Если вы хотите безвозмездно передать в дар какое-нибудь интересное железо для подготовки нового обзора — свяжитесь со мной в Telegram. Меня особенно привлекают разнообразные гаджеты: от игровых консолей и аксессуаров до КПК, смартфонов, ретро-компьютеров и портативных ПК. Кто знает, возможно, героем следующего материала окажется редкий ноутбук из девяностых?:-)

Все предоставленные на тесты устройства остаются в моей личной коллекции. В планах создание экспозиции, где каждый экспонат будет сопровождаться интерактивной меткой со ссылкой на соответствующую статью. Быть может, в одном из следующих выпусков мы подробно разберем устройство из вашего детства?:)

Кстати, в арктиве имеется GameBoy Advance SP, для которого планируется разработка собственной игры. К сожалению, консоль пострадала от попадания жидкости. Если у кого-то завалялся аппарат-донор с нерабочей платой модели AGS-101 ради контроллера питания, буду признателен за предложение.

Возможно, вас заинтересует:

• Самый первый «Цифрал». Изучаем раритетный оптический считыватель ключей

• AA и AAA: ода временам одноразовых батареек

• TLS без секретов

Новости, обзоры продуктов и конкурсы от команды Timeweb.Cloud — в нашем Telegram‑канале ↩

 

Источник