Joshua alias Cyrix III: VIAs CPU für den Sockel 370

Bislang konnte sich Intel direkte Konkurrenz bei den Sockel-370-Prozessoren erfolgreich vom Halse halten: Weder AMD noch Cyrix oder IDT hatten einen sockelkompatiblen Prozessor im Programm. Doch mit der Alleinherrschaft ist es nun vorbei. Die von VIA gekaufte Chip-Schmiede Cyrix bringt mit dem Cyrix III einen Sockel-370-kompatiblen Prozessor heraus, der Intel vor allem im stetig wachsenden Markt der Einsteiger-PCs mit Celeron-CPU das Leben schwer machen will.

Mit dem Übergang vom Sockel 7 zum Slot 1 und später zum Sockel 370 hat es Intel erstaunlich lange geschafft, sich die lästige Konkurrenz vom Halse zu halten. Das patentierte Bus-Protokoll (GTL+) und diverse andere kleinere Patente bildeten bislang einen wirksamen Schutzwall. Statt Intel mit slot- oder sockelkompatiblen Prozessoren zu attackieren, begnügten sich die anderen Prozessorhersteller damit, dem in die Jahre gekommenen Sockel 7 mit schnelleren CPUs neues Leben einzuhauchen.

Einzig AMD wagte es, für den Athlon einen völlig anderen Prozessorsteckplatz zu etablieren. Der Mut wurde belohnt: Inzwischen kann sich AMD nicht nur ein beachtliches Stück vom Kuchen abschneiden, sondern schafft es auch, Intel mit immer schnelleren Prozessoren am oberen Ende der Leistungsskala in Bedrängnis zu bringen.

Ähnliche Erfolge erhofft sich nun auch Cyrix/VIA. Allerdings zielt man hier mit dem Joshua, der vormals Gobi und jetzt Cyrix III heißt, nicht auf die Leistungskrone, sondern greift Intel quasi von unten an. Der weitgehend Sockel-370-kompatible Cyrix III soll seinen Platz vor allem in preisgünstigen Einsteiger-PCs finden. Damit hat man vor allem den Celeron-Prozessor des Marktführers im Visier. Vor patentrechtlichen Nachstellungen durch Intels Rechtsabteilung sollte der Newcomer halbwegs sicher sein: VIA hat nach eigenem Bekunden alle erforderlichen Rechte, um einen Sockel-370-kompatiblen Prozessor auf den Markt zu bringen. Zudem produziert die Firma National Semiconductors, welche ja über ein weit reichendes Patentaustauschabkommen mit Intel verfügt, den Cyrix III - so weit, so gut.

Umfeld

Damit dürften vor allem der Preis und die Leistung über den Erfolg von VIAs erstem Prozessor entscheiden. Bis zur Drucklegung konnte uns VIA zwar noch keine konkreten Preisvorstellungen für den Cyrix III nennen, doch soll der Chip zu einem, wie es so schön heißt, ‘konkurrenzfähigen Preis’ auf den Markt kommen. Ob auch die Leistung dieses Attribut verdient, konnten wir in einem Test der aktuellen Prozessorversion überprüfen. Dazu stand uns ein Muster mit dem internen Stepping 2.4 zur Verfügung. Dieses entspricht noch nicht ganz der endgültigen Prozessorversion, welche nach zwei weiteren Steppings als Version 3.0 im März auf den Markt kommen soll. Wie unser Muster wird auch der endgültige Prozessor in einem 0,18µ-Prozess gefertigt, der allerdings noch einmal optimiert werden soll. VIA verspricht sich davon eine 30-prozentige Reduzierung der Die-Größe und damit eine deutliche Verringerung der Herstellungskosten.

Unser Cyrix III arbeitete mit einer internen Taktrate von 400 MHz (133 MHz x 3). Vermarktet wird er aber mit einem so genannten P-Rating, das nicht der tatsächlichen Taktfrequenz entspricht, sondern sich an der Leistungsfähigkeit eines Celeron-Prozessors bei Business-Anwendungen orientiert. Welchen P-Wert die 400-MHz-Version erhält, will VIA erst bei der offiziellen Vorstellung auf der CeBIT am 25. Februar bekannt geben. Klar ist einstweilen nur, dass das ‘P’ größer als 400 sein wird. Erst der unter dem Codenamen Samuel entwickelte Nachfolger des Cyrix III soll mit echter MHz-Kennung vermarktet werden.

Wir begnügen uns hier einstweilen damit, den Prozessor mit anderen 400-MHz-CPUs zu vergleichen. In Frage kommt hier natürlich zuallererst der Celeron-400, den VIA ja aus dem Sockel drängen will. Beide CPUs mussten in einem Soltec-Board (SL-65KV) mit VIAs 694x-Chipsatz und 128 MByte PC133-SDRAM zeigen, was sie können. Als Grafikkarte kam eine Riva-TNT2-Ultra zum Einsatz, die Festplatte (DTTA-371440) stammt von IBM. Daneben haben wir auch noch Vergleichswerte für den K6-III-400 auf dem Asus-P5A ermittelt. Alle Tests führten wir einmal mit dem On-Board-Soundinterface der Boards und einmal mit der SB-Live!-Value-Karte von Creative Labs durch.

Da der Cyrix III von VIA klar als CPU für den ‘Value-PC’ positioniert wird, beschränkten wir uns bei den Tests auf Untersuchungen unter Windows 98 SE mit der BAPCo SysMark2000, PovRay, diversen Spielen und dem 3DMark2000.

Bereits die BAPCo-Tests machten klar, dass der Cyrix III kein Hochleistungsprozessor ist. Bei Word 2000, Netscape und Paradox 9.0 konnte er zwar mit etwas besseren Werten aufwarten als Intels Celeron, alle anderen Tests absolvierte er aber zum Teil deutlich langsamer als dieser. Insgesamt erreichte er bei den Office-Anwendungen nur 91 Prozent der Performance eines Celeron-400, bei den Internet- und Multimedia-Applikationen kam er gar nur auf 77 Prozent. In der BAPCo-Gesamtwertung erzielte der Cyrix III 63 Punkte und erreichte somit nur 85 Prozent der Leistung eines Celeron-400.

Zwar reklamiert VIA für den Cyrix III eine deutlich verbesserte Floatingpoint-Einheit, in der Praxis ist diese aber immer noch deutlich langsamer als die FPU des Celeron. Bei PovRay, einem Rendering-Programm, das die FPU intensiv nutzt, erreicht der Cyrix III gerade mal 169 pps (pixel per second). AMDs K6-III bringt es dagegen auf 229 pps, und Intels Celeron eilt mit 255 pps auf und davon.

Spieler

Der synthetische Spiele-Benchmark 3DMark2000 bescheinigt dem Cyrix III je nach Auflösung und Detailtiefe zwischen 78 und 93 Prozent der Leistungsfähigkeit eines Celeron-400. Dass der VIA-Prozessor hier nicht so stark einbricht, liegt vor allem daran, dass der 3DMark2000 intensiv Gebrauch von Multimediabefehlen macht und hier kann der Cyrix III mit 3DNow! aufwarten, wogegen sich der Celeron mit MMX begnügen muss.

In der realen Welt der Spiele sieht das Bild allerdings anders aus. Hier wird zwar auch von 3DNow! Gebrauch gemacht, aber ebenso stark auf Floatingpoint-Befehle zugegriffen, die der Cyrix III nicht so schnell verarbeiten kann wie der Celeron. Beim Ballerspiel Quake III erreicht VIAs Recke gerade mal 21 bis 26 Frames pro Sekunde, wogegen der Celeron hier mit bis zu 42 fps aufwarten kann. Mit dem AC97-Sound des Soltec-Boards arbeitet Quake III übrigens deutlich schneller als mit der Soundblaster-Karte.

Ein ähnliches Bild zeigt sich auch bei Expendable. Auch hier ist der Prozessor mit AC97-Sound schneller. Der Vergleich zwischen dem Celeron und dem Cyrix III fällt - unabhängig vom Soundinterface - klar zu Gunsten des bei diesem Test beinahe doppelt so schnellen Intel-Prozessors aus. Etwas besser schlägt sich der Cyrix III bei Incoming: hier erreicht er je nach Auflösung und Farbtiefe zwischen 56 und 64 Prozent der Celeron-Leistung. Anders als bei den anderen Spiele-Tests arbeitet Incoming aber mit der Soundblaster-Karte schneller als mit dem AC97-Sound.

Ein Vergleich mit dem K6-III-400, der ja in fast allen Disziplinen schneller arbeitet als der Celeron-400, erübrigt sich angesichts dieser Ergebnisse: Der Cyrix III reicht in keiner Disziplin auch nur annähernd an den AMD-Prozessor heran.

Fazit

Selbst wenn es VIA gelingen sollte, den Cyrix III in der endgültigen Version noch etwa 10 Prozent schneller zu machen, wird dieser leistungsmäßig keine echte Konkurrenz für Intels Celeron sein. Dies gilt umso mehr, als Intel inzwischen bereits Celeron-Chips mit bis zu 533 MHz herstellt und nun doch bis zur Jahresmitte mit Taktraten von 700 und mehr MHz aufwarten will. VIA kann also nur versuchen, den Cyrix III als echten Preisbrecher zu etablieren, doch auch das dürfte nicht so einfach werden. Wenn diese c't auf den Markt kommt, wird der 1000er-Preis für einen Celeron-400 bei etwa 64 Dollar liegen und das 433-MHz-Modell für 69 Dollar zu haben sein. Umgerechnet auf die mittlere Leistung dürfte ein Cyrix III mit 400 MHz also nur etwas mehr als 50 Dollar kosten. Es bleibt abzuwarten, ob sich VIA solch einen Kampfpreis leisten kann. (gs)

[#anfang Seitenanfang]

[#anfang Seitenanfang]

Cyrix III intern

Der Cyrix III besteht intern aus einer Floatingpoint- und zwei Integer-Einheiten. Erstere ist auch für die Verarbeitung von MMX- und 3DNow!-Befehlen zuständig. Damit können maximal zwei unabhängige Integer-Befehle und eine FP-, MMX- oder 3DNow!-Instruktion parallel verarbeitet werden. Wie andere moderne Prozessoren beherrscht der Cyrix III Register-Renaming, Out-of-Order Execution und die spekulative Ausführung von Instruktionen, um so möglichst viele unabhängige Befehle gleichzeitig in den drei Verarbeitungseinheiten verarbeiten zu können.

Hinzu kommen noch eine Memory Management Unit, das Bus-Interface und die Cache-Einheit (siehe Grafik). Letztere besteht aus einem 64 KByte großen, vierfach-assoziativen L1-Cache und einem 256 KByte großen unified L2-Cache. Beide sind auf dem Die integriert und arbeiten mit vollem Prozessortakt. Als Unified Caches sind sie sowohl für Daten als auch für Befehle zuständig. Eine Aufteilung in Daten- und Befehls-Cache, wie es sie bei den Intel-CPUs für den L1-Cache gibt, hat Cyrix nicht vorgesehen.

Der L2-Cache des Cyrix III arbeitet als Exclusive-Cache, der nie Daten enthält, die sich schon im L1-Cache befinden.

Damit es nicht zu Engpässen kommt, besitzt der L1-Cache zwei unabhängige Datenpfade, die von den beiden Integer-Einheiten, der FPU oder dem zusätzlich vorhandenen Instruction Line Cache parallel genutzt werden können. Der Instruction Line Cache ist 256 Byte groß und in acht 32 Bit breite Lines unterteilt. Er soll verhindern, dass die Verarbeitung von Befehlen ins Stocken gerät, weil der L1-Cache überwiegend von Daten belegt ist.

Dem L1-Cache ist ein 256 KByte großer L2-Cache nachgeordnet. Er arbeitet als exklusiver Cache, das heißt, dass sich darin nie Daten befinden, die sowieso schon im L1-Cache liegen. Cyrix spricht deshalb von einem 320 KByte großen On-Die-Cache. Dies vereinfacht die Cache-Verwaltung, kann aber unter bestimmten Randbedingungen zu Verzögerungen beim Nachladen von Daten aus dem Hauptspeicher führen. Der L2-Cache fungiert als so genannter ‘victim cache’, der alle verworfenen Cache-Lines aus dem L1-Cache zwischenspeichert. Dadurch sind die Cachelines des L2-Cache immer dirty (das spart ein Tag-Bit) und müssen vor dem Ersatz durch andere Daten grundsätzlich in den Hauptspeicher zurückgeschrieben werden.

Unterschiede

Der Cyrix III wird von VIA zwar als Sockel-370-Prozessor bezeichnet, sein Pinout entspricht allerdings nicht in allen Details dem des Celeron (siehe Tabelle). Der wichtigste Unterschied besteht bei den für die Spannungsversorgung zuständigen VID-Pins. Der Celeron besitzt dazu vier Signalpins (VID[0]..VID[3]), mit denen sich Core-Spannungen zwischen 1,30 und 2,05 Volt einstellen lassen. Da der Cyrix III nominal mit 2,2 beziehungsweise 2,4 Volt arbeitet, benötigt er zusätzlich VID[4]. Dieser erlaubt in Anlehnung an die VID-Kodierung der Slot-1-CPUs Spannungswerte von bis zu 3,5 Volt. Da kaum ein gängiges Sockel-370-Board über entsprechende Spannungsregler verfügt, ist der Cyrix III grundsätzlich nur auf speziell für ihn ausgelegten Platinen einsetzbar. Zudem benötigt er noch ein angepasstes BIOS, das den Prozessor erkennt und die Caches korrekt initialisiert.

Cyrix III Blockdiagramm

Board-Designer, die nicht nur dem Celeron, sondern auch dem Cyrix III und womöglich auch noch dem Pentium III im FC-PGA-370-Gehäuse einen geeigneten Sockel bieten wollen, müssen sich aber nicht nur wegen dieses Pins Gedanken machen. Da der Cyrix III sowohl mit 66 als auch mit 100 oder 133 MHz Fontsidebus (FSB) betrieben werden kann, müssen die BSEL-Signale (BSEL[0] und BSEL[1]) analog zum Pentium III interpretiert werden. Allerdings hat Cyrix zwei BSEL[1]-Signale vorgesehen, eines auf AJ31 und eines auf AK30 - man war sich wohl in der Design-Phase nicht sicher, welchen der beiden Pins Intel beim FC-PGA-Pentium-III verwenden würde.

Eine weitere Besonderheit der Cyrix-CPU betrifft die Wahl des internen Multiplikators. Dies ist entweder Intel-konform über vier doppelt genutzte Signalpins (NMI, INTR, A20M, IGNNE) möglich, die nach dem Reset abgefragt werden, oder per Software. Will man letztere Möglichkeit nutzen, so muss das Board den Pin AB2 unberührt lassen. Per BIOS kann man dann den Multiplikator frei zwischen 2,5 und 7,5 in Schritten zu 0,5 wählen.

Die weiteren Unterschiede im Pinout betreffen eher Randbereiche. So ist der Cyrix III nicht Dual-Prozessor-tauglich. Die entsprechenden Pins am CPU-Sockel bleiben folglich ungenutzt. Selbiges gilt auch für die Anschlüsse zum Hardware-Debugging, die der Cyrix III nicht unterstützt. Eine interne Fehlererkennung, wie sie die Intel-CPUs bieten, fehlt dem Cyrix III ebenfalls. Der entsprechende Kontakt (IERR#) besitzt deshalb einen integrierten Pull-Up-Widerstand. Das CPUPRES#-Signal, das Intel-CPUs nutzten, um dem Board zu signalisieren, dass ein Prozessor im Sockel steckt, lässt Cyrix ebenso unbeachtet, wie den Spannungswahl-Pin V_CoreDET. Gleiches gilt auch für das Signal EdgeCTRL, das ja auch beim Pentium III ungenutzt bleibt.

Die Integer-Unit des Cyrix III

Zur Überwachung der Prozessortemperatur besitzt der Cyrix III wie der Celeron eine Diodenmessstrecke. Über diese und eine spezielle Kennlinie lässt sich die Die-Temperatur recht zuverlässig ermitteln. Nicht vorgesehen ist dagegen die Überhitzungskontrolle, die bei Intel-CPUs dafür sorgt, dass der externe Takt reduziert wird, wenn eine kritische Die-Temperatur erreicht wird. Den entsprechenden Ausgangspin lässt VIA ungenutzt, der Board-Hersteller muss sich also selbst um eine geeignete Notfall-Schaltung kümmern.

Etwas kurios ist die von Cyrix verwendete Cache- und TLB-Type-Kennung im CPU-ID-Befehl. Hier hat man sich für die Werte 74h und 77h entschieden - und damit für eine mögliche Überschneidung mit Intels Willamette-Prozessor gesorgt. Sollte eine Software also die Daten auswerten, um sich an den Cache-Typ anzupassen, steht ein hübsches Durcheinander ins Haus.

[#anfang Seitenanfang]