Canard PC Hardware

D'un point de vue technique, la partie la plus intéressante de cette plateforme reste la carte mère et ce, pour une raison simple : Intel ne s'est pas contenté de réutiliser tels quels des composants déjà disponible dans le monde du serveur, mais à effectué un véritable travail d'adaptation au micromarché visé par Skulltrail. Baptisée D5400XS, cette carte basée sur le chipset Intel 5400 comporte donc deux Socket LGA771 et quatre slots FBDIMM DDR2, mais le plus intéressant reste la gestion de 4 ports PCI Express 16x par deux contrôleurs NVIDIA. Avant de rentrer plus avant dans les détails et de découvrir quelques surprises, voyons cette carte mère de plus prés :

Comme on le constate, la D5400XS n'est pas au format ATX standard, mais au format serveur SSI/EATX. Elle mesure ainsi 33 cm x 30.5 cm et nécessite un boitier adapté à sa taille. La carte est alimentée par un connecteur ATX 24 broches plus deux connecteurs AUX 8 broches (le second est heureusement facultatif) et un connecteur Molex. Niveau connectivité, elle supporte 10 ports USB 2.0 (dont 4 en facade), 2 ports FireWire IEEE1394a, 6 ports SATA 2, 2 ports eSATA, une interface IDE ATA100, 1 port Gigabit Ethernet et l'audio en HDA 7.1 + SPDIF. Voyons d'ailleurs plus en détails les contrôleurs utilisés :

1. Réseau : Intel PC82573L
La famille de contrôleurs Gigabit Ethernet 82573 d'Intel représente l'entrée de gamme des contrôleurs réseaux. Elle est interfacée par le biais d'un lien PCI Express 1x et permet donc d'assurer un lien bidirectionnel à 1 Gbit/s sans goulet d'étranglement. Elle dispose de quelques fonctions pré-câblées comme la gestion en hardware des checksums IP, TCP et UDP, de la segmentation ou de la gestion des VLANs. La version "L" est la version d'entrée de gamme puisqu'elle ne supporte pas la management (ni ASF, ni iAMT, ni APT). En contrepartie, elle fait partie de la famille "Low Power". Un choix assez difficile à expliquer dans le cas de Skulltrail.
2. Audio : SigmaTel STAC9274D5
Cette fois, Intel a choisi du haut de gamme. Le STAC9274 d'IDT est un contrôleur audio HDA supportant 10 canaux et disposant d'un rapport signal/bruit de 105 dB. Il permet donc d'utiliser le 7.1 du HDA avec deux canaux supplémentaires en cas de besoin. Bien plus qu'il n'en faut. Sa résolution est de 24 bit et il est capable de traiter des signaux jusqu'à 192 kHz.
3. FireWire : Ti TSB43AB22A
La norme IEEE 1394a (Firewire) est gérée par un composant Texas Instrument bien connu, mais plutôt bas de gamme. En effet, celui-ci ne supporte pas le 1394b et ses 800 Mbit/s, mais uniquement la version "a", limitée à 400 Mbit/s. Il se limite également à 2 ports. Il est interfacé en PCI.
4. USB : SMSC USB2514AEZ6
Voici un composant assez rare sur ce type de carte. Il s'agit en fait d'un hub USB 2.0 4 ports. Intel ayant probablement considéré que les 8 ports USB 2.0 gérés par le Southbridge n'étaient pas suffisants, ce composant a été rajouté pour offrir 3 ports supplémentaires.
5. BIOS : SST49LF016C
L'EEPROM utilisée par la D5400XS est un modèle à interface LPC classique. Sa taille est de 16 Mbits soit 2 Mo.
6. SuperIO : Winbond WPCD376IAUFG
Ce contrôleur SuperIO de Winbond est lui aussi un classique. Il supporte un port Série, un port Parallèle, ainsi que tous les protocoles de communications Infra-Rouge nécessaire pour obtenir le beau macaron Vista Media Center Ready. C'est aussi lui qui est chargé du monitoring des tensions et de la gestion des ventilateurs.
7. Divers : Altera EPM7032AE
Ce composant est un PLD, c'est à dire un composant programmable pour effectuer une tâche donnée. Il fait partie de la série MAX 7000 d'Altera. Cette version est dotée de 32 macrocells, ce qui lui donne une très faible capacité de traitement, mais qui reste suffisant pour la gestion du POST Code auquel il est dédié. Deux afficheurs 7 segments lui sont reliés.

Comme on le constate, Intel a préféré utiliser des contrôleurs éprouvés, quitte à sacrifier quelques fonctionnalités. Encore une philosophie digne d'une plateforme professionnelle.

[Expert] Schéma d'alimentation et gestion des PLLs

Digne héritage d'x86-secret, nous inaugurons ici ces encadrés "Expert", destiné à un public ultra-technique, qui détaille certains points d'électronique ou d'informatique avancées. Dans le cas de la D5400XS, nous allons étudier le schéma des étages d'alimentations CPU et mémoire ainsi que la gestion des horloges.

Alimentation des CPUs

Les deux Core 2 Extreme QX9775 sont alimentés par deux montages symétriques et strictement identiques. Le courant de chaque processeur est fourni par un montage à 5 phases contrôlé par un ADP3189. Ce contrôleur synchrone est équipé d'un DAC permettant de lire le VID du processeur et de réguler la tension dans une plage comprise entre 500 mV et 1.600 Volt. Dans le cas présent, ce montage peut fournir jusqu'a 115A constant et 130A en pointe.

Alimentation de la mémoire

La FB-DIMM utilisée sur la plateforme Skulltrail est gourmande en énergie et nécessite un courant parfaitement régulé. Jetons donc d'abord un œil à l'étage d'alimentation.

Comme on le constate, Intel n'a pas lésiné sur l'alimentation puisque qu'on retrouve un ADP3189 (1), identique à celui qui gère les processeurs, pour alimenter la mémoire. Celui-ci commande un étage d'alimentation à 3 phases utilisant des MOSFETs NTMFS4835N d'On Semiconductor (2) et BSC079N03S d'Infineon (3). Ces MOSFETs sont spécifiés respectivement à 104A et 40A. Enfin, des terminateurs RichTek RT9199 complètent l'ensemble. Un bien beau montage.

PLL et gestion des horloges

La D5400XS intègre un PLL tout en un d'ICS, le 9FG1200D-1 couplé à un générateur d'horloge 932S421BGLF. Celui-ci est conçu pour fournir les signaux d'horloge au CPU (FSB jusqu'à 400 MHz), mais aussi au bus PCI Express 2.0 et à la FB-DIMM. Il supporte ainsi 2 canaux accueillant chacun 4 modules FB-DIMM au maximum. Ce PLL inclut également un mode "fine tuning" qui lui permet de configurer la fréquence d'horloge au MHz prés.

Ceci dit, intéressons nous maintenant au chipset en lui même, en séparant la partie Northbridge de la partie Southbridge.

Northbridge : Intel 5400 MCH & NVIDIA MCP100

Le Northbridge (ou pont nord) est le composant qui se charge de gérer les processeurs et la mémoire. Dans le cas de la plateforme Skulltrail, celui-ci est un Intel 5400, conçu pour gérer deux Xeon quadri-cœurs. Voyons à quoi ressemble ce chipset :

Le Northbridge 5400 supporte deux processeurs avec un FSB maximal de 400 MHz (soit 1600QDR) ainsi que 32 canaux PCI Express et 4 channels FB-DIMM capable de supporter chacun 4 modules de mémoires. Le 5400 MCH supporte aussi quelques canaux SMBus pour le monitoring et la configuration à distance de composant-tiers et deux autres liens PCI Express pour l'interface entre le Northbridge et le Southbridge 6321ESB. L'un d'entre eux est nommé ESI par Intel, mais il correspond techniquement à un lien PCI Express 1x classique. Comme on peut le constater à la vue du pinout de ce chipset, son orientation a été choisie de manière optimale sur la D5400XS :

Le 5400 MCH est un composant BGA de 1520 broches gravé en 90 nm d'une taille de 42.5 mm x 42.5 mm. Sur le schéma ci-dessus, ou voit nettement l'interface vers les deux FSB des processeurs, les broches dédiées à la FB-DIMM, très nombreuses de part le nombre de modules supportés, et les 9 liens PCI Express 4x.

Toutefois, ces liens PCI Express ne sont pas reliés aux 4 connecteurs PCI Express 16x qu'on trouve sur la D5400XS. En retirant le bruyant dissipateur qui couvre le Southbridge, on découvre deux composants MCP100 de nVidia comme on peut le voir sur les photos ci-dessous :

Mais que diable viennent-ils faire dans cette galère ? Un peu de réflexion s'impose. Pour une telle plateforme, orientée vers les joueurs, il était important pour Intel d'obtenir le support SLI de nVidia. Or, bien que le SLI soit une technologie purement logicielle et que le chipset 5400 MCH ait été parfaitement capable de faire fonctionner 4 ports PCI Express 2.0 8x en SLI par lui-même, Nvidia a probablement refusé qu'Intel paye une simple royaltie pour utiliser sa technologie sur Skulltrail et à donc imposé l'utilisation de ces MCP100.

Seraient-ils donc totalement inutiles ? Sont-ils présent uniquement pour justifier le baratin technico-marketing de Nvidia ? Renseignements pris auprès des hautes instances, on me souffle la réponse suivante : "Pas du tout ! Les MCP100 servent à convertir un port PCI Express 16x 2.0 (8 Go/s de bande passante) en deux ports PCI Express 16x 1.0 (4 Go/s de BP)". Grace à eux, les 2 ports PCI Express 16x 2.0 de l'Intel 5400 deviendraient donc 4 ports PCI Express 16x 1.0. Voila qui se tient, mais qui mérite une vérification approfondie.

[Expert] Etude du mode de fonctionnement Intel 5400 / MCP100

L'Intel 5400 contient 9 ports PCI Express 2.0 4x. Le datasheet du chipset nous apprend que le port 1 et le port 5 peuvent être configurés en mode 16x. Ils agrègent alors les ports 4x de 1 à 4 et de 5 à 8. On devrait donc retrouver les ports 1 et 5 connectés aux MCP100. Après un peu de jardinage dans les arcanes du chipset, nous avons pu mettre la main sur le registre du chipset qui décrit le fonctionnement du chipset :

Ce registre indique le mode de fonctionnement actuel du port PCI Express ainsi que son débit (PCIe 1.0 = 2.5 Gb/s - PCIe 2.0 = 5.0 Gb/s). Fort de ces informations, nous avons ensuite interrogés le chipset de la D5400XS pour en tirer la substantielle moelle :

Le Registre 7E-7F des Device 1 et 5 correspondants aux ports PCI Express 1 et 5 sont donc configurés à 0x3101 soit, en binaire, 0b11000100000001. Il est donc aisé de rendre compte que si les bits [4:9] indiquent bien que ces deux ports sont configurés en 16x, les bits [0:3] spécifient que ces ports PCI Express fonctionnent en mode 2.5 Gbit/s, soit 1.0. Bref, les MCP100 sont connectés aux Southbridges via un port PCI Express 16x 1.0 et non pas 2.0

Pour résumer, les MCP100 ne font que diviser un port PCI Express 16x 1.0 en deux ports PCI Express 16x 1.0. Bien entendu, lorsque les cartes fonctionneront simultanément, le débit sera limité au lien entre le Northbridge et le MCP100, c'est à dire 4 Go/s. Coïncidence, c'est aussi le débit du port PCI Express 8x 2.0 proposés nativement par le chipset d'Intel. En clair, ces deux MCP100 imposés par nVidia en échange du droit d'utiliser le SLI ne servent strictement à rien et auraient très bien pu ne pas polluer le PCB de la carte-mère.

Pire encore, nVidia indique (sans rire) que Skulltrail est limité au mode SLI simple et ne pourra donc pas fonctionner en mode Tri-SLI ni avec quatre cartes graphiques ! On nous certifie toutefois que la carte acceptera deux cartes bi-GPU pour un fonctionnement en Quad-SLI, mais dans ces circonstances, à quoi bon disposer de 4 ports PCI Express gérés à la hussarde par des composants superflus ? A rien ma bonne dame.

Southbridge : Intel 6321ESB

Si les chipsets grand public utilisent un Southbridge (composants chargés de gérer les composants "lents") de type ICH, les déclinaisons serveurs emploient la gamme "ESB". C'est bien sur le cas de l'Intel 5400 qui est ici accompagné du Southbridge 6321ESB. Ce composant BGA de 641 n'est pas surmonté d'un dissipateur de type IHS comme celui qui équipe les processeurs ou le Northbridge. Son die est donc directement exposé et plus fragile :

Reste maintenant à voir son diagramme pour connaitre ses fonctionnalités dans le détail :

Comme on le constate, de nombreuses fonctions du Southbridge 6321ESB ne sont tout simplement pas câblées sur la D5400XS. C'est tout d'abord le cas du PCI-X, très utilisé dans le monde des serveurs, mais totalement inutile dans le grand public. De même, le support pour 3 ports PCI Express 4x n'est pas du tout utilisé par manque de place. On pourrait aussi citer le support pour deux interfaces Gigabit Ethernet ou les possibilités d'administration avancées, mais tout cela n'a pas non plus beaucoup d'intérêt dans le cas présent. Bref, Intel aurait aussi bien pu se contenter d'un simple ICH9 comme ceux utilisés dans les chipsets P35 classiques, mais pour cela, il aurait fallu rompre l'équilibre complexe de tout chipset professionnel... Le pauvre.

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