30/04/2004 di Redazione

Confronto tra controller Gigabit-Ethernet integrati

I produttori integrano sempre di più nello loro motherboard controller Ethernet Gigabit, uno strumento che sta diventando essenziale per l'utente finale. Tuttavia i test effettuati mostrano vistose differenze tra le varie soluzioni adottate.

Cosa offre in più un controller Ethernet Gigabit ?

Does On-board Gigabit Ethernet Really Offer Value?

Ormai le motherboard di tutte le fasce di prezzo offrono un'interfaccia di rete integrata. La ragione? Una scheda di rete basata su interfaccia PCI è molto più costosa e occupa uno slot PCI. A prima vista la soluzione integrata è vantaggiosa sotto tutti gli aspetti e richiede pochi sforzi al produttore, ad un costo addizionale minimo. Tuttavia, il rendimento finale di una soluzione integrata, specialmente per quanto riguarda l'Ethernet Gigabit, non è sempre ottimale.

Integrazione: approcci differenti

La strategia più semplice per aggiungere un controller di rete in una motherboard è quella di integrare direttamente il chip sulla scheda. La produzione in serie solitamente abbatte i costi di sviluppo, mentre l'implementazione dell'interfaccia richiede solo pochi componenti che assicurano la corretta connessione fisica. (PHY)

Intel ha invece creato un'interfaccia integrata direttamente nel Northbridge per i chipset 865 e 875. La soluzione di Intel ha il vantaggio di non sovraccaricare il bus di collegamento tra SouthBridge e Northbridge di un eccessivo numero di pacchetti dati.

Descrizione generale

Option 1: The network chip is connected via the PCI bus. This is simple and cost-efficient.
Opzione 1: il chip di rete è collegato tramite il bus PCI. Soluzione semplice ed economica.

A prima vista, connettere un controller di rete attraverso la connessione al bus PCI (Peripheral Components Interconnect) ha senso. Comunque, nelle operazioni di tutti i giorni, questa soluzione porta alcuni svantaggi - specialmente quando molti dispositivi PCI sono utilizzati contemponearamente. Siccome il PCI rappresenta il bus parallelo di sistema, tutti i dispositivi esistenti devono condividere un unico bandwidth di 133 MB/sec e, durante attività simultanee, potrebbero verificarsi diversi colli di bottiglia.

Quando si connette un chip Gigabit Ethernet, la quantità di dati tra Northbridge e Southbridge aumenta molto rispetto alla comune interfaccia a 100 Mbit/sec. Questo è il motivo per il quale molti produttori stanno cercando di diminuire la strada che il pacchetto dati deve percorrere. Intel ha risolto questo problema introducendo una nuova interfaccia chiamata CSA (Communications Streaming Architetture) che offre un bandwidth di 2 Gbit/Sec o 266 Mbit/sec.

An integrated network chip cuts build costs and takes some load off the PCI Bus. However, in early models, the load on the processor is greater. However, due to the performance available today, this negative factor is of little relevance for 100 MBit Ethernet.
Un chip integrato taglia molti costi di costruzione ed elimina una parte del carico del bus PCI. Tuttavia, con i primi modelli, il carico del processore era molto elevato, anche se grazie alla potenza dei processori odierni le performance del sistema non ne risentono negativamente.

The status quo at Intel: A Gigabit chip should be connected via CSA. In contrast to the PCI Bus, it always offers the complete bandwidth and does not always "drag" the network data through the bus that is serving Northbridge and Southbridge.
Lo status quo ad Intel è: un chip Gigabit deve essere connesso tramite CSA. In contrasto con il bus PCI questo offre sempre un bandwidth completo.

Chi ha veramente bisogno di un controller Gigabit-Ethernet?

Durante la maggior parte delle discussioni riguardanti la Gigabit-Ethernet, c'è sempre stato qualcuno che ha inevitabilmente affermato che questo tipo di tecnologia non è assolutamente necessaria. La 100 Mbit/sec, offre una velocità massima teorica di trasferimento di 12,5 Mbytes/sec (MB/Sec). Nelle applicazioni reali, si raggiunge solitamente una velocità di 8 MB/sec. Nelle operazioni di tutti i giorni, questa velocità è sufficiente per spostare o scaricare anche grossi file da server network, anche se è necessario aspettare un determinato lasso di tempo.

Tuttavia, 8 MB/sec è una velocità che per molte applicazioni rappresenta un grave collo di bottiglia. Per esempio, gli hard disk spesso permettono di raggiungere una velocità di trasferimento di 60 MB/sec e i moderni DVD raggiungo i 10 MB/sec. In questi casi, gli 8 MB/sec di una 100BaseT-Ethernet sono pochi rispetto a quelli raggiunti da un DVD o un Hard disk. La disparità diventa inoltre apparente mentre si utilizza un videogioco o si guarda un DVD che è immagazzinato su un network o sull'hard disk di un altro PC.

In questa ottica, utilizzare una Gigabit Ethernet si eliminerebbero molti colli di bottiglia. Mentre un DVD player, hard disk e altri media non possono accomodare la massima velocità di trasferimento, possono comunque raggiungere una velocità di cinque volte superiore rispetto all'utilizzo di una 100 Mbit.

In maniera un po' ironica, I molti utenti che spendono fior di quattrini per assicurarsi la CPU più veloce, la DRAM di ultima generazione o l'hard disk più veloce, non considerano assolutamente le prestazioni della sezione network. Questi sono solitamente gli utenti che affermano che la Gigabit Ethernet non è necessaria.

Come funziona la Gigabit Ethernet?

Il protocollo 100BaseT opera con un totale di 8 filamenti a 100 MHz situati in un cavo schermato. Per confronto, la Gigabit Ethernet alias 1000BaseT occupa tutte le linee. Tuttavia, durante operazioni full duplex, i cavi devono gestire la velocità di 250 MHz, non raggiungibile solitamente dai cavi venduti tramite il canale retail.

La soluzione per raggiungere queste prestazioni si chiama "Echo Cancellation". In altre parole, è necessario prima di tutto un impulso che modula l'ampiezza e un equalizzazione dei disturbi. Durante le operazioni Full-Duplex, il segnale del trasmettitore e del ricevente coincidono. Per assicurare una buona ricezione, il segnale del trasmettitore è sottratto da quello del ricevitore che proviene dalla parte opposta (Echo Cancellation) - ovviamente tutto ciò avviene con il supporto del processore di sistema.

3COM / Marvell 940

The P4C800 is one of the few boards banking on the Marvell chip - despite the CSA interface. Reason enough for us to include it in this test.
Nella nostra prova abbiamo incluso la P4C800 che si basa su un circuito integrato Marvell.

La P4C800 è la scheda più economica che integra un chipset 875P. Tuttavia, in questo caso il chipset per la rete non utilizza un'interfaccia CSA. Al suo posto, è impiegato un Marvell 940 che mostra risultati molto differenti. La copia di file molto grandi ha richiesto molto tempo, mentre l'utilizzo del comando xxcopy da riga di comando ha fatto segnare prestazioni migliori rispetto i concorrenti Broadcom e Realtek

Come beneficio, 3COM può puntare sulla disponibilità dei driver a 64 Bit per Windows XP. Con un carico del processore di circa il 30% durante la copia di files nell'ordine dei G igabyte, il Marvell 940 si posiziona a metà classifica. Il massimo carico del processore che abbiamo registrato è stato del 45%.

Informazioni addizionali: Specifiche del prodotto

The Marvell 940 is still an old-school PCI component.
Il Marvell 940 è ancora un prodotto di vecchia concezione.

Broadcom BCM5705

TThe Epox 4PCA3+ dates back to our big 875 comparative test, and it is equipped exceptionally well. For a network controller, the Broadcom-made BCM5705 is used.
La Epox 4PCA3+ monta un chipset 875 ed è dotata di controller di rete Broadcom BCM5705.

Il chip Broadcom differisce dal 3COM anche per la forma, ed è incoporato in un package HBGA con 196 pin. È connesso al resto del sistema tramite bus PCI a 32bit funzionante a 33 MHz. Una caratteristica aggiuntiva chiamata "Adaptive Interrupt" dovrebbe ridurre il carico del processore. Durante i test, il carico della CPU è risultato in effetti più bilanciato rispetto i concorrenti.

D'accordo con NeiIO e Netperf, il flusso dei dati è abbastanza limitato; la situazione migliora nei test in modalità full-duplex.

Per altre informazioni: Specifiche del prodotto

The BCM5705 was one of the first Gigabit chips that was used in motherboards about 18 months ago. At the time, however, the corresponding switches were not yet used very often.
Il BCM5705 è stato uno dei primi chip Gigabit impiantato nelle motherboard già circa 18 mesi fa.

Intel 82547EI / CSA

The LANParty PRO875 by DFI is a typical motherboard with 875P chipset by Intel.
La LANParty PRO875 di DFI è la tipica motherboard con chipset Intel 875P

L'interfaccia CSA, abbinata ad un controller di rete, offre prestazioni massime di 2 Gbit/sec per operazioni in Full-Duplex. D'accordo con NetIO Chariot e NetIO, le prestazioni sono molto vicine al bandwidth massimo raggiungibile. L'unico test in cui la soluzione Intel non domina è Netperf, dove eccelle il controller Realtek.

Il 547EI raggiunge superbe prestazioni nel test che ricalca prestazioni reali: con xxcopy 2.85.3 il trasferimento raggiunge picchi di 81.9 MB/sec.

Similmente all'"Adaptive Interrupt" di Broadcom, Intel utilizza l'"Interrupt Moderation Control", che sgrava il processore di una buona parte di lavoro.

Per maggiori informazion: Intel(R) Ethernet Controllers Linecard

Intel 82547EI / CSA

Realtek RTL8110S

Realtek RTL8110S

Il chip realtek è l'unico non integrato in una scheda 875P. La ragione è semplice: molti produttori preferiscono basarsi sul CSA. La motehrboard utilizzata per la prova è la Gigabyte GA-8S655TX Ultra basata su chipset Sis 655TX. Per il nostro scopo questa scheda è l'ideale in quanto è veloce tanto quanto i modelli basati su 875P.

Il chip Realtek fornisce prestazioni nella media nei benchmark sintetici come NetIO e NetIO Chariot. Netperf, tuttavia, fa segnare al prodotto taiwanese le prestazioni più elevate.

Per maggiori informazioni: Specifiche del prodotto

Realtek RTL8110S

3COM 996B-T con PCI-X

The 3COM-made 3C996B-T is based on the Broadcom component BCM5701, which is also well suited for server systems thanks to TCP packaging. Also, the PCI-X interface generally avoids bottlenecks.
Il controller 3C996B-T di 3COM è basato sul componente Broadcom BCM5701, ideale per applicazioni server grazie al package TCP. Inoltre, l'interfaccia PCI-X evita il formarsi di colli di bottiglia.

Come sistema di riferimento, abbiamo utilizza una workstatio Asus. La PP-DLW è basata su chip intel E7505 e offre diversi slot PCI-X, che fornisce una larghezza di banda più che sufficiente per le schede di rete.

Il modello aggiornato: Intel 82541GI

The Upgrade Model: Intel 82541GI

Abbiamo inserito nel test anche la versione aggiornata del Gigabit Network, utilizzando una semplice Intel Pro/1000 Desktop Adapter. La differenza principale dal 547EI è l'interfaccia: non opera via CSA ma utilizza il PCI.

Il particolare interessante è che non solo fa segnare delle buone prestazioni, ma è risultato il secondo modello più veloce del confronto. Inoltre, un secondo particolare interessante è il prezzo: questa scheda PCI costa circa solo 50€.

Sistema di prova

Processore
Socket 478 Intel Pentium 4 Northwood, 3.2 GHz, 512 KB Cache, FSB800
Socket 604 Dual Intel Pentium 4 Xeon, 2.8 GHz, 512 KB Cache, FSB533
Memorai di sistema
DDR-SDRAM 2x 512 MB PC3700
OCZ Gold Edition Rev. 2 (2.5-3-3-7)
Network/Motherboard
3COM / Marvell 940 Asus P4C800, Rev. 1.03
Intel 875P chipset & ICH5-R
Broadcom BCM5705 Epox EP-4PCA3+, Rev. 1.0
Intel 875P chipset & ICH5-R
Intel 82547EI (CSA) DFI LanParty PRO875, Rev. A
Intel 875P chipset & ICH5-R
3COM 3C996B-T
Broadcom BCM5701
Asus PP-DLW, Rev. 1.03
Intel E7505 chipset
Realtek RTL8100S Gigabyte GA-8S655TX Ultra, Rev. 1.0
SiS655TX & SiS964
Altro Hardware
Graphics card nVIDIA GeForce FX 5900, 128 MB
Controller Client systems: ICH5-R or SiS964 for RAID 0
Host system: Raidcore RC4000 für RAID 0
Hard drives (client systems) System drive: Western Digital WD800JB

Test drive: RAID-0 array consisting of
2x Hitachi Deskstar 7K250, HDS722580VLSA80, 80 GB,
7,200 rpm, 8 MB Cache

Hard drives (server system) System drive: Western Digital WD1000BB

Test drive: RAID-0 array consisting of
4x Western Digital WD360 Raptor, 36 GB,
10,000 rpm, 8 MB Cache

Software
Intel Chipset Intel Chipset Installation Utility 5.1.1.1002
Intel Application Accelerator RAID Edition Ver. 3.53
Network drivers 3COM / Marvel 940
Broadcom BCM5705 & BCM5701: Ver. 6.34.0.0
Intel Pro/1000 CT&MT (82547EI & 82541GI): Ver. 7.3.13.0
Realtek: Ver. 5.611.1231.2003
DirectX 9.0b
OS Windows XP Professional Build 2600 Service Pack 1

Test effettuati

Benchmark Sintetici
TCP Transfer performance NetIO Ver. 1.23 from Kai Uwe Rommel
TCP Transfer performance Netperf Ver. 2.1
TCP Transfer performance NetIQ Chariot 5.0
Benchmark Applicazioni
Real Life Transfer Performance xxcopy 2.85.3 von Pixelab, Inc. idf2002_master.avi - 1.17 GB
Real Life Windows File Copy Performance Windows Explorer Drag&Drop Test idf2002_master.avi - 1.17 GB

Tutti i benchmark sono stati effettuati cinque volte.

Per evitare i colli di bottiglia, abbiamo configurato gli hard disk in una configurazione RAID 0. Come risultato, velocità di trasferimento di 110 MB/sec non sono state un problema.

Risultati Benchmark

Benchmark Results

Benchmark Results

Benchmark Results

Benchmark Results

Benchmark Results

Carico del processore

3COM / Marvell 940

3COM / Marvell 940

Broadcom BCM5705

Broadcom BCM5705

Intel 82547EI / CSA

Intel 82547EI / CSA

Intel 82541GI

Intel 82541GI

Realtek RTL8110S

Realtek RTL8110S

Intel domina su tutti i fronti

Non è una sorpresa che l'interfaccia CSA dei chip Intel è superiore alle altre connessioni tradizionali tramite bus PCI. Le prestazioni dei controller Intel sono state comunque una sorpresa: oltre al chip CSA 82457EI, la versione PCI, 8264GI, si posiziona al secondo posto in molti benchmark, a discapito dei prodotti 3COM, Broadcom e Realtek.

Per un utilizzo casalingo o nei piccoli uffici, queste differenza sono minime per la maggior parte degli utilizzi. Conseguentemente, il verdetto è il seguente: non c'è ragione di sostituire un chip Gigabit integrato a favore di un modello su scheda PCI con chip più veloce. Confrontato con i chip a 100 Mbit/sec tradizionali, il modello Gigabit - abbinato al giusto cavo - è assolutamente superiore.

Comunque, dando un'occhiata ai risultati dei benchmark, ci chiediamo: è Intel che è più brava a produrre prodotti di rete o semplicemente gli altri non investono risorse per lo sviluppo in questo campo? Probabilmente i produttori dovrebbe seguire maggiormente le richieste dei consumatori dato che i prezzi sempre più convenienti dei vari router e switch stanno innalzando l'interesse degli acquirenti verso i prodotti Gigabit.

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