FIC PA-2005 – jak rozbudować cache L2 na płycie Socket 7

FIC PA-2005 to płyta główna Socket 7, którą mam już od dawna. Nie trafiła do mnie jako przypadkowy egzemplarz do szybkiego testu, tylko była częścią mojego retro zaplecza i od dłuższego czasu czekała na konkretny upgrade. Najbardziej chodził mi po głowie cache L2, bo płyta miała wolne miejsca pod dodatkowe kości SRAM. Dopiero druga, uszkodzona PA-2005 jako dawca części sprawiła, że można było podejść do tematu porządnie. Przy okazji do zestawu trafił też procesor AMD-K6-166ALR, kupiony jako nietestowany, ale z założeniem, że raczej będzie sprawny.

FIC PA-2005 – klasyczna płyta Socket 7 z mojego retro zaplecza

FIC PA-2005 to konstrukcja z bardzo ciekawego momentu historii komputerów PC. Z jednej strony mamy tu jeszcze klasyczny klimat połowy lat 90: złącza ISA, PCI, pamięci SIMM, zasilanie AT, BIOS Award w podstawce i dużą liczbę zworek. Z drugiej strony płyta nie jest już tak ograniczona jak najprostsze konstrukcje pod pierwsze Pentiumy. Obsługuje procesory różnych producentów, pozwala ustawiać napięcia i daje pole do zabawy z cache L2.

Na laminacie widać chipset VIA Apollo VP, czyli układ VT82C585VP współpracujący z mostkiem południowym VIA VT82C586. To była platforma, która dawała producentom płyt sporą elastyczność. Socket 7 przestał być wtedy tylko podstawą dla Intela. Na takich płytach można było uruchamiać Pentiumy, procesory AMD K5 i K6, a także wybrane Cyrixy. Dla dzisiejszego retro entuzjasty to świetny materiał do nauki, bo wiele rzeczy, które później stały się automatyczne, tutaj nadal ustawia się ręcznie.

PA-2005 ma też ten charakterystyczny urok płyt przejściowych. Nie jest jeszcze nowoczesną płytą ATX z końca lat 90, ale nie jest też najprostszą płytą z ery Pentium 75 czy Pentium 100. To sprzęt, na którym dobrze widać, jak rynek PC próbował wydłużyć życie platformy Socket 7.

Dlaczego chciałem rozbudować cache L2

Głównym powodem, dla którego wróciłem do tej płyty, była pamięć cache L2. W komputerach z epoki Socket 7 cache drugiego poziomu najczęściej nie znajdował się jeszcze w procesorze, tylko na płycie głównej. To oznaczało, że konfiguracja cache zależała od konkretnego modelu płyty, obsadzonych kości SRAM, układu TAG RAM oraz ustawień konfiguracyjnych na laminacie.

Mój egzemplarz PA-2005 miał część cache wlutowaną fabrycznie, ale na PCB były też wolne miejsca pod kolejne układy. To od razu prowokowało pytanie: skoro producent przewidział miejsce, to czy da się rozbudować cache do wyższej konfiguracji? W takich płytach często stosowano jedno PCB dla kilku wariantów wyposażenia. Tańsza wersja mogła mieć mniej cache, droższa więcej, a różnice sprowadzały się do obsady układów i kilku mostków konfiguracyjnych.

Drugą PA-2005 miałem w stanie uszkodzonym, więc idealnie nadawała się na dawcę. Zamiast szukać przypadkowych kości SRAM, można było przelutować elementy z płyty tego samego typu. To ważne, bo w przypadku cache L2 nie liczy się tylko liczba nóżek i podobny wygląd układu. Znaczenie ma organizacja pamięci, czas dostępu, typ SRAM i zgodność z konkretną konfiguracją płyty.

Przelutowanie cache z uszkodzonej PA-2005

Sama operacja przelutowania cache nie jest może bardzo skomplikowana, ale wymaga spokoju. Kości pipeline burst SRAM mają gęsto rozmieszczone wyprowadzenia, więc pośpiech łatwo kończy się zwarciem albo niedolutowaną nóżką. Najpierw trzeba bezpiecznie zdjąć układy z płyty dawcy, oczyścić pola lutownicze, a dopiero potem przenieść je na sprawną PA-2005.

Po wlutowaniu najważniejsza jest kontrola pod lupą. Przy takich układach jeden mostek z cyny między pinami może wystarczyć, żeby płyta nie startowała albo żeby cache działał niestabilnie. Równie zdradliwe są zimne luty. Z zewnątrz wszystko może wyglądać poprawnie, ale jedna nóżka bez kontaktu potrafi zepsuć cały efekt.

W moim przypadku fizyczne obsadzenie dodatkowych kości było dopiero pierwszym etapem. I właśnie tutaj zaczyna się najciekawsza część tej historii, bo po samym przelutowaniu cache nie wzrósł automatycznie. Płyta nadal zachowywała się tak, jakby pracowała w starej konfiguracji.

Dlaczego samo wlutowanie kości cache nie wystarczyło

To dobry przykład tego, jak działały płyty główne z tamtej epoki. W nowszym sprzęcie często zakładamy, że jeśli element jest fizycznie obecny, system go wykryje i skonfiguruje. W przypadku PA-2005 tak to nie działa. Płyta musi mieć jeszcze poprawnie ustawione linie adresowe cache i TAG RAM.

Za część tej konfiguracji odpowiadają rezystory 0 Ω. Nazwa brzmi jak zwykły element elektroniczny, ale w praktyce taki rezystor pełni funkcję mostka. To coś w rodzaju fabrycznej zworki SMD. Producent mógł dzięki temu używać tego samego laminatu dla różnych wersji płyty, a konkretną konfigurację ustalał przez obsadzenie albo nieobsadzenie odpowiednich pozycji.

Właśnie dlatego dołożenie kości cache nie musiało od razu zwiększyć widzianej pojemności L2. Jeśli płyta nadal ma mostki ustawione pod mniejszą konfigurację, chipset nie korzysta z pełnej obsady SRAM. Potrzebne jest jeszcze przestawienie odpowiednich połączeń przy TAG RAM oraz przy chipsecie VIA C585VP.

Konfiguracja 512 KB cache na FIC PA-2005

W przypadku mojej płyty celem jest konfiguracja 512 KB cache L2, czyli obsadzenie czterech kości 32K x32. Samo wlutowanie dodatkowych układów SRAM nie wystarcza, ponieważ płyta musi mieć jeszcze poprawnie ustawione połączenia przy układzie TAG RAM oraz przy chipsecie VIA C585VP.

Dla konfiguracji 512 KB cache ustawienia rezystorów 0 Ω powinny wyglądać następująco:

W praktyce oznacza to, że przy rozbudowie do 512 KB cache trzeba zadbać nie tylko o same kości SRAM, ale również o właściwą konfigurację tych małych mostków SMD. Rezystory 0 Ω pełnią tutaj rolę fabrycznych zworek – wybierają sposób podłączenia odpowiednich linii adresowych cache i TAG RAM.

Warto też nie mylić tej konfiguracji z modem na 1 MB cache. Przy 1 MB stosuje się inne kości, czyli 4 x 64K x32, a wtedy pojawia się inna konfiguracja z rezystorem R150. W przypadku 512 KB cache R150 ma pozostać nieobsadzony, a aktywny powinien być R147. To właśnie dlatego po samym dolutowaniu kości cache płyta nadal może pokazywać starą pojemność – układy są fizycznie obecne, ale chipset nie korzysta z nich poprawnie, dopóki konfiguracja rezystorów 0 Ω nie zostanie ustawiona pod właściwy wariant cache. To drobny szczegół, ale właśnie takie szczegóły decydują, czy retro upgrade działa, czy kończy się kilkoma godzinami szukania błędu.

AMD-K6-166ALR – nietestowany procesor z epoki

Drugim elementem tej układanki jest AMD-K6-166ALR. Procesor kupiłem jako nietestowany, ale zakładałem, że będzie sprawny. Same procesory z tej epoki zwykle padają rzadziej niż płyty główne, zasilacze, pamięci czy cache. Oczywiście zawsze istnieje ryzyko, że ktoś wcześniej uruchomił CPU na złym napięciu, uszkodził piny albo przechowywał go w kiepskich warunkach. Mimo to nietestowany procesor nie oznacza automatycznie uszkodzonego procesora.

AMD-K6 to bardzo ciekawy układ w historii Socket 7. Był następcą mniej udanego K5 i korzystał z technologii, którą AMD pozyskało po przejęciu firmy NexGen. W praktyce K6 był znacznie mocniejszą odpowiedzią na Pentium niż wcześniejsze konstrukcje AMD. Miał dobrą wydajność w obliczeniach całkowitoliczbowych, obsługiwał MMX i bardzo dobrze pasował do tańszych komputerów z drugiej połowy lat 90.

Konkretny egzemplarz, czyli AMD-K6-166ALR, pracuje z taktowaniem 166 MHz. Wymaga napięcia rdzenia 2.90 V oraz 3.3 V dla wejścia/wyjścia. To oznacza, że nie można traktować go tak samo jak klasycznego Pentium P54C. Dla tego procesora potrzebna jest płyta obsługująca split-voltage.

Ustawienia napięcia dla AMD K6

To jeden z najważniejszych punktów przy uruchamianiu AMD K6 na starej płycie Socket 7. Klasyczne ceramiczne Pentiumy P54C pracowały zwykle jako procesory single-voltage, czyli z napięciem 3.3 V. AMD K6 potrzebuje osobnego napięcia rdzenia i osobnego napięcia I/O. W przypadku mojego procesora jest to 2.90 V dla rdzenia i 3.3 V dla I/O.

Na FIC PA-2005 trzeba więc wybrać ustawienie odpowiadające trybowi P55C / split-voltage, a nie klasycznemu P54C/STD. Dla K6-166 prawidłowe założenia są proste: magistrala 66 MHz, mnożnik 2.5x i napięcie zgodne z oznaczeniem na procesorze. W efekcie otrzymujemy 66 MHz x 2.5, czyli 166 MHz.

To właśnie tutaj PA-2005 pokazuje swoją przewagę nad prostszymi płytami Socket 7. Starsze konstrukcje, szczególnie projektowane głównie pod Pentium P54C, nie zawsze oferują bezpieczne napięcia dla K6. Można oczywiście kombinować z adapterami napięcia, ale jeśli płyta natywnie obsługuje taki procesor, całość jest znacznie prostsza i bezpieczniejsza.

Pierwsze uruchomienie AMD K6 na PA-2005

Pierwszy test miał jeden cel: sprawdzić, czy procesor w ogóle żyje. Przy sprzęcie kupionym jako nietestowany nie ma sensu od razu budować pełnej konfiguracji i analizować wydajności. Najpierw liczy się POST, stabilne wejście do BIOS-u i brak natychmiastowych problemów.

AMD-K6-166ALR ruszył na PA-2005, co było bardzo dobrym znakiem. Oznacza to, że procesor jest sprawny przynajmniej na podstawowym poziomie, a ustawienia napięcia i taktowania nie były przypadkowe. W takim sprzęcie samo poprawne uruchomienie po zmianie CPU daje sporą satysfakcję, bo błąd w zworach potrafi całkowicie zatrzymać płytę.

Na tym etapie nie chodziło jeszcze o pełne testy wydajności. Procesor był kupiony jako nietestowany, więc najważniejsze było potwierdzenie, że płyta startuje, BIOS reaguje normalnie, a CPU nie zachowuje się podejrzanie. Dalsze testy można wykonać już spokojnie, po dopracowaniu konfiguracji cache i reszty zestawu.

Co warto sprawdzić po takim upgrade

Po rozbudowie cache i zmianie procesora sam POST nie wystarczy. Retro płyta może uruchomić się poprawnie, a mimo to mieć problem z cache, pamięcią RAM albo stabilnością pod obciążeniem. Dlatego po takim upgrade warto wykonać kilka prostych testów w DOS-ie.

Przydatne będą przede wszystkim programy typu CHKCPU, CACHECHK i SPEEDSYS. CHKCPU pozwoli potwierdzić identyfikację procesora i taktowanie. CACHECHK pokaże, czy cache L1 i L2 są wykrywane oraz jak zachowuje się pamięć przy różnych zakresach adresowych. SPEEDSYS daje szybki obraz wydajności całej platformy i często dobrze pokazuje, czy cache działa tak, jak powinien.

Oprócz benchmarków warto zrobić też zwykłe testy praktyczne: kilka zimnych startów, dłuższe pozostawienie płyty w BIOS-ie, kopiowanie większej liczby plików, instalację systemu albo pętlę benchmarku. Błędy cache potrafią wyjść dopiero po czasie. Jeśli komputer działa przez kilka minut, to jeszcze nie znaczy, że konfiguracja jest w pełni stabilna.

Dlaczego FIC PA-2005 jest ciekawą płytą do retro zestawu

FIC PA-2005 nie jest najbardziej znaną płytą Socket 7, ale właśnie przez to jest bardzo ciekawa. Nie ma takiej rozpoznawalności jak niektóre konstrukcje ASUS-a czy ABIT-a, ale daje dużo przestrzeni do praktycznej pracy ze sprzętem. Można tu zobaczyć, jak naprawdę wyglądała konfiguracja komputerów PC w drugiej połowie lat 90.

Ta płyta łączy kilka światów naraz. Ma jeszcze ISA i zasilanie AT, ale obsługuje już procesory pokroju AMD K6. Ma klasyczny cache L2 na płycie, ale pozwala go rozbudowywać przez odpowiednią obsadę SRAM i mostków 0 Ω. Ma BIOS Award i gniazdo Socket 7, ale wymaga od użytkownika zrozumienia zworek, napięć i konfiguracji chipsetu.

W tym właśnie tkwi urok takiego sprzętu. To nie jest tylko wymiana procesora i kliknięcie ustawień w BIOS-ie. Tutaj trzeba spojrzeć na oznaczenia układów, sprawdzić napięcia, ustawić zworki, przeanalizować konfigurację cache i czasem wziąć lutownicę do ręki. FIC PA-2005 dobrze pokazuje, że stare płyty główne były jednocześnie sprzętem użytkowym i świetnym materiałem edukacyjnym. A kiedy nietestowany AMD K6 wstaje na własnoręcznie skonfigurowanej płycie, cała ta dłubanina zaczyna mieć bardzo konkretny sens.