Самый экзотический x86-процессор: изучаем и тестируем Vortex86 [История, схемотехника, тесты, бенчмарки]
Осторожно: это большая и развернутая статья о редком процессоре. Если вам интересен полный разбор характеристик, схемотехники референсной платы, бенчмарки — статья обязательна к прочтению! Мы давно с вами привыкли к тому, что на рынке x86-процессоров бесспорными доминантами остаются Intel и AMD, и о каких-то альтернативах не слышно уже лет 15. Единицы читателей могут вспомнить процессоры Cyrix и VIA, а кто-то возможно даже слышал о TransMeta Crusoe и Эльбрусе — VLIW-процессорах с динамической ретрансляцией x86-кода в VLIW.
Однако на рынке x86-процессоров есть ещё одна серия чипов, о которой знают единицы гиков — Vortex86 от компании DM&P. Эти процессоры выпускаются по сей день, на их базе делают новые недорогие компьютеры, и они не основаны на какой-либо уже существующей микроархитектуре. Недавно в мои руки попал компьютер eBox с таким процессором и в сегодняшней статье мы с вами изучим, протестируем и сравним эту экзотику с процессорами Intel/AMD на практике!
Содержание:
❯ Предыстория
Вот уже более 40 лет подряд, наследники оригинального Intel 8086 продолжают использоваться в подавляющем большинстве персональных компьютеров и серверов. И если в наше время осталось всего два мейнстримных производителя — Intel и AMD (и еще Zhaoxin на технологиях VIA/Centaur, но это уже совсем недоступная экзотика), то в 80-х и 90-х ситуация была куда интереснее и x86-процессоров было куда больше...
...взять например NEC V30: в конце 80-х годов, японские инженеры умудрились сделать куда более производительную и энергоэффективную альтернативу 8086/80186, при этом добавив в него новые команды для битовых операций, работы с BCD-числами и специальный режим совместимости с 8080. Этот процессор можно было найти в электронных органайзерах и ТСД Psion 3-ей серии: по сути, это были миниатюрные 16-битные ноутбуки, для которых можно было писать свой собственный софт и они не особо сильно уступали многим обычным компьютерам тех лет.
Однако главная битва x86-ых развернулась в 90-х годах, когда множество разных фирм пыталась конкурировать с Intel: AMD, UMC (те самые, что производили клоны NES и SMD в одном чипе, и именно благодаря им появилась Денди), Cyrix (под эгидой IBM и Texas Instruments), Centaur (чуть позже стали VIA) и Rise Technology. И если о Cyrix'е и об их уникальном процессоре MediaGX 1997-года, который почти в неизменном виде прожил до 2020-го я уже рассказывал недавно, то процессоры Rise Technology всё это время мы с вами обходили стороной. Пришло время исправить это недоразумение...
Rise Technology появилась в 1993 году, когда глава полупроводникового подразделения NEC Дэвид Лин привлек деньги 15-и инвесторов (в том числе VIA, UMC и Acer — а вернее ALi). Целью компании было выпустить процессор, который смог бы конкурировать с передовым Intel Pentium и при этом стоить недорого — что было важно как для бюджетных десктопных сборок, так и для ноутбуков. В результате компания выпустила всего один малотиражный процессор за 5 лет — mP6, который поддерживал инструкции MMX, но сильно уступал в производительности чипам от Intel, AMD и даже Centaur. Несмотря на технологичность процессора (предсказание ветвлений, конвейерный АЛУ, включая FPU, и даже конвейерный SIMD), в реальных задачах он проигрывал AMD K6 и IDT (Centaur) WinChip, из-за чего широкого распространения не получил и был забыт...
...но только на десктопном рынке. В 1999 году, компания SiS, производившая чипсеты и видеокарты для x86-компьютеров, купила Rise и выпустила SIS 550 — уникальный для своего времени SoC, который интегрировал северный и южные мосты, а также mP6 в едином кристалле. Этот процессор получил распространение в мини-ПК (да, типа тех, что сейчас делает Minisforum, Ninkear и другие производители) и некоторых других устройствах типа DVD-плееров. Где-то в 2000-х, тайваньская фирма DM&P приобрела наработки по mP6 и решила создать свой собственный процессор, именуемый Vortex86.
В своей основе, Vortex86 наследовал концепцию SiS 550 — это была единая система на кристалле, которая интегрировала в себе оба моста, процессор и кэш, не требуя для производства Windows-совместимого ПК вообще ничего, кроме нескольких DC-DC преобразователей, оперативной памяти и какого-нибудь накопителя. Даже мультиконтроллер не был нужен - для сравнения, минипк на Intel Atom даже в конце нулевых нужен был отдельный север, отдельный юг, отдельный процессор, отдельный мультиконтроллер, клок, ШИМ-контроллер - и это еще по минимуму! Правда и ориентир у DM&P был не столько на потребительский сегмент ПК, сколько на промышленный.
В основном, Vortex86 используется в промышленных платах типа PC-104 (такие можно найти в платах управления станками ЧПУ и поездах к примеру) и тонких клиентах — маленьких ПК, созданных специально для работы с удаленными компьютерами. Там высокая производительность не нужна, зато важна надежность, энергоэффективность и отсутствие кулеров — благо у большинства Vortex86'ых TDP менее 1Вт и им охлаждение вообще не нужно.
Всего в семействе Vortex86 вышло 8 процессоров. Первым был Vortex86SX, который вышел в 2007 году и сочетал в себе mP6-ядро с 32КБ L1-кэша, и способное работать на частоте 300МГц, DDR2-контроллер, контроллеры шин ISA, PCI, PS/2, GPIO, IDE, таймеры, UART, USB, HDA для звука, PLL для формирования внутренних клоков, и даже 256КБ встроенной флэш-памяти для хранения BIOS'а. Даже отдельная флэшка была не нужна, и всё это на техпроцессе в 130нм (да, такой в теории даже в РФ смогут производить)!
В 2008'ом появился Vortex86DX — в нём частоту ядра подняли аж до 800МГц, он добавил возможность работы двум процессорам параллельно (если один выходит из строя — другой может выйти на подхват и отправить в ребут зависший модуль к примеру), I2C, LPC, а также добавили 256КБ L2-кэша. Еще через год появился Vortex86MX — в нём добавился 2D-видеоускоритель уровня DirectDraw с VGA-выходом, а также подняли частоту работы до 933МГц. В Vortex86DX2 2012-го года добавили PCI-E, в Vortex86EX 2013-го года поддержку DDR3 и SD-контроллер, а Vortex86DX3 2014-го года стал первым двухядерным процессором компании, где каждое ядро работает на частоте 1ГГц.
В 2018 году вышла такая экзотика, как Vortex86EX2 — это уникальный x86-процессор с двумя ядрами, где оба ядра работают независимо друг от друга и реализуют не симметричную модель многопроцессорности (то есть как все современные процессоры Intel/AMD, где каждое ядро работает в кооперации с остальными), а ассиметричную — то есть в одном процессоре могут свободно выполняться сразу две операционные системы одновременно, у них виртуализируется периферия и они могут обмениваться данными только с помощью RPC/Mailbox'ов. Такого в истории x86 вообще никогда не было, это лютая диковинка!
Самый последний процессор компании появился год назад, в 2025'ом. Это Vortex86EX3 с всё той же ассиметричной многопроцессорностью. Каждое ядро способно работать на частоте от 1.2ГГц до 1.6ГГц, чип поддерживает DDR4 с ECC и почему-то не имеет встроенного видеоядра. И да, DM&P сама является основным производителем компьютеров на своих процессорах, которые выходят под брендом eBox, и которые можно легко найти на барахолках типа Avito и Юлы за 1-2 тысячи рублей. Недавно таким обзавелся и я, и именно его мы с вами будем сегодня разбирать, изучать и тестировать!
❯ Что я купил?
В мои руки попал eBox-3550MX-AP 2013 года выпуска, который я купил на онлайн-барахолке за 1.500 рублей. На выходе он стоил около 250$ — или примерно 6-7 тысяч рублей по тому курсу. Такие устройства не продавались в магазинах типа DNS, а распространялись через дистрибьюторов промышленной техники.
В первую очередь, меня поразили габариты устройства. Оно настолько маленькое и легкое, что свободно помещается в ладошку и нагрудный карман рубашки. Гаджет весит всего 300г и имеет размеры 195x95x20мм — меньше, наверное, только Intel Compute Stick.
Несмотря на крошечные размеры, нельзя сказать что устройство обделили внешними интерфейсами. С передней стороны скрывается два USB 2.0, два 3.5мм разъёма для наушников и микрофона, SD-кардридер и индикатор питания. Кстати у компьютера нет кнопки включения и стартует он сразу после подачи питания, а также у него вообще нет никакого встроенного накопителя и загружается он исключительно с SD-карты.
С обратной стороны скрывается еще один USB 2.0, RJ-45, VGA, а также MiniUSB, который и питает устройство. Весь корпус выполнен из цельного металла, никаких пластиковых элементов. Как вы уже понимаете, рёбра с верхней части устройства выполняют роль радиатора и отводят тепло с процессора через толстую термопрокладку. Впрочем с TDP 1Вт думаю можно было вообще обойтись без него :)
❯ Разбираем
Разбирается устройство очень просто — достаточно лишь открутить 4 винта с нижней части корпуса и снять радиаторную часть.
Внутри скрывается маленькая плата, где нет никаких навесных элементов, кроме хитро припаянного USB 2.0. Ни жестких дисков, ни IDE Flash-модулей, ничего — компьютер полностью самодостаточный. Технари уже могли обратить внимание на то, что на плате очень мало компонентов — никаких привычных мультов, мостов, ШИМ-контроллеров и прочего здесь нет.
В центре платы расположилось сердце устройства —чип PMX-1000, также известный как Vortex86MX. Внутри него скрывается:
Процессорное ядро на базе mP6 с 6-стадийным конвейером, FPU и SIMD-инструкциями. Как и полагается MX'у, ядро здесь работает на частоте 1ГГц, однако с точки зрения поддержки инструкций процессор остался во временах Pentium III/Pentium 4. У процессора всего 32КБ L1-кэша и 256КБ L2 — уровень P4 Willamette.
Контроллер DDR2, способный работать в одноканальном режиме на частоте до 400МГц (т.е по сути 800) и поддерживающий до 1ГБ памяти. Это уже уровень ранних 775-ых машин.
Двухканальный IDE-контроллер с нативной поддержкой SD-карт (т.е SD эмулируется как IDE).
Интерфейс LPC к мультиконтроллеру, если он вдруг нужен.
2D VESA-совместимый видеоускоритель с поддержкой DirectDraw — т.е у него есть аппаратный блиттер и рисование примитивов. Это уровень видеокарт из 90-х — S3 Trio, ATi Mach64 и т.д.
Контроллер PCI, HDAudio, ISA, USB, PS/2, I2C, LPT, GPIO
PLL для тактирования самого себя, а также периферии — 24/25МГц, PCI (33МГц) и DDR2. Поскольку здесь нет северного моста и соответственно FSB, множитель клока процессора можно менять прямо в BIOS.
И всё это в 720-пиновом BGA-корпусе на техпроцессе ~90нм! Уже очень круто!
Чуть правее расположилось два банка DDR2-оперативной памяти Micron, каждый объёмом в 128МБ. С обратной стороны есть ещё два чипа — что в сумме даёт 512МБ памяти. SPD тут нет, так что проапгрейдить память скорее всего не выйдет.
Чуть ниже расположился еще один банк оперативной памяти от Winbond объёмом в 64МБ. Зачем он нужен я так и не понял (возможно для видеоядра).
Под аккумулятором CMOS расположился аудиокодек Realtek ALC262 с четырьмя 24-битными ЦАПами.и тремя АЦП. Стандартный кодек, который используется во многих компьютерах.
Всего в устройстве 4 домена питания:
5В — идёт от MiniUSB. Используется только для питания подключаемых USB-устройств, больше никакой логике 5В не нужно.
3.3В — формируется крошечным ШИМ-контроллером и питает кодек, SD-карту, а также периферию в процессоре.
1.8В — формируется ШИМ-контроллером и используется для питания DDR2, а также VIO-линий процессора и является референсом для обмена данными с другими чипами.
1.0В — формируется ещё одним ШИМ-контроллером и используется для питания самого ядра процессора. Это самый мощный и прожорливый домен во всей системе.
К сожалению, маркировки ШИМок установить не удалось, но принцип работы предельно понятен. Технари уже могли заметить, что питание процессора однофазное — никаких сложных систем с двумя плечами, программируемых ШИМок с сложным фидбеком и регулировкой напряжения VCore, ничего :) Думаю при желании их можно хоть на AMS1117 заменить.
Также у RJ-45 расположился чип PHY-уровня для Ethernet от Mingtek, MAC-контроллер (т.е сетевая «карта») находится в процессоре.
С обратной стороны платы расположилась обвязка процессора, слот для SD-карты, те самые два банка DDR2, а также две 28-пиновые площадки, подозрительно похожие на оные для SOIC EEPROM-ок.
Ну а рядом с индикатором питания расположилась площадка для кнопки включения, которая присутствует в другой ревизии этой платы.
Вот так всё легко и просто! Полноценный x86-компьютер из процессора, нескольких банков памяти и трех ШИМок... такой компьютер по рефборде даже студент сможет сам развести :)
Даже в Intel Compute Stick используется сложный отдельный контроллер питания AXP209 с кучей LDO-шек и DC-DC контроллеров
❯ Запускаем
Перед запуском машинки нужно подготовить для неё флэшку с операционной системой. В качестве оной я выбрал MicroSD-карточку на 32ГБ стандарта SDHC с переходником на SD, а первой ОС я поставлю FreeDOS. Запускаем Rufus, подготавливаем флэшку и записываем:
Далее вытаскиваем флэшку, вставляем в eBox и подаем питание. Нас встречает AMI BIOS образца 2010 года — никакого UEFI тут нет.
BIOS здесь достаточно функциональный: есть и управление периферией, и частотой процессора, и даже таймингами оперативной памяти (ставим оверклокерскую DDR2?). Самой важной опцией для ретрогейминга я считаю возможность выставить делитель частоты процессора.
Также в BIOS'е есть важная опция, переключающая режим работы IDE-контроллера. Нужно чтобы был включен режим эмуляции через SD-карту.
После настройки BIOS'а отправляемся в ребут и попадаем в оболочку FreeDOS. Я предустановил несколько игр и некоторый набор софта для тестирования нашего компьютера:
Первым делом мы протестируем скорость накопителя с помощью программы HDDSpeed. У меня флэшка 10 класса, поэтому программа точно показывает скорость линейного чтения в 10МБ/с.
Далее запускаем 3DBenchmark и получаем солидные 1103 очка. Процессор влегкую обгоняет Pentium III 800 на архитектуре Coppermine и уступает на 400 очков AMD Athlon Thunderbird 1400C.
Далее переходим к играм. Тестировать 2D-тайтлы времен EGA/CGA мы не будем — очевидно что они будут здесь летать без проблем, поэтому сразу перейдем к 2.5D и 3D-играм и начнём с Duke Nukem 3D. Игра в разрешении 800x600 работает в ~60 FPS, при этом без занижения клока процессора управление становится ватным.
Первая Need For Speed идёт в стабильных 60 FPS при разрешении 640x480. Прекрасный результат по меркам игры с софтрендером.
Но настоящий бенчмарк для процессоров тех лет — это первая Quake. Тут тебе и рендер тяжелый по меркам процессоров тех лет, и FPU нагружен, и ещё геймплей с физикой и куллингом обрабатывать надо. И тут Vortex86MX показывает себя отлично: в разрешениях 640x480 и 800x600, игра идёт в вполне стабильные 30-35 кадров.
Однако проблемы начинаются в 1280x1024 — тут FPS падает до примерно 15. Играбельно, но... хотелось бы большего.
Интересно и то, что DM&P вместо драйверов даёт набор библиотек для написания софта — тут тебе и работа с внешними дисплеями, и сетевой стек, и последовательный порт... в общем есть всё. Помимо DOS, на Vortex86 также можно без особых проблем установить Windows CE (неожиданно!), Windows XP, Vista и 7, а также Linux. Только имейте ввиду, что у Vortex86SX нет FPU и на нем XP не запустится!
❯ Заключение
Вот такой интересный x86-процессор развивается последние 19 лет силами DM&P. И в целом нельзя сказать что он бесполезный — это классная и компактная основа для ретро-ПК, хороший процессор для обслуживания старых станков, промышленного оборудования и автоматики, а ещё это неплохой микроконтроллер для DIY-устройств. Да, да, если вы поперхнулись чаем или кофе —на базе Vortex86 делали Arduino-совместимую плату 86Duino!
К слову, мне было бы интересно пощупать что‑то ещё из семейства Nvidia ION/Radeon Xpress Graphics/VIA Chrome9 HC/Trident Blade, а в будущем возможно написать 3D‑демку под GPU. Если у кого‑то есть всякие интересные тонкие клиенты или ноутбуки на прикольном железе, или что‑то AMD'шное времен 939/462 — пишите в ЛС, обязательно сделаю контент!
Ну а я надеюсь, что вам было интересно. Подписывайтесь на блог, чтобы не пропускать новые статьи каждую неделю! А если вам интересна тематика ремонта, моддинга и программирования для гаджетов прошлых лет — подписывайтесь на мой Telegram‑канал «Клуб фанатов балдежа„, куда я выкладываю бэкстейджи статей, ссылки на новые статьи и видео, а также иногда выкладываю полезные посты. А ролики (не всегда дублирующие статьи) можно найти на моём YouTube канале.“»
А если вы хотите что‑нибудь подарить из железа и увидеть о нём статью — пишите мне в Telegram. Меня очень интересуют самые разные гаджеты: начиная от игровых консолей и любых связанных с геймингом устройств, телефонов, смартфонов, КПК, заканчивая ретро‑компьютерами и ноутбуками. Кто знает, может героем следующей подобной статьи окажется ноутбук из 90-х?:‑)
После обзоров устройства не продаются, а остаются в моей коллекции. Когда‑нибудь я хочу сделать музей, где к каждому устройству можно будет приложить QR и почитать мою статью. Кто знает, вдруг на следующей неделе я также подробно расскажу про девайс из вашей юности?:)
Кстати, у меня есть GameBoy Advance SP, под который я очень хочу написать игру. Однако мой экземпляр был залит водой и кофе. Может у кого‑то есть донор с дохлой платой, откуда я смог бы взять контроллер питания? У меня AGS-101.
Может быть интересно:
Новости, обзоры продуктов и конкурсы от команды Timeweb.Cloud — в нашем Telegram‑канале ↩
Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.
0%Инженеры DM&P, вы наркоманы? Вы как запихнули не самый кислый x86 вместе со всей периферией в TDP <1Вт?!0
0%Вот это я понимаю, красавичики инженеры!0
100%Я видел всякое в своей жизни, но ассиметричные ядра в x86 — никогда…1
0%Vortex86 вполне тащит!0
0%Теоретически из такого минипк вполне можно сделать x86-смартфон :)0
0%Хлам. Процессор, созданный непонятно для кого.0
0%N100 > Vortex860
0%Arduino на базе x86… этого я точно не ожидал!0
Проголосовал 1 пользователь. Воздержавшихся нет.
Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.
100%Настоящий хабратортный балдеж! Одобряю и жду еще статьи про экзотическое железо!1
0%Это не хабраторт, а эталонный щитпост!0
0%Статья написана LLM, а автор — дилетант, который вообще не разбирается в теме. Я сразу это понял!!!0
0%Подписался и буду ждать новые статьи в этой рубрике!0
Проголосовал 1 пользователь. Воздержавшихся нет.
Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.
0%А он неплох! Очень даже бодрый процессор, пусть и далеко не топовый. Для ретро-машинки самое то!0
0%Слыш щегол, ты вообще офигел? 20 FPS ему мало в кваке при 1280x1024, я играл в 10 в 320x200!!!0
100%Интересно было бы найти доску с PCI-e и раскрыть потенциал процессора с полноценной видеокартой. GTA San Andreas то должен потянуть?1
KioskNews shows a cleaned-up reading view extracted from the publisher’s page — the original always lives on their site, not ours.