Obligement - L'Amiga au maximum

Jeudi 23 novembre 2017 - 12:03  

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Matériel : Progressive Peripherals & Software 040/500
(Article écrit par Olivier Jeannet et extrait d'Amiga News - mars 1993)


Nous allons tester pour vous aujourd'hui la carte accélératrice pour A500 à base de 68040 de Progressive Peripherals & Software (PPS), qui nous a été prêtée par son importateur, EVS.

PPS 040/500

Ma configuration se compose d'un Amiga 500 avec horloge/extension mémoire A501 et disque dur A590 (disque dur SCSI de 20 Mo + 2 Mo de mémoire) soit au total 3 Mo de mémoire dont 512 ko de Chip.

Déballage

La carte PPS est livrée dans une boîte qui contient également un manuel et une disquette d'installation. Il s'agit du modèle le plus performant, comprenant 8 Mo de mémoire et une fréquence de 33 MHz.

Elle est assez petite (moins de la moitié de la surface d'un Amiga News), et comporte en son centre le 68040. La ROM 2.04 est disposée dans un coin de la carte, et la mémoire (32 bits) longe un des côtés. Le 68040, contrairement au bon vieux 68000, est carré et son brochage est en "hérisson", par opposition aux deux rangées de broches sur le 68000. Il est surmonté d'un petit ventilateur. On peut supposer qu'en effet, avec une fréquence de 33 MHz la chaleur dégagée commence à être importante. On peut rappeler au passage qu'une des limites à la vitesse d'un processeur est la chaleur dégagée lors de son fonctionnement, chaleur d'autant plus forte que la vitesse d'horloge est élevée.

Cela s'explique par le fait qu'en technologie CMOS, les transistors consomment peu quand ils ne font rien (à 0 ou à 1), et ce sont les transitions qui demandent de l'énergie. Le nombre de transitions croît directement avec la fréquence d'horloge, et sur des machines rapides, on peut constater en touchant le processeur qu'il devient presque brûlant (par exemple, sur un gros IBM 3090, chaque processeur dégage 1000 Watts et est refroidi par eau...).

Les 8 Mo de mémoire 32 bits sont soudés directement sur la carte et prennent très peu de place car ce sont des puces de 4 MBits, il en faut donc juste seize. Ils ne sont pas enfichés dans un support pour des raisons d'encombrement. Effectivement, il n'y a pas tellement de place dans un A500 et l'épaisseur que peut prendre la carte est limitée, des trous ont même été découpés dans la carte pour laisser passer certains composants de la carte mère.

Le manuel est clair et agréable à lire. Il se présente sous la forme d'un petit livret d'environ 40 pages, en noir et blanc, dont la mise en page est assez aérée. Il est en anglais et une traduction est en cours. Il présente la carte, son installation dans l'Amiga, l'installation logicielle ainsi que des conseils pour son utilisation.

La mise à niveau

Un des avantages de la carte PPS est la possibilité de mise à niveau, que ce soit mémoire (4/8 Mo) ou en fréquence (28/33 MHz). Dans le cas de la mémoire, il suffit de la souder sur son emplacement, opération qui sera faite par EVS ou le revendeur. On peut même envisager de faire soi-même la modification si on est connaisseur, à ses risques et périls !

Quant à la fréquence d'horloge, la mise à niveau est plus compliquée car il faut changer un certain nombre de composants sur la carte, qui sans cela ne pourraient "suivre" la nouvelle fréquence. En effet, rien ne sert d'augmenter la fréquence d'horloge si on ne change pas les composants qui vont autour, les portes logiques, les circuits de commande de mémoire, par exemple. A défaut, cela permet à certains constructeurs de présenter des nombres de MIPS (million d'instructions par seconde) impressionnants, qui ne seront jamais atteint en fonctionnement réel, car le temps de réaction de la mémoire peut correspondre à 2 ou 3 cycles du processeur.

Dans ce cas, on reçoit donc une carte neuve, ce qui explique que la mise à niveau en fréquence peut coûter un peu plus cher que la simple différence de prix entre les deux cartes, alors que la mise à niveau en mémoire ne coûte pratiquement que le prix de la mémoire. Avec une carte disque dur qui accepte 8 Mo de mémoire, comme le modèle HD500 de GVP, on peut atteindre un total de 17 Mo de mémoire vive.

Installation matérielle

Pour installer la carte, il faut ouvrir son Amiga, ôter le 68000 d'origine de son logement, le replacer sur la carte à l'endroit prévu, et enficher la carte à l'emplacement du 68000. Il faut faire attention à ne pas abimer les pattes du processeur, et à ne pas laisser en contact les parties métalliques de la carte accélératrice avec la carte mère.

Une autre précaution à prendre également concerne l'électricité statique qui peut endommager fortement les composants. Il ne vaut donc mieux pas toucher les parties métalliques des circuits et se mettre à la masse avant de faire les manipulations, en touchant un tuyau de chauffage par exemple. Rappelons que l'ouverture de l'Amiga annule sa garantie, aussi on aura intérêt à demander au revendeur de faire la manipulation si on craint de mal faire.

Installation logicielle

L'installation logicielle est aisée grâce au programme Installer de Commodore, qui se charge de tout faire automatiquement, ce programme devrait être de plus en plus utilisé par tous les produits Amiga à venir. En créant ainsi un standard d'installation commandé par script, cela facilite de beaucoup l'installation.

On peut même ajuster la procédure de manière à la rendre plus ou moins automatique selon le degré d'expertise de l'utilisateur, posant le moins de questions possible quand l'utilisateur est débutant. Installer crée un répertoire, par défaut "Sys:68000", dans lequel il range trois instructions : Init040, Switch et Cpu040.

Init040

Doit être la première instruction de la startup-sequence, elle s'occupe de charger les bibliothèques nécessaires au 68040 et de l'activer. Elle a trois options : addmem, fastrom, fastsys. La première met la mémoire 32 bits (celle de la carte) dans la liste de mémoire publique, permettant ainsi d'y accéder. La seconde reloge le Kickstart en mémoire 32 bits, ce qui consomme environ 1 Mo de mémoire, et la troisième met en mémoire 32 bits les principaux vecteurs du système. Les deux dernières options permettent d'accélérer sensiblement toutes les opérations systèmes.

Switch

Permet de sélectionner les ROM et le processeur utilisés. On peut utiliser le 68000 ou le 68040, et choisir de démarrer sur les ROM de la carte (donc en 2.04) ou sur celles d'origine (en 1.3 en principe). Une fois choisies les nouvelles options, il suffit de redémarrer pour se trouver dans la nouvelle configuration.

Cpu040

Sélectionne le mode d'utilisation des différents caches (les caches d'instructions et de données) et le Copyback.

Pour certains programmes, il peut être nécessaire de désactiver certains paramètres relatifs aux caches, en particulier le Copyback. Le cache de données possède deux modes : Write through (écrit à travers) ou Copyback (copie après). Dans un 68030, le cache de données sert pour la lecture des données, les plus récentes étant gardées sur le cache, mais les écritures sont toujours reportées immédiatement dans la mémoire (fonctionnement en Write through).

Quand le 68040 est en mode Copyback, toutes les écritures se font dans le cache sans accéder à la mémoire, et le cache est effectivement recopié quand il faut le libérer pour accéder à d'autres emplacements mémoire. C'est cette technique-là qui permet au 68040 d'avoir de telles performances, car sans cela la vitesse peut diminuer de moitié. C'est compréhensible car des mémoires à 80 ns ne peuvent suivre que jusqu'à 12,5 MHz, et des 60 ns jusqu'à 16,6 MHz, et par conséquent les accès à la mémoire se font en plusieurs cycles au-delà de ces fréquences, contrairement à l'accès au cache qui est immédiat (la mémoire cache est dans le processeur). Ce mode Copyback possède néanmoins des inconvénients, que nous verrons plus bas.

Installer modifie ensuite la startup-sequence pour y insérer en première ligne l'instruction Init040, met à jour les instructions CPU et SetPatch, et met dans le tiroir Libs: les deux bibliothèques nécessaires au 68040 : 68040.library et ppi040.library.

La première contient, entre autres, l'émulation des fonctions transcendentales (sinus, logarithme) qui sont normalement implémentées sur les coprocesseurs mathématiques des 68020 et 68030 (68881/68882). Le 68040 contient en effet une unité de calcul à virgule flottante très performante, mais qui ne gère plus les instructions telles que les sinus, logarithmes, qui doivent donc être émulées en logiciel sur le 68040 grâce à des "traps software", ce qui les rends légèrement plus lentes que sur le 68882.

La deuxième bibliothèque est propre à PPS. Les instructions Setpatch et CPU sont les versions 38.31 et 38.1 (au lieu de 37.10 et 37.3 sur le Workbench 2.0).

Démarrage en système 1.3 ou 2.0

On peut utiliser la carte avec le Kickstart 1.3, mais le manuel recommande d'utiliser le 2.0, car le système 1.3 ne dispose pas d'instructions pour gérer les caches, en particulier le Copyback qui pose des problèmes, par exemple vis-à-vis du DMA. En effet, les caches sont d'abord pensés pour un environnement monoprocesseur. La mémoire n'est pas forcément à jour, ce qui n'est pas grave puisque le processeur lira dans le cache s'il le faut, sans même s'en rendre compte.

Par contre, si un circuit spécialisé vient lire la mémoire transférée dans le cache, la valeur lue risque de ne pas être à jour. De plus, Commodore ne soutient plus le système 1.3. En 1.3, certains programmes décompressés (qui se décompactent au lancement) peuvent se planter au démarrage, il y a intérêt à les recompacter avec un compacteur récent comme PowerPacker 4.0, ce qui les fait fonctionner sans problèmes. On aura intérêt à utiliser les options "Library Header", ou "Library" pour Imploder.

On peut toutefois choisir de démarrer en 1.3 ou en 2.0, grâce à une startup-sequence qui aiguille le démarrage vers deux fichiers de startup différents, un pour le 1.3 et l'autre pour le 2.0. Ceci est expliqué dans le manuel, et se fait grâce aux lignes suivantes :

Sys:C13/version >nil: graphics.library 36
if WARN
; on est en WB 1.3
else
; on est en WB 2.0
endif

Il y a d'autres modifications à faire dans le fichier de démarrage, indiquées dans le manuel. Cette technique fonctionne très bien, et j'ai changé plusieurs fois de système sans aucun problème, grâce au programme Switch mentionné plus haut.

On essaie

Après toutes ces initialisations plus longues à commenter qu'à faire, j'ai enfin pu démarrer sur le 68040, après avoir fait un peu de place sur mon disque, afin d'avoir les coudées franches pour de nombreux essais.

Mon premier test visait à me rendre compte de l'accélération de l'archiveur LhA, que j'utilise souvent. Bien qu'il soit déjà rapide, je me réjouissais d'avance de le voir atteindre une vitesse supersonique grâce aux 33 MHz du 68040. Premier étonnement : une vitesse à peine supérieure à celle que je connaissais, et moins importante que sur un A3000. L'explication a été simple : je n'avais pas spécifié les options "addmem", "fastsys" et "fastrom" de Init040, et les caches n'étaient pas activés (c'était mon premier démarrage...).

Le processeur fonctionnait donc uniquement sur de la mémoire 16 bits, ce qui ralentissait les accès mémoire d'un facteur 2 (au moins), et sans les caches la différence peut être très importante : si l'algorithme tient entièrement dedans (pour les instructions) ainsi que les données (pour le cache de données et Copyback), les accès mémoire sont quasi inexistants. Le cache de données et celui d'instructions font chacun 4 ko.

Le Copyback n'est pas un cache mais décrit le mode de fonctionnement du cache de données : écriture différée (mode Copyback) ou immédiate (Write through). Quand l'algorithme est assez petit pour tenir dans le cache d'instructions, il n'y a aucun accès à la mémoire et l'accélération est importante : de même pour les données.

On recommence

Une fois les options manquantes ajoutées à Init040, je redémarrai et cette fois les caches étaient bien activés. Par la suite, les caches furent toujours activés au démarrage, sauf en 1.3 ou le mode Copyback n'était pas activé par défaut.

Nouvel essai de LhA et là, ce fut le feu d'artifice tant attendu : une vitesse impressionnante, à se demander si en compressant, il ne passe pas plus de temps à afficher où il en est qu'à faire les calculs. Même le bon vieux LHArc prend des allures de bolides. Pour donner un ordre de grandeur, en mettant les fichiers dans le RAM Disk, la compression du fichier kickfile 2.04 (524 ko) met entre 5 et 7 secondes, et la décompression de l'archive obtenue se fait en moins d'une seconde.

Dans l'ensemble, toutes les opérations sont bien accélérées : le rafraîchissement des fenêtres, les défilements de texte, les accès disques et disquettes. Les seules opérations non (ou peu) accélérées sont celles où le Blitter fait tout, comme les tracés de droite ou le remplissage des surfaces. Selon les types d'application, l'accélération sera plus ou moins marquée, selon les ressources auxquelles ils font appel : calcul pur, boucles nombreuses, graphisme, accès mémoire, chronomètres. Par rapport à un A500 normal, qui n'a pas d'instructions de calcul en virgule flottante, les calculs sont bien sûr extrêmement accélérés si on utilise les instructions spécifiques de l'unité de calcul du 68040.

Les performances

Avec le 68040, on gagne sur plusieurs plans : la puissance brute du processeur (nouvelles instructions disponibles, presque un cycle par instruction), fréquence élevée, coprocesseur mathématique intégré, mémoires cache intégrées, accès mémoire sur 32 bits, accès optimisé par le mode rafale.

Voici un exemple de ce que j'ai obtenu avec un programme écrit en C, qui calcule l'ensemble de Mandelbrot avec la bibliothèque "mathfrp" (qui n'utilise pas l'unité de calcul), et qui est assez optimisé : boucles courtes, utilisation des registres, boucle la plus interne en assembleur. On lui fournit les coordonnées, la résolution et le nombre maximum d'itérations, et il produit un fichier contenant un octet par pixel. En prenant un indice de performance de 1 pour l'A500 normal, on obtient 18 avec le 68040 et tous ses caches activés. Comme il y a peu d'écritures mémoire, en désactivant le Copyback, on descend seulement à un indice de 15. Si on enlève en plus les caches de données et d'instructions, on descend à un indice de 5. Comme le cache de données n'est quasiment pas sollicité (peu d'accès en lecture) dans ce cas, on voit là toute l'efficacité du cache d'instruction. De manière générale, l'ensemble des caches permet une accélération d'un facteur 3 à 5 environ.

Voyons à présent des résultats plus généraux, donnés par des programmes de tests de performance. En recompilant le programme pour utiliser la bibliothèque "mathieeedoubbas", qui se sert de l'unité de calcul si elle est présente, on obtient un indice de 30. Si on recompile en utilisant directement les instructions de l'unité de calcul, on obtient alors un indice de 132. On voit là l'intérêt de l'unité de calcul et du codage direct des instructions de calcul (codage inline).

Pour fixer les idées, un calcul qui prenait 28 minutes ne prend plus que 13 secondes, et encore, le programme recompilé est ici en pur C (la boucle interne n'est plus en assembleur) !

SysInfo crédite la carte de 6 MFlops (million d'opérations flottantes par seconde) et sa rapidité est supérieure de plus de 30 fois à un Amiga 500.

Voici quelques indices obtenus avec AIBB 5.5 par rapport à un A500 (tous les caches marchent, code 68000 standard, non-utilisation du coprocesseur de calcul) :

PPS 040/500-33
A3000/25
A4000/25
WritePixel 7.14 4.09 26.12
Sieve 20.67 6.87 10.63
Dhrystone 25.56 5.96 19.07
Matrix 19.85 6.43 12.25
FMatrix 19.29 5.77 11.62
MemTest 22.22 6.72 11.54
BeachBall 41.16 10.75 33.64
InstTest 19.14 1.00 10.08

"InstTest" obtient 8 827 000 instruc/s. "BeachBall" trace un ballon avec les ombres et réflexions d'une source lumineuse (ray-tracing). Ce test est sans doute l'un des plus complet car il fait des accès mémoires, calcule et affiche à l'écran des points. En utilisant le coprocesseur pour les tests de calcul numérique, on obtient des accélérations encore plus considérables, comme on l'a vu plus haut avec l'ensemble de Mandelbrot.

Quant aux jeux, j'ai essayé le fameux F/A 18 Interceptor qui a l'avantage de marcher sur toutes les machines, de l'A500 à l'A3000. L'accélération sur la carte PPS est très agréable, mais elle est limitée par le fait que le Blitter a beaucoup à faire en dessinant et remplissant chaque image. Quand la vue est simple, la fluidité est étonnante, on ne doit pas être loin du 25 images par seconde.

Conclusion

Les prix, qui se situaient entre 9200 et 11 100 FF au début du mois de février 1993, viennent de baisser de façon importante. Voici les nouveaux tarifs, pour une carte équipée d'un 68040 à...
  • 28 MHz et 4 Mo de mémoire : 5700 FF.
  • 28 MHz et 8 Mo de mémoire : 7000 FF.
  • 33 MHz et 4 Mo de mémoire : 8500 FF.
  • 33 MHz et 8 Mo de mémoire : 11 300 FF.
Voilà qui va permettre à tous ceux qui ont acheté leur A500 il y a un certain temps, et qui veulent changer pour un modèle plus rapide mais ne peuvent pas acheter un A3000 ou A4000, de passer à la vitesse supérieure. Pour 5700 FF, on dispose d'une puissance de calcul plus importante que celle d'un Amiga 4000, de 4 Mo de mémoire en plus des ROM 2.04.

Cette carte existe aussi en version pour les Amiga 2000 et 3000. Le seul avantage en matière de rapidité qui reste à l'A4000 est son jeu de composants AGA qui accélère considérablement les opérations purement graphiques. On peut donc disposer pour moins de 7500 FF (coût d'un A500 et de la version de la carte la moins chère) d'une puissante station de calcul, par exemple pour l'image de synthèse.

Deuxième essai de la PPS 040/500 par Pierre Garel et Marc Leconte

La configuration

La configuration testée de la carte est une 040/500 à 33 MHz avec 8 Mo de mémoire, branchée sur un Amiga 500 équipé de 512 ko de mémoire Chip, d'une ROM 1.3 et sur le bus un disque dur Archos ADD-500 de 105 Mo et de 2 Mo de mémoire Fast.

Les tests et les comparatifs

Le matériel et le logiciel étant installés, nous allumons la machine d'un doigt fébrile : un 68040 sur mon A500, qu'est-ce que cela peut donner ? Tout d'abord, le doux bruit du ventilateur, et puis...

Nous avons testé la carte 040 sur différents logiciels comme Deluxe Paint IV, Real 3D, Vista Pro, Scenery Animator, Professional Page et ADPro 2. Comme vous pouvez le constater, nous n'avons pas fait semblant. Les comparaisons ont été effectuées avec un Amiga 2500/20, un Amiga 3000 et un Amiga 4000. Les programmes, lorsque cela était possible, étaient des versions compilées pour les coprocesseurs arithmétiques.

Nous allons décrire les tests ayant servis à faire le tableau, afin de vous permettre de comparer votre configuration à la PPS 040/500 :

Deluxe Paint IV. Nous utilisons, pour ce test, une brosse de 197x90 en 8 couleurs avec laquelle nous avons rempli un écran de 640x512 avec le système de perspective de Deluxe Paint IV. L'autre test consiste à utiliser la fonction de déformation ("morphing") de Deluxe Paint pour transformer un cercle de rayon 70 en rectangle de 60 de côté, le tout en 20 images.

Art Departement 2.0. Ici, nous avons mesuré le temps de conversion d'une image format GIF 640x480 de 145 ko, en un format plus compréhensible par l'Amiga, c'est-à-dire en 640x512 en 16 couleurs avec un tramage Floyd.

Professlonal Page 3.0. C'est sur ce logiciel de PAO que cet article est rédigé, le tout en utilisant la carte PPS 040/500. On remarque une accélération impressionnante du rafraîchissement de l'écran. Par exemple, les changements d'échelle de votre page sont environ trois fois plus rapides que sur un... A3000.

Real 3D 1.4. La scène se compose d'objets en plastiques, d'un objet transparent et de trois lampes de couleurs différentes. Elle a été calculée avec les options suivantes : Shadowless, Antialiasing de 1, Interlace, Dithering line et avec un Aspect Ratio de 3.

Vista Pro 2.0 et Scenery Animator. Le paysage utilisé est le Grand Canyon. L'image a été calculée en 32 couleurs avec entrelacement, avec les options de lissage maximum.

Tous ces résultats ont été confinés dans un tableau qui parle de lui-même. Les écarts existants entre l'A4000 et la PPS 040/500 s'expliquent par la différence de vitesse d'horloge des deux machines (A4000 à 25 MHz et PPS 040/500 à 33 MHz), mais quel plaisir d'être plus rapide qu'un A4000 !

PPS 040/500-33
A2500/020
A3000
A4000
Deluxe Paint IV - Fill Screen 7"05 52"04 25"61 9"14
Deluxe Paint IV - Morphing 15"09 1'55'63 57"30 20"01
ADPro 2.0 - GIF->16 couleurs 5"15 57"00 22"35 6"04
Real 3D 1.4 - Calcul scène 3'47"25 14'00" 6'30" 4'20"
VistaPro 2.0 - Grand Cayon 1'53"50 10'47"07 3'56"55 1'59"97
Pro Page - magnification 100% 5"64 N/C 11"64 N/C
Pro Page - magnification 200% 3"40 N/C 6"82 N/C

Un mot sur le Workbench

A l'achat de votre carte PPS 040/500, procurez-vous le Workbench 2.04, si vous ne le possédez pas déjà, car celui-ci n'est pas fourni contrairement à la ROM Kickstart. A l'utilisation, le Workbench parait 2 à 3 fois plus rapide que sur un A3000, surtout si vous l'utilisez en 16 couleurs.

Un mot sur les jeux

Bien que l'utilisation première d'une carte 68040 ne soit pas pour le jeu, il faut avouer que jouer à Interceptor ou à Wing Commander sous 68040 apporte des sensations qu'un A500 de base est loin de procurer. En effet, la vitesse de l'animation de Wing Commander devient aussi, sinon plus, rapide que sur un PC 486.

Et la compatibilité dans tout ça ?

Pour les jeux incompatibles avec le 68040, il est possible de le désactiver par l'intermédiaire du programme Switch040. Cet utilitaire est très pratique car il permet de sélectionner dans quel mode vous désirez redémarrer votre A500. En effet, vous pouvez utiliser la ROM 1.3 (si c'est celle d'origine dans votre Amiga) tout en gardant le 68040 actif. Si cela posait encore des problèmes, il vous suffirait de sélectionner le 68000 pour qu'ils disparaissent. Vous vous retrouverez alors dans la configuration d'origine de votre A500. Toutes les sélections effectuées avec Switch040 ne sont effectives qu'après un redémarrage de l'Amiga, elles resteront jusqu'à de nouveaux changements.

Conclusion

La fébrilité qui nous avait pris à l'allumage de l'Amiga était justifiée. Après avoir conquit les possesseurs d'Amiga 2000 et 3000, PPS s'attaque maintenant aux Amiga 500. Avec ces cartes vous pouvez dépasser la puissance, déjà incroyable, de l'Amiga 4000 et vous ouvrir les portes de l'image de synthèse avec un "simple" Amiga 500. Le prix de cette carte est abordable si l'on considère les performances qu'elle procure et l'accès qu'elle vous donne aux domaines professionnels. Et ne jetez pas vos jeux... ! Maintenant que nous avons testé cette carte, nous avons un problème... comment allons-nous pouvoir nous en passer ?

Nous remercions EVS Informatique pour le prêt de la carte, Serge Lermite pour son disque dur et MAD pour nous avoir permis de faire les tests comparatifs sur l'Amiga 4000.

Nom : Progressive Peripherals & Software 040/500.
Constructeur : Progressive Peripherals & Software.
Genre : carte accélératrice.
Date : 1992.
Prix : environ 10 000 FF.


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