Hammerfall DSP System:
Notebook Basics - Hintergrundwissen und Tuning

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Einleitung

In dieser Tech Info erfahren Sie, warum sich Ihr Notebook ganz anders verhält als Ihr Desktop-Rechner, und wie Sie es trotzdem zu guter (nicht nur) Audio-Performance bringen können.

  • Software Tuning - Installation
  • Knackser garantiert - Win9x auf Notebooks
  • Die Low Latency Lösung: Windows 2000
  • Optimierung des Speicherdurchsatzes
  • Was bringt's?

Software Tuning - Installation

Nach wochenlangen Vorbereitungen und ersten Tests haben Sie sich also nun das vermeintliche 'Powerbook' gekauft, schalten es ein, und - werden von einer Flut von Tools, Hintergrundprogrammen und vorinstallierter Software erschlagen. Ging uns auch so...

Nun ist ein Notebook etwas grundsätzlich anderes als ein Desktop, der im Allgemeinen aus Standard-Komponenten zusammengesetzt wird. Selbst wenn man gerade keine Treiberdiskette zur Hand hat sind einfache Treiber in Windows enthalten, der Rechner wird also mit Sicherheit funktionieren. Beim Notebook sind dagegen jede Menge Spezialtreiber installiert, und für die eingebaute Hardware bekommt man die Treiber oft nicht beim Hersteller derselben, sondern nur beim Notebook-Hersteller - Beispiel ATI Mobility Grafikkarte. Stellt sich also die Frage ob man es wagen kann die Platte zu bügeln und Windows neu aufzuspielen, oder ob man dann vor einer teuren Ruine sitzt. Kurz gesagt: man kann. Doch zuvor haben wir versucht erst einmal die vorhandene Installation zu entschärfen. Das ist im Allgemeinen leichter als man denkt.

Die unzähligen Tools im Systray lassen sich entweder per rechter Maustaste oder per Strg-Alt-Entf (Taskmanager) beenden. Sollte irgend eines davon lebenswichtig sein werden Sie es schnell merken, dann einfach neu starten. Dauerhaft als auch testweise lassen sich diese per Autostart oder Run-Eintrag (in der Registry) geladenen Programme bequem in Windows deaktivieren, und zwar über Zubehör/Systemprogramme/Systeminformationen. Klicken Sie auf Extras, Systemkonfigurationsprogramm, Reiter Autostart. Wenn Sie hier etwas abwählen erinnert Sie Windows beim nächsten Start sogar daran, dass einige Programme disabled wurden.

Auf unseren Rechnern haben wir nur zwei Programme entdeckt, die Low Latency Audio stören. Das eine ist ein Hintergrund-Task des Programmes WS-FTP, namens ftpsched.exe. Das Ausschalten im Systray brachte nichts, erst die Entfernung aus dem Autostart beseitigte Knackser unterhalb 12 ms.

Das andere ist auf fast allen Notebooks zu finden, jedoch nicht immer störend konfiguriert: der Setup-Dialog des Synoptics/Allps Touchpads. Ist in diesem die Option 'Animiert' aktiv (oberes Bild), führt das Bewegen der Maus bei hoher Systemlast und niedriger Latenz ebenfalls zu Knacksern.

Ist das System soweit entrümpelt und das unvermeidliche Office samt Schnellstartleiste deaktiviert folgt nun das Abarbeiten der Tech Info Tuning Tips für Low Latency Betrieb. Danach sollte das Notebook zur Höchstform auflaufen. Wenn nicht, siehe unten.

Eine komplette Neuinstallation erwies sich als problemlos. Vorsichtige Naturen löschen nicht die ganze Platte, sondern ändern per Start-Diskette vor dem Windows-Start einfach den Verzeichnisnamen, also \Windows in \Winback. Die Neuinstallation kommt jetzt in \Windows, das alte \Winback lässt sich später per simplem Rename wieder aktivieren. Sollten spezielle Treiber vonnöten sein findet man diese normalerweise auf einer mitgelieferten Driver-CD. Ein Problem könnte allerdings die Beschaffung eines vollständigen Windows sein, denn viele Notebooks sind nur mit einer sogenannten Recovery-CD ausgerüstet, und nach dessen Ausführung steht man wieder vor einem Wust an überflüssigem Müll - eben wie direkt nach dem Kauf. Einige Firmen liefern auch ein Original-Windows mit - fast, denn dieses lässt sich (Oh Wunder) nur auf eben jenem Notebook installieren.

Nach erfolgter Neuinstallation und Abarbeiten der Low Latency Optimierungen folgt der nächste Test. Audio knackfrei bei reinem Monitoring unter 6 ms? Wahrscheinlich nicht, denn Sie haben kein Windows 2000 installiert...

Knackser garantiert - Win9x auf Notebooks

Jedes Notebook besitzt ein spezielles BIOS, das sich deutlich von dem eines Desktop unterschiedet. Es ist nicht möglich auf einem Notebook Windows zu installieren ohne dass es dies merkt, bzw. eine Nicht-Notebook Installation zu betreiben. Und das macht Sinn, denn ansonsten würde die CPU ziemlich schnell wegschmelzen und der Akku schon nach kürzester Zeit versagen. Das Stichwort heisst ACPI. Seit Windows 98 ist das Advanced Configuration and Power Management Interface umfassend im Betriebssystem verankert. Und führt im Zusammenspiel mit dem Mainboard und dem BIOS unter anderem eine ganze Reihe von speziellen CPU Power Managements durch. Ein einfaches Beispiel stellt das Programm CpuIdle dar, welches auch auf Desktops die CPU bei Nichtstun in den Halt State versetzt. In diesem Zustand wartet der Prozessor auf den nächsten Interrupt und verbraucht sehr wenig Strom. Demzufolge wird er auch sehr viel weniger warm.

Das ACPI auf einem Desktop hat mehr mit Configuration (P&P) als mit Power zu tun, und fällt deswegen meist nicht weiter negativ auf. Auf einem Notebook dagegen werden alle Register gezogen. Beispiel: Der CPU-Lüfter eines Desktops ist ungeregelt, er läuft die ganze Zeit. Bei einem Notebook wird die Temperatur der CPU gemessen, bei Überschreitung eines Grenzwertes dem Betriebssystem mitgeteilt dass ein kritischer Zustand herrscht und nun der Lüfter einzuschalten ist. Das Betriebssystem und/oder BIOS versuchen nun einen Hardware-Befehl über einen System-Management-Bus auszugeben und den Lüfter einzuschalten.

Ehrlich gesagt wissen wir auch nicht genau ob es so oder nur ähnlich passiert. Tatsache ist: Für den Zeitraum der 'Befehlsübermittlung' bleibt das Betriebssystem kurz stehen. Das ist ja bei Microsoft nichts neues, dort schafft man es ja auch mit einer lächerlichen Abfrage nach einer eingelegten CD im Sekundentakt das System zu blockieren (Benachrichtigung bei Wechsel). Hier allerdings ist das Beispiel symptomatisch für alle ACPI-Funktionen, sprich es passieren in unregelmässiger Folge andauernd solche Aktionen, die dann im Low Latency Betrieb zu ständigen (scheinbar zufällig) auftretenden Knacksern führen, obwohl das Notebook eigentlich gerade gar nichts tut.

Richtig heftig wird es aber, wenn die Befehlsübermittlung - aus welchem Grund auch immer - zu lange dauert. Unter anderem bei der Dell Inspiron 8000 und Lattitude Serie verursacht das Ein- und Ausschalten des Lüfters einen Aussetzer von bis zu 23 ms! So etwas kann man in unseren Augen nur als Fehlkonstruktion bezeichnen, und tatsächlich zeigen andere Notebooks dass es auch viel schneller geht. So verursacht das von uns auch nicht gerade verehrte Gericom Supersonic (siehe Tech Info Notebook Tests - Kompatibilität und Performance) nur Aussetzer von 1,5 ms beim Ein- und Ausschalten des Lüfters.

Die Low Latency Lösung: Windows 2000

Die minimal nutzbare Latenz unter Windows 98/ME hängt also von der Kombination BIOS/Mainboard ab, und entzieht sich damit jeder Vorhersage. Ein Notebook kann trotz exzellenter Hardware in dieser Disziplin komplett versagen. Wie in der Tabelle gelistet gibt es hier deutliche Unterschiede, die von unregelmässigen Knacksern bei 23 ms bis herunter zu akzeptablen 3 ms reichen. Das hat uns natürlich wenig begeistert, aber glücklicherweise fanden wir - abgesehen vom Lüfterproblem - eine Möglichkeit, deutlich niedrigere Latenzen zu erreichen: durch das Installieren von Windows 2000!

Gerüchte besagen dass Windows 2000 ein deutlich besseres ACPI-Management aufweist. Angeblich soll sogar der Lüfter seltener anspringen, da die CPU effizienter genutzt wird. Wie auch immer, auf allen bisher von uns 'Dual'-getesteten Notebooks war Windows 2000 mit 3 ms nutzbar, während es unter Windows 98/ME manchmal nur 12 ms waren. Das Windows 2000 auch auf Single CPU-Systemen hervorragend läuft dürfte sich inzwischen herumgesprochen haben, und so können wir insgesamt nur dringend empfehlen, auf Audio-Notebooks Windows 2000 zu nutzen.

Die Hiobsbotschaft für Dell-Besitzer können wir jedoch nicht vermeiden: Gegen deren Lüfter-Stopper ist auch W2k machtlos...

Eines hatten die Notebooks dabei mit Desktops gemeinsam: manche Programme erreichen deutlich niedrigere Latenzen wenn sie im Hintergrund laufen. Dabei reicht es schon auf die Taskleiste zu klicken, so dass diese nun den Fokus hat - Knacksen weg. Solch ein Verhalten lässt sich über Systemsteuerung/System/Erweitert/Systemleistungsoptionen beseitigen. Hier die Vorgabe 'Applikationen' ändern zu 'Hintergrunddienste'.

Optimierung des Speicherdurchsatzes

Am Beispiel eines Dell Inspiron 8000 wird im folgenden aufgezeigt, wie man den Speicherdurchsatz eines Notebooks optimieren kann, und was dies in der Praxis bringt.

Bei den derzeit gängigen SDRAM Speichermodulen wird zunächst zwischen der maximalen Clock (Front Side Bus, Speichertakt) unterschieden, 100 MHz und 133 MHz. Viele Notebooks arbeiten nur mit 100 MHz Speichertakt, aber auch viele Desktops, weil z.B. der verbreitete BX-Chipsatz keine Taktraten über 100 MHz unterstützt. Der verwendete Speicher wird mit PC100 bezeichnet. In neueren Rechnern mit VIA oder Intel i815 Chipsatz wird der Speicher mit 133 MHz getaktet, also PC133. Beide Sorten gibt es in unterschiedlichen Zugriffsgeschwindigkeiten. Früher war 3-3-3 üblich, heutzutage ist 2-2-2 der Standard bei 100 MHz. Bei 133 MHz trifft man dagegen noch oft 3-3-3 an. Diese Zahlen finden Sie bei vielen Desktops auch im BIOS, sie stehen für die Waitstates (Warteschleifen) von CAS, RAS zu CAS und RAS Precharge. Das Speichermodul enthält einen kleinen Chip (das SPD EEPROM), in dem diese und weitere Werte abgelegt sind. Das BIOS liest sie aus und stellt sie normalerweise automatisch ein.

Der erste Wert, die CAS Latency, abgekürzt CL, wird oftmals zur Unterscheidung der Speichermodule benutzt. CL2 garantiert jedoch nicht dass es sich um ein 2-2-2 Modul handelt, es kann auch ein 2-3-3 sein. Der Unterschied im Speicherdurchsatz zwischen 2-2-2 und 3-3-3 ist mit über 20% recht gross, der zwischen 2-3-3 und 3-3-3 jedoch mit 5% vernachlässigbar klein!

Um also bei den sowieso schon nicht mehr zeitgemäßen 100 MHz FSB eines Notebooks noch halbwegs auf Geschwindigkeit zu kommen sollte der verwendete Speicher vom Typ PC100 2-2-2 sein. Das alleine reicht aber noch nicht, denn das BIOS muss diese Werte dann auch im Chipsatz setzen. Sagt das BIOS dem Chipsatz 'Arbeite mit 3-3-3', bringt der schnellere Speicher gar nichts.

Diese paar Informationen haben uns nach dem Erwerb eines Dell Inspiron 8000 zwei Tage Tests und Recherche gekostet. Wir hatten uns schon vorab 2-2-2 Speicher besorgt, doch der Memory Benchmark der Testsoftware Sandra ergab einen Durchsatz wie bei 3-3-3. Im Notebook steckte ein 128 MByte Riegel PC100 3-3-3, so dass wir auch direkt vergleichen konnten. Im Handbuch entdeckten wir die Angabe, dass das Notebook mit CL2 arbeite (bei Dell wurde also ein zu langsames Modul eingebaut). In einem zweiten Inspiron steckte jedoch ein Original 2-2-2 Modul - und lieferte den gleichen Durchsatz. Schliesslich fanden wir heraus, dass das BIOS mit einem 3-3-3 Modul den Chipsatz auf 3-3-3 konfiguriert, mit einem 2-2-2 Modul jedoch auf 2-3-3. Damit stimmt die Angabe im Handbuch (CL2), die Geschwindigkeit ändert sich jedoch praktisch überhaupt nicht - siehe oben.

 

Wie bei allen Notebooks gibt es auch beim Dell im BIOS fast nichts einzustellen, und schon gar nicht in Sachen Speicher. Glücklicherweise existieren jedoch Tools, mit denen sich unter Windows vergleichsweise komfortabel direkt auf die Register des Chipsatzes zugreifen, und damit auch das Speichertiming auf 2-2-2 setzen lässt. Dazu verwendeten wir die Freeware WPCREDIT von H.Oda. Wenn man zusätzlich das PCR-File des Chipsatzes herunterlädt und in das Verzeichnis von WPCREDIT legt, wird die Bedeutung der Register sogar im Klartext angezeigt. Der Screenshot zeigt die Einstellung des Dell mit 2-2-2 Speicher: der Chipsatz wurde auf 2-3-3 gesetzt. Dies lässt sich nun einfach und in Echtzeit ändern: in die Spalte 50/03 klicken, dann unten rechts die beiden rechten Nullen durch je eine 1 ersetzen, auf Edit klicken - fertig.

Sandra zeigt den Unterschied im Speicherdurchsatz. Waren es zuvor noch 255/287 MByte/s (siehe Referenz 1), sind es nun 302/349 MByte, also circa 20% mehr. Referenz 2 zeigt übrigens welchen Wert man bei 133 MHz Speichertakt erreichen würde: 397/468 MByte/s. Davon kann man als Notebookbesitzer derzeit leider nur träumen, insbesondere wenn man zwar 133 MHz, aber auch Shared Memory hat. Referenz 3 zeigt das Gericom Supersonic mit 203/218, stellvertretend für fast alle derzeit verkauften 1 GHz Notebooks der 3.000 Mark Klasse.

Was bringt's?

Darauf gibt es keine einfache Antwort. Verschiedene Programme arbeiten sehr unterschiedlich, manche laufen fast nur in der CPU und deren First Level Cache, andere beackern intensiv den Hauptspeicher. Je nach dem sind die Unterschiede verschieden gross. Ausserdem ist es entscheidend ob nur ein oder mehrere Programme laufen, je mehr desto eher fällt der Hauptspeicher ins Gewicht. Bei einfachen Audiotests war der Performancegewinn fast schon enttäuschend. Logic 4.7 schaffte im DSP Testsong bei 3-3-3 Speicher maximal 7 Platinum Reverbs, bei 2-2-2 dagegen 8. Nuendo brachte es bei einem 24 Spur-Projekt mit 8 Nuendo Reverbs bei 3-3-3 auf 72% CPU-Last, bei 2-2-2 auf circa 66%. Dafür gibt es eine Erklärung: geschickte Programmierer lassen alle rechenintensiven Aufgaben in kleinen Programmschleifen direkt in der CPU laufen. Darauf, und auf den aktuellen CPUs mit Full Speed Cache, basiert die hohe Leistungsfähigkeit heutiger Audiosoftware, aber auch deren Echtzeit-Fähigkeiten bei der virtuellen Klangerzeugung. Der Hauptspeicher wird nur zum Auslagern unkritischer Tasks (Bildschirm, Grafik) und zum Cachen der Tracks (Festplatte) verwendet, bei beidem kommt es auf Geschwindigkeit nicht so an. Trotzdem sind Situationen denkbar, in denen sich der höhere Speicherdurchsatz auch stärker bemerkbar macht.

Ein Gegenbeispiel sind technische Grafikprogramme, z.B. zur Erstellung von Platinen. Bei der sogenannten Massenflächenberechnung werden die Daten extrem durch den Hauptspeicher geschoben. So dauert eine Berechnung mit 3-3-3 Speicher 3 Minuten, mit 2-2-2 nur 2 Minuten und 35 Sekunden. Grosse Unterschiede sind also möglich. Wer sicher sein will in jeder Situation die volle Leistung zur Verfügung zu haben wird auch im Audiobereich 2-2-2 den Vorzug geben.

Einen sehr viel deutlicheren Schub würde der Wechsel zu 133 MHz Speichertakt bringen. Hier kann Logic nun 13 Platinum Reverbs laden, Nuendo arbeitet mit 56% CPU-Last (getestet an einem Desktop mit i815 Board). Mit anderen Worten: derzeit hängt ein optimal konfigurierter Desktop ein gleichartiges Notebook problemlos ab. Das Gericom Supersonic mit 1 GHz und 133 MHz Speicher schafft übrigens auch nur 8 Platinum Reverbs, und in Nuendo 75% CPU Last.

Copyright Matthias Carstens, 2001.
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