Какой сокет у pentium 4. Процессоры

что делать, когда делать больше нечего?

Ни для кого не секрет, что рост частот современных x86 CPU в последнее время замедлился, и не помогают производителям ни новые ядра, ни новые техпроцессы. В общем, печальная картина для любителей сенсаций. Однако нет худа без добра: зато компания Intel смогла в очередной раз сделать невозможное - она выпустила два весьма интересных десктопных процессора: eXtreme Edition и обычный Pentium 4 с Processor Number 660. Оба они базируются на новой модификации ядра Prescott (называемой обычно «Prescott-2M»), оснащенной кэшем второго уровня размером два мегабайта: своего рода рекорд для десктопных CPU. Причина достижения такого результата лежит на поверхности: дальнейшее наращивание частот у ядра Prescott, можно сказать, «официально отменено» (у Intel из roadmap пропал процессор с частотой 4 ГГц), а наращивать производительность, тем не менее, как-то нужно. Но нам-то, в конце концов, все равно, за счет чего она будет расти, не так ли? Вот и выясним, дало ли нововведение какой-нибудь эффект. А для начала посмотрим, как соотносятся технические характеристики старых (уже «старых») процессоров Intel с новыми, а также с основным конкурентом.

Как видите, оба новых процессора поддерживают технологию EM64T, родную сестричку AMD64, ранее известную как x86-64, что опять-таки внове для десктопных CPU от Intel — ранее EM64T присутствовала только в серверных Xeon Nocona. Однако несмотря на то, что энтузиазм AMD по поводу 64-битных вычислений на десктопных платформах оказался заразительным, и к ней присоединилась даже Intel, основной «рулевой» другой небезызвестной компании — Microsoft, ныне именующий себя «Главным программным архитектором», не спешит нас порадовать официальным релизом 64-битной версии Windows для AMD64/EM64T. Поэтому сегодня нам остается по старинке исследовать те аспекты производительности новых процессоров, которые актуальны для большинства пользователей: скорость исполнения тестов на 32-битной Windows XP и на аналогичном по «битности» программном обеспечении.

Кроме того, видно, что концепция eXtreme Edition себя несколько дискредитировала: теперь XE от Intel уже ничуть не «эксклюзивнее» по отношению к обычным Pentium 4, чем FX от AMD по отношению к обычным Athlon 64: новый Pentium 4 eXtreme Edition 3.73 GHz отличается от обычных десктопных CPU только большей частотой работы ядра и более скоростной шиной. А у AMD FX отличается только частотой, но главное - оба производителя пришли к тому, чтобы делать обычные и «экстремальные» процессоры на одном и том же ядре, «открывая» или «закрывая» некоторые возможности (кто-то сомневается в том, что Pentium 4 660 сможет работать на шине 1066 МГц, если ему понизить коэффициент умножения?). Линейка Pentium 4 6XX будет насчитывать четыре процессора: Pentium 4 660 (3.6 ГГц), Pentium 4 650 (3.4 ГГц), Pentium 4 640 (3.2 ГГц), Pentium 4 630 (3.0 ГГц). Даже судя по одним только частотам можно предположить, что 1066-мегагерцевой шины мы на обычных Pentium 4, увы, так и не увидим. По крайней мере, еще довольно долгое время.

Тоскующим по 64-битным сенсациям мы через некоторое время предложим тестирование новых процессоров в SPEC CPU под одной из 64-битных версий Linux. А для тех, кто интересуется архитектурными особенностями процессорных ядер, можем предложить , главного разработчика пакета RightMark Memory Analyzer, который традиционно исследовал новые ядра с помощью своего пакета и со свойственной ему бескомпромиссной дотошностью даже смог выловить парочку интересных моментов. Таким образом, оставив будущее - будущему, а тонкие моменты - их профессиональным исследователям, приступим к процедуре, которая несмотря на некоторую заезженность является все-таки самой информативной: тестированию производительности в реальных приложениях. К слову, чтобы не делать ее совсем традиционной, не так давно мы весьма существенно поменяли состав тестового ПО, чему была посвящена . Соответственно, тесты, представленные ниже, проведены по новой методике, причем она несколько модифицирована даже по отношению к той, что была описана в статье (надеемся, в лучшую сторону).

Конфигурация тестовых стендов

• Процессоры
  • Intel Pentium 4 eXtreme Edition 3.73 (266x14) ГГц, LGA775, 2 МБ L2
  • Intel Pentium 4 660 (200x18 ГГц), LGA775, 2 МБ L2
  • Intel Pentium 4 eXtreme Edition 3.46 (266x13) ГГц, LGA775, 512 КБ L2, 2 МБ L3
  • Intel Pentium 5 560 (200x18 ГГц), LGA775, 1 МБ L2
  • AMD Athlon 64 FX-55 (2.6 ГГц, Socket 939)
• Системные платы
  • ASUS P5AD2-E Premium (чипсет i925XE, Socket 775)
  • Инженерный образец платы на чипсете ATI Xpress 200P (RX480, Socket 939)
  • Albatron K8X890 Pro (чипсет VIA K8T890, Socket 939)
• Память
  • 2x512 МБ PC3200 (DDR400) DDR SDRAM DIMM Corsair, 2-2-2-5
  • 2x512 МБ PC2-4300 (DDR2-533) DDR2 SDRAM DIMM Corsair, 4-4-4-11
• Видеокарта ATI Radeon X800 256 MB (PCI Express x16)
• Жесткий диск Samsung SP1614C (SATA), 7200 об/мин, 8 МБ кэша
• Windows XP Professional SP2, DirectX 9.0c
• ATI CATALYST 5.2 (Display Driver 6.14.10.6512)

Небольшой комментарий к конфигурации тестовых стендов: некоторые, быть может, заметят, что в качестве основы для стенда на базе AMD Athlon 64 FX-55 указаны две платы. Дело в том, что ввиду новизны чипсетов для Socket 939 с поддержкой PCI Express, мы решили «подстраховаться», поэтому некоторые тесты выборочно запускали на двух платах, чтобы сравнить результаты. Никаких существенных различий выявлено не было, поэтому на диаграммах вы наблюдаете только один столбец, соответствующий данному процессору.

Также легко заметить, что в качестве оппонента новым процессорам был выбран всего один CPU от AMD. Нам это кажется вполне логичным: мы исследуем производительность топовых решений от Intel, поэтому в качестве ориентира вполне хватит самого быстрого на данный момент процессора AMD. Присутствие других CPU от Intel также объяснимо: новому Pentium 4 XE вполне закономерно противостоит предыдущий, с такой же как у него 1066-мегагерцевой шиной, а Pentium 4 660 соревнуется с Pentium 4 560, от которого он отличается, по сути, только увеличенным в два раза кэшем второго уровня (наличие поддержки EM64T при тестировании под 32-битной версией Windows не актуально, а всевозможные продвинутые технологии энергосбережения при 100% загрузке процессора, по идее, работать не должны). Результаты тестов«Полусинтетика»

CPU RightMark (RMCPU 2004B)

Большой кэш новых процессоров Intel не дал им возможности совершить большой количественный рывок, но зато позволил произвести рывок качественный: ранее (об этом можно судить по результатам Pentium 4 560) у Intel не было «обычного» (не eXtreme Edition) процессора, который мог бы обогнать «экстремала» от AMD. Сейчас такой процессор есть: Pentium 4 660. Однако даже несмотря на большой объем кэша, Lightwave 8 по-прежнему не шибко любит ядро Prescott (в том числе 2M-модификацию), оно в данной программе «берет свое» явно «числом» (мегагерцами, кэшем), но не «умением». Доказательство этому - результат по-прежнему никем не превзойденного Pentium 4 eXtreme Edition 3.46 GHz на старом ядре Gallatin. Работа с растровой графикой
и допечатная подготовка

Основным тестом в данном разделе является скрипт для Adobe Photoshop CS (8), разработанный в нашей тестовой лаборатории. Он включает в себя наиболее часто повторяемые действия: фильтры Blur и Sharpen, изменение цветовой модели (RGB -> CMYK -> Lab), эффекты освещения, вращение изображения, изменение размера, операции типа «Transform». Действия производятся над реальной фотографией, снятой с помощью цифровой камеры. Также по просьбе достаточно большого количества читателей в раздел добавлено тестирование с помощью Adobe Acrobat Distiller - преобразование формата PS в PDF..

Adobe Photoshop CS (8)

Пестрая картина, однако объяснимая: старое ядро Intel и архитектура AMD не в чести, хороши Prescott. Новая модификация этого ядра с двухмегабайтным кэшем не намного быстрее старой — видимо, дальнейшее наращивание его объема для Photoshop не критично.

Adobe Acrobat 6 Distiller

Adobe Acrobat Distiller отдает безоговорочное предпочтение архитектуре от Intel - NetBurst, причем как более старой ее разновидности в лице P4 XE 3.46 МГц, так и новым процессорам с ядром Prescott[-2M]. В целом: ярко выраженный пример приложения, где ведущую роль играет частота. Сравним соотношения: Pentium 4 560 выполнил задачу на 46% быстрее, чем Athlon 64 FX-55. Соотношение частот: 3600/2600, частота P4 560 больше на 38%. Да, все-таки архитектура тут явно «причем», но все-таки цифры получились более-менее сопоставимые… CAD/CAM

SolidWorks 2003

Традиционно для многих тестов SPECapc, тестовый скрипт имитирует работу пользователя и в итоге выдает четыре результата: общий балл, производительность графической подсистемы, подсистемы ввода/вывода, и процессора. Стоит заметить, что для SPECapc for SolidWorks 2003 система оценки скорости в баллах сохранена, но наилучшим является меньший результат.

Архитектурные предпочтения SolidWorks 2003 ясны: с очень большим отрывом победил процессор AMD. Далее все менее понятно, но попробуем докопаться до истины. Итак, большой кэш сам по себе, похоже, не очень важен: преимущество Pentium 4 660 над Pentium 4 560 не очень велико. P3 XE 3.46 тоже не впечатляет: несмотря на шину, он проигрывает Pentium 4 660. Предположим, что за счет старого ядра - вполне логичное предположение, не так ли? Тогда получается, что архитектуре NetBurst может помочь только комбинация из трех составляющих: большой кэш, Prescott-подобное ядро, и быстрая системная шина 1066 MHz. А дальше - только частоту наращивать… Кодирование медиаданных

В данном разделе объединено все что связано с кодированием видео- и аудиоинформации, то есть классическое преобразование WAV -> MP3, а также сжатие видеоданных посредством наиболее распространенных кодеков.

Кодирование аудиоданных

Старый, добрый LAME… Ввиду громадного количества пресетов, и не меньшего количества их ярых поклонников, мы пошли по компромиссному пути: исследуется кодирование с максимально возможным качеством: (320 kbps CBR, q=0) и кодирование VBR от 160 до 320 kbps с «высоким» (опция «-q 2», или просто «-h») качеством, после чего от полученных результатов берется среднее геометрическое.

Введение в тест второго подтеста, откуда убрана «нелюбимая» процессорами AMD опция Q=0, кардинально ситуации не изменило, и причина проста: при наборе опций «-b 160 -B 320 -m j -q 2 -V 0» все процессоры пришли к финишу практически одновременно: наихудший результат (Pentium 4 560) равен одной минуте и шести секундам, а наилучший (Athlon 64 FX-55, Pentium 4 eXtreme Edition 3.73 GHz, Pentium 4 660)… одной минуте ровно. Таким образом, между «рядом стоящими» процессорами от обоих производителей, разницы между кодированием MP3 с помощью LAME в режимах с Q>0, можно сказать, просто не существует. А при Q=0 выигрывают процессоры Intel Pentium 4. Кстати, обратите внимание, что наилучший результат из подгруппы Pentium 4 отнюдь не у нового ядра.

Кодирование видеоданных (MPEG4)

Результат, представленный на диаграмме ниже — это плод компромисса между желанием охватить максимально большое количество широко распространенных кодеков, и нежеланием загромождать статью диаграммами. Вы видите перед собой усредненное время кодирования тестового файла тремя кодеками: DivX, XviD, и Windows Media Video 9. Чтобы успокоить тех, кто боится эффекта «средней температуры по больницe», уточним: распределение мест отдельно по каждому кодеку, и на сводной диаграмме — оказалось одинаковым.

Мы первый раз тестируем Athlon 64 FX-55, и не обошлось без сюрприза: несмотря на то, что в кодировании видео традиционно сильны процессоры Intel, первое место занял все-таки топовый CPU от AMD. Впрочем, легко заметить, что преимущество это весьма невелико, и по большому счету, все процессоры справились с задачей вполне успешно, и отдавать предпочтение в данном случае следует, несомненно, самому дешевому, а не самому быстрому: разницы в той быстроте — единицы процентов…

Кодирование видеоданных (MPEG2)

По многочисленным пожеланиям читателей, в данном тесте теперь используется кодер от Canopus — ProCoder 2 (ранее мы использовали Mainconcept MPEG Encoder 1.4).

Еще один тест, который очень «не нравился» поклонникам AMD, причем настолько, что они даже упрекали нас в предвзятости: дескать, мы используем Mainconcept MPEG Encoder специально чтобы «вытянуть» процессоры Intel. Будем надеяться, что против рекомендованного ими же Canopus ProCoder у них возражений не возникнет. И что в результате? А в результате Pentium 4 все равно лучше:). Визуализация трехмерной графики

Современные трехмерные игры

Для всех игр мы используем режим 640x480x32 с минимальными настройками качества, поэтому, строго говоря, на тестирование реальной производительности в играх данный раздел претендовать не может. Однако он не мог бы претендовать на эту роль и в том случае если бы установки были более реалистичными, так как в любом случае мы используем всего одну видеокарту — а производительность в играх зависит от этого компонента никак не меньше, чем от процессора.

Зачем нужен данный тест? В общем-то, больше из теоретического интереса, чем из практического. Сведя к минимуму влияние видеокарты, мы анализируем процессорные предпочтения игровых движков . Разумеется, если бы использовалась только одна игра, это было бы малоинтересно. Однако четыре современные игры, если их результат усреднить, дают возможность с более высокой степенью приближения ответить на вопрос: «Какие CPU предпочитают современные игровые движки»? В дальнейшем мы, вполне возможно, введем в тесты еще больше игр, но анализировать будем только последнюю диаграмму: сводную. И именно с той точки зрения, что описана выше.

Убедительная победа процессора AMD, и, похоже, одна из самых убедительных побед в данном тестировании. Можно, конечно, вспомнить Adobe Distiller, но там все-таки одно приложение, а здесь — сводная диаграмма по результатам четырех тестов. Рискнем предположить, что даже пока отсутствующий в списке Half-Life 2 при любом исходе вряд ли смог бы переломить ситуацию, так что для современных игр мы с чистой совестью можем рекомендовать процессоры AMD. Конечно, в «настоящих» игровых режимах преимущество процессора будет намного менее очевидно, так как скажется влияние видеокарты, но если одно число больше другого — то на сколько их не дели, второе больше первого все равно не станет, не так ли?

Пакеты трехмерного моделирования

Достаточно просто трактуемая диаграмма: чем больше кэш — тем лучше. Группы так и распределились: внизу два процессора с 1 МБ L2, чуть повыше — два процессора с двухмегабайтным кэшем (видимо, тесту все равно, какого он уровня), еще выше — CPU с двухмегабайтным кэшем и быстрой шиной 1066 МГц. Заключение

Для начала приведем небольшую табличку, позволяющую, как нам кажется, наиболее интересным (хотя и не бесспорным!) способом оценить результаты всех тестов в совокупности. В ней снова приведены результаты всех процессоров во всех тестах, но уже в процентном отношении, при этом за 100% берется наихудший результат (понятно, что в зависимости от теста его показывают разные CPU). А в конце полученные проценты сведены вместе методом простейшего среднего арифметического. Разумеется, такая оценка весьма приблизительна, так как предусматривает, что нас в равной степени интересуют результаты всех тестов, однако, учитывая многообразие вкусов различных пользователей, нам такой метод представляется, как минимум, ничуть не менее предпочтительным, нежели любой другой. Для удобства просмотра худшие результаты (100%) выделены красным, а лучшие — синим.

Итак, если рассматривать вышеприведенную таблицу в качестве оснований для выводов, то основных выводов будет два:

1. В общем зачете новый топовый процессор Intel вырвал пальму первенства из рук AMD (так и представляешь себе, как он ее, прямо с корнем, вырывает…), более того: новый «неэкстремальный» Pentium 4 660 идет с Athlon 64 FX-55 наравне, обгоняя при этом предыдущий P4 XE от самой Intel. Глядя на эту безрадостную картину, начинаешь понимать всю тщету гонки за громкими названиями типа «eXtreme Edition» или «FX»: что в них толку, если через мизерный срок (не более полугода) выйдет обычный процессор, который окажется быстрее?
2. Разница между худшим и лучшим показателями составляет… 9%. То есть если брать производительность рассмотренных нами процессоров «в среднем», вероятность того, что пользователь сможет почувствовать разницу в скорости систем на их основе — чрезвычайно мала . Как общеизвестно, чувствительность человека намного ниже чувствительности бенчмарка. Возникает, соответственно, законный вопрос: а не много ли шума из ничего? Впрочем, на него каждый отвечает самостоятельно.

Мы лишь можем констатировать: с точки зрения сравнения производительности топовых CPU, все по-прежнему сводится к продолжающемуся спору о том, «кто хозяин горы», то есть занимает формальное первое место. Кажется, уже всем без исключения понятно, что решения, которое разгромит конкурента в пух и прах, ни один из производителей предоставить не в состоянии. Или не хочет. Что, к слову, не так уж фантастично, как кажется на первый взгляд. Возможна и вариация, совмещающая в себе оба варианта: один осознанно «притормаживает» выход своего нового продукта, второй же рвется к вершине, достигает ее… и через некоторое время получает в качестве ответа давно готовый к выпуску CPU от конкурента. Какой из этих трех вариантов имеет место на самом деле, мы, скорее всего, не узнаем… да и не особенно хочется, честно говоря. Ибо причин может быть масса, а следствие все равно одно: быстродействие CPU растет, но не скачкообразно, а небольшими, четко отмеренными порциями, а смена формального лидера столь же неизбежна как пришествие нового времени года. Впрочем, так или иначе, шоу продолжается! Зритель, правда, порядком подустал. Поэтому наш прогноз на будущее несколько парадоксален: к тому времени, когда два ведущих конкурента на рынке x86 CPU наконец-то сподобятся окончательно выяснить, кто из них делает самые быстрые процессоры — это уже мало кого будет интересовать:).

Впрочем, все вышесказанное отнюдь не мешает поздравить Intel с очередной победой. В конце концов, не так важно, кто победил — важно, что в очередной раз планка производительности поднята еще выше. До тех пор, пока ее кто-нибудь время от времени поднимает, можно не переживать за индустрию в целом: куда-то она все-таки движется…

Поздние процессоры на ядре Willamette, процессоры Pentium 4 на ядре Northwood, часть процессоров Pentium 4 Extreme Edition на ядре Gallatin и ранние процессоры на ядре Prescott с по 2005 год выпускались в корпусе типа FC-mPGA2 , представлявшем собой подложку из органического материала с закрытым теплораспределительной крышкой кристаллом с лицевой стороны и 478 штырьковыми контактами, а также SMD-элементами, с обратной (размеры корпуса - 35×35 мм).

Часть процессоров Pentium 4 Extreme Edition на ядре Gallatin, поздние процессоры на ядре Prescott, процессоры на ядрах Prescott-2M и Cedar Mill c весны по осень 2007 года выпускались в корпусе типа FC-LGA4 , представлявшем собой подложку из органического материала с закрытым теплораспределительной крышкой кристаллом с лицевой стороны и 775 контактными площадками с обратной (размеры корпуса - 37,5×37,5 мм). Как и в двух предыдущих типах корпусов, между контактами установлены SMD-элементы.

Часть мобильных процессоров на ядре Northwood выпускалась в корпусе типа FC-mPGA . Основным отличием этого типа корпуса от FC-mPGA2 является отсутствие теплораспределительной крышки.

Маркировка процессоров, имеющих теплораспределительную крышку, нанесена на её поверхность, а у остальных процессоров маркировка нанесена на две наклейки, расположенные на подложке с двух сторон от кристалла.

Особенности архитектуры

Конвейер процессора на ядре Northwood

Конвейер состоит из 20 стадий:

• TC, NI (1, 2) - поиск микроопераций, на которые указывает последняя выполненная инструкция.
• TR, F (3, 4) - выборка микроопераций.
• D (5) - перемещение микроопераций.
• AR (6-8) - резервирование ресурсов процессора, переименование регистров.
• Q (9) - постановка микроопераций в очереди.
• S (10-12) - изменение порядка исполнения.
• D (13-14) - подготовка к исполнению, выборка операндов.
• R (15-16) - чтение операндов из регистрового файла.
• E (17) - исполнение.
• F (18) - вычисление флагов.
• BC, D (19, 20) - проверка корректности результата.

Архитектура NetBurst (рабочее наименование - P68 ), лежащая в основе процессоров Pentium 4, разрабатывалась компанией Intel, в первую очередь, с целью достижения высоких тактовых частот процессоров. NetBurst не является развитием архитектуры , использовавшейся в процессорах Pentium III , а представляет собой принципиально новую по сравнению с предшественниками архитектуру. Характерными особенностями архитектуры NetBurst являются гиперконвейеризация и применение кэша последовательностей микроопераций вместо традиционного кэша инструкций. АЛУ процессоров архитектуры NetBurst также имеет существенные отличия от АЛУ процессоров других архитектур.

Основными недостатками длинного конвейера являются уменьшение удельной производительности по сравнению с коротким конвейером (за один такт выполняется меньшее количество инструкций), а также серьёзные потери производительности при некорректном выполнении инструкций (например, при неверно предсказанном условном переходе или кэш-промахе).

Для минимизации влияния неверно предсказанных переходов, в процессорах архитектуры NetBurst используются увеличенный по сравнению с предшественниками буфер предсказания ветвлений (англ. branch target buffer ) и новый алгоритм предсказания ветвлений, что позволило достичь высокой точности предсказания (около 94 %) в процессорах на ядре Willamette. В последующих ядрах механизм предсказания ветвлений подвергался модернизациям, повышавшим точность предсказания.

Кэш последовательностей микроопераций (англ. Execution Trace Cache )

Процессоры архитектуры NetBurst, как и большинство современных x86 -совместимых процессоров, являются CISC -процессорами с RISC -ядром: перед исполнением сложные инструкции x86 преобразуются в более простой набор внутренних инструкций (микроопераций), что позволяет повысить скорость обработки команд. Однако, вследствие того, что инструкции x86 имеют переменную длину и не имеют фиксированного формата, их декодирование связано с существенными временными затратами.

В связи с этим, при разработке архитектуры NetBurst было принято решение отказаться от традиционной кэш-памяти инструкций первого уровня, хранящей команды x86, в пользу кэша последовательностей микроопераций, хранящего последовательности микроопераций в соответствии с предполагаемым порядком их исполнения. Такая организация кэш-памяти позволила также снизить временные затраты на выполнение условных переходов и на выборку инструкций.

АЛУ и механизм ускоренного выполнения целочисленных операций (англ. Rapid Execution Engine )

Так как основной целью разработки архитектуры NetBurst было повышение производительности за счёт достижения высоких тактовых частот, возникла необходимость увеличения темпа выполнения основных целочисленных операций. Для достижения этой цели АЛУ процессоров архитектуры NetBurst разделено на несколько блоков: «медленное АЛУ», способное выполнять большое количество целочисленных операций, и два «быстрых АЛУ», выполняющих только простейшие целочисленные операции (например, сложение). Выполнение операций на «быстрых АЛУ» происходит последовательно в три этапа: сначала вычисляются младшие разряды результата, затем старшие, после чего могут быть получены флаги.

«Быстрые АЛУ», обслуживающие их планировщики, а также регистровый файл синхронизируются по половине такта процессора, таким образом, эффективная частота их работы вдвое превышает частоту ядра. Эти блоки образуют механизм ускоренного выполнения целочисленных операций.

В процессорах на ядрах Willamette и Northwood «быстрые АЛУ» способны выполнять лишь те операции, которые обрабатывают операнды в направлении от младших разрядов к старшим. При этом результат вычисления младших разрядов может быть получен через половину такта. Таким образом, эффективная задержка составляет половину такта. В процессорах на ядрах Willamette и Northwood отсутствуют блоки целочисленного умножения и сдвига, а данные операции выполняются другими блоками (в частности, блоком инструкций MMX).

В процессорах на ядрах Prescott и Cedar Mill присутствует блок целочисленного умножения, а «быстрые АЛУ» способны выполнять операции сдвига. Эффективная задержка операций, исполняемых «быстрыми АЛУ», возросла по сравнению с процессорами на ядре Northwood и составляет один такт.

Система повторного исполнения микроопераций (англ. Replay System )

Основной задачей планировщиков микроопераций является определение готовности микроопераций к исполнению и передача их на конвейер. Вследствие большого числа стадий конвейера, планировщики вынуждены отправлять микрооперации на исполнительные блоки до того, как завершится выполнение предыдущих микроопераций. Это обеспечивает оптимальную загрузку исполнительных блоков процессора и позволяет избежать потери производительности в том случае, если данные, необходимые для выполнения микрооперации, находятся в кэш-памяти первого уровня, регистровом файле, или могут быть переданы минуя регистровый файл.

При определении готовности новых микроопераций к передаче на исполнительные блоки, планировщику необходимо определить время выполнения тех предыдущих микроопераций, результатом которых являются данные, необходимые для выполнения новых микроопераций. В том случае, если время выполнения заранее не определено, планировщик для его определения использует наименьшее время её выполнения.

Если оценка времени, необходимого для получения данных, оказалась верной, микрооперация выполняется успешно. В том случае, если данные не были получены вовремя, проверка корректности результата заканчивается неудачей. При этом микрооперация, результат выполнения которой оказался некорректен, ставится в специальную очередь (англ. replay queue ), а затем вновь направляется планировщиком на исполнение.

Несмотря на то, что повторное исполнение микроопераций приводит к значительным потерям производительности, применение данного механизма позволяет в случае ошибочного исполнения микроопераций избежать останова и сброса конвейера, который приводил бы к более серьёзным потерям.

Модели

Процессор с кодовым именем Willamette впервые появился в официальных планах компании Intel в октябре 1998 года , хотя его разработка и началась вскоре после завершения работ над процессором Pentium Pro , вышедшим в конце 1995 года , а название «Willamette» упоминалось в анонсах 1996 года . Необходимость в проектировании нового процессора архитектуры IA-32 появилась в связи со сложностями, возникшими при разработке 64-битного процессора Merced , которому в соответствии с планами компании Intel была отведена роль преемника процессоров архитектуры : разработка, осуществлявшаяся с 1994 года , сильно затянулась, а производительность Merced при выполнении инструкций x86 оказалась неудовлетворительной по сравнению с процессорами, для замены которых он предназначался .

Предполагалось, что Willamette выйдет во второй половине 1998 года , однако, в результате многочисленных задержек анонс был перенесён на конец 2000 года . В феврале 2000 года на форуме разработчиков Intel (IDF Spring 2000) был продемонстрирован компьютер, основой которого служил инженерный образец процессора Willamette, получившего наименование «Pentium 4», работающий на частоте 1,5 ГГц .

Первые серийные процессоры Pentium 4 на ядре , анонсированные 20 ноября 2000 года, производились по 180 нм технологии. Дальнейшим развитием семейства Pentium 4 стали процессоры на ядре , производившиеся по 130 нм технологии. 2 февраля 2004 года были представлены первые процессоры на ядре (90 нм), а последним ядром, использовавшимся в процессорах Pentium 4 стало ядро (65 нм). На базе ядер Northwood и Prescott выпускались также мобильные процессоры Pentium 4 и Pentium 4-M, представлявшие собой Pentium 4 с пониженным энергопотреблением. На базе всех ядер, перечисленных выше, выпускались также процессоры Celeron , предназначенные для бюджетных компьютеров, представлявшие собой Pentium 4 с уменьшенным объёмом кэш-памяти второго уровня и пониженной частотой системной шины .

Ниже представлены даты анонса различных моделей процессоров Pentium 4, а также их стоимость на момент анонса.

Pentium 4

Willamette

Pentium 4 1800 на ядре Willamette (FC-mPGA2)

Ещё до выхода первых Pentium 4 предполагалось, что и процессоры на ядре Willamette, и разъём Socket 423 будут присутствовать на рынке лишь до середины 2001 года, после чего будут заменены на процессоры на ядре Northwood и разъём Socket 478 . Однако, в связи с проблемами при внедрении 130 нм технологии, лучшим по сравнению с ожидавшимся процентом выхода годных кристаллов процессоров на ядре Willamette, а также необходимостью продажи уже выпущенных процессоров, анонс процессоров на ядре Northwood был отложен до 2002 года, а 27 августа 2001 года были представлены процессоры Pentium 4 в корпусе типа FC-mPGA2 (Socket 478), в основе которых по-прежнему лежало ядро Willamette .

Процессоры Pentium 4 на ядре Willamette работали на тактовой частоте 1,3-2 ГГц с частотой системной шины 400 МГц, напряжение ядра составляло 1,7-1,75 В в зависимости от модели, а максимальное тепловыделение - 100 Вт на частоте 2 ГГц .

Northwood

Intel Pentium 4 1800 на ядре Northwood

14 ноября 2002 года был представлен процессор Pentium 4 3066 МГц, поддерживающий технологию виртуальной многоядерности - Hyper-threading . Этот процессор оказался единственным процессором на ядре Northwood с частотой системной шины 533 МГц, обладавшим поддержкой технологии Hyper-threading. В дальнейшем эту технологию поддерживали все процессоры с частотой системной шины 800 МГц (2,4-3,4 ГГц) .

Характерной особенностью процессоров Pentium 4 на ядре Northwood была невозможность продолжительной работы при повышенном напряжении ядра (повышение напряжения ядра при разгоне является распространённым приёмом, позволяющим повысить стабильность работы на повышенных частотах ). Повышение напряжения ядра до 1,7 В приводило к быстрому выходу процессора из строя, несмотря на то, что температура кристалла при этом оставалась невысокой. Это явление, названное «синдромом внезапной смерти Northwood» (англ. sudden Northwood death syndrome ), серьёзно ограничивало разгон Pentium 4 на ядре Northwood .

Prescott

Pentium 4 2800E на ядре Prescott (Socket 478)

Pentium 4 3400 на ядре Prescott (LGA 775)

Процессоры Pentium 4 на ядре Prescott получили поддержку нового дополнительного набора команд - SSE3 , а также поддержку технологии EM64T (в ранних процессорах поддержка 64-битных расширений была отключена). Кроме того, была оптимизирована технология Hyper-threading (в частности, в набор SSE3 вошли инструкции, предназначенные для синхронизации потоков) .

В результате изменений, внесённых в архитектуру NetBurst, производительность процессоров на ядре Prescott изменилась по сравнению с процессорами на ядре Northwood, имеющими равную частоту, следующим образом: в однопоточных приложениях, использующих инструкции x87 , MMX , SSE и SSE2 , процессоры на ядре Prescott оказывались медленнее, чем предшественники, а в приложениях, использующих многопоточность или чувствительных к объёму кэш-памяти второго уровня, опережали их .

Cedar Mill

Pentium 4 641 на ядре Cedar Mill

Процессоры Pentium 4 на ядре Cedar Mill выпускались до 8 августа 2007 года , когда компания Intel объявила о снятии с производства всех процессоров архитектуры NetBurst.

Отменённые процессоры

Предполагалось, что в конце 2004 - начале 2005 годов на смену ядру Prescott в настольных процессорах Pentium 4 придёт новое ядро Tejas. Процессоры на ядре Tejas должны были выпускаться по 90 нм технологии, работать на частоте от 4,4 ГГц с частотой системной шины 1066 МГц, иметь увеличенный до 24 Кбайт кэш первого уровня и улучшенную поддержку технологии Hyper-threading . В конце 2005 года процессоры на ядре Tejas должны были быть переведены на 65 нм технологию производства и достичь частоты 9,2 ГГц . В перспективе тактовая частота процессоров архитектуры NetBurst должна была превысить отметку в 10 ГГц, однако сроки анонса Tejas постоянно переносились, процессоры на ядре Prescott не смогли достичь частоты 4 ГГц из-за проблем с тепловыделением, в связи с чем в начале 2004 года появилась информация об отмене выпуска процессоров на ядре Tejas , а 7 мая 2004 года компания Intel официально объявила о прекращении работы как над ядром Tejas, так и над перспективными разработками, основанными на архитектуре NetBurst .

Pentium 4 Extreme Edition

Первые процессоры Pentium 4 Extreme Edition (Pentium 4 «EE» или «XE»), предназначенные для энтузиастов , были представлены компанией Intel 3 ноября 2003 года. В их основе лежало ядро Gallatin, использовавшееся в серверных процессорах Xeon и представлявшее собой ядро Northwood ревизии M0 с кэш-памятью третьего уровня объёмом 2 Мбайт . Площадь кристалла таких процессоров составляла 237 мм².

Процессоры Pentium 4 EE на ядре Gallatin работали на частоте 3,2-3,466 ГГц, имели частоту системной шины 1066 МГц для модели, работающей на 3,466 ГГц, и 800 МГц для остальных моделей (3,2 и 3,4 ГГц). Напряжение ядра составляло 1,4-1,55 В, а максимальное тепловыделение - 125,59 Вт на частоте 3,466 ГГц. Изначально процессоры Pentium 4 EE ядре Gallatin выпускались в корпусе типа FC-mPGA2 (Socket 478), а затем - в корпусе типа FC-LGA4 (LGA775).

21 февраля 2005 года компанией Intel был представлен процессор Pentium 4 EE на ядре Prescott 2M. Он выпускался в корпусе типа FC-LGA4, предназначался для установки в системные платы с разъёмом LGA775 и работал на частоте 3,733 ГГц. Частота системной шины составляла 1066 МГц, напряжение питания - 1,4 В, максимальное тепловыделение - 148,16 Вт.

Дальнейшим развитием семейства Extreme Edition стали двухъядерные процессоры Pentium XE .

Pentium 4-M и Mobile Pentium 4

Мобильные процессоры Pentium 4-M представляли собой Pentium 4 на ядре Northwood, имеющие пониженное напряжение питания и тепловыделение, а также поддерживающие энергосберегающую технологию Intel SpeedStep . Максимально допустимая температура корпуса была повышена по сравнению с процессорами для настольных компьютеров и составляла 100 °C (у настольных процессоров на ядре Northwood - от 68 до 75 °C), что было связано с условиями работы в ноутбуке (небольшое воздушное пространство и размеры радиатора, менее сильный воздушный поток).

Все процессоры Pentium 4-M работали с частотой системной шины 400 МГц. Напряжение ядра процессоров Pentium 4-M составляло 1,3 В, максимальное тепловыделение - 48,78 Вт на частоте 2,666 ГГц, типичное - 35 Вт, в режиме пониженного энергопотребления - 13,69 Вт. Процессоры Pentium 4-M работали на частотах от 1,4 до 2,666 ГГц.

Процессоры Mobile Pentium 4 представляли собой Pentium 4 на ядрах Northwood или Prescott и работали на более высоких по сравнению с Pentium 4-M тактовых частотах - от 2,4 до 3,466 ГГц. Некоторые процессоры Mobile Pentium 4 поддерживали технологию Hyper-threading.

Все процессоры Mobile Pentium 4 работали с частотой системной шины 533 МГц. Напряжение ядра составляло 1,325-1,55 В, максимальное тепловыделение - 112 Вт на частоте 3,466 ГГц, типичное - от 59,8 до 88 Вт, в режиме пониженного энергопотребления - от 34,06 до 53,68 Вт.

Положение на рынке

Процессоры Pentium 4 Extreme Edition являлись «имиджевыми » процессорами, а оптовая цена на эти процессоры в момент анонса всегда составляла 999 $ .

Несмотря на то, что в течение года после анонса Pentium 4 основу продаж компании Intel по-прежнему составляли процессоры Pentium III (это было связано с крайне высокой стоимостью систем на базе Pentium 4 в сочетании с памятью типа RDRAM , альтернативы которой не было до выхода набора микросхем Intel 845 осенью 2001 года ), впоследствии благодаря агрессивной рекламной и маркетинговой политике компании Intel (в том числе, предоставление скидок производителям компьютеров и торговым сетям за использование и продажу исключительно продукции Intel, а также выплаты за отказ от использования продукции конкурентов ) в сочетании с неудачной маркетинговой политикой основного конкурента - компании AMD, процессоры Pentium 4 стали популярны среди пользователей . Этому также способствовала более высокая тактовая частота процессоров Pentium 4 (в частности, из-за высокой тактовой частоты процессоров конкурента, а также популярности «мифа о мегагерцах » , компания AMD была вынуждена ввести рейтинг производительности процессоров Athlon XP, нередко вводивший неопытных пользователей в заблуждение ). Тем не менее, компании AMD удалось серьёзно потеснить Intel на рынке микропроцессоров благодаря удачным продуктам - ранним Athlon XP и Athlon 64, превосходившим процессоры Pentium 4 в производительности и имеющим меньшую стоимость. Так, с 2000 по 2001 год компании AMD удалось увеличить свою долю на рынке процессоров архитектуры x86 с 18 % до 22 % (доля Intel при этом сократилась с 82,2 % до 78,7 %), а после решения проблем, возникших у AMD в 2002 году, когда её доля на рынке сократилась до 14 %, с 2003 по 2006 - до 26 % (доля Intel - около 73 %) .

Сравнение с конкурентами

Параллельно с процессорами семейства Pentium 4 существовали следующие x86-процессоры:

• Intel Pentium III-S (Tualatin). Предназначались для рабочих станций и серверов. Несмотря на меньшую тактовую частоту, по производительности превосходили процессоры Pentium 4 на ядре Willamette в большинстве задач. Кроме того, в отличие от Pentium 4, процессоры Pentium III-S могли работать в двухпроцессорной конфигурации. Также компанией Intel выпускались процессоры Pentium III на ядре Tualatin, отличавшиеся от Pentium III-S меньшим объёмом кэш-памяти второго уровня. Оба этих процессора не получили широкого распространения: они были представлены позже, чем Pentium 4, являвшиеся в то время флагманскими процессорами компании Intel, и стоили значительно дороже, чем Pentium 4, имеющие сравнимую производительность .
• Intel Celeron (Tualatin). Представляли собой Pentium III с уменьшенной частотой системной шины, предназначались для недорогих систем и в целом уступали процессорам Pentium 4 за счёт меньшей тактовой частоты (старшая модель Celeron работала на частоте 1,4 ГГц, в то время, как младшая модель Pentium 4 - на 1,3 ГГц) и небольшой пропускной способности памяти (в системах на процессорах Celeron обычно использовалась память PC133 SDRAM , а процессоры Pentium 4 чаще всего работали с памятью типа RDRAM или DDR SDRAM) и системной шины (100 МГц против 400 МГц) . Производительность разогнанных Celeron была сравнима с производительностью равночастотных Pentium 4 при более низкой цене .
• Intel Celeron (Willamette-128 и Northwood-128), Celeron D (Prescott-256 и Cedar Mill-512). Представляли собой Pentium 4 с уменьшенными частотой системной шины и размером кэш-памяти второго уровня, предназначались для недорогих систем и всегда уступали процессорам Pentium 4. В некоторых задачах Celeron на ядре Willamette-128 уступали также и предшественникам (Celeron на ядре Tualatin) со значительно более низкими частотами .
• Intel Pentium M и Celeron M . Являлись дальнейшим развитием процессоров Pentium III. Предназначались для мобильных компьютеров, обладали низким энергопотреблением и тепловыделением. Pentium M опережал как большинство мобильных Pentium 4 M, так и некоторые настольные процессоры Pentium 4, обладая при этом значительно меньшими тактовой частотой и тепловыделением . Процессор Celeron M имел близкую к Pentium M производительность, незначительно отставая от него.
• Intel Pentium D (Presler, Smithfield). Двухъядерные процессоры, представлявшие собой два ядра Prescott (процессоры на ядре Smithfield) или Cedar Mill (Presler), находящиеся либо на одном кристалле (Smithfield), либо в одном корпусе (Presler). Опережали равночастотные Pentium 4 в большинстве задач. Однако процессоры Pentium 4 имели большую тактовую частоту, чем Pentium D (старшая модель Pentium D на ядре Smithfield работала на частоте 3,2 ГГц, а старшая модель Pentium 4 - на 3,8 ГГц), что позволяло им опережать двухъядерные процессоры в задачах, не оптимизированных под многопоточность .
• AMD Athlon (Thunderbird). Конкурировали с процессорами Pentium 4 на ядре Willamette. В задачах, использующих дополнительные наборы инструкций SSE и SSE2 , требующих высокой пропускной способности памяти, а также в приложениях, оптимизированных под архитектуру NetBurst (приложения, работающие с потоковыми данными), процессоры Athlon уступали процессорам Pentium 4, однако в офисных и бизнес-приложениях, задачах трёхмерного моделирования, а также в математических расчётах, процессоры Athlon показывали более высокую производительность .
• AMD Athlon XP . Конкурировали в основном с процессорами Pentium 4 на ядре Northwood. В названиях моделей этих процессоров фигурировала не тактовая частота, а рейтинг, показывающий производительность процессоров Athlon XP относительно Pentium 4. «Равнорейтинговые» Athlon XP уступали процессорам Pentium 4 в приложениях, оптимизированных под архитектуру NetBurst, требовавших наличие поддержки инструкций SSE2 или высокой пропускной способности памяти, однако значительно опережали их в вычислениях с плавающей запятой и неоптимизированных приложениях. Старшие Pentium 4 опережали конкурента в большинстве приложений .
• AMD Athlon 64 . Конкурировали в основном с процессорами Pentium 4 на ядре Prescott. Опережали их в ряде задач (например, офисные приложения, научные расчёты или игры) за счёт меньших задержек при работе с памятью (за счёт встроенного контроллера памяти) и более эффективного математического сопроцессора, уступали процессорам Pentium 4 в задачах, оптимизированных под архитектуру NetBurst или имеющих поддержку многопоточности (например, кодирование видео) .
• AMD Athlon 64 FX . Конкурировали с процессорами Pentium 4 Extreme Edition. Как и в случае с Athlon 64 и Pentium 4, Athlon 64 FX опережали конкурентов за счёт архитектурных особенностей, интегрированного контроллера памяти или более эффективного математического сопроцессора, уступая им в задачах, оптимизированных под архитектуру NetBurst или имеющих поддержку многопоточности .
• AMD Duron (Morgan и Applebred). Были нацелены на рынок недорогих процессоров и конкурировали с процессорами Celeron, в целом уступая процессорам Pentium 4, однако в некоторых приложениях, которые не были оптимизированы под архитектуру NetBurst и не использовали набор инструкций SSE2, могли опережать Pentium 4, имеющие значительно более высокие тактовые частоты .
• VIA C3 (Nehemiah) и VIA Eden. Предназначались для компьютеров с низким энергопотреблением и ноутбуков (C3 и Eden-N) и для интегрирования в системные платы (Eden), имели низкую производительность и уступали конкурирующим процессорам.
• VIA C7 . Также, как и процессоры VIA C3, предназначались для компьютеров с низким энергопотреблением и ноутбуков. Серьёзно уступали конкурентам и могли опережать их только в задачах шифрования (за счёт его аппаратной поддержки) .
• Transmeta Efficeon . Предназначались для ноутбуков, имели низкое энергопотребление и тепловыделение. Уступали в большинстве задач мобильным процессорам AMD и Intel, опережая мобильные процессоры VIA .

Работавшие на высокой частоте процессоры Pentium 4 отличались большим энергопотреблением и, как следствие, тепловыделением. Максимальная тактовая частота серийных процессоров Pentium 4 составила 3,8 ГГц, при этом типичное тепловыделение превысило 100 Вт , а максимальное - 150 Вт . Однако при этом процессоры Pentium 4 были лучше защищены от перегрева, чем конкурирующие процессоры. Работа Thermal Monitor - технологии термозащиты процессоров Pentium 4 (а также последующих процессоров Intel) - основана на механизме модуляции тактового сигнала (англ. clock modulation ), позволяющем регулировать эффективную частоту работы ядра с помощью введения холостых циклов - периодического отключения подачи тактового сигнала на функциональные блоки процессора («пропуск тактов», «троттлинг »). При достижении порогового значения температуры кристалла, зависящего от модели процессора, автоматически включается механизм модуляции тактового сигнала, эффективная частота снижается (при этом определить её снижение можно либо по замедлению работы системы, либо с помощью специального программного обеспечения, так как фактическая частота остаётся неизменной), а рост температуры замедляется. В том случае, если температура всё же достигает максимально допустимой, происходит отключение системы . Кроме того, поздние процессоры Pentium 4 (начиная с ядра Prescott ревизии E0 ), предназначенные для установки в разъём Socket 775, обладали поддержкой технологии Thermal Monitor 2, позволяющей снижать температуру путём снижения фактической тактовой частоты (с помощью понижения множителя) и напряжения ядра .

Наглядным примером эффективности термозащиты процессоров Pentium 4 стал эксперимент, проведённый в 2001 году Томасом Пабстом. Целью этого эксперимента являлось сравнение эффективности термозащиты процессоров Athlon 1,4 ГГц, Athlon MP 1,2 ГГц, Pentium III 1 ГГц и Pentium 4 2 ГГц на ядре Willamette. После снятия кулеров с работающих процессоров, процессоры Athlon MP и Athlon получили необратимые термические повреждения, а система на Pentium III зависла, в то время как система с процессором Pentium 4 лишь замедлила скорость работы . Несмотря на то, что ситуация с полным отказом системы охлаждения (например, в случае разрушения крепления радиатора), смоделированная в экспериментах, маловероятна, а в случае возникновения приводит к более серьёзным последствиям (например, к разрушению плат расширения или системной платы в результате падения на них радиатора) вне зависимости от модели процессора , результаты эксперимента Томаса Пабста отрицательно повлияли на популярность конкурирующих процессоров AMD, а мнение о их ненадёжности было широко распространено даже после выхода процессоров Athlon 64 , имеющих более эффективную по сравнению с предшественником систему защиты от перегрева. К тому же температуры процессоров Intel в данном эксперименте, равные 29 и 37 по Цельсию, вызывают сомнение - ведь это рабочие температуры процессоров Intel при нулевой загрузке ЦПУ, и при наличии штатной системы охлаждения. Разумеется, при снятом радиаторе они ведут себя по другому: нагреваются до критической температуры, срабатывает тепловая защита и компьютер выключается. А если учесть, что тепловыделение Pentium 4 не меньше, чем у Athlon, то вопросов с дымящимся через считанные секунды AMD и работающим несколько секунд после снятия системы охлаждения Intel не убавляется. Просто в эксперименте Томаса Пабста были показаны в гипертрофированном виде имеющие место: достоинства процессоров Intel и недостатки процессоров AMD, относительно тепловой защиты. Возможно, это была рекламная акция в пользу новых процессоров Intel, особенно учитывая отношение потребителей к первым процессорам Pentium 4 из-за их высокой цены и низкой производительности.

Из-за особенностей архитектуры NetBurst, позволявших процессорам работать на высокой частоте, процессоры Pentium 4 пользовались популярностью среди оверклокеров . Так, например, процессоры на ядре Cedar Mill были способны работать на частотах, превышавших 7 ГГц , с использованием экстремального охлаждения (обычно использовался стакан с жидким азотом) , а младшие процессоры на ядре Northwood со штатной частотой системной шины 100 МГц надёжно работали при частоте системной шины 133 МГц и выше .

Технические характеристики

Через несколько дней после официального представления AMD своего последнего процессора Athlon64 FX-53, Intel решила объявить о выпуске на рынок 3,4-ГГц версии Prescott, которая позиционируется на конкуренцию с Athlon64, а не с Athlon64 FX-53, несмотря на одинаковый размер кэша.

Хотя стратегия Intel по гонке тактовых частот пока оказывалась вполне успешной, сегодня становится всё труднее находить аргументы в пользу процессора Prescott, который плохо наращивает свою производительность по сравнению с чипами AMD, использующими встроенный контроллер памяти.

Да, Intel нужна быстрая платформа со всеми выпестованными особенностями типа Socket 775, PCI Express и памятью DDR2, но на тактовую частоту процессора уповать уже не приходится. Это урок, который Intel уже пришлось выучить на серверном рынке, поскольку AMD получает всё более широкую поддержку своего семейства Opteron. И Pentium 4 Prescott не слишком хорошо соответствует репутации Intel, ведь его тепловой пакет TDP составляет более сотни ватт - при этом процессор не даёт сколько-нибудь ощутимых преимуществ по сравнению с предшественником Northwood.

Intel, конечно же, не почивает на лаврах - сегодня компания находится в процессе внедрения нового степпинга D0 ядра Prescott, который позволит процессору достичь тактовой частоты вплоть до 4 ГГц - как и упоминается в планах компании. Поскольку не все 3,4-ГГц версии Prescott имеют степпинг D0, мы решили привести таблицу, которая поможет отличить старые и новые процессоры Prescott.

По информации Intel, последний степпинг позволит увеличивать тактовую частоту из-за внесённых оптимизаций потребления энергии. Однако тепловой пакет нового процессора не изменился и остался на уровне 103 Вт максимум. Хотя процессор и кажется улучшенным по сравнению с 3,2-ГГц версией, его тепловыделение всё ещё несколько непропорционально по отношению к тактовой частоте. В любом случае, при покупке следует быть готовым к высокому тепловыделению процессора.

CPU-Z правильно определяет новый процессор Pentium 4: Model 3, Stepping 3 (CPUID 0F34h). Перед нами старый степпинг C0.

Новый процессор нагревается чуть сильнее.

Pentium 4: обзор моделей

Как вы, наверняка, знаете, Pentium 4 Prescott является ядром Pentium 4 третьего поколения. Первое, под кодовым названием Willamette, приобрела немалую популярность из-за увеличения производительности по сравнению с Pentium III Tualatin, в то же время потребляя намного больше энергии.

Второе поколение ядра под названием Northwood изготавливалось по 130-нм техпроцессу - на сегодня его по-прежнему можно называть лучшим ядром Pentium 4, поскольку процессор обеспечивает приличную производительность и неплохие возможности по "разгону". Мы уже смогли заставить несколько процессоров Northwood работать на частоте больше 4 ГГц - причём с обычными кулерами.

Сегодня на рынке присутствует большое число процессоров Pentium 4, базирующихся на ядрах Northwood или Prescott. Тактовые частоты сегодня начинаются на отметке 2,4 ГГц и заканчиваются на 3,4 ГГц, причём на этом отрезке потребитель может выбирать 20 разных моделей. Чтобы вы смогли лучше представлять себе ситуацию с процессорами Pentium 4, мы свели все модели вместе в краткую таблицу:

Чем дальше располагается буква по алфавиту, тем лучше процессор вы получите. Однако это относится только к сравнению двух различных моделей с одинаковой тактовой частотой - типа Pentium 4 на 2,4 ГГц и FSB400 в сравнении с Pentium 4 B на 2,4 ГГц и FSB533. Pentium 4 C работает на FSB800 и поддерживает Hyper-Threading. Единственным исключением является Pentium 4 3,06 ГГц, который работает на FSB533 - и является первым процессором, поддерживающим Hyper-Threading. Буква E обозначает модели Prescott с 1-Мбайт кэшем L2, в то же время версии этого ядра с FSB533 обозначаются буквой A.

Intel вводит номера моделей

Существует много причин, по которым лучше использовать модельные номера, а не тактовые частоты. Во-первых, в номере можно учесть множество технологических деталей, типа FSB, размера кэша, частоты или дополнительных функций - Hyper-Threading и т.д. Во-вторых, исчезнет путаница между разными версиями процессоров с одинаковой тактовой частотой - в результате чего обычный покупатель легко выберет самый быстрый процессор. В-третьих, в индустрии существует множество примеров успешного использования модельных номеров - скажем та же AMD с семейством Opteron 14x, 24x и 84x. Первая цифра номера указывает поддержку числа процессоров: 1 - для одного процессора, 2 - для двухпроцессорных систем и т.д. Цифра x может быть 2, 4, 6 и 8 - что указывает на частоты 1,6, 1,8, 2,0 и 2,2 ГГц.

Наконец, мы должны подумать о процессорах Intel Pentium M, тем более что вскоре появится новая версия с техпроцессом 90-нм (Dothan). Поскольку этот чип будет существенно быстрее Banias из-за увеличенных тактовых частот, Intel будет очень трудно аргументировать покупку 3-ГГц настольного процессора Prescott, который в некоторых приложениях работает медленнее 2,0-ГГц Dothan.

По нашим источникам, тактовые частоты должны полностью исчезнуть из названий процессоров Intel. Поскольку число доступных моделей процессоров вряд ли уменьшится, такой шаг нам кажется вполне логичным. Будущая система именования процессоров будет выглядеть примерно так: процессор Pentium 4 будет дополняться номером 5xx, а линейка Celeron - номером Celeron 3xx.

ВведениеЕщё в прошлом году компания Intel говорила о грядущей смене приоритетов в создании новых процессоров. Ввиду возникших трудностей на пути наращивания тактовых частот процессоров Pentium 4, компания решила сосредоточить основные усилия не на увеличении их производительности, а на расширении функциональности. В течение прошлого года были сделаны первые подвижки в этом направлении: например, CPU стали маркироваться при помощи процессорного рейтинга, а тактовая частота в маркировке была отодвинута на второй план. Однако, реальные шаги, направленные на придание процессорам новых функций, были запланированы на этот, 2005 год. Поэтому, первых в этом году анонсов процессоров мы ждали с особым нетерпением.
И вот, свершилось. Сегодня компания Intel представляет на суд потребителей новые процессоры в семействе Pentium 4, в основе которых лежит обновлённое ядро, известное под кодовым именем Prescott 2M. Хотя, взятый Intel курс на внедрение в настольные системы двуядерных процессоров пока никак не отразился в новинках, новые Pentium 4, обладающие рейтингами вида 6XX, наделены рядом новых и интересных возможностей. Именно поэтому процессоры Pentium 4 6XX на базе ядра Prescott 2M и являются столь интересными объектами для изучения: в этих CPU мы сталкиваемся с увеличенной кеш-памятью второго уровня и с новыми для сектора настольных компьютеров технологиями Enhanced Memory 64 Technology и Enhanced Intel SpeedStep.
Параллельно с линейкой Pentium 4 6XX Intel выводит на рынок и ещё один процессор, нацеленный на энтузиастов. Этот CPU, входящий в семейство Pentium 4 Extreme Edition, в отличие от линейки Pentium 4 6XX, призван поднять планку производительности и стать наиболее быстрым CPU от Intel на сегодняшний день. А потому, новый Pentium 4 Extreme Edition, хотя и лишён некоторой функциональности Pentium 4 6XX, имеет большую тактовую частоту и работает при более высокой частоте шины.
Впрочем, подходить к новым продуктам Intel можно и с другой стороны. На фоне несомненных успехов основного конкурента, компании AMD, процессоры Pentium 4 смотрелись до сегодняшнего дня не лучшим образом. Старшие модели Athlon 64 превосходили аналогичные продукты Intel как по быстродействию, так и по поддерживаемым функциям. Теперь же, очевидно, Intel предпринимает очередную попытку настичь конкурента. Увеличение кеш-памяти второго уровня в процессорах на новом ядре Prescott 2M имеет под собой цель поднять их производительность. А внедрение в Pentium 4 6XX новых технологий Enhanced Memory 64 Technology и Enhanced Intel SpeedStep можно рассматривать как ответ Intel на имеющиеся в процессорах Athlon 64 технологии AMD64 и Cool"n"Quiet.
В данном обзоре мы попробуем оценить новинки от Intel со всех сторон. Мы посмотрим как на то, какие новые возможности способны привнести новые технологии, появившееся в процессорах с ядром Prescott 2M, так и на то, насколько изменилась производительность новых CPU семейств Pentium 4 6XX и Pentium 4 Extreme Edition, и смогут ли они составить достойную конкуренцию старшим моделям процессоров Athlon 64 и Athlon 64 FX. Однако, по традиции, практическое исследование новинок предваряет небольшая теоретическая часть.

Новые процессоры Pentium 4 6XX и Pentium 4 Extreme Edition 3.73 ГГц

PrescottPrescott 2M

Intel Pentium 4 660


Intel Pentium 4 Extreme Edition 3.73 ГГц

Слева-направо: Pentium 4 570, Pentium 4 660,
Pentium 4 Extreme Edition 3.73 ГГц

Ядро Prescott 2M: изменения в кеш-памяти

Подробности о Demand Based Switching

Температурный режим и энергопотребление

Память: 1024MB DDR2-533 SDRAM (OCZ PC2 4300, 2 x 512MB, 4-4-4-11);

Разгон

Процессор: Intel Pentium 4 660 (3.6 ГГц);
Материнская плата: ASUS P5AD2-E Premium (LGA775, i925XE Express);
Память: 1024MB DDR2-667 SDRAM (Corsair XMS2-5300, 2 x 512MB, 4-4-4-12).
Графическая карта: PowerColor RADEON X800 XT (PCI-E x16);
Дисковая подсистема: Maxtor MaXLine III 250GB (SATA150).

Как мы тестировали

Процессоры:

AMD Athlon 64 FX-55 (Socket 939, 1024KB L2, 2.6GHz);
AMD Athlon 64 4000+ (Socket 939, 1024KB L2, 2.4GHz);
AMD Athlon 64 3800+ (Socket 939, 512KB L2, 2.4GHz);
AMD Athlon 64 3500+ (Socket 939, 512KB L2, 2.2GHz);
Intel Pentium 4 570 (LGA775, 1024KB L2, 3.8 GHz);
Intel Pentium 4 560 (LGA775, 1024KB L2, 3.6 GHz);
Intel Pentium 4 550 (LGA775, 1024KB L2, 3.4 GHz);
Intel Pentium 4 660 (LGA775, 2048KB L2, 3.6 GHz);
Intel Pentium 4 650 (LGA775, 2048KB L2, 3.4 GHz);
Intel Pentium 4 Extreme Edition 3.46GHz (LGA775, 2048KB L3, FSB 1066MHz);
Intel Pentium 4 Extreme Edition 3.73GHz (LGA775, 2048KB L2, FSB 1066MHz);

Материнские платы:

EPoX 9NPA Ultra (Socket 939, NVIDIA nForce4 Ultra);
Intel Desktop Board D925XECV2 (LGA775, i925XE Express).

Память:

1024MB DDR400 SDRAM (Corsair CMX512-3200XLPRO, 2 x 512MB, 2-2-2-10);
1024MB DDR2-533 SDRAM (OCZ PC2 4300, 2 x 512MB, 4-4-4-11).

Графическая карта: PowerColor RADEON X800 XT (PCI-E x16).
Дисковая подсистема: Maxtor MaXLine III 250GB (SATA150).

Производительность

Выводы

Intel Pentium 4 Extreme Edition 3.73 GHz (3.73 GHz, 1066 MHz FSB, 2 MB L2) - $999;
Intel Pentium 4 660 (3.60 GHz, 800 MHz FSB, 2 MB L2) - $605;
Intel Pentium 4 650 (3.40 GHz, 800 MHz FSB, 2 MB L2) - $401;
Intel Pentium 4 640 (3.20 GHz, 800 MHz FSB, 2 MB L2) - $273;
Intel Pentium 4 630 (3.00 GHz, 800 MHz FSB, 2 MB L2) - $224.

2 февраля официально увидели свет новые процессоры Pentium 4 на ядре Prescott, принципиально отличающиеся от своих предшественников на ядре Northwood. Что реально мы получаем в настоящий момент с выходом Prescott и стоит ли овчинка выделки?

См. остальные части нашего обзора:
Часть 2.
Часть 3. Быстродействие в играх.
Часть 4. Производительность в ряде профессиональных графических приложений.

Второго февраля, наконец, свершилось то, чего вся компьютерная индустрия с нетерпением ожидала по крайней мере последние полгода - Intel «опрескотилась»! Это означает, что официально увидели свет новые процессоры Pentium 4 на ядре Prescott, принципиально отличающиеся от своих предшественников на ядре Northwood по трем важнейшим категориям: прогрессивные множественные изменения в микроархитектуре процессорного ядра, использование более «тонкого» технологического процесса изготовления кристаллов с нормами 90 нанометров, применение усовершенствованных материалов для изготовления кристалла. Всё вместе это обещает открыть новые горизонты дальнейшего наращивания быстродействия процессоров архитектуры Intel NetBurst. Но обещания - обещаниями, а что реально мы получаем в настоящий момент с выходом Prescott и стоит ли овчинка выделки? Это и предстоит нам выяснить.

Давненько корпорация Intel не радовала нас новыми процессорами для настольных ПК. После феерического выхода целого сонма новых продуктов весной этого года - процессоров Pentium 4 на ядре Northwood с частотами от 2,4 до 3,0 ГГц на системной шине 800 МГц и двухканальных DDR400-чипсетов для них серий i875 и i865 (Canterwood и Springdale), см., например, обзоры на www.terralab.ru/system/25198 , www.terralab.ru/system/25235 , а также www.terralab.ru/system/28979 , последовал лишь еще один процессор в июне - Pentium 4 3,2 ГГц (см. www.terralab.ru/system/25250 ). И затем наступило до неприличия длительное затишье, пару раз нарушенное лишь появлением очередных Celeron. По сути дела, корпорация не объявляла новых Pentium 4 для массового рынка более семи (!) месяцев подряд, что в современных условиях является непростительно долгим сроком.

Конечно, в середине осени Intel провозгласила одну новинку - Pentium 4 Extreme Edition 3,2 ГГц с чудовищными для настольных систем размерами кэш-памяти (2 Мбайт третьего уровня), кристалла и количеством транзисторов (см. www.terralab.ru/system/29365 ). Но и цена этого «экстра-геймерского» процессора оказалась не менее чудовищна по понятиям персональных компьютеров - под тысячу долларов США. А если учитывать, что реально в розничных магазинах эти «монстры» появились лишь совсем недавно и их продажи на фоне обычных Pentium 4 до сих пор ничтожно малы, то Extreme Edition вполне можно отнести не к массовому сегменту, а к своеобразному «процессору ради престижа», не делающему никакой погоды на массовом рынке ПК (по самым оптимистическим прогнозам корпорации доля P4EE среди всех «Пентиумов» не будет превышать пяти процентов). В этой связи, нетерпеливое ожидание Prescott, обладающего мегабайтной кэш-памятью второго уровня, еще более усилилось.

Intel готовила индустрию к выходу Prescott задолго до его появления и делала это величественно и громогласно. Первые сведения просочились в прессу пару лет назад, а в феврале прошлого года на Intel Developer Forum в Сан-Хосе корпорация организовала публичное оглашение основных архитектурных особенностей будущего процессора и подробно рассказала о технологиях и материалах, применяемых для его изготовления (см., например, www.terralab.ru/system/23898 ). А спустя полгода продемонстрировала общественности сами процессоры в работе и показала фотографию кристалла Prescott, обнародовав дополнительные подробности - количество транзисторов, размер чипа и пр. (см. www.terralab.ru/system/29227 ).

Первоначально руководители корпорации уклончиво обещали выпустить процессор осенью 2003 года (неофициально ходили слухи то о сентябре, потом о начале декабря)… Но время текло, «уж полночь близилась», а Германа все не было… За это время основной конкурент Intel на рынке процессоров для ПК - корпорация AMD - успела трижды (!) выпустить свои новые процессоры: сперва в конце сентября вышел долгожданный Athlon 64 3200+ (см. www.terralab.ru/system/29375 ), затем в декабре появился первый недорогой настольный Athlon 64 3000+, отличавшийся от 3200+ только уменьшенной вдвое кэш-памятью второго уровня, и, наконец, в начале января появился великолепный Athlon 64 3400+, который мог не только соперничать на равных с самыми мощными настольными процессорами Intel, но даже нередко превосходил их и своего более дорогого собрата Athlon 64 FX-51 (см. www.terralab.ru/system/31549 ). И это при том, что он работал всего с одним каналом обычной памяти DDR400, тогда как все остальные «топ-модели» требовали для реализации своего скоростного потенциала как минимум двухканального DDR400-решения.

Поклонники Intel с надеждой ожидали явно застопорившегося выхода ядра Prescott, надеясь на чудо - увеличенные вдвое кэш-памяти первого и второго уровня вкупе с другими усовершенствованиями ядра (новые инструкции SSE3, улучшенные HyperThreading, механизм предвыборки и предсказание ветвлений) обещали если не прорыв, то, по крайней мере, существенный рост производительности нового ядра по сравнению со старым. Ранние «оценочные» степпинги Prescott «ходили» по лабораториям и OEM-партнерам Intel начиная с осени, однако особых восторгов от тех, кому с ними удалось «пообщаться», слыхивать не доводилось. А пока руководители корпорации уверяли, что процессор «уже готов» и начиная с четвертого квартала 2003 года «уже идут» его коммерческие поставки производителям, из недр Intel доносились слухи о задержках, связанных с необходимостью «дооптимизировать» технологию производства и ядро самих процессоров с целью получения нужного теплового режима старших моделей и приемлемого для массового производства выхода годных кристаллов.

И поскольку дальше затягивать официальное объявление Prescott было уже неприемлемо, процессоры выпустили 2 февраля. Однако удалось ли производителю при этом в полной мере побороть «детские болезни левизны» нового ядра? Судя по тому дефициту старших моделей Prescott (с частотой 3,2 и 3,4 ГГц), который испытывают сейчас даже ведущие тестовые лаборатории - не совсем удалось. Например, модель 3,40Е не видел живьем еще никто из знакомых мне людей (исключая сотрудников Intel J ), а модель 3,20E пробыла у нас в редакции всего три рабочих дня, поскольку ее как жуткий дефицит «рвали на части» другие «поклонники», и в первые дни после выхода я не обнаружил ни одного предложения модели 3,20E в российских магазинах (не уверен, что они были даже в японских). С другой стороны, подобный «ажиотаж» можно попробовать объяснить и другим - процессор настолько великолепен, что его просто «выметают» из-под прилавков толпы поклонников.

Итак, 2 февраля Intel выпустила сразу семь новых Pentium 4. Их перечень и краткие отличительные особенности приведены в таблице 1.

Если Pentium 4 3,40 ГГц (на ядре Northwood) и Pentium 4 Extreme Edition 3,40 ГГц - это по сути те же, что и раньше, процессоры - теперь с чуть более высокой частотой ядра, то наибольший интерес для нас представляет линейка новичков на ядре Prescott. «Прескотты» внешне почти ничем не отличаются от традиционных Pentium 4 - они размещены в том же корпусе для разъема Socket 478 и лишь иное расположение элементов с обратной стороны корпуса (фото 1) напоминает, что перед нами именно они.

Как видим, все новые процессоры используют системную шину 800 МГц и технологию HyperThreading, кроме самого младшего - «гадкого утенка-прескотёнка», «разжалованного» до шины 533 МГц и лишенного HT. Предположительные объяснения появления такой модели: (а) необходимость продать Prescott ранних степпингов, которые не столь высокочастотны и экономичны, как текущие модификации, (б) необходимость иметь «свой Prescott» для низкостоимостных систем на чипсетах, не поддерживающих шину 800 МГц, (в) лазейку для продажи «отходов» производства более высокочастотных моделей (отбраковка старших моделей). Последнее имеет под собой более жесткие обоснования, чем это было ранее для Northwood. Дело в том, что заметно возросшие токи утечки для ядра Prescott и более высокое тепловыделение в рабочем состоянии (более 100 ватт для старших моделей) накладывает более жесткие требования на тестирование ядер для той или иной частоты/модели. Если процессоры на ядре Northwood (и предшественники) имели близкие друг к другу характеристики зависимости рассеиваемой мощности от частоты работы (с неплохой точностью подчинялись известной для структур КМОП формуле мощности от частоты), то для Prescott имеет место (по крайней мере, на данный момент) гораздо больший разброс характеристик кристаллов даже внутри одной партии и кремниевой пластины. В результате, производитель вынужден выпускать каждый конкретный экземпляр кристалла для строго определенной (по частотным и тепловым характеристикам) модели процессора с весьма небольшими допусками (запасом на отклонение в худшую и лучшую сторону). С этим связан и тот факт, что даже младшие модели Prescott будут весьма неохотно разгоняться (первое время?) - даже небольшое повышение частоты будет вызывать у них очень резкое (гораздо больше, чем у Northwood) повышение тока потребления и температуры, что негативно скажется на стабильности и «живучести» процессора. Это, кстати, подтвердил и побывавший в нашей лаборатории экземпляр - Prescott 3,20E с большим трудом удалось разогнать до 3,4 ГГц, причем работал он при этом нестабильно, выделяя гораздо больше тепла, чем на штатной частоте (не в пример аналогичным Northwood и Extreme Edition, которые подобных проблем не имели). Попутно замечу, что с процессорами Prescott стандартный плавкий термоинтерфейс с обратной стороны боксовых кулеров (фото 2) я настоятельно рекомендую заменять хорошей термопастой.

Краткое сравнение кристаллов трех типов процессоров (Extreme Edition, Northwood и Prescott) представлено в таблице 2. Для сравнения там же приведено текущее ядро процессоров AMD Athlon 64.

Количество транзисторов у Prescott увеличилось по сравнения с Northwood более, чем вдвое, но площадь кристалла при этом за счет применения нового техпроцесса даже немного уменьшилась. Вместе с тем, оба они заметно уступают по площади и числу транзисторов ядру Gallatin. Если учесть, что ячейка кэш-памяти требует шести транзисторов (плюс примерно один транзистор в расчете на одну ячейку расходуется для «вспомогательных» нужд - магистральные буферы, мультиплексторы и пр.), и это подтверждают оценки из сравнения ядер Northwood и Gallatin, то получается, что добавление 512 кбайт кэш-памяти второго уровня потребовало лишь около 30 миллионов транзисторов, а «остальные» 40 миллионов ушли на другие архитектурные усовершенствования ядра Prescott. И это - огромное количество, ведь ядро Northwood без кэш-памяти второго уровня содержит всего-то около 25 миллионов «затворов»!

Для наглядности приведу фотографии кристаллов Prescott и Northwood, на которых обозначены те или иные блоки процессора (фото 3 и 4). Подробный анализ расположения и состава каждого из этих блоков провели еще весной прошлого года специалисты сайта «Chip Architect» (подробности см. в статьях на www.chip-architect.net/news/2003_03_06_Looking_at_Intels_Prescott.html и www.chip-architect.com/news/2003_04_20_Looking_at_Intels_Prescott_part2.html ). В частности выяснилось, что многие блоки ядра Prescott существенно избыточны и/или содержат скрытые возможности, среди которых не только достаточно очевидные модули для поддержки технологии La Grande (официально Prescott ее пока не поддерживает) и шины для связи с кэш-памятью третьего уровня (самой памяти L3 на кристалле, естественно, нет), но и вероятно, блоки для реализации технологии Vanderpool и 64-битных вычислений (последнее - пока лишь предположение).

Что же касается официально объявленных нововведений ядра Prescott, то о них мы уже писали почти год назад (см. http://www.terralab.ru/system/23898 ) и с тех пор мало, что поменялось (см. таблицу 2 и рисунок 5).

В-третьих, добавлено 13 новых инструкций (Prescott New Instructions или PNI), улучшающих комплексные расчеты по SSE/SSE2/x87-FP-командам и позволяющих ускорить выполнение мультимедийных и игровых приложений (рисунок 6). По аналогии с предшественницами, эти новые инструкции назвали SSE3, они не требуют специальной поддержки со стороны операционной системы (достаточно поддержки обычных SSE) и полностью совместимы с программным обеспечением, написанным ранее для процессоров Intel. По оценкам корпорации, простая перекомпиляция (уже вышел соответствующий компилятор от Intel) приложений под SSE3 способна поднять быстродействие в среднем на 5% (и до десятков процентов в отдельных задачах). Среди уже оптимизированных для SSE3 приложений - будущая версия Unreal II, многие видеокодировщики (MainConcept, xMPEG, Ligos, Real (RV9), On2 (VP5/VP6), Pegasys TMPGEnc 3.0, Adobe Premier, Pinnacle, Sony DVD Source Creator, Ulead (MediaStudio & Video Studio), Intervideo и другие, использующие кодек DivX 5.1.1.

Несмотря на множество улучшений, в новом ядре применено и несколько вынужденных «ухудшений». Эти «ухудшения» возникли не от хорошей жизни - они фактически являются альтернативным подходом при проектировании и призваны на самом деле улучшить те или иные показатели процессора в расчете на долговременную перспективу и рост частоты ядра процессора. Главным и наиболее критичным для быстродействия процессора изменением стало (как мы и писали еще год назад, см. www.terralab.ru/system/23898 ) увеличение длины основного конвейера - с 20 до 31 такта. Именно это, а не применение новой 90-нанометровой технологии, способно в перспективе позволить поднять тактовую частоту ядра процессора до 5 ГГц и выше.

Вместе с тем, как мы прекрасно помним по переходу с 10-стадийного до 20-стадийный конвейер (от Pentium III на Pentium 4), это может существенно ухудшить быстродействие системы в некоторых задачах, где велик процент неудачных предсказаний переходов. Чтобы снова не наступать на те же грабли, корпорация предприняла ряд шагов по существенному улучшению работы блока предсказания ветвлений и предвыборки данных. Этой же цели (уменьшения потерь производительности за счет удлинения конвейера) служит и вдвое увеличенная кэш-память. Вместе с тем, как показали наши тесты, даже всех этих мер порой оказывается недостаточно для того, чтобы в некоторых неоптимизированных для архитектуры Intel NetBurst приложениях полностью скомпенсировать «вредное» влияние длинного конвейера. С другой стороны, на оптимизированных приложениях при таком подходе прирост производительности окажется ощутимым (вспомним, с каким скрипом Pentium 4 Willamette продвигался на рынок именно из-за отсутствия поначалу оптимизированных для него приложений).

Вторым «ухудшением» стала примерно вдвое возросшая латентность обоих кэшей (см. рисунок 9). Фактически это плата за их возросший объем и «задел» на будущий рост частоты ядра. В некоторых «линейных» задачах это может и не повлиять на быстродействие, но в других может оказаться весьма «болезненным». (Напомним, что длинный конвейер и возросшая латентность кэш-памяти призваны преодолеть трудности с согласованием работы блоков, расположенных в разных частях кристалла и оперирующих с некоторыми задержками друг относительно друга).

Cхемотехника у Prescott существенно изменилась по сравнению с предшественниками, и большинство блоков процессора фактически было спроектировано «с нуля» в тесном сотрудничестве с разработчиками технологии производства кремниевых чипов, чтобы оптимизировать подходы проектирования. Более того, при проектировании топологии кристалла Prescott впервые было применен полностью автоматизированный подход к трассировке и размещению элементов (например, с целью оптимизации задержек и более равномерного распределения тепла по кристаллу), в результате чего элементы блоков не обязательно расположены строго внутри геометрических границ этих блоков, блоки как бы взаимопроникают друг в друга (это видно, например, по размытости фотографии кристалла Prescott), а между блоками и элементами процессора много пустого места, которое удобно для исправления мелких схемотехнических ошибок, дальнейшей оптимизации кристалла и пр.

Первоначально процессоры Prescott будут работать на чипсетах Canterwood и Springdale на системной шине 800 МГц с памятью DDR400 (см. рисунок 10), но позднее для них выйдут чипсеты Alterwood и Grantsdale с поддержкой памяти DDR II, шины PCI Express, южного моста ICH6 и, видимо, системной шины 1066 МГц. Подавляющее большинство уже выпущенных системных плат на чипсетах Intel 875/865, а также последних чипсетах SiS, VIA и ATI будут совместимы с Prescott путем простого обновления BIOS (оно необходимо для правильной инициализации большей кэш-памяти), поскольку эти платы уже разрабатывались с учетом будущих повышенных требований по питанию (старшие Prescott требуют максимальный ток питания 91 ампер). Вместе с тем, разгон «Прескотта» осилит уже далеко не каждая плата - только самые лучшие.

Процессоры на ядре Prescott изготавливаются по новой для Intel 90-нанометровой технологии (это первый 90-нанометровый процессор, вышедший на рынок), причем сразу на 300-миллиметровых подложках. При производстве Prescott применяются ряд новых материалов и технологий микроэлектроники, подробности по которым мы уже не раз описывали (см., например, статьи на www.terralab.ru/system/30717 и www.terralab.ru/system/30845 ). Перечень основных технологических новшеств приведен в таблице 3. Наиболее важной и них является технология «напряженного» (strained, то есть растянутого или сжатого) кремния: деформированная в ту или иную сторону кристаллическая решетка такого кремния обеспечивает большую подвижность электронов или дырок соответственно, а значит, и более высокие частоты работы полевых транзисторов. Для борьбы с утечками транзисторов также были применены специальные меры - технологические и схемотехнические.

Несмотря на уменьшившуюся площадь ядра, применение новых технологии и новых материалов при производстве Prescott несколько повысило себестоимость кристаллов. Вместе с тем, себестоимость Prescott возросла незначительно, поэтому цена на модели Northwood и Prescott с одинаковой частотой будут одинаковыми. Это позволит избежать неудобных ситуаций на рынке.

Три процессора Pentium 4 с частотой 3,4 ГГц станут, по всей видимости, последними моделями для разъема Socket 478. Это связано с тем, что будущие более высокочастотные Pentium 4, даже изготовленные по более тонкой технологии, будут потреблять существенно большее количество энергии, на которое не рассчитаны существующие нынче и, как правило, приспособленные для Prescott 3,4 ГГц материнские платы. Процессоры 3,6 ГГц и выше потребуют новых спецификаций питания, и чтобы избежать путаницы с системными платами, все они будут выпускаться с разъемом Socket T (известный также как LGA 775). Аббревиатура LGA расшифровывается как Land Grid Array - по аналогии с нынешними Pin Grid Array (PGA) для процессоров или Ball Grid Array (BGA) для чипсетов или микросхем памяти. Конструктив LGA много дешевле, чем PGA или BGA и используется, например, компанией IBM.

У нас в лаборатории побывал экземпляр Pentium 4 3,20E ГГц на ядре Prescott. Безусловно, новая микроархитектура требует весьма пристального подхода для практического изучения, поэтому за те три рабочих дня, что новый процессор был в нашем распоряжении, мы лишь частично смогли постичь его потенциал. В будущем мы планируем еще не раз вернуться к детальному практическому изучению свойств нового ядра от Intel (прежде всего - быстродействия в разнообразных задачах), но уже по первым опытам стало возможным составить первое впечатление от новинки, которое мы и предлагаем вам сейчас.

Подробное описание тестовой конфигурации, участников сравнения и подробный анализ полученных данных вы сможете найти в последующих частях этого обзора на сайте www.terralab.ru , а здесь я подведу лишь предварительные краткие выводы на основе проведенных тестов.

Прежде всего, можно отметить, что у Prescott немного возросла скорость работы с системной памятью по сравнению с Northwood. Причем улучшились не только скорость чтения и полоса пропускания памяти, но и латентность, а также сложные операции (Copy, Scale, Add, Triad). Вместе с тем, на относительно старых приложениях, неоптимизированных под NetBurst, мы наблюдаем существенный проигрыш Prescott своему предшественнику (Northwood) - временами до 15%! Более того, в отдельных задачах Prescott 3,2 ГГц работает даже медленнее, чем Northwood 3,06 ГГц на шине 533 МГц! Вот этого я, признаться, не ожидал. Приложений, в которых Prescott заметно быстрее одночастотного с ним «Нортвуда», как оказалось, пока не так уж много (по крайней мере, в процентном соотношении к общему числу программ). Чаще наблюдается ситуация, когда Prescott немного проигрывает Northwood - этим, например, «грешат» многие современные и недавнего прошлого игры, аудиокодеки, простые математические расчеты. А вот видеокодирование и в некоторые профессиональные трехмерные пакеты моделирования чаще благориятствуют «Прескотту», и его преимущество над Northwood доходит, порой, до 10–15 процентов.

Таким образом, изменения в микроархитектуре NetBurst в процессорах с яром Prescott фактически потребовали новой волны оптимизации приложений. Без такой оптимизации новый процессор часто может работать даже медленнее, чем одинаковый с ним по частоте старый, невзирая на вдвое увеличившуюся кэш-память. На одинаковой частоте Prescott не может (в среднем) соперничать пока с Pentium 4 Extreme Edition. Однако у первого есть ресурсы по заметному наращиванию частоты, в то врем как P4EE и Northwood свои ресурсы практически исчерпали. Хотим мы этого или нет, но будущее Pentium 4 однозначно за Prescott. Хотя на первых порах более выгодным, видимо, будет все же приобретение процессоров на прежнем ядре. Особенно если учесть, что «Прескотты» заметно более горячие в работе, чем аналогичные Northwood и даже Extreme Edition.

Итак, Intel опрескотилась!!!

А хорошо это или плохо - судить вам. Читайте в следующих частях этого обзора:
Часть 2. Простые вычисления, работа кэш-памяти и системной памяти и производительность при работе с видео и аудио.
Часть 3.