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.
|
Процессор |
Pentium 4 |
Pentium 4 |
Pentium 4 |
Pentium 4 |
Pentium 4 |
Pentium 4 |
Pentium 4 |
||
|
Технология производства |
|||||||||
|
Шина FSB, МГц |
|||||||||
|
Технология Hyper-Threading |
|||||||||
|
Кэш-память второго и третьего уровней |
512 кбайт, 2 Mбайт L3 |
512 кбайт L2 |
|||||||
|
Напряжение питания, В |
|||||||||
|
Разъём (Socket) |
|||||||||
|
Оптовая цена, $ |
|||||||||
|
* В официальном документе Intel для этого процессора указано ядро Northwood, но мы то с вами знаем, что Northwood с кэш-памятью третьего уровня называется ядром Gallatin, официально применяемом только в серверных процессорах Intel Xeon, хотя степпинг кристалла Pentium 4 Extreme Edition - фактически тот же самый, что у аналогичных Xeon MP, см. www.terralab.ru/system/29365 . |
|||||||||
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.
|
Таблица 2. Краткое сравнение кристаллов современных высокопроизводительных процессоров для настольных ПК |
||||
|
Процессор |
Intel Pentium 4 |
Intel Pentium 4 |
Intel Pentium 4 |
AMD Athlon 64 |
|
Частоты, ГГц |
||||
|
Технология производства |
90 нм, |
|||
|
Площадь ядра, кв. мм |
||||
|
Число транзисторов, млн. |
||||
|
Длина целочисленного конвейера |
||||
|
Объем кэш-памяти данных первого уровня |
||||
|
Латентность кэш-памяти первого уровня* |
||||
|
Ассоциативность кэш-памяти первого уровня |
||||
|
Объем кэш-памяти инструкций |
12 тыс. микроопераций |
12 тыс. микроопераций |
12 тыс. микроопераций |
|
|
Скорость доставки инструкций из кэш-памяти |
||||
|
Объем кэш-памяти второго уровня, кбайт |
||||
|
Латентность кэш-памяти второго уровня* |
~30 тактов |
~18 тактов |
~18 тактов |
~12 тактов |
|
Ассоциативность кэш-памяти второго уровня |
||||
|
Объем кэш-памяти третьего уровня |
||||
|
Латентность кэш-памяти третьего уровня* |
~45 тактов |
|||
|
Расширение набора инструкций |
SSE2/SSE/3Dnow!/ x86-64 |
|||
|
Технология HyperThreading |
улучшенная |
стандартная |
стандартная |
|
|
Напряжение питания, В |
||||
|
Допустимая тепловая мощность, TDP, Вт |
||||
| * измеренная в программе CPU-Z 1.21. | ||||
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).
|
Рисунок 9. |
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.
|
Рисунок 10. |
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.
|
Таблица 3. Основные отличия интеловских технологий производства с нормами 130 и 90 нм |
|
|
130 нанометров |
90 нанометров |
|
6 слоёв медных межсоединений |
7 слоёв медных межсоединений |
|
Диэлектрик SIOF с низкой диэлектрической проницаемостью |
Диэлектрик CDO (легированный кремнием оксид) с низкой диэлектрической проницаемостью |
|
Силицид кобальта как контакт затвора |
Силицид никеля как контакт затвора |
|
Ячейка памяти SRAM площадью 2 кв. мкм |
Ячейка памяти SRAM площадью 1,15 кв. мкм |
|
248-нанометровая литография |
193-нанометровая литография |
|
Обычный кремний |
Напряженный кремний |
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.
Как известно, революции в компьютерном
мире случаются все реже. Да и так ли они необходимы там, где, в общем-то, "все
хорошо", где возможности систем и продуктов с лихвой покрывают нужды большинства
современных пользователей. Это в полной мере относится и к процессорам корпорации
Intel, лидера индустрии. У компании есть полная линейка высокопроизводительных
CPU всех уровней (серверные, десктопные, мобильные), тактовые частоты давно уже
перевалили за "заоблачные" 3 GHz, продажи идут просто "на ура".
И наверное, если бы не оживившиеся конкуренты (точнее, конкурент
), то все
было бы совсем хорошо.
Но "гонка гигагерцев" не прекращается. Оставим в стороне рассмотрение вопросов вроде "Кому это нужно? " и "Насколько это востребовано? " — примем лишь как факт: чтобы удержаться на плаву, производители CPU просто вынуждены тратить силы на выпуск все более быстродействующих (или как минимум более высокочастотных ) продуктов.
Начало февраля Intel отметила представлением целой обоймы новых процессоров. Компания
выпустила сразу семь новых CPU, в числе которых:
Все эти CPU рассчитаны на шину 800 MHz и поддерживают технологию Hyper-Threading. Кроме того, Intel выпустила Pentium 4 на ядре Prescott с частотой 2,8A GHz, также изготовленный по 90-нанометровому процессу, но рассчитанный на частоту FSB 533 MHz и не поддерживающий Hyper-Threading . По информации Intel, предназначен этот процессор специально для OEM-производителей ПК в ответ на их пожелания. От себя добавим — и на радость оверклокерам, которые наверняка оценят его возможности разгона.
С выпуском новых CPU семейство Pentium 4 значительно пополнилось и сейчас выглядит так, как показано в табл. 1. Естественно, пока Intel вовсе не собирается сворачивать производство Pentium 4 на ядре Northwood с FSB 533 и 800 MHz. Кроме того, в линейке остаются и несколько моделей, рассчитанных на шину 400 MHz (пять процессоров от 2A до 2,60 GHz).
Разрабатывая 90-нанометровые технологии, которые должны обеспечить нормальное
функционирование процессоров класса Prescott, инженеры Intel вынуждены
были преодолевать серьезные препятствия. Природа этих преград состояла
не в недостаточном разрешении производственного оборудования, а в проблемах
физического характера, связанных с невозможностью изготовления столь малых
транзисторов по традиционным технологиям.
Первой проявилась утечка заряда с затвора транзистора через истончившийся
слой диэлектрика между затвором и каналом. При разрешении 90 нм он "выродился"
в барьер из четырех атомов SiO2 толщиной 1,2 нм. Появилась необходимость
в новых изолирующих материалах с более высоким значением константы диэлектрической
проницаемости (high-K dielectric). За счет большей проницаемости они позволяют
наращивать толстый (до 3 нм) изолирующий слой, не создавая при этом препятствий
для электрического поля затвора. Таковыми стали оксиды гафния и циркония.
К сожалению, они оказались несовместимы с применяемыми ныне поликристаллическими
затворами, да и фононные колебания, возникающие в диэлектрике, вызывают
снижение подвижности электронов в канале.
На границе с затвором наблюдается иное явление, выражающееся в значительном
повышении порогового уровня напряжения, необходимого для изменения состояния
проводимости канала транзистора. Решение было найдено в виде металлического
затвора. В прошлом году специалисты корпорации подобрали, наконец, два
подходящих металла, которые позволили сконструировать новые миниатюрные
NМOS- и PMOS-транзисторы. Какие именно металлы они использовали — до
сих пор держится в секрете.
Чтобы увеличить быстродействие транзисторов (оно определяется скоростью
перехода в открытое/закрытое состояние), Intel прибегла к формированию
канала из единого кристалла напряженного кремния. "Напряжение"
в данном случае означает деформирование кристаллической решетки материала.
Как оказалось, сквозь структурно нарушенный кремний как электроны (+10%
для NМOS), так и дырки (+25% для PMOS) проходят с меньшим сопротивлением.
Улучшение подвижности увеличивает максимальный ток транзистора в открытом
состоянии.
Для NМOS- и PMOS-транзисторов напряженное состояние достигается различными
методиками. В первом случае все очень просто: обычно транзистор сверху
"укрыт" слоем нитрида кремния, который выполняет функцию предохраняющей
маски, а для создания напряжения в канале толщину слоя нитрида увеличивают
вдвое. Это ведет к созданию дополнительной нагрузки на области истока
и стока и, соответственно, растягивает, деформирует канал.
PMOS-транзисторы "напрягают" по другой схеме. Сначала зоны
истока и стока вытравливают, а потом наращивают в них слой SiGe. Атомы
германия превышают по размерам атомы кремния и поэтому германиевые прослойки
всегда использовались для создания напряжения в кремнии. Однако особенность
технологии Intel заключается в том, что в данном случае сжатие кремниевого
канала происходит в продольном сечении.
Новый технологический процесс также позволил увеличить количество слоев
металлизации с шести до семи (медные соединения). Любопытно, что на производственной
линии "плечом к плечу" трудятся как литографические аппараты
нового поколения с длиной волны 193 нм, так и их предшественники с длиной
волны 248 нм. Вообще процент повторно использованной техники достиг 75,
что позволило снизить стоимость модернизации фабрик.
Особенности Prescott
В дискуссиях, предшествовавших выпуску процессора на ядре Prescott, он в шутку именовался не иначе как "Pentium 5". Собственно, именно таким был типичный ответ компьютерного профи на вопрос "Что такое Prescott?". Конечно, Intel не стала менять торговую марку, да и достаточных оснований для этого не было. Вспомним практику выпуска программного обеспечения — там смена номера версии происходит только при кардинальной переработке продукта, тогда как менее значительные изменения обозначаются дробными номерами версий. В процессорной индустрии дробные номера пока не приняты, и то, что Prescott продолжил линейку Pentium 4, как раз и является отражением того факта, что перемены носят не настолько радикальный характер.
Процессоры на ядре Prescott хоть и содержат немало новшеств и модификаций по сравнению
с Northwood, однако основаны на той же архитектуре NetBurst, имеют ту же корпусировку,
что и предыдущие Pentium 4, устанавливаются в тот же разъем Socket 478 и, в принципе,
должны работать на большинстве материнских плат, поддерживающих 800 MHz FSB и
обеспечивающих должные напряжения питания (естественно, потребуется обновление
BIOS).
Детальное изучение практических вопросов, касающихся Prescott, мы оставим для отдельного материала. А пока попробуем рассмотреть, какие изменения появились в Prescott, и понять, насколько этот процессор отличается от своего предшественника и чего можно в результате ожидать.
Основные новшества, реализованные в ядре Prescott, следующие:
Главные различия трех процессорных ядер, использовавшихся в Pentium 4, сведены в табл. 2. Число транзисторов в Prescott увеличилось более чем вдвое — на 70 млн. Из них, по грубым оценкам, порядка 30 млн. можно отнести на счет удвоившегося L2-кэша (дополнительные 512 KB, по 6 транзисторов на одну ячейку). Причем остается еще вполне солидное число, и даже по одному этому значению можно косвенно судить о масштабах произошедших в ядре изменений. Заметим, что, несмотря на такой рост числа элементов, площадь ядра не только не увеличилась, но даже уменьшилась по сравнению с Northwood.
С 90-нанометровым технологическим процессом все, в общем-то, понятно (конечно, на упрощенном, "пользовательском" уровне). Меньший размер транзисторов позволит снизить напряжение питания процессора и уменьшить рассеиваемую им мощность, а следовательно, и нагрев. Это откроет дорогу для дальнейшего увеличения тактовых частот, которое хотя и будет сопровождаться ростом тепловыделения, но "начало отсчета" для этого роста будет уже другим, несколько ниже. Отметим, что с учетом большего числа транзисторов в Prescott по сравнению с Northwood правильнее было бы говорить не об уменьшении, а о сохранении или же меньшем увеличении рассеиваемой мощности.
Удлиненный конвейер . Как видно из табл. 2, по длине конвейера Prescott (31 стадия) более чем наполовину превосходит Northwood. Что за этим кроется, вполне понятно: это не первый случай, когда Intel увеличивает длину конвейера, нацеливаясь на повышение тактовых частот — известно, что чем длиннее конвейер, тем лучше "разгоняется" процессорное ядро. В принципе, сложно сказать однозначно, так ли необходимо такое "удлинение" на текущем этапе, на частотах в районе 3,5 GHz — энтузиасты-оверклокеры разгоняли Pentium 4 (Northwood) и до более высоких значений. Но рано или поздно рост числа стадий оказался бы неизбежен — так почему бы не совместить это событие с выпуском нового ядра?
Увеличенные объемы кэшей и буферов . В принципе, этот пункт напрямую связан с предыдущим. Чтобы обеспечить работой длинный конвейер на высоких частотах, желательно иметь большего объема "подручный склад" в виде кэша для уменьшения количества простоев, при которых процессор ожидает загрузки требуемых данных из памяти. Кроме того, хорошо известно, что при прочих равных из двух процессоров с разной длиной конвейера производительнее окажется тот, у которого этот параметр меньше. При ошибках предсказания перехода процессор вынужден "сбрасывать" свой конвейер и загружать его работой по-новому. И чем большее число стадий в нем содержится, тем болезненнее оказываются подобные промахи. Полностью их исключить, конечно же, нельзя, и на одинаковых частотах Northwood и Prescott последний оказался бы менее производительным… не будь у него большего L2-кэша, во многом компенсирующего отставание. Естественно, здесь все зависит от специфики конкретных приложений, что мы и попытаемся проверить в практической части.
Как говорилось выше, в Prescott увеличен не только общий L2-кэш, но и L1-кэш данных, объем которого вырос с 8 до 16 KB. Также изменились его организация и часть логики работы — к примеру, введен механизм принудительного продвижения (force forwarding ), уменьшающий задержки в случаях, когда зависимая операция загрузки данных из кэша не может спекулятивно выполняться до завершения предшествующей операции помещения этих данных в кэш.
Кроме объемов кэшей, увеличению подверглась и емкость двух планировщиков, отвечающих за хранение микроопераций (uops ), которые используются в инструкциях x87/SSE/SSE2/SSE3. Это, в частности, позволило более эффективно находить параллелизм в мультимедиаалгоритмах и выполнять их с лучшей производительностью.
Собственно, некоторых новшеств в архитектуре Pentium 4, реализованных в Prescott, мы уже успели коснуться, поскольку они "разбросаны" по ядру процессора и затрагивают многие его блоки. Следующим важным изменением является…
Модифицированный блок предсказания переходов
. Как известно, точность
работы этого блока является критически важной для обеспечения высокой производительности
современного процессора. "Просматривая" программный код, следующий за
выполняемым в настоящий момент, процессор может заранее
выполнять части
данного кода — это хорошо известное спекулятивное выполнение
. Если же
в программе встречается ветвление в результате условного перехода (если-то-иначе
),
то возникает вопрос о том, какую из двух веток "лучше" выполнять заранее.
Алгоритмы в Northwood действовали относительно просто: переходы назад
предполагались
совершающимися, вперед
— нет. Это большей частью работало для циклов,
но не для других видов переходов. В Prescott используется понятие длины
перехода
: исследования показали, что если дальность перехода превышает
определенный предел, то переход с большой долей вероятности совершаться не будет
(соответственно, спекулятивно выполнять эту часть кода не нужно). Также в Prescott
введен более тщательный анализ самих условий перехода, на основании которого принимаются
решения о вероятности выполнения перехода. Кроме статических алгоритмов предсказания,
изменениям подверглись и динамические алгоритмы (кстати, новые идеи были частично
заимствованы из мобильного Pentium M).
Появление новых блоков в процессоре . Два новых блока в Prescott — это блок побитовых сдвигов и циклических сдвигов (shifter/rotator) и выделенный блок целочисленного умножения . Первый позволяет осуществлять наиболее типичные операции сдвига на одном из двух быстрых ALU, работающих на удвоенной частоте ядра CPU (в предыдущих модификациях Pentium 4 эти операции выполнялись как целочисленные и занимали несколько тактов). Для осуществления целочисленного умножения ранее задействовались ресурсы FPU, что достаточно долго — нужно было передать данные в FPU, выполнить там сравнительно медленное умножение и передать результат обратно. В Prescott для ускорения этих операций добавлен новый блок, отвечающий за такие операции умножения.
Улучшенный Hyper-Threading . Конечно, все перечисленные выше новшества введены в Prescott неспроста. По словам специалистов Intel, большинство модификаций в логике работы кэшей, очереди команд и пр. так или иначе связаны с быстродействием процессора при использовании Hyper-Threading, т. е. при одновременной работе нескольких программных потоков. В то же время на производительность "однопоточных" (single-threaded) приложений эти нововведения оказывают лишь незначительное влияние. Также в Prescott увеличился набор инструкций, которым "позволено" исполняться на процессоре параллельно (например, операция с таблицей страниц и операция с памятью, разбивающая строку кэша). Опять-таки, для однопоточных приложений невозможность совмещения подобных операций практически не сказывалась на производительности, тогда как при выполнении двух потоков такое ограничение зачастую становилось "узким местом". Другой пример — если в Northwood происходило "непопадание в кэш" (cache miss) и возникала необходимость чтения данных из оперативной памяти, следующие операции просмотра кэша откладывались до окончания этого действия. В результате одно приложение, часто "промахивающееся" мимо кэша, могло существенно затормозить работу остальных потоков. В Prescott этот конфликт легко преодолевается, операции могут выполняться параллельно. Также в Prescott была переделана логика арбитража и разделения ресурсов между потоками с целью увеличения общей производительности.
Инструкции SSE3.
Как мы помним, последний раз расширение набора SIMD-инструкций
Intel провела, выпустив первый Pentium 4 (Willamette) и реализовав в нем SSE2.
Очередное расширение, получившее название SSE3 и содержащее 13 новых инструкций,
осуществлено в Prescott. Все они, за исключением трех, используют SSE-регистры
и предназначены для повышения производительности в следующих областях:
Естественно, детальное рассмотрение всех новых инструкций выходит за рамки материала, эта информация приведена в соответствующем руководстве для программистов. Инструкции первых четырех категорий служат как для ускорения выполнения самих операций, так и для того, чтобы сделать их более "экономными" в смысле использования ресурсов процессора (и, следовательно, оптимизации работы Hyper-Threading и механизма спекулятивного выполнения). Программный код при этом также значительно сокращается и, что немаловажно, упрощается. Например, инструкция ускоренного преобразования вещественного числа в целое fisttp заменяет семь (!) команд традиционного кода. Даже по сравнению с инструкциями SSE2 (которые сами по себе также ускоряют выполнение кода и сокращают его объем) команды SSE3 во многих случаях дают немалую экономию. Две инструкции последней группы — monitor и mwait — позволяют приложению (точнее потоку ) сообщать процессору, что в данный момент оно не выполняет полезной работы и находится в режиме ожидания (например, записи в определенную ячейку памяти, возникновения прерывания или исключительной ситуации). Процессор при этом может переводиться в режим пониженного энергопотребления или же, при использовании Hyper-Threading, отдавать все ресурсы другому потоку. В общем, с SSE3 для программистов открываются новые возможности по оптимизации кода. Проблема здесь, как всегда в таких случаях, одна: пока новый набор инструкций не стал общепринятым стандартом, разработчикам ПО придется поддерживать две ветки кода (с SSE3 и без оной), чтобы приложения работали на всех процессорах…
Камо грядеши?..
В общем, объем новшеств, реализованных в ядре Prescott, вполне можно назвать
значительным. И хотя до "настоящего Pentium 5" он недотягивает, но к
"четырем с половиной" вполне может приблизиться. Переход от ядра Northwood
к Prescott — в принципе, эволюционный процесс, хорошо укладывающийся в общую
стратегию Intel. Постепенные изменения в архитектуре Pentium 4 хорошо видны на
схеме: архитектура модифицируется и пополняется новыми особенностями — идет последовательная
оптимизация процессора под определенный набор ПО.
Чего же можно ожидать от Prescott? Пожалуй, прежде всего (хотя это может показаться и несколько странным) — новых частот. Intel сама признает, что на равных частотах производительность Prescott и Northwood будет мало отличаться. Положительное влияние большого L2-кэша и прочих новшеств Prescott во многом "компенсируется" его значительно более длинным конвейером, который болезненно реагирует на ошибки предсказания переходов. И даже с учетом того, что блок этого самого предсказателя переходов был усовершенствован, все равно идеальным он быть не может. Главное преимущество Prescott в другом: новое ядро позволит дальше наращивать частоту — до значений, недостижимых ранее с Northwood. По планам Intel ядро Prescott рассчитано на два года, пока его не сменит следующее ядро, изготовленное по технологии 65 нм (0,065 мкм).
Поэтому выпущенный сейчас процессор на новом ядре Prescott не претендует прямо со старта на лавры чемпиона производительности и во всей красе должен проявить себя в будущем. Еще одним подтверждением тому является и позиционирование процессора: Pentium 4 на ядре Prescott рассчитан на mainstream-системы, в то время как топовым CPU был и остается Pentium 4 Extreme Edition. Кстати, хотя планка частот у процессоров Intel номинально поднялась до 3,4 GHz с выходом Prescott, но появление первых OEM-систем на базе Pentium 4 3,4 GHz на новом ядре произойдет несколько позднее в этом квартале (а ведь коммерческие поставки Prescott начаты еще в IV квартале 2003 г.).
Еще одна область, где может проявить себя Prescott (и наверняка проявит), — это работа ПО, оптимизированного под SSE3. Процесс оптимизации уже начался, и на сегодня существует как минимум пять приложений с поддержкой нового набора инструкций: MainConcept (MPEG-2/4), xMPEG, Ligos (MPEG-2/4), Real (RV9), On2 (VP5/VP6). В течение 2004 г. поддержка SSE3 должна появиться в таких пакетах, как Adobe Premiere, Pinnacle MPEG Encoder, Sony DVD Source Creator, Ulead MediaStudio и VideoStudio, всевозможные аудио- и видеокодеки и т. д. Вспоминая процесс оптимизации под SSE/SSE2, можно понять, что результаты SSE3 мы увидим, но отнюдь не сразу — опять-таки, это в определенном смысле "задел на будущее".
Ну а что же "по ту сторону линии фронта"? Главный конкурент Intel по-прежнему идет своим путем, все дальше отдаляясь от "генеральной линии". AMD продолжает наращивать "голую производительность", пока что обходясь значительно более низкими частотами. Контроллер памяти, в Athlon 64 перекочевавший из северного моста в процессор, подлил масла в огонь, обеспечив невиданную ранее скорость доступа к ОЗУ. А недавно был выпущен процессор с рейтингом 3400+ (нет, о полном соответствии продукту конкурентов по частоте никто не говорит…).
Однако Intel и AMD сейчас находятся примерно в равных ситуациях — их топовые процессоры ожидают выхода соответствующего оптимизированного ПО, чтобы проявить себя на полную мощность. Intel все больше "уходит в мультимедиа": для офисного ПО производительности Pentium 4 хватает с лихвой, и чтобы Prescott реализовал свой потенциал, нужны оптимизированные мультимедиаприложения (и/или высокие тактовые частоты, в возможности достижения которых можно не сомневаться). Стоит отметить тот факт, что переработка кодеков под SSE3 — пожалуй, не самая сложная операция, а эффект от этого сразу почувствуют все приложения, использующие такие кодеки (причем переработка самих приложений при этом совсем необязательна).
С другой стороны, в середине 2004 г. выйдет 64-разрядная версия Windows для платформы AMD64, на которой как раз и должны проявиться возможности Athlon 64. Конечно, здесь встанет обычный вопрос о наборе приложений под новую ОС, без которых система остается практически бесполезной. Но вспомним, что уже как минимум существуют те же кодеки, откомпилированные под 64-битные Athlon. Так что есть вероятность того, что в недалеком будущем и платформе AMD будет где себя показать. В общем, создается впечатление, что пока титаны просто накачивают мускулы, строят оборонительные сооружения и готовят тылы перед главным… нет, скорее, очередным сражением…
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.
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
Память: 1024MB DDR2-533 SDRAM (OCZ PC2 4300, 2 x 512MB, 4-4-4-11);
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).
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).
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.
Intel Pentium 4 («Интел Пентиум 4») - 32-битный микропроцессор седьмого поколения архитектуры x86, разработанный компанией Intel в ноябре 2000. Не является продолжением линии P6 (см. Pentium Pro, Pentium II, Pentium III) и выполнен на принципиально новом ядре.
От Pentium III отличается следующими характеристиками: поддержка технологии NetBurst; 144 новые инструкции SSE2, направленные на поддержку мультимедиа, видео и трехмерной графики, Интернет-технологий; 20-ступенчатый конвейер; улучшенный модуль предсказания переходов; 128-битная системная шина с тактовой частотой 100 МГц (эффективная частота 400 МГц); 2 АЛУ, работающих на удвоенной частоте ядра; кэш-память первого уровня с отслеживанием исполнения команд (Execution Trace Cache); 256 килобайт интегрированной кэш-памяти второго уровня с повышенной пропускной способностью (Advanced Transfer Cache); возможность использования производительной памяти RDRAM.
Несмотря на все улучшения, первые модели Pentium 4 (на ядре Willamette) показывали меньшую производительность, чем Pentium III или AMD Athlon с более низкими частотами. Низкая производительность, необходимость использования новых системных плат и дорогой памяти, а также дороговизна самих процессоров отрицательно сказалась на их популярности. Выпускались они по 0, 18-микронной технологии с частотами от 1, 3 до 2 ГГц и устанавливались в разъем Socket 423. В марте 2001 вышла серверная версия - Xeon, а в августе появились модели Pentium 4 для разъемов Socket 478, поддерживающие память SDRAM (вместо дорогостоящей RDRAM). Это позволило снизить цены на компьютеры с новыми процессорами, но еще сильней уменьшило их производительность.
В январе 2002, вслед за выходом конкурирующего AMD Athlon XP, компания выпустила новое ядро Northwood. Изготовлялось оно по 0, 13-микронной технологии, что позволило разместить на кристалле 512 килобайт кэш-памяти L2. В апреле к новому ядру была добавлена поддержка шины с частотой 133/533 МГц.
В этом же месяце была представлена мобильная версия процессора - Pentium 4-M, а в мае на старом ядре Willamette вышли бюджетные Celeron. В ноябре поступили в продажу первые модели на ядре Northwood с поддержкой технологии Hyper-Threading, а в апреле 2003 - шины 200/800 МГц. Процессоры на этом ядре выпускались с частотой от 1, 6 до 3, 4 ГГц. Проделанные улучшения позволили процессорам догнать и перегнать по производительности Athlon XP.
В сентябре 2003, за неделю да выхода Athlon 64 FX, появился высокопроизводительный процессор от Intel - Pentium 4 Extreme Edition. В феврале 2004 появилось новое ядро Prescott, выполненное по 0, 09-микронной технологии. По сравнению с предыдущим ядром, был увеличен конвейер (до 31 ступени) и кэш L2 (до 1 мегабайт), добавлены инструкции SSE3. В августе были добавлены инструкции EM64T (для 64-битных вычислений), а разъем сменился на Socket 775. В сентябре появилась поддержка технологии NX-Bit, а в феврале 2005 вышла новая версия этого ядра - Prescott 2M. Буквы 2M обозначали 2 мегабайта; именно таким стал размер интегрированной кэш-памяти L2. Кроме того, была добавлена поддержка технологии Enhanced SpeedStep, позволяющая операционной системе регулировать тактовую частоту процессора.
На ядрах Prescott и Prescott 2M выходили процессоры с частотами от 2, 4 до 3, 8 ГГц. К этому времени стало ясно, что производительность процессоров Pentium 4 зависит не только от их тактовой частоты. Поэтому, начиная с Prescott, процессорам дают условные обозначения, состоящие из нескольких букв и цифр (например, 519J), в которых зашифрованы такие факторы, как частота системной шины, размер кэш-памяти и поддерживаемые технологии.
В мае 2005 был представлен двухъядерный аналог Pentium 4 - Pentium D. Новая версия ядра для Pentium 4 называлась Cedar Mill. Появилась она в январе 2006 и представляла собой точную копию Prescott 2M, изготовленную по 0, 065-микронной технологии. В это же время появились процессоры, основанные на более старой архитектуре P6 - Intel Core Solo и Intel Core Duo. .
На момент начала продаж процессорные решения серии Intel Pentium 4 позволяли создавать наиболее производительные настольные вычислительные системы. Спустя 8 лет это семейство чипов устарело и было снято с производства. Именно об этом легендарном модельном ряде ЦПУ и пойдет в этом материале речь.
На самом старте продаж данные процессоры принадлежали к наиболее быстродействующим решениям. На подобную их принадлежность указывали передовая на тот момент архитектура полупроводникового кристалла NetBurst, существенно возросшие тактовые частоты и прочие значительно улучшенные технические характеристики. Как результат, владельцы персональных компьютеров на их базе могли решать любые по уровню сложности задачи. Единственная сфера, в которой эти чипы не применялись - это серверы. В таких высокопроизводительных вычислительных машинах использовались процессорные решения серии XEON. Также не совсем оправданно применение в составе офисных ПК Intel Pentium 4. Ядра такого чипа в этом случае не до конца нагружались и с экономической точки зрения такой подход был целиком и полностью не оправдан. Для ниши “Интел” выпускала менее производительные и более доступные ЦПУ серии Celeron.
В двух типичных вариантах поставки можно было встретить процессор Intel Pentium 4. Один из них был нацелен на небольшие компании, которые специализировались на сборке системных блоков. Также такой вариант поставки подходил для домашних сборщиков персональных компьютеров. В прайс-листах он обозначался ВОХ, а в него производитель включал следующее:
Чип в защитной упаковке из прозрачного пластика.
Фирменную систему теплоотвода, которая состояла из специальной термопасты и кулера.
Талон с гарантийными обязательствами.
Краткое руководство по назначению и использованию процессорного решения.
Наклейка с логотипом модели чипа для передней панели системного блока.
Второй вариант поставки в каталогах компьютерных комплектующих обозначался TRAIL. В этом случае из списка поставки исключалась система охлаждения и ее необходимо было дополнительно приобретать. Подобный вид комплектации наиболее оптимально подходил для крупных сборщиков персональных компьютеров. За счет большого объема продаваемой продукции они могли позволить покупать системы охлаждения по более низким оптовым ценам и такой подход был оправдан с экономической точки зрения. Также такой вариант поставки пользовался повышенным спросом среди компьютерных энтузиастов, которые приобретали улучшенные модификации кулеров и это позволяло еще лучше разогнать такой процессор.
Процессор Intel Pentium 4 мог устанавливаться в один из 3-х видов процессорных разъемов:
Первый разъем появился в 2000 году и был актуальным до конца 2001 года. Затем ему на смену пришел PGA478, который вплоть до 2004 года занимал ведущие позиции в перечне продукции компании “Интел”. Последний сокет LGA775 появился на прилавках магазинов в 2004 году. В 2008 году его сменил LGA1156, который был нацелен на применение чипов с более передовой архитектурой.
Производители процессоров в лице компаний “Интел” и АМД в конце 1999 года - начале 2000 года постоянно расширяли перечень предлагаемых чипов. Только у второй компании была вычислительная платформа с запасом, которая базировалась на сокете PGA462. А вот “Интел” все возможное на тот момент из процессорного разъема PGA370 “выжала” и ее нужно было предлагать рынку компьютерных технологий что-то новое. Этим новым и стал рассматриваемый чип с обновленным процессорным разъемом в 2000 году. Intel Pentium 4 дебютировал одновременно с анонсом платформы PGA423. Стартовая частота процессоров в этом случае была установлена на отметке 1,3 ГГц, а наибольшее ее значение достигало 2,0 ГГц. Все ЦПУ в этом случае принадлежали к семейству Willamette, изготавливались по технологии 190 нм. Частота системной шины была равна реальным 100 МГц, а ее эффективное значение составляло 400 МГц.
Через год в 2001 году вышли обновленные процессоры Intel Pentium 4. Socket 478 - это разъем для их установки. Как было уже отмечено ранее, этот сокет был актуальным вплоть до 2004 года. Первым семейством процессоров, которые в него могли быть установлены, стал Willamette. Наивысшее значение частоты для них было установлено на 2,0 ГГц, а начальное - 1,3 ГГц. Техпроцесс у них соответствовал 190 нм. Затем появилось в продаже семейство ЦПУ Northwood. Эффективное значение частоты в некоторых моделях в этом случае было увеличено с 400 МГц до 533 МГц. Частота чипов могла находиться в пределах от 2,6 ГГц до 3,4 ГГц. Ключевое же нововведение чипов этого модельного ряда - это появление поддержки технологии виртуальной многозадачности HyperTraiding. Именно с ее помощью на одном физическом ядре обрабатывалось сразу два потока программного кода. По результатам тестов получался 15-процентный прирост быстродействия. Следующее поколение чипов “Пентиум 4” получило кодовое название Prescott. Ключевые от предшественников в этом случае заключались в улучшенном технологическом процессе, увеличении кеш-памяти второго уровня и повышение тактовой частоты до 800 МГц. При этом сохранилась поддержка HyperTraiding и не увеличилось максимальное значение тактовой частоты - 3,4 ГГц. Напоследок необходимо отметить то, что платформа PGA478 была последней вычислительной платформой, которая не поддерживала 64-битные решения и могла выполнять лишь только 32-разрядный программный код. Причем это касается и системных плат, и процессорных решений Intel Pentium 4. Характеристики компьютеров на базе таких комплектующих являются целиком и полностью устаревшими.
В 2006 году производители процессоров начали активно переходить на 64-разрядные вычисления. Именно по этой причине Intel Pentium 4 перешел на новую платформу на основе разъема LGA775. Первым поколением процессорных устройств для нее называлось точно также, как и для PGA478 - Prescott. Технические спецификации у них были идентичны предыдущим моделям чипов. Ключевое отличие - это повышение максимальной тактовой частоты, которая в этом случае могла уже достигать 3,8 ГГц. Завершающим же поколением ЦПУ стало Cedar Mill. В этом случае максимальная частота понизилась до 3,6 ГГц, но при этом техпроцесс улучшился и энергоэффективность улучшилась. В отличие от предшествующих платформ, в рамках LGA775 “Пентиум 4” плавно перешел из сегмента решений среднего и премиального уровня в нишу процессорных устройств бюджетного класса. На его место пришли чипы серии Pentium 2, которые уже могли похвастаться двумя физическими ядрами.
В некоторых случаях достаточно неплохие результаты может показать Intel Pentium 4. Processor этот отлично подходит для выполнения программного кода, который оптимизирован под один поток. В этом случае результаты будут сопоставимы даже с нынешними ЦПУ среднего уровня. Конечно, сейчас таких программ не так уж и много, но они все еще встречаются. Также этот процессор способен составить конкуренцию нынешним флагманам в офисных приложениях. В остальных случаях этот чип не может показать приемлемый уровень производительности. Результаты тестов будут приведены для одного из последних представителей данного семейства “Пентиум 4 631”. Конкурентами для него будут процессоры Pentium D 805, Celeron Е1400, Е3200 и G460 от “Интел”. Продукция же АМД будет представлена Е-350. Количество ОЗУ стандарта DDR3 равно 8 Гб. Также данная вычислительная система доукомплектована адаптером GeForce GTX 570 с 1 Гб видеопамяти. В трехмерных пакетах Maya, Creo Elements и Solid Works в актуальных версиях 2011 года рассматриваемая модель “Пентиум 4” показывает достаточно неплохие результаты. По результатам тестов в этих 3-х программных пакетах была выведена средняя оценка по сто балльной шкале и силы распределились следующим образом:
“Пентиум 4 631” проигрывает процессорам с более продвинутой архитектурой и более высокими тактовыми частотами G460 и Е3200, у которых 2 физических ядра. Но при этом обходит полноценную двухъядерную модель D 805 на аналогичной архитектуре. Результаты же Е-350 и Е1400 были предсказуемые. Первый чип ориентирован на сборку ПК, в которых на первый план выходит энергопотребление, а удел второго - это офисные системы. Совершенно по-другому распределяются силы при кодировании медиафайлов в программах Lame, Apple Lossless, Nero AAC и Ogg Vorbis. В этом случае на первый план уже выходит количество ядер. Чем их больше, тем лучше выполняется задача. Опять-таки, по усредненной сто балльной шкале силы распределились следующим образом:
Даже Е-350 с приоритетом на энергоэффективность обходит “Пентиум 4” модели 631. Продвинутая архитектура полупроводникового кристалла и наличие 2-х ядер все-таки дают о себе знать. Изменяется картина при тестировании процессоров в архиваторах WinRAR и 7-Zip. Результаты чипов по той же самой шкале распределились так:
В этом тесте множество факторов оказывает влияние на конечный результат. Это и архитектура, это и размер кеша, это и тактовая частота, это и количеств ядер. Как результат, типичным середнячком получился тестируемый “Пентиум 4” в исполнении 631. Эталонная же система, производительность которой соответствовала 100 баллам, базировалась на ЦПУ Athlon II Х4 модели 620 от АМД.
Внушительным увеличением уровня производительности мог похвастаться Intel Pentium 4. Разгон этих процессорных устройств позволял достичь значений тактовой частоты в 3,9-4,0 ГГц при улучшенной воздушной системе охлаждения. Если же заменить воздушное охлаждение на жидкостное на базе азота, то вполне можно рассчитывать на покорение значения в 4,1-4,2 ГГц. Перед разгоном компьютерная система должна быть укомплектована следующим образом:
Мощность блока питания должна быть минимум 600 Вт.
В компьютере должна быть установлена продвинутая модель системной платы, на которой можно осуществлять плавное регулирование различных параметров.
Кроме основного кулера, на процессоре в системном блоке должны находиться дополнительные 2-3 вентилятора для осуществления улучшенного теплоотвода.
Мультипликатор частоты в этих чипах был заблокирован. Поэтому простым поднятием его значения разогнать ПК невозможно. Поэтому единственный способ увеличения производительности - это увеличение реального значения тактовой частоты системной шины. Порядок же разгона в этом случае следующий:
Уменьшаются значения частот всех компонентов ПК. В этот список лишь только не попадает лишь только системной шины.
На следующем этапе увеличиваем рабочее значение частоты последней.
После каждого такого шага необходимо проверить стабильность работы компьютера с помощью прикладного специализированного софта.
Когда простого повышения частоты уже недостаточно начинаем повышать напряжение на ЦПУ. Его максимальное значение равно 1,35-1,38 В.
После достижения наибольшего значения напряжения частоту чипа повышать нельзя. Это и есть режим максимального быстродействия компьютерной системы.
В качестве примера можно привести модель 630 процессора “Пентиум 4”. Ее стартовая частота равна 3 ГГц. Номинальная же тактовая частота системной шины составляет в этом случае 200 МГц. Значение последней можно на воздушном охлаждении повысить вплоть до 280-290 МГц. В результате ЦПУ будет работать уже на 4,0 ГГц. То есть прирост производительности составляет 25 процентов.
На сегодняшний день целиком и полностью устарели все процессоры Intel Pentium 4. Температура их функционирования, энергопотребление, технологический процесс, тактовые частоты, размер кеш-памяти и ее организация, количество адресуемой ОЗУ - это далеко не полный перечень тех характеристик, которые указывают на то, что это полупроводниковое решение устарело. Возможностей такого чипа лишь достаточно для решения наиболее простых задач. Поэтому владельцам таких компьютерных систем необходимо их обновлять в срочном порядке.
Несмотря на то что в 2008 году выпуск рассматриваемых ЦПУ был прекращен, их все еще можно купить в новом состоянии со складских запасов. При этом необходимо отметить то, что в исполнении LGA775 и с поддержкой технологии НТ можно приобрести чипы Intel Pentium 4. Цена на них находится в пределах 1300-1500 рублей. Для офисных систем это вполне адекватный уровень стоимости. Процессорные решения, которые находились в использовании, можно найти на различных торговых площадках в интернете. Цена в этом случае начинается с отметки в 150-200 рублей. Полностью же собранный персональный компьютер бывший в употреблении можно купить по цене от 1500 рублей.
