Интел пентиум 4 3 ггц характеристики. Процессоры. Низкоуровневые тесты в CPU RightMark

Новые "весенние" процессоры продолжают радовать нас своим появлением. На этот раз отличилась компания Intel, представившая на украинском рынке сразу два топовых процессора Pentium 4 c частотой 3,4 GHz, однако построенных на различных ядрах — Northwood и Prescott соответственно. Надеемся, данный обзор поможет определиться с тем, что же способны дать пользователю такие похожие и вместе с тем настолько разные CPU.
На сей раз мы решили не делать громоздкий материал, тем более что совсем недавно
уже рассматривали детально предыдущие поколения этих процессоров с частотами 3,2
GHz. С особенностями ядра Northwood наверняка знакомо большинство читателей нашего
издания, следовательно, изменения в производительности при переходе на новую частоту
3,4 GHz можно просчитать даже на калькуляторе, имея необходимую базу предыдущих
результатов тестирования. Но конструктив процессора несколько обновился. Основное
(внешнее) изменение коснулось элементов питания самого кристалла. Как известно,
на тыльной стороне процессорной подложки расположены навесные элементы (в основном
шунтирующие конденсаторы). Так вот, если раньше в 200 (800) MHz серии Northwood
их количество и расположение было одинаковым, то модель 3,4 GHz кардинально отличается
от своих предшественников. Его подложка как две капли воды похожа на Pentium 4
Extreme Edition. Почти двукратное увеличение числа конденсаторов наверняка вызвано
желанием уменьшить всплески и уровень помех, возникающих в цепях питания процессора.
Как оказалось, данные метаморфозы положительно сказались на разгонном потенциале,
но об этом позже.

Prescott также отметился, но в данном случае изменения касаются исключительно
программной части. С технической точки зрения отличий новой модели с частотой
3,4 GHz от 3,2 нам обнаружить не удалось. Так что же это за изменения, которые
позволят новым массовым CPU от Intel показать себя во всей красе?

Конфигурации тестовых систем
Платформа	Intel		AMD
Процессор	Intel Pentium 4 (Prescott) 3,2/3,4E GHz	Intel Pentium 4 (Northwood) 3,4C GHz	AMD Athlon 64 3400+ 2,2 GHz
Материнская плата	Abit IC7-MAX3 (чипсет i875P)		ASUS K8V Deluxe (чипсет VIA K8T800)
Память	Kingston HyperX PC3500 (2?512 MB)
Видеокарта	HIS Radeon 9800XT 256 MB
Жесткий диск	Western Digital WD300BB 30 GB 7200 об/мин
ОС	Windows XP Professional SP2

Экосистема процессорного ядра Prescott

Пожалуй, одно из значимых достижений
последнего времени — корректное "понимание" Prescott операционной
системой Windows XP с установленным Service Pack 2. До официального выхода этого
"апгрейда" рано говорить о возможных преимуществах и новом уровне
управления технологией Hyper-Threading, но сама тенденция все-таки положительная.
Также в ходе тестирования нами была замечена еще одна интересная особенность
— материнские платы, для которых есть новые версии BIOS с заявленной 100%-ной
совместимостью с ядром Prescott, демонстрируют весьма необычное поведение. Действительно,
после перепрошивки скорость работы с памятью существенно возрастает, а ее латентность
несколько снижается (напомним, в случае установки CPU Prescott). Но если в плату
с новым BIOS установить Northwood, быстродействие подсистемы памяти хоть и незначительно,
но все же упадет. Выводов из всего этого пока два: а) если вы владелец Pentium
4 серий B/C, не спешите обновлять BIOS на своей материнской плате; б) пока рано
говорить о "нюансах" BIOS как о сложившейся закономерности, но тот
факт, что три популярные модели материнских плат все же демонстрируют такой
результат, по крайней мере, заставляет задуматься.

Также отметим медленное внедрение поддержки SSE3 в современное мультимедийное
ПО. Обещанные драйверы от ATI и NVidia пока не появились, а авторы медиакодеков
пока не спешат использовать преимущества SSE3 в своих продуктах. Хотя в Японии
— стране, так любящей высокие технологии, — новый набор команд уже достаточно
интенсивно применяется "национальным" ПО. Нам даже удалось найти результаты
тестирования, где сообщалось о 10%-ном приросте производительности в случае
медиакодирования. Опять-таки, когда "реальность" SSE3 дойдет до нас
— еще неизвестно. Но тот факт, что, по крайней мере, это будет "в плюс",
а не "в минус", уже радует.

Результаты тестирования

Тест Primordia из набора Science Mark 2.0 хоть и косвенно, но свидетельствует
о том, что Prescott не создан для сложной математики. Даже с новой частотой
3,4 GHz он далек от своих конкурентов. А вот Northwood 3,4 GHz доказал, что
при использовании технологии Hyper-Threading его вычислительные способности
практически не уступают Athlon 64 3400+.

Остальные результаты вполне можно рассматривать с точки зрения глобальных закономерностей.
Налицо действительное соответствие рейтинга 3400+ у Athlon 64 2,2 GHz реальной
производительности Pentium 4 (Northwood) 3,4 GHz. При некоторых отклонениях
(Unreal Tournament всегда демонстрировал более высокие результаты на процессорах
AMD, а "мультимедиа" всегда лучше удается CPU от Intel, особенно с
использованием ПО, поддерживающего SMP) мы наблюдаем в принципе схожее быстродействие.
Теперь посмотрим, где же новый 90-нанометровый процессор Intel занял первые
места — архивирование WinRAR, 3DMark 2003, SPECviewperf 7.1.1. Опять-таки примечательно
— если Prescott отстает, то отстает значительно, если лидирует, то тоже весьма
ощутимо. Еще одно подтверждение тому, что новый процессор Intel нельзя однозначно
назвать ни "хорошим", ни "наоборот". Во-первых, пока полностью
не сформировалась та самая экосистема, где он сможет себя проявить на все 100%,
а во-вторых, он просто другой (отличный от всего того, к чему мы так
долго привыкали).

Выводы

После довольно революционного появления семейства AMD64, пошатнувшего
и взбудоражившего IT-общественность, снова наблюдается некоторое спокойствие.
Как показало наше тестирование, новые массовые процессоры Intel Pentium 4 (Northwood)
3,4 GHz и AMD Athlon 64 3400+ 2,2 GHz действительно являются "топовыми"
для обеих компаний и ничем друг другу не уступают, а выбор остается исключительно
за пользователем. Хотя платформа от AMD обойдется покупателю несколько дешевле,
но той разительной разницы, которая была в случае с Athlon XP, уже не будет.
Теперь при желании приобрести новые High-End-системы вне зависимости от производителя
платформы придется заплатить сопоставимые суммы. Ну а посоветовать приобретение
Prescott можно тем, кто хочет стать обладателем передовых технологий, которые
должны проявить себя в будущем. Так сказать, платформа "на вырост".

Но все же выскажем некоторые претензии к Prescott. Заключаются они в слишком
высоком тепловыделении. Даже выполнив все рекомендации касательно циркуляции
воздуха, мы получили в закрытом корпусе около 70 °С на чипе. В случае применения
мощной видеокарты и модулей памяти PC3200 это может привести к тому, что температура
внутри корпуса превысит 50 °С — согласитесь, многовато. Надеемся, что в
будущих степпингах Intel вплотную займется решением данной проблемы, иначе дальнейший
рост частот может оказаться небезопасным.

Разгон

Для серьезного и стабильного разгона новых процессоров от Intel придется
как минимум сменить штатные кулеры на что-то более мощное и добавить в корпус
пару-тройку вентиляторов. CPU с индексом "С" смог стабильно работать
на частоте 3,72 GHz (наверняка сказались дополнительные элементы в цепи питания,
о которых мы говорили вначале). Prescott достиг порога в 3,8 GHz, однако в открытом
корпусе и с кулером Zalman CNPS7000ACu, как нам кажется, достичь более высоких
частот, используя традиционные методы охлаждения, просто не удастся.

integrated heat spreader ) кристаллом, установленную на плату-переходник (англ. interposer ) с 423 штырьковыми контактами (размеры корпуса - 53,3×53,3 мм) . Между контактами на обратной стороне платы-переходника установлены SMD -элементы.

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.

Мобильные процессоры Pentium 4

Процессор	Pentium 4-M											Mobile Pentium 4
Тактовая частота, ГГц	1,6	1,7	1,4	1,5	1,8	1,9	2	2,2	2,4	2,5	2,6	2,4	2,666	2,8	3,066	3,2	3,333
Анонсирован	4 марта		23 апреля			24 июня		16 сентября	14 января	16 апреля	11 июня					23 сентября	28 сентября
	2002 года								2003 года								2004 года
Цена, $	392	496	198	268	637	431	637	562	562	562	562	185	220	275	417	653	262

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

	Willamette	Northwood		Gallatin	Prescott		Prescott 2M	Cedar Mill
	Настольный	Настольный	Мобильный	Настольный		Мобильный	Настольный
Тактовая частота
Частота ядра, ГГц	1,3-2	1,6-3,4	1,4-3,2	3,2-3,466	2,4-3,8	2,8-3,333	2,8-3,8	3-3,6
Частота FSB , МГц	400	400, 533, 800	400, 533	800, 1066	533, 800, 1066 ()			800
Характеристики ядра
Набор инструкций	IA-32 , MMX , SSE , SSE2				IA-32 , EM64T (некоторые модели), MMX , SSE , SSE2 , SSE3
Разрядность регистров	32/64 бит (целочисленные), 80 бит (вещественночисленные), 64 бит (MMX), 128 бит (SSE)
Глубина конвейера	20 стадий (без учёта декодера инструкций)				31 стадия (без учёта декодера инструкций)
Разрядность ША	36 бит				40 бит
Разрядность

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

Итак, сегодня, 20 февраля 2005 года компания Intel официально объявила новые процессоры Pentium 4 Extreme Edition 3.73 ГГц и Pentium 4 серии 6XX. Все эти процессоры основываются на одном и том же процессорном ядре Prescott 2M, основным отличительным признаком является увеличенная кеш-память второго уровня, которая имеет объём 2 Мбайта. В остальном же, включая и 90 нм технологический процесс с использованием растянутого кремния, ядро Prescott 2M подобно своему предшественнику, ядру Prescott, которое уже давно используется в процессорах Pentium 4 серии 5XX.
Сходство между Prescott и Prescott 2M видно даже на фотографиях этих ядер:

PrescottPrescott 2M

Как видим, кеш память у Prescott 2M действительно стала в два раза больше. В остальном, видимых отличий между ядрами не наблюдается.
Семейство процессоров Pentium 4 6XX состоит на сегодняшний день из нескольких моделей с частотами от 3.0 до 3.6 ГГц. Все эти процессоры, как и их предшественники, используют шину Quad Pumped Bus с частотой 800 МГц. Младшая модель имеет процессорный номер 630, модель с частотой 3.2 ГГц – 640, 3.4-гигагерцовый процессор – 650 и CPU с частотой 3.6 ГГц – 660. Следует заметить, что частота старшего процессора в линейке "шестисотых", Pentium 4 660, меньше частоты старшего процессора на базе обычного ядра Prescott, Pentium 4 570, составляющей 3.8 ГГц. Однако при этом Pentium 4 6XX имеют по сравнению со своими младшими братьями ряд преимуществ.
Во-первых, процессоры семейства Pentium 4 6XX поддерживают технологию Enhanced Memory 64 Technology (EM64T) – 64-битные расширения архитектуры x86, являющиеся аналогом расширений AMD64. Благодаря этому все процессоры Pentium 4 6XX совместимы с операционной системой Windows XP Professional x64 Edition, которой немногим ранее мы посвятили отдельную статью . Благодаря совместимости с этой операционной системой, Pentium 4 6XX теперь могут похвастаться целым рядом преимуществ, знакомым нам по процессорам Athlon 64. В числе оных в первую очередь следует отметить одновременную совместимость с 32-битным и 64-битным программным обеспечением, а также поддержку объёмов памяти, превышающих 4 Гбайта.
Второй плюс процессоров Pentium 4 6XX - это поддержка ими технологии Enhanced Intel SpeedStep (EIST). Данная технология является полным аналогом аналогичного механизма, реализованного в мобильных процессорах Intel. Суть данного механизма заключается в том, что процессоры Pentium 4 6XX могут снижать свою частоту в моменты, когда от них не требуется высокая производительность. При помощи данного метода достигается существенное снижение тепловыделения и энергопотребления.
При этом все CPU семейства Pentium 4 6XX поддерживают технологию Execute Disable Bit (XD bit), появившуюся в Pentium 4 5XX с выходом старшей модели с частотой 3.8 ГГц и процессорным номером 570.
Таким образом, несмотря на свою более низкую тактовую частоту, процессоры Pentium 4 семейства 6XX по числу поддерживаемых функций превосходят своих предшественников, Pentium 4 5XX.
Следует напомнить, что Intel отказался от выпуска процессоров на базе ядра Prescott с частотами 4 ГГц и выше. Это относится и к CPU, в основе которых лежит ядро Prescott 2M. То есть, старшая модель в линейке 5XX, Pentium 4 570 с частотой 3.8 ГГц так и останется самой быстрой моделью CPU на базе ядра Prescott. В линейке же 6XX на сегодня старшая модель процессора с номером 660 имеет частоту 3.6 ГГц. Соответственно, более быстрые процессоры в этом семействе появляться могут. Так, во втором квартале текущего года Intel собирается объявить Pentium 4 670 с тактовой частотой 3.8 ГГц.
Впрочем, вопрос относительно того, какой из процессоров Intel является самым быстрым на сегодняшний день, решается не в пользу ни Pentium 4 660, не в пользу Pentium 4 570. На эту роль претендует ещё один процессор на базе ядра Prescott 2M, анонсированный сегодня и отнесённый к семейству Pentium 4 Extreme Edition. Данная новинка обладает тактовой частотой 3.73 ГГц и рассчитана на работу при частоте шины 1066 МГц. При этом, хотя большинство характеристик Pentium 4 Extreme Edition 3.73 ГГц повторяет характеристики серии Pentium 4 6XX, этот процессор не поддерживает технологию EIST. Технологии же XD bit и EM64T в этом CPU включены.
А вот какую информацию выдаёт о новых процессорах Pentium 4 Extreme Edition 3.73 ГГц и Pentium 4 660 диагностическая утилита CPU-Z:

Intel Pentium 4 660


Intel Pentium 4 Extreme Edition 3.73 ГГц

Подводя итог, приведём формальные характеристики анонсированных сегодня процессоров Pentium 4 6XX и Pentium 4 Extreme Edition. В таблице ниже для сравнения также приведены характеристики процессоров Pentium 4 5XX.

Что касается теплового пакета новых процессоров, то их тепловыделение укладывается в те же самые рамки, что и у процессоров серии 5XX. Соответственно Pentium 4 6XX c частотами до 3.4 ГГц включительно вписываются в TDP в 84 Вт, старшие же модели, а также новый Pentium 4 Extreme Edition 3.73 ГГц имеют TDP в 115 Вт.
Таким образом, новые процессоры могут использоваться в тех же самых материнских платах, что и предшествующие LGA775 Pentium 4. Единственное требование: поддержка новых CPU со стороны BIOS материнской платы.
А вот как выглядят новые процессоры:

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

Ядро Prescott 2M: изменения в кеш-памяти

Так как одним из основных нововведений, произошедших с процессорами Pentium 4 при их переводе на использование нового ядра Prescott 2M, стало увеличение кеш-памяти второго уровня, следует уделить немного внимания организации L2 кеш-памяти в новом ядре. Чтобы понять, как же устроена кеш-память второго уровня в новом ядре Prescott 2M, мы вновь воспользовались диагностической утилитой CPU-Z. Для сравнения, мы приводим и аналогичную информацию, относящуюся к более старому ядру, Prescott:

Как видим, у Prescott 2M и Prescott кеш-память второго уровня (да и первого тоже) организована совершенно одинаково. Различие только в размере. Кеш второго уровня у обоих ядер имеет 8 зон ассоциативности и оперирует строками длиной 64 байт. Однако наличие одинакового количества зон ассоциативности у кеш-памяти разного объёма автоматически означает, что поиск данных в более ёмком кеше должен выполняться дольше. Соответственно, L2 кеш процессоров на базе ядра Prescott 2M должен быть более медленным, чем L2 кеш процессоров, в основе которых лежит обычное ядро Prescott.
Чтобы проверить эту гипотезу, мы вооружились утилитой Cache Burst 32. Тестовая система, на которой мы проводили измерения, основывалась на материнской плате Intel Desktop Board D925XECV2 на чипсете i925XE Express и была снабжена двухканальной DDR2-533 SDRAM с таймингами 4-4-4-11. Для опытов мы использовали процессоры Pentium 4 560 и Pentium 4 660 на ядрах Prescott и Prescott 2M соответственно.

Как показывают результаты теста, действительно, скорость чтения из кеш-памяти второго уровня у нового процессора Pentium 4 660 ниже, чем у аналогичного Pentium 4 560 с меньшим объёмом кеш-памяти. При этом скорость записи и латентность кешей у этих CPU совпадает. Однако при копировании данных мы видим, что кеш-память процессора на ядре Prescott 2M работает несколько быстрее, чем кеш-память CPU с ядром Prescott.
Таким образом, мы вынуждены констатировать, что увеличение кеш-памяти второго уровня у процессоров Pentium 4 6XX повлекло за собой и некоторые глубинные изменения, в результате которых скорость работы с данными в L2 кеше изменилась. Причём, не в лучшую сторону. Отметим, что подобное же явление уже один раз происходило с NetBurst архитектурой при переходе от ядра Northwood к ядру Prescott. Так что мы вновь должны заметить, что увеличение объёма кеш-памяти второго уровня не лучшим образом отражается на её быстродействии.

Подробности о Demand Based Switching

С вводом в процессорах Pentium 4 6XX технологии Enhanced Intel SpeedStep (EIST) эти процессоры стали обладателями сразу трёх технологий, попадающих под собирательное название Demand Based Switching (переключение по потребностям). Первые две технологии мы уже рассматривали, обзирая процессор Pentium 4 570J, который был основан на ядре Prescott степпинга E0. С появлением этого степпинга ядра процессоры Pentium 4 получили в свое распоряжение новый механизм термального мониторинга TM2 и новый режим для снижения энергопотребления C1E. EIST дополнила эти технологии в новом ядре Prescott 2M и теперь новые процессоры Pentium 4 6XX могут похвастать ещё более низким средневзвешенным энергопотреблением и тепловыделением.
Технология EIST предназначается для управления частотой процессора и его напряжением в зависимости от степени загрузки, как это делается в мобильных компьютерах. В настольном сегменте аналогом EIST является технология Cool"n"Quiet от AMD, реализованная в процессорах семейства Athlon 64. Можно сказать, что EIST позволяет более рационально использовать ресурсы процессора: при работе в приложениях, не загружающих процессор на 100% его максимальная тактовая частота никому не нужна, в такие моменты её можно спокойно снизить, параллельно уменьшив тепловыделение и энергопотребление CPU. Если же приложение требует от процессора максимальной производительности, то он увеличит частоту до номинальной отметки, попутно подняв напряжение на ядре до нужной величины.
Включается технология EIST абсолютно также, как и Cool"n"Quiet. В Windows XP, например, на закладке Power Option Properties необходимо изменить схему питания компьютера со стандартной Home/Office Desk на Minimal Power Management. После этой установки процессор начнёт снижать свою частоту в моменты низкой загрузки. Необходимый для работы этой технологии процессорный драйвер входит в Service Pack 2, поэтому технология EIST становится совместимой с Windows XP после установки SP2.
На первый взгляд, EIST не вызывает никаких вопросов, однако эта достаточно интересная технология таит в себе и немало сюрпризов. Дело в том, что все три технологии семейства Demand Based Switching, C1E, TM2 и EIST используют один и тот же механизм. Именно поэтому мы решили ещё раз вернуться к рассказу о том, как же на самом деле работают эти технологии.
Функционирование C1E, TM2 и EIST основано на том факте, что процессоры Pentium 4 с ядром Prescott, начиная со степпинга E0, умеют изменять свой коэффициент умножения и Vid "на лету". Конкретнее, процессоры с ядрами Prescott и Prescott 2M при необходимости могут снижать свой множитель до 14x (а это – минимальное значение для ядра Prescott), уменьшая при этом своё напряжение питания примерно на 0.25В. Сочетание этих характеристик и определяет повсеместно эксплуатируемый "режим пониженного энергопотребления", при котором процессор работает на частоте 2.8 ГГц со сниженным напряжением питания. Вот, например, какую информацию выдаёт утилита CPU-Z про процессор Pentium 4 660 (штатная частота 3.6 ГГц), находящийся в этом "режиме пониженного энергопотребления":

Ещё одна интересная деталь заключается в том, что для всех процессоров серии Pentium 4 6XX с разными тактовыми частотами режим пониженного энергопотребления одинаков: все они в этом режиме работают на частоте 2.8 ГГц вне зависимости от их номинальной частоты.
Важно заметить, что для обеспечения стабильности работы переход в этот режим и выход из него происходит не скачкообразно, а постепенно. Так, при входе в "режим пониженного энергопотребления" процессор сначала понижает свой множитель до 14x, а лишь потом постепенно снижет напряжение питания. Выход из этого режима происходит в обратном порядке: сначала постепенно увеличивается напряжение, а только потом устанавливается штатный множитель.

Все три технологии из серии Demand Based Switching, C1E, TM2 и EIST, используют этот режим пониженного энергопотребления. Различие же между C1E, TM2 и EIST заключается лишь в том, в какие моменты включается данный режим.
Технология C1E (Enhanced Halt State) активизирует режим пониженного энергопотребления при поступлении на процессор команды Halt, говорящей о переводе процессора в режим ожидания. Эта команда отдаётся процессору операционной системой в моменты, когда для исполнения нет никаких других инструкций. То есть, если ранее процессоры Pentium 4 при поступлении команды Halt просто переводили часть своих исполнительных устройств в режим бездействия, режим C1E позволяет ещё сильнее снизить тепловыделение и энергопотребление благодаря дополнительному уменьшению тактовой частоты, на которой работает активная часть CPU в режиме ожидания.
Технология TM2 (Thermal Monitor 2) , хотя и предназначается для защиты процессора от перегрева, использует тот же самый 2.8-гигагерцовый режим пониженного энергопотребления. TM2 переводит CPU в этот режим по команде, поступающей от встроенного в ядро процессора термодатчика. Если температура процессора превышает некоторое предельно допустимое значение температуры (а это значение калибруется индивидуально для каждого экземпляра CPU), частота процессора снижается до 2.8 ГГц и одновременно понижается напряжение питания процессорного ядра. Этот механизм позволяет снизить температуру процессора до допустимых пределов примерно на 40% быстрее, нежели при используемом раньше механизме TM1, основанном на модуляции несущей частоты.
Технология EIST (Enhanced Intel SpeedStep) , как это не покажется странным, также переводит процессор в 2.8-гигагерцовый режим пониженного энергопотребления. В рамках этой технологии переход в данное состояние инициируется операционной системой. Если драйвер процессора рапортует о низкой загрузке CPU в конкретный момент времени, операционная система через соответствующую команду ACPI переводит процессор в режим пониженного энергопотребления. То есть, благодаря EIST удаётся снизить тепловыделение процессора не только в моменты его полного простоя, но и при небольшой загрузке.
Теперь о неприятном. Поскольку минимально возможным коэффициентом умножения для процессоров на базе ядра Prescott (и его производной Prescott 2M) является 14x, использование технологий C1E, TM2 и EIST возможно только для CPU, имеющих больший множитель. Например, именно поэтому новым процессором Pentium 4 Extreme Edition 3.73 ГГц технологии C1E, TM2 и EIST не поддерживаются: штатный множитель этого CPU равен 14x. Соответственно, чем выше штатный множитель у процессора, тем больший эффект способны принести технологии семейства Demand Based Switching.

Температурный режим и энергопотребление

После того, как мы разобрались, какие новые технологии для снижения энергопотребления применил Intel в своих процессорах семейства Pentium 4 6XX, самое время посмотреть, как они проявляются на практике. Поэтому, мы изучили температурный режим и энергопотребление новых процессоров во время их реальной работы.
Для целей тестирования мы собрали тестовую систему, состоящую из следующего набора комплектующих:

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

В первую очередь в этой тестовой системе мы провели измерение температурного режима LGA775 процессоров Pentium 4 6XX и Pentium 4 5XX. В качестве процессоров линейки Pentium 4 5XX использовались CPU, в основе которых лежат ядра Prescott степпинга E0, то есть поддерживающие C1E и TM2. Pentium 6XX были представлены процессорами с ядром Prescott 2M степпинга N0, эти CPU поддерживали C1E, TM2 и EIST. Частоты испытуемых процессоров устанавливались в 2.8, 3.0, 3.2, 3.4, 3.6 ГГц, а для процессора на ядре Prescott со степпингом ядра E0 – и в 3.8 ГГц. Частота шины во всех случаях была номинальной, напряжение питания ядра – тоже. Во всех опытах использовался штатный боксовый LGA775 кулер. Показания температуры процессоров снимались с встроенного в ядро CPU датчика. Измерения температуры процессорных ядер мы выполняли в двух состояниях: в режиме ожидания (idle) и при максимальной загрузке CPU, создаваемой специальной утилитой S&M версии 0.3.2, являющейся на сегодняшний день лучшим инструментом для прогрева процессоров.
Помимо результатов измерений температур Pentium 4 "пятисотой" и "шестисотой" серий, на итоговые графики мы добавили и данные, полученные при испытании процессора Pentium 4 Extreme Edition 3.73 ГГц. Хотя этот процессор и основывается на том же самом ядре Prescott 2M степпинга N0, как и все Pentium 4 6XX, он не поддерживает технологии C1E, TM2 и EIST. Поэтому, его температурный режим и энергопотребление вызывает особый интерес.

Как видим, при максимальной нагрузке на процессоры Pentium 4 5XX и Pentium 4 6XX они прогреваются примерно до одинаковой температуры при равной тактовой частоте. То есть, увеличение кеш-памяти второго уровня не привело к какому сколько-нибудь заметному изменению температурной картины. Зато работа процессоров в состоянии покоя заслуживает определённого внимания. В первую очередь заметим, что вне зависимости от частоты Pentium 4 5XX и Pentium 4 6XX показывают совершенно одинаковую температуру. Это объясняется тем, что в состоянии бездействия эти процессоры, фактически, работают в "состоянии пониженного энергопотребления" на частоте 2.8 ГГц, независимо от их номинальной частоты. Например, Pentium 4 XE 3.73 ГГц, который технологии C1E, TM2 и EIST не поддерживает, в состоянии покоя прогревается гораздо сильнее. Это неудивительно: в этом состоянии, в отличие от процессоров Pentium 4 5XX и 6XX, он продолжает работать на своей штатной частоте.
Также, помимо температуры, мы оценили и энергопотребление процессоров с ядрами Prescott и Prescott 2M. Для этого при помощи токовых клещей мы измерили ток, проходящий по 12-вольтовой цепи, по которой осуществляется питание процессора. То есть, приводимые ниже данные не учитывают КПД конвертера питания процессора, поэтому, по сравнению с реальным энергопотреблением процессоров они слегка завышены (примерно на 10%).

Качественно картина получается такая же, как и при измерении температуры. Однако мы должны отметить, что новые процессоры на базе ядра Prescott 2M, несмотря на увеличившееся количество транзисторов, обладают более низким энергопотреблением, чем процессоры на базе обычного ядра Prescott. Таким образом, резервы для наращивания тактовых частот процессоров Pentium 4 6XX ещё есть.

Разгон

Чтобы оценить эти резервы, а также понять, насколько новое процессорное ядро Prescott 2M степпинга N0 может понравиться энтузиастам-оверклокерам, мы решили провести испытания CPU Intel Pentium 4 660 со штатной частотой 3.6 ГГц на разгон. Тестовая система, используемая в этом случае, была составлена из следующего набора комплектующих:

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).

Для охлаждения Pentium 4 660 во время наших разгонных экспериментов мы воспользовались самым производительным воздушным кулером для LGA775 процессоров, имеющимся в нашей лаборатории: Zalman CNPS7700Cu. Напряжение питания процессора при разгоне мы не увеличивали: на старшие модели CPU с ядром Prescott 2M, как и на их предшественников, данный трюк не производит практически никакого впечатления. Разгон мы выполняли путём повышения частоты FSB свыше штатных 200 МГц, частоты шины PCI Express и PCI фиксировались при этом на номинальных значениях 100 и 33 МГц.
Перед тем, как перейти непосредственно к результатам нашего разгона, напомним, что максимальная частота, которую нам удалось достичь при оверклокинге Pentium 4 570, основанного на ядре Prescott степпинга E0, составила 4.3 ГГц. Подобных успехов от Pentium 4 660, ядро которого имеет большее число транзисторов, мы не ожидали. Однако, практика показала, что зря.
Ниже мы приводим скриншот CPU-Z, являющийся отражением наших успехов:

То есть, Pentium 4 660 со штатной частотой 3.6 ГГц разогнался до 4.33 ГГц. Это – достаточно хороший результат, подтверждающий значительный оверклокерский потенциал ядра Prescott 2M. Таким образом, младшие процессоры линейки Pentium 4 6XX могут стать весьма интересными объектами для разгона.
Мы же в очередной раз должны констатировать, что решение Intel не выпускать по 90 нм технологии процессоры с частотами 4 ГГц и более, обусловлено не достижением технологического предела, а скорее маркетинговыми причинами. Как мы вновь убеждаемся, существующие ядра Prescott и Prescott 2M степпингов E0 и N0 могут легко работать на частотах свыше 4 ГГц.

Как мы тестировали

Целью данного тестирования являлось определение уровня производительности, обеспечиваемого новыми процессорами серии Intel Pentium 4 6XX и процессором Intel Pentium 4 Extreme Edition 3.73 ГГц, а также сопоставление этого уровня с быстродействием предшествующих и конкурирующих CPU. Для наших тестовых испытаний мы выбрали две старших модели "шестисотой" серии, Pentium 4 660 со штатной частотой 3.6 ГГц и Pentium 4 650 с частотой 3.4 ГГц.

В составе тестовых систем мы использовали следующее оборудование:

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).

Тестирование выполнялось в операционной системе MS Windows XP SP2 с установленным пакетом DirectX 9.0c. Тестовые системы настраивались на максимальную производительность. Заметим, что в Athlon 64 мы увеличивали тайминг Cycle Time (Tras) до 10, поскольку, как показывает практика, в таком режиме контроллер памяти Athlon 64 работает более эффективно, нежели при установке этой задержки в минимально возможное значение 5.
В рамках данного тестирования мы существенно расширили набор тестовых приложений. Произошло это благодаря тому, что мы решили задействовать набор стандартных скриптов PC WorldBench 5, широко используемый в индустрии для бенчмаркинга.

Производительность

FutureMark PCMark04, 3DMark2001 SE и 3DMark05

В первую очередь мы решили привести результаты, полученные нами в популярных синтетических тестах компании FutureMark.

Тест PCMark04 активно использует технологию Hyper-Threading, благодаря чему процессоры производства компании Intel показывают лучшие результаты. Что же касается соотношения сил между различными линейками процессоров Pentium 4, то процессоры "шестисотой" серии с увеличенной до 2 Мбайт кеш-памятью лишь незначительно превосходят CPU линейки Pentium 4 5XX. Зато процессор Pentium 4 Extreme Edition 3.73 ГГц, благодаря значительному росту тактовой частоты и более новому процессорному ядру, ощутимо обгоняет своего предшественника, Pentium 4 Extreme Edition 3.46 ГГц, в основе которого использовалось ядро Gallatin.
Достаточно интересные результаты получаются и в подтесте, измеряющем скорость работы подсистемы памяти. Увеличение L2 кеша в процессорах Pentium 4 6XX увеличило скорость их работы с данными, благодаря чему этим CPU в данном бенчмарке удаётся теперь выступать на равных с процессорами Athlon 64, сильной стороной которых является интегрированный контроллер памяти. То есть, увеличенная до 2 Мбайт кеш-память второго уровня нивелирует высокие задержки DDR2 SDRAM, используемой в составе современных Pentium 4 систем.

Старый тест 3DMark2001 SE никак не теряет своей популярности, однако на сегодня он уже гораздо сильнее показывает скорость центральных процессоров, нежели современных видеокарт. Раньше в этом тесте неизменно верхние места занимали CPU семейства Athlon 64, однако теперь ситуация несколько изменилась. Увеличение в новых процессорах Pentium 4 с ядром Prescott 2M кеш-памяти второго уровня позволило этим CPU несколько нарастить свои показатели в данном тесте. Благодаря этому Pentium 4 660 удалось обогнать Athlon 64 3500+, а Pentium 4 Extreme Edition 3.73 ГГц выступает на равных с Athlon 64 3800+. Конечно, назвать такие результаты успехом для Intel явно нельзя, однако этот факт является явным предвестником того, что в игровых приложениях увеличенный кеш процессоров с ядром Prescott 2M должен сказаться положительным образом.

Результаты, полученные в самом новом тестовом пакете от Futuremark, 3DMark05 также говорят нам о том, что увеличенная кеш-память новых процессоров Pentium 4 даёт определённый эффект при работе с игровой 3D графикой. Однако индекс производительности CPU из этого теста не позволяет Pentium 4 660 опередить Pentium 4 570, работающий на 200 МГц более высокой тактовой частоте. Впрочем, это не мешает при этом выставить на первое место по данному индексу процессор Pentium 4 Extreme Edition 3.73 ГГц, которому удаётся обогнать даже Athlon 64 FX-55.

Игровые приложения

С самого момента появления процессоров Athlon 64, CPU этого типа наголову побеждают своих конкурентов семейства Pentium 4 в игровых приложениях. Появление процессоров Pentium 4 6XX и Pentium 4 Extreme Edition 3.73 ГГц эту ситуацию не изменило. Несмотря на то, что увеличение кеш-памяти второго уровня привело к росту скорости Pentium 4 в играх примерно на 3-6%, Athlon 64 в 3D играх вновь оказываются значительно более быстрыми CPU. Положение не спасает и новый Pentium 4 Extreme Edition, уступающий в приложениях этого типа по скорости даже Athlon 64 3500+.

Офисные приложения

При работе в Microsoft Office скорость процессора оказывает небольшое влияние на производительность системы в целом.

Зато рендеринг веб-страниц в одном из самых популярных броузеров Mozilla (движок которого используется и в ещё более распространенном FireFox) на процессорах семейства Athlon 64 выполняется значительно быстрее, чем на конкурирующих CPU от Intel.

Впрочем, если во время работы с броузером в фоновом режиме выполняется какой-либо другой процесс, сильно загружающий ресурсы компьютера, результаты Pentium 4 оказываются несколько лучше, благодаря поддержке этими процессорами технологии Hyper-Threading.

Как видим, производительность ещё одного распространённого приложения, Nero, предназначенного для записи CD и DVD дисков также мало зависит от производительности центрального процессора.

Сжатие данных

Скорость работы приложений для сжатия данных напрямую зависит от тех алгоритмов, которые используются в этих приложениях. Как видим, WinZip несколько лучше оптимизирован для процессоров Intel, зато в WinRAR чудеса быстродействия показывают CPU семейства Athlon 64.
Кстати, по данным WinRAR, очень чутко реагирующего на любые изменения в архитектуре системы, увеличение кеш-памяти второго уровня даёт очень небольшой эффект: всего лишь порядка 3%.

Кодирование аудио и видео

В задачах кодирования видео традиционно выигрывают процессоры семейства Pentium 4. Приложения, используемые для сжатия видео контента, хорошо оптимизированы для NetBurst архитектуры и зачатую используют набор инструкций SSE3, который реально может увеличить производительность в программах этого рода. Поэтому, мы вновь вынуждены констатировать тот факт, что равных Pentium 4 при кодировании видео нет.
Что же касается кодирования аудио в формат mp3, то с этим процессом CPU от Intel и AMD справляются примерно с одинаковой скоростью.
Хочется отметить, что в задачах кодирования аудио и видео контента процессоры Pentium 4 6XX оказываются лишь немного быстрее, чем Pentium 4 5XX. Двукратное увеличение объёма кеш-памяти второго уровня в приложениях такого рода даёт прирост производительности менее 1%.

Редактирование изображений

Соотношение производительности между процессорами и в ACDSee, обладающем простейшими пакетными функциями для редактирования изображений, и в полновесном Adobe Photoshop примерно одинакова. Работа с изображениями на процессорах семейства Athlon 64 выполняется несколько быстрее, нежели на конкурирующих продуктах от Intel.
При этом мы вновь должны констатировать, что CPU семейства Pentium 4 6XX в приложениях этого типа опережают процессоры серии Pentium 4 5XX лишь на десятые доли процента. То есть, и в графических редакторах эффект от увеличения кеш-памяти в процессорах с ядром Prescott 2M проявляется весьма слабо.

Редактирование видео

Процессоры семейства Athlon 64 сильны именно благодаря своей вычислительной мощности. Поэтому их победа в специализированных пакетах для математических расчётов вполне закономерна.
Интересно же в этих тестах другое. Во-первых, Mathematica оказывается одним из немногих приложений, в котором размер кеш-памяти второго уровня имеет большое значение. Так преимущество процессоров с ядром Prescott 2M над процессорами с ядром Prescott, работающими на одинаковой тактовой частоте, оказывается порядка 7%, а это чуть ли не максимальное значение, наблюдаемое нами в данном тестировании. Во-вторых, Matematica очень лояльно отнеслась к процессору Pentium 4 Extreme Edition 3.46 ГГц, основанному на устаревшем 130 нм ядре Gallatin. Как видим, этот процессор, несмотря на свою относительно невысокую тактовую частоту, является в данном приложении лидером среди всех CPU от Intel.
Что же касается пакета MATLAB, то наблюдаемая в нём картина вполне привычна, поэтому полученные здесь результаты вряд ли нуждаются в дополнительных комментариях.
Производительность при финальном рендеринге в Lightwave очень сильно зависит от типа стоящегося изображения. В зависимости от этого в лидерах могут быть как процессоры Athlon 64, так и Pentium 4.
При этом заметим, что в любых задачах 3D рендеринга объём кеш-памяти второго уровня оказывает небольшое влияние на конечный результат. Этот относится как к процессорам Pentium 4 6XX, так и к Athlon 64 с мегабайтным L2 кешем.
Кроме того, обратите внимание на то, что в Lightwave процессоры Pentium 4 6XX проигрывают Pentium 4 5XX, работающим на аналогичной частоте. Скорее всего, этот факт объясняется именно большей медлительностью кеш-памяти второго уровня, реализованной в ядре Prescott 2M.

Выводы

В рамках данного обзора мы познакомились с семейством новых процессоров Intel, использующих в своей основе ядро Prescott 2M. Хотя на первый взгляд основным преимуществом этого ядра является увеличенный до 2 Мбайт L2 кеш, на деле процессоры на базе этого ядра содержат гораздо больше интересных нововведений, чем это кажется на первый взгляд. CPU линейки Pentium 4 6XX, являющиеся основными носителями ядра Prescott 2M на сегодняшний день, обладают не просто большей кеш-памятью, чем их предшественники, они снабжены рядом новых технологий, расширяющих их функциональность.
Тут в первую очередь следует отметить, что Pentium 4 6XX стали первыми массовыми CPU от Intel для настольных компьютеров, поддерживающими 64-битные расширения архитектуры x86. В свете скорого появления 64-битных пользовательских операционных систем, и в первую очередь Windows XP Professional x64 Edition, Intel поддержал инициативу AMD по внедрению архитектуры x86-64 и снабдил свои CPU соответствующими расширениями. Таким образом, теперь поддержка x86-64 прекращает быть прерогативой исключительно процессоров Athlon 64: конкурирующие продукты от Intel, процессоры Pentium 4 6XX теперь также имеют возможность работать с 64-битными приложениями и поддерживать более 4 Гбайт оперативной памяти.
Аналогичные 64-битные расширения архитектуры x86 получили и процессоры Pentium 4 Extreme Edition. Новая модель в этом семействе, Pentium 4 Extreme Edition 3.73 ГГц, которая основывается на новом ядре Prescott 2M, также поддерживает x86-64.
Нельзя обойти вниманием и тот факт, что новые процессоры Pentium 4 6XX получили в свое распоряжение набор технологий Demand Based Switching, благодаря которым снижается тепловыделение и энергопотребление этих процессоров в те моменты, когда от CPU не требуется работа "на пике своих возможностей". В процессорах семейства Pentium 4 6XX реализованы технологии C1E, TM2 и EIST и благодаря этому набору CPU данного типа большинство времени работают на частоте 2.8 ГГц при пониженном напряжении питания, разгоняясь до номинальной частоты лишь в те моменты, когда от системы необходима максимальная производительность.
Именно такой набор новых возможностей, реализованных в процессорах Pentium 4 6XX, позволил Intel установить на них достаточно высокие цены по сравнению с их предшественниками, Pentium 4 5XX с обычным ядром Prescott. Вот выдержка из нового официального прайс-листа (цены процессоров за 1 тыс. шт.):

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.

Что же касается традиционного восприятия новых CPU, а именно их производительности, то нельзя сказать, что появление Pentium 4 "шестисотой серии" как-то повлияло на расстановку сил на процессорном рынке. Пока тактовая частота этих CPU уступает тактовой частоте старших процессоров Pentium 4 5XX, а увеличенный кеш второго уровня лишь незначительно позволяет поднять быстродействие. На графике ниже мы приводим относительную производительность Pentium 4 660 по сравнению с производительностью аналогичного по тактовой частоте процессора Pentium 4 560, основанного на обычном ядре Prescott с кеш-памятью второго уровня объёмом 1 Мбайт:

Как видим, в большинстве случаев эффект от увеличенной в два раза кеш-памяти второго уровня не превосходит 5%. Именно поэтому на сегодняшний день Pentium 4 570 с тактовой частотой 3.8 ГГц и кеш-памятью второго уровня 1 Мбайт следует считать более производительным CPU, нежели Pentium 4 660 с тактовой частотой 3.6 ГГц и 2-мегабайтной кеш-памятью. Сильные же стороны Pentium 4 6XX заключаются в первую очередь в поддержке EM64T и в наборе технологий C1E, TM2 и EIST.
Что же касается процессора Pentium 4 Extreme Edition 3.73 ГГц, то он приходит на смену Pentium 4 Extreme Edition 3.46 ГГц, основанному на ядре Gallatin. Смена ядра, перенос 2 Мбайт кеша с третьего уровня на второй и ощутимое увеличение тактовой частоты возымели своё дело и в целом, новый Extreme Edition стал побыстрее старого:

Однако данная картина наблюдается далеко не всегда и, более того, в игровых приложениях, на работу в которых в первую очередь и нацелены процессоры серии Extreme Edition, новый Pentium 4 Extreme Edition 3.73 ГГц не обгоняет своего предшественника. Все-таки 130 нм ядро Northwood и его производная Gallatin, использовавшаяся в Pentium 4 Extreme Edition 3.46 ГГц, в игровых приложениях работает более эффективно, нежели любой из Prescott.
Впрочем, вновь не следует забывать о том, что неоспоримым преимуществом Pentium 4 Extreme Edition 3.73 ГГц является поддержка 64-битных расширений EM64T.
Что же касается общей расстановки сил "AMD против Intel", то теперь мы можем констатировать, что по своим возможностям процессоры на ядре Prescott 2M уровнялись с процессорами Athlon 64. Так, взамен 64-битных расширений AMD64 у Athlon 64, в процессорах Pentium 4 6XX появились расширения EM64T. Аналогом технологии Cool"n"Quiet от AMD стала технология EIST от Intel, а кроме того процессоры Intel получили поддержку NX-бита (в терминах Intel XD-бита).
Производительность же старших моделей процессоров от Intel при этом пока всё ещё уступает скорости старших процессоров Athlon 64. Хотя, Pentium 4 продолжают лидировать в традиционных для себя областях, как то кодирование видео данных или финальный рендеринг, в большинстве приложений, а в первую очередь в играх, CPU от AMD показывают более высокое быстродействие.

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:

• Pentium 4 3,40 GHz ("старое" ядро Northwood);
• Pentium 4 Extreme Edition 3,40 GHz;
• целых четыре представителя новой линейки с ядром Prescott (кстати, ударение
  на первом слоге) — 3,40E, 3,20E, 3,0E и 2,80E GHz, изготовленные по 90-нанометровой
  технологии и оснащенные кэшем второго уровня объемом 1 MB.

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:

• Перевод производства кристаллов на техпроцесс 90 нм.
• Возросшая длина конвейера (с 20 до 31 стадии).
• Вдвое увеличенные кэши L1 (кэш данных — с 8 до 16 KB) и L2 (с 512 KB до
  1 MB).
• Изменения в архитектуре:
  -модифицированный блок предсказания переходов;
  -усовершенствованная логика работы L1-кэша (улучшенная предварительная выборка
  данных);
  -появление новых блоков в процессоре;
  -увеличенный объем некоторых буферов.
• Усовершенствованная технология Hyper-Threading.
• Появление поддержки нового набора SIMD-инструкций SSE3 (13 новых команд).

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:

• быстрое преобразование вещественного числа в целое (fisttp );
• сложные арифметические вычисления (addsubps, addsubpd, movsldup, movshdup,
  movddup );
• кодирование видео (lddqu );
• обработка графики (haddps, hsubps, haddpd, hsubpd );
• синхронизация потоков (monitor, mwait ).

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…

Серия процессоров Intel Pentium 4 является наиболее удачной, если сравнивать с другими модификациями разработчика, так как на протяжении многих лет работы было доказано право на ее существование. В представленной статье можно узнать о том, чем отличаются данные процессоры, ознакомиться с их техническими характеристиками.

Благодаря результатам проведенного тестирования и отзывам можно определиться с выбором.

Гонка за частотами

Поколения процессоров постоянно сменяются одно за другим за счет гонке разработчиков за частотами. Конечно, появились и новые технологии, однако были не на первом плане. Таким образом, не только пользователи, но и производители прекрасно понимали, что в один прекрасный день будет достигнута эффективная частота процессора. Это произошло после выхода в свет четвёртого поколения Intel Pentium.

Частота функционирования одного ядра в 4 GHz стала пределом. Это произошло по той причине, что кристаллу для работы необходимо было много электроэнергии. Таким образом, рассеиваемая мощность в форме колоссального тепловыделения поставила под сомнение функционирование всей системы. Дальнейшие модификации процессоров Intel и аналоги соперников стали производиться в районе 4 ГГц. Следует также упомянуть про технологии, в которых использовалось нескольких ядер, а также о внедрении специальных инструкций, способных оптимизировать работу по обработке данных.

Первый блин комом

В области высоких технологий монополия на рынке не привела ни к чему хорошему. Это подтверждают многочисленные производители электроники, которые смогли убедиться в этом на собственном опыте. Но компании Intel и Rambus приняли решение хорошо заработать. В результате был выпущен совместный продукт, подающий большие надежды. Таким образом, свет увидел первый процессор Intel Pentium 4, работающий на Socket 423 и на достаточно высокой скорости общался с оперативной памятью Rambus. В результате многие пользователи захотели стать обладателями этого быстрого компьютера. Правда, эти две компании так и не стали монополистами на рынке.

Этому стало помехой открытие двухканального режима памяти. Результаты проведенного тестирования показали высокий прирост производительности. Таким образом, новой технологией сразу заинтересовались все разработчики компьютерных комплектующих. А Что касается первого процессора Pentium 4, он и сокет 423 стали историей, так как производителем не была обеспечена платформа возможностью модернизации. На сегодняшний день комплектующие под данную платформу являются востребованными. Оказывается, несколько государственных предприятий закупили сверхбыстрые компьютеры. Таким образом, замена комплектующих несколько дешевле полного апгрейда.

Шаг в правильном направлении

Большинство обладателей персональных компьютеров, играющих в игры и предпочитающих работать с документацией и смотреть мультимедиа контент, имеют установленный Intel Pentium 4 (Socket 478). Многие тесты, которые были проведены профессионалами и энтузиастами, свидетельствуют о том, что мощности этой платформы вполне хватает для выполнения всех задач, поставленных перед рядовым пользователем. Такая платформа задействует две модификации ядер:

Willamette;
Prescott.

Их характеристики свидетельствуют о том, что отличия между двумя процессорами небольшие. Последняя модификация предусматривает поддержку 13 новых инструкций, предназначенных для оптимизации данных, которые получили краткое название SSE3. Частотный диапазон функционирования кристаллов пребывает в промежутке 1,4-3,4 ГГц, что вполне удовлетворяет требования рынка. Разработчик пошел на риск и ввел дополнительную ветку процессоров под сокет 478. Данные устройства должны были привлечь внимание ценителей игр и оверлокеров. Новая серия стала называться Intel Pentium 4 CPU Extreme Edition.

Плюсы и минусы 478 сокета

Отзывы ИТ-специалистов свидетельствуют о том, что процессор Intel Pentium 4, который функционирует на платформе 478 сокета, до сих пор считается востребованным. Далеко не каждый пользователь может позволить себе модернизацию, требующую покупки трёх базовых комплектующих. Стоит отметить, что для решения многих задач, предназначенных для улучшения производительности всей системы, стоит просто установить более мощный кристалл. Хорошо, что вторичный рынок ими переполнен, так как процессор долговечнее даже материнской платы.

Если разрабатывать апгрейд, первостепенное внимание следует уделить наиболее мощным представителям этой категории Extreme Edition, которые сегодня показывают высокие результаты при проведении проверки на производительность. В качестве минусов процессоров под Socket 478 стоит выделить рассеиваемую мощность, требующую достойного охлаждения. Таким образом, к расходам пользователя добавляется и потребность покупки достойного кулера.

Процессоры по низкой стоимости

Наверняка, многие пользователи сталкивались с моделями процессоров Intel Pentium 4, представленными на рынке. Они имеют в маркировке надпись Celeron. Данные устройства являются младшей линейкой агрегатов, которые обладают меньшей мощностью благодаря уменьшению инструкций, а также отключения блоков внутренней памяти микропроцессора (кэш). Intel Celeron предусмотрен для пользователей, которым важна в первую очередь стоимость компьютера, а не его производительность. Многие владельцы подобных устройств высказывают мнение, что младшая линейка процессоров считается отбраковкой в ходе производства кристаллов Intel Pentium 4.

Это предположение возникло на рынке в 1999 году, когда некоторые энтузиасты доказали, что Pentium 2 и его младшая модель Celeron представляют собой один и тот же процессор. Правда, за прошлые годы ситуация сильно изменилась. Теперь разработчик обладает отдельной линией по выпуску сравнительно дешевого устройства, предназначенного для нетребовательных покупателей. Кроме того, стоит помнить о том, что существует еще конкурент AMD, претендующий на вытеснение компании Intel с рынка. Таким образом, все ценовые ниши должны быть заняты высококачественной продукцией.

Новый виток эволюции

Большинство специалистов, работающих в области компьютерных технологий, имеют мнение, что именно возникновение на рынке процессора Intel Pentium 4 Prescott ознаменовало начало эпохи устройств с несколькими ядрами, а также завершило гонку за гигагерцами. С внедрением новых технологий разработчику потребовалось перейти на сокет 775, который и позволил раскрыть потенциал персональных компьютеров в работе с программами и динамическими играми, нуждающимися в больших объемах ресурсов.

Данные статистики свидетельствуют о том, что более 50% всех устройств, существующих на планете, способны работать на легендарном разъёме Socket 775, представленном компанией Intel. Выход процессора Intel Pentium D вызвал ажиотаж на рынке, так как у разработчика на одном ядре получалось запустить два потока инструкций, создавая тем самым прообраз двухъядерного устройства.

Данная технологи стала называться Hyper-threading. На сегодняшний день она является передовым решением в процессе производства кристаллов, обладающих высокой мощностью. Не стала останавливаться на достигнутом компания Intel и презентовала технологии Dual Core, Core 2 Duo и Core 2 Quad, имеющие на аппаратном уровне по несколько микропроцессоров на одном кристалле.

Двуликие процессоры

Если взять ориентир на критерий «цена-качество», то в преимуществе оказываются процессоры, имеющие два ядра. Они отличаются такими важными характеристиками, как низкая себестоимость и высокая производительность. Микропроцессоры Intel Pentium Dual Core и Core 2 Duo считаются наиболее продаваемыми в мире. Основное отличие заключается в том, что последний обладает двумя физическими ядрами, работающими независимо друг от друга. Что касается процессора Dual Core, он выполнен в виде двух контроллеров, установленных на одном кристалле, совместная работа которых неразрывно связана между собой.

Правда, частотный диапазон устройств, обладающих двумя ядрами, слегка занижен и находится в промежутке 2-2,66 ГГц. Основная проблема заключается в рассеиваемой мощности кристалла. Он довольно сильно нагревается на повышенных частотах. В качестве примера можно привести восьмую линейку Intel Pentium D (D820-D840). Они первыми получили два раздельных ядра, а также рабочие частоты, превышающие 3 ГГц. Потребляемая мощность данных процессоров достигает около 130 Вт.

Перебор с четырьмя ядрами

Усовершенствованные устройства, имеющие четыре ядра ядрами Intel(R) Pentium(R) 4 были рассчитаны на потребителей, которые стремятся приобрести комплектующие с запасом на будущее. Но рынок программного обеспечения вдруг остановился. Таким образом, разработка, тестирование, а также внедрение приложений осуществляется для оборудования, которые имеют одно или два ядра максимум. Что же делать с системами, которые обладают 6, 8 и более микропроцессорами?

Это обыкновенный маркетинговый ход, который ориентирован на потенциальных покупателей, желающих приобрести компьютер или ноутбук самой высокой мощности, существующей в мире. Можно провести аналогию с мегапикселями на фотоаппарате – лучшим оказывается не тот, на котором написано 20 Мп, а устройство с большей матрицей и фокусным расстоянием. В процессорах значение имеет набор инструкций, обрабатывающиеся программным кодом приложения. Они и выдают результат пользователю.

Таким образом, программисты должны оптимизировать этот ход, чтобы микропроцессор его без проблем и с высокой скоростью мог обработать. Стоит отметить, что слабых компьютеров на рынке много, поэтому производителям становится выгодно разрабатывать нересурсоёмкие программы. Из этого можно сделать вывод, что большая мощность компьютера на этом этапе эволюции не требуется.

Советы по модернизации

Обладателям процессора Intel Pentium 4 (775 сокет), которые хотят провести модернизацию с минимальными затратами, рекомендуется посмотреть в сторону вторичного рынка. Сначала необходимо ознакомиться с техническими характеристиками материнской платы, установленной в системе. Совершить это легко на официальном сайте разработчика. Там следует найти раздел «поддержка процессоров». Затем в средствах массовой информации нужно отыскать таблицу производительности процессоров, а после этого сравнить ее с характеристиками материнской платы, отобрав несколько оптимальных вариантов. Также необходимо изучить отзывы по выбранным устройствам.

Затем предлагается приступить к поиску требуемого процессора, который уже был в употреблении. Для большинства платформ, где осуществляется поддержка работы микропроцессоров с четырьмя ядрами, желательно устанавливать Intel Core Quad 6600. Когда система способна работать лишь с двухъядерными кристаллами, следует найти серверный вариант Intel Xeon или инструмент, предназначенный для оверлокера Intel Extreme Edition. Их цена на рынке пребывает в промежутке 800-1000 рублей, что значительно дешевле любого апгрейда.

Рынок мобильных устройств

Кроме стационарных компьютеров, процессоры Intel Pentium 4 могут быть установлены на ноутбуки. Для этого разработчики предусмотрели отдельную линейку, которая в собственной маркировке содержала букву «М». Что касается характеристик мобильных процессоров, они были аналогичны стационарным компьютерам. Правда, наблюдался заниженный частотный диапазон. Таким образом, наибольшей мощностью среди процессоров для ноутбуков обладает Pentium 4M 2,66 ГГц. Хотя, с развитием платформ в мобильных версиях настолько все напутано, что даже сам разработчик Intel до сегодняшнего дня не предоставил дерево развития процессоров на собственном официальном сайте.

С применением 478-контактной платформы в ноутбуках компания изменяла только технологию обработки процессорного кода. Как результат, на одном сокете получается развести множество процессоров. Наибольшей популярностью, о чем свидетельствуют данные статистики, пользуется кристалл Intel Pentium Dual Core. Стоит отметить, что он является самым дешёвым устройством в производстве, а его рассеиваемая мощность достаточно мала, если сравнивать с аналогами.

Гонка за энергосбережением

Следует заметить, что для компьютеров потребляемая процессором мощность не считается критичной для системы. В ситуации с ноутбуком дело обстоит несколько иначе. В данном случае устройства Intel Pentium 4 вытеснены менее энергозависимыми микропроцессорами. Если пользователь ознакомится с тестами мобильных процессоров, он сможет убедиться, что по производительности старый Core 2 Quad, входящий в линейку Pentium 4, не особо отстаёт от современного кристалла Core i5. Что касается энергопотребления последнего, оно в 3,5 раза меньше. Таким образом, различие отражается на автономности работы устройства. Если проследить за рынком мобильных процессоров, легко определить, что разработчик снова вернулся к технологиям, которые были популярны в прошлом десятилетии.