Пентиум r 4. Процессоры Intel Pentium4 LGA775

Мне надоело подзадержавшееся информационное сообщение, о том, что в базе данных по разгонам столько-то результатов, а нашей Лабораторией проверено всего 113 процессоров, да и цифра какая-то некрасивая. Давно мы не тестировали камни на разгон и я решил взять несколько. Сначала собирался взять Р4 2.4С и 2.6 ГГц, благо разницы в стоимости между ними почти нет, а цена опустилась ниже двухсот долларов, но потом посмотрел статью Сводная статистика разгона Intel Pentium 4 и Celeron на ядре Northwood и понял, что именно их больше всего тестируют. Процессоров с частотой 2.8 ГГц в наличии не оказалось и вместо них мне привезли три процессора Intel Pentium 4 3.0 ГГц. Все процессоры собраны в Малайзии на основе ядра Northwood степпинга D1, украшены маркировкой SL6WK и их номинальное напряжение 1.525В.

Тестовая система вам хорошо знакома:

• Материнская плата – Asus P4P800, rev 1.02, BIOS 1009
• Процессор – Intel Pentium 4 3.0Ghz
• Видеокарта – ATI Radeon 9700Pro
• Память – 2x256 МБ Kingston PC3500 HyperX
• Жёсткий диск – IBM DTLA 305020
• Кулер – Zalman CNPS-7000A-Cu
• Термопаста – КПТ-8
• Операционная система – MS Windows XP SP1, Catalyst 3.9

Как всегда, прежде чем приступить к детальной проверке, я выбираю самый разгоняемый экземпляр. Вот и на этот раз, я прикинул, что расчётной частоты в 3.6 ГГц процессоры должны достичь при FSB 240 МГц, однако начал с осторожных 230 МГц. Частота работы памяти, чтобы не мешать разгону, была снижена. Процессор работал, он загружал Windows и при 235 МГц, и при 240 МГц, а вот при 250 МГц способен был только стартовать. Молодец! Процессор был отложен в сторону и я приступил к проверке второго.

Второй меня сразу разочаровал, так как оказался неспособен загрузить Windows даже при 240 МГц, поэтому в дальнейших тестах он участие не принимал. Третий процессор вёл себя так же, как первый и с ним я начал более тщательную проверку. Максимум, на что он оказался способен – это 247 МГц по шине.

При этой частоте оказалось возможным снять и обработать скриншот, однако о надёжной и стабильной работе речь не шла, процессор сразу вываливался из тестов. Кстати, на этот раз в качестве проверяющей программы я использовал цикл процессорных тестов из PCMark04. Во время проверки материнской платы EPoX EP-4PDA2V я обнаружил, что при повышении напряжения на 0.5 В процессор на ней работает вроде бы стабильно, проходит тесты, а вот из PCMark04 вываливается. Сбой происходил где-то в районе десятого теста, если не ошибаюсь, там что-то распаковывается или наоборот, архивируется. Только поднятие напряжения ещё на 0.025 В позволило избавиться от ошибок и пройти весь цикл тестов полностью. Меня это впечатлило и я стал тестировать процессоры с помощью PCMark04. Конечно, 100%-ной гарантии эта программа всё равно не даст, но всё же проверяет процессор комплексно, в различных тестах.

По результатам проверки выяснилось, что наш третий процессор Intel Pentium 4 3.0Ghz проходит тесты при частоте шины 243 МГц. Хорошо, 3645 МГц – это результат неплохой, вернёмся к тестам первого процессора. Он оказался несколько слабее и показал стабильную работу только при FSB 238 МГц, что составило 3570 МГц реальной процессорной частоты.

Итак, результатами проверки процессоров Intel Pentium 4 3.0Ghz я в общих чертах удовлетворён. Их предел разгона находится в районе 3.5-3.6 ГГц, как и у младших процессоров, зато множитель х15 позволяет не задирать чрезмерно частоту шины. А это значит, что мы можем разгонять синхронно с памятью, если найдём такую, что согласится работать при частоте 235-245 МГц, а это вполне реально. Самым серьёзным минусом этих процессоров по-прежнему остаётся стоимость, которая на сегодняшний день составляет около трёхсот долларов .

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.

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…

Семейство процессоров Pentium 4 производства компании Intel долгое время было, без преувеличения, самым популярным в мире настоль­ных компьютеров. Даже само слово «Pentium» в устах не сильно разбирающихся в компьютерах людей означало скорость и мощность их компьютера. Среди преимуществ Pentium 4 - низкая цена, высокая производительность и относительно малое энергопотребление (в зависимости от рабочей тактовой частоты процессора). Pentium 4 устанавливаются в гнездо Socket 478 или LGA755

Процессоры Pentium 4 созданы на базе микро архитектуры Intel NetBurst, обеспечивающей поддержку ряда возможностей, таких как технологии HyperThreading (о ней мы поговорим немного позже), системной шины FSB с частотой 400/533/800 МГц, потоковых инструкций SSE2, функций расширенного динамического выполнения и оптимизированной передачи данных кеш-памяти. Кроме того, процессоры Pentium 4, созданные с помощью 0,09-микронной технологии, поддерживают потоковые инструкции SSE3.

Инструкции SSE, SSE2 и SSE3 являются расширением технологии ММХ и содержат ряд команд для работы с графикой и звуком, вычислений с плавающей запятой и целыми числами, управления кеш-памятью. Эти инструкции позволяют более эффективно работать с трехмерной графикой потоковыми аудио- и видео данными (например, при воспроизведении DVD), декодировать файлы форматов MPEG2 и MPEG3 (MP3). При этом наилучший результат использования SSE достигается в том случае, если поддержка SSE реализована на уровне приложения.

В настоящее время на рынке представлены самые разнообразные процессоры Pentium 4, в многообразии которых легко запутаться. Существует два основных семейства Pentium 4 - 5хх и 6хх , где х - это номерное обозначение типа процессора.

В семейство 5хх входят процессоры 570, 560, 550, 540, 530 и 520, с поддержкой технологии НТ и кеш-памятью второго уровня объемом 1 Мбайт. В свою очередь, в семейство 6хх входят процессоры 672, 662, 660, 650, 640, также поддерживающие технологию НТ и оснащенные кеш-памятью второго уровня объемом 2 Мбайт, а также обеспечивающие поддержку технологий Intel Enhanced SpeedStep, ЕМ64Т и Execute Disable Bit (NX бит).

Технологии intel Pentium 4

Технология Enhanced SpeedStep позволяет сократить энергопотребление системы методом автоматического снижения тактовой частоты процессора для рабочих приложений. Благодаря этой технологии решаются проблемы энергосбережения и охлаждения современных настольных компьютеров. Технология Intel Enhanced SpeedStep поддерживается семейством процессоров Pentium 4 бхх и Pentium D.

Все процессоры Pentium 4 являются 32-разрядными . Тем не менее благодаря технологии ЕМ64Т , доступной в новом семействе процессоров Pentium 4 бхх, в этих процессорах реализована поддержка 64-разрядных приложений. О том, чем отличаются 32- и 64-разрядные приложения, можно узнать в разделе «Athlon 64». Основное преимущество технологии ЕМ64Т - это возможность установки на компьютере оперативной памя­ти, общий объем которой будет больше 4 Гбайт (поскольку 4 Гбайт - это максимальный объем оперативной памяти, который можно адресовать в 32-разрядной операционной системе).

Технология Execute Disable Bit (NX-бит) позволяет запретить выполнение программного кода, который расположен в областях памяти, предназначенных для размещения данных. Многие вирусы, обычные и «троянские», могут вызвать программную ошибку, известную как переполнение буфера, в и замаскировать разрушительный программный код под данные, которые могут быть использованы операционной системой. Для предотвращения подобного сценария и нужен NX-бит , который усиливает защиту системы и снижает вероятность успешного внедрения вируса. Аналогичная технология существует и для Athlon 64; она называется Enhanced Virus Protection.

В приведенной ниже таблице содержатся характеристики основных процессоров Pentium 4. Следует отметить, что в табл. представлены лишь некоторые модели Pentium 4. Для получения более полного списка всех доступных моделей можно посетить Web-узел Intel по адресу www.intel.ru

Таблица. Процессоры Pentium 4 Тактовая процессора, Тактовая частота шины FSB, МГц Объем кеш- памяти L2, Кбайт Поддержка Поддержка Для гнезда LGA775 Для гнезда Socket 478

Как видите, наиболее производительными являются процессоры семейства Pentium 4 6хх, обладающие кеш-памятью L2 объемом 2 Мбайт, повсеместной поддержкой технологий HyperThreading, Enhanced SpeedStep, ЕМ64Т и NX-бита . Кроме того, обратите внимание на то, что процессоры для гнезда Socket 478, обладающие одинаковой тактовой частотой, имеют различные значения тактовой частоты шины FSB и объема кеш-памяти L2.

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

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

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

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

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

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

Новый процессор нагревается чуть сильнее.

Pentium 4: обзор моделей

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

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

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

Процессор	FSB	Частота ядра	Ядро	HT
Pentium 4	400 МГц	2,0, 2,2, 2,4, 2,6 ГГц	Northwood	Нет
Pentium 4 B	533 МГц	2,4 ГГц	Northwood	Нет
Pentium 4	533 МГц	2,26, 2,53, 2,66, 2,8 ГГц	Northwood	Нет
Pentium 4	533 МГц	3,06 ГГц	Northwood	Да
Pentium 4 C	800 МГц	2,4, 2,6, 2,8 ГГц	Northwood	Да
Pentium 4	800 МГц	3,0, 3,2, 3,4 ГГц	Northwood	Да
Pentium 4 A	533 МГц	2,8 ГГц	Prescott	Нет
Pentium 4 E	800 МГц	2,8, 3,0, 3,2, 3,4 ГГц	Prescott	Да

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

Intel вводит номера моделей

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

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

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

	Мобильные процессоры	Настольные процессоры
Производительный сегмент рынка	Pentium M 755 (2,0 ГГц) Pentium M 745 (1,8 ГГц) Pentium M 735 (1,7 ГГц) Pentium M 725 (1,6 ГГц) Pentium M 715 (1,5 ГГц)	Pentium 4 Extreme Edition
Массовый сегмент рынка	Pentium 4 Mobile	Pentium 4 560 (3,6 ГГц) Pentium 4 550 (3,4 ГГц) Pentium 4 540 (3,2 ГГц) Pentium 4 530 (3,0 ГГц) Pentium 4 520 (2,8 ГГц)
"Бюджетный" сегмент рынка	Celeron M 340 (1,5 ГГц) Celeron M 330 (1,4 ГГц) Celeron M 320 (1,3 ГГц)	Celeron D 340 (2,93 ГГц) Celeron D 330 (2,8 ГГц) Celeron D 320 (2,66 ГГц) Celeron D 310 (2,53 ГГц)