Интел пентиум 4 3 ггц. Системное ПО и драйверы устройств

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 ШД	64 бит
Аппаратная предвыборка данных	есть
Количество

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.

Казалось бы не так уж и давно вышел Pentium 4 2,8 ГГц, но неугомонная компания Intel видать настолько горда способностью своего нового процессорного ядра к постоянному «разгону», что не дает нам покоя анонсами все новых и новых процессоров:). Однако сегодняшний наш герой отличается от предыдущей топовой модели не только на 200 с небольшим мегагерц — то, о чем давно мечтали некоторые особо продвинутые пользователи, наконец-то свершилось: технология эмуляции двух процессоров на одном процессорном ядре, ранее бывшая достоянием лишь сверхдорогих Xeon, наконец-то «освобождена» и отправлена в «свободное десктопное плавание». Хотите двухпроцессорный домашний компьютер? Их есть у нас! Все последующие модели Pentium 4, начиная с рассматриваемой в этом материале, будут обладать поддержкой Hyper-Threading. Однако кто-то может вполне резонно поинтересоваться: «А зачем мне двухпроцессорная машина дома? У меня же не сервер какой-нибудь!». И действительно — зачем? Именно это мы и постарались объяснить ниже. Итак: Hyper-Threading — что это такое и зачем он может быть нужен в обычных персональных компьютерах?

SMP и Hyper-Threading: «галопом по европам»

Для начала, давайте сделаем вид, что начинаем «с чистого листа» т. е. механизмы функционирования многопроцессорных систем нам неизвестны. Мы не собираемся начинать данной статьей цикл монографий, посвященных этому вопросу:), поэтому сложных моментов, связанных, к примеру, с виртуализацией прерываний и прочими вещами, трогать не будем. Фактически, нам нужно просто представлять как работает классическая SMP(Symmetric Multi-Processor)-система с точки зрения обычной логики. Нужно это хотя бы потому, что не так уж велико количество пользователей, хорошо себе представляющих как работает SMP-система, и в каких случаях от использования двух процессоров вместо одного можно ожидать реального увеличения быстродействия, а в каких — нет. Честное слово, один из авторов этого материала как-то угробил часа полтора времени, доказывая своему, скажем так, «не бедному» другу, что Unreal Tournament у него на многопроцессорной машине будет работать ничуть не быстрее, чем на обычной:). Смешно? Уверяю вас — только со стороны. Итак, представим, что у нас есть, к примеру, два процессора (остановимся на этом, самом простом примере) вместо одного. Что это нам дает?

В общем-то… ничего. Потому что в дополнение к этому нам нужна еще и операционная система, умеющая эти два процессора задействовать. Система эта должна быть по определению многозадачной (иначе никакого смысла в наличии двух CPU просто быть не может), но кроме этого, ее ядро должно уметь распараллеливать вычисления на несколько CPU. Классическим примером многозадачной ОС, которая этого делать не умеет, являются все ОС от Microsoft, называемые обычно для краткости «Windows 9x» — 95, 95OSR2, 98, 98SE, Me. Они просто-напросто не могут определить наличие более чем одного процессора в системе… ну и, собственно, дальше объяснять уже нечего:). Поддержкой SMP обладают ОС этого же производителя, построенные на ядре NT: Windows NT 4, Windows 2000, Windows XP. Также в силу своих корней, этой поддержкой обладают все ОС, основанные на идеологии Unix — всевозможные Free- Net- BSD, коммерческие Unix (такие как Solaris, HP-UX, AIX), и многочисленные разновидности Linux. Да, к слову — MS DOS многопроцессорность в общем случае тоже «не понимает»:).

Если же два процессора все же определились системой, то дальнейший механизм их задействования в общем-то (на «логическом», подчеркнем, уровне!) довольно-таки прост. Если в данный момент времени исполняется одно приложение — то все ресурсы одного процессора будут отданы ему, второй же будет просто простаивать. Если приложений стало два — второе будет отдано на исполнение второму CPU, так что по идее скорость выполнения первого уменьшиться не должна вообще никак. Это в примитиве. Однако на самом деле все сложнее. Для начала: исполняемое пользовательское приложение у нас может быть запущено всего одно, но количество процессов (т. е. фрагментов машинного кода, предназначенных для выполнения некой задачи) в многозадачной ОС всегда намного больше. Начнем с того, что сама ОС — это тоже приложение… ну и не будем углубляться — логика понятна. Поэтому на самом деле второй CPU способен немного «помочь» даже одиночной задаче, взяв на себя обслуживание процессов, порожденных операционной системой. Опять-таки, к слову об упрощениях — именно так, идеально, разделить CPU между пользовательским приложением и ОС, конечно, все равно не получится, но, по крайней мере, процессор, занятый исполнением «полезной» задачи, будет меньше отвлекаться.

Кроме того, даже одно приложение может порождать потоки (threads), которые при наличии нескольких CPU могут исполняться на них по отдельности. Так, например, поступают почти все программы рендеринга — они специально писались с учетом возможности работы на многопроцессорных системах. Поэтому в случае использования потоков выигрыш от SMP иногда довольно весо м даже в «однозадачной» ситуации. По сути, поток отличается от процесса только двумя вещами — он во-первых никогда не порождается пользователем (процесс может запустить как система, так и человек, в последнем случае процесс = приложение; появление потока инициируется исключительно запущенным процессом), и во-вторых — поток умирает вместе с родительским процессом независимо от своего желания — к примеру, если родительский процесс «глюкнул и упал» — все порожденные им потоки ОС считает бесхозными и «прибивает» уже сама, автоматически.

Также не стоит забывать, что в классической SMP-системе оба процессора работают каждый со своим кэшем и набором регистров, но память у них общая. Поэтому если две задачи одновременно работают с ОЗУ, мешать они друг другу будут все равно, даже если CPU у каждой «свой собственный». Ну и наконец последнее: в реальности мы имеем дело не с одним, не с двумя, и даже не с тремя процессами. На приведенном коллаже (это действительно коллаж, потому что со скриншота Task Manager были удалены все пользовательские процессы, т. е. приложения, запускаемые «для работы») хорошо видно, что «голая» Windows XP, сама по себе, не запустив еще ни одного приложения, уже породила 12 процессов, причем многие из них к тому же еще и многопоточные, и общее количество потоков достигает двухсот восьми штук (!!!).

Поэтому рассчитывать на то, что нам удастся прийти к схеме «по собственному CPU на каждую задачу» совершенно не приходится, и переключаться между фрагментами кода процессоры будут все равно — и физические, и виртуальные, и будь они хоть виртуальные в квадрате и по 10 штук на каждое физическое ядро:). Впрочем, на самом деле все не так грустно — при грамотно написанном коде ничего в данный момент не делающий процесс (или поток) процессорного времени практически не занимает (это тоже видно на коллаже).

Теперь, разобравшись с «физической» многопроцессорностью, перейдем к Hyper-Threading. Фактически — это тоже многопроцессорность, только… виртуальная. Ибо процессор Pentium 4 на самом деле один — вот он, стоит в сокете, сверху кулер пришлепнут:). Второго сокета — нет. А процессоров ОС видит — два. Как это? В общем-то, очень просто. Смотрим на рисунок.

Здесь нам придется все-таки немного углубиться в технические детали, потому что иначе, увы, что-либо объяснить не получится. Впрочем, те, кому оные детали неинтересны, могут данный абзац просто пропустить. Итак, классическому «одноядерному» процессору в нашем случае добавили еще один блок AS — IA-32 Architectural State. Architectural State содержит состояние регистров (общего назначения, управляющих, APIC, служебных). Фактически, AS#1 плюс единственное физическое ядро (блоки предсказания ветвлений, ALU, FPU, SIMD-блоки и пр.) представляет из себя один логический процессор (LP1), а AS#2 плюс все то же физическое ядро — второй логический процессор (LP2). У каждого LP есть свой собственный контроллер прерываний (APIC — Advanced Programmable Interrupt Controller) и набор регистров. Для корректного использования регистров двумя LP существует специальная таблица — RAT (Register Alias Table), согласно данным в которой можно установить соответствие между регистрами общего назначения физического CPU. RAT у каждого LP своя. В результате мы получили схему, при которой на одном и том же ядре могут свободно выполняться два независимых фрагмента кода т. е. де-факто — многопроцессорную систему!

Hyper-Threading: совместимость

Кроме того, возвращаясь к вещам практическим и приземленным, хотелось бы затронуть еще один немаловажный аспект: не все ОС, даже поддерживающие многопроцессорность, могут работать с таким CPU как с двумя . Связано это с таким «тонким» моментом, как изначальное определение количества процессоров при инициализации операционной системы. Intel прямо говорит, что ОС без поддержки ACPI второй логический процессор увидеть не смогут. Кроме того, BIOS системной платы также должен уметь определять наличие процессора с поддержкой Hyper-Threading и соответствующим образом «рапортовать» системе. Фактически, применительно, к примеру, к Windows, это означает, что «в пролете» у нас оказывается не только линейка Windows 9x, но и Windows NT — последняя ввиду отсутствия поддержки ACPI не сможет работать с одним новым Pentium 4 как с двумя. А вот что приятно — это то, что несмотря на заблокированную возможность работы с двумя физическими процессорами, с двумя логическими, получаемыми с помощью Hyper-Threading, сможет работать Windows XP Home Edition. А Windows XP Professional, кстати, несмотря на ограничение количества физических процессоров до двух, при двух установленных CPU с поддержкой Hyper-Threading честно «видит» четыре:).

Теперь немного о «железе». То, что новые CPU с частотой более 3 ГГц могут потребовать замены системной платы, знают, наверное, уже все — земля (а точнее — Internet) слухами полнится уже давно. К сожалению, это на самом деле так. Даже при номинальном сохранении все того же процессорного разъема Socket 478 Intel не удалось оставить в неприкосновенности потребляемую мощность и тепловыделение новых процессоров — потребляют они больше, и греются, соответственно, тоже. Можно предположить (хоть это и не подтверждено официально), что увеличение потребления по току связано не только с ростом частоты, но и с тем, что из-за ожидаемого использования «виртуальной многопроцессорности» нагрузка на ядро в среднем вырастет, следовательно, возрастет и средняя потребляемая мощность. «Старые» системные платы в некоторых случаях могут быть совместимы с новыми CPU — но только если делались «с запасом». Грубо говоря, те производители, которые делали свои PCB в соответствии с рекомендациями самой Intel относительно потребляемой Pentium 4 мощности, оказались в проигрыше по отношению к тем, кто немного «перестраховался», поставив на плату VRM с запасом и соответствующим образом ее разведя. Но и это еще не все. Кроме ОС, BIOS и электроники платы, с технологией Hyper-Threading должен быть совместим еще и чипсет . Поэтому счастливыми обладателями двух процессоров по цене одного:) смогут стать только те, чья системная плата основана на одном из новых чипсетов с поддержкой 533 МГц FSB: i850E, i845E, i845PE/GE. Несколько особняком стоит i845G — первая ревизия этого набора микросхем Hyper-Threading не поддерживает , более поздняя — уже совместима.

Ну, вот, вроде бы с теорией и совместимостью разобрались. Но не будем спешить. ОК, у нас есть два «логических» процессора, у нас есть Hyper-Threading, вау! — это круто. Но как уже было сказано выше, физически у нас процессор как был один, так и остался. Зачем же тогда нужна такая сложная «эмуляционная» технология, отбрасывая то, что можно горделиво демонстрировать Task Manager с графиками загруженности двух CPU друзьям и знакомым?

Hyper-Threading: зачем она нужна?

Против обыкновения, в этой статье мы немного больше чем обычно уделим внимания рассуждениям т. е. не технической прозе (где все в общем-то довольно однозначно трактуется и на основании одних и тех же результатов совершенно независимые люди чаще всего делают тем не менее весьма похожие выводы), а «технической лирике» — т. е. попытке понять, что же такое нам предлагает Intel и как к этому следует относиться. Я уже неоднократно писал в «Колонке редактора» на нашем сайте, и повторю здесь, что эта компания, если внимательно посмотреть, никогда не отличалась абсолютным совершенством своих продуктов, более того — вариации на те же темы от других производителей подчас получались гораздо более интересными и концептуально стройными. Однако, как оказалось, абсолютно все делать совершенным и не нужно — главное чтобы чип олицетворял собой какую-то идею, и идея эта приходилась очень вовремя и к месту. И еще — чтобы ее просто не было у других.

Так было с Pentium, когда Intel противопоставила весьма шустрому в «целочисленке» AMD Am5x86 мощный FPU. Так было с Pentium II, который получил толстую шину и быстрый кэш второго уровня, благодаря чему за ним так и не смогли угнаться все процессоры Socket 7. Так было (ну, по крайней мере, я считаю это свершившимся фактом) и с Pentium 4, который противопоставил всем остальным наличие поддержки SSE2 и быстрый рост частоты — и тоже де-факто выиграл. Сейчас Intel предлагает нам Hyper-Threading. И мы отнюдь не призываем в священной истерике биться лбом о стенку и кричать «господи помилуй», «аллах велик» или «Intel rulez forever». Нет, мы просто предлагаем задуматься — почему производитель, известный грамотностью своих инженеров (ни слова про маркетологов! :)) и громадными суммами, которые он тратит на исследования, предлагает нам эту технологию.

Объявить Hyper-Threading «очередной маркетинговой штучкой», конечно, проще простого. Однако не стоит забывать, что это технология , она требует исследований, денег на разработку, времени, сил… Не проще ли было нанять за меньшую сумму еще одну сотню PR-менеджеров или сделать еще десяток красивых рекламных роликов? Видимо, не проще. А значит, «что-то в этом есть». Вот мы сейчас и попытаемся понять даже не то, что получилось в результате, а то, чем руководствовались разработчики IAG (Intel Architecture Group), когда принимали решение (а такое решение наверняка принималось!) — разрабатывать «эту интересную мысль» дальше, или отложить в сундук для идей забавных, но бесполезных.

Как ни странно, для того чтобы понять как функционирует Hyper-Threading, вполне достаточно понимать как работает… любая многозадачная операционная система. И действительно — ну ведь исполняет же каким-то образом один процессор сразу десятки задач? Этот «секрет» всем уже давно известен — на самом деле одновременно все равно выполняется только одна (на однопроцессорной системе), просто переключение между кусками кода разных задач выполняется настолько быстро, что создается иллюзия одновременной работы большого количества приложений.

По сути, Hyper-Threading предлагает нам то же самое, но реализована аппаратно, внутри самого CPU. Есть некоторое количество различных исполняющих блоков (ALU, MMU, FPU, SIMD), и есть два «одновременно» исполняемых фрагмента кода. Специальный блок отслеживает, какие команды из каждого фрагмента необходимо выполнить в данный момент, после чего проверяет, загружены ли работой все исполняющие блоки процессора. Если один из них простаивает, и именно он может исполнить эту команду — ему она и передается. Естественно, существует и механизм принудительного «посыла» команды на выполнение — в противном случае один процесс мог бы захватить весь процессор (все исполняющие блоки) и исполнение второго участка кода (исполняемого на втором «виртуальном CPU») было бы прервано. Насколько мы поняли, данный механизм (пока?) не является интеллектуальным т. е. не способен оперировать различными приоритетами, а просто чередует команды из двух разных цепочек в порядке живой очереди т. е. просто по принципу «я твою команду исполнил — теперь уступи место другому потоку». Если, конечно, не возникает ситуации, когда команды одной цепочки по исполняющим блокам нигде не конкурируют с командами другой. В этом случае мы получаем действительно на 100% параллельное исполнение двух фрагментов кода.

Теперь давайте подумаем, чем Hyper-Threading потенциально хороша, и чем — нет. Самое очевидное следствие ее применения — повышение коэффициента полезного действия процессора. Действительно — если одна из программ использует в основном целочисленную арифметику, а вторая — выполняет вычисления с плавающей точкой, то во время исполнения первой FPU просто ничего не делает, а во время исполнения второй — наоборот, ничего не делает ALU. Казалось бы, на этом можно закончить. Однако мы рассмотрели лишь идеальный (с точки зрения применения Hyper-Threading) вариант. Давайте теперь рассмотрим другой: обе программы задействуют одни и те же блоки процессора. Понятно, что ускорить выполнение в данном случае довольно сложно — ибо физическое количество исполняющих блоков от «виртуализации» не изменилось. А вот не замедлится ли оно? Давайте разберемся. В случае с процессором без Hyper-Threading мы имеем просто «честное» поочередное выполнение двух программ на одном ядре с арбитром в виде операционной системы (которая сама представляет собой еще одну программу), и общее время их работы определяется:

1. временем выполнения кода программы №1
2. временем выполнения кода программы №2
3. временными издержками на переключение между фрагментами кода программ №1 и №2

Что мы имеем в случае с Hyper-Threading? Схема становится немного другой:

1. время выполнения программы №1 на процессоре №1 (виртуальном)
2. время выполнения программы №2 на процессоре №2 (виртуальном)
3. время на переключение одного физического ядра (как набора требуемых обеим программам исполняющих блоков) между двумя эмулируемыми «виртуальными CPU»

Остается признать, что и тут Intel поступает вполне логично : конкурируют между собой по быстродействию у нас только пункты за номером три, и если в первом случае действие выполняется программно-аппаратно (ОС управляет переключением между потоками, задействуя для этого функции процессора), то во втором случае мы фактически имеем полностью аппаратное решение — процессор все делает сам. Теоретически, аппаратное решение всегда оказывается быстрее. Подчеркнем — теоретически. Практикум у нас еще впереди.

Но и это еще не все. Также одним из серьезнейших… нет, не недостатков, а скорее, неприятных моментов является то, что команды, увы, не исполняются в безвоздушном пространстве, но вместо этого Pentium 4 приходится иметь дело с классическим x86-кодом, в котором активно используется прямое адресование ячеек и даже целых массивов, находящихся за пределами процессора — в ОЗУ. Да и вообще, к слову, большинство обрабатываемых данных чаще всего находится там:). Поэтому «драться» между собой наши виртуальные CPU будут не только за регистры, но и за общую для обоих процессорную шину, минуя которую данные в CPU попасть просто не могут. Однако тут есть один тонкий момент: на сегодняшний день «честные» двухпроцессорные системы на Pentium III и Xeon находятся в точно такой же ситуации ! Ибо наша старая добрая шина AGTL+, доставшаяся в наследство всем сегодняшним процессорам Intel от знаменитого Pentium Pro (в дальнейшем ее лишь подвергали модификациям, но идеологию практически не трогали) — ВСЕГДА ОДНА, сколько бы CPU ни было установлено в системе. Вот такой вот «процессорный коаксиал»:). Отойти от этой схемы на x86 попробовала только AMD со своим Athlon MP — у AMD 760MP/760MPX от каждого процессора к северному мосту чипсета идет отдельная шина. Впрочем, даже в таком «продвинутом» варианте мы все равно убегаем от проблем не очень далеко — ибо уж что-что, а шина памяти у нас точно одна — причем вот в этом случае уже везде (напоминаем, разговор идет про x86-системы).

Однако нет худа без добра, и даже из этого в общем-то не очень приятного момента Hyper-Threading может помочь извлечь какую-то пользу. Дело в том, что по идее мы должны будем наблюдать существенный прирост производительности не только в случае с несколькими задачами, использующими разные функциональные блоки процессора, но и в том случае, если задачи по-разному работают с данными, находящимися в ОЗУ. Возвращаясь к старому примеру в новом качестве — если одно приложение у нас что-то усиленно считает «внутри себя», другое же — постоянно подкачивает данные из ОЗУ, то общее время выполнения их в случае использования Hyper-Threading по идее должно уменьшиться даже если они используют одинаковые блоки исполнения инструкций — хотя бы потому, что команды на чтение данных из памяти смогут обрабатываться в то время, пока наше первое приложение будет что-то усиленно считать.

Итак, подведем итог: технология Hyper-Threading с теоретической точки зрения выглядит весьма неплохо и, мы бы сказали, «адекватно», т. е. соответствует реалиям сегодняшнего дня. Уже довольно редко можно застать пользователя с одним сиротливо открытым окном на экране — всем хочется одновременно и музыку слушать, и по Internet бродить, и диски с любимыми MP3 записывать, а может даже, и поиграть на этом фоне в какую-нибудь стрелялку или стратегию, которые, как известно, процессор «любят» ну просто со страшной силой:). С другой стороны, общеизвестно, что конкретная реализация способна иногда своей «кривизной» убить любую самую превосходную идею, и с этим мы тоже не раз встречались на практике. Поэтому закончив с теорией, перейдем к практике — тестам. Они-то и должны нам помочь ответить на второй главный вопрос: так ли хороша Hyper-Threading сейчас — и уже не в качестве идеи, а в качестве конкретной реализации этой идеи «в кремнии». Тестирование

Тестовый стенд:

• Процессор: Intel Pentium 4 3,06 ГГц с поддержкой технологии Hyper-Threading, Socket 478

• Материнская плата: Gigabyte 8PE667 Ultra (версия BIOS F3) на чипсете i845PE
• Память: 512 МБ PC2700(DDR333) DDR SDRAM DIMM Samsung, CL 2
• Видеокарта: Palit Daytona GeForce4 Ti 4600
• Жесткий диск: IBM IC35L040AVER07-0, 7200 об/мин

Программное обеспечение:

• OC и драйверы:
  • Windows XP Professional SP1
  • DirectX 8.1b
  • Intel Chipset Software Installation Utility 4.04.1007
  • Intel Application Accelerator 2.2.2
  • Audiodrivers 3.32
  • NVIDIA Detonator XP 40.72 (VSync=Off)
• Тестовые приложения:
  • (с поддержкой мультипроцессорности и технологии Hyper-Threading)
  • RazorLame 1.1.5.1342 + Lame codec 3.92
  • VirtualDub 1.4.10 + DivX codec 5.02 Pro
  • WinAce 2.2
  • Discreet 3ds max 4.26
  • BAPCo & MadOnion SYSmark 2002
  • MadOnion 3DMark 2001 SE build 330
  • Gray Matter Studios & Nerve Software Return to Castle Wolfenstein v1.1
  • Croteam/GodGames Serious Sam: The Second Encounter v1.07

Вопреки обычаю, мы не будем сегодня тестировать производительность нового Pentium 4 3,06 ГГц в сопоставлении с предыдущими моделями или же с процессорами-конкурентами. Ибо это по большому счету бессмысленно. Тесты, составляющие нашу методику, не менялись уже довольно продолжительный период времени, и желающие провести необходимые сопоставления могут воспользоваться данными из предыдущих материалов , мы же сосредоточимся на основном моменте, не распыляясь на детали. А основным в этом материале, как, наверное, нетрудно догадаться, является исследование технологии Hyper-Threading и ее влияния на производительность… на производительность чего ? Не столь уж и праздный вопрос, как оказывается. Впрочем, не будем забегать вперед. Начнем с традиционных тестов, через которые мы плавно подойдем (в контексте данного материала) к основным.

Кодирование WAV в MP3 (Lame)
Кодирование VideoCD в MPEG4 (DivX)
Архивация с помощью WinAce с 4-мегабайтным словарем

Хоть сколько-нибудь явного преимущества Hyper-Threading не продемонстрировала, но надо сказать, что мы и шансов-то особых данной технологии не дали — почти все приложения «однопроцессорные», одновременно исполняемых потоков не порождают (проверено!), и, стало быть, в этих случаях мы имеем дело с обычным Pentium 4, которому чуть-чуть подняли частоту. Говорить о каких-то тенденциях на фоне таких мизерных расхождений вряд ли уместно… хотя если все же высасывать их из пальца, то они даже немного в пользу Hyper-Threading.

3ds max 4.26

Классический тест, но в то же самое время — первое из приложений в этом обзоре, которое в явном виде поддерживает многопроцессорность. Конечно, колоссальным преимущество системы с включенной поддержкой Hyper-Threading не назовешь (оно составляет порядка 3%), однако не будем забывать, что в данном случае Hyper-Threading работала далеко не в самой лучшей для себя ситуации: 3ds max реализует поддержку SMP за счет порождения потоков , причем все они используются для одной и той же цели (рендеринг сцены) и, стало быть, содержат примерно одинаковые команды, а потому и работают тоже одинаково (по одной схеме). Мы уже писали, что Hyper-Threading лучше подходит для того случая, когда параллельно исполняются разные программы, задействующие разные блоки CPU. Тем более приятно, что даже в такой ситуации технология смогла «на ровном месте» обеспечить пусть и небольшой, но прирост быстродействия. Ходят слухи, что 3ds max 5.0 дает больший выигрыш при задействовании Hyper-Threading, и учитывая рвение, с которым Intel «проталкивает» свои технологии в области ведения производителей ПО, это как минимум следует проверить. Несомненно, так мы и сделаем, но уже в более поздних материалах на эту тему.

3DMark 2001SE

Результаты в общем-то вполне закономерные, и вряд ли могут вызвать у кого-то удивление. Быть может, лучше все-таки использовать бенчмарки для 3D именно для того, для чего они предназначены — тестирования скорости видеокарт, а не процессоров? Наверное, так оно и есть. Впрочем, результаты, как известно, лишними не бывают. Несколько настораживает чуть меньший балл у системы с задействованной Hyper-Threading. Впрочем, учитывая что разница составляет около 1%, мы бы не делали из этого далеко идущих выводов.

Return to Castle Wolfenstein,
Serious Sam: The Second Encounter

Примерно аналогичная ситуация. Впрочем, мы еще не подобрались даже близко к тестам, способным хоть как-то продемонстрировать плюсы (или минусы) Hyper-Threading. Иногда (на неощутимо малую величину) задействование «псевдо-многопроцессорности» дает отрицательный результат. Однако это не те сенсации, которых мы ждем, не так ли? :) Не слишком помогает даже тестирование со звуком, который, по идее, должен обсчитываться отдельным потоком и потому давать шанс проявить себя второму логическому процессору.

SYSmark 2002 (Office Productivity и Internet Content Creation)

А вот теперь так и хочется во весь голос крикнуть: «Ну, кто сомневался в том, что Hyper-Threading реально способна повысить быстродействие на реальных задачах?!». Результат: +16—20% — действительно ошеломляет. Причем что самое интересное — ведь SYSmark пытается эмулировать именно ту схему работы, которую Intel считает самой «удачной» для технологии Hyper-Threading — запуск различных приложений и одновременная работа с ними. Причем в процессе исполнения своего скрипта, SYSmark 2002 поступает вполне грамотно с точки зрения имитации работы пользователя, «отправляя в background» некоторые приложения, которые уже получили свое «долгосрочное задание». Так, например, кодирование видео происходит на фоне исполнения прочих приложений из скрипта Internet Content Creation, а в офисном подтесте действует вездесущее антивирусное ПО и декодирование речи в текст с помощью Dragon Naturally Speaking. По сути — первый тест, в котором созданы более или менее «вольготные» условия для технологии Hyper-Threading, и она тут же показала себя с наилучшей стороны! Впрочем, мы решили не полагаться во всем на тесты, написанные не нами, и провели «для закрепления эффекта» несколько показательных собственных экспериментов. Экспериментируем с Hyper-Threading

Одновременное выполнение рендеринга в 3ds max и архивирования в WinAce

Вначале на фоне заведомо более длительного процесса архивирования была отрендерена стандартная тестовая сцена в 3ds max. Затем на фоне рендеринга специально растянутой сцены было выполнено стандартное тестовое архивирование файла в WinAce. Результат сравнивался со временем окончания последовательного выполнения тех же самых стандартных тестов. К полученным цифрам применялись два корректирующих коэффициента: для выравнивания времени исполнения заданий (мы полагаем, что эффект ускорения от параллельного выполнения двух приложений может быть корректно подсчитан только при условии одинаковой продолжительности выполняемых заданий) и для «снятия» эффекта от неравномерности выделяемых процессорных ресурсов для foreground-/background-приложений. В итоге мы «насчитали» положительный эффект ускорения на 17% от использования технологии Hyper-Threading.

Итак, впечатляющие результаты SYSmark получили подтверждение в тесте с соседством двух реальных программ. Конечно же, ускорение не двукратное, да и тесты в пару мы выбирали сами, исходя из наиболее благоприятной, по нашему мнению, ситуации для задействования Hyper-Threading. Но давайте задумаемся над этими результатами вот в каком разрезе: процессор, производительность которого мы сейчас исследуем — в общем-то, за исключением поддержки Hyper-Threading — просто давно привычный Pentium 4. Фактически, столбик «без Hyper-Threading» — это то, что мы могли бы видеть если бы эту технологию не стали переводить в десктопы . Несколько другое чувство сразу же возникает, правда? Давайте все-таки не будем жаловаться (по отечественной традиции) на то, что «все не так хорошо, как могло бы быть», а просто подумаем о том, что нам вместе с новым процессором дали еще один способ ускорить выполнение некоторых операций.

Фоновое архивирование в WinAce + проигрывание фильма
Рендеринг в 3ds max + фоновое проигрывание музыки

Методика выполнения теста совершенно тривиальна: в пару к просмотру фильма, сжатого предварительно в формат MPEG4 при помощи кодека DivX, фоном запускалось архивирование в WinAce (разумеется, в случае пропуска кадров и подтормаживания при просмотре, данный тест не имел бы практического смысла, но нареканий на качество просмотра не было). Аналогично, во время рендеринга обычной тестовой сцены в 3ds max фоном проигрывалась (через WinAmp) музыка из файла формата MP3 (и отслеживались не замеченные ни разу в итоге «заикания» звука). Обратите внимание на естественное распределение ролей «главное-фоновое» в каждой паре приложений. В качестве результата, как обычно, бралось время архивации и полного рендеринга сцены соответственно. Эффект от Hyper-Threading в цифрах: +13% и +8%.

Достаточно реальная ситуация, именно такие мы и старались воспроизвести. Вообще (и об этом будет сказано далее) Hyper-Threading не настолько очевидна, как кажется. Простой подход «в лоб» («у нас в ОС видны два процессора — давайте относиться к ним как к двум процессорам») не дает ощутимого эффекта, и возникает даже некоторое чувство обманутости. Однако, возвращаясь к вышесказанному, попробуем оценивать результаты с несколько других позиций: задачи, которые в обычной ситуации исполняются за одно время, в случае задействования Hyper-Threading, выполняются за меньшее время . Кто попробует возразить, что «нечто» хуже, чем «ничто»? В этом-то вся и суть — отнюдь не панацею нам предлагают, а «всего лишь» средство ускорить уже имеющееся процессорное ядро, кардинальных изменений не претерпевшее. Получается? Да. Ну и какие, по большому счету, могут быть еще вопросы? Конечно, до обещанных в пресс-релизе 30% в большинстве случаев оказывается далеко, однако не стоит делать вид, что в жизни случается, сопоставив пресс-релиз компании X с пресс-релизом компании Y, убедиться, что в первом обещаний меньше и они более «сбыточные». :)

Тестирование в CPU RightMark 2002B

Новая версия CPU RM поддерживает многопоточность (соответственно, и Hyper-Threading), и, естественно, мы не могли не воспользоваться возможностью протестировать новый процессор с помощью этого бенчмарка. Оговоримся, что пока это только первый «выход» CPU RM в тестах многопроцессорных систем, поэтому можно сказать что исследование было «обоюдосторонним» — мы тестировали Hyper-Threading как частный случай SMP на системе с Pentium 4 3,06 ГГц, а эта система, в свою очередь, тестировала наш бенчмарк:) на предмет валидности результатов, и, соответственно, правильной реализации в нем поддержки мультипоточности. Без преувеличения скажем, что результатами остались довольны обе стороны:). Несмотря на то, что пока CPU RM все еще «не полностью многопроцессорный» (несколько потоков создаются только в блоке рендеринга, Math Solving блок остается однопоточным), полученные нами результаты явственно свидетельсвуют о том, что поддержка SMP и Hyper-Threading присутствует, и польза от их наличия видна невооруженным глазом. Кстати, реализация многопоточности в блоке «решателя» в общем-то задача намного менее тривиальная, чем в блоке рендеринга, поэтому если у кого-то из читателей будут некие идеи по этому поводу — мы ждем ваших комментариев, идей, и предложений. Напоминаем, что проект CPU RightMark — это бенчмарк с открытыми исходными текстами, так что интересующиеся программированием могут не только воспользоваться им, но и вносить предложения по поводу усовершенствования кода.

Перед тем как перейти к диаграммам, остановимся поподробнее на методике. По подписям столбцов, легко заметить, что тестировалась производительность системы в целых двенадцати (!) вариантах. Однако ничего страшного в этом нет, и разобраться достаточно просто. Итак, изменяемыми были следующие факторы:

1. Тесты проводились со включенной Hyper-Threading и с отключенной.
2. Использовались установки CPU RM для количества создаваемых потоков: один, два, и четыре.
3. Использовались установки CPU RM для используемого типа инструкций в расчетном модуле: SSE2 и «классические» x87 FPU.

Объясним последнее. Казалось бы, отказываться от использования SSE2 на Pentium 4 — полный, извините, бред (о чем мы уже неоднократно писали раньше). Однако в данном случае чисто теоретически это было неплохим шансом проверить функционирование и результативность технологии Hyper-Threading. Дело в том, что инструкции FPU использовались только в расчетном модуле , в модуле же рендеринга по-прежнему оставалась включенной поддержка SSE. Таким образом, те, кто внимательно читал теоретическую часть, наверняка уже поняли «где собака зарыта» — мы принудительно заставили разные части бенчмарка использовать разные вычислительные блоки CPU ! По идее, в случае принудительного отказа от SSE2, Math Solving блок CPU RM должен был оставлять «нетронутым» блоки исполнения SSE/SSE2 инструкций, что давало возможность на полную катушку воспользоваться ими блоку рендеринга того же CPU RM. Вот теперь самое время перейти к результатам, и посмотреть насколько правильными оказались наши предположения. Также заметим, что с целью увеличения валидности и стабильности результатов, была изменена еще одна установка: количество фреймов (по умолчанию — 300) было увеличено до 2000.

Тут, собственно, комментировать практически нечего. Как мы уже говорили выше, блок «решателя» (Math Solving) остался нетронутым, поэтому на его производительность Hyper-Threading не оказывает никакого влияния. Однако в то же время отрадно… что не вредит! Ведь мы уже знаем, что теоретически возникновение ситуаций когда «виртуальная многопроцессорность» может мешать работе программ — возможно. Однако один факт советуем крепко запомнить: посмотрите, как сильно влияет на производительность блока «решателя» отказ от использования SSE2! Мы еще вернемся к этой теме чуть позже, и в весьма неожиданном ключе…

И вот — долгожданный триумф. Легко заметить, что как только количество потоков в блоке рендеринга становится больше одного (в последнем случае использовать возможности Hyper-Threading, мягко говоря, трудновато:) — сразу же это обеспечивает данной конфигурации одно из первых мест. Также заметно, что именно два потока являются оптимальными для систем с Hyper-Threading. Правда, быть может, кто-то вспомнит скриншот Task Manager, которым мы «стращали» вас выше, поэтому сделаем оговорку — два активно работающих потока. В общем-то, это очевидно и вполне логично — раз у нас два виртуальных CPU, то наиболее правильно создать ситуацию, когда и потоков тоже будет два. Четыре — уже «перебор», потому что за каждый из виртуальных CPU начинают «драться» по несколько потоков. Однако даже в этом случае системе со включенной Hyper-Threading удалось обогнать «однопроцессорного» конкурента.

Об удачах всегда принято говорить подробно и со вкусом, и естественно, еще подробнее и вкуснее о них говорить когда они — твои собственные. Констатируем, что «эксперимент с переходом на инструкции FPU» также безусловно удался. Казалось бы, отказ от SSE2 должен был сильнейшим образом ударить по производительности (быстренько вспоминаем разгромные результаты Math Solving Speed с применением инструкций FPU на первой диаграмме этого раздела). Однако что мы видим! — во второй строчке, на самом верху, среди чемпионов — именно такая конфигурация! Причины опять-таки понятны, и это очень радует, потому что их понятность позволяет сделать вывод о предсказуемости поведения систем с поддержкой технологии Hyper-Threading. «Минусовый» результат блока Math Solving на системе с включенной Hyper-Threading «компенсировал» своим вкладом в общую производительность блок рендеринга, которому полностью отдали на откуп исполняющие блоки SSE/SSE2. Причем компенсировал настолько хорошо, что по результатам такая система оказалась в первых рядах. Остается пожалуй только еще раз повторить то, о чем неоднократно шла речь выше: в полную силу возможности Hyper-Threading проявляются в тех ситуациях, когда активно работающие программы (или потоки) используют разные исполняющие блоки CPU. В данной ситуации эта особенность проявилась особенно сильно, поскольку мы имели дело с хорошо, тщательно оптимизированным кодом CPU RM. Однако главный вывод состоит в том, что в принципе Hyper-Threading работает — значит, будет работать и в других программах. Естественно, тем лучше, чем больше их разработчики будут уделять времени оптимизации кода.

Выводы

…В очередной раз, к радости всего прогрессивного человечества, Intel выпустила новый Pentium 4, производительность которого еще выше чем у предыдущего Pentium 4, но это еще не предел, и скоро мы увидим еще более быстрый Pentium 4… М-да… Не то что бы это неправда — действительно, так и есть. Однако мы уже договорились, что не будем рассматривать в данной статье производительность вышеуказанного Pentium 4 3,06 ГГц в связке с другими процессорами по той самой причине, что… см. выше по тексту. Нас, видите ли, интересует Hyper-Threading. Вот такие мы привередливые — не важны нам предсказуемые результаты повышения еще на 200 МГц частоты работы давно знакомого и предсказуемого процессорного ядра, подавай нам «свежатинку», ранее не рассматриваемую. И как уже наверное догадались прозорливые читатели, выводы наши будут посвящены опять-таки этой самой навязшей в зубах технологии и всему что с ней связано. Почему? Наверное, потому, что все остальное вы отлично знаете сами..

И раз уж речь идет о Hyper-Threading, давайте для начала определим для себя главное: как к ней относиться? Что она из себя представляет? Не претендуя на истину в последней инстанции, сформулируем общее мнение, которое возникло у нас на основании результатов тестов: Hyper-Threading — это не SMP . «Ага!!!» — закричат поклонники альтернативы. «Мы так и знали!!!» — завопят они что есть мочи. «Hyper-Threading — это нечестный SMP!!!» — крики сии еще долго будут разноситься по бескрайним просторам Рунета… Мы же, как умудренные саксаулами аксакалы (или наоборот? :), возразим: «Ребята, а кто, собственно, обещал?». Кто произнес эту крамольную аббревиатуру? SMP, напомним — это Symmetric Multi-Processing, сиречь многопроцессорная архитектура. А у нас, пардон, процессор всего один . Да, он снабжен некой, простонародно выражаясь, «фичей», которая позволяет делать вид, что вроде бы оных процессоров два. Однако делает ли кто-то секрет из того, что на самом деле это не так? Вроде бы этого мы не заметили… Стало быть, мы имеем дело именно с «фичей», и не более того. И относиться к ней стоит именно таким образом, и никак иначе. Поэтому давайте не будем ниспровергать никем не возводимых идолов, и спокойно подумаем, имеет ли данная фича какой-то смысл.

Результаты тестов свидетельствуют, что в некоторых случаях — имеет. Фактически, то, о чем мы чисто теоретически рассуждали в первой части статьи, нашло свое практическое подтверждение — технология Hyper-Threading позволяет увеличить коэффициент полезного действия процессора в определенных ситуациях. В частности — в ситуациях, когда одновременно исполняются разнородные по характеру приложения. Зададим сами себе вопрос: «Это — плюс?». Наш ответ: «Да, это — плюс». Является ли он всеобъемлющим и глобальным? Похоже, что нет — ибо эффект от Hyper-Threading наблюдается исключительно в некоторых случаях. Однако так ли это важно если мы рассматриваем технологию в целом? Понятно, что появление CPU, способного в два раза быстрее делать все то, что делалось ранее — это громадный прорыв. Однако как говорили еще древние китайцы «упаси нас Господи жить в эпоху перемен». Intel не стал инициировать начало такой эпохи, просто добавив своему процессору возможность кое-что делать быстрее. Классический западный принцип, не очень хорошо воспринимаемый в нашем «шаролюбивом» обществе: «Вы можете получить нечто получше, если заплатите несколько больше».

Возвращаясь к практике: Hyper-Threading нельзя назвать «бумажной» технологией, ибо при определенных комбинациях она дает вполне ощутимый эффект. Добавим — даже намного больший эффект, чем иногда наблюдается при сравнении, к примеру, двух платформ с одним процессором на разных чипсетах. Однако следует четко понимать, что эффект этот наблюдается не всегда, и существенно зависит от… наверное, самым приемлемым термином будет «стиль». От стиля работы пользователя с компьютером. Причем именно здесь проявляется то, о чем мы сказали в самом начале: Hyper-Threading — это не SMP . «Классический SMP-стиль», где пользователь рассчитывает на реакцию столь же классической «честной» многопроцессорной системы, здесь не даст желаемого результата.

«Стиль Hyper-Threading» — это сочетание процессов, не побоимся этого слова, «развлекательных» или «служебных» с процессами «рабочими». Вы не получите существенного ускорения от CPU с поддержкой этой технологии в большинстве классических многопроцессорных задач, или если по привычке запускаете только одно приложение в один момент времени. Но вы скорее всего получите уменьшение времени исполнения многих фоновых задач , исполняемых в качестве «довеска» к обычной работе. Фактически, Intel просто еще раз напомнила всем нам, что операционные системы, в которых мы работаем — многозадачные . И предложила способ ускорения — но не столько одного какого-то процесса самого по себе, сколько комплекса выполняемых одновременно приложений . Это интересный подход, и, как нам кажется, достаточно востребованный. Теперь он обрел свое имя. Не мудрствуя лукаво, хочется сказать: просто хорошо, что эта оригинальная идея пришла кому-то в голову. Тем более неплохо, что он смог ее воплотить в конкретный продукт. В остальном, как и всегда — время покажет.

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.

За более чем 5 лет было выпущено множество ядер и моделей Pentium 4, основанных на них. Причем с выходом новой модели к названию процессора добавлялись либо новая буква, либо еще какие-нибудь цифры, а иногда и то, и другое; всё это существенно запутывает идентификацию конкретной модели.

Процессор Pentium 4 построен на совершенной новой архитектуре - NetBurst. Ниже приведены некоторые отличительные особенности оригинальной архитектуры NetBurst (некоторые из них в последующем были изменены).

• . Длина конвейера была увеличена до 20 шагов, то есть для завершения одной команды процессору требовалось 20 циклов. Данный шаг позволял значительно легче наращивать тактовую частоту, кроме того, в перспективе это позволяло значительно повысить быстродействие, но производительность в расчете на 1 МГц была меньше, чем у предыдущих процессоров. Отчасти этим объясняется низкая производительность Pentium 4, работающего на низких частотах. Так же в результате такого нововведения увеличилось и время ожидания.
• Модуль предсказания переходов (ветвлений). Чтобы компенсировать недостатки применения длинного конвейера инженеры Intel улучшили схему предсказания ветвлений, в результате правильность перехода предсказывалась с вероятностью до 95 %.
• Системная шина. В Pentium 4 используется совершенно новая 128-битная с двумя 64-битными линиями. Частота новой шины() составляет 100 МГц (у последних, тогда, моделей Pentium III она составляла 133 МГц), однако за счет передачи за 1 такт одновременно 4 пакетов (QPB - Quad Pumped Bus), эффективная частота шины составляла 400 МГц, а пропускная способность шины составляла 3200 Мб/с.
• Арифметико-логическое устройство ( или ALU). В АЛУ обрабатываются целочисленные команды. В новом процессоре АЛУ работает на удвоенной частоте ядра (у Pentium 4 1,5ГГц АЛУ работает на частоте 3 ГГц за счет использования обоих фронтов сигнала). Таким образом, некоторые инструкции выполняются за половину такта. В Pentium 4 используются два АЛУ.
• первого уровня (L1). Как и прежде кэш L1 разделен на две части: для команд и для данных. В кэше теперь хранятся декодированные команды и располагаются в порядке их выполнения (технология Trace Cache), что увеличивает производительность.
• Математический (). Математический сопроцессор содержит два модуля для операций с плавающей запятой. Но реальную вычислительную работу выполняет лишь один модуль - это операции сложения (FADD) и умножения (FMUL), второй модуль выполняет операции обмена между и памятью (FSTORE). Для процессора Pentium 4 1,4 ГГц сопроцессор обеспечивает производительность в 1,4 . К примеру, в процессорах используется сопроцессор, состоящий из трех модулей (один для операций типа FSTORE, два других для операций типа FADD и FMUL) и обеспечивающий производительность в 2 GFLOPS (для процессора Athlon 1 ГГц).
• SIMD-расширения. В процессор Pentium 4 был добавлен новый набор SIMD-расширений (SSE2), который добавил 144 новые инструкции (68 целочисленных инструкций и 76 инструкций для вычислений с плавающей запятой).

В целом, архитектура была нацелена для работы на высоких частотах, где в полную силу смог бы заработать длинный конвейер.

Willamette

Впервые это ядро «засветилось» в роадмэпе () Intel еще в 1998 году. Предполагалось, что оно должно прийти на смену и покорить частоту 1 ГГц. Но процессоры на этом ядре были анонсированы только в 2000 году как Pentium 4. Выпущенные года, процессоры устанавливались в разъём Socket 423 и выпускались в корпусе тип FC-PGA2. Процессоры для Socket 423 не пользовались популярностью, так как Intel сразу заявила, что этот разъем является переходным, кроме того системы на базе Pentium 4 стоили очень дорого (сами процессоры в момент анонса стоили $644 и $819 за Pentium 4 1,4 и 1,5 ГГц соответственно). Так как процессор изготавливался с использованием 180 нм техпроцесса, то на кристалле удалось разместить лишь 256 Кбайт кэша L2. Большинство экспертов расценило 1,4 и 1,5 ГГц версии промежуточными - процессор Athlon набирал всё большую популярность, и превосходил по быстродействию Pentium III, а дальнейшее усовершенствование архитектуры Pentium III тогда было ещё не возможно. Терять свою долю рынка Intel не была намерена, поэтому она и выпустила эти процессоры («сырая» технология производства не позволила тогда выпустить более быстрые модели). Несмотря на непопулярность 1,4 и 1,5 ГГц версий, Intel года анонсирует 1,3 ГГц версию Pentium 4, которая стоила $409. В различных тестовых испытаниях эти процессоры проигрывали как Pentium III, так и Athlon`ам (а в некоторых случаях и `ам), работавшим на более низких частотах. Однако уже в апреле 2001 года выходит Pentium 4 с частотой 1,7 ГГц, а в августе этого года выходит 2 ГГц версия, а так же «новые-старые» процессоры для Socket 478, который просуществовал более чем 2 года, в этом же месяце выходит новый чипсет от Intel (i845). Новый чипсет теперь поддерживал память стандарта PC133 SDRAM, что позволило значительно снизить цены на системы на базе Intel Pentium 4, однако использование данного типа памяти несколько уменьшало быстродействие (иногда весьма существенно) системы. Intel для увеличения продаж активно продвигала данный процессор - его рекламу можно было увидеть как по телевизору, так и в газетах/журналах. Продажи Pentium 4 увеличивались, процессор начинал пользоваться всё большей популярностью. Вскоре многие производители системной логики представили свои чипсеты для Pentium 4 с поддержкой памяти , а в начале года Intel выпускает свои чипсеты с поддержкой данного типа памяти. Процессор начинает замещать собой Pentium III, а по производительности он фактически сравнялся с Athlon`ом. Intel, державшая пальму первенстве в течение 16 лет, а затем довольно быстро потерявшая её, сейчас вновь начинает отвоёвывать своё. А начавшиеся проблемы с отсутствием производственных мощностей у AMD и выпуск Pentium 4 на ядре Northwood закрепили лидирующие позиции Intel, правда, ненадолго.

Процессоры Pentium 4 на ядре Willamette

Тактовая частота ядра (ГГц)	Дата анонса процессора для Socket 423			Дата анонса процессора для Socket 478	Начальная стоимость процессора ($)
1,3	3 января 2001	409		-	?
1,4	20 ноября 2000	644		27 сентября 2001
1,5		819		27 августа 2001
1,6	2 июля 2001	294
1,7	23 апреля 2001	352
1,8	2 июля 2001	562
1,9	27 августа 2001	375			375
2,0		562			562

Northwood

Первые процессоры на данном ядре анонсированы года. Ядро мало чем отличается от своего предшественника, разве что использованием более совершенного тех процесса - 130 нм, что позволило разместить на кристалле 512Кб кэша L2 и снизить тепловыделение процессора. Переход на новый техпроцесс позволил ещё больше наращивать тактовую частоту (до 3,4ГГц). Чтобы отличать процессоры на ядре Northwood от аналогичных моделей на ядре Willamette, было решено в конце названия новых процессоров приписывать букву «A» (например Pentium 4 2,0A построен на ядре Northwood).

Prescott

Mobile Pentium 4

Первые версии Pentium 4 для ноутбуков и лэптопов были анонсированы года, были построены на ядре Northwood и носили имя Mobile Pentium 4-M. От настольных версий эти процессоры отличались заниженным напряжением питания (1,2-1,3 В) и поддержкой технологии . Частота системной шины у всех процессоров составляла 400 МГц. Были выпущены модели с частотами 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 1,9; 2,0; 2,2; 2,4; 2,5; 2,6, TDP у последней модели составляет 35 Вт.

Prescott 2M

Первые слухи о новом ядре Prescott 2 появились в начале 2005 года. Предполагалось, что оно будет иметь 2 Мбайт кэша L2 и частоту FSB равную 266 МГц (эффективная частота 1066 МГц). Процессоры на основе этого ядра были анонсированы . От ядра Prescott это ядро отличается только наличием 2 Мбайт кэш-памяти L2. Новые процессоры получили и новую маркировку: 6x0. 21 февраля 2005 года были анонсированы модели Pentium 4 630, 640, 650, 660 с частотами 3,0; 3,2; 3,4; 3,6 ГГц, позднее была представлена модель 670, работающая на частоте 3,8 ГГц.

Cedar Mill

Анонс процессоров, построенных на новом ядре, запланирован на вторую половину января . Ядро Cedar Mill представляет собой одноядерную модификацию ядра известного под кодовым именем . Cedar Mill изготовлен с использованием новейшей 65 нм технологии. По сути, ядро представляет собой ядро Prescott 2M, даже не изменилась серия процессора, процессоры без поддержки технологии виртуализации Vanderpool имеют маркировку вида 6x1, с поддержкой Vanderpool имеют маркировку вида 6x3. Процессоры первоначально будут иметь частоту от 3,0 ГГц до 3,8 ГГц. Более подробно о причине выхода Cedar Mill рекомендуется читать здесь .

Ядро Cedar Mill является последним в линейке Pentium 4. Следующие поколения процессоров, в частности Conroe, будут продвигаться под новым брэндом, название которого, пока, не анонсировано.

Tejas, Jayhawk и другие

Intel возлагала на архитектуру NetBurst большие надежды. В 2001-2003 в роадмэпах Intel встречались такие ядра, как Tejas, который должен был использовать шину 1066 МГц и работать на частотах от 4,4 до 9,2 ГГц и должен был бы быть поступить в продажу во второй половине 2004 года и называться Pentium 6. Nehalem, как предполагалось, этот процессор должен был использовать системную шину 1200 МГц и работать на частотах свыше 10 ГГц, и должен был поступить в продажу в 2005 году. Jayhawk, процессор серии Xeon, который должен был иметь кэш L1 для данных объемом 24 Кб и для 16 тысяч микроопераций. Однако все эти процессоры в 2004 году были отменены.

Intel предполагала с помощью процессоров основанных на архитектуре NetBurst достичь частоты в 10ГГц, но, не дойдя и до 4 ГГц, эта архитектура столкнулась с неразрешимыми до сих пор (и похоже уже никогда) тепловыми проблемами. Данная проблема подтолкнула Intel к разработке новой архитектуры и к закрытию всех проектов по разработке ядер на архитектуре NetBurst.

Взглянув назад, Pentium 4 оставляет двойственное впечатление. С одной стороны это был одни из самых популярных процессоров, его продвижение в , и, как следствие, огромная популярность в народе, позволили Intel надолго занять большую часть рынка. С другой стороны Pentium 4 имел не самую удачную архитектуру. Он так ни разу и не закрепил своё лидирующее положение в плане производительности, по уровню TDP (тепловыделение) он практически всегда проигрывал конкурентным процессорам AMD Athlon, впрочем также, как и по стоимости. А архитектура Pentium III, которую когда-то Intel посчитала менее перспективной, чем NetBurst вновь появилась в процессорах .

Технические характеристики различных ядер

Данные относящиеся ко всем моделям

• Разрядность : 32
• Разрядность внешней шины: 128

Willamette

• Дата анонса первой модели: 20 ноября 2000 года
• Тактовые частоты (ГГц): 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 1,9; 2,0
• Эффективная частота системной шины (FSB) (МГц): 400
• Размер кэша L2(Кбайт): 256
• Напряжение питания: 1,7 В или 1,75 В
• Количество транзисторов (млн.): 42
• Площадь кристалла (кв. мм): 217
• Максимальное TDP (расчетное тепловыделение): 75,3 Вт
• Техпроцесс (нм): 180
• Разъём: Socket 423, позже Socket 478
• Корпус: 423-контактный FC-PGA2 или 478-контактный mPGA
• Поддерживаемые технологии: IA32, SSE2

Northwood

• Дата анонса первой модели: 7 августа 2001 года
  • Процессоры с частотой FSB равной 400МГц: 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,5; 2,6; 2,8
  • Процессоры с частотой FSB равной 533МГц: 2,26; 2,4; 2,53; 2,67; 2,8; 3,06
  • Процессоры с частотой FSB равной 800МГц: 2,4; 2,6; 2,8; 3,0; 3,2; 3,4
• Эффективная частота системной шины (FSB) (МГц): 400, 533, 800
• Размер кэша L1: 8Кбайт (для данных)+12 тысяч операций
• Размер кэша L2(Кбайт): 512
• Напряжение питания: 1,475-1,55 (в зависимости от модели)
• Количество транзисторов (млн.): 55
• Площадь кристалла (кв. мм): 146, позже 131
• Максимальное TDP (расчетное тепловыделение): 89 Вт
• Техпроцесс (нм): 130
• Разъём: Socket 478
• Корпус: 478-контактный mPGA
• Поддерживаемые технологии: IA32, MMX, SSE, SSE2, HT (не все модели)