Pentium 4 | |
---|---|
procesor | |
Výroba | od roku 2000 do roku 2008 |
Vývojář | Intel |
Výrobce | |
Frekvence CPU | 1,3-3,8 GHz |
frekvence FSB | 400-1066 MHz |
Produkční technologie | CMOS , 180-65 nm |
Instrukční sady | IA-32 , MMX , SSE , SSE2 , SSE3 , EM64T |
mikroarchitektura | netburst |
Konektory | |
Nuclei |
|
Pentium IIIPentium D |
Intel Pentium 4 je jednojádrový x86 - kompatibilní mikroprocesor od společnosti Intel , představený 20. listopadu 2000 [1] , který se stal prvním mikroprocesorem založeným na zásadně nové architektuře sedmé generace ve srovnání se svými předchůdci (podle klasifikace Intelu) - NetBurst . Kromě různých variant Pentium 4 zahrnují procesory architektury NetBurst dvoujádrové procesory Pentium D a také některé serverové procesory Xeon . Některé procesory Celeron pro systémy nižší třídy jsou navíc procesory Pentium 4 s částečně deaktivovanou mezipamětí L2 .
Výroba procesorů Pentium 4 začala v roce 2000. Od poloviny roku 2005 je začaly postupně vytlačovat do nižší cenové kategorie dvoujádrové procesory Pentium D. 27. července 2006 se objevily první procesory rodiny Core 2 Duo nahrazující procesory architektury NetBurst a v srpnu 8. 2007 společnost Intel oznámila spuštění programu na odstranění výroby všech procesorů architektury NetBurst [2] .
Procesory Pentium 4 pro stolní počítače a notebooky byly dodávány ve třech různých typech šasi.
Případ raných procesorů založených na jádře Willamette, vyráběných od konce roku 2000 do začátku roku 2002 [3] a určených pro instalaci do patice Socket 423, byl substrát ( angl. substrát ) vyrobený z organického materiálu s uzavřeným kryt rozvaděče tepla ( angl. integrovaný rozvaděč tepla ) krystal nainstalovaný na adaptérové desce ( angl. interposer ) se 423 pinovými kontakty (rozměry pouzdra - 53,3 × 53,3 mm ) [4] . SMD prvky jsou instalovány mezi kontakty na zadní straně adaptérové desky .
Pozdější procesory na jádře Willamette, procesory Pentium 4 na jádře Northwood, některé procesory Pentium 4 Extreme Edition na jádře Gallatin a rané procesory na jádře Prescott v letech 2001 až 2005 [5] byly vyrobeny v balíčku FC-mPGA2 , který byl substrát z organického materiálu s uzavřeným krytem pro rozdělování tepla s krystalem na přední straně a 478 pinovými kontakty, stejně jako SMD prvky - na zadní straně (rozměry pouzdra - 35 × 35 mm).
Část procesorů Pentium 4 Extreme Edition na bázi jádra Gallatin, pozdní procesory založené na jádře Prescott, procesory založené na jádrech Prescott-2M a Cedar Mill od jara 2004 [6] do podzimu 2007 byly vyráběny v pouzdře FC-LGA4 , což byl substrát z organického materiálu s krystalem uzavřeným krytem rozvádějícím teplo na přední straně a 775 kontaktními ploškami na zadní straně (rozměry pouzdra - 37,5 × 37,5 mm). Stejně jako ve dvou předchozích verzích konstrukce má externí prvky (v pouzdru SMD), které se instalují na substrát pouzdra procesoru.
Některé mobilní procesory založené na jádře Northwood byly vyrobeny v pouzdře FC-mPGA . Hlavním rozdílem mezi tímto typem pouzdra a FC-mPGA2 je absence krytu šířícího teplo.
Na jeho povrchu jsou označeny procesory s krytem rozvádějícím teplo, ostatní procesory jsou označeny na dvou samolepkách umístěných na substrátu po obou stranách čipu.
Dopravník se skládá z 20 stupňů:
Architektura NetBurst (pracovní název - P68 ), která je základem procesorů Pentium 4, byla vyvinuta společností Intel především za účelem dosažení vysokých taktovací frekvence procesoru. NetBurst není vývojem architektury P6 používané v procesorech Pentium III , ale je zásadně novou architekturou ve srovnání se svými předchůdci. Charakteristickými rysy architektury NetBurst jsou hyper-pipelining a použití micro-op sekvenční cache namísto tradiční instrukční cache. ALU procesorů architektury NetBurst má také značné rozdíly od ALU procesorů jiných architektur [7] .
Hyperkonveyorizace ( angl. Hyper Pipelining ).
Procesory Pentium 4 založené na jádrech Willamette a Northwood mají pipeline s hloubkou 20 stupňů, zatímco procesory založené na jádrech Prescott a Cedar Mill mají 31 stupňů [8] (s výjimkou stupňů dekódování instrukcí: kvůli použití mikro-op sekvence cache, dekodér se přesune mimo potrubí). To umožňuje procesorům Pentium 4 dosahovat vyšších taktů než procesory, které mají kratší pipeline se stejnou výrobní technologií. Například maximální taktovací frekvence procesorů Pentium III na jádře Coppermine (technologie 180 nm ) je 1333 MHz , zatímco procesory Pentium 4 na jádře Willamette mohou pracovat na frekvencích přesahujících 2000 MHz [7] .
Hlavní nevýhodou dlouhého kanálu je snížení specifického výkonu ve srovnání s krátkým kanálem (méně instrukcí se provede za cyklus), stejně jako vážné ztráty výkonu, když jsou instrukce provedeny nesprávně (například s nesprávně předpovězenou podmíněnou větví nebo mezipamětí). slečna) [7] [9 ] .
Aby se minimalizoval vliv nesprávně predikovaných větví, používají procesory architektury NetBurst ve srovnání s jejich předchůdci zvýšenou vyrovnávací paměť cílové větve a nový algoritmus predikce větví, který umožnil dosáhnout vysoké přesnosti predikce (asi 94 %) u procesorů založených na jádře Willamette. . V následujících jádrech byl modul pro predikci větví vylepšen, aby se zlepšila přesnost predikce [7] [10] .
Mezipaměť trasování provedení _ _
Procesory architektury NetBurst, stejně jako většina moderních procesorů kompatibilních s x86, jsou procesory CISC s jádrem RISC : před provedením jsou složité instrukce x86 převedeny na jednodušší sadu interních instrukcí (micro-ops), což umožňuje rychlejší zpracování příkazů. Vzhledem k tomu, že instrukce x86 mají proměnnou délku a nemají pevný formát, je jejich dekódování spojeno se značnými časovými náklady [11] .
V tomto ohledu bylo při vývoji architektury NetBurst rozhodnuto opustit tradiční mezipaměť instrukcí první úrovně, která ukládá instrukce x86, ve prospěch mezipaměti sekvencí mikrooperací, která ukládá sekvence mikrooperací v souladu s očekávaným pořadím jejich provedení. Tato organizace vyrovnávací paměti také umožnila zkrátit čas strávený prováděním podmíněných skoků a získáváním instrukcí.
ALU a Rapid Execution Engine _ _
Protože hlavním cílem návrhu architektury NetBurst bylo zvýšení výkonu dosažením vysokých hodinových frekvencí, bylo nutné zvýšit rychlost provádění základních celočíselných operací. K dosažení tohoto cíle je ALU procesorů architektury NetBurst rozdělena do několika bloků: „pomalá ALU“ schopná provádět velké množství celočíselných operací a dvě „rychlé ALU“, které provádějí pouze ty nejjednodušší celočíselné operace (například sčítání ). Provádění operací na "rychlých ALU" probíhá postupně ve třech fázích: nejprve se vypočtou nejméně významné číslice výsledku, poté nejvýznamnější, po kterých lze získat příznaky.
„Rychlé ALU“, jejich plánovače, stejně jako soubor registrů jsou synchronizovány v polovině cyklu procesoru, takže efektivní frekvence jejich provozu je dvojnásobkem frekvence jádra. Tyto bloky tvoří mechanismus pro zrychlené provádění celočíselných operací.
V procesorech založených na jádrech Willamette a Northwood mohou „rychlé ALU“ provádět pouze operace, které zpracovávají operandy ve směru od nižších bitů k vyšším. V tomto případě lze výsledek výpočtu nejméně významných číslic získat po polovině cyklu. Efektivní zpoždění je tedy polovina cyklu. V procesorech založených na jádrech Willamette a Northwood neexistují bloky násobení a posunu celých čísel a tyto operace provádějí jiné bloky (zejména instrukční blok MMX ).
V procesorech založených na jádrech Prescott a Cedar Mill existuje jednotka násobení celých čísel a „rychlé ALU“ jsou schopny provádět operace směny. Efektivní latence operací prováděných „rychlými ALU“ se ve srovnání s procesory založenými na jádře Northwood zvýšila a činí jeden takt [12] .
Hlavním úkolem plánovačů mikrooperací je určit připravenost mikrooperací k provedení a převést je do potrubí. Vzhledem k velkému počtu připravovaných fází jsou plánovači nuceni posílat mikrooperace prováděcím jednotkám před dokončením předchozích mikrooperací. To zajišťuje optimální zatížení prováděcích jednotek procesoru a zamezuje ztrátě výkonu, pokud jsou data potřebná k provedení mikrooperace v mezipaměti první úrovně, souboru registrů nebo mohou být přenesena obcházením souboru registrů.
Při určování připravenosti nových mikrooperací k převodu do prováděcích jednotek potřebuje plánovač určit dobu provádění těch předchozích mikrooperací, jejichž výsledkem jsou data nezbytná pro provedení nových mikrooperací. V případě, že doba provádění není předem určena, plánovač používá k jejímu určení nejkratší dobu provádění.
Pokud je odhad času potřebného k získání dat správný, mikrooperace je úspěšná. V případě, že data nebyla přijata včas, končí ověření správnosti výsledku neúspěchem. V tomto případě je mikrooperace, jejíž výsledek se ukázal jako nesprávný, umístěna do speciální fronty ( anglicky replay queue ) a poté znovu odeslána plánovačem k provedení.
Navzdory tomu, že opakované provádění mikrooperací vede k výrazným ztrátám výkonu, použití tohoto mechanismu umožňuje v případě chybného provedení mikrooperací vyhnout se zastavení a přenastavení potrubí, které by vedlo k vážnějším ztrátám.
Procesor s kódovým označením Willamette se poprvé objevil v oficiálních plánech Intelu v říjnu 1998 [13] , ačkoli jeho vývoj začal krátce po dokončení prací na procesoru Pentium Pro , který byl uveden na trh koncem roku 1995 , a název „Willamette“ byl zmíněn v oznámeních z roku 1996. [14] . Potřeba navrhnout nový procesor s architekturou IA-32 vznikla kvůli potížím, které se objevily při vývoji 64bitového procesoru Merced , kterému byla v souladu s plány Intelu přidělena role nástupce procesorů architektury P6 : vývoj, prováděný od roku 1994, byl značně opožděn a výkon Mercedu při provádění x86 instrukcí byl neuspokojivý ve srovnání s procesory, které měl nahradit [13] .
Willamette měla vyjít ve druhé polovině roku 1998 , nicméně v důsledku četných zpoždění bylo oznámení odloženo na konec roku 2000 [15] . V únoru 2000 byl na Intel Developers Forum ( IDF jaro 2000) předveden počítač založený na technickém vzorku procesoru Willamette, nazvaný „Pentium 4“, pracující na frekvenci 1,5 GHz [16] .
První sériově vyráběné procesory Pentium 4 založené na jádru Willamette , oznámené 20. listopadu 2000, byly vyrobeny pomocí 180 nm technologie. Dalším vývojem rodiny Pentium 4 byly procesory založené na jádře Northwood , vyráběné pomocí 130 nm technologie. 2. února 2004 byly představeny první procesory založené na jádře Prescott (90 nm) a posledním jádrem použitým v procesorech Pentium 4 bylo jádro Cedar Mill (65 nm). Na základě jader Northwood a Prescott se vyráběly i mobilní procesory Pentium 4 a Pentium 4-M, což byly Pentium 4 se sníženou spotřebou. Na základě všech výše uvedených jader byly vyrobeny také procesory Celeron , určené pro levné počítače, kterými byly Pentium 4 se sníženým množstvím vyrovnávací paměti druhé úrovně a sníženou frekvencí systémové sběrnice .
Níže jsou uvedena data oznámení různých modelů procesorů Pentium 4 a také jejich ceny v době oznámení.
Hodinová frekvence, GHz | 1.4 | 1.5 | 1.3 | 1.7 | 1.6 | 1.8 | 1.9 | 2 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Oznámeno | 20. listopadu | 3. ledna | 23. dubna | 2. července | 27. srpna | |||
2000 | 2001 | |||||||
Cena, $ [17] | 644 | 819 | 409 | 352 | 294 | 562 | 375 | 562 |
Hodinová frekvence, GHz | 2.2 | 2.4 | 2,266 | 2,533 | 2.5 | 2.6 | 2,666 | 2.8 | 3,066 | 3 | 3.20 | 3.4 | 3.6 | 3.8 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Oznámeno | 7. ledna | 2. dubna | 6. května | 26. srpna | 14. listopadu | 14. dubna | 23. června | 2. února | 21. února | 26. května | ||||
2002 | 2003 | 2004 | 2005 | |||||||||||
Cena, $ [17] | 562 | 562 | 423 | 637 | 243 | 401 | 401 | 508 | 637 | 415 | 637 | 417 | 605 | 851 |
Hodinová frekvence, GHz | 3.2 | 3.4 | 3,466 | 3,733 |
---|---|---|---|---|
Oznámeno | 3. listopadu 2003 | 2. února 2004 | 1. listopadu 2004 | 21. února 2005 |
Cena, $ [17] | 999 |
procesor | Pentium 4-M | Mobilní Pentium 4 | |||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Hodinová frekvence, GHz | 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 |
Oznámeno | 4. března | 23. dubna | 24. června | 16. září | 14. ledna | 16. dubna | 11. června | 23. září | 28. září | ||||||||
2002 | 2003 | 2004 | |||||||||||||||
Cena, $ [17] [18] | 392 | 496 | 198 | 268 | 637 | 431 | 637 | 562 | 562 | 562 | 562 | 185 | 220 | 275 | 417 | 653 | 262 |
20. listopadu 2000 Intel oznámil první procesory Pentium 4. Byly založeny na jádru zásadně odlišném od jeho předchůdců – Willamette. Procesory Pentium 4 využívaly novou systémovou sběrnici, která umožňovala přenos dat na frekvenci, která čtyřikrát převyšovala základní ( anglicky quad pumped bus ). Efektivní frekvence systémové sběrnice u prvních procesorů Pentium 4 byla tedy 400 MHz (fyzická frekvence byla 100 MHz).
Procesory založené na jádru Willamette měly datovou mezipaměť L1 o velikosti 8 KB, mezipaměť sekvencí µop asi 12 000 µops a mezipaměť L2 o velikosti 256 KB. Ve stejné době procesor obsahoval 42 milionů tranzistorů a plocha krystalu byla 217 mm², což bylo vysvětleno zastaralou výrobní technologií - 180 nm CMOS se sloučeninami hliníku. Až do podzimu 2001 se procesory založené na jádře Willamette vyráběly v pouzdře FCPGA (v případě Pentia 4 šlo o čip OLGA osazený na PGA adaptéru) a byly určeny pro instalaci do základních desek se Socketem 423 konektor [19] .
Ještě před vydáním prvního Pentia 4 se předpokládalo, že jak procesory na bázi Willamette, tak Socket 423 budou na trhu pouze do poloviny roku 2001, poté budou nahrazeny procesory na bázi Northwood a Socket 478 . Vzhledem k problémům v implementaci 130 nm technologie, která je lepší než očekávané procento čipů u procesorů založených na jádře Willamette, a také kvůli nutnosti prodávat již vydané procesory, však oznámení procesorů založených na jádře Northwood byl odložen až na rok 2002 a 27. srpna 2001 byly představeny procesory Pentium 4 v balíčku FC-mPGA2 ( Socket 478 ), které byly stále založeny na jádře Willamette [20] [21] [22] .
Procesory Pentium 4 založené na jádře Willamette pracovaly na taktovací frekvenci 1,3–2 GHz s frekvencí systémové sběrnice 400 MHz, napětí jádra bylo 1,7–1,75 V v závislosti na modelu a maximální odvod tepla byl 100 W při frekvenci 2 GHz [19] .
Northwood7. ledna 2002 Intel oznámil procesory Pentium 4 založené na novém jádru Northwood, což bylo jádro Willamette se zvýšenou vyrovnávací pamětí L2 na ½ MB [23] . Procesory založené na jádru Northwood obsahovaly 55 milionů tranzistorů a byly vyrobeny pomocí nové 130 nm CMOS technologie s měděnými spoji. Díky použití nové výrobní technologie bylo možné výrazně zmenšit plochu matrice: matrice procesorů založených na jádru Northwood revize B0 měla plochu 146 mm² a při následných revizích se plocha matrice zmenšila. až 131 mm².
Taktovací frekvence procesorů Pentium 4 na bázi jádra Northwood byla 1,6-3,4 GHz, frekvence systémové sběrnice byla 400, 533 nebo 800 MHz v závislosti na modelu. Všechny procesory založené na jádře Northwood byly vyrobeny v pouzdře FC-mPGA2 a byly určeny pro instalaci do základních desek s konektorem Socket 478, napětí jádra těchto procesorů bylo podle modelu 1,475–1,55 V a maximální odvod tepla byl 134 W při frekvenci 3,4 GHz [19] [21] .
14. listopadu 2002 byl představen procesor Pentium 4 3066 MHz s podporou virtuální vícejádrové technologie - Hyper-threading . Tento procesor se ukázal jako jediný procesor založený na jádru Northwood s 533 MHz FSB, který podporoval technologii Hyper-threading. Následně tuto technologii podporovaly všechny procesory s frekvencí systémové sběrnice 800 MHz (2,4–3,4 GHz) [24] .
Charakteristickým znakem procesorů Pentium 4 založených na jádře Northwood byla nemožnost nepřetržitého provozu při zvýšeném napětí jádra (zvýšení napětí jádra při přetaktování je běžná technika, která zlepšuje stabilitu na vyšších frekvencích [25] ). Zvýšení napětí jádra na 1,7 V vedlo k rychlému selhání procesoru, přestože teplota krystalu zůstala nízká. Tento jev, nazývaný „ syndrom náhlé smrti Northwooda “, výrazně omezil přetaktování Pentia 4 na jádře Northwood [26] .
Prescott2. února 2004 Intel oznámil první procesory Pentium 4 založené na jádře Prescott. Poprvé od svého vzniku prošla architektura NetBurst významnými změnami.
Hlavním rozdílem mezi jádrem Prescott a jeho předchůdci bylo prodloužené potrubí z 20 na 31 stupňů. To umožnilo zvýšit frekvenční potenciál procesorů Pentium 4, nicméně to mohlo vést k závažnějším ztrátám výkonu v případě chyb predikce větvení. V tomto ohledu dostalo jádro Prescott vylepšený blok predikce větvení, který umožnil výrazně snížit počet chyb predikce. Kromě toho byla modernizována ALU , konkrétně byla přidána jednotka násobení celých čísel, která chyběla u procesorů založených na jádrech Willamette a Northwood. Datová mezipaměť L1 byla zvýšena z 8 KB na 16 KB a mezipaměť L2 byla zvýšena z 512 KB na 1 MB.
Taktovací frekvence procesorů Pentium 4 na jádře Prescott byla 2,4-3,8 GHz, frekvence systémové sběrnice byla podle modelu 533 nebo 800 MHz. Zároveň byla deaktivována podpora technologie Hyper-threading u desktopových procesorů s taktem pod 2,8 GHz. Zpočátku se procesory založené na jádře Prescott vyráběly v pouzdře FC-mPGA2 ( Socket 478 ) a poté v pouzdře FC-LGA4 ( LGA775 ). Procesory obsahovaly 125 milionů tranzistorů, byly vyrobeny pomocí 90nm CMOS technologie s použitím napjatého křemíku , plocha krystalu byla 112 mm², napětí jádra bylo 1,4-1,425 V, v závislosti na modelu .
U procesorů založených na jádře Prescott pro patici Socket 478 bylo změněno přiřazení některých pinů, což znemožňovalo jejich provoz na starých základních deskách určených pro procesory Willamette a Northwood. Existuje však provizorní způsob, jak procesor na takovou desku osadit [27] .
Navzdory tomu, že procesory založené na jádře Prescott byly vyráběny novou 90nm technologií, nebylo možné dosáhnout snížení odvodu tepla: například Pentium 4 3000 na jádře Northwood mělo typický odvod tepla 81,9 W a Pentium 4 3000E na jádře Prescott v pouzdře typu FC-mPGA2 - 89 W. Maximální odvod tepla procesorů Pentium 4 založených na jádře Prescott byl 151,13 W při 3,8 GHz [19] .
Procesory Pentium 4 založené na jádře Prescott dostaly podporu pro novou přídavnou instrukční sadu - SSE3 , stejně jako podporu pro technologii EM64T (podpora 64bitových rozšíření byla u prvních procesorů zakázána). Kromě toho byla optimalizována technologie Hyper-threading (zejména sada SSE3 obsahovala instrukce pro synchronizaci vláken) [28] .
V důsledku změn provedených v architektuře NetBurst se výkon procesorů založených na Prescott ve srovnání s procesory založenými na Northwood se stejnou frekvencí změnil následovně: v jednovláknových aplikacích používajících instrukce x87 , MMX , SSE a SSE2 , Prescott -procesory se ukázaly být pomalejší než jeho předchůdci a v aplikacích, které používají multithreading nebo jsou citlivé na velikost mezipaměti druhé úrovně, byly před nimi [10] .
Prescott 2M20. února 2005 představil Intel procesory Pentium 4 založené na vylepšeném jádru Prescott. Toto jádro se od svého předchůdce lišilo pouze množstvím L2 cache navýšené na 2 MB, proto se jmenovalo Prescott 2M. Počet tranzistorů v procesorech založených na novém jádru se zvýšil na 169 milionů, plocha matrice se zvětšila na 135 mm² a napětí jádra se ve srovnání s procesory založenými na jádře Prescott nezměnilo.
Všechny procesory založené na jádře Prescott 2M byly vyráběny v pouzdře FC-LGA4, měly frekvenci systémové sběrnice 800 MHz a podporovaly technologie Hyper-threading a EM64T. Taktovací frekvence procesorů Pentium 4 založených na jádře Prescott 2M byla 3-3,8 GHz [19] .
Cedr Mill16. ledna 2006 představil Intel procesory založené na jádře Cedar Mill. Cedar Mill bylo posledním jádrem použitým v procesorech Pentium 4. Jednalo se o jádro Prescott 2M, vyrobené podle nové 65 nm procesní technologie . Použití 65 nm technologie umožnilo zmenšit plochu krystalu na 81 mm².
Existovaly čtyři modely procesorů Pentium 4 založené na jádře Cedar Mill: 631 (3 GHz), 641 (3,2 GHz), 651 (3,4 GHz), 661 (3,6 GHz). Všechny pracovaly s frekvencí systémové sběrnice 800 MHz, byly určeny pro instalaci do základních desek s konektorem LGA775 , podporovaly technologii Hyper-Threading , EM64T , XD-bit a v nejnovějších revizích C1/D0 získaly i energeticky- úspora EIST, C1E a ochrana proti přehřátí TM2. Nicméně na starších základních deskách, bez podpory nových režimů napájení a nižšího napětí ze strany napájecího čipu CPU, se počítač jednoduše nespustí. Napájecí napětí těchto procesorů bylo v rozmezí 1,2-1,3375 V, parametr TDP byl u procesorů krokování B1 a C1 86 W, v revizi D0 byl tento údaj snížen na 65 W.
Jádro Cedar Mill také podložilo dvoujádrové procesory Pentium D založené na jádře Presler, které nemělo jedno monolitické matrice, ale dvě matrice, podobné těm, které se používají u procesorů Pentium 4, umístěné na substrátu a pokryté tepelným- rozvodný kryt [29] .
Procesory Pentium 4 založené na jádru Cedar Mill se vyráběly do 8. srpna 2007 , kdy Intel oznámil, že všechny procesory s architekturou NetBurst budou ukončeny.
Zrušené procesoryPředpokládalo se, že koncem roku 2004 - začátkem roku 2005 bude jádro Prescott u stolních procesorů Pentium 4 nahrazeno novým jádrem Tejas. Procesory založené na jádře Tejas měly být vyráběny 90 nm technologií, pracovat na frekvenci 4,4 GHz s frekvencí systémové sběrnice 1066 MHz, mít zvýšenou L1 cache na 24 KB a vylepšenou podporu technologie Hyper-threading [30 ] . Na konci roku 2005 musely procesory založené na jádru Tejas přejít na 65nm výrobní technologii a dosáhnout frekvence 9,2 GHz [31] . V budoucnu měla taktovací frekvence procesorů architektury NetBurst překročit 10 GHz, nicméně načasování oznámení Tejas bylo neustále odkládáno, procesory založené na jádře Prescott nemohly dosáhnout 4 GHz kvůli problémům s odvodem tepla, ve spojení s nímž se počátkem roku 2004 objevila informace o zrušení vydávání procesorů založených na jádře Tejas [32] , a 7. května 2004 Intel oficiálně oznámil ukončení prací jak na jádře Tejas, tak na slibném vývoji založeném na NetBurst. architektura [33] [34] .
První nadšené procesory Pentium 4 Extreme Edition (Pentium 4 „EE“ nebo „XE“) byly představeny společností Intel 3. listopadu 2003. Byly založeny na jádru Gallatin, které bylo použito v serverových procesorech Xeon a bylo to jádro Northwood revize M0 s 2 MB L3 cache . Plocha matrice těchto procesorů byla 237 mm².
Procesory Pentium 4 EE založené na jádře Gallatin pracovaly na frekvenci 3,2-3,466 GHz, měly frekvenci systémové sběrnice 1066 MHz pro model pracující na 3,466 GHz a 800 MHz pro ostatní modely (3,2 a 3,4 GHz) . Napětí jádra bylo 1,4-1,55 V a maximální odvod tepla byl 125,59 W při frekvenci 3,466 GHz. Zpočátku byly procesory Pentium 4 EE založené na jádru Gallatin vyráběny v pouzdře FC-mPGA2 ( Socket 478 ) a poté v pouzdře FC-LGA4 ( LGA775 ).
21. února 2005 představil Intel procesor Pentium 4 EE založený na jádře Prescott 2M. Vyráběl se v pouzdře FC-LGA4, určeném pro instalaci do základních desek s konektorem LGA775 a pracoval na frekvenci 3,733 GHz. Frekvence systémové sběrnice byla 1066 MHz, napájecí napětí 1,4 V a maximální odvod tepla 148,16 W.
Dalším vývojem rodiny Extreme Edition byly dvoujádrové procesory Pentium XE .
Mobilní procesory Pentium 4-M byly Pentium 4 založené na jádru Northwood, které mělo snížené napájecí napětí a rozptyl tepla a také podporovalo energeticky úspornou technologii Intel SpeedStep . Maximální přípustná teplota skříně byla oproti stolním procesorům zvýšena a činila 100 °C (u stolních procesorů na bázi jádra Northwood – od 68 do 75 °C), což bylo způsobeno pracovními podmínkami v notebooku (malý vzdušný prostor a velikost chladiče, méně silné proudění vzduchu).
Všechny procesory Pentium 4-M běžely na 400 MHz FSB. Napětí jádra procesorů Pentium 4-M bylo 1,3 V, maximální odvod tepla byl 48,78 W při frekvenci 2,666 GHz, typická - 35 W, v režimu nízké spotřeby - 13,69 W. Procesory Pentium 4-M běžely na frekvencích od 1,4 do 2,666 GHz.
Procesory Mobile Pentium 4 byly Pentium 4 založené na jádrech Northwood nebo Prescott a běžely na vyšších taktech než Pentium 4-M, od 2,4 do 3,466 GHz. Některé procesory Mobile Pentium 4 podporovaly technologii Hyper-threading.
Všechny procesory Mobile Pentium 4 běžely na 533 MHz FSB. Napětí jádra bylo 1,325-1,55 V, maximální odvod tepla byl 112 W při frekvenci 3,466 GHz, typicky - od 59,8 do 88 W, v režimu nízké spotřeby - od 34,06 do 53,68 W.
Procesor Pentium 4 byl vlajkovou lodí procesorů Intel pro stolní počítače od svého uvedení v listopadu 2000 až do uvedení dvoujádrového procesoru Pentium D v květnu 2005 . Procesory Pentium 4 v době svého vydání zaujímaly horní cenovou niku a po vydání procesorů Pentium D tu střední. Pentium 4 propagoval Intel ne jako univerzální procesor, ale jako výkonný multimediální procesor, který vám umožní získat maximální výkon ve stávajících hrách, zvukových a video editorech a také při práci na internetu [7] [35] .
Procesory Pentium 4 Extreme Edition byly „ obrazové “ procesory a velkoobchodní cena za tyto procesory v době oznámení byla vždy 999 $ [36] .
Navzdory skutečnosti, že během roku po oznámení Pentia 4 byly hlavním prodejem Intel stále procesory Pentium III [37] (to bylo způsobeno extrémně vysokými náklady na systémy založené na Pentiu 4 v kombinaci s pamětí RDRAM , která neměla alternativa až do uvedení čipové sady Intel 845 na podzim 2001 [22] ), následně díky agresivní reklamní a marketingové politice společnosti Intel (včetně poskytování slev výrobcům počítačů a maloobchodním řetězcům za používání a prodej výhradně produktů Intel, stejně jako jako platby za odmítnutí používání produktů konkurence [38] ), v kombinaci s neúspěšnou marketingovou politikou hlavního konkurenta AMD, se mezi uživateli staly oblíbené procesory Pentium 4 [39] [40] [41] . Tomu napomohla i vyšší taktovací frekvence procesorů Pentium 4 (zejména kvůli vysoké taktovací frekvenci konkurenčních procesorů a také popularitě „ megahertzového mýtu “ [42] bylo AMD nuceno zavést hodnocení výkonu pro procesory Athlon XP, často uváděné nezkušenými uživateli jako zavádějící [43] ). Přesto se AMD podařilo Intel na trhu mikroprocesorů vážně vytlačit díky úspěšným produktům – raným Athlonu XP a Athlonu 64, které výkonem předčily procesory Pentium 4 a měly nižší cenu. Od roku 2000 do roku 2001 se tedy AMD podařilo zvýšit svůj podíl na trhu procesorů x86 z 18 % na 22 % (podíl Intelu klesl z 82,2 % na 78,7 %) a po vyřešení problémů, které AMD mělo v roce 2002, kdy jeho trh podíl klesl na 14 %, od roku 2003 do roku 2006 - na 26 % (podíl Intelu je asi 73 %) [44] [45] [46] .
Paralelně s procesory rodiny Pentium 4 existovaly následující procesory x86:
Procesory Pentium 4 pracující na vysoké frekvenci se vyznačovaly vysokou spotřebou a v důsledku toho i odvodem tepla. Maximální taktovací frekvence sériových procesorů Pentium 4 byla 3,8 GHz, přičemž typický odvod tepla přesáhl 100 W a maximální - 150 W [19] [61] . Procesory Pentium 4 však byly lépe chráněny před přehřátím než konkurenční procesory. Funkce Thermal Monitor , technologie tepelné ochrany pro procesory Pentium 4 (stejně jako následující procesory Intel), je založena na mechanismu modulace hodin , který vám umožňuje upravit efektivní frekvenci jádra zavedením cyklů nečinnosti – periodickým vypínáním hodinového signálu na funkční bloky procesoru („přeskakování hodin“, „ škrcení “). Při dosažení prahové hodnoty teploty krystalu, která závisí na modelu procesoru, se automaticky zapne modulační mechanismus hodinového signálu, efektivní frekvence se sníží (současně lze její pokles určit buď zpomalením systému nebo pomocí speciálního softwaru, protože skutečná frekvence zůstává nezměněna) a nárůst teploty se zpomalí. V případě, že teplota stále dosáhne maximální dovolené, systém se vypne [62] [63] . Kromě toho pozdní procesory Pentium 4 (počínaje revizí jádra Prescott E0 [64] ), určené pro instalaci do patice Socket 775, měly podporu technologie Thermal Monitor 2 , která umožňuje snížit teplotu snížením skutečné taktovací frekvence (o snížení násobiče) a napěťová jádra [65] .
Dobrým příkladem účinnosti tepelné ochrany procesorů Pentium 4 byl experiment, který v roce 2001 provedl Thomas Pabst. Účelem tohoto experimentu bylo porovnat tepelný výkon procesorů Athlon 1,4 GHz, Athlon MP 1,2 GHz, Pentium III 1 GHz a Pentium 4 2 GHz založených na jádře Willamette. Po odstranění chladičů z fungujících procesorů došlo u procesorů Athlon MP a Athlon k nevratnému tepelnému poškození a systém na Pentiu III se zavěsil, zatímco systém s procesorem Pentium 4 pouze zpomalil rychlost [66] [67] . Navzdory tomu, že experimentálně modelovaná situace s úplným selháním chladicího systému (například v případě zničení držáku chladiče ), je nepravděpodobná, a pokud k ní dojde, vede k vážnějším následkům ( např. například ke zničení rozšiřujících karet nebo základní desky v důsledku pádu na chladič) bez ohledu na model procesoru [62] , výsledky experimentu Thomase Pabsta negativně ovlivnily popularitu konkurenčních procesorů AMD a názor o jejich nespolehlivosti byl široce rozšířen i po uvedení procesorů Athlon 64 , které mají ve srovnání s jejich předchůdcem účinnější systém ochrany proti přehřátí. Pochybnosti navíc vzbuzují teploty procesorů Intel v tomto experimentu rovné 29 a 37 Celsia – vždyť jde o provozní teploty procesorů Intel při nulovém zatížení procesoru a se standardním systémem chlazení. V experimentu Thomase Pabsta se v hypertrofované podobě ukázaly výhody procesorů Intel a nevýhody procesorů AMD ohledně tepelné ochrany. To může být reklamní trik pro nové procesory Intel, zejména s ohledem na sentiment spotřebitelů vůči časným procesorům Pentium 4 kvůli jejich vysoké ceně a nízkému výkonu.
Vzhledem k povaze architektury NetBurst, která umožňovala procesorům pracovat na vysokých frekvencích, byly procesory Pentium 4 oblíbené u overclockerů . Takže například procesory založené na jádře Cedar Mill dokázaly pracovat na frekvencích přesahujících 7 GHz za použití extrémního chlazení (obvykle se používala sklenice tekutého dusíku) [68] , a juniorské procesory založené na jádře Northwood se standardním systémem frekvence sběrnice 100 MHz fungovala spolehlivě při frekvenci systémové sběrnice 133 MHz nebo vyšší [69] .
[19] [70] [71] | Willamette | Northwood | Gallatin | Prescott | Prescott 2M | Cedar Mill | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
plocha počítače | plocha počítače | mobilní, pohybliví | plocha počítače | mobilní, pohybliví | plocha počítače | ||||
Frekvence hodin | |||||||||
Frekvence jádra, GHz | 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 | |
Frekvence FSB , MHz | 400 | 400, 533, 800 | 400 533 | 800, 1066 | 533, 800, 1066 ( EE ) | 800 | |||
Charakteristika jádra | |||||||||
Instrukční sada | IA-32 , MMX , SSE , SSE2 | IA-32 , EM64T (některé modely), MMX , SSE , SSE2 , SSE3 | |||||||
Registrovat bity | 32/64 bitů (celé číslo), 80 bitů (skutečné), 64 bitů (MMX), 128 bitů (SSE) | ||||||||
Hloubka dopravníku | 20 stupňů (kromě instrukčního dekodéru) | 31 stupňů (kromě instrukčního dekodéru) | |||||||
Bitová hloubka SHA | 36 bit | 40 bitů | |||||||
Bitová hloubka SD | 64 bit | ||||||||
Předběžné načítání dat hardwaru | tady je | ||||||||
Počet tranzistorů , miliony | 42 | 55 | 178 | 125 | 188 | ||||
L1 cache | |||||||||
Datová mezipaměť | 8 KB, 4kanálové vytáčení, délka linky 64 bajtů, dvouportový zápis | 16 KB, 8-kanálové vytáčení, délka linky 64 bajtů, zápis přes duální port | |||||||
Mezipaměť instrukcí | Mezipaměť mikrooperačních sekvencí, 12 000 mikrooperací, 8kanálová sada asociativní, délka řádku — 6 mikrooperací | ||||||||
L2 cache | |||||||||
Objem, MB | ¼ | ½ | jeden | 2 | |||||
Frekvence | jádrová frekvence | ||||||||
Bitová hloubka BSB | 256bit + 32bit ECC | ||||||||
Organizace | Jednotné, asociativní, neblokující, s kontrolou a opravou chyb ( ECC ); délka řetězce - 64 bajtů | ||||||||
Asociativnost | 8 kanál | ||||||||
L3 cache | |||||||||
Objem, MB | Ne | 2 | Ne | ||||||
Asociativnost | 8 kanál | ||||||||
Délka čáry | 64 bajtů | ||||||||
Rozhraní | |||||||||
konektor | Zásuvka 423 , Zásuvka 478 | Zásuvka 478 | Zásuvka 478 | Zásuvka 478, Zásuvka 775 | Zásuvka 478 | zásuvka 775 | |||
Rám | FCPGA2 , FC-mPGA2 | FC-mPGA2 | FC-mPGA, FC-mPGA2 | FC-mPGA2, FC-LGA4 | FC-mPGA2, FC-mPGA4 | FC-LGA4 | |||
Pneumatika | AGTL + (úroveň signálu se rovná napětí jádra) | ||||||||
Technologické, elektrické a tepelné charakteristiky | |||||||||
Produkční technologie | 180 nm CMOS (pětivrstvé, hliníkové sloučeniny) | 130 nm CMOS (šestivrstvé, měděné spoje, Low-K dielektrikum ) | 90nm CMOS (sedmivrstvý, měděný, Low-K, natažený křemík) | 65nm CMOS (osmivrstvý, měď, Low-K, Stretched Silicon) | |||||
Plocha krystalu, mm² | 217 | 146 (rev. B0) 131 (rev. C1, D1, M0) |
237 | 112 | 135 | 81 | |||
Napětí jádra, V | 1,7–1,75 | 1,475-1,55 | 1,3–1,55 | 1,4–1,55 | 1,4–1,425 | 1,325 | 1,4–1,425 | 1,2–1,3375 | |
I/O napětí | napětí jádra | ||||||||
Napětí mezipaměti L2 | |||||||||
Maximální uvolňování tepla, W | 100 | 134 | 48,78 | 125,59 | 151,13 | 112 | 148,16 | 116,75 | |
Willamette
revize | ID CPU | Modelky |
---|---|---|
B2 | 0xF07h | SL4QD, SL4SC, SL4SF, SL4SG, SL4SH, SL4TY |
C1 | 0xF0Ah | SL4WS SL4WT SL4WU SL4WV SL4X2 SL4X3 SL4X4 SL4X5 SL57V SL57W SL59U SL59V SL59X SL5FW SL5GC SL5N7 SL5N8 SL5N9 SL5US5 SLUT |
D0 | 0xF12h | SL5SX SL5SY SL5SZ SL5TG SL5TJ SL5TK SL5TL SL5TN SL5TP SL5TQ SL5UE SL5UF SL5UG SL5UH SL5UJ SL5UK SL5UL SL5UM SL5VH SL5VJ SL5WSL6, 2SL5VH SL5VJ SL5WSLV SL5V5 SL5WSLV SL65V |
E0 | 0xF13h | SL679, SL67A, SL67B, SL67C, SL6BA, SL6BC, SL6BD, SL6BE, SL6BF |
Northwood
revize | ID CPU | Modelky |
---|---|---|
B0 | 0xF24h | SL5YR, SL5YS, SL5ZT, SL5ZU, SL62P, SL62Q, SL62R, SL62S, SL63X, SL65R, SL668, SL66Q, SL66R, SL66S, SL66T, SL67R, SL67Y, SL67Z, SL682, SL683, SL684, SL685, SL68Q, SL68R, SL68S, SL68T, SL6D6, SL6D7, SL6D8, SL6ET, SL6EU, SL6EV (Desktop), SL6CL, SL6DF, SL6CK, SL6DE, SL69D, SL65Q, SL6CJ, SL5ZZ, SL6CH, SL5SL,5ZZ, SL6CH, SL65SLY, SL65, SL65ZLY, SL65SLY, SL65 (mobilní, pohybliví) |
C1 | 0xF27h | SL6DU SL6DV SL6DW SL6DX SL6E6 SL6E7 SL6E8 SL6E9 SL6EB SL6EE SL6EF SL6EG SL6EH SL6GQ SL6GR SL6GS SL6GT SL6GU SL6HB SL6HL SL6JJ SL6K6 SL6K7 SL6RZ, SL6S2, SL6S3, SL6S4, SL6S5, SL6S6, SL6S7, SL6S8, SL6S9, SL6SA, SL6SB, SL6SH, SL6SJ, SL6SK , SL6SL, SL6SM, SL6SN, SL6SP, SL6SR (desktop), SL6P2, SLLR6K5, SL6, SL6LS, SL6LS, SL6FK, SL6FJ, SL6FH, SL6FG, SL6FF (mobil) |
D1 | 0xF29h | SL6PB, SL6PC, SL6PD, SL6PE, SL6PF, SL6PG, SL6PK, SL6PL, SL6PM, SL6PN, SL6PP, SL6PQ, SL6Q7, SL6Q8, SL6Q9, SL6QA, SL6QB, SL6QC, SL6QL, SL6QM, SL6QN, SL6QP, SL6Q SL6WF SL6WG SL6WH SL6WJ SL6WK SL6WR SL6WS SL6WT SL6WU SL6WZ SL78Y SL78Z SL792 SL793 SL7EY (Desktop) , SL6VC, SL723, SL6VB, SL6V9, SL6V8, SL6V7, SL6V6 (mobil) |
M0 | 0xF25h | SL6Z3, SL6Z5, SL79B, SL7BK, SL7V9 |
Gallatin
revize | ID CPU | Modelky |
---|---|---|
M0 | 0xF25h | SL7AA, SL7CH, SL7GD, SL7NF, SL7RR, SL7RT |
Prescott
revize | ID CPU | Modelky |
---|---|---|
C0 | 0xF33h | SL79K, SL79L, SL79M, SL7AJ, SL7B8, SL7B9, SL7D7, SL7D8, SL7E8, SL7E9, SL7FY |
D0 | 0xF34h | de |
E0 | 0xF41h | SL7KD SL7NZ SL7P2 SL7PK SL7PL SL7PM SL7PN SL7PP SL7PR SL7PT SL7PU SL7PW SL7PX SL7PY SL7PZ SL7Q2 SL82U SL82V SL82X SL82Z SL833 SL84X SL85X SL87L, SL88F, SL88G, SL88H, SL88J, SL88K, SL88L, SL8B3, SL8HX, SL8HZ, SL8J2, SL8J5, SL8J6, SL8J7 , SL8J8, SL8J9, SL8JA, SL8U4, SL8U5 (desktop), SL7X5 (mobil) |
G1 | 0xF49h | SL8JX SL8JZ SL8K2 SL8K4 SL8PL SL8PM SL8PN SL8PP SL8PQ SL8PR SL8PS SL8ZY SL8ZZ SL9C5 SL9C6 SL9CA SL9CB SL9CD SL9CG SL9CJ SL9CK |
Prescott 2M
revize | ID CPU | Modelky |
---|---|---|
N0 | 0xF43h | SL7Z3, SL7Z4, SL7Z5, SL7Z7, SL7Z8, SL7Z9, SL8AB |
R0 | 0xF4Ah | SL8PY, SL8PZ, SL8Q5, SL8Q6, SL8Q7, SL8Q9, SL8QB, SL8UP |
Cedar Mill
revize | ID CPU | Modelky |
---|---|---|
B1 | 0xF62h | SL8WF, SL8WG, SL8WH, SL8WJ, SL94V, SL94W, SL94X, SL94Y |
C1 | 0xF64h | SL96H, SL96J, SL96K, SL96L |
D0 | 0xF65h | SL9KE, SL9KG |
Procesor je složité mikroelektronické zařízení, což nevylučuje možnost jeho nesprávné činnosti. Chyby se objevují ve fázi návrhu a lze je opravit aktualizací mikrokódu procesoru (výměnou BIOSu základní desky za novější verzi) nebo vydáním nové revize jádra procesoru. Některé drobné chyby se v reálném provozu nemusí vyskytovat, nebo neovlivňují jeho stabilitu, případně je lze spravovat hardwarově (čipová sada) nebo softwarově (například pomocí BIOSu).
Jádro | revize | Chyby nalezeny | Opravené chyby | Počet chyb [72] |
---|---|---|---|---|
Willamette | B2 | 81 | — | 81 |
C1 | jeden | 21 | 61 | |
D0 | 2 | čtyři | 59 | |
E0 | jeden | 0 | 60 | |
Northwood | B0 | 13 | čtrnáct | padesáti |
C1 | osm | 7 | 51 | |
D1 | 3 | čtyři | padesáti | |
M0 | 3 | 0 | 53 | |
Gallatin | M0 | |||
Prescott | C0 | 71 | — | 71 |
D0 (PGA478) | čtyři | čtrnáct | 61 | |
D0 (LGA775) | 21 | 0 | 82 | |
E0 (PGA478) | 0 | 29 | 53 | |
E0 (LGA775) | 23 | 0 | 76 | |
G1 (PGA478) | 0 | 26 | padesáti | |
G1 (LGA775) | 16 | 0 | 66 | |
Prescott 2M | N0 | 0 | jeden | 65 |
R0 | 17 | jedenáct | 71 | |
Cedar Mill | B1 | 28 | — | 28 |
C1 | 0 | jeden | 27 | |
D0 | 0 | jeden | 26 |
Oficiální informace
Popis architektury a historie procesorů
Recenze a testování
procesory Intel | |||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||||||||||||
|