Pentium 4 | |
---|---|
CPU | |
Produktion | fra 2000 til 2008 |
Udvikler | Intel |
Fabrikant | |
CPU frekvens | 1,3-3,8 GHz |
FSB frekvens | 400-1066 MHz |
Produktionsteknologi | CMOS , 180-65 nm |
Instruktionssæt | IA-32 , MMX , SSE , SSE2 , SSE3 , EM64T |
mikroarkitektur | netbrud |
Stik | |
Kerner |
|
Pentium IIIPentium D |
Intel Pentium 4 er en single-core x86 - kompatibel mikroprocessor fra Intel , introduceret den 20. november 2000 [1] , som blev den første mikroprocessor baseret på en fundamentalt ny syvende generations arkitektur sammenlignet med sine forgængere (ifølge Intels klassifikation) - NetBurst . Ud over forskellige varianter af Pentium 4 inkluderer NetBurst-arkitekturprocessorer dual -core Pentium D-processorer samt nogle serverspecifikke Xeon - processorer . Derudover er nogle Celeron-processorer til low-end-systemer Pentium 4-processorer med delvist deaktiveret L2-cache .
Produktionen af Pentium 4-processorer begyndte i 2000. Siden midten af 2005 begyndte de gradvist at blive tvunget ind i den lavere priskategori af dual-core Pentium D-processorer. Den 27. juli 2006 dukkede de første processorer i Core 2 Duo -familien op , der erstattede NetBurst-arkitektur-processorerne, og i august 8, 2007, annoncerede Intel lanceringen af et program til at fjerne produktionen af alle processorer af NetBurst-arkitekturen [2] .
Pentium 4-processorer til stationære og bærbare computere kom i tre forskellige chassistyper.
Tilfældet med tidlige processorer baseret på Willamette-kernen, produceret fra slutningen af 2000 til begyndelsen af 2002 [3] og beregnet til installation i Socket 423-sokkelen, var et substrat ( eng. substrat ) lavet af organisk materiale med en lukket varmefordelende dæksel ( eng. integreret varmespreder ) krystal installeret på et adapterkort ( eng. interposer ) med 423-bens kontakter (husmål - 53,3 × 53,3 mm ) [4] . SMD - elementer er installeret mellem kontakterne på bagsiden af adapterkortet .
Seneste processorer på Willamette-kernen, Pentium 4-processorer på Northwood-kernen, nogle Pentium 4 Extreme Edition-processorer på Gallatin-kernen og tidlige processorer på Prescott-kernen fra 2001 til 2005 [5] blev produceret i en FC-mPGA2-pakke , som var et substrat lavet af organisk materiale med et lukket varmefordelende dæksel med en krystal på forsiden og 478 benkontakter samt SMD-elementer - på bagsiden (kassemål - 35 × 35 mm).
En del af Pentium 4 Extreme Edition-processorerne baseret på Gallatin-kernen, sene processorer baseret på Prescott-kernen, processorer baseret på Prescott-2M- og Cedar Mill-kernerne fra foråret 2004 [6] til efteråret 2007 blev produceret i en FC-LGA4-pakke , som var et organisk materialesubstrat med en krystal lukket med et varmefordelende dæksel på forsiden og 775 kontaktpuder på bagsiden (husmål - 37,5 × 37,5 mm). Som i de to tidligere versioner af designet har den eksterne elementer (i en SMD-pakke), der er installeret på processorpakkens substrat.
Nogle mobile processorer baseret på Northwood-kernen blev produceret i en FC-mPGA-pakke . Den største forskel mellem denne type pakke og FC-mPGA2 er fraværet af et varmespredningsdæksel.
Processorer med et varmefordelende dæksel er markeret på overfladen, mens andre processorer er markeret på to klistermærker placeret på substratet på begge sider af chippen.
Transportøren består af 20 trin:
NetBurst-arkitekturen (arbejdsnavn - P68 ), som ligger til grund for Pentium 4-processorerne, blev først og fremmest udviklet af Intel for at opnå høje processorklokfrekvenser. NetBurst er ikke en udvikling af P6- arkitekturen brugt i Pentium III-processorerne , men er en fundamentalt ny arkitektur sammenlignet med sine forgængere. Karakteristiske træk ved NetBurst-arkitekturen er hyper-pipelining og brugen af en micro-op-sekvenscache i stedet for en traditionel instruktionscache. ALU'en for processorer i NetBurst-arkitekturen har også betydelige forskelle fra ALU'en for processorer med andre arkitekturer [7] .
Hyperconveyorization ( eng. Hyper Pipelining ).
Pentium 4-processorer baseret på Willamette- og Northwood-kerner har en pipeline med en dybde på 20 trin, mens processorer baseret på Prescott- og Cedar Mill-kerner har 31 trin [8] (eksklusive instruktionsdekodningstrin: på grund af brugen af en mikrooperationssekvens cache, flyttes dekoderen uden for pipelinen). Dette gør det muligt for Pentium 4-processorer at opnå højere clock-hastigheder end processorer, der har en kortere pipeline med samme produktionsteknologi. For eksempel er den maksimale klokfrekvens for Pentium III-processorer på Coppermine-kernen (180 nm - teknologi) 1333 MHz , mens Pentium 4-processorer på Willamette-kernen kan fungere ved frekvenser, der overstiger 2000 MHz [7] .
De største ulemper ved en lang pipeline er et fald i specifik ydeevne sammenlignet med en kort pipeline (færre instruktioner udføres pr. cyklus) samt alvorlige ydeevnetab, når instruktioner udføres forkert (f.eks. med en forkert forudsagt betinget gren eller cache miss) [7] [9 ] .
For at minimere indflydelsen fra forkert forudsagte grene bruger NetBurst-arkitekturprocessorer en øget filialmålbuffer sammenlignet med deres forgængere og en ny brancheforudsigelsesalgoritme, som gjorde det muligt at opnå høj forudsigelsesnøjagtighed (ca. 94%) i processorer baseret på Willamette-kernen . I efterfølgende kerner er brancheforudsigelsesmotoren blevet opgraderet for at forbedre forudsigelsesnøjagtigheden [7] [10] .
Execution Trace Cache _ _
NetBurst-arkitekturprocessorer, som de fleste moderne x86 -kompatible processorer, er CISC -processorer med en RISC -kerne: før udførelse konverteres komplekse x86-instruktioner til et enklere sæt interne instruktioner (micro-ops), som giver mulighed for hurtigere kommandobehandling. Men på grund af det faktum, at x86-instruktioner er af variabel længde og ikke har et fast format, er deres afkodning forbundet med betydelige tidsomkostninger [11] .
I denne henseende blev det ved udviklingen af NetBurst-arkitekturen besluttet at opgive den traditionelle instruktionscache på første niveau, der gemmer x86-instruktioner til fordel for en mikroop-sekvenscache, der gemmer sekvenser af mikrooperationer i overensstemmelse med den forventede rækkefølge af deres udførelse. Denne organisering af cachehukommelsen gjorde det også muligt at reducere tiden brugt på at udføre betingede hop og hente instruktioner.
ALU og Rapid Execution Engine _ _
Da hovedmålet med at designe NetBurst-arkitekturen var at øge ydeevnen ved at opnå høje klokfrekvenser, blev det nødvendigt at øge hastigheden for udførelse af grundlæggende heltalsoperationer. For at nå dette mål er ALU'en for NetBurst-arkitekturprocessorer opdelt i flere blokke: en "langsom ALU", der er i stand til at udføre et stort antal heltalsoperationer, og to "hurtige ALU'er", der kun udfører de enkleste heltalsoperationer (f.eks. addition ). Udførelsen af operationer på "hurtige ALU'er" sker sekventielt i tre trin: først beregnes de mindst signifikante cifre i resultatet, derefter de mest signifikante, hvorefter flagene kan opnås.
"Hurtige ALU'er", deres skemalæggere, såvel som registerfilen synkroniseres ved halvdelen af processorcyklussen, og den effektive frekvens af deres drift er således det dobbelte af kernefrekvensen. Disse blokke danner en mekanisme til accelereret udførelse af heltalsoperationer.
I processorer baseret på Willamette- og Northwood-kerner kan "hurtige ALU'er" kun udføre operationer, der behandler operander i retningen fra lavere bits til højere. I dette tilfælde kan resultatet af beregningen af de mindst signifikante cifre opnås efter en halv cyklus. Den effektive forsinkelse er således en halv cyklus. I processorer baseret på Willamette- og Northwood-kerner er der ingen heltalsmultiplikation og skiftblokke, og disse operationer udføres af andre blokke (især MMX -instruktionsblokken ).
I processorer baseret på Prescott- og Cedar Mill-kerner er der en heltalsmultiplikationsenhed, og "hurtige ALU'er" er i stand til at udføre skiftoperationer. Den effektive latens af operationer udført af "hurtige ALU'er" er steget sammenlignet med processorer baseret på Northwood-kernen og er en clock-cyklus [12] .
Hovedopgaven for mikro-ops-planlæggere er at bestemme, om mikro-ops er klar til udførelse og overføre dem til pipelinen. På grund af det store antal stadier i pipelinen, er planlæggere tvunget til at sende mikrooperationer til udførelsesenheder, før udførelsen af tidligere mikrooperationer er afsluttet. Dette sikrer optimal indlæsning af processorens eksekveringsenheder og undgår ydeevnetab, hvis de data, der kræves for at udføre en mikrooperation, er i cachen på første niveau, en registerfil, eller kan overføres uden om registerfilen.
Når planlæggeren bestemmer klarheden af nye mikrooperationer til overførsel til udførelsesenheder, skal planlæggeren bestemme udførelsestiden for disse tidligere mikrooperationer, hvis resultat er de data, der er nødvendige for udførelse af nye mikrooperationer. I tilfælde af, at udførelsestiden ikke er forudbestemt, bruger planlæggeren den korteste udførelsestid til at bestemme den.
Hvis estimatet af den nødvendige tid til at hente dataene er korrekt, er mikrooperationen vellykket. I tilfælde af at dataene ikke blev modtaget rettidigt, ender verifikationen af resultatets rigtighed i fiasko. I dette tilfælde placeres mikrooperationen, hvis resultat viste sig at være forkert, i en speciel kø ( engelsk replay queue ), og derefter igen sendt af planlæggeren til udførelse.
På trods af at den gentagne udførelse af mikrooperationer fører til betydelige ydeevnetab, gør brugen af denne mekanisme det muligt i tilfælde af fejlagtig udførelse af mikrooperationer at undgå at stoppe og nulstille rørledningen, hvilket ville føre til mere alvorlige tab.
Processoren, kodenavnet Willamette, dukkede første gang op i Intels officielle planer i oktober 1998 [13] , selvom dens udvikling begyndte kort efter færdiggørelsen af arbejdet med Pentium Pro-processoren , som blev udgivet i slutningen af 1995 , og navnet "Willamette" blev nævnt i meddelelser fra 1996. [14] . Behovet for at designe en ny IA-32- arkitekturprocessor opstod på grund af de vanskeligheder, der opstod i udviklingen af 64-bit Merced -processoren , som i overensstemmelse med Intels planer blev tildelt rollen som en efterfølger til P6 -arkitekturprocessorerne : udvikling, der er udført siden 1994, blev meget forsinket, og Merceds ydeevne ved udførelse af x86 -instruktioner var utilfredsstillende sammenlignet med de processorer, det var beregnet til at erstatte [13] .
Det var meningen, at Willamette skulle frigives i anden halvdel af 1998 , men som følge af adskillige forsinkelser blev meddelelsen udskudt til slutningen af 2000 [15] . I februar 2000, på Intel Developers Forum ( IDF forår 2000), blev en computer demonstreret baseret på en ingeniørprøve af Willamette-processoren, kaldet "Pentium 4", der opererer ved en frekvens på 1,5 GHz [16] .
De første masseproducerede Pentium 4-processorer baseret på Willamette -kernen , annonceret den 20. november 2000, blev produceret ved hjælp af 180 nm - teknologi. En videreudvikling af Pentium 4-familien var processorerne baseret på Northwood -kernen , produceret ved hjælp af 130 nm-teknologi. Den 2. februar 2004 blev de første processorer baseret på Prescott -kernen (90 nm) introduceret, og den sidste kerne brugt i Pentium 4-processorer var Cedar Mill -kernen (65 nm). Baseret på Northwood og Prescott kernerne blev der også produceret mobile Pentium 4 og Pentium 4-M processorer, som var Pentium 4 med reduceret strømforbrug. Baseret på alle de ovennævnte kerner blev der også produceret Celeron -processorer designet til budgetcomputere, som var Pentium 4 med en reduceret mængde cachehukommelse på andet niveau og en reduceret systembusfrekvens .
Nedenfor er datoerne for annonceringen af forskellige modeller af Pentium 4-processorer, samt deres priser på tidspunktet for annonceringen.
Urfrekvens, GHz | 1.4 | 1.5 | 1.3 | 1.7 | 1.6 | 1.8 | 1.9 | 2 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Meddelt | 20 november | 3. januar | 23. april | 2. juli | 27. august | |||
2000 | 2001 | |||||||
Pris, $ [17] | 644 | 819 | 409 | 352 | 294 | 562 | 375 | 562 |
Urfrekvens, 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 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Meddelt | 7. januar | 2. april | den 6. maj | august, 26 | 14. november | 14. april | 23. juni | 2. februar | 21. februar | 26 maj | ||||
2002 | 2003 | 2004 | 2005 | |||||||||||
Pris, $ [17] | 562 | 562 | 423 | 637 | 243 | 401 | 401 | 508 | 637 | 415 | 637 | 417 | 605 | 851 |
Urfrekvens, GHz | 3.2 | 3.4 | 3,466 | 3,733 |
---|---|---|---|---|
Meddelt | 3. november 2003 | 2. februar 2004 | 1. november 2004 | 21. februar 2005 |
Pris, $ [17] | 999 |
CPU | Pentium 4-M | Mobil Pentium 4 | |||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Urfrekvens, 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 |
Meddelt | 4. marts | 23. april | 24. juni | 16 september | 14. januar | 16. april | 11. juni | 23 september | 28. september | ||||||||
2002 | 2003 | 2004 | |||||||||||||||
Pris, $ [17] [18] | 392 | 496 | 198 | 268 | 637 | 431 | 637 | 562 | 562 | 562 | 562 | 185 | 220 | 275 | 417 | 653 | 262 |
Den 20. november 2000 annoncerede Intel de første Pentium 4-processorer, som var baseret på en kerne, der var fundamentalt forskellig fra dens forgængere - Willamette. Pentium 4-processorer brugte en ny systembus, der gjorde det muligt at overføre data med en frekvens, der oversteg basen fire gange ( engelsk quad pumped bus ). Således var den effektive systembusfrekvens for de første Pentium 4-processorer 400 MHz (den fysiske frekvens var 100 MHz).
Processorer baseret på Willamette-kernen havde en 8 KB L1-datacache, en µop-sekvenscache på omkring 12.000 µops og en 256 KB L2-cache. Samtidig indeholdt processoren 42 millioner transistorer , og krystalarealet var 217 mm², hvilket blev forklaret med den forældede produktionsteknologi - 180 nm CMOS med aluminiumforbindelser. Indtil efteråret 2001 blev processorer baseret på Willamette-kernen produceret i en FCPGA-pakke (i tilfældet med Pentium 4 var denne pakke en OLGA-chip installeret på en PGA-adapter) og var beregnet til installation i bundkort med en Socket 423 stik [19] .
Allerede før udgivelsen af den første Pentium 4 blev det antaget, at både Willamette-baserede processorer og Socket 423 kun ville være på markedet indtil midten af 2001, hvorefter de ville blive erstattet af Northwood-baserede processorer og Socket 478 . Men på grund af problemer med implementeringen af 130 nm-teknologi, hvilket er bedre end den forventede procentdel af chips til processorer baseret på Willamette-kernen, samt behovet for at sælge allerede frigivne processorer, annonceringen af processorer baseret på Northwood-kernen blev udskudt til 2002, og den 27. august 2001 blev Pentium 4-processorer introduceret i FC-mPGA2 ( Socket 478 )-pakken, som stadig var baseret på Willamette-kernen [20] [21] [22] .
Pentium 4-processorer baseret på Willamette-kernen kørte ved en klokfrekvens på 1,3-2 GHz med en systembusfrekvens på 400 MHz, kernespændingen var 1,7-1,75 V afhængig af modellen, og den maksimale varmeafledning var 100 W ved en frekvens på 2 GHz [ 19] .
NorthwoodDen 7. januar 2002 annoncerede Intel Pentium 4-processorer baseret på den nye Northwood-kerne, som var en Willamette-kerne med en øget L2-cache til ½ MB [23] . Processorer baseret på Northwood-kernen indeholdt 55 millioner transistorer og blev fremstillet ved hjælp af en ny 130 nm CMOS-teknologi med kobberforbindelser. På grund af brugen af en ny fremstillingsteknologi var det muligt at reducere matricearealet betydeligt: matricen af processorer baseret på Northwood-kernen af revision B0 havde et areal på 146 mm², og i efterfølgende revisioner faldt matricearealet til 131 mm².
Klokkefrekvensen for Pentium 4-processorer baseret på Northwood-kernen var 1,6-3,4 GHz, systembusfrekvensen var 400, 533 eller 800 MHz, afhængigt af modellen. Alle processorer baseret på Northwood-kernen blev produceret i en FC-mPGA2-pakke og var beregnet til installation i bundkort med et Socket 478-stik, kernespændingen på disse processorer var 1,475–1,55 V afhængig af model, og den maksimale varmeafledning var 134 W ved en frekvens på 3, 4 GHz [19] [21] .
Den 14. november 2002 blev Pentium 4 3066 MHz-processoren introduceret, der understøtter virtuel multi-core teknologi - Hyper-threading . Denne processor viste sig at være den eneste processor baseret på Northwood-kernen med en 533 MHz FSB, der understøttede Hyper-threading-teknologi. Efterfølgende blev denne teknologi understøttet af alle processorer med en systembusfrekvens på 800 MHz (2,4-3,4 GHz) [24] .
Et karakteristisk træk ved Pentium 4-processorer baseret på Northwood-kernen var umuligheden af kontinuerlig drift ved en øget kernespænding (forøgelse af kernespændingen under overclocking er en almindelig teknik, der forbedrer stabiliteten ved højere frekvenser [25] ). Forøgelse af kernespændingen til 1,7 V førte til en hurtig processorfejl på trods af, at krystaltemperaturen forblev lav. Dette fænomen, kaldet " pludselig Northwood-dødssyndrom ", begrænsede alvorligt overclockingen af Pentium 4 på Northwood-kernen [26] .
PrescottDen 2. februar 2004 annoncerede Intel de første Pentium 4-processorer baseret på Prescott-kernen. For første gang siden starten har NetBursts arkitektur undergået væsentlige ændringer.
Den største forskel mellem Prescott-kernen og dens forgængere var den udvidede rørledning fra 20 til 31 etaper. Dette gjorde det muligt at øge frekvenspotentialet for Pentium 4-processorer, men det kunne føre til mere alvorlige ydeevnetab i tilfælde af grenforudsigelsesfejl. I denne henseende modtog Prescott-kernen en forbedret grenforudsigelsesblok, som gjorde det muligt at reducere antallet af forudsigelsesfejl markant. Derudover blev ALU opgraderet , især en heltalsmultiplikationsenhed blev tilføjet, som var fraværende i processorer baseret på Willamette- og Northwood-kerner. L1-datacachen er blevet øget fra 8 KB til 16 KB, og L2-cachen er øget fra 512 KB til 1 MB.
Clockfrekvensen for Pentium 4-processorerne på Prescott-kernen var 2,4-3,8 GHz, systembusfrekvensen var 533 eller 800 MHz, afhængigt af modellen. Samtidig blev understøttelse af Hyper-threading-teknologi deaktiveret i desktopprocessorer med en clockhastighed under 2,8 GHz. I starten blev processorer baseret på Prescott-kernen produceret i en FC-mPGA2 ( Socket 478 ) pakke og derefter i en FC-LGA4 ( LGA775 ) pakke. Processorerne indeholdt 125 millioner transistorer, blev fremstillet ved hjælp af 90-nm CMOS-teknologi ved brug af anspændt silicium , krystalarealet var 112 mm², kernespændingen var 1,4-1,425 V, afhængigt af modellen.
For processorer baseret på Prescott-kernen til Socket 478-sokkelen blev tildelingen af nogle ben ændret, hvilket gjorde det umuligt at køre dem på gamle bundkort designet til Willamette- og Northwood-processorer. Der er dog en provisorisk måde at montere processoren på et sådant kort [27] .
På trods af det faktum, at processorer baseret på Prescott-kernen blev fremstillet ved hjælp af den nye 90-nm-teknologi, var det ikke muligt at opnå en reduktion i varmeafgivelsen: for eksempel havde Pentium 4 3000 på Northwood-kernen en typisk varmeafledning på 81,9 W, og Pentium 4 3000E på Prescott-kernen i pakketypen FC-mPGA2 - 89 W. Den maksimale varmeafledning af Pentium 4-processorer baseret på Prescott-kernen var 151,13 W ved 3,8 GHz [19] .
Pentium 4-processorer baseret på Prescott-kernen modtog understøttelse af et nyt ekstra instruktionssæt - SSE3 , samt understøttelse af EM64T -teknologi (understøttelse af 64-bit udvidelser blev deaktiveret i tidlige processorer). Derudover blev Hyper-threading-teknologien optimeret (især SSE3-sættet indeholdt instruktioner til trådsynkronisering) [28] .
Som et resultat af ændringerne i NetBurst-arkitekturen er præstationen af Prescott-baserede processorer ændret sammenlignet med Northwood-baserede processorer med samme frekvens, som følger: i enkelt-trådede applikationer, der bruger x87 , MMX , SSE og SSE2 instruktioner, Prescott -baserede processorer viste sig at være langsommere end deres forgængere, og i applikationer, der bruger multithreading eller er følsomme over for størrelsen af det andet niveaus cache, var de foran dem [10] .
Prescott 2MDen 20. februar 2005 præsenterede Intel Pentium 4-processorerne baseret på den opgraderede Prescott-kerne. Denne kerne adskilte sig kun fra sin forgænger i mængden af L2-cache øget til 2 MB, så den blev kaldt Prescott 2M. Antallet af transistorer i processorer baseret på den nye kerne er steget til 169 millioner, matricearealet er steget til 135 mm², og kernespændingen har ikke ændret sig sammenlignet med processorer baseret på Prescott-kernen.
Alle processorer baseret på Prescott 2M-kernen blev produceret i en FC-LGA4-pakke, havde en systembusfrekvens på 800 MHz og understøttede Hyper-threading og EM64T-teknologier. Klokkefrekvensen for Pentium 4-processorer baseret på Prescott 2M-kernen var 3-3,8 GHz [19] .
Cedar MillDen 16. januar 2006 introducerede Intel processorer baseret på Cedar Mill-kernen. Cedar Mill var den sidste kerne, der blev brugt i Pentium 4 processorerne. Det var en Prescott 2M kerne, produceret i henhold til den nye 65 nm procesteknologi . Brugen af 65 nm teknologi gjorde det muligt at reducere krystalarealet til 81 mm².
Der var fire modeller af Pentium 4-processorer baseret på Cedar Mill-kernen: 631 (3 GHz), 641 (3,2 GHz), 651 (3,4 GHz), 661 (3,6 GHz). Alle arbejdede med en systembusfrekvens på 800 MHz, var beregnet til installation i bundkort med et LGA775 -stik , understøttede Hyper-Threading-teknologi , EM64T , XD-bit , og i de seneste revisioner af C1/D0 erhvervede de også energi- sparer EIST, C1E og beskyttelse mod overophedning TM2. Men på ældre bundkort, uden understøttelse af de nye strømtilstande og lavere spændinger fra CPU-strømchippen, vil computeren simpelthen ikke starte. Forsyningsspændingen for disse processorer var i området 1,2-1,3375 V, TDP-parameteren var 86 W for processorer med trin B1 og C1, i revision D0 blev dette tal reduceret til 65 W.
Cedar Mill-kernen ligger også under de dual-core Pentium D-processorer baseret på Presler-kernen, som ikke havde én monolitisk matrice, men to matricer, svarende til dem, der blev brugt i Pentium 4-processorerne, placeret på et substrat og dækket med en varme- fordelingsdæksel [29] .
Pentium 4-processorer baseret på Cedar Mill-kernen blev produceret indtil 8. august 2007 , hvor Intel annoncerede, at alle NetBurst-arkitekturprocessorer ville blive udgået.
Annullerede processorerDet blev antaget, at i slutningen af 2004 - begyndelsen af 2005, ville Prescott-kernen i desktop Pentium 4-processorer blive erstattet af en ny Tejas-kerne. Processorer baseret på Tejas-kernen skulle produceres ved hjælp af 90 nm-teknologi, fungere ved en frekvens på 4,4 GHz med en systembusfrekvens på 1066 MHz, have en øget L1-cache til 24 KB og forbedret understøttelse af Hyper-threading-teknologi [30 ] . I slutningen af 2005 skulle processorer baseret på Tejas-kernen overføres til 65 nm fremstillingsteknologi og nå en frekvens på 9,2 GHz [31] . I fremtiden skulle clockfrekvensen af NetBurst arkitektur processorer overstige 10 GHz, dog blev timingen af Tejas meddelelsen konstant udskudt, processorer baseret på Prescott kernen kunne ikke nå 4 GHz pga problemer med varmeafledning, ifm. hvormed der i begyndelsen af 2004 dukkede oplysninger op om annullering af frigivelsen af processorer baseret på Tejas-kernen [32] , og den 7. maj 2004 annoncerede Intel officielt afslutningen af arbejdet med både Tejas-kernen og lovende udviklinger baseret på NetBurst arkitektur [33] [34] .
Den første entusiast Pentium 4 Extreme Edition (Pentium 4 "EE" eller "XE") processorer blev introduceret af Intel den 3. november 2003. De var baseret på Gallatin-kernen, som blev brugt i Xeon - serverprocessorer og var en Northwood-kerne af revision M0 med en 2 MB L3 -cache . Matricearealet af sådanne processorer var 237 mm².
Pentium 4 EE-processorer baseret på Gallatin-kernen opererede ved en frekvens på 3,2-3,466 GHz, havde en systembusfrekvens på 1066 MHz for modellen, der opererede ved 3,466 GHz, og 800 MHz for resten af modellerne (3,2 og 3,4 GHz) . Kernespændingen var 1,4-1,55 V, og den maksimale varmeafgivelse var 125,59 W ved en frekvens på 3,466 GHz. Oprindeligt blev Pentium 4 EE-processorer baseret på Gallatin-kernen produceret i en FC-mPGA2 ( Socket 478 ) pakke, og derefter i en FC-LGA4 ( LGA775 ) pakke.
Den 21. februar 2005 introducerede Intel Pentium 4 EE-processoren baseret på Prescott 2M-kernen. Den blev produceret i en FC-LGA4-pakke, beregnet til installation i bundkort med et LGA775-stik og drevet ved en frekvens på 3,733 GHz. Systembusfrekvensen var 1066 MHz, forsyningsspændingen var 1,4 V, og den maksimale varmeafledning var 148,16 W.
En videreudvikling af Extreme Edition-familien var de dual-core Pentium XE-processorer .
Mobile Pentium 4-M-processorer var Pentium 4s baseret på Northwood-kernen, som havde reduceret forsyningsspænding og varmeafledning og også understøttede den energibesparende Intel SpeedStep -teknologi . Den maksimalt tilladte temperatur på kabinettet blev øget sammenlignet med desktop-processorer og var 100 ° C (for desktop-processorer baseret på Northwood-kernen - fra 68 til 75 ° C), hvilket skyldtes arbejdsforholdene i den bærbare computer (lille luftrum og kølepladestørrelse, mindre kraftig luftstrøm).
Alle Pentium 4-M-processorer kørte ved 400 MHz FSB. Kernespændingen for Pentium 4-M-processorerne var 1,3 V, den maksimale varmeafledning var 48,78 W ved en frekvens på 2,666 GHz, typisk - 35 W, i laveffekttilstand - 13,69 W. Pentium 4-M-processorer kørte ved frekvenser fra 1,4 til 2,666 GHz.
Mobile Pentium 4-processorerne var Pentium 4s baseret på Northwood- eller Prescott-kerner og kørte ved højere clock-hastigheder end Pentium 4-M, fra 2,4 til 3,466 GHz. Nogle Mobile Pentium 4-processorer understøttede Hyper-threading-teknologi.
Alle Mobile Pentium 4-processorer kørte ved 533MHz FSB. Kernespændingen var 1,325-1,55 V, den maksimale varmeafledning var 112 W ved en frekvens på 3,466 GHz, typisk - fra 59,8 til 88 W, i laveffekttilstand - fra 34,06 til 53,68 W.
Pentium 4-processoren var Intels flagskibs desktop-processor fra introduktionen i november 2000 til introduktionen af dual-core Pentium D-processoren i maj 2005 . På tidspunktet for deres udgivelse besatte Pentium 4-processorer den øverste prisniche, og efter udgivelsen af Pentium D-processorer besatte de den midterste. Pentium 4 blev promoveret af Intel ikke som en universel processor, men som en kraftfuld multimedieprocessor, der giver dig mulighed for at få den maksimale ydeevne i eksisterende spil, lyd- og videoredigerere, såvel som når du arbejder på internettet [7] [35] .
Pentium 4 Extreme Edition-processorer var " image "-processorer, og engrosprisen for disse processorer på tidspunktet for annonceringen var altid $999 [36] .
På trods af det faktum, at Intels hovedsalg i løbet af året efter lanceringen af Pentium 4 stadig var Pentium III-processorer [37] (dette skyldtes de ekstremt høje omkostninger ved Pentium 4-baserede systemer i kombination med RDRAM -hukommelse , som ikke havde nogen alternativ indtil udgivelsen af Intel 845-chipsættet i efteråret 2001 [22] ), efterfølgende takket være Intels aggressive reklame- og marketingpolitikker (herunder at give rabat til computerproducenter og detailkæder for udelukkende at bruge og sælge Intel-produkter, samt som betalinger for at nægte at bruge produkter fra konkurrenter [38] ), kombineret med den mislykkede markedsføringspolitik fra hovedkonkurrenten, AMD, blev Pentium 4-processorer populære blandt brugerne [39] [40] [41] . Dette blev også lettet af den højere clock-frekvens af Pentium 4-processorerne (især på grund af den høje clock-frekvens af konkurrentens processorer, samt populariteten af " megahertz-myten " [42] , blev AMD tvunget til at introducere en ydeevnevurdering for Athlon XP-processorerne, ofte introduceret af uerfarne brugere vildledende [43] ). Ikke desto mindre lykkedes det for AMD for alvor at fordrive Intel på mikroprocessormarkedet takket være succesfulde produkter - den tidlige Athlon XP og Athlon 64, som overgik Pentium 4-processorer i ydeevne og havde en lavere pris. Så fra 2000 til 2001 lykkedes det AMD at øge sin andel på x86 -processormarkedet fra 18 % til 22 % (Intels andel faldt fra 82,2 % til 78,7 %), og efter at have løst de problemer, som AMD havde i 2002, da deres marked andel faldt til 14%, fra 2003 til 2006 - til 26% (Intels andel er omkring 73%) [44] [45] [46] .
Parallelt med processorerne i Pentium 4-familien eksisterede følgende x86-processorer:
Pentium 4-processorer, der opererede ved en høj frekvens, var kendetegnet ved et højt strømforbrug og som følge heraf varmeafledning. Den maksimale klokfrekvens for serielle Pentium 4-processorer var 3,8 GHz, mens den typiske varmeafledning oversteg 100 W , og den maksimale - 150 W [19] [61] . Pentium 4-processorer var dog bedre beskyttet mod overophedning end konkurrerende processorer. Betjeningen af Thermal Monitor , en termisk beskyttelsesteknologi til Pentium 4-processorer (såvel som efterfølgende Intel-processorer), er baseret på en clock-modulationsmekanisme, der giver dig mulighed for at justere den effektive kernefrekvens ved at indføre tomgangscyklusser - periodisk at slukke for ursignalet til funktionelle blokke-processor ("clock-spring", " throttling "). Når tærskelværdien for krystaltemperaturen, som afhænger af processormodellen, er nået, tændes ursignalmodulationsmekanismen automatisk, den effektive frekvens falder (samtidig kan dens fald bestemmes enten ved at bremse systemet , eller ved at bruge speciel software, da den faktiske frekvens forbliver uændret), og temperaturstigningen bremses. I tilfælde af at temperaturen stadig når den maksimalt tilladte, slukkes systemet [62] [63] . Derudover havde sene Pentium 4-processorer (begyndende med Prescott-kernerevisionen E0 [64] ), beregnet til installation i Socket 775-sokkelen, understøttelse af Thermal Monitor 2 -teknologien , som gør det muligt at reducere temperaturen ved at reducere den faktiske clockfrekvens (ved at sænkning af multiplikatoren) og spændingskerner [65] .
Et godt eksempel på effektiviteten af termisk beskyttelse af Pentium 4-processorer var et eksperiment udført i 2001 af Thomas Pabst. Formålet med dette eksperiment var at sammenligne den termiske ydeevne af Athlon 1,4 GHz, Athlon MP 1,2 GHz, Pentium III 1 GHz og Pentium 4 2 GHz processorer baseret på Willamette-kernen. Efter at have fjernet kølere fra fungerende processorer fik Athlon MP og Athlon processorerne irreversibel termisk skade, og systemet på Pentium III hang, mens systemet med Pentium 4 processoren kun sænkede hastigheden [66] [67] . På trods af det faktum, at situationen med et fuldstændigt svigt af kølesystemet (for eksempel i tilfælde af ødelæggelse af radiatorbeslaget ), modelleret i eksperimenter, er usandsynligt, og hvis det opstår, fører det til mere alvorlige konsekvenser (f. for eksempel ødelæggelsen af udvidelseskort eller bundkortet som følge af at falde på dem heatsink) uanset processormodellen [62] , påvirkede resultaterne af Thomas Pabsts eksperiment negativt populariteten af konkurrerende AMD-processorer og opfattelsen af deres upålidelighed var vidt udbredt selv efter udgivelsen af Athlon 64-processorer , som har et mere effektivt overophedningsbeskyttelsessystem sammenlignet med deres forgænger. Derudover rejser temperaturerne på Intel-processorer i dette eksperiment, svarende til 29 og 37 Celsius, tvivl - det er trods alt driftstemperaturerne for Intel-processorer ved nul CPU-belastning og med et standardkølesystem. I et eksperiment af Thomas Pabst blev fordelene ved Intel-processorer og ulemperne ved AMD-processorer med hensyn til termisk beskyttelse vist i hypertrofieret form. Dette kan have været et reklamestunt for de nye Intel-processorer, især i betragtning af forbrugernes stemning over for de tidlige Pentium 4-processorer på grund af deres høje pris og dårlige ydeevne.
På grund af karakteren af NetBurst-arkitekturen, som gjorde det muligt for processorerne at arbejde ved høje frekvenser, var Pentium 4-processorerne populære blandt overclockere . Så for eksempel var processorer baseret på Cedar Mill-kernen i stand til at fungere ved frekvenser over 7 GHz ved hjælp af ekstrem køling (normalt blev der brugt et glas flydende nitrogen) [68] , og juniorprocessorer baseret på Northwood-kernen med et standardsystem busfrekvens på 100 MHz fungerede pålideligt ved en systembusfrekvens på 133 MHz eller højere [69] .
[19] [70] [71] | Willamette | Northwood | Gallatin | Prescott | Prescott 2M | Cedar Mølle | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Desktop | Desktop | Mobil | Desktop | Mobil | Desktop | ||||
Ur frekvens | |||||||||
Kernefrekvens, 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 | |
FSB-frekvens , MHz | 400 | 400, 533, 800 | 400, 533 | 800, 1066 | 533, 800, 1066 ( EE ) | 800 | |||
Kernelkarakteristika | |||||||||
Instruktionssæt | IA-32 , MMX , SSE , SSE2 | IA-32 , EM64T (nogle modeller), MMX , SSE , SSE2 , SSE3 | |||||||
Registrer bits | 32/64 bit (heltal), 80 bit (ægte), 64 bit (MMX), 128 bit (SSE) | ||||||||
Transportør dybde | 20 trin (ekskl. instruktionsdekoder) | 31 trin (ekskl. instruktionsdekoder) | |||||||
Bitdybde SHA | 36 bit | 40 bit | |||||||
SD bitdybde | 64 bit | ||||||||
Forudhentning af hardwaredata | der er | ||||||||
Antal transistorer , mio | 42 | 55 | 178 | 125 | 188 | ||||
L1 cache | |||||||||
Data cache | 8 KB, 4-kanals opkaldsassociativ, 64-byte linjelængde, to-ports gennemskrivning | 16 KB, 8-kanals opkaldsassociativ, 64-byte linjelængde, gennemskrivning med to porte | |||||||
Instruktions cache | Micro-op sekvens cache, 12.000 mikro-ops, 8-kanals sæt-associativ, linjelængde - 6 mikro-ops | ||||||||
L2 cache | |||||||||
Volumen, MB | ¼ | ½ | en | 2 | |||||
Frekvens | kernefrekvens | ||||||||
Bitdybde BSB | 256 bit + 32 bit ECC | ||||||||
Organisation | Ensartet, sæt-associativ, ikke-blokerende, med fejlkontrol og korrektion ( ECC ); strenglængde - 64 bytes | ||||||||
Associativitet | 8 kanaler | ||||||||
L3 cache | |||||||||
Volumen, MB | Ingen | 2 | Ingen | ||||||
Associativitet | 8 kanaler | ||||||||
Linjelængde | 64 bytes | ||||||||
Interface | |||||||||
Stik | Sokkel 423 , Sokkel 478 | Stikkontakt 478 | Stikkontakt 478 | Sokkel 478, Sokkel 775 | Stikkontakt 478 | fatning 775 | |||
Ramme | FCPGA2 , FC-mPGA2 | FC-mPGA2 | FC-mPGA, FC-mPGA2 | FC-mPGA2, FC-LGA4 | FC-mPGA2, FC-mPGA4 | FC-LGA4 | |||
Dæk | AGTL + (signalniveau er lig med kernespænding) | ||||||||
Teknologiske, elektriske og termiske egenskaber | |||||||||
Produktionsteknologi | 180 nm CMOS (fem-lags, aluminiumsforbindelser) | 130 nm CMOS (seks-lags, kobberforbindelser, Low-K dielektrisk ) | 90nm CMOS (syv-lags, kobber-bundet, Low-K, strakt silicium) | 65nm CMOS (otte-lags, kobber, lav-K, strakt silicium) | |||||
Krystalareal, mm² | 217 | 146 (rev. B0) 131 (rev. C1, D1, M0) |
237 | 112 | 135 | 81 | |||
Kernespænding, 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 spænding | kernespænding | ||||||||
L2 cache spænding | |||||||||
Maksimal varmeafgivelse, W | 100 | 134 | 48,78 | 125,59 | 151,13 | 112 | 148,16 | 116,75 | |
Willamette
revision | CPU ID | Modeller |
---|---|---|
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 SL5US SLUW SLUT |
D0 | 0xF12h | SL5SX SL5SY SL5SZ SL5TG SL5TJ SL5TK SL5TL SL5TN SL5TP SL5TQ SL5UE SL5UF SL5UG SL5UH SL5UJ SL5UK SL5UL SL5UM SL5VH SL5VJ SL5VK 5SLVK 5SLVL5SLVL5SLVL5SLVL |
E0 | 0xF13h | SL679, SL67A, SL67B, SL67C, SL6BA, SL6BC, SL6BD, SL6BE, SL6BF |
Northwood
revision | CPU ID | Modeller |
---|---|---|
B0 | 0xF24h | SL5YR, SL5YS, SL5ZT, SL5ZU, SL62P, SL62Q, SL62R, SL62S, SL63X, SL65R, SL668, SL66Q, SL66R, SL66S, SL66T, SL67R, SL67Y, SL67Z, SL682, SL68T, SL6D6, SL6D7, SL6D8. (mobil) |
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 , 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, SL6QL,QSL, 6Q SL , SL6WJ, SL6WK, SL6WR, SL6WS, SL6WT, SL6WU, SL6WZ, SL78Y, SL78Z, SL792, SL793, SL7EY (skrivebord), SL77R, SL726, SL77P, SL7W2, SL7B, SL7B, SL7B, SL72N, SL72N, 6SL SL6V8, SL6V7, SL6V6 (mobil) |
M0 | 0xF25h | SL6Z3, SL6Z5, SL79B, SL7BK, SL7V9 |
Gallatin
revision | CPU ID | Modeller |
---|---|---|
M0 | 0xF25h | SL7AA, SL7CH, SL7GD, SL7NF, SL7RR, SL7RT |
Prescott
revision | CPU ID | Modeller |
---|---|---|
C0 | 0xF33h | SL79K, SL79L, SL79M, SL7AJ, SL7B8, SL7B9, SL7D7, SL7D8, SL7E8, SL7E9, SL7FY |
D0 | 0xF34h | SL7E2 SL7E3 SL7E4 SL7E5 SL7E6 SL7J4 SL7J5 SL7J6 SL7J7 SL7J8 SL7J9 SL7K9 SL7KC SL7KH SL7KJ SL7KK SL7KL SL7KM SL7KN SL7. |
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
revision | CPU ID | Modeller |
---|---|---|
N0 | 0xF43h | SL7Z3, SL7Z4, SL7Z5, SL7Z7, SL7Z8, SL7Z9, SL8AB |
R0 | 0xF4Ah | SL8PY, SL8PZ, SL8Q5, SL8Q6, SL8Q7, SL8Q9, SL8QB, SL8UP |
Cedar Mølle
revision | CPU ID | Modeller |
---|---|---|
B1 | 0xF62h | SL8WF, SL8WG, SL8WH, SL8WJ, SL94V, SL94W, SL94X, SL94Y |
C1 | 0xF64h | SL96H, SL96J, SL96K, SL96L |
D0 | 0xF65h | SL9KE, SL9KG |
Processoren er en kompleks mikroelektronisk enhed, som ikke udelukker muligheden for dens forkerte drift. Fejl opstår på designstadiet og kan rettes ved at opdatere processorens mikrokode (udskifte bundkortets BIOS med en nyere version) eller ved at frigive en ny revision af processorkernen. Nogle mindre fejl opstår muligvis enten ikke i virkelig drift eller påvirker ikke dens stabilitet eller styres af hardware (chipsæt) eller software (f.eks. ved hjælp af BIOS).
Nucleus | revision | Der er fundet fejl | Rettede fejl | Antal fejl [72] |
---|---|---|---|---|
Willamette | B2 | 81 | — | 81 |
C1 | en | 21 | 61 | |
D0 | 2 | fire | 59 | |
E0 | en | 0 | 60 | |
Northwood | B0 | 13 | fjorten | halvtreds |
C1 | otte | 7 | 51 | |
D1 | 3 | fire | halvtreds | |
M0 | 3 | 0 | 53 | |
Gallatin | M0 | |||
Prescott | C0 | 71 | — | 71 |
D0 (PGA478) | fire | fjorten | 61 | |
D0 (LGA775) | 21 | 0 | 82 | |
E0 (PGA478) | 0 | 29 | 53 | |
E0 (LGA775) | 23 | 0 | 76 | |
G1 (PGA478) | 0 | 26 | halvtreds | |
G1 (LGA775) | 16 | 0 | 66 | |
Prescott 2M | N0 | 0 | en | 65 |
R0 | 17 | elleve | 71 | |
Cedar Mølle | B1 | 28 | — | 28 |
C1 | 0 | en | 27 | |
D0 | 0 | en | 26 |
Officiel information
Beskrivelse af processorernes arkitektur og historie
Anmeldelser og test
Intel processorer | |||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||||||||||||
|