KarbosGuide.dk. Modul 3e14.


Pentium 4

Indhold:

  • Introduktion til Pentium 4
  • Nyhederne
  • Længere pipelines
  • Næste side
  • Forrige side

  • Introduktion til Pentium 4 (eller "Willamette")

    Top

    Pentium 4 blev introduceret i november 2000 efter de obligatoriske forsinkelser. Det var (og er vel fortsat) meningen, at denne store processor skal være den sidste IA32 CPU, som altså benytter samme instruktion-sæt som alle andre chips i P6 familien. Her ses de nyhederne for "Willamette", som længe var kodenavnet for Pentium 4:

  • Nyt 423 pins sokkel (som siden blev til 478)
  • 400 MHz Front Side Bus med 128 bits bredde
  • En helt ny L1 cache og kerne arkitektur - helt anderledes fra P6-designet
  • Klokdobling i ALU-enheden
  • Forbedrede instruktioner: SSE2 og 128 bit MMX
  • Pipelines i 20 afsnit
  • Klokfrekvenser fra 1400 MHz og opefter
  • 42 millioner transistorer.
  • En 64 bits FPU

    Intel havde angiveligt store problemer med Itanium-processoren, som man har satset massive udviklingskræfter på. Derfor var mange skuffede over Pentium 4, og rygterne gik, at Intel ikke havde kræfter til at udvikle den "helt rigtige" Pentium 4.

    Mange forudså, at Intel taber store dele af pc-markedet til AMD, som står helt anderledes stærkt med deres Athlon-linjer . Og de har da i hvert fald fået delvis ret.

    Pentium 4 blev til at starte med produceret i 0,18 mikron proces og kom med klokfrekvensen 1200, 1300 og 1400 MHz. De udgik hurtigt. Senere fulgte klokfrekvenserne 1500, 1700, 1800 og 2000 MHz.


    Nyhederne

    Intel har visse interessante nyheder i Pentium 4:

    Netburst

    Dette betegner to forhold, nemlig Advanced Dynamic Execution og Rapid Execution Engine.

    Advanced Dynamic Execution dækker over, at processoren kan afvikle op til sekst instruktioner simultant.

    Med Rapid Execution Engine kan visse instruktioner afvikles med dobbelt hastighed i forhold til normalt. Det må gælde ALU-enheden (Arithmetical Logic Unit - den almindelige, heltals-regneenhed).

    De ny multimedie-instruktoner.

    SIMD2 er en udvidelse af den vellykkede instruktionspakke SIMD fra Pentium III. De 144 ny instruktioner kan klare flere parallelle afviklinger og har flere 128 bits registre.

    Den ny cache (Execution Trace Cache)

    Pentium 4 er den første CPU, der har en "code cache". Alle instruktionerne bliver jo oversat inde i CPU, sådan sker det i alle moderne x86 processore. CPU'en modtager lange og komplekse x86-instruktions fra software, som skal knuses til mindre delinstruktioner, der kan afvikles direkte i hardware'n.

    Det ny er, at Pentium 4 cacher og genbruger instruktionerne. Her er et forsøg på at illustrere dette:

    Denne ny cache er en del af L1-cachen på 20 KB.


    Længere pipelines

    Den mest markante nyhed i Pentium 4 er nok de ændrede pipelines. Pipelinen er ligesom et omvendt samlebånd. Der brækkes CPU'ens instruktioner fra hinanden og omdannes til mindre del-instruktioner, der bearbejdes enkeltvis (i stages). Hver stage kræver ét klokkeslag af processoren:


    Alle CPU'er har en eller flere af disse pipelines. Det ny i Pentium 4 er, at antallet af stages er øget fra 10 i Pentium III til 20.

    Det betyder, at instruktioner hakkes op i flere og mindre del-instruktioner. Fordelen ved den kraftigere opslitning af instruktionerne er, at afviklingen kan foregå hurtigere, og det er en forudsætning for at klokfrekvensn kan øges over 2 GHz.

    Ulempen er, at der er mere spild i en lang pipeline. Når processoren fx kan afkode 5-6 instruktioner simultant (i hver sin pipeline), kan det ikke undgås, at den forkerte instruktion indlæses. Dette kaldes misprediction. Og jo længere pipelinen er, jo længere tid tager det at få indlæst en ny instruktion.

    Intel har forsøgt at kompensere denne problemstilling ved at forbedre Branch Prediction Unit'en, som hele tiden forsøger at gætte sig til den rigtige rækkefølge af instruktionerne. Denne enhed skulle være 30% mere effektiv end i Pentium III.

    Et andet problem med den lange pipeline består i stalling. Normalt hentes data fra cache. Men når, fra tid til anden, de rigtige data ikke findes i cachen, skal de i stedet hentes i RAM, hvilket tager ekstra tid, og pausen bliver mere omfattende, jo længere pipelinen er.

    Ineffektiv ved lave klokfrekvenser

    Problemet med den lange pipeline er reelt og mærkbart. For det viser sig, at selv en 1200 MHz Celeron arbejder hurtigere end en 1500 MHz Pentium 4. Og AMDs Athlon XP-processorer er langt hurtigere end Pentium 4 ved tilsvarende klokfrekvenser.

    Derfor skal Pentium 4 ses i et længere perpektiv. Intel forventer, at designet kan "holde til" klokfrekvenser på op til 5 GHz.

    AMD's nuværende Athlon-linje kan næppe komme meget op over 2 GHz, især grundet den kortere pipeline. Så Intel står på sigt meget stærkt med Pentium 4. Problemet er bare, at det overhovedet ikke kan betale sig at købe de nuværende udgaver på 2 GHz og derunder.


    Heavy hardware og pirat chipsæt

    Pentium 4 er nogle ret voldsomme chips med en die size på 247 mm2. Der er 42 millioner transistorer, og de bruger omkring watt strøm. Det kræver en effektiv køling, men heldigvis har Intel gjort meget for at udvikle et godt design til montering af køleren.

    Soklerne

    De første Pentium 4'ere kom med et 423 pins design. Disse CPU'er var og er beregnet til RDRAM, som kræver få pins til RAM interface. Disse processorer bruges især med Intels chipsæt i850.


    Siden kom 478 pins sokkeldesign, som kan bruges med den billige 133 MHz SDRAM. Hertil fungerer Intel i845 chipsættet fra august 2001.

    Det taiwanesiske firma VIA har mod Intels ønsker fremstillet Pentium 4-chipsæt med support for 266 MHz DDR RAM (VIA P4X266).

    SIS 645 er et chipsæt til Pentium 4 med understøttelse af både 266 og den kommende 333 MHz DDR RAM

    I845D chipsættet

    I december 2001 introducerede Intel pludseligt en ny variant af 845-chipsættet, som kunne håndtere DDR-RAM. Det var ganske overraskende, for der havde ikke været skriverier om det i forvejen. Jeg søgte forgæves på Intel's web for informationer om det ny chipsæt (27. december 2001):

    Presset fra AMD, VIA og de taiwanesiske bundkorts-fabrikater må have være for stort, så Intel krøb til korset og indrettede sig endelig efter forbrugerens ønsker. Slut med RAMBUS for denne gang!

    En anden fordel ved Intels ny position bliver formentlig, at vi får bedre standardiseret udviklingen af DDR RAM. Hidtil har der været mange skrækhistorier om inkompatible produkter. Intel er så store, at at de kan gennemtvinge industristandarder.


    Northwood

    Den 7. januar 2002 introducerede Intel 2,2 GHz udgaven af Pentium 4. Men det var ikke bare en ny tilfældig variant!

    Den ny processor er af en helt produktionslinje, den kommer nemlig med den såkaldte Northwood kernel:

  • L2 cache fordoblet fra 256 KB til 512 KB
  • 0,13-micron process

    Der skulle også være en ny teknik, der forbedrer clock circle/instruction execution forholdet.

    De rå tal indikerer en gevinst på bare 10% fra den højere klokfrekvens sammenlignet med den foregående 2 GHZ version. Men i realiteten blev gevinsten fra det ny design til en forbedring i ydelse på hele 30%. Godt gået Intel!


  • Næste side
  • Forrige side


    Lær mere

    Læs også om MMX, 3DNow! og SSE (Katmai)

    Læs videre om chipsæt i modul 2d

    Læs videre om klokfrekvenser i modul 3d.

    Læs videre om Ultra DMA og AGP i modul 5b

    Læs om driv-programmer til Windows 95 i modul 6c.

    Læs videre om RAM i modul 2e


    Copyright (c) 1996-2011 by Michael B. Karbo.