Встречаем Pentium 4

Встречаем Pentium 4

Компания Intel наконец представила свой следующий процессор для настольных систем, ранее имевший кодовое имя Willamette. Так как марка Pentium на сегодняшний день одно из самых раскрученных имен в компьютерной индустрии, маркетинговый отдел Intel посчитал разумным назвать новый процессор Pentium 4. В этом обзоре мы попытаемся взглянуть на новичка поближе и посмотрим, что же нового на этот раз нам предлагает лидер индустрии микропроцессоров.
Перед тем как начать описание новичка, несколько слов о предыдущих поколениях Intel Pentium, на которых построены и работают сегодня большинство мощных персональных компьютеров в мире.
Процессор Pentium, выпущенный в далеком 93 году, стал первым процессором, в котором была применена суперскалярная архитектура, — два конвейера, называвшиеся U и V, позволяли выполнять 2 инструкции за такт. Для эффективного предсказания переходов в циклических конструкциях применялась встроенная таблица ветвлений. Тактовые частоты — от 66 до 233 MГц. Последний процессор этого поколения, Pentium MMX, привнес в архитектуру расширенный набор команд, позволявший эффективно оперировать с упакованными целочисленными данными, находящимися в 64-разрядных MMX регистрах. В 1995 году было представлено семейство процессоров P6, имевшее уже 3 независимых конвейера. Первым процессором этого семейства был процессор Pentium Pro, за которым последовали Pentium II и Celeron. Принципиальное отличие этого семейства состоит в том, что P6 преобразует команды x86 во внутренние, RISC-подобные команды, называемые микрокомандами (micro-ops). Это позволяет устранить многие ограничения, свойственные набору команд x86, такие как нерегулярность кодирования команд, операции целочисленных пересылок регистр-память и переменная длина непосредственных операндов. Шина адреса процессоров P6 расширилась до 36 разрядов, что позволяет использовать адресное пространство размером до 64 гигабайт. Тактовые частоты традиционного семейства P6 начинались с 150 МГц у Pentium Pro и заканчивались 450 МГц у Pentium II.
Процессор Pentium III, фактически являющийся небольшой доработкой Pentium II, привнес в архитектуру IA-32 расширения SSE (Streaming SIMD (Single Instruction Multiple Data) Extensions) — стали доступны новые 128-разрядные регистры и SIMD операции над упакованными операндами с плавающей запятой с одинарной точностью. В теории, это означало ускорение насыщенных обработкой данных приложений, однако на практике разработчики не решили жертвовать совместимостью в пользу сомнительного увеличения производительности. Маркетинговая компания Intel для Pentium III была построена в духе ускорения Интернета. Как позже выяснилось, процессор ускоряет не сам Интернет, а только "тяжелые" сайты, использующие всевозможные мультимедиа-технологии и 3D графику. Большинство пользователей, разумеется, под словами "ускорение Интернета" подразумевали несколько другое. Впрочем, сайтостроительством для Pentium III, кроме Intel, пожалуй, особо никто и не занимался. Процессоры Pentium III начали производиться с тактовой частоты 450 МГц. На сегодняшний день серийно выпускаются процессоры с максимальной тактовой частотой 1 ГГц. Модели Pentium III с частотой выше 1 ГГц были отозваны из продажи, поэтому пока их в расчет можно не брать.
Pentium 4 стал первой, за долгие годы, серьезной переделкой архитектуры P6. Пожалуй, за последние пять лет, с момента выхода Pentium Pro, в этой области не происходило ничего более значительного. Посудите сами: Pentium 4 имеет 42 миллиона транзисторов, системную шину 400 МГц, гиперконвейерную технологию, асимметричное ядро, с блоками, работающими на различных скоростях. Значительно улучшена версия суперскалярного механизма исполнения инструкций, разработан новый кэш c повышенной полосой пропускания, отслеживающий порядок выполнения инструкций, переработаны блоки операций с мультимедиа-данными и числами с плавающей запятой, и, как водится, добавлен набор новых инструкций SIMD 2. На сегодняшний день представлены две модели Pentium 4 с тактовыми частотами 1.4 и 1.5 ГГц. В общем, неплохой ответ AMD с Athlon 1.3 ГГц.
Процессоры Pentium 4 на сегодняшний день изготавливаются с применением 0.18 мкм технологического процесса. Возникает резонный вопрос: почему же Pentium III не могут нормально работать даже немногим выше гигагерца, в то время как Pentium 4, производящийся в тех же технологических нормах, отлично работает на 1.5 ГГц? Ответ кроется в более длинном конвейере. Благодаря более коротким задержкам распространения сигнала в каждой отдельно взятой ступени конвейера становится возможным весьма приличное повышение тактовой частоты. Аналогичный эффект уменьшения задержек распространения сигнала достигается с помощью перехода на более тонкий технологический процесс — например, с 0.18 мкм на 0.13 мкм. Intel уже представил 0.13 мкм технологию, и через некоторое время вполне резонно ожидать новых поколений процессоров с еще более высокими тактовыми частотами.
Как уже было сказано, процессор использует 400 МГц шину. Впрочем, такое утверждение не совсем корректно. На самом деле используется 100 МГц шина, передающая по 4 пакета данных за такт, что дает нам результирующую частоту передачи данных 400 МГц. Чипсет Intel 850, который представлен вместе с процессором, рассчитан на работу с RDRAM памятью. Имея два канала доступа к RDRAM, пропускная способность каналов обращения к памяти и "ширина" системной шины получаются сбалансированными. То есть в системе теперь меньше "узких мест", ограничивающих производительность. По сравнению с Pentium III+i820, пропускная способность платформы выросла почти на 70%. Впрочем, теория это одно, а практика — совсем другое.
На сегодняшний день производители памяти не заинтересованы в массовом выпуске RDRAM, а потребители отдают предпочтение другому, более производительному стандарту — DDR SDRAM. Такая ситуация поддерживает цены на RDRAM на достаточно высоком уровне, в то время как DDR SDRAM не намного дороже обычной PC133 SDRAM памяти, так широко сейчас использующейся. Сама компания Intel недавно признала факт ошибки в планировании, когда была сделана ставка на компанию Rambus и RDRAM память для будущих разработок. На деле оказалось, что Rambus, вместо разработки быстрого и недорогого типа памяти, занялся судебными тяжбами с производителями чипов памяти, якобы из-за нарушения патентов, принадлежащих Rambus. Ни один чипсет, использующий RDRAM, не имел коммерческого успеха у Intel. Впрочем, теперь, с выходом Pentium 4, ситуация может значительно измениться.
Как и Pentium III, Pentium 4 продвигается как "ускоритель" Интернета. Разумеется, Интернет от Pentium 4 никак быстрее работать не будет, а вот некоторые приложения могут получить преимущество. Результаты тестирования процессора с помощью SPEC CPU2000 показывают прирост скорости обработки целых чисел (SPECint 2000) на 23% и увеличение скорости обработки чисел с плавающей точкой (SPECfp 2000) на 79% по сравнению с Pentium III 1ГГц. Обработку видео Pentium 4 способен выполнять на 40% быстрее. Компьютерные игры получают еще более высокое преимущество, например, Quake III при использовании видеоплаты на базе GeForce 2 GTS и Pentium 4 способен показывать более 200 кадров в секунду, в то время как аналогичный компьютер на базе Pentium III 1 ГГц — менее 150. В офисных приложениях преимущество Pentium 4 не так велико, так как для офисных приложений такая мощность просто не требуется. Хотя Microsoft, например, ничего не мешает встроить в свои будущие офисные наборы инструменты, которые потребуют значительно больших ресурсов нежели сейчас.
Первоначально процессор будет рассчитан на мощные компьютеры класса high-end. В середине 2001 года цены должны существенно снизиться, и процессор будет использоваться для более широкого круга машин, включая высокопроизводительные домашние компьютеры.
Подведя итог, можно отметить, что Intel подготовила достойный ответ новой платформе от AMD, которая использует процессоры Athlon с частотой шины 266 МГц и DDR SDRAM память. Intel и AMD стартуют практически одновременно, явного лидера определить пока достаточно сложно и битва за кошельки потребителей обещает быть очень интересной.

Виталий Шуравко
foster@mail.ru

(c) компьютерная газета