Описание процессора intel pentium 4. Процессоры Intel Pentium4 LGA775

Электроника 06.07.2019

Электроника

Через несколько дней после официального представления AMD своего последнего процессора Athlon64 FX-53, Intel решила объявить о выпуске на рынок 3,4-ГГц версии Prescott, которая позиционируется на конкуренцию с Athlon64, а не с Athlon64 FX-53, несмотря на одинаковый размер кэша.

Хотя стратегия Intel по гонке тактовых частот пока оказывалась вполне успешной, сегодня становится всё труднее находить аргументы в пользу процессора Prescott, который плохо наращивает свою производительность по сравнению с чипами AMD, использующими встроенный контроллер памяти.

Да, Intel нужна быстрая платформа со всеми выпестованными особенностями типа Socket 775, PCI Express и памятью DDR2, но на тактовую частоту процессора уповать уже не приходится. Это урок, который Intel уже пришлось выучить на серверном рынке, поскольку AMD получает всё более широкую поддержку своего семейства Opteron. И Pentium 4 Prescott не слишком хорошо соответствует репутации Intel, ведь его тепловой пакет TDP составляет более сотни ватт - при этом процессор не даёт сколько-нибудь ощутимых преимуществ по сравнению с предшественником Northwood.

Intel, конечно же, не почивает на лаврах - сегодня компания находится в процессе внедрения нового степпинга D0 ядра Prescott, который позволит процессору достичь тактовой частоты вплоть до 4 ГГц - как и упоминается в планах компании. Поскольку не все 3,4-ГГц версии Prescott имеют степпинг D0, мы решили привести таблицу, которая поможет отличить старые и новые процессоры Prescott.

По информации Intel, последний степпинг позволит увеличивать тактовую частоту из-за внесённых оптимизаций потребления энергии. Однако тепловой пакет нового процессора не изменился и остался на уровне 103 Вт максимум. Хотя процессор и кажется улучшенным по сравнению с 3,2-ГГц версией, его тепловыделение всё ещё несколько непропорционально по отношению к тактовой частоте. В любом случае, при покупке следует быть готовым к высокому тепловыделению процессора.

CPU-Z правильно определяет новый процессор Pentium 4: Model 3, Stepping 3 (CPUID 0F34h). Перед нами старый степпинг C0.

Новый процессор нагревается чуть сильнее.

Pentium 4: обзор моделей

Как вы, наверняка, знаете, Pentium 4 Prescott является ядром Pentium 4 третьего поколения. Первое, под кодовым названием Willamette, приобрела немалую популярность из-за увеличения производительности по сравнению с Pentium III Tualatin, в то же время потребляя намного больше энергии.

Второе поколение ядра под названием Northwood изготавливалось по 130-нм техпроцессу - на сегодня его по-прежнему можно называть лучшим ядром Pentium 4, поскольку процессор обеспечивает приличную производительность и неплохие возможности по "разгону". Мы уже смогли заставить несколько процессоров Northwood работать на частоте больше 4 ГГц - причём с обычными кулерами.

Сегодня на рынке присутствует большое число процессоров Pentium 4, базирующихся на ядрах Northwood или Prescott. Тактовые частоты сегодня начинаются на отметке 2,4 ГГц и заканчиваются на 3,4 ГГц, причём на этом отрезке потребитель может выбирать 20 разных моделей. Чтобы вы смогли лучше представлять себе ситуацию с процессорами Pentium 4, мы свели все модели вместе в краткую таблицу:

Процессор	FSB	Частота ядра	Ядро	HT
Pentium 4	400 МГц	2,0, 2,2, 2,4, 2,6 ГГц	Northwood	Нет
Pentium 4 B	533 МГц	2,4 ГГц	Northwood	Нет
Pentium 4	533 МГц	2,26, 2,53, 2,66, 2,8 ГГц	Northwood	Нет
Pentium 4	533 МГц	3,06 ГГц	Northwood	Да
Pentium 4 C	800 МГц	2,4, 2,6, 2,8 ГГц	Northwood	Да
Pentium 4	800 МГц	3,0, 3,2, 3,4 ГГц	Northwood	Да
Pentium 4 A	533 МГц	2,8 ГГц	Prescott	Нет
Pentium 4 E	800 МГц	2,8, 3,0, 3,2, 3,4 ГГц	Prescott	Да

Чем дальше располагается буква по алфавиту, тем лучше процессор вы получите. Однако это относится только к сравнению двух различных моделей с одинаковой тактовой частотой - типа Pentium 4 на 2,4 ГГц и FSB400 в сравнении с Pentium 4 B на 2,4 ГГц и FSB533. Pentium 4 C работает на FSB800 и поддерживает Hyper-Threading. Единственным исключением является Pentium 4 3,06 ГГц, который работает на FSB533 - и является первым процессором, поддерживающим Hyper-Threading. Буква E обозначает модели Prescott с 1-Мбайт кэшем L2, в то же время версии этого ядра с FSB533 обозначаются буквой A.

Intel вводит номера моделей

Существует много причин, по которым лучше использовать модельные номера, а не тактовые частоты. Во-первых, в номере можно учесть множество технологических деталей, типа FSB, размера кэша, частоты или дополнительных функций - Hyper-Threading и т.д. Во-вторых, исчезнет путаница между разными версиями процессоров с одинаковой тактовой частотой - в результате чего обычный покупатель легко выберет самый быстрый процессор. В-третьих, в индустрии существует множество примеров успешного использования модельных номеров - скажем та же AMD с семейством Opteron 14x, 24x и 84x. Первая цифра номера указывает поддержку числа процессоров: 1 - для одного процессора, 2 - для двухпроцессорных систем и т.д. Цифра x может быть 2, 4, 6 и 8 - что указывает на частоты 1,6, 1,8, 2,0 и 2,2 ГГц.

Наконец, мы должны подумать о процессорах Intel Pentium M, тем более что вскоре появится новая версия с техпроцессом 90-нм (Dothan). Поскольку этот чип будет существенно быстрее Banias из-за увеличенных тактовых частот, Intel будет очень трудно аргументировать покупку 3-ГГц настольного процессора Prescott, который в некоторых приложениях работает медленнее 2,0-ГГц Dothan.

По нашим источникам, тактовые частоты должны полностью исчезнуть из названий процессоров Intel. Поскольку число доступных моделей процессоров вряд ли уменьшится, такой шаг нам кажется вполне логичным. Будущая система именования процессоров будет выглядеть примерно так: процессор Pentium 4 будет дополняться номером 5xx, а линейка Celeron - номером Celeron 3xx.

	Мобильные процессоры	Настольные процессоры
Производительный сегмент рынка	Pentium M 755 (2,0 ГГц) Pentium M 745 (1,8 ГГц) Pentium M 735 (1,7 ГГц) Pentium M 725 (1,6 ГГц) Pentium M 715 (1,5 ГГц)	Pentium 4 Extreme Edition
Массовый сегмент рынка	Pentium 4 Mobile	Pentium 4 560 (3,6 ГГц) Pentium 4 550 (3,4 ГГц) Pentium 4 540 (3,2 ГГц) Pentium 4 530 (3,0 ГГц) Pentium 4 520 (2,8 ГГц)
"Бюджетный" сегмент рынка	Celeron M 340 (1,5 ГГц) Celeron M 330 (1,4 ГГц) Celeron M 320 (1,3 ГГц)	Celeron D 340 (2,93 ГГц) Celeron D 330 (2,8 ГГц) Celeron D 320 (2,66 ГГц) Celeron D 310 (2,53 ГГц)

Тестовая конфигурация

Аппаратное обеспечение

Процессоры Intel (Socket 478)
200 МГц FSB (двухканальная DDR400)	Pentium 4 Extreme Edition 3,4 ГГц (2-Мбайт кэш L3) Pentium 4 Extreme Edition 3,2 ГГц (2-Мбайт кэш L3)
200 МГц FSB (двухканальная DDR400)	Pentium 4 3,40 ГГц (512-кбайт кэш L2) Pentium 4 3,20 ГГц (512-кбайт кэш L2) Pentium 4 3,00 ГГц (512-кбайт кэш L2) Pentium 4 2,60 ГГц (512-кбайт кэш L2) Pentium 4E 3,20 ГГц (1-Мбайт кэш L2) Pentium 4E 3,00 ГГц (1-Мбайт кэш L2) Pentium 4E 2,80 ГГц (1-Мбайт кэш L2)
133 МГц FSB (двухканальная DDR333)	Pentium 4 3,06 ГГц (512-кбайт кэш L2) Pentium 4 2,80 ГГц (512-кбайт кэш L2) Pentium 4 2,66 ГГц (512-кбайт кэш L2)
Процессоры AMD (Socket A)
200 МГц FSB (двуканальная DDR400)	Athlon XP 3200+ (2200 МГц, 512-кбайт кэш L2) Athlon XP 3000+ (2100 МГц, 512-кбайт кэш L2)
166 МГц FSB (двухканальная DDR333)	Athlon XP 3000+ (2166 МГц, 512-кбайт кэш L2) Athlon XP 2800+ (2083 МГц, 512-кбайт кэш L2) Athlon XP 2700+ (2166 МГц, 256-кбайт кэш L2) Athlon XP 2600+ (1917 МГц, 512-кбайт кэш L2) Athlon XP 2500+ (1833 МГц, 512-кбайт кэш L2)
Процессоры AMD (Socket 940)
200 МГц FSB (двухканальная регистровая DDR400)	Athlon 64 FX-51 (2200 МГц, 1-Мбайт кэш L2)
Процессоры AMD (Socket 754)
200 МГц FSB (одноканальная DDR400)	Athlon 64 3400+ (2200 МГц, 1-Мбайт кэш L2) Athlon 64 3200+ (2200 МГц, 512-кбайт кэш L2)
Память
Платформа Intel	4x Corsiar TwinX CMX256A-3200LL (XMS32005V1.1) 256 Мбайт на DIMM CL 2,0 - tRCD 2 - tRP 2 - tRAS 6 для 133 и 200-МГц FSB
AMD Athlon 64	512 Мбайт на DIMM
AMD Athlon 64 FX	2x Mushkin PC3200 ECC Registered High Performance 512 Мбайт на DIMM CL 2,0 - tRCD 3 - tRP 2 - tRAS 6
AMD Athlon XP	2x Corsair TwinX CMX512-3200LL (MXS32005 V1.2) 512 MB per DIMM CL 2.0 - tRCD 3 - tRP 2 - tRAS 6 for 166 and 200 МГц FSB
Материнские платы
Платформа Intel (Socket 478)	Asus P4C800-E Deluxe, Rev. 1.02 Чипсет Intel 875P BIOS: 1014 Intel 82547EI Gigabit Ethernet Controller (CSA)
Платформа AMD Athlon 64 (Socket 462)	Asus K8V Deluxe, Rev. 1.12 Чипсет VIA K8T800 BIOS: 1004 3COM/Marvell 940 Gigabit Ethernet Controller
Платформа AMD Athlon 64 FX (Socket 940)	Asus SK8N Rev: 1.03 Чипсет nVIDIA nForce3 150 BIOS: ??? Broadcom BCM5705 Gigabit Ethernet Controller
Платформа AMD Athlon XP (Socket A)	Asus A7N8X-E, Rev. 2.0 NVIDIA nForce2 Ultra 400 Chipset BIOS: 1007 3COM 3C905C-TX-M PCI 100 Mbit Network Controller
Системное аппаратное обеспечение
Графическая карта	Asus A9800XT/DVD, Rev. 1.01 GPU: ATI Radeon 9800XT, частота чипа 412 МГц Память: 128 Мбайт DDR-SDRAM, частота 365 МГц
Звуковая карта	Terratec Aureon 7.1 Space
Жёсткие диски (массив RAID-0)	Maxtor 6Y080M0 Serial ATA, 80 Гбайт 80 Гбайт на пластину, 7200 об/мин, кэш 8 Мбайт
Дисковая подсистема (платформы AMD)	Promise FastTrak S150 TX2plus (Bios: 1.00.0.30) Контроллер SATA RAID для 32-битной PCI
Дисковая подсистема (платформа Intel)	Intel FW82801ER ICH5R / контроллер южного моста Встроенный контролер SATA RAID
Сетевые контроллеры	См. материнские платы
Программное обеспечение
Драйвер чипсета	Intel Chipset Installation Utility 5.1.1.1002 NVIDIA Platform Driver 3.13 VIA Hyperion 4in1 Ver. 4.51
Графический драйвер	ATI Catalyst 4.1 (7.97 / 6.14.10.6414)
Драйверы подсистемы хранения	Intel Application Accelerator RAID Edition 3.5.3 Promise FastTrak S150 TX2plus Driver Ver. 1.00.0.37
Сетевые драйверы	3COM Windows Default Network Driver Broadcom BCM5705 Driver Build 7.35a Intel Pro Network Driver 8.3
Версия DirectX	9.0b
ОС	Windows XP Professional 5.1.2600, Service Pack 1

Программное обеспечение и тесты

Тесты и настройки OpenGL
SPEC viewperf	Version 7.1.1 1280x1024 32 Bit
Serious Sam	Version 1.07
The Secound Encounter	1024 x 786 - 32 bit Graphics API: Open GL Preferences: Quality no Audio Bits per Pixel: 32 Bit Execute Addon: 32bit_HQ++-ansio8-24z.ini Demo: Valley fo the Jaguar
Wolfenstein	Version: 2.56 (Patch V 1.02)
Enemy Territory	1024 x 786 - 32 bit timedemo 1 / demo demo4 Geometric detail = low Texture detail = low
DirectX 8
Comanche 4 Demo	Version: 1.0.1.18 1024 x 768 - 32 bit autio = off
Unreal Tournament 2003	Version: 2206 1024 x 768 / 32 bit / Audio = off system/benchmark.exe Texture Detail = Normal Character Detail = Normal World Detail = Highest Physics Detail = High all = on, Decal Stay = High
Splinter Cell	Version 1.2b 1024 x 786 - 32 Bit audio = off 2_2_1_KalinatekDemo Shdow resolution: low Shadow detail: low Effects quality: low
DirectX 9a
3DMark 2003	Version 3.4.0 1024 x 786 - 32 bit Graphics and CPU Default Benchmark
X2-The Threat	Version 1.0 1024x768x32 (X8R8G8B8) Demo - bechmark Graphic Settings: all off
AquaMark3	Version: 3.0 1024 x 768 - 32 bit Audio = off Advanced Measurement Antialiasing mode: off Anisotropy: off Level Detail: very low
Video
Mainconcept MPEG Encoder	Version: 1.4.1 1.2 GB DV to MPEG II (720x576, Audio) converting
Pinnacle Studio 9	Version: 9.0.0 Rendering - DVD Compatible no Audio
Xmpeg	Version: 5.0.8.84
DivX 5.1.1 Pro	AMD: Otimized MMX iDCT Intel: Otimized SEE2 iDCT DivX 5.10 Pro Audio: off Psychovisual Enhancements: off Resize: 720x576 Restore Defaults 780 kbps feedback windows: off
Windows Media Encoder 9	Version: 9.00.00.2980 436 MB AVI File convert to WMV Windows Media server (streaming)
Microsoft Movie Maker	Version 2.0.3312.0 416 MB DV to WMV
TMPGEnc Plus	Version 2.521 1.2 GB DV to MPEG I (720x576, Audio) converting
Audio
magix mp3 maker 2004	Version 4.11 Build 19593
diamond	65 minutes/44.100 KHz wave file (688,4 MB) Format: MP3 High Quality
Lame	Version 3.95 Wave 17:14 minutes (182 MB) to mp3 32 - 320 kbit VBR = level 3
Syntrillium	Version 2.1
Cool Edit Pro	Amplitude Normalizing 2.6 GB wave Audio file
Applications
Sysmark 2004	Version 1.07
Winrar	Version 3.30 283 MB, 246 Files Compression = Best Dictionary = 4096 KB
Newtek Lightwave	Version 7.5c - Build 572 Render First Frame = 1 Render Last Frame = 60 Render Frame Step = 1 Rendering Bench "variations.lws" Show Rendering in Progress = 320x240 Ray Trace Shadows, Reflection Refraction, Transparency = on Multithreading = 8 Threads
Cinema 4D XL 8	Version 8.503
Maxon Computer	Rendering in 1028 x 1024, "ship_dirt"
3D Studio Max 6.0	Characters "Dragon_Charater_rig"
Discreet	Pixel: 1024 x 768 Rendering Single
Mathematica 5	Version 5.0.0.0
Wolframresearch	MMA 40 Test
Microsoft	Version 2003 (Enterprise Architect)
Visual Studio .NET C++	Compiling "Emule 0.42b"
LIUtilities	Version 1.84
WinBackup	650 MB wave file Encryption: 256 Bit DES, Password "test"
Synthetic
PCMark 2004 Pro	Version: 1.1.0 CPU and Memory Tests
SiSoftware Sandra 2004	Version 2004.10.9.89 CPU Test = MultiMedia / CPU Arithmetic Memory Test = Bandwidth Benchmark

Введение

Перед началом сезона летних отпусков оба ведущих производителя процессоров, AMD и Intel, выпустили последние модели процессоров в своих современных линейках CPU, нацеленных на использование в высокопроизводительных PC. Сначала сделала последний шаг перед предстоящим качественным скачком AMD и примерно с месяц назад представила Athlon XP 3200+ , который, как предполагается, станет самым быстрым представителем семейства Athlon XP. Дальнейшие же планы AMD в этом секторе рынка связываются уже с процессором следующего поколения с x86-64 архитектурой, Athlon 64, который должен появится в сентябре этого года. Intel же выждал небольшую паузу и представил последний из Penlium 4 на 0.13-микронном ядре Northwood только сегодня. В итоге, заключительной моделью в этом семействе стал Pentium 4 с частотой 3.2 ГГц. Пауза перед выходом следующего процессора для настольных PC, основанного на новом ядре Prescott, продлится до четвертого квартала, когда Intel вновь поднимет планку быстродействия своих процессоров для настольных компьютеров благодаря росту тактовой частоты и усовершенствованной архитектуре.

Следует отметить, что за время противостояния архитектур Athlon и Pentium 4, показала себя более масштабируемой архитектура от Intel. За период существования Pentium 4, выпускаемых по различным технологическим процессам, их частота выросла уже более чем вдвое и без проблем достигла величины 3.2 ГГц при использовании обычного 0.13-микронного технологического процесса. AMD же, задержавшаяся со своими Athlon XP на отметке 2.2 ГГц, не может похвастать на настоящий момент столь же высокими частотами своих процессоров. И хотя на одинаковых частотах Athlon XP значительно превосходит по быстродействию Pentium 4, постоянно увеличивающийся разрыв в тактовых частотах сделал свое дело: Athlon XP 3200+ с частотой 2.2 ГГц назвать полноценным конкурентом Penium 4 3.2 ГГц можно лишь со значительными оговорками.

На графике ниже мы решили показать, как росли частоты процессоров семейств Pentium 4 и Athlon за последние три года:

Как видим, частота 2.2 ГГц является для AMD непреодолимым барьером, покорен который будет в лучшем случае только лишь во второй половине следующего года, когда AMD переведет свои производственные мощности на использование 90-нанометровой технологии. До этих же пор даже процессоры следующего поколения Athlon 64 будут продолжать иметь столь невысокие частоты. Смогут ли они при этом составить достойную конкуренцию Prescott – сказать трудно. Однако, похоже, AMD ждут тяжелые проблемы. Prescott, обладающий увеличенным кешем первого и второго уровня, усовершенствованной технологией Hyper-Threading и растущими частотами может стать гораздо более привлекательным предложением, нежели Athlon 64.

Что касается процессоров Pentium 4, то их масштабируемости можно только позавидовать. Частоты Pentium 4 плавно увеличиваются с самого момента выхода этих процессоров. Небольшая пауза, наблюдающаяся летом-осенью этого года, объясняется необходимостью внедрения нового технологического процесса, но она не должна повлиять на расстановку сил на процессорном рынке. Включив технологию Hyper-Threading и переведя свои процессоры на использование 800-мегагерцовой шины, Intel добился ощутимого превосходства старших моделей своих CPU над процессорами конкурента и теперь может ни о чем не беспокоиться, по крайней мере, до начала массового распространения Athlon 64.

Также на графике выше мы показали и ближайшие планы компаний AMD и Intel по выпуску новых CPU. Похоже, AMD в ближайшее время не должна питать никаких иллюзий по поводу своего положения на рынке. Борьба с Intel на равных для нее заканчивается, компания возвращается в привычную для себя роль догоняющего. Впрочем, долгосрочные прогнозы строить пока рано, посмотрим, что даст для AMD выход Athlon 64. Однако, судя по сдержанной реакции разработчиков программного обеспечения на технологию AMD64, никакой революции с выходом следующего поколения процессоров от AMD не произойдет.

Intel Pentium 4 3.2 ГГц

Новый процессор Pentium 4 3.2 ГГц, который Intel анонсировал сегодня, 23 июня, с технологической точки зрения ничего особенного собой не представляет. Это все тот же Northwood, работающий на частоте шины 800 МГц и поддерживающий технологию Hyper-Threading. То есть, по сути, процессор полностью идентичен (за исключением тактовой частоты) Pentium 4 3.0 , который был анонсирован Intel в апреле.

Процессор Pentium 4 3.2 ГГц, как и предшественники, использует ядро степпинга D1

Единственный факт, который следует отметить в связи с выходом очередного процессора Pentium 4 на ядре Northwood – это вновь возросшее тепловыделение. Теперь типичное тепловыделение Pentium 4 3.2 ГГц составляет порядка 85 Вт, а максимальное - ощутимо превышает величину 100 Вт. Именно поэтому использование грамотно спроектированных корпусов является одним из необходимых требований при эксплуатации систем на базе Pentium 4 3.2 ГГц. Одного вентилятора в корпусе теперь явно недостаточно, кроме того, необходимо следить и за тем, чтобы воздух в районе размещения процессора хорошо вентилировался. Intel также говорит и о том, что температура воздуха, окружающего процессорный радиатор, не должна превышать 42 градуса.

Ну и еще раз напомним, что представленный Pentium 4 3.2 ГГц – последний CPU от Intel для высокопроизводительных настольных систем, основанный на 0.13-микронной технологии. Следующий процессор для таких систем будет использовать уже новое ядро Prescott, изготавливаемое по 90-нанометровой технологии. Соответственно, тепловыделение будущих процессоров для настольных PC будет меньше. Следовательно, Pentium 4 3.2 ГГц так и останется рекордсменом по тепловыделению.

Официальная цена на Pentium 4 3.2 ГГц составляет $637, а это значит, что данный процессор является самым дорогим CPU для настольных компьютеров на сегодняшний день. Более того, Intel рекомендует использовать новинку с недешевыми материнскими платами на базе набора логики i875P. Однако, как мы знаем, данным требованием можно пренебречь: многие более дешевые системные платы на базе i865PE обеспечивают аналогичный уровень производительности благодаря активизации производителями технологии PAT и в наборе логики i865PE.

Как мы тестировали

Целью данного тестирования являлось выяснение того уровня производительности, который может обеспечить новый Pentium 4 3.2 ГГц по сравнению с предшественниками и старшими моделями конкурирующей линейки Athlon XP. Таким образом, в тестировании помимо Pentium 4 3.2 ГГц приняли участие Petnium 4 3.0 ГГц, Athlon XP 3200+ и Athlon XP 3000+. В качестве платформы для тестов Pentium 4 мы выбрали материнскую плату на чипсете i875P (Canterwood) с двухканальной DDR400 памятью, а тесты Athlon XP проводились при использовании материнской платы на базе наиболее производительного чипсета NVIDIA nForce 400 Ultra.

Состав тестовых систем приведен ниже:

Примечания:

Память во всех случаях эксплуатировалась в синхронном режиме с FSB в двухканальной конфигурации. Использовались наиболее агрессивные тайминги 2-2-2-5.
Тестирование выполнялось в операционной системе Windows XP SP1 с установленным пакетом DirectX 9.0a.

Производительность в офисных приложениях и приложениях для создания контента

В первую очередь по сложившейся традиции мы измерили скорость процессоров в офисных приложениях и приложениях, работающих с цифровых контентом. Для этого мы воспользовались тестовыми пакетами семейства Winstone.

В Business Winstone 2002, включающем в себя типовые офисные бизнес-приложения, на высоте оказываются процессоры семейства Athlon XP, производительность которых ощутимо превосходит скорость процессоров конкурирующего семейства. Данная ситуация достаточно привычна для этого теста и обуславливается как особенностями архитектуры Athlon XP, так и большим объемом кеш-памяти у ядра Barton, суммарная емкость которой благодаря эксклюзивности L2 достигает 640 Кбайт.

В комплексном тесте Multimedia Content Creation Winstone 2003, измеряющем скорость работы тестовых платформ в приложениях для работы с цифровым контентом, картина несколько иная. Процессоры Pentium 4, имеющие NetBurst архитектуру и обладающие высокоскоростной шиной с пропускной способностью 6.4 Гбайта в секунду оставляют старшие модели Athlon XP далеко позади.

Производительность при обработке потоковых данных

Большинство приложений, работающих с потоками данных, как известно, работает быстрее на процессорах Pentium 4. Здесь раскрываются все преимущества NetBurst архитектуры. Поэтому, результат, полученный нами в WinRAR 3.2, не должен никого удивлять. Старшие Pentium 4 значительно обгоняют по скорости сжатия информации топовые Athlon XP.

Аналогичная ситуация наблюдается и при кодировании звуковых файлов в формат mp3 кодеком LAME 3.93. Кстати, данный кодек поддерживает многопоточность, поэтому высокие результаты Pentium 4 здесь можно отнести и на счет поддержки этими CPU технологии Hyper-Threading. В итоге, Pentium 4 3.2 обгоняет старший Athlon XP с рейтингом 3200+ почти на 20%.

В данное тестирование мы включили результаты, полученные при измерении скорости кодирования AVI ролика в формат MPEG-2 одним из лучших кодеров, Canopus Procoder 1.5. Как это не удивительно, Athlon XP в данном случае показывает слегка более высокую производительность. Впрочем, отнести это, скорее всего, следует на счет высокопроизводительного блока операций с плавающей точкой, присутствующего в Athlon XP. SSE2 инструкции процессоров Pentium 4 в данном случае, как мы видим, не могут являться столь же сильной альтернативой. Правда, следует отметить, что разрыв в скорости старших моделей Athlon XP и Pentium 4 совсем небольшой.

Кодирование видео в формат MPEG-4 – еще один пример задачи, где процессоры Pentium 4 с технологией Hyper-Threading и 800-мегагерцовой шиной демонстрирует свои сильные стороны. Превосходство Pentium 4 3.2 над Athlon XP 3200+ в этом тесте составляет почти 20%.

Аналогичная ситуация наблюдается и при кодировании видео при помощи Windows Media Encoder 9: это приложение имеет оптимизацию под набор команд SSE2 и отлично приспособлено для NetBurst архитектуры. Поэтому, совершенно неудивительно, что вновь верхнюю часть диаграммы оккупировали процессоры от Intel.

Производительность в игровых приложениях

После выхода пропатченной версии 3Dmark03 результаты Pentium 4 относительно Athlon XP в этом тесте стали несколько выше. Однако расклад сил это не изменило: Pentium 4 лидировали в этом бенчмарке и ранее.

Pentium 4 подтверждает свое лидерство и в общем зачете в 3Dmark03. Правда, отрыв здесь небольшой: сказывается тот факт, что 3Dmark03 в первую очередь – это тест видеоподсистемы.

После перехода Pentium 4 на использование 800-мегагерцовой шины, Pentium 4 стали обгонять Athlon XP и в более старой версии 3Dmark2001. Причем, отрыв Pentium 4 3.2 ГГц от Athlon XP 3200+ уже достаточно существенен и составляет 6%.

В Quake3 Pentium 4 традиционно обгоняет Athlon XP, поэтому результат удивления не вызывает.

Аналогичная картина наблюдается и в игре Return to Castle Wolfenstein. Это совершенно логично, поскольку данная игра использует тот же движок Quake3.

Одно из немногих приложений, где старшей модели Athlon XP удается удержать лидерство, это – Unreal Tournament 2003. Хочется отметить, что все современные игры не имеют поддержки технологии Hyper-Threading, поэтому в играх потенциал новых Pentium 4 пока раскрывается не полностью.

А вот в Serious Sam 2 Athlon XP 3200+ больше лидером не является. С выходом нового процессора от Intel пальма первенства в этой игре переходит именно к Pentium 4 3.2 ГГц.

Новая игра Splinter Cell, хотя и основана на том же движке, что и Unreal Tournament 2003, быстрее работает на процессорах от Intel.

В целом, остается признать, что быстрейшим процессором для современных 3D игр на данный момент является Pentium 4 3.2 ГГц, обходящий Athlon XP 3200+ в большинстве игровых тестов. Ситуация меняется стремительно. Еще совсем недавно старшие Athlon XP в игровых тестах нисколько не уступали процессорам от Intel.

Производительность при 3D-рендеринге

Поскольку 3ds max 5.1, который мы использовали в данном тестировании, хорошо оптимизирован под многопоточность, Pentium 4, умеющий исполнять два потока одновременно благодаря технологии Hyper-Threading, с большим отрывом оказывается лидером. Даже старший Athlon XP 3200+ не может составить ему никакой конкуренции.

Абсолютно тоже самое можно сказать и про скорость рендеринга в Lightwave 7.5. Впрочем, в некоторых сценах, например при рендеринге Sunset, старшие модели Athlon XP смотрятся не так уж и плохо, однако такие случаи единичны.

Спорить с Pentium 4, выполняющем два потока одновременно, в задачах рендеринга для Athlon XP сложновато. К сожалению, AMD не имеет планов по внедрению технологий, подобных Hyper-Threading даже в будущих процессорах семейства Athlon 64.

Абсолютно аналогичная ситуация наблюдается и в POV-Ray 3.5.

Производительность при научных расчетах

Для тестирования скорости новых CPU от AMD при научных расчетах был использован пакет ScienceMark 2.0. Подробности об этом тесте можно получить на сайте http://www.sciencemark.org . Этот бенчмарк поддерживает многопоточность, а также все наборы SIMD-инструкций, включая MMX, 3DNow!, SSE и SSE2.

То, что в задачах математического моделирования или криптографии процессоры семейства Athlon XP показывают себя с наилучшей стороны, известно давно. Здесь мы видим еще одно подтверждение этого факта. Хотя, надо сказать, свое былое преимущество Athlon XP начинает терять. Например, в тесте Molecular Dinamics на первое место выходит уже новый Pentium 4 3.2 ГГц.

Кроме теста ScienceMark в этом разделе мы решили протестировать и скорость работы новых процессоров в клиенте российского проекта распределенных вычислений MD@home, посвященному расчету динамических свойств олигопептидов (фрагментов белков). Расчет свойств олигопептидов, возможно, сможет помочь изучению фундаментальных свойств белков, тем самым, внеся вклад в развитие науки.

Как видим, задачи молекулярной динамики новые Pentium 4 решают быстрее Athlon XP. Столь высокого результата Pentium 4 достигают благодаря своей технологии Hyper-Threading. Сам клиент MD@home, к сожалению, многопоточность не поддерживает, однако запуск двух клиентских программ в параллели на системах с процессорами с технологией Hyper-Threading позволяет ускорить процесс расчета более чем на 40%.

Выводы

Проведенное тестирование явно показывает, что на очередном этапе конкурентной борьбы Intel удалось одержать победу над AMD. Последний процессор на ядре Northwood обгоняет по своей производительности старшую и последнюю модель Athlon XP в большинстве тестов. За последнее время Intel смог значительно увеличить частоты своих CPU, увеличить частоту их шины, а также внедрить хитрую технологию Hyper-Threading, дающую дополнительный прирост скорости в ряде задач. AMD же, не имея возможности наращивать тактовые частоты своих процессоров ввиду технологических и архитектурных сложностей, не смогла адекватно усилить свои CPU. Не поправило положение даже появление нового ядра Barton: последние модели Pentium 4 оказываются явно сильнее старших Athlon XP. В результате, Pentium 4 3.2 ГГц вполне можно считать наиболее производительным CPU для настольных систем в настоящее время. Такая ситуация продлится по меньшей мере до сентября, когда AMD, наконец, должна будет анонсировать свои новые процессоры семейства Athlon 64.

Необходимо отметить и тот факт, что рейтинговая система, используемая в настоящее время AMD для маркировки своих процессоров, не может больше являться критерием, по которому Athlon XP можно сопоставлять с Pentium 4. Улучшения, которые произошли с Pentium 4, в числе которых следует отметить перевод этих CPU на 800-мегагерцовую шину и внедрение технологии Hyper-Threading, привели к тому, что Pentium 4 с частотой, равной рейтингу соответствующего Athlon XP, оказывается явно быстрее.

В общем, мы с интересом будем ожидать осени, когда и AMD и Intel представят свои новые разработки, Prescott и Athlon 64, которые, возможно, смогут обострить конкурентную борьбу между давними соперниками на процессорном рынке. Сейчас же AMD оказывается оттеснена Intel в сектор недорогих процессоров где, впрочем, эта компания чувствует себя превосходно: Celeron по сравнению с Athlon XP – откровенно слабый соперник.

integrated heat spreader ) кристаллом, установленную на плату-переходник (англ. interposer ) с 423 штырьковыми контактами (размеры корпуса - 53,3×53,3 мм) . Между контактами на обратной стороне платы-переходника установлены SMD -элементы.

Поздние процессоры на ядре Willamette, процессоры Pentium 4 на ядре Northwood, часть процессоров Pentium 4 Extreme Edition на ядре Gallatin и ранние процессоры на ядре Prescott с по 2005 год выпускались в корпусе типа FC-mPGA2 , представлявшем собой подложку из органического материала с закрытым теплораспределительной крышкой кристаллом с лицевой стороны и 478 штырьковыми контактами, а также SMD-элементами, с обратной (размеры корпуса - 35×35 мм).

Часть процессоров Pentium 4 Extreme Edition на ядре Gallatin, поздние процессоры на ядре Prescott, процессоры на ядрах Prescott-2M и Cedar Mill c весны по осень 2007 года выпускались в корпусе типа FC-LGA4 , представлявшем собой подложку из органического материала с закрытым теплораспределительной крышкой кристаллом с лицевой стороны и 775 контактными площадками с обратной (размеры корпуса - 37,5×37,5 мм). Как и в двух предыдущих типах корпусов, между контактами установлены SMD-элементы.

Часть мобильных процессоров на ядре Northwood выпускалась в корпусе типа FC-mPGA . Основным отличием этого типа корпуса от FC-mPGA2 является отсутствие теплораспределительной крышки.

Маркировка процессоров, имеющих теплораспределительную крышку, нанесена на её поверхность, а у остальных процессоров маркировка нанесена на две наклейки, расположенные на подложке с двух сторон от кристалла.

Особенности архитектуры

Конвейер процессора на ядре Northwood

Конвейер состоит из 20 стадий:

TC, NI (1, 2) - поиск микроопераций, на которые указывает последняя выполненная инструкция.
TR, F (3, 4) - выборка микроопераций.
D (5) - перемещение микроопераций.
AR (6-8) - резервирование ресурсов процессора, переименование регистров.
Q (9) - постановка микроопераций в очереди.
S (10-12) - изменение порядка исполнения.
D (13-14) - подготовка к исполнению, выборка операндов.
R (15-16) - чтение операндов из регистрового файла.
E (17) - исполнение.
F (18) - вычисление флагов.
BC, D (19, 20) - проверка корректности результата.

Архитектура NetBurst (рабочее наименование - P68 ), лежащая в основе процессоров Pentium 4, разрабатывалась компанией Intel, в первую очередь, с целью достижения высоких тактовых частот процессоров. NetBurst не является развитием архитектуры , использовавшейся в процессорах Pentium III , а представляет собой принципиально новую по сравнению с предшественниками архитектуру. Характерными особенностями архитектуры NetBurst являются гиперконвейеризация и применение кэша последовательностей микроопераций вместо традиционного кэша инструкций. АЛУ процессоров архитектуры NetBurst также имеет существенные отличия от АЛУ процессоров других архитектур.

Основными недостатками длинного конвейера являются уменьшение удельной производительности по сравнению с коротким конвейером (за один такт выполняется меньшее количество инструкций), а также серьёзные потери производительности при некорректном выполнении инструкций (например, при неверно предсказанном условном переходе или кэш-промахе).

Для минимизации влияния неверно предсказанных переходов, в процессорах архитектуры NetBurst используются увеличенный по сравнению с предшественниками буфер предсказания ветвлений (англ. branch target buffer ) и новый алгоритм предсказания ветвлений, что позволило достичь высокой точности предсказания (около 94 %) в процессорах на ядре Willamette. В последующих ядрах механизм предсказания ветвлений подвергался модернизациям, повышавшим точность предсказания.

Кэш последовательностей микроопераций (англ. Execution Trace Cache )

Процессоры архитектуры NetBurst, как и большинство современных x86 -совместимых процессоров, являются CISC -процессорами с RISC -ядром: перед исполнением сложные инструкции x86 преобразуются в более простой набор внутренних инструкций (микроопераций), что позволяет повысить скорость обработки команд. Однако, вследствие того, что инструкции x86 имеют переменную длину и не имеют фиксированного формата, их декодирование связано с существенными временными затратами.

В связи с этим, при разработке архитектуры NetBurst было принято решение отказаться от традиционной кэш-памяти инструкций первого уровня, хранящей команды x86, в пользу кэша последовательностей микроопераций, хранящего последовательности микроопераций в соответствии с предполагаемым порядком их исполнения. Такая организация кэш-памяти позволила также снизить временные затраты на выполнение условных переходов и на выборку инструкций.

АЛУ и механизм ускоренного выполнения целочисленных операций (англ. Rapid Execution Engine )

Так как основной целью разработки архитектуры NetBurst было повышение производительности за счёт достижения высоких тактовых частот, возникла необходимость увеличения темпа выполнения основных целочисленных операций. Для достижения этой цели АЛУ процессоров архитектуры NetBurst разделено на несколько блоков: «медленное АЛУ», способное выполнять большое количество целочисленных операций, и два «быстрых АЛУ», выполняющих только простейшие целочисленные операции (например, сложение). Выполнение операций на «быстрых АЛУ» происходит последовательно в три этапа: сначала вычисляются младшие разряды результата, затем старшие, после чего могут быть получены флаги.

«Быстрые АЛУ», обслуживающие их планировщики, а также регистровый файл синхронизируются по половине такта процессора, таким образом, эффективная частота их работы вдвое превышает частоту ядра. Эти блоки образуют механизм ускоренного выполнения целочисленных операций.

В процессорах на ядрах Willamette и Northwood «быстрые АЛУ» способны выполнять лишь те операции, которые обрабатывают операнды в направлении от младших разрядов к старшим. При этом результат вычисления младших разрядов может быть получен через половину такта. Таким образом, эффективная задержка составляет половину такта. В процессорах на ядрах Willamette и Northwood отсутствуют блоки целочисленного умножения и сдвига, а данные операции выполняются другими блоками (в частности, блоком инструкций MMX).

В процессорах на ядрах Prescott и Cedar Mill присутствует блок целочисленного умножения, а «быстрые АЛУ» способны выполнять операции сдвига. Эффективная задержка операций, исполняемых «быстрыми АЛУ», возросла по сравнению с процессорами на ядре Northwood и составляет один такт.

Система повторного исполнения микроопераций (англ. Replay System )

Основной задачей планировщиков микроопераций является определение готовности микроопераций к исполнению и передача их на конвейер. Вследствие большого числа стадий конвейера, планировщики вынуждены отправлять микрооперации на исполнительные блоки до того, как завершится выполнение предыдущих микроопераций. Это обеспечивает оптимальную загрузку исполнительных блоков процессора и позволяет избежать потери производительности в том случае, если данные, необходимые для выполнения микрооперации, находятся в кэш-памяти первого уровня, регистровом файле, или могут быть переданы минуя регистровый файл.

При определении готовности новых микроопераций к передаче на исполнительные блоки, планировщику необходимо определить время выполнения тех предыдущих микроопераций, результатом которых являются данные, необходимые для выполнения новых микроопераций. В том случае, если время выполнения заранее не определено, планировщик для его определения использует наименьшее время её выполнения.

Если оценка времени, необходимого для получения данных, оказалась верной, микрооперация выполняется успешно. В том случае, если данные не были получены вовремя, проверка корректности результата заканчивается неудачей. При этом микрооперация, результат выполнения которой оказался некорректен, ставится в специальную очередь (англ. replay queue ), а затем вновь направляется планировщиком на исполнение.

Несмотря на то, что повторное исполнение микроопераций приводит к значительным потерям производительности, применение данного механизма позволяет в случае ошибочного исполнения микроопераций избежать останова и сброса конвейера, который приводил бы к более серьёзным потерям.

Модели

Процессор с кодовым именем Willamette впервые появился в официальных планах компании Intel в октябре 1998 года , хотя его разработка и началась вскоре после завершения работ над процессором Pentium Pro , вышедшим в конце 1995 года , а название «Willamette» упоминалось в анонсах 1996 года . Необходимость в проектировании нового процессора архитектуры IA-32 появилась в связи со сложностями, возникшими при разработке 64-битного процессора Merced , которому в соответствии с планами компании Intel была отведена роль преемника процессоров архитектуры : разработка, осуществлявшаяся с 1994 года , сильно затянулась, а производительность Merced при выполнении инструкций x86 оказалась неудовлетворительной по сравнению с процессорами, для замены которых он предназначался .

Предполагалось, что Willamette выйдет во второй половине 1998 года , однако, в результате многочисленных задержек анонс был перенесён на конец 2000 года . В феврале 2000 года на форуме разработчиков Intel (IDF Spring 2000) был продемонстрирован компьютер, основой которого служил инженерный образец процессора Willamette, получившего наименование «Pentium 4», работающий на частоте 1,5 ГГц .

Первые серийные процессоры Pentium 4 на ядре , анонсированные 20 ноября 2000 года, производились по 180 нм технологии. Дальнейшим развитием семейства Pentium 4 стали процессоры на ядре , производившиеся по 130 нм технологии. 2 февраля 2004 года были представлены первые процессоры на ядре (90 нм), а последним ядром, использовавшимся в процессорах Pentium 4 стало ядро (65 нм). На базе ядер Northwood и Prescott выпускались также мобильные процессоры Pentium 4 и Pentium 4-M, представлявшие собой Pentium 4 с пониженным энергопотреблением. На базе всех ядер, перечисленных выше, выпускались также процессоры Celeron , предназначенные для бюджетных компьютеров, представлявшие собой Pentium 4 с уменьшенным объёмом кэш-памяти второго уровня и пониженной частотой системной шины .

Ниже представлены даты анонса различных моделей процессоров Pentium 4, а также их стоимость на момент анонса.

Мобильные процессоры Pentium 4

Процессор	Pentium 4-M											Mobile Pentium 4
Тактовая частота, ГГц	1,6	1,7	1,4	1,5	1,8	1,9	2	2,2	2,4	2,5	2,6	2,4	2,666	2,8	3,066	3,2	3,333
Анонсирован	4 марта		23 апреля			24 июня		16 сентября	14 января	16 апреля	11 июня					23 сентября	28 сентября
Анонсирован	2002 года								2003 года								2004 года
Цена, $	392	496	198	268	637	431	637	562	562	562	562	185	220	275	417	653	262

Pentium 4

Willamette

Pentium 4 1800 на ядре Willamette (FC-mPGA2)

Ещё до выхода первых Pentium 4 предполагалось, что и процессоры на ядре Willamette, и разъём Socket 423 будут присутствовать на рынке лишь до середины 2001 года, после чего будут заменены на процессоры на ядре Northwood и разъём Socket 478 . Однако, в связи с проблемами при внедрении 130 нм технологии, лучшим по сравнению с ожидавшимся процентом выхода годных кристаллов процессоров на ядре Willamette, а также необходимостью продажи уже выпущенных процессоров, анонс процессоров на ядре Northwood был отложен до 2002 года, а 27 августа 2001 года были представлены процессоры Pentium 4 в корпусе типа FC-mPGA2 (Socket 478), в основе которых по-прежнему лежало ядро Willamette .

Процессоры Pentium 4 на ядре Willamette работали на тактовой частоте 1,3-2 ГГц с частотой системной шины 400 МГц, напряжение ядра составляло 1,7-1,75 В в зависимости от модели, а максимальное тепловыделение - 100 Вт на частоте 2 ГГц .

Northwood

Intel Pentium 4 1800 на ядре Northwood

14 ноября 2002 года был представлен процессор Pentium 4 3066 МГц, поддерживающий технологию виртуальной многоядерности - Hyper-threading . Этот процессор оказался единственным процессором на ядре Northwood с частотой системной шины 533 МГц, обладавшим поддержкой технологии Hyper-threading. В дальнейшем эту технологию поддерживали все процессоры с частотой системной шины 800 МГц (2,4-3,4 ГГц) .

Характерной особенностью процессоров Pentium 4 на ядре Northwood была невозможность продолжительной работы при повышенном напряжении ядра (повышение напряжения ядра при разгоне является распространённым приёмом, позволяющим повысить стабильность работы на повышенных частотах ). Повышение напряжения ядра до 1,7 В приводило к быстрому выходу процессора из строя, несмотря на то, что температура кристалла при этом оставалась невысокой. Это явление, названное «синдромом внезапной смерти Northwood» (англ. sudden Northwood death syndrome ), серьёзно ограничивало разгон Pentium 4 на ядре Northwood .

Prescott

Pentium 4 2800E на ядре Prescott (Socket 478)

Pentium 4 3400 на ядре Prescott (LGA 775)

Процессоры Pentium 4 на ядре Prescott получили поддержку нового дополнительного набора команд - SSE3 , а также поддержку технологии EM64T (в ранних процессорах поддержка 64-битных расширений была отключена). Кроме того, была оптимизирована технология Hyper-threading (в частности, в набор SSE3 вошли инструкции, предназначенные для синхронизации потоков) .

В результате изменений, внесённых в архитектуру NetBurst, производительность процессоров на ядре Prescott изменилась по сравнению с процессорами на ядре Northwood, имеющими равную частоту, следующим образом: в однопоточных приложениях, использующих инструкции x87 , MMX , SSE и SSE2 , процессоры на ядре Prescott оказывались медленнее, чем предшественники, а в приложениях, использующих многопоточность или чувствительных к объёму кэш-памяти второго уровня, опережали их .

Cedar Mill

Pentium 4 641 на ядре Cedar Mill

Процессоры Pentium 4 на ядре Cedar Mill выпускались до 8 августа 2007 года , когда компания Intel объявила о снятии с производства всех процессоров архитектуры NetBurst.

Отменённые процессоры

Предполагалось, что в конце 2004 - начале 2005 годов на смену ядру Prescott в настольных процессорах Pentium 4 придёт новое ядро Tejas. Процессоры на ядре Tejas должны были выпускаться по 90 нм технологии, работать на частоте от 4,4 ГГц с частотой системной шины 1066 МГц, иметь увеличенный до 24 Кбайт кэш первого уровня и улучшенную поддержку технологии Hyper-threading . В конце 2005 года процессоры на ядре Tejas должны были быть переведены на 65 нм технологию производства и достичь частоты 9,2 ГГц . В перспективе тактовая частота процессоров архитектуры NetBurst должна была превысить отметку в 10 ГГц, однако сроки анонса Tejas постоянно переносились, процессоры на ядре Prescott не смогли достичь частоты 4 ГГц из-за проблем с тепловыделением, в связи с чем в начале 2004 года появилась информация об отмене выпуска процессоров на ядре Tejas , а 7 мая 2004 года компания Intel официально объявила о прекращении работы как над ядром Tejas, так и над перспективными разработками, основанными на архитектуре NetBurst .

Pentium 4 Extreme Edition

Первые процессоры Pentium 4 Extreme Edition (Pentium 4 «EE» или «XE»), предназначенные для энтузиастов , были представлены компанией Intel 3 ноября 2003 года. В их основе лежало ядро Gallatin, использовавшееся в серверных процессорах Xeon и представлявшее собой ядро Northwood ревизии M0 с кэш-памятью третьего уровня объёмом 2 Мбайт . Площадь кристалла таких процессоров составляла 237 мм².

Процессоры Pentium 4 EE на ядре Gallatin работали на частоте 3,2-3,466 ГГц, имели частоту системной шины 1066 МГц для модели, работающей на 3,466 ГГц, и 800 МГц для остальных моделей (3,2 и 3,4 ГГц). Напряжение ядра составляло 1,4-1,55 В, а максимальное тепловыделение - 125,59 Вт на частоте 3,466 ГГц. Изначально процессоры Pentium 4 EE ядре Gallatin выпускались в корпусе типа FC-mPGA2 (Socket 478), а затем - в корпусе типа FC-LGA4 (LGA775).

21 февраля 2005 года компанией Intel был представлен процессор Pentium 4 EE на ядре Prescott 2M. Он выпускался в корпусе типа FC-LGA4, предназначался для установки в системные платы с разъёмом LGA775 и работал на частоте 3,733 ГГц. Частота системной шины составляла 1066 МГц, напряжение питания - 1,4 В, максимальное тепловыделение - 148,16 Вт.

Дальнейшим развитием семейства Extreme Edition стали двухъядерные процессоры Pentium XE .

Pentium 4-M и Mobile Pentium 4

Мобильные процессоры Pentium 4-M представляли собой Pentium 4 на ядре Northwood, имеющие пониженное напряжение питания и тепловыделение, а также поддерживающие энергосберегающую технологию Intel SpeedStep . Максимально допустимая температура корпуса была повышена по сравнению с процессорами для настольных компьютеров и составляла 100 °C (у настольных процессоров на ядре Northwood - от 68 до 75 °C), что было связано с условиями работы в ноутбуке (небольшое воздушное пространство и размеры радиатора, менее сильный воздушный поток).

Все процессоры Pentium 4-M работали с частотой системной шины 400 МГц. Напряжение ядра процессоров Pentium 4-M составляло 1,3 В, максимальное тепловыделение - 48,78 Вт на частоте 2,666 ГГц, типичное - 35 Вт, в режиме пониженного энергопотребления - 13,69 Вт. Процессоры Pentium 4-M работали на частотах от 1,4 до 2,666 ГГц.

Процессоры Mobile Pentium 4 представляли собой Pentium 4 на ядрах Northwood или Prescott и работали на более высоких по сравнению с Pentium 4-M тактовых частотах - от 2,4 до 3,466 ГГц. Некоторые процессоры Mobile Pentium 4 поддерживали технологию Hyper-threading.

Все процессоры Mobile Pentium 4 работали с частотой системной шины 533 МГц. Напряжение ядра составляло 1,325-1,55 В, максимальное тепловыделение - 112 Вт на частоте 3,466 ГГц, типичное - от 59,8 до 88 Вт, в режиме пониженного энергопотребления - от 34,06 до 53,68 Вт.

Положение на рынке

Процессоры Pentium 4 Extreme Edition являлись «имиджевыми » процессорами, а оптовая цена на эти процессоры в момент анонса всегда составляла 999 $ .

Несмотря на то, что в течение года после анонса Pentium 4 основу продаж компании Intel по-прежнему составляли процессоры Pentium III (это было связано с крайне высокой стоимостью систем на базе Pentium 4 в сочетании с памятью типа RDRAM , альтернативы которой не было до выхода набора микросхем Intel 845 осенью 2001 года ), впоследствии благодаря агрессивной рекламной и маркетинговой политике компании Intel (в том числе, предоставление скидок производителям компьютеров и торговым сетям за использование и продажу исключительно продукции Intel, а также выплаты за отказ от использования продукции конкурентов ) в сочетании с неудачной маркетинговой политикой основного конкурента - компании AMD, процессоры Pentium 4 стали популярны среди пользователей . Этому также способствовала более высокая тактовая частота процессоров Pentium 4 (в частности, из-за высокой тактовой частоты процессоров конкурента, а также популярности «мифа о мегагерцах » , компания AMD была вынуждена ввести рейтинг производительности процессоров Athlon XP, нередко вводивший неопытных пользователей в заблуждение ). Тем не менее, компании AMD удалось серьёзно потеснить Intel на рынке микропроцессоров благодаря удачным продуктам - ранним Athlon XP и Athlon 64, превосходившим процессоры Pentium 4 в производительности и имеющим меньшую стоимость. Так, с 2000 по 2001 год компании AMD удалось увеличить свою долю на рынке процессоров архитектуры x86 с 18 % до 22 % (доля Intel при этом сократилась с 82,2 % до 78,7 %), а после решения проблем, возникших у AMD в 2002 году, когда её доля на рынке сократилась до 14 %, с 2003 по 2006 - до 26 % (доля Intel - около 73 %) .

Сравнение с конкурентами

Параллельно с процессорами семейства Pentium 4 существовали следующие x86-процессоры:

Intel Pentium III-S (Tualatin). Предназначались для рабочих станций и серверов. Несмотря на меньшую тактовую частоту, по производительности превосходили процессоры Pentium 4 на ядре Willamette в большинстве задач. Кроме того, в отличие от Pentium 4, процессоры Pentium III-S могли работать в двухпроцессорной конфигурации. Также компанией Intel выпускались процессоры Pentium III на ядре Tualatin, отличавшиеся от Pentium III-S меньшим объёмом кэш-памяти второго уровня. Оба этих процессора не получили широкого распространения: они были представлены позже, чем Pentium 4, являвшиеся в то время флагманскими процессорами компании Intel, и стоили значительно дороже, чем Pentium 4, имеющие сравнимую производительность .
Intel Celeron (Tualatin). Представляли собой Pentium III с уменьшенной частотой системной шины, предназначались для недорогих систем и в целом уступали процессорам Pentium 4 за счёт меньшей тактовой частоты (старшая модель Celeron работала на частоте 1,4 ГГц, в то время, как младшая модель Pentium 4 - на 1,3 ГГц) и небольшой пропускной способности памяти (в системах на процессорах Celeron обычно использовалась память PC133 SDRAM , а процессоры Pentium 4 чаще всего работали с памятью типа RDRAM или DDR SDRAM) и системной шины (100 МГц против 400 МГц) . Производительность разогнанных Celeron была сравнима с производительностью равночастотных Pentium 4 при более низкой цене .
Intel Celeron (Willamette-128 и Northwood-128), Celeron D (Prescott-256 и Cedar Mill-512). Представляли собой Pentium 4 с уменьшенными частотой системной шины и размером кэш-памяти второго уровня, предназначались для недорогих систем и всегда уступали процессорам Pentium 4. В некоторых задачах Celeron на ядре Willamette-128 уступали также и предшественникам (Celeron на ядре Tualatin) со значительно более низкими частотами .
Intel Pentium M и Celeron M . Являлись дальнейшим развитием процессоров Pentium III. Предназначались для мобильных компьютеров, обладали низким энергопотреблением и тепловыделением. Pentium M опережал как большинство мобильных Pentium 4 M, так и некоторые настольные процессоры Pentium 4, обладая при этом значительно меньшими тактовой частотой и тепловыделением . Процессор Celeron M имел близкую к Pentium M производительность, незначительно отставая от него.
Intel Pentium D (Presler, Smithfield). Двухъядерные процессоры, представлявшие собой два ядра Prescott (процессоры на ядре Smithfield) или Cedar Mill (Presler), находящиеся либо на одном кристалле (Smithfield), либо в одном корпусе (Presler). Опережали равночастотные Pentium 4 в большинстве задач. Однако процессоры Pentium 4 имели большую тактовую частоту, чем Pentium D (старшая модель Pentium D на ядре Smithfield работала на частоте 3,2 ГГц, а старшая модель Pentium 4 - на 3,8 ГГц), что позволяло им опережать двухъядерные процессоры в задачах, не оптимизированных под многопоточность .
AMD Athlon (Thunderbird). Конкурировали с процессорами Pentium 4 на ядре Willamette. В задачах, использующих дополнительные наборы инструкций SSE и SSE2 , требующих высокой пропускной способности памяти, а также в приложениях, оптимизированных под архитектуру NetBurst (приложения, работающие с потоковыми данными), процессоры Athlon уступали процессорам Pentium 4, однако в офисных и бизнес-приложениях, задачах трёхмерного моделирования, а также в математических расчётах, процессоры Athlon показывали более высокую производительность .
AMD Athlon XP . Конкурировали в основном с процессорами Pentium 4 на ядре Northwood. В названиях моделей этих процессоров фигурировала не тактовая частота, а рейтинг, показывающий производительность процессоров Athlon XP относительно Pentium 4. «Равнорейтинговые» Athlon XP уступали процессорам Pentium 4 в приложениях, оптимизированных под архитектуру NetBurst, требовавших наличие поддержки инструкций SSE2 или высокой пропускной способности памяти, однако значительно опережали их в вычислениях с плавающей запятой и неоптимизированных приложениях. Старшие Pentium 4 опережали конкурента в большинстве приложений .
AMD Athlon 64 . Конкурировали в основном с процессорами Pentium 4 на ядре Prescott. Опережали их в ряде задач (например, офисные приложения, научные расчёты или игры) за счёт меньших задержек при работе с памятью (за счёт встроенного контроллера памяти) и более эффективного математического сопроцессора, уступали процессорам Pentium 4 в задачах, оптимизированных под архитектуру NetBurst или имеющих поддержку многопоточности (например, кодирование видео) .
AMD Athlon 64 FX . Конкурировали с процессорами Pentium 4 Extreme Edition. Как и в случае с Athlon 64 и Pentium 4, Athlon 64 FX опережали конкурентов за счёт архитектурных особенностей, интегрированного контроллера памяти или более эффективного математического сопроцессора, уступая им в задачах, оптимизированных под архитектуру NetBurst или имеющих поддержку многопоточности .
AMD Duron (Morgan и Applebred). Были нацелены на рынок недорогих процессоров и конкурировали с процессорами Celeron, в целом уступая процессорам Pentium 4, однако в некоторых приложениях, которые не были оптимизированы под архитектуру NetBurst и не использовали набор инструкций SSE2, могли опережать Pentium 4, имеющие значительно более высокие тактовые частоты .
VIA C3 (Nehemiah) и VIA Eden. Предназначались для компьютеров с низким энергопотреблением и ноутбуков (C3 и Eden-N) и для интегрирования в системные платы (Eden), имели низкую производительность и уступали конкурирующим процессорам.
VIA C7 . Также, как и процессоры VIA C3, предназначались для компьютеров с низким энергопотреблением и ноутбуков. Серьёзно уступали конкурентам и могли опережать их только в задачах шифрования (за счёт его аппаратной поддержки) .
Transmeta Efficeon . Предназначались для ноутбуков, имели низкое энергопотребление и тепловыделение. Уступали в большинстве задач мобильным процессорам AMD и Intel, опережая мобильные процессоры VIA .

Работавшие на высокой частоте процессоры Pentium 4 отличались большим энергопотреблением и, как следствие, тепловыделением. Максимальная тактовая частота серийных процессоров Pentium 4 составила 3,8 ГГц, при этом типичное тепловыделение превысило 100 Вт , а максимальное - 150 Вт . Однако при этом процессоры Pentium 4 были лучше защищены от перегрева, чем конкурирующие процессоры. Работа Thermal Monitor - технологии термозащиты процессоров Pentium 4 (а также последующих процессоров Intel) - основана на механизме модуляции тактового сигнала (англ. clock modulation ), позволяющем регулировать эффективную частоту работы ядра с помощью введения холостых циклов - периодического отключения подачи тактового сигнала на функциональные блоки процессора («пропуск тактов», «троттлинг »). При достижении порогового значения температуры кристалла, зависящего от модели процессора, автоматически включается механизм модуляции тактового сигнала, эффективная частота снижается (при этом определить её снижение можно либо по замедлению работы системы, либо с помощью специального программного обеспечения, так как фактическая частота остаётся неизменной), а рост температуры замедляется. В том случае, если температура всё же достигает максимально допустимой, происходит отключение системы . Кроме того, поздние процессоры Pentium 4 (начиная с ядра Prescott ревизии E0 ), предназначенные для установки в разъём Socket 775, обладали поддержкой технологии Thermal Monitor 2, позволяющей снижать температуру путём снижения фактической тактовой частоты (с помощью понижения множителя) и напряжения ядра .

Наглядным примером эффективности термозащиты процессоров Pentium 4 стал эксперимент, проведённый в 2001 году Томасом Пабстом. Целью этого эксперимента являлось сравнение эффективности термозащиты процессоров Athlon 1,4 ГГц, Athlon MP 1,2 ГГц, Pentium III 1 ГГц и Pentium 4 2 ГГц на ядре Willamette. После снятия кулеров с работающих процессоров, процессоры Athlon MP и Athlon получили необратимые термические повреждения, а система на Pentium III зависла, в то время как система с процессором Pentium 4 лишь замедлила скорость работы . Несмотря на то, что ситуация с полным отказом системы охлаждения (например, в случае разрушения крепления радиатора), смоделированная в экспериментах, маловероятна, а в случае возникновения приводит к более серьёзным последствиям (например, к разрушению плат расширения или системной платы в результате падения на них радиатора) вне зависимости от модели процессора , результаты эксперимента Томаса Пабста отрицательно повлияли на популярность конкурирующих процессоров AMD, а мнение о их ненадёжности было широко распространено даже после выхода процессоров Athlon 64 , имеющих более эффективную по сравнению с предшественником систему защиты от перегрева. К тому же температуры процессоров Intel в данном эксперименте, равные 29 и 37 по Цельсию, вызывают сомнение - ведь это рабочие температуры процессоров Intel при нулевой загрузке ЦПУ, и при наличии штатной системы охлаждения. Разумеется, при снятом радиаторе они ведут себя по другому: нагреваются до критической температуры, срабатывает тепловая защита и компьютер выключается. А если учесть, что тепловыделение Pentium 4 не меньше, чем у Athlon, то вопросов с дымящимся через считанные секунды AMD и работающим несколько секунд после снятия системы охлаждения Intel не убавляется. Просто в эксперименте Томаса Пабста были показаны в гипертрофированном виде имеющие место: достоинства процессоров Intel и недостатки процессоров AMD, относительно тепловой защиты. Возможно, это была рекламная акция в пользу новых процессоров Intel, особенно учитывая отношение потребителей к первым процессорам Pentium 4 из-за их высокой цены и низкой производительности.

Из-за особенностей архитектуры NetBurst, позволявших процессорам работать на высокой частоте, процессоры Pentium 4 пользовались популярностью среди оверклокеров . Так, например, процессоры на ядре Cedar Mill были способны работать на частотах, превышавших 7 ГГц , с использованием экстремального охлаждения (обычно использовался стакан с жидким азотом) , а младшие процессоры на ядре Northwood со штатной частотой системной шины 100 МГц надёжно работали при частоте системной шины 133 МГц и выше .

Технические характеристики

	Willamette	Northwood		Gallatin	Prescott		Prescott 2M	Cedar Mill
	Настольный	Настольный	Мобильный	Настольный		Мобильный	Настольный
Тактовая частота
Частота ядра, ГГц	1,3-2	1,6-3,4	1,4-3,2	3,2-3,466	2,4-3,8	2,8-3,333	2,8-3,8	3-3,6
Частота FSB , МГц	400	400, 533, 800	400, 533	800, 1066	533, 800, 1066 ()			800

Характеристики ядра
Набор инструкций	IA-32 , MMX , SSE , SSE2				IA-32 , EM64T (некоторые модели), MMX , SSE , SSE2 , SSE3
Разрядность регистров	32/64 бит (целочисленные), 80 бит (вещественночисленные), 64 бит (MMX), 128 бит (SSE)
Глубина конвейера	20 стадий (без учёта декодера инструкций)				31 стадия (без учёта декодера инструкций)
Разрядность ША	36 бит				40 бит
Разрядность ШД	64 бит
Аппаратная предвыборка данных	есть
Количество

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

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

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

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