Новый процессор Intel Pentium 4 2,4 ГГц

Алексей Шобанов

Продолжая череду весенних премьер, компания Intel представила очередную модель в линейке процессоров для высокопроизводительных систем для дома и офиса — процессор Intel Pentium 4 с тактовой частотой 2,4 ГГц. Переход на 0,13-микронный технологический процесс значительно расширил «частотные горизонты», открывающиеся перед флагманом процессорного рынка от компании Intel, и теперь нам кажутся вполне обыденными ежеквартальные презентации новых, все более быстрых процессоров. Как и его предшественники — Pentium 4 2 ГГц и 2,2 ГГц, также построенные на основе ядра Northwood по 0,13-микронной технологии, новый процессор имеет кэш второго уровня размером 512 Кбайт, что вдвое превышает размер L2-кэша у младших моделей этой линейки, созданных на основе ядра Willamette (0,18-микронный техпроцесс). Pentium 4 2,4 ГГц выполнен в формфакторе mPGA-478 с использованием корпуса FC-PGA2 (Flip-Chip Pin Grid Array), который на сегодняшний день имеет наиболее совершенную схему теплового рассеивания. Говоря о тепловом режиме процессора Pentium 4 на новом ядре Northwood, нельзя не отметить тот факт, что переход на новую 0,13-микронную технологию позволил не только увеличить количество транзисторов до 55 млн. на кристалле, при этом уменьшив его размеры, но и снизить напряжение питания ядра до 1,5 В, тем самым сократив тепловыделение. Так, у первых процессоров на этом ядре, которые работают на тактовой частоте 2 ГГц и 2,2 ГГц, оно составляет соответственно 52 Вт и 55 Вт, а у нового Intel Pentium 4 2,4 ГГц не превышает 58 Вт. Для температурного контроля в процессоре используется так называемая технология «Thermal Monitor», суть которой сводится к использованию термодатчика и блока TCC (thermal control circuit), управляющего подачей тактовых импульсов на процессор. При этом предусмотрены два режима функционирования: автоматический (Automatic mode) и по требованию (On-Demand mode). Автоматический режим может быть активизирован через BIOS системной платы. В этом режиме при повышении температуры процессора до определенного значения блок TCC активизируется и генерирует импульсы, блокирующие подачу тактовых импульсов, что фактически вызывает понижение тактовой частоты процессора на 30-50% (в соответствии с заводскими установками), увеличивая время его простоя, что, в свою очередь, позволяет снизить температуру. Работа блока TCC в режиме «по требованию» определяется содержимым регистра температурного контроля (ACPI Thermal Monitor Control Register). В соответствии с его состоянием блок TCC может быть активизирован независимо от температуры процессора, при этом длительность холостого хода процессора можно варьировать более гибко в диапазоне между 12,5% и 87,5%. И, конечно же, реализована возможность отключения компьютера при катастрофическом нагреве кристалла процессора до 135 °С; в этом случае на системную шину выдается сигнал THERMTRIP#, инициирующий отключение питания. Как и все его предшественники, новый процессор построен в соответствии с микроархитектурой Intel NetBurst, которая подразумевает следующие нововведения:

  • 400-мегагерцевая системная шина;
  • Hyper-Pipelined Technology;
  • Advanced Dynamic Execution;
  • Execution Trace Cache;
  • Rapid Execution Engine;
  • Advanced Transfer Cache;
  • Streaming SIMD Extensions 2 (SSE2).

В нескольких словах опишем эти особенности архитектуры процессоров Intel Pentium 4. 400-мегагерцевая шина (как ее еще называют — Quad Pumped Bus) позволяет за счет особой организации на физическом уровне передавать 4 пакета данных за один такт по системной шине с частотой FSB 100 МГц. Таким образом, эта 64-битная шина имеет пиковую пропускную способность 3,2 Гбайт/с, обеспечивая высокоскоростной обмен данными процессора с другими устройствами. В скором времени ожидается реализация 533-мегагерцевой Quad Pumped-шины, что соответствует работе системной шине на физической частоте FSB 133 МГц, при этом, как несложно предположить, скорость обмена данными по ней превысит казавшуюся прежде недостижимой величину 4 Гбайт/с. Hyper-Pipelined Technology подразумевает использование беспрецедентно длинного 20-ступенчатого гиперконвейера (напомним, что процессоры семейства Р6 имели вдвое меньший конвейер). Такой подход позволяет значительно увеличить тактовую частоту процессора, хотя и приводит к столь негативному последствию, как увеличение времени перезагрузки конвейера в случае ошибки предсказания перехода. Для того чтобы уменьшить вероятность возникновения подобной ситуации, в процессорах Pentium 4 применена технология Advanced Dynamic Execution, которая подразумевает увеличение пула команд до 126 (в Pentium III пул команд содержал 42 команды) и увеличение до 4 Кбайт буфера ветвлений, хранящего адреса уже выполненных переходов. Это, вкупе с усовершенствованным алгоритмом предсказания, позволяет повысить вероятность предсказания переходов на 33% по сравнению с процессорами семейства Р6 и довести его до 90-95%. В процессорах Pentium 4 реализован несколько нетрадиционный подход к организации кэша первого уровня L1. Хотя L1, как и у большинства современных процессоров, состоит из двух частей: кэша данных (8 Кбайт) и кэша инструкций, особенность последнего состоит в том, что теперь он хранит до 12 тыс. уже декодированных микроопераций, причем расположенных в порядке их выполнения, определенном на основе предсказаний переходов ветвлений. Кэш инструкций процессора Intel Pentium 4 с такой организацией получил название Execution Trace Cache. Rapid Execution Engine — это два блока арифметической логики (ALU), которые работают на удвоенной частоте процессора. В случае описываемого нами процессора, тактовая частота которого равна 2,4 ГГц, это означает, что блоки ALU работают на частоте 4,8 ГГц, а учитывая, что функционируют они в параллельном режиме, нетрудно подсчитать, что процессор может выполнять четыре целочисленные операции за такт (чуть более 0,4 мкс). Кэш второго уровня L2 процессоров семейства Pentium 4 получил название Advanced Transfer Cache. Имеющий 256-битную шину, работающую на частоте ядра, и усовершенствованную схему передачи данных, этот кэш обеспечивает высочайшую пропускную способность, столь важную для потоковых процессов обработки. Как уже отмечалось выше, первоначально процессоры на ядре Willamette имели кэш L2 размером 256 Мбайт, переход на 0,13-микронную технологию позволил увеличить кэш второго уровня до 512 Мбайт. Такое увеличение кэша L2 благотворно сказалось на производительности процессора, позволяя снизить вероятность промаха при обращении. В процессорах Pentium 4 реализована поддержка увеличенного набора инструкций потоковых SIMD-расширений (Streaming SIMD Extensions), получившего название SSE 2. В этом наборе к уже существующим 70 SIMD-инструкциям было добавлено еще 144 новые инструкции. Эти инструкции позволяют выполнять 128-разрядные операции как с целыми числами, так и с числами с плавающей точкой, давая значительный прирост производительности на целом ряде задач, использующих потоковую обработку данных. Здесь существует только одно «но» — код выполняемой задачи должен быть соответствующим образом оптимизирован и откомпилирован.

При всех вышеперечисленных усовершенствованиях в основу процессоров модельной линейки Pentium 4 положена все та же 32-битная архитектура Intel (IA-32), и новый процессор не является исключением. Как следствие, Pentium 4 2,4 ГГц оптимизирован на работу с 32-битным программным обеспечением и показывает традиционно стабильную и высокопроизводительную работу с такими операционными системами, как Windows 98, Windows Me, Windows 2000, Windows XP и ОС семейства UNIX. У нас была возможность протестировать работу нового процессора от компании Intel, при этом использовалась следующая конфигурация тестового стенда:

  • процессор Intel Pentium 4 2,4 ГГц;
  • системная плата MSI MS-6547 (на чипсете SiS 645);
  • жесткий диск Fujitsu MPG3409AH-E 30 Гбайт с файловой системой NTFS;
  • 256 Мбайт оперативной памяти DDR SDRAM PC2700 (CL 2,5);
  • видеокарта Gigabyte GF3200TF (GeForce 3 Ti 200, 64 Мбайт) с видеодрайвером nVIDIA detonator v. 27.42 (разрешение 1024×768, глубина цвета 32 бит, Vsync — откл.).

Для тестирования нами использовалась операционная система Microsoft Windows XP. Результаты тестирования приведены в таблице.

Возможно, кто-то задаст вопрос: сколько же можно увеличивать производительность процессора и вообще насколько необходимы для современного персонального компьютера столь мощные центральные процессоры? На это нам хочется ответить, что работа центральному процессору всегда найдется. Его вычислительные мощности можно задействовать, переложив на него работу логики других подсистем компьютера, тем самым снизив стоимость последних. Некоторые эксперты поднимают вопрос о том, что при дальнейшем росте быстродействия центрального процессора можно было бы переложить на него и вычислительную нагрузку процессора графической карты (что уже делалось в прошлом, но с совершенно иными мотивациями).

В заключение хотелось бы отметить, что новый процессор от Intel — Pentium 4 2,4 ГГц демонстрирует стабильную работу и отличную производительность на приложениях, работающих со звуком, видео, 3D-графикой, на офисных приложениях и играх, а также при выполнении сложных вычислительных задач. Одним словом, на базе этого процессора могут быть созданы высокопроизводительные станции для дома и офиса, способные удовлетворять самые взыскательные запросы пользователей и решать задачи, предъявляющие максимально высокие требования к вычислительным мощностям вашего персонального компьютера.

КомпьютерПресс 5'2002