Pentium Pro это высокотехнологичный процессор шестого поколения для высокоуровневых десктопов, рабочих станций и мультипроцессорных серверов. Массовое производство процессора Pentium Pro, содержащего на кристалле столько транзисторов, сколько никогда не было на серийных процессорах, сразу в нескольких вариантах стартует с 1 ноября, т.е. с самого момента объявления. Беспрецедентный случай в истории компании, да и электронной промышленности.
Hапомним некоторые его особенности. Агрессивная суперконвейерная схема, поддерживающая исполнение команд в произвольном порядке, условное исполнение далеко наперед (на 30 команд) и трехпоточная суперскалярная микроархитектура. Все эти методы могут поразить воображение, но ни один из них не является чем-то оригинальным: новые чипы NexGen и Cyrix также используют подобные схемы. Однако, Intel обладает ключевым превосходством. В процессоры Pentium Pro встроена вторичная кэш-память, соединенная с ЦПУ отдельной шиной. Эта кэш, выполненная в виде отдельного кристалла статического ОЗУ емкостью 256К или 512К, смонтированного на втором посадочном месте необычного двухместного корпуса процессора Pentium Pro, значительно упростила разработчикам проектирование и конструирование вычислительных систем на его основе.
Реальная производительность процессора оказалась намного выше 200 единиц, которые назывались в качестве запланированного стартового ориентира при февральском технологическом анонсировании P6.
Pentium Pro это значительный шаг вперед. И хотя в процессоре Pentium впервые была реализована суперскалярная форма архитектуры х86, но это была ограниченная реализация: в нем интегрирована пара целочисленных конвейеров, которые могут обрабатывать две простые команды параллельно, но в порядке следования команд в программе и без т.н. условного исполнения (наперед). Hапротив, новый процессор это трехпоточная суперскалярная машина, которая способна одновременно отслеживать прохождение пяти команд. Для согласования с такой высокой пропускной способностью потребовалось резко улучшить схему кэширования, расширить файл регистров, повысить глубину упреждающей выборки и условного исполнения команд, усовершенствовать алгоритм предсказания адресов перехода и реализовать истинную машину данных, обрабатывающую команды не по порядку, а сразу по мере готовности данных для них. Ясно, что эта схема нечто большее, чем Pentium, что и подчеркивает, по мнению Intel, суффикс Pro в имени процессора.
3,10,2. Два кристалла в одном корпусе.
Самая поразительная черта Pentium Pro - тесно связанная с процессором кэш-память второго уровня (L2), кристалл которой смонтирован на той же подложке, что и ЦПУ. Именно так, Pentium Pro это два чипа в одном корпусе. Hа одном чипе размещено собственно ядро процессора, включающее два 8-Килобайтовых блока кэш-памяти первого уровня; другой чип это 256-Кб СОЗУ, функционирующее как четырехканальная порядково – ассоциативная кэш второго уровня.
Два этих кристалла объединены в общем 387-контактном корпусе, но связаны линиями, не выходящими на внешние контакты. Hекоторые компании называют такой чип корпуса МСМ (multichip module), однако Intel использует для него термин dual – cavity PGA (pin – grid array). Разница слишком неосязаема и лежит, вполне вероятно, в области маркетинга, а не технологии, так как использование МСМ заработало себе репутацию дорогостоящей технологии. Но, сравнивая цены на процессоры Pentium и Pentium Pro, можно утверждать, что новая терминология исправит положение дел, так как P6 претендует на статус массового процессора. Впервые в истории промышленности многокристальный модуль станет крупносерийным изделием.
Степень интеграции нового процессора также поражает: он содержит 5.5 млн. транзисторов, да еще 15.5 млн. входит в состав кристалла кэш-памяти. Для сравнения, последняя версия процессора Pentium состоит из 3.3 млн. транзисторов. Естественно, в это число не включена кэш L2, поскольку Pentium требует установки внешнего комплекта микросхем статического ОЗУ для реализации вторичной кэш-памяти.
Элементарный расчет поможет понять 6почему на 256К памяти, требуется такое огромное число транзисторов. Это статическое ОЗУ, которое в отличие от динамического, имеющего всего один транзистор на бит хранения и периодически регенерируемого, использует для хранения бита ячейку из шести транзисторов:
256 x 1024 х 8 бит х 6 пр – ров = 12.5 млн. транзисторов. С учетом буферов и обвязки накопителя как раз и выйдет 15.5 миллионов.
Площадь процессорного кристалла равна 306 кв. мм. (для сравнения, у первого процессора Pentium кристалл имел площадь 295 кв. мм). Кристалл статической памяти, как всякая регулярная структура, упакован намного плотнее - 202 кв. мм. Только Pentium Pro 150 MHz изготавливается по 0.6-микронной технологии. Все остальные версии нового процессора изготавливаются по 0.35-микронной BiCMOS-технологии с четырехслойной металлизацией.
Почему компания Intel пошла на двухкристалльный корпус, объединив ядро ЦПУ с вторичным КЭШем? Во – первых комбинированный корпус значительно упростил изготовителям ПК разработку высокопроизводительных систем на процессоре Pentium Pro.
Одна из главных проблем при проектировании компьютера на быстром процессоре связана с точным согласованием с процессором вторичного КЭШа по его размеру и конфигурации. Встроенная в Р6 вторичная кэш уже тонко настроена под ЦПУ и позволяет разработчикам систем быстро интегрировать готовый процессор на материнскую плату.
Во-вторых, вторичная кэш тесно связана с ядром ЦПУ с помощью выделенной шины шириной 64 бита, работающей на одинаковой с ним частоте. Если ядро синхронизируется частотой 150 МГц, то кэш должна работать на частоте 150 МГц.
Поскольку в процессоре Pentium Pro есть выделенная шина для вторичного КЭШа, это решает сразу две проблемы: обеспечивается синхронная работа двух устройств на полной скорости и отсутствие конкуренции за шину с прочими операциями ввода-вывода. Отдельная шина L2, "задняя" шина полностью отделена от наружной, "передней" шины ввода-вывода, вот почему в P6 вторичная кэш не мешает своими циклами операциям с ОЗУ и периферией. Передняя 64-битовая шина может работать с частотой, равной половине, трети или четверти скорости ядра Pentium Pro. "Задняя" шина продолжает работать независимо, на полной скорости.
Такая реализация представляет серьезный шаг вперед по сравнению с организацией шины процессора pentium и других процессоров х86. Только NexGen приближенно напоминает такую схему. Хотя в процессоре Nx586 нет КЭШа L2, зато встроен ее контроллер и полноскоростная шина для связи с внешней кэш-памятью. Подобно Р6, процессор Nx586 общается с основной памятью и периферийными подсистемами поверх отдельной шины ввода-вывода, работающей на деленной частоте.
В экзотическом процессором Alpha 21164 компания Digital пошла еще дальше, интегрировав прямо на кристалле в дополнение к первичной кэш-памяти еще и 96 Кбайт вторичной. За счет вздувания площади кристалла достигнута беспрецедентная производительность кэширования. Транзисторный бюджет Альфы составляет 9.3 миллиона транзисторов, большая часть которого образована массивом памяти.
Есть одна незадача: необычный дизайн Pentium Pro, пожалуй, затруднит экспертам задачку вычисления соотношения цены и производительности. Интегрированная в процессор кэш вроде как скрыта с глаз. Pentium Pro сможет показаться более дорогим, чем его конкуренты, но для создания компьютера на других процессорах потребуется внешний набор микросхем памяти и кэш-контроллер. Эффективный дизайн кэш-структуры означает, что другим процессорам, претендующим на сопоставимую производительность, потребуется кэш-памяти больше, чем 256 Кбайт.
Уникальный корпус предоставляет свободу созданию новых вариантов процессора. В будущем возможно как повышение объема кэш-памяти, так и ее отделение ее от процессора в соответствии с традиционным подходом. Если последний вариант появится, он окажется, несовместим по внешним выводам с двухкристалльным базовым корпусом, так как ему необходимо добавить 72 дополнительных вывода (64-для "задней" шины и 8 для контроля ошибок). Hо он будет почти таким же быстрым, если будет широко доступна статическая память с пакетным режимом. По мнению инженеров Intel, подключение внешних микросхем памяти к "передней" шине Pentium Pro с целью реализации кэш-памяти третьего уровня, вряд ли оправдано. Отправной точкой для такой убежденности служат результаты натурного моделирования прототипа системы, которая в следствии высокой эффективности интерфейса кэш L2-процессор, практически до теоретического предела загружает вычислительные ресурсы ядра. Процессор Alpha 21164, напротив, спроектирован с учетом необходимости кэш L3.
3,10,3. Значения тестов для некоторых чипов фирмы Intel.
3,11. Intel® Pentium® 4 с технологией Hyper-Threading, Intel® Pentium® 4, Intel® Pentium® III Processor , Intel® Pentium® II-в сравнительной характеристике.
Процессор Intel® Pentium® 4 с технологией Hyper-Threading
Процессор Intel® Pentium® 4
Intel® Pentium® III Processor
Процессор Intel® Pentium® II(Процессор снят с производства и используется только для сравнения.)
Представленный 14 ноября 2002 года, процессор Intel® Pentium® 4 с технологией HT обеспечивает производительность и скорость отклика системы, необходимые для самых требовательных современных приложений, а также запас производительности для будущих новинок. Технология Hyper-Threading является выдающимся достижением, поднимающим процессор Pentium® 4 на новый уровень.
Представленный в конце 2000 года, процессор Pentium® 4 стал наиболее популярным процессором для современных ПК. Разработанный для пользователей передовых игровых программ, цифровой музыки, видео и фото, процессор Pentium® 4 является основой Вашего цифрового мира.
Представленный в начале 1999 года, процессор Pentium® III, был создан для использования преимуществ Интернета. Хотя производительность процессора Pentium® III достаточно высока, ее не хватает для приложений с интенсивным использованием мультимедийных средств, передовых игровых программ и одновременной работы с несколькими задачами.
Представленный в середине 1997 года, процессор Pentium® II открыл эру использования мультимедиа в ПК и хорошо показал себя при работе с простой графикой, аудиодисками CD и двумерными играми. С тех пор произошло развитие этих приложений, и новые ПК, основанные на передовых технологиях, позволят Вам получить больше удовольствия от работы и сэкономить время при создании цифровой музыки или редактировании фотографий.
Частота ядра
Частота ядра
Частота ядра
Частота ядра
3,20 ГГц (0.13 микрон) с частотой шины 800 МГц 3.06 ГГц (0.13 микрон) с частотой шины 533 МГц
До 3.06 ГГц (0.13 микрон)
До 1.40 ГГц (0.13 микрон)
До 450 МГц
Технология Hyper-Threading†
Технология Hyper-Threading†
Технология Hyper-Threading†
Технология Hyper-Threading†
Технология Hyper-Threading обеспечивает более эффективную работу Вашего ПК - она позволяет максимально полно использовать ресурсы процессора благодаря возможности одновременного выполнения одним процессором двух потоков программы
нет
нет
нет
Системная шина
Системная шина
Системная шина
Системная шина
800 МГц (при такотовой частоте процессора 3,20 ГГц) 533 МГц (при такотовой частоте процессора 3.06 ГГц)
До 533МГц
До 133МГц
До 100 МГц
Кэш-память
Кэш-память
Кэш-память
Кэш-память
Кэш-память второго уровня с улучшенной передачей данных 512 KБ
Кэш-память второго уровня с улучшенной передачей данных 512 KБ (0,13 микрон). Кэш-память с улучшенной передачей данных 256 KБ (0,18 микрон)
Унифицированная неблокируемая кэш-память второго уровня объемом 512 КБ либо интегрированная кэш-память с улучшенной передачей данных объемом 256 КБ
Встроенная кэш-память второго уровня объемом 512 Кб работающая на половинной частоте процессора
Системная плата
Системная плата
Системная плата
Системная плата
Системные платы Intel®, совместимые с процессором Pentium®
Системные платы Intel®, совместимые с процессором Pentium® 4
Системные платы Intel®, совместимые с процессором Pentium® III
Системные платы Intel®,
Оперативная память
Оперативная память
Оперативная память
Оперативная память
Двухканальная память DDR 400/333 Двухканальная RDRAM PC 1066/800 DDR 333/266/200 SDRAM
Двухканальная память DDR 400/333 Двухканальная RDRAM 1066/800
DDR 333/266/200
RDRAM PC800/700/600
SDRAM PC133/100/66
SDRAM, PC100/66
Микроархитектура
Микроархитектура
Микроархитектура
Микроархитектура
Технология Intel® Netburst™
Технология Intel® Netburst™
Архитектура динамического исполнения P6
Архитектура динамического исполнения P6
Набор микросхем
Набор микросхем
Набор микросхем
Набор микросхем
совместимые с процессором Pentium® 4
совместимые с процессором Pentium® 4
для разных платформ
для разных платформ
Технология изготовления
Технология изготовления
Технология изготовления
Технология изготовления
0.13 микрон
До 0.13 микрон
До 0.13 микрон
0.25 микрон
Для реализации технологии Hyper-Threading необходима вычислительная система на базе процессора Intel® Pentium® 4 с поддержкой технологии HT, набора микросхем, BIOS и операционной системы, поддерживающих эту технологию. Реальные значения производительности могут изменяться в зависимости от конфигурации и настроек аппаратных средств и программного обеспечения.