S Pentiem 4 Intel bitvu nevzdává

V posledních měsících jsme mohli stále častěji slyšet zprávy z vývojových laboratoří firmy Intel o blížícím s...


V posledních měsících jsme mohli stále častěji slyšet zprávy z vývojových
laboratoří firmy Intel o blížícím se uvedení nového 32bitového procesoru
Pentium 4. 20. listopadu letošního roku se tak konečně stalo, proto se pokusíme
odkrýt některé podrobnější informace o tom, co se pod tímto označením skrývá.
Na trhu procesorů došlo zhruba za poslední rok k jednomu zásadnímu převratu, a
to takříkajíc k obrácení rolí, které na něm hráli dva výrobci procesorů pro
počítače PC společnosti Intel a AMD. AMD, jehož produkty byly vždy synonymem
pro nižší výkon, chytilo s uvedením procesorů Athlon druhý dech a začalo si
vynucovat zaslouženou pozornost. Naproti tomu Intel, který vždy hrál roli toho,
kdo se drží na špici a udává tempo, se postupně dostal do pozice firmy snažící
se za každou cenu udržet se na úrovni konkurence, která se zdrcující
pravidelností uváděla stále rychlejší verze svých procesorů. Takto se jejich
frekvence vzápětí dostala až k hranici 1 GHz a zde se už situace poněkud mění.
S problémy se Intel potýká ponejvíce zhruba od 600MHz verze svých Pentií III
především se dostává v rychlosti uvádění výkonnějších verzí prakticky až za
AMD, tedy do pozice firmy, která se snaží držet, nikoliv udává krok. I to je
možná důvodem, že ve snaze udržet toto tempo, a tím i prestiž značky, se čas od
času objevila nějaká ta chybička nebo došlo k jiným problémům. Vše vyvrcholilo
u procesorů na frekvenci 1,1 GHz, jež uvedlo AMD Intel se pokusil získat
malinký náskok se svým 1,13GHz Pentiem III, ale snaha vyšla naprázdno a tyto
procesory byly staženy z oběhu (srpen 2000). V říjnu AMD začíná prodávat
Athlony 1,2 GHz, zatímco Intel oznámil, že Pentia III 1,13 GHz už do prodeje
uvedena nebudou architektura těchto procesorů již dospěla na hranici maxima
svých možností a k dalšímu zvyšování výkonu proto bude docházet v podobě
procesorů Pentium 4. Nová mikroarchitektura
Pentium 4 je zajímavé především tím, že se jedná o procesor se zcela novou
mikroarchitekturou je označována jako NetBurst Architecture a je pro ni
charakteristické, že je optimalizována pro vyšší frekvence (procesory se začaly
prodávat ve verzích 1,4 a 1,5 GHz a do roka by mělo být v prodeji Pentium 4
taktované na 2 GHz).
Jádrem této architektury jsou 4 nové technologie umožňující růst pracovní
frekvence procesoru: Hyper Pipelined Technology, Rapid Execution Engine,
Execution Trace Cache a 400MHz systémová sběrnice s šířkou pásma 3,2 GB/s.
Jak je vidět i z grafů výkonnosti (jedná se o měření provedená Intelem), s
novou mikroarchitekturou se výrobce zaměřil především na maximalizaci výkonu v
multimediálních a internetových aplikacích není třeba, aby kancelářské aplikace
byly rychlejší, než je rychlost psaní uživatele.
Hyper Pipelined Technology
Jedním z důležitých problémů, které měla architektura NetBurst vyřešit, bylo
umožnění dalšího zvyšování pracovní frekvence, které už mikroarchitektura
Pentia III nedovolovala. Nejpřijatelnější cestou pro Intel bylo zvýšení počtu
stupňů pipelinu (pro zpracování zřetězených instrukcí) u Pentia III jich bylo
10, u Pentia 4 je tento počet dvojnásobný. Problémy zvyšování hloubky pipelinu
se ovšem dostaví při predikci skoku při chybné predikci musí být celý cyklus
(který je samozřejmě tím delší, čím větší je hloubka pipelinu) opakován, což se
může při větší hloubce dosti negativně projevit. Pro snížení rizika, které toto
řešení přináší, slouží následující 2 technologie mikroarchitektury NetBurst
Rapid Execution Engine a Execution Trace Cache.
Rapid Execution Engine
Pro snížení rizik, která s sebou přináší 2násobná délka pipelinu, slouží Pentiu
4 dvě ALU (Arithmetic Logic Unit), které jsou taktovány na 2násobek frekvence
CPU. Takto dochází ke zvýšení výpočetního výkonu při celočíselných operacích (s
něčím podobným jste se mohli setkat už u první verze procesorů Celeron).
Cache v Pentiu 4
Pro minimalizaci chybných predikcí dále slouží spolu s vylepšenými algoritmy i
BTB (Branch Target Buffer) o velikosti 4 KB, tj. 8krát větší než u Pentia III.
Novinkou mikroarchitektury NetBurst pak je tzv. Execution Trace Cache o
kapacitě 12 KB, do níž se ukládají dekódované mikro-ops (tzn. instrukce, které
byly vyvolány a dekódovány, připravené k provádění) proces dekódování tak
nemusí být vždy opakován.
Zajímavé je, že L1 cache v Pentiu 4 má oproti Pentiu III (16 KB) pouze
poloviční velikost, tedy 8 KB důvodem je snížení její latence. Vylepšení
doznala i cache 2. úrovně, která už u Pentia III disponovala 256bitovou datovou
cestou. L2 cache v Pentiu 4 (1,5 GHz) má stejnou velikost (256 KB) a
propustnost 48 GB/s, což je 2násobek hodnoty, které by teoreticky bylo dosaženo
u Pentia III taktovaného na 1,5 GHz.
Instrukce SSE2
Významným faktorem, který bude mít vliv na výkon procesorů s architekturou
NetBurst, je 144 nových instrukcí, které se skrývají pod označením Streaming
SIMD Extensions 2 (tj. SSE2). Tato instrukční sada umožňuje procesorům Pentium
4 zpracovávat dvě 64bitové SIMD-INT (integer) operace a dvě 64bitové SIMD-FP
(floating point) operace. Takto dochází k podstatnému zvýšení výkonu především
u operací s plovoucí čárkou.
S instrukcemi SSE2 je však spojen jeden závažný problém jejich využití je
podmíněno podporou ze strany příslušných aplikací. Je více než pravděpodobné,
že se získáním podpory ze strany producentů softwaru nebude mít Intel žádné
potíže, jen si budete muset počkat do doby, až se aplikace podporující tyto
instrukce dostanou na trh.
Patice, čipsety...
V Pentiu 4 byste napočítali celkově přibližně 42 milionu tranzistorů, což se
navenek projevuje oproti svým předchůdcům většími rozměry. To se pak nepochybně
promítá do vyšších výrobních nákladů, neboť na 1 křemíkový plát se vejde o to
méně procesorů (Pentium 4 má zhruba 217 mm2, což přibližně odpovídá 100 kusům
na plátu oproti 250 kusům Pentia III). Dalším důsledkem je použití nové patice
označované jako Socket 423. Zde je na místě upozornit na jednu zásadní
skutečnost: Tyto patice totiž budou posléze nahrazeny paticemi Socket 478 (v
první polovině roku 2001 budou v prodeji obě verze), což bohužel znamená, že
Pentia 4 prodávaná v současnosti nebudou kompatibilní s následujícími
rychlejšími verzemi. To je jeden ze zásadních důvodů, proč se zřejmě mnozí
potenciální zákazníci rozhodnou nákup PC s tímto procesorem na čas odložit.
Koncem příštího roku by měl Intel navíc přejít na 0,13mikronovou technologii (z
dnešní 0,18mikronové) a na použití mědi.
S výše zmíněnými fakty pak souvisí také rostoucí nároky na chlazení procesoru
příkon 1,5GHz verze činí zhruba 52 W. Pro srovnání: U 1GHz Pentia III tato
hodnota činí 33 W, u 1GHz Athlonu pak celých 54 W.
Zřejmě již správně tušíte, že výše zmíněné skutečnosti mimo jiné znamenají
nutnost použití nové čipové sady jediným čipsetem, který zatím podporuje
Pentium 4, je i850 (kódové označení Tehama právě problémy s ní byly důvodem
odsunutí začátku prodeje procesoru na definitivního 20. listopadu). Čipset
podporuje systémovou sběrnici taktovanou na 400 MHz, sběrnici AGP 4x, 4 USB
porty a rozhraní ATA/100. Podporována je paměť typu RDRAM (Rambus), SDRAM
nikoliv, což má vzhledem k tomu, že Pentium 4 je určeno pro nejvýkonnější
systémy, své opodstatnění. Je pravda, že pokusy spojené s pamětí typu DDR SDRAM
už Intelu způsobily nejeden problém.
S podporou paměti SDRAM a především DDR SDRAM se do budoucna počítá, ale Intel
neuvede čipset pro tyto paměti dříve než ve 3. čtvrtletí 2001. Objevují se
dokonce názory, že dříve než Intel představí čipovou sadu s podporou SDRAM
společnost Via. RDRAM se vzhledem ke své ceně údajně nikdy nestane
mainstreamovou technologií. Předpokládá se nicméně, že po přechodu na
0,18mikronovou výrobní technologii budou tyto paměti menší svými rozměry a
cenově dostupnější. Každopádně je však jasné, že s pamětí typu DDR SDRAM bude
mít nový procesor mnohem větší šanci na trhu.
Prakticky jediným zásadním rozdílem oproti čipovým sadám i840 je to, že i850
nepodporuje multiprocesorové systémy. To znamená, že tyto systémy budou uvedeny
do prodeje teprve tehdy, až Intel představí potřebný čipset mělo by se tak stát
ještě v první polovině příštího roku.
Závěr
Je zřejmé, že mikroarchitektura procesorů Pentium 4 NetBurst i nové
multimediální instrukce SSE2 v sobě do budoucna skrývají zajímavý potenciál.
Podíváte-li se však na dnešní situaci z hlediska potenciálního kupce, je třeba
konstatovat, že dostupné systémy s Pentiem 4 s sebou přinášejí určitá úskalí.
Jde především o to, že taková investice nebude malá, a nabízí se otázka, zdali
nebude výhodnější posečkat, až budou tyto procesory dodávány s novějším typem
patice, která by měla být použita i v následujících verzích to je určitě
zajímavé, jestliže hodláte v budoucnu upgradovat na Pentium 4 s frekvencí 2
GHz. Dalším problémem je zmíněný fakt, že bude ještě nějakou dobu trvat, než se
na trhu objeví aplikace optimalizované pro tento procesor, které budou schopny
využít beze zbytku jeho výkonových možností. V současné době si nejspíše docela
dobře vystačíte např. s 1GHz Pentiem III nebo s podobně výkonnou alternativou
procesorů AMD. Důležité je však to, že nová architektura Intelu má šanci získat
mu zpět jeho ne snad ztracené, ale rozhodně ohrožené postavení. Sám Intel
počítá s tím, že prodej Pentia 4 překoná prodej Pentia III teprve v 1. polovině
roku 2002.


Historie rodiny Pentium
S označením Pentium se v oblasti osobních počítačů setkáváte už přibližně 7
let, shrňme si proto stručně dosavadní historii této řady:
nĘPentium první procesory, které ve svém názvu nesly toto označení, byly
uvedeny v roce 1993, a to na frekvenci 60 a 66 MHz. Pro srovnání s dnešními
typy si uveďme, že byly vyráběny 0,8mikronovou technologií a obsahovaly
přibližně 3,1 milionu tranzistorů. V následujících modifikacích dosáhly tyto
procesory maxima 200 MHz (1996) a poté byly staženy z výroby.
nĘPentium Pro v roce 1995 představil Intel architekturu P6, která byla základem
procesorů P Pro. Ty byly vyráběny ve verzích 166, 180 a 200 MHz. Procesor byl
již vybaven vyrovnávací pamětí druhé úrovně, která byla doposud součástí
základní desky.
nĘPentium MMX k dalšímu výraznému posunu spojenému s uvedením tohoto procesoru
došlo v roce 1997. Byl vyráběn 0,35mikronovou technologií ve verzích 166, 200 a
233 MHz. Zcela zásadním krokem je podpora 52 nových multimediálních instrukcí
MMX, což bylo první vylepšení na úrovni instrukcí od dob procesorů řady 386,
jinak byl založen ještě na bázi původního Pentia.
nĘPentium II bylo uvedeno jen o několik měsíců později po P MMX, původně na
frekvencích 233 a 266 MHz, poslední verze uvedená v roce 1998 pracovala na 450
MHz. Vzhledem k poněkud větším rozměrům (obsahuje 7,5 milionu tranzistorů) byla
patice nahrazena slotem.
nĘPentium III v případě tohoto procesoru nešlo o novou generaci Pentií, jeho
architektura je stejná jako u P II, rozdílem je podpora 70 nových
multimediálních instrukcí označených SSE (Streaming SIMD Extensions) pro
zlepšení výpočetního výkonu při operacích s plovoucí čárkou. Na rozdíl od
instrukcí MMX se setkaly s mnohem větší podporou počítačového průmyslu. P III
bylo původně vyráběno od roku 1999 0,25mikronovou technologií s 9,5 milionu
tranzistorů (450 600 MHz), posléze Intel přechází na technologii 0,18 mikronu
(taktovány na 500 1 000 MHz), L2 cache je integrována přímo v procesoru (P III
má tedy už 28 milionu tranzistorů).
Jenom pro úplnost uveďme, že od roku 1998 začala výroba procesorů Celeron
založených na jádru P II původně bez L2 cache, posléze se 128 KB této paměti
zaměřených na trh levnějších systémů. Nyní byly uvedeny verze taktované na 733
a 766 MHz vyráběné 0,18mikronovou technologií s 66MHz sběrnicí. Procesory
Pentium II a III jsou dostupné rovněž ve verzích s označením Xeon určených pro
servery a pracovní stanice.

Chyba v Pentiu 4?
Těsně po uvedení nového procesoru Intel oznámil, že updatoval kód jeho BIOSu a
upozornil výrobce PC, kteří začínají prodávat systémy s Pentiem 4, aby rovněž
update softwaru BIOSu provedli dříve, než začnou počítače prodávat. Uvedená
chyba se vztahovala k tomu, jakým způsobem čip zpracovává některé instrukce
vytváří určité sekvence instrukcí, které by mohly přepsat jiná data v
procesoru. Chyba byla objevena při laboratorních testech, v komerčních
aplikacích se podle vyjádření Intelu nijak neprojevuje.
0 3213 / wep









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.