Popis procesoru Pentium 4 (2) - čtyřka od Intelu pod lupou

V předchozím článku jsme se zaměřili na výkon nejnovějšího procesoru společnosti Intel. Ten je, alespoň podle současných testovacích programů, poněkud rozporuplný. V některých testovacích programech jej předehnal i o 300 MHz pomalejší AMD Athlon. Je pravdou, že současné testovací programy nejsou napsané tak aby dokázaly využít všech jeho možností, ovšem to samé platí i o současných aplikacích. Jistě nějakou dobu potrvá, než budou upraveny tak, aby dokázaly tyto možnosti využít. V tomto článku se zaměřujeme na popis tohoto procesoru. V dalším článku přineseme informace o čipové sadě Intel 850, která je připravena pro použití s procesory Pentium 4. Mimochodem, co se označení týká, na internetu se objevily spekulace, o tom že Intel opustil použití římských číslic, protože některým Američanům by nejspíše nedošlo, že se jedná o čtvrtou verzi.
Procesor Pentium 4 je založen na Intel NetBurst micro-architecture – podle společnosti Intel se jedná o revoluční architekturu, podle serveru FiringSquad se jedná o marketingový název vlastností tohoto procesoru. Samotný procesor, vyvíjený pod kódovým jménem Northwood, je vyráběn 0.13 mikronovou technologií a v současnosti existuje ve dvou verzích, které se liší frekvencí - 1.4 a 1.5 GHz (kdepak asi je můj první 90 MHz procesor?). Jak je u Intelu dobrým zvykem je procesor určen do nové patice Socket 478. V následujících odstavcích naleznete popis jednotlivých charakteristik procesoru:

Hyper Pipelined Technology

Došlo ke zvýšení počtu stupňů pipeline z původních 10 u procesoru Pentium III na 20. Vyšší počet stupňů pipeline umožní i vyšší frekvenci procesoru. Nevýhodou tohoto zvýšení je fakt, že další stupně přidávají i množství času potřebného pro dokončení operace. V případě chybné předpovědi větvení instrukcí musí startovat procesor od začátku pipeline, pro řešení tohoto problému je vylepšen algoritmus předpovídání větvení (enhanced branch prediction algorithm). Vylepšení spočívá ve zvětšení tabulky předpovězených cílů z 512 (Pentium III) na 4096.

Advanced Dynamic Execution

Skládá se ze tří technik použitých při vykonávání instrukcí:

enhanced branch prediction – vylepšené předpovídání větvení

viz výše

dataflow analysis – analýza datových toků

jádro procesoru Pentium 4 zjistí aktuelní nastavení dekódování instrukcí a rozhodne zda je hned využitelné pro zpracování, nebo zda závisí na více instrukcích. Toto rozhodne o správné sekvenci jejich zpracování.

speculative execution – spekulativní zpracování

procesor vykoná instrukce nejlepší možnou cestou, když se dopředu podívá na provádění další práce. Procesor Pentium 4 je schopen zpracovat až 126 instrukcí za chodu. Pro srovnání Pentium III jich zvládá 40 a Athlon 72.

Rapid Execution Engine

Podstatou jsou dvě aritmetické jednotky, které jsou schopny pracovat na dvojnásobné frekvenci, než je frekvence jádra procesoru. Výsledkem je, že některé instrukce mohou být zpracovány v polovině jednoho hodinového cyklu.

Execution Trace Cache (ETC)

Nahrazuje L1 instrukční cache z předchozích procesorů firmy Intel. ETC obsahuje dekódování instrukcí známých jako micro-ops. S dekódováním těchto instrukcí v ETC byl odstraněn dekódovací stupeň v procesorové pipeline.

Cache

Velikost L1 cache byla snížena na 8 KB (Pentium III obsahuje 16 KB). Velikost L2 cache je 256 KB, jedná se o advanced transfer cache s 256-bitovou propustností dat. Průchodnost této cache paměti je 48 GB/s (32 bytů přenášených s frekvencí 1.5 GHz, tedy 48 GB/s).

SSE2

144 nových instrukcí rozšiřující původní SSE instrukční sadu.

Enhanced System Bus

Pentium 4 se chlubí 400 MHz FSB, ve skutečnosti pracuje se 100 MHz sběrnicí, ale je schopen přenášet 4 byty v jednom cyklu, což odpovídá 400 MHz sběrnici. Podobný trik využívají DDR paměti, které přenášejí v jednom cyklu data s náběžnou i sestupnou hranou, datová průchodnost je tedy dvojnásobná. Průchodnost operační paměti je 3.2 GB/s, což umožňuje dvoukanálový RDRAM řadič paměti, ten se objevil již v čipové sadě Intel 840. Nevýhoda takovéhoto řešení spočívá v nutnosti instalace pamětí v párech.
Procesor Pentium 4 je doslova nadupán novinkami. Jeho využití však směřuje do oblasti Hi-end, tedy oblasti velmi náročné na výkon. Zde již není otázka ceny tolik aktuelní jako v oblasti kancelářských PC a cena sestav založených na procesoru Pentium 4 s operační pamětí RDRAM bude hodně, hodně vysoká.


Zdroj FiringSquad, Intel