Процессоры Intel Pentium4 на ядре Prescott 2M

Процессоры Intel Pentium4 на ядре Prescott 2M

Фактически все время с выхода Prescott, компания Intel занимается усовершенствованием этого ядра. Основными направлениями работы является как борьба с проблемами (прежде всего тепловыделения), так и добавление новых функций (или активация ранее заблокированных). Имея в распоряжении массу фабрик, выпуск нового степпинга не требует затрат (кроме времени) на переоборудование технологических линий. В результате новые степпинги выпекаются как горячие блинчики. В частности, после откровенно неудачного C0 вышел степпинг D0 с лучшими тепловыми характеристиками. Но по большому счету это было "работой на ошибками" первой версии ядра, которую делали в авральном режиме.

Далее был выпущен степпинг E0, в котором были внедрены новые технологии энергосбережения (Enhanced Halt Mode C1E и Thermal Monitoring 2) и также расширение функциональных особенностей (поддержка Execute Disable Bit).

Технология Execute Disable Bit (или NX-бит) позволяет запретить исполнение программного кода, который расположен в тех областях памяти, которые предусмотрены для данных. Многим известно, что большинство вредоносных программ используют следующую уязвимость Windows: переполнение буфера. Тем самым вирус (троян и прочее) маскирует деструктивный программный код под данные, который может быть выполнен операционной системой.

Дополнительный контрольный бит (NX-бит) увеличивает защищенность системы, и снижает вероятность успешного внедрения вируса. Кстати, подобная технология уже внедрена в процессорах AMD Athlon64, и называется Enhanced Virus Protection. Работает эта функция только в Windows XP Service Pack2, и требует не только включения соответствующей функции в биосе:

но и активации этой функции в Windows.

Теперь пара слов о технологиях Enhanced Halt Mode C1E и Thermal Monitoring 2. Первая заключается в том, что при слабой нагрузке снижается напряжение питания (Vcore) до 1.2V. Следующая функция срабатывает только при достижении критической температуры, и понижает множитель до 14. Тем самым тактовая частота снижается до 2.8GHz и, соответственно, уменьшается тепловыделение. В дополнение к технологии пропуска тактов при перегреве, данное сочетание позволяет довольно эффективно бороться с перегревом при критических температурах.

Однако с моей точки зрения, это скорее борьба с симптомами болезни, нежели с ее причинами. А причины кроятся в архитектурных особенностях ядра Prescott, и не могут быть исправлены в один момент. Кстати, эти же особенности не позволили Intel выпустить 4-х гигагерцовую модель процессора Pentium4. Поэтому для увеличения производительности были использованы другие способы. В частности, в начале 2005 года появились первые слухи о ядре Prescott 2. Речь шла о увеличении объема кеш-памяти второго уровня до 2Mb, а также увеличении частоты системной шины (FSB) до 266MHz (что соответствует 1066MHz Quad Pumped Bus).

И то и другое было использовано в процессорах Pentium4 Extreme Edition 3.43, которые мы недавно протестировали. Поэтому было не совсем ясно в каком виде будет представлено новое поколение процессоров Extreme Edition. Но 20 февраля состоялся анонс новых процессоров Intel, который полностью ответил на все вопросы.

Действительно, кеш L2 ядра был увеличен до 2Mb, и соответственно новое ядро было названо Prescott 2M. Но частота FSB обычных процессоров Prescott осталась равной 200MHz (800QPB). А вот частота FSB=266MHz осталась только привилегией процессоров Extreme Edition. При этом, новое поколение процессоров Extreme Edition (в частности, модель 3.73Ггерц) основан на этом же ядре Prescott 2M, в отличии от модели 3.46, которая основана на ядре Gallatin (который, в свою очередь, является 2Мегабайтной версией ядра Northwood).

В результате если учесть то, что множитель процессоров Prescott разблокирован в небольшом диапазоне, то это позволяет любой процессор Prescott 2M превратить в Extreme Edition, с помощью понижения множителя, и увеличения частоты FSB до 266MHz.

Теперь более подробно поговорим о ядре Prescott 2M. В частности, степпинг ядра уже не E0, а N0. И основные отличия заключаются в технологии Enhanced Intel SpeedStep (EIST), которая в момент малой нагрузки на процессор снижает не только рабочее напряжение (уже внедрено в E0), но и множитель процессора до минимального (= 14). Кстати, активация этой функции также осуществляется при помощи установки параметра в биосе:

Кроме того, в настройках Windows необходимо указать режим минимального энергопотребления (точно также как для функции Cool'n'Quiet процессоров AMD).

Еще одна очень важная технология - Enhanced Memory 64 Technology (EM64T). Это 64-битное расширение архитектуры x86, которое позволяет исполнять как 64битные (под управлением операционной системы Windows XP Professional x64), так и 32битные приложения. Кстати, набор команд EM64T полностью совместим с соответствующими командами 64битных процессоров Athlon 64. В данном вопросе компания Microsoft приняла однозначную позицию - не будет разных 64 битных версий Windows для процессоров Intel и AMD. Поэтому в качестве основы был использован набор команд от AMD, поскольку процессоры Athlon64 появились на рынке значительно раньше.

Итак, новая серия настольных процессоров Prescott 2M получила индекс 6ХХ. В частности модель с тактовой частотой 3.6GHz получила наименование 660, а модель Extreme Edition по прежнему не имеет индекса, а название формируется с указанием тактовой частоты.

Внешне новые процессоры (серия 6xx и EE 3.73) ничем не отличаются от предыдущих процессоров LGA775:

И на обратной стороне процессоров нет никаких отличий в расположении элементов:

Единственный процессор с несколько иным расположением конденсаторов это предыдущее поколение Extreme Edition на ядра Gallatin (второй слева).

Утилита CPU-Z выдает следующую информацию для процессора Pentium4 660:

и для процессора Extreme Edition 3.73Ghz.

Теперь перечислим технические характеристики новых процессоров:

• Процессорное ядро - Prescott 2M
• Степпинг - N0
• Техпроцесс - 0.09мкм
• Тактовая частота от 3.0 до 3.6GHz (для модели EE - 3.73GHz)
• Процессорная шина = 200266MHz (8001066 MHz Quad Pumped Bus)
• Площадь ядра 135 кв. мм.
• Количество транзисторов 169 миллионов
• Объём L1 кеша: 16 KB
• Объём L2 кеша: 2048 KB
• Тепловыделение: ~84-115W
• Поддержка технологии NX-bit: Да
• Поддержка технологии Enhanced Intel SpeedStep: Да (для EE - нет)
• Поддержка технологии EM64T: Да
• Поддержка технологии HyperThreading: Да

Еще раз отмечу тот факт, что процессоры Extreme Edition изготовлены из тех же пластин, что и настольные процессоры серии 6хх. Это полностью снижает их привлекательность с точки зрения компьютерного энтузиаста. Фактически любой процессор 6хх можно заставить работать на шине 266MHz (при необходимости - снизить множитель, который разблокирован в сторону понижения) и в таком режиме он ничем не будет отличаться от процессора Extreme Edition.

Однако на практике возможны различные сложности. Например увеличение частоты приводит к значительному росту энергопотребления, что заставляет пользователя использовать более производительные кулеры. Вторая проблема - в некоторых случаях ручное понижение множителя сопровождается проблемами. Так плата Asus P5AD2-E Premium стартовала с пониженным множителем только после замены процессора (скорее всего, это недоработка биоса). Но в любом случае превращение процессора 6хх в Extreme Edition вполне реально в домашних условиях.

Разгон и перспективы

Напомню, что предыдущей степпинг процессоров на ядре Prescott (D0) имел технологический предел частоты = ~4GHz. В дельнейшем эта планка была чуть-чуть увеличена с выходом степпинга E0, а сейчас предел частоты степпинга N0 находится в районе 4.1-4.4GHz.

В частности, процессор Pentium4 660 совершенно стабильно заработал на частоте 4.04GHz.

Это относительно слабый результат; впрочем нужно учесть что мы тестировали инженерный семпл (серийные образцы, как правило, показывают лучшие результаты). Зато процессор Extreme Edition заработал на частоте 4.38GHz при мощном воздушном охлаждении.

И это еще не предел - этот же процессор стартовал на частоте ~4.5GHz, и даже успешно завершал отдельные тесты. При этом частота FSB была равна 320MHz, а это соответствует потолку стабильности большинства материнских плат на чипсете i925XE.

Что касается тепловыделения в режимах разгона, то оно было очень высокое. Так мы использовали кулер Gigabyte 3D Cooler на максимальных оборотах (плохо что в комплектации кулера нет затычек для ушей, а рядом стоял 120мм вентилятор, подгоняющий свежий воздух (стенд - открытый). Отсюда можно сделать вывод, что реальную пользу от разгона процессоров Prescott могут получить только владельцы систем водяного охлаждения. А если пользователь решит использовать "боксовый" кулер, то он может столкнуться с проблемой перегрева. Причем визуально компьютер будет работать совершенно стабильно, но на более низкой частоте (2.8GHz). Кроме того, для снижения температуры процессор перейдет в режим "пропуска тактов" (или Trottling):

Причем в отдельных случаях, с проблемой троттлинга могут столкнуться и обычные пользователи, использующие процессоры в штатных режимах. Дело в том, что Intel выдвигает достаточно жесткие спецификации для сборщиков систем. И одним из важнейших параметров является температура воздуха внутри компьютера, которая не должна превышать ~43С. Как правило это достигается установкой одного-двух дополнительных вентиляторов в корпус. Но в обычных розничных магазинах выбор корпуса осуществляется исходя из внешнего вида и цены, что в корне неправильно (кроме наличия доп. вентиляторов обязательно нужно обратить внимание на качество блока питания).

Для разгона процессоров наилучшим выбором будет материнская плата на чипсете i925XE. Это прежде всего платы Asus P5AD2-E (PremiumDeluxe) и Abit AA8XE Fatal1ty, которые обеспечивают стабильную работу на частотах FSB до 320MHz. Однако стоит иметь ввиду, что в апреле будет анонсирован чипсет nForce4 Intel Edition, который может изменить расстановку сил. Причем, как показала выставка Cebit, производители материнских плат уже имеют на руках рабочие образцы, и ждут только официальной отмашки nVidia. Кроме того, чипсет nForce4 IE имеет более мощные возможности расширения, которые на голову превосходят связку i925XE+ICH6(R).

Производительность

Для тестирования производительности мы использовали систему на основе материнской платы Asus P5AD2-E Premium на чипсете i925XE.

Мы использовали следующие комплектующие:

Итак, в тестах использовался уже привычный набор приложений. Вначале посмотрим на результаты синтетических тестов.

Перед нами исключительно синтетические приложения, которые демонстрируют теоретическую производительность.

Теперь тесты игровых приложений.

Очевидно, что на результаты в игре Quake3 большую роль играет как латентность памяти, так и частота системной шины. Кроме того, значительный вклад в уровень производительности вносит размер кеш-памяти второго уровня. В результате мы видим значительный отрыв ядра Prescott-2M от "обычного" Prescott.

Такая же картина и в игре Serious Sam SE, в которой новые процессоры Intel смогли сравняться с процессорами AMD (естественно без учета рейтинга производительности последних).

Такая же картина и в игре Unreal Tournament 2004.

А вот в игре Comanche4 мы видим пагубное влияние длинного конвейера ядра Prescott. Например модель EE 3.73 на этом ядре серьезно проигрывает процессору EE 3.46 на ядре Gallatin (напомню - это Northwood с 2Мегабайтным кешем L3).

кбс. больше - лучше

Производительность процессоров при разгоне

Набор тестовых приложений - не изменился.

кбс. больше - лучше

Выводы

Общий вывод следующий: по всем своим характеристикам новые процессоры Pentium4 на ядре Prescott 2M лучше всех остальных процессоров на ядре Prescott (любых степпингов). В частности, новые модели имеют новую функциональность (поддержка NX-бит и EM64T), лучшие технологии энергосбережения (Intel SpeedStep), и, конечно же, более высокую производительность благодаря возросшему объему (до 2Mb) кеш памяти второго уровня.

Негативный момент - новые процессоры имеют более высокую розничную цену. Причем эта разница довольно существенная, и составляет около 60-200$, в зависимости от модели.

С точки зрения компьютерного энтузиаста процессоры на ядре Prescott 2M также более предпочтительны, нежели "обычные" Prescott. В частности возрос частотный потенциал (до ~4.4GHz), а также процессоры имеют незаблокированный множитель в сторону снижения (до 14). Последний момент позволяет переделать практически любой процессор серии 6xx в процессор Extreme Edition 3.73 (14x266).

Все вопросы, замечания и пожелания можно и нужно задавать в конференции.