Архивы: по дате | по разделам | по авторам

Застывшая в кремнии музыка: Intel Pentium - три поколения легенды

автор : Дмитрий Криканов 15.11.2007

Процессорам Pentium следовало бы посвятить не статью, а поэму. Или даже оду. Хвалебную и восторженную. Однако формат нашего издания предполагает исключительно прозаическое повествование - максимально беспристрастное и опирающееся исключительно на факты.

Вероятно, не будет преувеличением назвать микроархитектуру Intel P6 легендарной. Именно её заслуга, что процессоры Pentium стали фактически негласным стандартом если и не во всех сегментах рынка, то в домашних системах - точно. Слова "процессор" и "Pentium" на время царствования микроархитектуры Intel P6 стали синонимами. Когда пользователь интересовался конфигурацией компьютера, то обычно спрашивал: "А какой здесь Pentium?" Это при том, что ещё молодая, но уже "зубастая" корпорация AMD проводила весьма агрессивную маркетинговую политику в отношении своих процессоров. Наступление велось по всем фронтам: к инженерам и маркетологам AMD активно подключала своих юристов, которые безустанно бомбардировали суды исками против корпорации Intel.

Pentium Pro

Процессор Pentium Pro стал первым изделием, в котором была реализована микроархитектура Р6. Как и положено первой ласточке, он представлял собой "голую" Р6, без каких-либо дополнений. Тактовые частоты процессоров варьировались от 150 МГц до 233 МГц, а объём кэш-памяти второго уровня составлял 256 Кбайт. Однако нельзя сказать, что процессор был встречен рядовыми потребителями "на ура". Причиной тому стало, как ни странно, одно из ключевых нововведений микроархитектуры, а именно - кэш-память второго уровня, расположенная в корпусе процессора.

Дело в том, что процессорное ядро и вторичная кэш-память изготавливались отдельно, а затем связывались между собой шиной. Связывание происходило на ранних стадиях производства, поэтому проверить работоспособность ядра и кэш-памяти можно было только после их объединения. В результате процент брака удваивался, поскольку одна неудавшаяся часть "тянула за собой" и вполне работоспособную. Кроме того, 350-нм технологический процесс, по которому изготавливались процессоры, и без того не отличался высоким процентом выхода качественной продукции. Как следствие, конечная стоимость Pentium Pro оказывалась весьма высокой.

В результате Pentium Pro "обосновался", главным образом, в серверах и передовых настольных системах. Благодаря способности работать в двух- и четырёхпроцессорных системах, а также высокой производительности в 32-разрядных средах, Pentium Pro был по достоинству оценён компьютерными профессионалами. Домашние же пользователи по большей части довольствовались процессорами Pentium MMX с микроархитектурой предыдущего поколения.

Pentium II

Новый процессор во многом базировался на Pentium Pro, но претерпел серьёзные изменения. Прежде всего, Pentium II получил новый форм-фактор - теперь процессор исполнялся в виде картриджа. Это позволило отделить кэш-память второго уровня от процессорной пластины, сохраняя при этом преимущества расположения в непосредственной близости от ядра. В результате процент брака вернулся в норму, а вместе с ним - и стоимость процессора. Кроме того, такое расположение кэш-памяти позволяло легче варьировать её объём, изменяя производительность процессора для нужд различных сегментов рынка.

Другим нововведением Pentium II стала реализация набора инструкций MMX, которыми был обделён Pentium Pro. Технология MMX позволяла повысить производительность процессора в мультимедийных приложениях и пользовалась заслуженной популярностью у любителей компьютерных игр. Кроме того, процессоры Pentium II получили поддержку модулей памяти SDRAM и графической шины AGP.

Первое ядро Pentium II, Klamath, изготавливалось по технологическому процессу 350 нм и работало на частотах от 233 МГц до 300 МГц при скорости системной шины 60 МГц. После освоения 250-нм технорм, Intel выпустила ядро Deschutes, в котором частота шины возросла до 100 МГц, а тактовые частоты составляли от 266 МГц до 450 МГц. Кэш-память второго уровня в обоих ядрах была увеличена до 512 Кбайт, но работала на половинной частоте ядра.

К процессорам Pentium II потребители отнеслись гораздо благосклоннее, чем к Pentium Pro. Главной причиной этого можно считать более низкую стоимость, а также существенное увеличение производительности в мультимедийных приложениях. Кроме того, улучшенная работа с 16-битным кодом также стала существенным плюсом, поскольку процент 16-разрядных приложений на тот момент всё ещё был достаточно велик.

Pentium III

Основное отличие Pentium III от Pentium II состоит в уменьшенной длине конвейера (до 10 стадий) и в появившейся поддержке 128-битных SIMD-инструкций SSE, предназначенных для работы с данными вещественных типов. Новый процессор показывал гораздо более высокую производительность при работе с ресурсоёмкими приложениями - наподобие систем 3D-моделирования или видеомонтажа, а также в компьютерных играх.

Первое ядро Pentium III, Katmai, изготавливалось по тому же технологическому процессу, что и Pentium II Deschutes, поэтому набор дополнительных инструкций инженерам пришлось буквально "втискивать" в ядро, чтобы обеспечить минимально возможное увеличение размеров процессора. В результате, Katmai не только получил полную поддержку SSE, но и обеспечивал наилучшую производительность из всего семейства Pentium III. Правда, для этого требовалась оптимизация программного кода с учётом "хитрого" аппаратного исполнения.

Ядро Katmai работало на тактовых частотах от 450 МГц до 600 МГц; скорость системной шины была увеличена до 133 МГц. Кэш-память второго уровня по-прежнему составляла 512 Кбайт и работала на половинной частоте ядра.

С переходом на техпроцесс 180 нм Intel выпустила ядро Coppermine. Из-за возрастающего давления со стороны процессоров AMD к созданию нового ядра Intel отнеслась крайне серьёзно. Так, в Coppermine была существенно улучшена работа конвейера и уменьшены задержки обращения к кэш-памяти второго уровня. В результате производительность процессоров на ядре Coppermine возросла на 30% по сравнению с ядром Katmai.

Процессоры выпускались в керамическом корпусе под штырьково-контактный разъём Socket 370 и содержали 256 Кбайт полноскоростной кэш-памяти второго уровня, размещённой на процессорной пластине. Тактовые частоты процессоров варьировались от 500 МГц до 1 ГГц. Была представлена также модификация ядра с частотой 1,13 ГГц, которая, правда, не отличалась стабильностью.

Необходимо отметить, что, вопреки названию, в ядре Coppermine не использовались медные соединения. Появились они только в более поздней модификации ядра - Coppermine-T, которая использовалась для построения процессоров с частотами от 800 МГц до 1,13 ГГц и отличалась большей стабильностью.

Последней модификацией процессоров Pentium III стало ядро Tualatin, которое изготавливалось по 130 нм технологическому процессу. Тактовая частота новых процессоров составляла от 1,13 ГГц до 1,4 ГГц, а кэш-память второго уровня была расширена до 512 Кбайт и работала на полной частоте ядра. Выпускались и "упрощённые" варианты процессоров на Tualatin с 256 Кбайт вторичного кэша.

Ключевой особенностью нового ядра стало появление блока предвыборки данных, который стал одним из ключевых элементов будущей микроархитектуры NetBurst. Кроме того, ядро Tualatin стало основой для создания процессоров Pentium M для мобильных систем, которые пользовались большой популярностью даже после создания NetBurst.

Intel P6: затишье перед бурей

После того как Intel перешла на микроархитектуру NetBurst, складывалось впечатление, что дальнейшее развитие процессоров будет связано именно с ней. Благодаря способности NetBurst легко и непринуждённо "взвинчивать" тактовые частоты процессоров казалось, что век Р6 подошёл к концу, и что даже процессоры для мобильных систем - явление временное и NetBurst обязательно сменит Р6 и в этом сегменте. Дополнительную уверенность в "списании" Р6 придавало то обстоятельство, что процессорам AMD удалось-таки превзойти по производительности последние модификации Pentium III, что воспринималось как серьёзный удар по самолюбию Intel.

Но, как оказалось, микроархитектура Intel P6 "уходила" только затем, чтобы вернуться, причём возвращение это стало триумфальным. После того как NetBurst столкнулась с технологическими трудностями, и Intel решила отказаться от создания высокочастотных процессоров, Р6 послужила основой для создания первых двуядерных процессоров. А что из этого получилось, вы уже знаете.

Предыдущие статьи цикла: