Зміст:
Введення
1. Архітектура Intel NetBurst
2. Процесор
3. Чіпсет і системна шина
4. Тестування Pentium 4
Висновок
Список використаних джерел
Введення
Будучи випущеним в 1995 році, процесор Intel Pentium Pro став першим CPU з архітектурою P6. З тих пір пройшло вже досить багато часу, змінилося кілька поколінь процесорів, проте, по суті архітектура не змінювалася. Сімейства Pentium II, Pentium III і Celeron мають все те ж будову ядра, відрізняючись по суті тільки розміром і організацією кеша другого рівня і наявністю набору команд SSE, що з'явився в Pentium III. Природно, рано чи пізно архітектура P6 повинна була застаріти. І справа тут зовсім не в неможливості подальшого нарощування тактових частот і навіть не в загострилася останнім часом конкуренцією з AMD. Звичайно, не можна заперечувати той факт, що досягнувши частоти в 1 Ггц Intel зіткнувся з проблемами в подальшому нарощуванні частоти своїх процесорів: Pentium III 1.13 ГГц навіть довелося відкликати у зв'язку з його нестабільністю. Однак, цю проблему легко можна вирішити переходом на 0.13 мкм процес - тим більше, що його повсюдне впровадження не за горами.
Справжня причина необхідності нової архітектури криється глибше. На жаль, подальше нарощування частоти існуючих процесорів приводить всі до меншого зростання їх продуктивності. Проблема в тому, що латентності, тобто затримки, що виникають при зверненні до тих чи інших вузлів процесора, за нинішніми мірками в P6 вже занадто великі. Саме це стало основною причиною, по якій Intel затіяв розробку Pentium 4, яка виконана з чистого аркуша. Таким чином, анонсований сьогодні Pentium 4 - зовсім новий процесор, нічого спільного не має зі своїми попередниками. У його основі лежить архітектура, названа Intel NetBurst architecture. Цією назвою Intel хотів підкреслити, що основна мета нового процесора - прискорити виконання завдань потокової обробки даних, безпосередньо пов'язаних з бурхливо розвиваються Internet.
1. Архітектура Intel NetBurst
Насамперед, спробуємо розібратися з особливостями нової архітектури. Архітектура NetBurst має у своїй основі декілька інновацій, в комплексі і дозволяють добитися кінцевої мети - гарантувати запас швидкодії і майбутню наращиваемость для процесорів сімейства Pentium 4. У число основних технологій входять:
Hyper Pipelined Technology. Конвеєр Pentium 4 має безпрецедентно велику глибину - 20 стадій.
Advanced Dynamic Execution. Покращене пророкування переходів і виконання команд зі зміною порядку їх слідування (out of order execution).
Trace Cache. Для кешування декодованих інструкцій в Pentium 4 використовується спеціальний кеш.
Rapid Execute Engine. ALU процесора Pentium 4 працює на вдвічі більшій, ніж сам процесор, частоті.
SSE2. Розширений набір інструкцій для обробки потокових даних.
400 MHz System Bus. Нова системна шина.
Розглянемо всі нововведення по порядку.
1.1 Hyper Pipelined Technology
Назвою Hyper Pipelined Technology конвеєр Pentium 4 зобов'язаний своїй довжині - 20 стадій. Для порівняння - довжина конвеєра Pentium III становить 10 стадій. Чого ж досяг Intel, так подовживши конвеєр? Завдяки декомпозиції виконання кожної команди на більш дрібні етапи, кожен з цих етапів тепер може виконуватися швидше, що дозволяє безперешкодно збільшувати частоту процесора. Так, якщо при використовуваному сьогодні технологічному процесі 0.18 мкм гранична частота для Pentium III складає 1 ГГц (ну або, більш оптимістичними оцінками, 1.13 ГГц), Pentium 4 зможе досягти частоти 2 Ггц.
Однак, у надмірно довгого конвеєра є і свої недоліки. Перший недолік очевидний - кожна команда тепер, проходячи більше число стадій, виконується довше. Тому, щоб молодші моделі Pentium 4 перевершували по продуктивності старші моделі Pentium III, частоти Pentium 4 починаються з 1.4 Ггц. Якби Intel випустив би Pentium 4 1 ГГц, то цей процесор безсумнівно б програв в продуктивності гігагерцовим Pentium III. Другий недолік довгого конвеєра розкривається при помилках у пророкуванні переходів. Як і будь-який сучасний процесор, Pentium 4 може виконувати інструкції не тільки послідовно, але й паралельно, відповідно не завжди в тому порядку, як вони слідують у програмі і не завжди достеменно знаючи напрямки умовних переходів. Для того, щоб вибирати в таких випадках гілки програми для подальшого виконання, процесор прогнозує результати виконання умовних переходів на підставі накопиченої статистики. Проте, іноді блок пророкування переходів все ж помиляється, і в цьому випадку доводиться повністю очищати конвеєр, зводячи нанівець всю попередньо виконану процесором роботу з виконання не тієї гілки в програмі. Природно, при більш довгому конвеєрі, його очищення обходиться дорожче в тому сенсі, що на нове заповнення конвеєра йде більше процесорних тактів, а отже і часу.
1.2 Advanced Dynamic Execution
Метою ряду хитрувань в архітектурі Pentium 4, під загальною назвою Advanced Dynamic Execution, як раз і є мінімізація простою процесора при неправильному пророкуванні переходів і збільшення ймовірності правильних прогнозів. Для цього Intel поліпшив блок вибірки інструкцій для позачергового виконання і підвищив правильність передбачення переходів. Правда, для цього алгоритми передбачення переходів були допрацьовані мінімально, основним же засобом для досягнення мети було вибрано збільшення розмірів буферів, з якими працюють відповідні блоки процесора. Так, для вибірки наступної інструкції для виконання використовується тепер вікно величиною в 126 команд проти 42 команд у процесора Pentium III. Буфер ж, в якому зберігаються адреси виконаних переходів і на підставі якого процесор пророкує майбутні переходи, тепер збільшено до 4 Кбайт, у той час як у Pentium III його розмір становив всього 512 байт.
Результатом цього, а також завдяки невеликому доопрацюванню алгоритму, ймовірність правильного передбачення переходів була поліпшена в порівнянні з Pentium III на 33%. Це - дуже хороший показник, оскільки тепер Pentium 4 пророкує переходи правильно в 90-95% випадків.
1.3 Trace Cache
Замість звичайного L1 кешу, який в Pentium III був розділений на область інструкцій і область даних у Pentium 4 застосований новий підхід. Інструкції в L1 кеші не зберігаються, він призначений тепер тільки для даних. Для кешування інструкцій тепер використовується Trace Cache, однак у порівнянні зі звичайним L1-кешем він має багато переваг, спрямованих знову ж таки на мінімізацію простоїв процесора при виконанні неправильних прогнозів переходів. Перше, і основне - в Trace Cache зберігаються вже декодовані інструкції. Це означає, що в ньому зберігаються не класичні x86 інструкції, а так звані мікрокоманд, більш прості операції якими безпосередньо оперує процесорний ядро. Збереження в Trace Cache мікрооперацій дозволяє уникнути повторного декодування x86 інструкцій при повторному виконанні того ж ділянки програми або при неправильному пророкуванні переходів.
Друга перевага Trace Cache полягає в тому, що мікрооперації у ньому зберігаються саме в тому порядку, в якому вони виконуються. Правда, правильний порядок визначається знову ж таки на підставі передбачення переходів, однак імовірність того, що переходи передвіщаються неправильно, достатньо мала для того, щоб відмовитися від очевидного виграшу, одержуваного шляхом відмови від повторних декодування і передбачень переходів.
Intel не розкриває розмірів свого Trace Cache в кілобайтах, однак, відомо що в ньому може бути збережено до 12000 мікрооперацій.
1.4 Rapid Execute Engine
Найбільш проста частина сучасного процесора - це ALU (арифметико-логічний пристрій). Завдяки цьому факту, Intel визнав можливим збільшити його тактову частоту всередині Pentium 4 вдвічі по відношенню до самого процесора. Таким чином, наприклад, в 1.4 ГГц Pentium 4 ALU працює на частоті 2.8 Ггц.
У ALU виконуються прості цілочисельні інструкції, тому, продуктивність нового процесора при операціях з цілими числами повинна бути дуже високою. Однак, на продуктивності Pentium 4 при операціях з речовими числами, MMX або SSE дворазове прискорення ALU ніяк не позначається. Таким чином, латентність ALU істотно знижується. Зокрема, на виконання однієї інструкції типу add Pentium 4 1.4 Ггц витрачав всього 0.35нс, в той час як виконання цієї команди у Pentium III 1 ГГц займає 1 нс.
1.5 SSE2
Реалізувавши у своєму процесорі Athlon новий конвеєрний FPU, AMD дуже сильно обігнала интеловский Pentium III в продуктивності при операціях з речовими числами. Проте, Intel в своєму Pentium 4 не став зосереджуватися на вдосконаленні свого FPU, а просто збільшив можливості блоку SSE. У результаті, в Pentium 4 має місце розширений набір команд SSE2, в якому до наявного набору з 70 інструкцій було додано ще 144. Таке рішення - результат NetBurst ідеології, основною метою якої є збільшення швидкості роботи з потоками даних. Інструкції SSE дозволяли оперувати з вісьмома 128-бітними регістрами XMM0 .. XMM7, в яких зберігалися по чотири дійсних числа одинарної точності. При цьому всі SSE операції проводилися одночасно над четвірками чисел, в результаті чого спеціально оптимізовані програми, в яких проводилося велика кількість однотипних обчислень (а до них, крім обробки потоків даних в якійсь мірі відносяться і 3D-ігри), отримували істотний приріст у продуктивності.
SSE2 ж оперує з тими ж самими регістрами і назад сумісний з SSE процесора Pentium III. А настільки вражаюче розширення набору команд викликано тим, що тепер операції з 128-бітними регістрами можуть виконуватися не тільки як з четвірками дійсних чисел подвійної точності, але і як з парами дійсних чисел подвійної точності, з шістнадцятьма однобайтові цілими, з вісьмома короткими двобайтовими цілими, з чотирма чотирьохбайтові цілими, з двома восьмібайтовимі цілими або з 16 вантовими цілими. Тобто, тепер SSE2 представляючи собою симбіоз MMX і SSE і дозволяє працювати з будь-якими типами даних, влазять у 128-бітові регістри.
Таким чином, SSE2 набагато більш гнучкий, дозволяючи домагатися вражаючого приросту в продуктивності. Однак, використання нового набору команд вимагає спеціальної оптимізації програм, тому чекати його впровадження відразу після виходу нового процесора не варто. Згодом же, SSE2 має досить великі перспективи. Тому, навіть AMD збирається реалізувати SSE2 у своєму новому сімействі процесорів Hammer.
Старі ж програми, які не використовують SSE2, а покладаються на звичайний арифметичний співпроцесор, ніякого приросту в продуктивності при використанні Pentium 4 не отримають. Більше того, незважаючи на те, що що Intel говорить про те, що блок FPU в Pentium 4 був злегка вдосконалено, час, необхідний на виконання звичайних операцій з речовими числами зросло в порівнянні з Pentium III в середньому на 2 такту.
1.6.1 L1 кеш
Що стосується кеша першого рівня в Pentium 4, то оскільки тепер команди зберігаються в Trace Cache, він призначений тільки для зберігання даних. Однак, його розмір у Pentium 4, заснованому на ядрі Willamette складає всього 8 Кбайт. Це виглядає досить невеликий цифрою навіть на тлі 16-кілобайтні області даних в L1 кеші Pentium III. Проте, Intel був змушений скоротити обсяг кеша першого рівня в Pentium 4, так як ядро цього процесора і без того виходило занадто великим. Тим не менш, архітектура цього процесора може підтримувати L1-кеш і більшого розміру, тому, швидше за все, при переході на технологічний процес 0.13 мкм і нове ядро Northwood, цей кеш буде збільшений.
Однак, для збільшення продуктивності, Intel застосував для доступу до L1-Кешу новий алгоритм, чим зменшив в Pentium 4 латентність цього кешу до двох процесорних тактів замість трьох тактів в Pentium III. Таким чином, враховуючи велику тактову частоту Pentium 4, час реакції його L1 кешу складає всього 1.4нс для 1.4 Ггц моделі проти 3нс у L1 кешу Pentium III 1 ГГц. Також як і в Pentium III, L1 кеш Pentium 4 є write through і асоціативним з 4 областями асоціативності. При цьому довжина одного рядка L1 кешу дорівнює 64 байтам.
1.6.2 L2 Advanced Transfer Cache
Процесор Pentium 4 має Advanced Transfer Cache другого рівня об'ємом 256 Кбайт. Також, як і в Pentium III, L2-кеш має широку 256-бітну шину, завдяки якій процесори від Intel мають більш високу пропускну здатність кеша, ніж їх конкуренти від AMD, що використовують 64-бітову шину кеша. Однак, на відміну від Athlon, в Pentium 4 (втім, також як і в Pentium III) L2 кеш не є ексклюзивним, тобто він дублює дані, що знаходяться в L1 кеші.
Так як Pentium 4 розрахований на обробку потокових даних, швидкість роботи L2-кеша для нього є одним з ключових моментів. Тому, Intel збільшив пропускну здатність кеша другого рівня в Pentium 4 в два рази. Це вдосконалення було зроблено завдяки передачі даних з L2-кеша на кожен процесорний такт, в той час, як дані з L2-кеша Pentium III передаються тільки на кожен другий такт. Таким чином, пропускна здатність L2-кеша Pentium 4, що працює, наприклад, з частотою 1.4 Ггц має тепер значну величину 44.8 Гбайт / с. Для порівняння - пропускна здатність Advanced Transfer Cache у Pentium III 1 ГГц складає 16 Гбайт / с.
Також як і в Pentium III, L2 кеш має вісім областей асоціативності і рядки довжиною 128 байт. Однак, на відміну від Pentium III, кожен рядок може бути вилучена не цілком, а по 64-байтовий половинкам. Говорячи про систему кешування в Pentium 4, не можна обійти стороною і той факт, що архітектура NetBurst підтримує і кеш третього рівня розміром до 4 Мбайт. Однак, в Pentium 4 поки ця можливість використовуватися не буде. Вона зарезервована для майбутнього застосування в серверних процесорах.
2. Процесор
Отже, після короткого знайомства з основними деталями NetBurst архітектури, основної зброї Pentium 4 поглянемо на його формальну специфікацію:
Чіп, вироблений за технологією 0.18 мкм із використанням алюмінієвих з'єднань. Перехід на мідні з'єднання Intel планує провести одночасно з впровадженням технології 0.13 мкм.
Ядро Willamette, засноване на архітектурі NetBurst. Містить 42 млн. транзисторів і має площу 217 кв.мм. Це більш ніж у два рази більше, ніж площа ядра Athlon або Pentium III.
Працює в спеціальних материнських платах з 423-контактним процесорним роз'ємом Socket 423.
Використовує високопродуктивну 400 МГц Quad Pumped системну шину
Кеш даних першого рівня 8 Кбайт. Trace Cache для декодованих інструкцій розрахований на 12000 мікрооперацій
Інтегрований Advanced Transfer Cache другого рівня розміром 256 Кбайт. Працює на повній частоті ядра і має 256-бітову шину
Напруга харчування - 1.7В
Набір SIMD-інструкцій SSE2
Випускаються версії з частотами 1.4 та 1.5 Ггц. Пізніше очікується версія з частотою 1.3 Ггц.
Процесор Intel Pentium 4 буде випускатися в FC-PGA упаковці, однак саме ядро буде закрито heat sdivader - спеціальної металевою кришкою, що захищає його від пошкодження. Встановлюватися Pentium 4 буде в гніздо Socket 423, що має 423 контакту і відрізняється за розміром від звичайних Socket 370 і Socket A.
Через велику ядра, тепловиділення нових кристалів буде досить високим. Зокрема, Pentium 4 1.4 Ггц, що працює на напрузі 1.7 В і споживає приблизно 32 A, буде розсіювати близько 52 Вт тепла (1.5 Ггц Pentium 4 розсіює 55 Вт тепла). Тому, кулери для Pentium 4 повинні мати досить великі розміри і площа поверхні.
Вартість процесора при поставках партіями 1000 шт. становить, відповідно, $ 819 і $ 644 для моделей з тактовими частотами 1.5 ГГц і 1.4 ГГц. Pentium 4 1.3 Ггц, який з'явиться 29 січня 2001 року, буде коштувати $ 409. Intel планує досить агресивно знижувати ціни на Pentium 4, з тим, щоб цей процесор міг застосовуватися в настільних комп'ютерах середнього рівня:
| 20 листопада | 10 грудня | 29 січня | |
| Pentium 4 1.5 Гц | 819 | 819 | 644 |
| Pentium 4 1.4 Гц | 644 | 574 | 440 |
| Pentium 4 1.3 Гц | - | - | 409 |
3. Чіпсет і системна шина
Оскільки Pentium 4 має абсолютно нову архітектуру, то йому потрібен був і новий чіпсет. Так як Intel націлює свій новий процесор на додатки, що працює з потоками даних, то основним завданням такого чіпсета повинно бути забезпечення високих пропускних здатностей основних шин: шини пам'яті і системної шини, що з'єднує процесор з північним мостом чіпсета.
У першу чергу необхідно сказати про те, що Pentium 4 використовує зовсім нову Quad Pumped процесорну шину, що працює з частотою 400 Мгц. Пропускна здатність такої шини в три рази більше, ніж пропускна здатність шини процесора Pentium III, і становить 3.2 Гбайт / с. Завдяки такій високій пропускної здатності, мінімізуються простої швидкого процесора Pentium 4 в очікуванні наступної порції даних. Фізично, реалізується нова системна шина шляхом множення в контролерах процесорної шини чіпсета і процесора тактовою частоти, яка для Pentium 4 становить 100 МГц, на 4. Тобто, на частоті 400 МГц працює тільки ділянку між процесором і чіпсетом.Наряду з такою високопродуктивної шиною, щоб система була збалансована, підсистема пам'яті для Pentium 4 повинна забезпечувати не меншу, ніж 3.2 Гбайт / с, пропускну здатність. Тому, при створенні набору системної логіки для нового процесора Intel прийняв рішення адаптувати чіпсет i840, який підтримує два канали Direct RDRAM. Як відомо, пропускна здатність PC800 RDRAM складає 1.6 Гбайт / с, тобто, при використанні двох каналів Rambus, пропускна здатність пам'яті виявляється саме на рівні 3.2 Гбайт / с.
Про недоліки RDRAM сказано вже досить багато, головний з них - це висока ціна цієї пам'яті, проте з технологічної точки зору двоканальна RDRAM виглядає в системах з Pentium 4 цілком виправдано. На жаль, DDR SDRAM з близькою пропускною здатністю буде випущена тільки до кінця наступного року. Однак, RDRAM гарна тільки в задачах потокової обробки даних. У разі ж вирішення завдань, що вимагають непослідовний доступ до даних, латентність RDRAM виявляється занадто високою і цілком може бути виправдане застосування не тільки DDR SDRAM, а й навіть звичайної SDRAM пам'яті. Однак, чіпсетів з підтримкою SDRAM поки немає, і в кращому випадку вони з'являться тільки до середини наступного року.
В якості південного мосту в цьому наборі логіки використовується вже знайома нам по чіпсету i815E мікросхема ICH2, а в якості північного мосту - новий MCH Intel 82850, в числі ключових особливостей якого слід відзначити підтримку двох каналів Rambus, кожен з яких може функціонувати з парою модулів RIMM , підтримку 400-мегагерцовой системної шини і AGP 4x.
3.1 Материнські платиЗважаючи на дорожнечу самого чіпсета i850, який коштує $ 75, а також зважаючи на те, що плати під Pentium 4 повинні мати шестишарові PCB, проводити їх досить складно і дорого. Тому, тільки обмежене число виробників системних плат висловило бажання вплутатися у виробництво плат під Socket 423. Найближчим часом плати під Pentium 4 випускатимуться тільки вісьмома виробниками. Специфікації деяких таких плат вже відомі:
| Плата | Чіпсет | Форм-фактор | RIMM | AGP | PCI | CNR | Примітки |
| Aopen AX4T | i850 | ATX | 4 | AGP Pro | 5 | 1 | |
| ASUS P4T | i850 | ATX | 4 | AGP Pro | 5 | 0 | Можливості для розгону CPU |
| Gigabyte GA-8TX | i850 | ATX | 4 | AGP Pro | 5 | 1 | Інтегрований Creative CT5880 |
| Intel D850GB | i850 | ATX | 4 | AGP Pro | 5 | 1 | |
| MSI MS-6339 | i850 | ATX | 4 | 1 | 5 | 1 |
Як можна бачити з таблиці, всі плати під Pentium 4 схожі один на одного: всі мають по чотири слота для RIMM і по п'ять слотів PCI. Більшість плат буде обладнуватися слотом AGP Pro, що дозволяє використовувати професійні графічні карти з підвищеним енергоспоживанням.
3.2 ATX 2.03 Крім нових системних плат і нових кулерів, як це парадоксально не звучить, новий процесор буде вимагати і новий корпус, сумісний зі специфікацією ATX 2.03. І викликано це двома причинами.
По-перше, з огляду на те що кулери для Pentium 4 мають великі радіатори, маса яких може досягати 450 г, кріпити до процесорного сокета їх більше не можна. Тепер для утримування кулера буде використовуватися спеціальний ретеншн-механізм, що кріпиться за допомогою чотирьох болтів безпосередньо до корпусу. Відповідно, корпус повинен мати додаткові кріпильні отвори.
Додатковий плюс, який дає використання ретеншн-механізму для кулера, це зменшення електромагнітного впливу процесора, що працює на надвисоких частотах, на інші компоненти системної плати. Другим новим вимогою специфікації ATX 2.03 є наявність у блоку живлення додаткового чотирижильного кабелю живлення, що підключається до системної плати, з спосіб кріплення напругами 12 і 5 В.
Додаткове харчування необхідно для процесора Pentium 4, що відрізняється надмірно великим енергоспоживанням.
4. Тестування Pentium 4
Для тестування було зібрано три системи з наступними конфігураціями:
| Pentium 4 | Pentium III | Athlon | |
| Процесор | Intel Pentium 4 1.4 Гц | Intel Pentium III 1 ГГц | AMD Athlon 1.2 Ггц |
| Системна плата | Intel D850GB (i850) | ASUS CUSL2 (i815) | ABIT KT7 (VIA T133) |
| Пам'ять | 256 Мбайт PC800 RDRAM | 256 Мбайт PC133 SDRAM | |
| Відеокарта | ASUS V7700 32MB (NVIDIA GeForce2 GTS) | ||
| Жорсткий диск | IBM DTLA 307015 | ||
Продуктивність Pentium 4 порівнювалася з найшвидшими на сьогодні процесорами інших родин: Intel Pentium III 1 ГГц і AMD Athlon 1.2 Ггц.
Тестування проводилося під управлінням операційної системи Microsoft Windows2000 SP1 з встановленим DirectX 8.
4.1 Результати тестів
Оскільки процесор Pentium 4 має абсолютно нову архітектуру,
аналіз продуктивності цього процесора буде складатися з двох частин. У першій для вимірювання швидкодії ми скористаємося синтетичними тестами, а в другій протестуємо процесори, що приймають участь у тестуванні, реальними додатками.
CPUmark 99
Цей тест показує продуктивність целочисленной частини процесора і швидкість роботи з даними. Здавалося б, оскільки ALU Pentium 4 працює на подвоєній частоті процесора, то за результатами цього тесту попереду повинен бути Pentium 4. Однак цього не відбувається. Розгадка повільності Pentium 4 в даному тесті криється в недостатньо великому L1 кеші, у який не поміщаються всі необхідні для його роботи дані. Athlon ж, з областю даних в L1-кеші розміром 64 Кбайта, а це в 8 разів більше, ніж кеш даних Pentium 4, значно перевершує всіх своїх суперників.
FPU WinMarkЦей бенчмарк показує "чисту" швидкість роботи арифметичного співпроцесора завдяки тому що всі дані, необхідні для його роботи вміщаються в L1 кеші процесора. Результати ще раз підтверджують, що блок FPU у Athlon дуже хороший. Крім того, ясно видно, що через збільшення латентності FPU в Pentium 4, його показники в цьому тесті виглядають навіть гірше, ніж у Pentium III.
3DMark2000 CPUmarks
Цей бенчмарк, що входить до складу 3DMark2000 демонструє теоретичну швидкість роботи процесора з обробки типових ігрових 3D-сцен при активному використанні наборів SIMD-команд SSE і 3DNow!. На жаль, тестів, що дозволяють оцінити виграш, отримуваний від використання нових SSE2 інструкцій Pentium 4 поки немає, тому сьогодні ми задовольняємося лише використанням базового набору інструкцій SSE. Тим не менше, навіть у цьому випадку Pentium 4 виявляється на висоті, обходячи найближчого конкурента, процесор AMD Athlon 1.2 Ггц на 12%. Таким чином, логічно очікувати, що в іграх, особливо підтримують SSE, Pentium 4 буде показувати гідні результати.
Оскільки процесор Pentium 4 працює на зовсім відмінній платформі, що використовує двоканальну RDRAM, подивимося на те, яку швидкість операцій з пам'яттю може забезпечити ця система в порівнянні з відповідними результатами, отриманими на решті парі платформ:
Memory Speed - Read
Memory Speed - Write
За графіками абсолютно очевидно, що дійсно швидкість роботи L1 і L2 кешей в Pentium 4 в порівнянні з Pentium III зросла. Однак, AMD Athlon має набагато більший за розміром L1 кешем, що в ряді випадків зумовлює його перевагу. Природно, також на графіку ясно видно, що пропускна здатність двоканальної RDRAM набагато вище, ніж використовується в системах на Athlon і Pentium III PC133 SDRAM. Також, результати цього тесту дозволяють оцінити, що L2 кеш процесора Athlon дійсно працює повільніше ніж L2 кеш навіть Pentium III, з-за більш вузької шини. І досить цікавим є той факт, що вплив L1-кеша абсолютно не позначається в системі з Pentium 4 при запису в пам'ять.
Перейдемо тепер до тестів в реальних додатках.
Content Creation Winstone 2000
Цей тест грунтується на вимірюванні швидкості системи у кількох програмах для створення контенту. Як можна бачити, продуктивність системи з Pentium 4 тут однозначно вище, ніж швидкість системи на Pentium III 1 Ггц і наближається до продуктивності системи з Athlon 1.2 Ггц. Виходить, AMD була права не ставши випускати процесори з більш високою, ніж 1.2 Ггц частотою. Athlon 1.2 Ггц може конкурувати з Pentium 4 цілком успішно.
Sysmark 2000
Ще один тест, який використовує для вимірювання продуктивності офісні додатки. Однак, тут наголос робиться на програми більш широкого профілю, ніж в попередньому тесті, в результаті чого показники Athlon тут вище. Однак, архітектури Pentium III, Athlon і Pentium 4 відрізняються дуже сильно, тому, співвідношення продуктивностей цих процесорів може змінюватися від програми до програми. Тому, подивимося на швидкості піддослідних процесорів в конкретних програмах.
Sysmark 2000
Неважко помітити, що тут однозначного лідера виділити важко. Однак, в семи з дванадцяти додатків лідирує AMD Athlon 1.2 Ггц, в той час як Pentium 4 показує більшу швидкість тільки в трьох завданнях: системі розпізнавання мови Dragon Naturally Speaking Preferred 4.0, графічному редакторі Adobe Photoshop 5.5 і в утиліті для кодування відеопотоку Microsoft Windows Media Encoder 4.0. Таким чином, вся корисність Pentium 4 розкривається дійсно тільки в задачах потокової обробки даних. І те, частина заслуги за високу продуктивність цього процесора лежить на підсистемі пам'яті з набагато більш високою пропускною здатністю, ніж у конкуруючих платформ.
3D Studio MAX R3 (чим менше - тим краще)
Для оцінки продуктивностей систем в цьому 3D-пакеті, ми засікли час рендеринга сцени Anisotropic Wheel, що входить в дистрибутив. Відповідно, менший час відповідає найкращому результату. Дивно, але тут продуктивність Pentium 4 1.4 Ггц в точності повторює продуктивність Pentium III 1 ГГц. Це говорить про те, що FPU в Pentium 4 дійсно працює повільніше, ніж у Pentium III. Athlon 1.2 Ггц, володіючи кращим блоком FPU легко обійшов обох конкурентів, побудувавши сцену на 40% швидше.
WinZIP (чим менше - тим краще)
Тестування в архіваторах дозволяє побачити цілочисельну продуктивність процесорів при оперуванні з невеликими об'ємами даних. У архіваторі WinZip кращу швидкість (на діаграмі менше значення відповідає найкращому результату) продемонстрував Athlon 1.2 Ггц. По всій видимості, позначається великий кеш першого рівня у цього процесора.
WinRar (чим менше - тим краще)
Як можна побачити з діаграми (на ній менше значення знову відповідає найкращому результату), Pentium 4 1.4 Ггц з ALU, що працює на частоті 2.8 Ггц тут рівних немає. Вплив об'ємного кеша першого рівня Athlon в WinRAR зводиться нанівець досить великим обсягом словника, який використовується в цьому архіватор.
Перейдемо тепер до результатів, які показали випробовувані системи в ігрових додатках.
Quake3 Arena (demo001) - 640x480x16
У Quake3 Pentium 4 1.4 Ггц показує себе з кращого боку, показуючи на 30% вищу швидкодію, ніж Athlon 1.2 Ггц, не кажучи вже про Pentium III. Це пояснюється як тим, що ALU протестованого Pentium 4 працює на частоті 2.8 Ггц, так і тим, що Quake3 використовує SSE інструкції, які, як ми показали вище, виконуються на Pentium 4 дуже швидко.
Quake3 Arena (demo001) - 1024x768x32
З одного боку, кількість fps у високій роздільній здатності в Quake3 залежить в основному від пропускної здатності шин, що зв'язують різні компоненти системи, однак з іншого - обмежується швидкістю заповнення використовуваної в системі відеокарти. Саме тому, тут розкид результатів не такий великий, як у попередньому випадку. Однак, завдяки Quad Pumped bus Pentium 4 залишається в лідерах. Однак, Athlon, з 200-мегагерцовой шиною EV6 дихає практично йому в потилицю.
Unreal Tournament - 640x480x16
Тут лідируючу позицію утримує Athlon, що має найпродуктивніший серед всіх що у тесті процесорів блок FPU.
Unreal Tournament - 1024x768x32
Однак, при зростанні навантаження на шини передачі даних у системі, яке тягне за собою збільшення дозволу, вперед виходить Pentium 4. Що ж, з 400-мегагерцовой шиною і пам'яттю з пропускною здатністю 3.2 Гбайт / с посперечатися важко.
Expendable - 640x480x16
Expendable - гра, яка виробляє під час своєї роботи інтенсивні операції з невеликими об'ємами даних. Тому, система на Pentium 4 з RDRAM, що має велику латентність виявляється повільніше обох своїх конкурентів. Причому, відставання Pentium 4 1.4 Ггц від Athlon 1.2 Ггц виявляється немаленьким - більше 30%.
Expendable - 1024x768x32
Результати практично повністю повторюють попередній випадок.
На жаль, зараз ми не можемо оцінити потенціал нових Pentium 4 з точки зору розгону. Справа в тому, що имевшаяся у нашому розпорядженні системна плата для Pentium 4 Intel D850GB не мала ніяких функцій для запуску процесора на частоті, що відрізняється від штатної. Однак, у міру появи системних плат від сторонніх виробників, ми протестуємо Pentium 4 і на розгін.
Висновок
Отже, зробити однозначний висновок щодо процесора Pentium 4 можна. Безумовно, його архітектура має масу достоїнств, основним з яких слід визнати можливість легкого нарощування тактових частот. Проте, продуктивність нового процесора в ряді додатків все ж не така висока як хотілося б: досить часто виявляється менше продуктивності старшого процесора сімейства Athlon. Виною цьому - наддовгий 20-стадійний конвеєр і недостатньо великий кеш даних першого рівня. Тому, найближчим часом Pentium 4 обігнати за швидкодією конкурента від AMD, Athlon, який також має шляхи для нарощування швидкості за допомогою переходу на нове ядро Palomino та використання DDR SDRAM, не зможе.
У той же час, у систем на Pentium 4 є і більш суттєві недоліки, головний з яких - ціна. Оскільки вартість RDRAM, необхідної для Pentium 4, а також системних плат для нього досить висока, Athlon-платформи мають сьогодні набагато кращим співвідношенням ціна-продуктивність. Тим не менш, Pentium 4 все ж має віддалені перспективи. З перекладом технологічного процесу на 0.13 мкм і з випуском чіпсетів, що підтримують більш дешеві ніж RDRAM типи пам'яті, Pentium 4 може стати масовим процесором. Поки ж його доля - високопродуктивні робочі станції.
Список використаних джерел:
1. Комп'ютерний тижневик "Компьютерра", № 24 2000
2. Журнал "Країна ігор", № 22 2000
3. Журнал "Світ ПК", № грудень 2000
4. www.ixbt.ru
5. www.computerra.ru
6. www.zdnet.ru