Какво ще ни донесе новият Pentium 4
Категория: Интернет
събота, 10 Януари 2004 0:00ч
Основните промени са следните: 90-nm производствен процес, удължен конвейер, увеличен кеш от второ ниво, допълнителни инструкции и подобрен Hyperthreading. Нека разгледаме всяка от тях поотделно и да се опитаме да преценим ефекта и върху производителността на новия чип, както и върху финансовите резултати на процесорния гигант:
1. 90-nm производствен процес – намаляването на размера на транзисторите (основните градивни единици на всички интегрални схеми) винаги е било сред основните цели на производителите на чипове. По-малките транзистори винаги са означавали по-големи честоти, по-ниско отделяне на топлина и повече чипове от една полупроводникова пластина, и досега всички тези очаквания са се изпълнявали в по-голяма или по-малка степен. Но сега, с приближаването на размерите до атомно ниво, възникват неочаквани проблеми. Prescott е пример за това: въпреки по-съвършения процес се оказа, че новите процесори отделят около 90 вата топлина при пълно натоварване, повече от предишното поколение Pentium 4 с Northwood ядра. Този факт поражда нуждата от по-добро охлаждане на цялата система и на практика ограничава честотите, които могат да се постигнат с използването на стандартно охлаждане. От друга страна, размерът на ядрото наистина е намален: 112 кв.мм. спрямо около 140 за сегашните Pentium 4 процесори и 193 за AMD Athlon64, което позволява получаването на повече чипове от една полупроводникова пластина (до 30% според източници от Intel), съответно по-голямо производство и по-ниски разходи за единица продукция: добри новини за финансовия отдел на компанията.
2. Удължен конвейер – това е промяната, която ще предизвика най-много дискусии сред специалистите. Intel повтори хода, който направи при дизайна на първите Pentium 4, и удължи конвейера на процесора, този път от 20 стъпки (Northwood) до около 30. За да разберем смисъла на тази промяна обаче, трябва да познаваме начина, по който програмите се изпълняват вътре в самия процесор. Всяка програма е изградена от елементарни операции – процесорни инструкции, които се изпълняват последователно. Всяка инструкция обаче се разделя на отделни подоперации на процесорно ниво с цел всяка подоперация да се изпълнява от отделен модул по подобие на поточна линия. Така, вместо да заеме цялата изчислителна част от процесора за времето си за изпълнение, инструкцията първоначално заема само първия модул. След завършване на обработките (които се извършват в рамките на един такт) инструкцията се препраща към следващия модул; първият вече е свободен и може да бъде зает от следващата инструкция. Тази конвейерна архитектура позволява значително увеличаване на пропусквателната способност на процесорите, но се оказва, че изборът на броя етапи в конвейера е от изключителна важност. Ако разделим инструкцията на 30 части, те, разбира се, ще са с по-малък размер, отколкото ако разделим същата инструкция на 20 части (все пак, софтуерът е един и същ). Това ще ни позволи да обработим всяка част за по-малко време и съответно да увеличим тактовата честота на процесора. Той обаче ще върши по-малко работа за един такт, т.е. ако сравняваме два процесора с еднаква честота, този с по-късия конвейер ще има предимство. И така, какво означава това в конкретния случай? Означава, че Prescott е по-бавен от Northwood при еднакви честоти и еднакви други условия (количество кеш, шина и т.н.). Лошо ли е това? Зависи от гледната точка. Както казахме, по-дългият конвейер позволява достигането на по-високи работни честоти, които да балансират разликата в обработената информация за един такт. Pentium 4 показа, че подобен подход може да бъде печеливш: докато първите процесори бяха значително по-бавни от тогавашните предложения на AMD и даже от Pentium III, след това, с въвеждането на по-голям кеш от второ ниво, по-бърза шина и двуканална DDR памет, Northwood процесорите заеха лидерското място по производителност. Intel се надяват същото да се повтори с Prescott; за момента обаче перспективите за увеличаване на тактовата честота не изглеждат блестящи поради споменатите вече проблеми с отделената топлина.
3. Увеличен кеш от второ ниво – L2 кешът на Prescott е 1MB, за разлика от досегашните 512KB. Причината: Pentium 4 архитектурата просто обожава големите количества кеш памет, тъй като при нея всяко обръщане към паметта има голям негативен ефект върху производителността точно поради дългия конвейер и високата честота. Това е обяснението за голямата разлика в производителността между оригиналното Pentium 4 ядро Wilamette (256KB) и наследилото го Northwood (512KB), както и за бързината на представения преди няколко месеца Pentium 4 Extreme Edition с 2MB кеш от трето ниво. Изводът: добро попадение за Intel.
4. Допълнителни инструкции – Prescott поддържа 13 нови инструкции, които според Intel ще подобрят работата на процесора с мултимедия. Проблемът е, че тепърва трябва да се осигури поддръжка за тях в софтуера; дотогава те са предимство само на хартия.
5. Подобрен Hyperthreading – Intel са подобрили взаимодействието между нишките, които се изпълняват едновременно в процесора; това подобрение обаче е осъществено чрез допълнителни инструкции, т.е. наличните програми не могат да се възползват от него; за да може да го използва, софтуерът трябва да се прекомпилира.
Какви са изводите? Intel отново ще бъде обвинен, че се опитва да заблуждава потребителя като покачва работната честота на процесорите си без да увеличава реалната им производителност. Наистина, тактовата честота твърде често е единствената характеристика, която осъществява продажбите; от друга страна, на Intel им е трудно да обяснят как техният процесор (Pentium 4 Northwood 3.2C) е по-бавен от конкурента си, който е с по ниска честота с един гигахерц (Athlon64 3200+). Тази разлика се задълбочава още повече с въвеждането на новото ядро, и само бързо покачване на честотите (или проблеми в лагера на AMD) ще даде на Intel титлата “Най-бърз десктоп процесор”.
