Pentium 4 Prescott: гигагерцы – в массы!

Pentium 4 Prescott   +   Снижение цен на Pentium 4; хороший разгонный потенциал; большие перспективы (SSE3, улучшенная технология Hyper-Threading)  -  Производительность не выше Northwood; сильный нагрев требует хорошего охлаждения  !   Процессор будущего с пока не реализованным потенциалом

Главное изменение — усовершенствованный технологический процесс: предшественник (Northwood) изготавливался по 0,13-микронной технологии, Prescott же производится по 0,09-микронной (или, как теперь принято говорить, 90-нанометровой). Уменьшение размера транзисторов — один из самых эффективных способов отодвинуть предел для тактовой частоты. С этой же целью у Prescott удлинен вычислительный конвейер — с 20 стадий до 31. Но такое решение приводит к снижению "удельной производительности на мегагерц", и для компенсации данных издержек был удвоен объем кэш-памяти первого и второго уровней — до 16 KB и 1 MB соответственно. В архитектуру Pentium 4 внесены и другие изменения, повышающие коэффициент полезного действия процессора. В частности, дальнейшее развитие получила технология виртуальной двухпроцессорности Hyper-Threading, появились 13 новых инструкций SSE3, открывающих для программистов дополнительные возможности оптимизации кода. При этом базовая архитектура осталась прежней, так что если для Prescott придумывать торговую марку, получится нечто вроде Pentium 4Ѕ . Очевидное преимущество эволюционного развития процессоров Intel для нас, пользователей, заключается в том, что новые Pentium 4 совместимы с большинством современных материнских плат — разве что BIOS придется обновить.

Процессоры семейства Prescott позиционируются как высокопроизводительный продукт для массового рынка. Для тех, кому требуется предельное быстродействие, Intel предлагает Pentium 4 Extreme Edition — теперь уже с частотой 3,4 GHz. Развивая линейку "экстремальных" про-цессоров, Intel снизила цены на "обычные" Pentium 4. Так, официальная стоимость Pentium 4 Prescott с тактовой частотой 3,4 GHz составила на день презентации всего $417 — и это после стольких лет, когда верхняя модель обновленного модельного ряда объявлялась по цене свыше $600! Использование 90-нанометрового процесса в производстве Prescott позволило снизить себестоимость и таким образом удешевить продукт на радость покупателям. Казавшиеся недосягаемыми для массового потребителя (сначала по техническим причинам, а потом — по материальным) три гигагерца вдруг стали очень близкими — они теперь будут доступны примерно за $200. И именно в этом, с нашей точки зрения, главная заслуга разработчиков Prescott.

Прежде чем перейти к разговору о производительности, сделаем важное замечание: нынешние Prescott — все же переходный продукт, на котором новые технологии проходят обкатку. Ожидать чудес быстродействия от него не стоит, да Intel их и не обещает: речь идет не более чем о паритете между Prescott и Northwood на равных частотах. Но опять же, если для первого 3,2 GHz — как бы "стартовая" частота, то для второго — близкая к предельной. Процессорный разъем Socket 478 доживает свой век, и в 2004 г. на смену ему придет Socket 775 (он же Socket T, он же LGA775). Вместе с ним дебютирует и новое поколение чипсетов, ориентированных на работу с Prescott. Версия C0 ядра Prescott под Socket 478 уступит место следующей, способной достичь более высоких тактовых частот, технически недоступных для Northwood. Производители программ-ного обеспечения пока подтянутся с поддержкой SSE3, обновится Windows XP, появятся оптимизированные версии драйверов видеокарт… Поэтому сегодня Pentium 4 Prescott играет роль "гостя из будущего". И в это будущее мы попытались заглянуть, используя "машину времени" для продуктов полупроводниковой индустрии — систему охлаждения nVENTIV Mach II. Она способна поддерживать температуру —25 °C для Pentium 4 Northwood, разогнанного до 4,3 GHz! Эта "криогенная" технология позволила нам протестировать три процессора (Pentium 4 3,20C GHz на ядре Northwood, 3,20E GHz на ядре Prescott и 3,20XE GHz на ядре Gallatin) в режиме 4200 MHz (частота шины FSB 1200 MHz). Суть проверки в экстремальных условиях — определить потенциал ядра Prescott на тех частотах, которых ему суждено достичь в дальнейшем. Ведь фактически после 4 GHz он "только жить начинает" — именно на таких частотах негативное влияние длинного конвейера постепенно уменьшается и производительность начинает расти ускоренными темпами. B каком-то смысле наше сравнение не совсем справедливо по отношению к новичку: ни Northwood, ни Gallatin не смогут добраться до 4,2 GHz иначе, как подвергшись "глубокой заморозке". А Prescott 4,2 GHz будет выпускаться серийно с обычным воздушным охлаждением.

Мы приводим лишь часть диаграмм с результатами тестов, наиболее показательных в плане общей производительности, быстродействия процессора и подсистемы памяти. Но если принять во внимание все данные, которые нам удалось получить в ходе испытания, можно отметить общую тенденцию: Prescott быстрее предшественника в мультимедийных задачах и архивации (и разрыв будет расти с внедрением оптмизаций под SSE3), сохраняет паритет с Northwood в играх, но немного проигрывает по чистой вычислительной мощности.

Что касается нашего эксперимента по экстремальному разгону всех трех 3,2-гигагерцевых процессоров от Intel, тут необходимы дополнительные комментарии.

Конечно, "идущий вне конкурса" Pentium 4 Extreme Edition показывает весьма впечатляющие результаты в любом из тестов. Но нас больше интересует противоборство Prescott и Northwood, и здесь возникает любопытная ситуация: с ростом частоты разрыв между этими соперниками сокращается, причем более чем в два раза в каждом тесте! Эта информация является ключевой для понимания сути Prescott — он просто не может показать себя во всей своей красе прямо сейчас, так как ориентирован на несколько другие частоты и условия работы. Нечто подобное происходило, когда Pentium 4 только появился на свет: на равных частотах он проигрывал Pentium III, зато потом, с ростом частот, смог достичь недосягаемой для предыдущего поколения производительности.

По большому счету, домашний пользователь вряд ли заметит разницу между Prescott и Northwood одинаковой частоты (скажем, 2,8 GHz). В пользу Prescott говорит возросший потенциал разгона, подтверждаемый статистикой (средний результат для нынешних Prescott — 3,8 GHz с воздушным охлаждением), ну а за снижение "цены гигагерца" разработчикам Prescott вообще нужно памятник поставить. Энтузиастам же остается копить деньги на Pentium 4 Extreme Edition.

Разгоняем матчасть

Даже нынешнее ядро Prescott ревизии C0, явно не самое удачное в плане потенциала, позволяет достичь частот более высоких, чем любой другой процессор от Intel. При воздушном охлаждении пределом для Northwood становятся 3,6 GHz. Лишь лучшие экземпляры Pentium 4 Extreme Edition способны дойти до 3,7 GHz. Наш образец Prescott 3,2 GHz стабильно работал на 3,8 GHz в аналогичных условиях. Питающее напряжение при этом составляло 1,55 В, а температура — около 70 °C.

Из-за резко увеличившегося количества транзисторов даже перевод на новый техпроцесс и снижение напряжения ядра (при установке выше 1,6 В Prescott вообще автоматически отключается) не помогли — греется новинка от Intel весьма серьезно. Данный недостаток, кстати, тоже обещают исправить в будущих ревизиях ядра. Но на сегодняшний день температурный режим Prescott на 15—25°С выше, чем у обычного Pentium 4. Особенно это заметно на "фреоновой" системе: рабочей температурой Prescott на 4,2 GHz при 1,55 В были —5…—8 °С вместо —25 °С у Northwood. Максимальная стабильная частота работы в экстремальном режиме составила 4250 MHz. Это немного меньше, чем у Northwood и Gallatin, и ограничивающим фактором стала именно температура. Как известно, чем ниже температура под нагрузкой, тем выше предел разгона. Двадцать градусов тепловой форы у старых процессоров обеспечили упомянутый прирост. Сменив охлаждение на VapoChill XE (и получив те же —8 °С под нагрузкой, т. е. уравняв температурные условия с Prescott), мы имели 4065 MHz для Northwood и 4150 MHz для Gallatin.

Как мы тестировали?

Тестовая система: материнская плата ASUS P4C800-E Deluxe, модули памяти 2Ч256 MB Kingston HyperX KHX3500/256 (тайминги 2-5-2-2, напряжение 3,35 В), видеокарта Sapphire Atlantis Radeon 9800XT. Процессоры: Intel Pentium 4 3,2 GHz (Northwood), Intel Pentium 4 3,20 GHz (Prescott), Intel Pentium 4 Extreme Edition 3,20 GHz (Gallatin).

Программное обеспечение: операционная система Windows XP Professional SP1, драйверы видеокарты Catalyst 4.1.

Тестовые программы: 3DMark2001 SE Pro build 330, 3DMark03 build 340, PCMark2002 (Memory benchmark), Return to Castle Wolfenstein: Enemy Territory.