Микропроцессоры компании Intel

Pentium 4 

Первая модель микропроцессора Pentium 4 появилась в октябре 2000 года, процессор имел ядро (архитектуру) Willamette, устанавливался на разъём Socket 423, позже- на Socket 478. Данная модель микропроцессора изготавливалась по нормам технологического процесса 0.18 мкм. Процессор имел небольшой по сравнению с современными процессорами кэш первого уровня- всего 8 килобайт. Объём кэша второго уровня на процессорном ядре Willamette составлял 256 Кбайт. На микропроцессоре Pentium 4 Willamette появилась новая системная шина Quad Pumped с частотой 100 МГц, обеспечивающая передачу данных с частотой 400 МГц (4х100 МГц), передачу адресов с частотой 200 МГц (2х100 Мгц) и передачу команд с частотой 100 МГц (для сравнения, у Pentium III передача команд, адресов и данных происходила с частотой 133 МГц). Начиная с Pentium 4 компания Intel стала использовать в процессорах дополнительный набор команд SSE2.

Появление Pentium 4 с новым ядром Northwood означало перевод производства микропроцессоров на новый технологический процесс- с 0.18 мкм на 0.13 мкм. Миниатюризация позволила уменьшить площадь кристалла, увеличить число транзисторов, снизить тепловыделение. Дополнительно интегрированные в кристалл процессора транзисторы были использованы для удвоения объёма кэша L2 (512 Кбайт), что позволило поднять производительность в разных приложениях на 5- 25% . Позже появилась модель процессора с частотой системной шины (FSB) 533 МГц (4х133 МГц), дополнительно увеличившей производительность на 10% . Последние модели процессоров с ядром Northwood имели FSB с частотой 800 МГц (4х200 МГц) и поддерживали технологию Hyper Threading (реализация многопоточности при выполнении команд).

Pentium 4 с ядром Prescott появились весной 2004 года. С архитектурой Prescott связан переход на новый технологический процесс (0.09 мкм), благодаря чему в микропроцессоре было в 2.3 раза увеличено число транзисторов при уменьшении площади кристалла в 1.2 раза. Был увеличен объём обоих кэшей: L1 стал 16 Кбайт, L2- 1024 Кбайт (1 Мбайт). На треть увеличена длина конвейера (конвейер длиной в 31 стадию), появился новый дополнительный набор инструкций SSE3. В дальнейшем процессор Pentium 4 с архитектурой Prescott был переведён на современный разъём Socket 775, одновременно с этим в наименовании процессора исчезло упоминание тактовой частоты, взамен стал употребляться индекс процессора processor number:

• Pentium 4- 505 - частота 2.67 ГГц, кэш L2 1024 Кбайт, FSB 533 МГц,

• Pentium 4- 515 - частота 2.8 ГГц, кэш L2 1024 Кбайт, FSB 533 МГц,

• Pentium 4- 520 - частота 2.8 ГГц, кэш L2 1024 Кбайт, FSB 800 МГц,

• Pentium 4- 530 - частота 3.0 ГГц, кэш L2 1024 Кбайт, FSB 800 МГц,

• Pentium 4- 540 - частота 3.2 ГГц, кэш L2 1024 Кбайт, FSB 800 МГц,

• Pentium 4- 550 - частота 3.4 ГГц, кэш L2 1024 Кбайт, FSB 800 МГц,

• Pentium 4- 560 - частота 3.6 ГГц, кэш L2 1024 Кбайт, FSB 800 МГц,

• Pentium 4- 570 - частота 3.8 ГГц, кэш L2 1024 Кбайт, FSB 800 МГц.

В названии некоторых процессоров с архитектурой Prescott присутствовала буква J, что означало поддержку этим процессором функции XD-bit (Execute Disable Bit) - технологии борьбы с вирусами, запрещающей выполнять команды программы из области оперативной памяти, отведённой для хранения данных (приём, часто используемый авторами компьютерных вирусов).

Кроме перечисленных процессоров Pentium 4 Prescott серии 5хх, компания Intel производила микросхемы серии 5х1 и серии 5x6, в архитектуре которых предусмотрено использование микрокоманд 64-битного расширения EM64T.

Выпуск процессоров Pentium 4 с ядром Prescott 2M начался в феврале 2005 года. Технологический процесс остался прежним- 0.09 мкм, частота FSB сохранилась равной 800 МГц, но предусмотрены архитектурные новинки: кэш L2 увеличен вдвое- до 2 Мбайт, поддерживаются технологии EM64T (64-разрядные команды и адресация памяти), Enhanced Intel SpeedStep (снижение энергопотребления и тепловыделения) и XD-bit, улучшена технология Hyper Threading. Процессоры Pentium 4 с ядром Prescott 2M составили линейку серии 6хх:

• Pentium 4 670, частота 3.8 ГГц,

• Pentium 4 660, частота 3.6 ГГц,

• Pentium 4 650, частота 3.4 ГГц,

• Pentium 4 640, частота 3.2 ГГц,

• Pentium 4 630, частота 3.0 ГГц,

• Pentium 4 620, частота 2.8 ГГц.

В кристалле Prescott2M изначально была предусмотрена технология виртуализации приложений (Intel Virtualization Technology, IVT), позволяющая одновременно запускать нескольких независимых операционных систем на одном компьютере и выделять под каждую операционную систему большее или меньшее количество ресурсов в зависимости от сложности решаемых на текущий момент задач. Официально эта технология впервые была реализована в процессорах серии 6хх - Pentium 4 672 и 662.

Pentium 4 XE

Процессор Pentium4 XE (eXtreme Edition) с частотой 3.2 ГГц был основан на серверном ядре Gallatin. Фактически, Pentium 4 XE 3.2 ГГц - это перемаркированный серверный процессор Intel Xeon MP, изначально предназначенный для многопроцессорных машин и перенесенный в данной модели c серверной платформы Socket 603 на разъём Socket 478. Кроме смены разъёма, этот процессор получил шину от Pentium 4 (FSB 800 МГц), у него отключен режим работы в многопроцессорных системах, кэш L1=8 Кбайт, L2=512 Кбайт, L3=2 Мбайт, поддерживается стандартная (не улучшенная) технология Hyper Threading. Такая замысловатая модификация процессора явилась вынужденой мерой, предпринятой Intel после того, как из-за технологических сложностей был задержан выпуск Pentium 4 Prescott и стал ответом Intel на появление мощного микропроцессора AMD Athlon 64 FX-51. Позже, уже для разъёма Socket 775, была разработана версия Pentium 4 XE с частотой ядра 3.4 ГГц  и частотой FSB 800 МГц, а также с модель с частотой ядра 3.47 ГГц и системной шиной 1067 МГц. Затем была выпущена версия Pentium 4XE, основанная на ядре Prescott 2M, схожая по характеристикам с процессорами Pentium 4 серии 6хх, отличная от них более высокой частотой ядра (3.73 ГГц) и системной шины (1067 МГц).

Celeron

Это дешёвая (бюджетная) версия Pentium 4, с уменьшенным кэшем L2 и медленной FSB. Снижение производительности по сравнению с базовой моделью составляет до 30% . Процессоры Celeron, основанные на ядрах Willamette и Northwood, имели кэш L2 равный 128 Кбайт, FSB – 400 МГц. Перечисленные модели процессоров устанавливались на устаревший разъём Socket 478. Максимальная частота ядра у процессоров Celeron Northwood была ограничена 2.8 ГГц. Процессор Celeron на ядре Prescott имеет кэш L2 256 Кбайт и FSB 533 МГц, что даёт существенный прирост производительности, хотя отключена функция Hyper Threading. Процессоры Celeron Prescott получили название Celeron D и использовали в своей маркировке processor number. Celeron D выпускались как для разъёма Socket 478, так и для современного Socket 775. Процессоры Celeron D составили модельный ряд серии 3хх:

• Celeron D  315 - частота 2.26 ГГц,

• Celeron D  320 - частота 2.4 ГГц,

• Celeron D  325 - частота 2.53 ГГц,

• Celeron D  330 - частота 2.667 ГГц,

• Celeron D  335 - частота 2.8 ГГц,

• Celeron D  340 - частота 2.93 ГГц,

• Celeron D  345 - частота 3.06 ГГц,

• Celeron D  350 - частота 3.2 ГГц,

• Celeron D  355 - частота 3.33 ГГц,

• Celeron D  352- частота 2.2 ГГц,

• Celeron D  356- частота 3.33 ГГц,

• Celeron D  360- частота 3.46 ГГц.

Начиная с модели 325, Celeron D выпускался в двух вариантах- с литерой J (с поддержкой функции XD-bit) и без неё.

Некоторые Celeron D для разъёма Socket 775 имели 64-битнное расширение EM64T. Это модели процессоров серий 3х1 и 3х6.

Процессоры Celeron серии 4хх. Это одноядерные процессоры с ядром Conroe-L, изготавливаемые по нормам технологического процесса 65 нм. Объём кэша L2=512 Кбайт, частота FSB=800 МГц. Сeleron 4-й серии составили следующий модельный ряд:

• Celeron D 420 - 1.6 Ггц;

• Celeron D 430 - 1.8 ГГц;

• Celeron D 440 - 2.0 Ггц.

Celeron E1200 c архитектурой Allendale имеет два ядра, изготавливается по 65-нм технологии. Частота ядра 1.6 ГГц, кэш L1=16 Кб, L2=512 Кб, шина FSB работает на частоте 800 МГц.

Pentium D и Pentium XE

В 2005 году компания Intel начала выпуск двухъядерных моделей Pentium. Это микропроцессоры Pentium D (из названия исчезла цифра 4) серии 8хх:

• Pentium D- 805, частота ядра 2.66 ГГц,

• Pentium D- 820, частота ядра 2.8 ГГц,

• Pentium D- 830, частота ядра 3.0 ГГц,

• Pentium D- 840, частота ядра 3.2 ГГц.

Эти процессоры изготавливались по 90-нм технологии, устанавливались на разъём Socket 775, имели архитектуру Smithfield, частоту FSB 800 МГц (у модели 805- частота FSB составляет 533 МГц), каждое из двух входящих в процессор ядер имело кэш L1 вместимостью 16 Кбайт и кэш L2 объёмом 1 Мбайт. Процессоры поддерживали технологии ЕМ64Т, Enhanced SpeedStep (кроме младшей модели Pentium D-820), Execute Disable Bit. Технология многопоточности Hyper Threading указанными процессорами не поддерживалась, поэтому они могли одновременно исполнять только два потока инструкций (по числу ядер), а не четыре.

Кроме Pentium D, компания Intel производила двухъядерный Pentium XE (eXtreme Edition) 840, характеристики которого практически совпадают с Pentium D-840, но отсутствует поддержка технологии энергосбережения EIST и задействована технология Hyper Threading. Таким образом, Pentium XE 840 представляется в операционной системе четырьмя логическими процессорами. 

5 января 2006 года компания Intel представила двухъядерные процессоры Pentium D 900-й серии, а несколькими днями позже (16 января) - процессор Pentium eXtreme Edition 955. Эти процессоры были основаны на ядре Presler, выполненном по нормам 65-нм технологического процесса. Процессорное ядро Presler состояло из двух ядер Cedar Mill, каждое из которых имело кэш L1 объёмом 16 Кбайт и L2 объёмом 2 Мбайта. Процессоры Pentium D 900-й серии были представлены следующими моделями:

• Pentium D 915, частота ядра 2.8 ГГц,

• Pentium D 920, частота ядра 2.8 ГГц,

• Pentium D 925, частота ядра 3.0 ГГц,

• Pentium D 930, частота ядра 3.0 ГГц,

• Pentium D 940, частота ядра 3.2 ГГц,

• Pentium D 945, частота ядра 3.4 ГГц,

• Pentium D 950, частота ядра 3.4 ГГц,

• Pentium D 960, частота ядра 3.6 ГГц,

• Pentium D 965, частота ядра 3.73 ГГц.

Частота системной шины у этих процессоров составляла 800 МГц. Перечисленные процессоры поддерживали технологии ЕМ64Т, Enhanced SpeedStep, Execute Disable Bit, но не поддерживали многопоточность Hyper Threading. В отличие от 800-й серии, у двухъядерных процессоров серии 9хх была предусмотрена технология виртуализации IVT (но у процессоров серии 9х5 IVT отключена).

Процессор Pentium eXtreme Edition 955 имел частоту ядра 3.466 ГГц, а Pentium XE 965- 3.73 ГГц. Обе модели имели системную шину 1067 МГц, у них включена технология HyperThreading и виртуализация IVT.

Core 2 Duo

Дальнейшим развитием микропроцессорных технологий компании Intel стал двухъядерный процессор Core 2 Duo с архитектурой (ядром) Conroe, выпускаемый по нормам технологического процесса 65 нм. Существенным отличием Core 2 Duo от предыдущего поколения 2-ядерных процессоров Intel (Pentium D 8xx и 9хх) явилось изменение архитектуры процессорного ядра:

•  усовершенствован декодер инструкций;

• увеличена скорость исполнения 128-битных SIMD-инструкций (доведена до 1 инструкции за такт в каждом исполнительном устройстве);

•  усовершенствованны механизмы работы с памятью и аппаратного prefetch;

• L2-кэш является общим для обоих вычислительных ядер, его объём перераспределяется между ними динамически, в зависимости от нагрузки;

•  улучшена технология энергосбережения;

• введён новый набор SIMD инструкций, получивший название SSE4.

Особенность работы объёдинённого L2-кэша у процессоров Core 2 Duo: объединённый 4-Мбайтный L2-кэш данных у процессоров семейства Core 2 Duo в условиях конкуренции за этот ресурс со стороны двух ядер при любом типе обращения (только чтение, только запись, или одновременное чтение и запись) способен эффективно кэшировать данные, объем которых не превышает всего 1.25 Мбайт, т.е. примерно четверть объема L2-кэша. В этом случае эффективность обмена ядра с данными остается весьма высокой и сравнима с пропускной способностью L2-кэша при одиночном обращении. Резкое снижение скорости обмена данных (до уровня пропускной способности оперативной памяти и ниже) наблюдается при увеличении объема оперируемых данных - от 1.5 Мбайт и выше на один поток. При этом возможна ситуация, когда одно приложение, использующее всего половину объема общего L2-кэша (2 Мбайт), может значительно потерять в скорости обмена с данными лишь потому, что параллельно оказалось запущенным некое постороннее приложение, пусть и не столь требовательное к пропускной способности, но оперирующее с большим, 3-Мбайт объемом данных. На процессорах семейства Core 2 Duo с общим L2-кэшем такое "приложение-агрессор" не только будет выполняться неэффективно (т.к. его данные не помещаются в доставшуюся ему часть L2-кэша процессора), но и значительно снизит эффективность первого приложения, которому, казалось бы, своей части L2-кэша должно быть более чем достаточно.

Пакет технологий, присущих линейке процессоров Core 2 Duo:

Intel Wide Dynamic Execution - технология выполнения большего количества команд за каждый такт, повышающая эффективность выполнения приложений и сокращающая энергопотребление. Каждое ядро процессора может выполнять до четырех инструкций одновременно с помощью 14-стадийного конвейера;

Intel Intelligent Power Capability - технология, с помощью которой для исполнения задач активируется работа отдельных узлов чипа по мере необходимости, что значительно снижает энергопотребление системы в целом;

Intel Advanced Smart Cache - технология использования общей для всех ядер кэш-памяти L2, что снижает общее энергопотребление и повышает производительность, при этом, по мере необходимости, одно из ядер процессора может использовать весь объём кэш-памяти при динамическом отключении другого ядра;

Intel Smart Memory Access - технология оптимизации работы подсистемы памяти, сокращающая время отклика и повышающая пропускную способность подсистемы памяти;

Intel Advanced Digital Media Boost - технология обработки 128-разрядных команд SSE, SSE2 и SSE3, широко используемых в мультимедийных и графических приложениях, за один такт;

Набор инструкций SSE4, добавляющий еще 52 новые процессорные команды для ускорения обработки мультимедийных, текстовых и других данных.

Линейка процессоров Core 2 Duo Conroe следующая:

• Е4300: частота ядра 1,8 ГГц / FSB 800 МГц / L1=2x32Кбайт, L2=2 Мбайт;

• Е4400: частота ядра 2,0 ГГц / FSB 800 МГц / L1=2x32Кбайт, L2=2 Мбайт;

• Е4500: частота ядра 2,2 ГГц / FSB 800 МГц / L1=2x32Кбайт, L2=2 Мбайт;

• Е4600: частота ядра 2,4 ГГц / FSB 800 МГц / L1=2x32Кбайт, L2=2 Мбайт;

• Е4700: частота ядра 2,6ГГц / FSB 800 МГц / L1=2x32Кбайт, L2=2 Мбайт;

• E6300: частота ядра 1,86 ГГц / FSB 1066 МГц / L1=2x32Кбайт, L2=2 Мбайт;

• E6320: частота ядра 1,86 ГГц / FSB 1066 МГц / L1=2x32Кбайт, L2=4 Мбайт;

• E6400: частота ядра 2,13 ГГц / FSB 1066 МГц / L1=2x32Кбайт, L2=2 Мбайт;

• E6420: частота ядра 2,13 ГГц / FSB 1066 МГц / L1=2x32Кбайт, L2=4 Мбайт;

• E6600: частота ядра 2,40 ГГц / FSB 1066 МГц / L1=2x32Кбайт, L2=4 Мбайт;

• E6700: частота ядра 2,66 ГГц / FSB 1066 МГц / L1=2x32Кбайт, L2=4 Мбайт;

• E6800 – характеристики как у Core 2 Extreme X6800 (см. далее), но без поддержки виртуализации (IVT).

• E6850: частота ядра 3,0 ГГц / FSB 1333 МГц, L1=2x32Кбайт, L2= 4 Мбайт;

• E6750: частота ядра 2,66 ГГц / FSB 1333 МГц, L1=2x32Кбайт, L2= 4 Мбайт;

• E6550: частота ядра 2,33 ГГц / FSB 1333 МГц, L1=2x32Кбайт, L2= 4 Мбайт.

Линейку Core 2 Duo c ядром Conroe также пополнил микропроцессор Core 2 Extreme, имеющий индекс 

        X6800: частота ядра 2.93 ГГц / FSB 1066 МГц / кэш L1=2x32 Кбайт, L2= 4 Мбайт.

Core 2 Quad

Это четырёхъядерный процессор,  процессорное ядро называется Kentsfield, оно представляет собой два кристалла Core 2 Duo E6xxx, смонтированных в одном корпусе. У каждой пары ядер имеется по 4 Мбайт L2-кэша, динамически распределяемого исключительно в рамках этой пары. Суммарный объём кэша второго уровня составляет, таким образом, 8 Мбайт. Обе части кэша связаны через через процессорную шину FSB 1066 МГц. Модельный ряд этих процессоров следующий:

• Q6600: частота ядра 2.40 ГГц, FSB 1066 МГц, кэш L1=4x32Кб, L2=2x4 Мб;

• Q6700: частота ядра 2.66 ГГц, FSB 1066 МГц, кэш L1=4x32Кб, L2=2x4 Мб;

• Core 2 Extreme QX6850: частота ядра 3.0 ГГц, FSB 1333 МГц, кэш L1=4x32Кб, L2=2x4 Мб.

Pentium E

Эти недорогие процессоры имеют ядро Allendale, подобно Сeleron E1xxx. Производятся по техпроцессу 65 нм. От серии Core 2 Duo E4xxx процессоры Pentium E отличаются урезанным до 1 Мб кэшем L2, при сохранении частоты FSB 800 МГц и наличии двух ядер. Модельный ряд этих процессоров следующий:

• E2140: частота ядра 1.6 ГГц;

• E2160: частота ядра 1.8 ГГц;

• E2180: частота ядра 2.0 ГГц;

• E2200: частота ядра 2.2 ГГц.