Pentium 4 potřetí - 90nm Prescott
1.2.2004, Eagle , článek
Dnes je uveden první procesor vyráběný 90nm technologií. Kódové označení následníka současného Pentia 4 zní Prescott a do vínku si přinesl vyšší frekvence, větší cache a různé úpravy v pipeline. Jde o největší úpravu architektury NetBurst od jejího uvedení.
Kapitoly článku:
- Pentium 4 potřetí - 90nm Prescott
- Prescott - třetí jádro pro Pentium 4
- Prescott - změny v architektuře
- Spotřeba elektrické energie
- Kompatibilita, shrnutí
Spotřeba a tepelný výkon
Jedním z nejdiskutovanějších témat ohledně procesoru Prescott je spotřeba. V dřívějších letech znamenal přechod na menší transistory vždy menší napětí a tím i nižší spotřebu. 90nm bude nejspíše první technologií, která tento trend změní.
Nebude vás napínat, zde jsou elektrické a termální specifikace procesoru Prescott a nových čipů vyráběných starou technologií 0.13um (porovnání s některými staršími čipy):
Vysvětlivky k tabulce:
VID - Napětí procesoru při nulovém proudu.
Vcc Max - Napětí procesoru při maximálním proudu
Icc Max - Maximální proud
TDP (Thermal Design Power) - Tepelný výkon při vykonávání běžných, nestresových a nepříliš optimalizovaných aplikací. Cílová hodnota pro návrh chladičů.
Max Power - Maximální spotřeba a tepelný výkon při vykonávání zátěžových testů a silně optimalizovaného software.
Zvěsti o šílené spotřebě procesorů Prescott se naplnily. Typická spotřeba 89W pro modely do 3.0 GHz a 103W pro rychlejší je opravdu nevídaná. Prescott je také král v proudovém odběru - 78A a 91A jsou hodnoty, které nedosahuje žádný jiný x86 procesor. Uvedené hodnoty zároveň značí problémy s výrobou čipu. Jakmile výrobce udává pro různé frekvence stejné hodnoty, znamená to, že se jedná o výběrové kusy (podobně jako je tomu například u procesorů pro notebooky). 3.4 GHz je možná konečná stanice pro platformu socket 478. Vyrábět rychlejší procesory 0.13um technologií již není možné a Prescott se kvůli proudovým požadavkům těžko vejde do možností již vyrobených základních desek - jeho výroba a následná selekce čipů by tak byla značně nákladná.
Srovnání s konkurencí a Tcontrol hodnota
Po shlédnutí obrovský čísel si neodpustím srovnání s konkurencí v podobě Athlonů XP a Athlonů 64.
Čipy od AMD mají, vzhledem k výpočetnímu výkonu, výrazně nižší spotřebu než procesory Intelu. Přímý protivník Prescottu, procesor Athlon 64, má i při plné frekvenci výhodu nějakých 30W. Jak jsem na toto číslo přišel? Prescott má maximální spotřebu cca. 115W, k tomu přičtěme výkon north bridge i875P, který činí 12.1W. Výsledek je kolem 125W. Athlon 64 má maximum 89W, k tomu přičtěme výkon AGP tunelu, který činí 4.07W (zbytek north bridge je integrován v procesoru), výsledek je necelých 95W.
A pokud budeme uvažovat výhody technologie Cool'n'Quiet, která Athlonu 64 umožňuje významně snížit spotřebu až na úroveň, kdy počítač přehrává film a větrák chladiče procesoru je vypnutý, je jasným vítězem pro tvorbu výkonného a zároveň tichého počítače Athlon 64.
Intel toto ví a je to pro něj bezvýchodná situace. Ke snížení spotřeby by bylo nutné totálně změnit architekturu čipu (to trvá roky) nebo minimálně umožnit přepínání na nižší frekvence a napětí - jenže to zase neumí současné základní desky. Jediné, co bylo možné pro uživatele v tomto směru udělat, je snížit otáčky ventilátoru v případě nevytížení procesoru.
Proto byla zavedena hodnota Tcontrol. Jedná se o předem stanovenou teplotu, kdy je nutné větrák chladiče procesoru pustit na maximální otáčky. Pokud je teplota nižší než Tcontrol, je naopak možné otáčky snížit. To sice vede k celkově vyšší teplotě čipu, ale zároveň také k menší produkci nepříjemného hluku v době nevytížení.
Domnívám se (a pevně doufám), že budoucí varianta Prescottu pro socket LGA775 již bude obsahovat technologii podobnou Enhanced SpeedStep známou z procesorů Pentium M.
Jedním z nejdiskutovanějších témat ohledně procesoru Prescott je spotřeba. V dřívějších letech znamenal přechod na menší transistory vždy menší napětí a tím i nižší spotřebu. 90nm bude nejspíše první technologií, která tento trend změní.
Nebude vás napínat, zde jsou elektrické a termální specifikace procesoru Prescott a nových čipů vyráběných starou technologií 0.13um (porovnání s některými staršími čipy):
Frekvence | VID | Vcc Max | Icc Max | TDP | Max. Power |
Pentium 4, Willamette, 0.18um | |||||
1.5 GHz | 1.700V | 1.63V | 43.0A | 54.7W | 70.0W |
1.7 GHz | 1.750V | 1.66V | 48.1A | 63.5W | 79.8W |
2.0 GHz | 1.750V | 1.64V | 57.4A | 75.3W | 94.2W |
Pentium 4, Northwood, 0.13um | |||||
2.0 GHz | 1.500V | 1.42V | 44.3A | 52.4W | 62.7W |
2.4 GHz | 1.525V | 1.43V | 52.4A | 66.2W | 74.7W |
2.8 GHz | 1.525V | 1.42V | 55.9A | 69.7W | 79.3W |
3.2 GHz | 1.550V | 1.42V | 67.4A | 82.0W | 95.8W |
3.4 GHz | 1.550V | 1.41V | 71.6A | 89.0W | 101.2W |
Pentium 4, Gallatin, 0.13um | |||||
2.8 GHz | 1.550V | 1.42V | 60.5A | 78.0W | 85.9W |
Pentium 4 Extreme Edition, Gallatin, 0.13um | |||||
3.2 GHz | 1.550V | 1.41V | 71.5A | 92.1W | 101W |
3.4 GHz | 1.600V | 1.45V | 77.7A | 102.9W | 113W |
Pentium 4, Prescott, 90nm | |||||
2.8 GHz | 1.400V | 1.29V | 78A | 89W | 100W |
3.0 GHz | 1.400V | 1.29V | 78A | 89W | 100W |
3.2 GHz | 1.400V | 1.27V | 91A | 103W | 115W |
3.4 GHz | 1.400V | 1.27V | 91A | 103W | 115W |
Vysvětlivky k tabulce:
VID - Napětí procesoru při nulovém proudu.
Vcc Max - Napětí procesoru při maximálním proudu
Icc Max - Maximální proud
TDP (Thermal Design Power) - Tepelný výkon při vykonávání běžných, nestresových a nepříliš optimalizovaných aplikací. Cílová hodnota pro návrh chladičů.
Max Power - Maximální spotřeba a tepelný výkon při vykonávání zátěžových testů a silně optimalizovaného software.
Zvěsti o šílené spotřebě procesorů Prescott se naplnily. Typická spotřeba 89W pro modely do 3.0 GHz a 103W pro rychlejší je opravdu nevídaná. Prescott je také král v proudovém odběru - 78A a 91A jsou hodnoty, které nedosahuje žádný jiný x86 procesor. Uvedené hodnoty zároveň značí problémy s výrobou čipu. Jakmile výrobce udává pro různé frekvence stejné hodnoty, znamená to, že se jedná o výběrové kusy (podobně jako je tomu například u procesorů pro notebooky). 3.4 GHz je možná konečná stanice pro platformu socket 478. Vyrábět rychlejší procesory 0.13um technologií již není možné a Prescott se kvůli proudovým požadavkům těžko vejde do možností již vyrobených základních desek - jeho výroba a následná selekce čipů by tak byla značně nákladná.
Srovnání s konkurencí a Tcontrol hodnota
Po shlédnutí obrovský čísel si neodpustím srovnání s konkurencí v podobě Athlonů XP a Athlonů 64.
Procesor | Frekvence | VID (= Vcc Max) | Icc Max | Typicky | Max. Power |
Athlon XP 2700+ | 2166 MHz | 1.65V | 41.4A | 62.0W | 68.3W |
Athlon XP 3200+ | 2200 MHz | 1.65V | 46.5A | 60.4W | 76.8W |
Athlon 64 3400+ (w/ Cool'n'Quiet) | 2200 MHz (max) | 1.5V | 57.8A | ? | 89W |
2000 MHz | 1.4V | 48.4A | ? | 70W | |
800 MHz (min) | 1.3V | 25.2A | ? | 35W | |
Athlon 64 3000+ (w/ Cool'n'Quiet) | 2000 MHz (max) | 1.5V | 57.8A | ? | 89W |
1800 MHz | 1.4V | 45.6A | ? | 66W | |
800 MHz (min) | 1.3V | 25.2A | ? | 35W | |
Athlon 64 FX-51 | 2200 MHz | 1.5V | 57.4A | ? | 89W |
Čipy od AMD mají, vzhledem k výpočetnímu výkonu, výrazně nižší spotřebu než procesory Intelu. Přímý protivník Prescottu, procesor Athlon 64, má i při plné frekvenci výhodu nějakých 30W. Jak jsem na toto číslo přišel? Prescott má maximální spotřebu cca. 115W, k tomu přičtěme výkon north bridge i875P, který činí 12.1W. Výsledek je kolem 125W. Athlon 64 má maximum 89W, k tomu přičtěme výkon AGP tunelu, který činí 4.07W (zbytek north bridge je integrován v procesoru), výsledek je necelých 95W.
A pokud budeme uvažovat výhody technologie Cool'n'Quiet, která Athlonu 64 umožňuje významně snížit spotřebu až na úroveň, kdy počítač přehrává film a větrák chladiče procesoru je vypnutý, je jasným vítězem pro tvorbu výkonného a zároveň tichého počítače Athlon 64.
Intel toto ví a je to pro něj bezvýchodná situace. Ke snížení spotřeby by bylo nutné totálně změnit architekturu čipu (to trvá roky) nebo minimálně umožnit přepínání na nižší frekvence a napětí - jenže to zase neumí současné základní desky. Jediné, co bylo možné pro uživatele v tomto směru udělat, je snížit otáčky ventilátoru v případě nevytížení procesoru.
Proto byla zavedena hodnota Tcontrol. Jedná se o předem stanovenou teplotu, kdy je nutné větrák chladiče procesoru pustit na maximální otáčky. Pokud je teplota nižší než Tcontrol, je naopak možné otáčky snížit. To sice vede k celkově vyšší teplotě čipu, ale zároveň také k menší produkci nepříjemného hluku v době nevytížení.
Domnívám se (a pevně doufám), že budoucí varianta Prescottu pro socket LGA775 již bude obsahovat technologii podobnou Enhanced SpeedStep známou z procesorů Pentium M.
