Материал опубликован - 12/04/2002
Обзор и тесты процессора Intel Pentium
4 2,2ГГц,
или
"По ту сторону 0,13 микрон"
Начнем с лирики...
Итак, что же представляет из себя новый процессор, чем же он отличается от
своих предшественников? С одной стороны, Pentium 4 с частотой 2,20 ГГц - продукт,
несомненно, эволюционного развития, в архитектуре его ядра (т.н. "Northwood")
нет ничего столь уже нового. Простое увеличение тактовой частоты на 10% и удвоение
объема кэш второго уровня (CL2) - этим трудно действительно удивить. Однако
гораздо важнее совсем другое - переход на новый технологический процесс - 0,13
мкм. Но разберемся сначала, что привело к этому переходу.
Согласно закону Мура количество транзисторов на кремниевой пластине каждые
два года удваивается. Это приводит к увеличению их быстродействия, что позволяет
делать микропроцессоры более функциональными и производительными при одновременном
снижении энергопотребления (а значит и тепловыделения), размеров и стоимости
микросхемы. Достигнув порога в 2 ГГц, 0,18-микронная технология вплотную подошла
к своему пределу. Да, многочисленные тесты, о которых мы не раз говорили, подтверждают
невысокое тепловыделение процессоров Intel, способных выдерживать даже снятие
радиатора. Но все же проблема перегрева кристалла существует. Ядро процессоров
Pentium 4 греется неравномерно, при этом тепловыделение отдельных участков этого
ядра значительно превышает тепловыделение других его блоков. Поэтому даже при
кажущейся общей невысокой рабочей температуре старших моделей, выполненных по
0,18-микронной технологии, дальнейший рост тактовой частоты представляется затруднительным.
Однако еще задолго до успешного "штурма" двухгигагерцового порога
инженеры Intel готовили переход на новую, более совершенную технологию производства
микросхем.
Еще 7 ноября 2000 года Intel первой среди производителей полупроводниковых
устройств объявляет о завершении разработки 0,13-микронной технологии производства.
Не прошло и полугода, как Intel изготавливает по новой технологии кремниевую
микросхему на 300 мм пластине (завод D1C). А уже в июле 2001 года по этой технологии
начинается массовое производство пяти новых процессоров для мобильных ПК, в
том числе и Intel Pentium III-M. Одновременно компания представляет первые 0,13-микронные
процессоры для серверов и настольных систем. Таким образом, Intel стала первой
в мире компанией, начавшей массовое производство продукции по техпроцессу 0,13
мкм. А 17 октября прошлого года открылось второе предприятие, предназначенное
для массового производства продукции исключительно по новой технологии на 200
мм пластинах, - Fab 22 (Чендлер, штат Аризона). Кстати, в строительство и оборудование
этого завода Intel вложила $2 млрд. - еще одно свидетельство стремительного
удорожания производства с переходом на все более "тонкие" технологии.
Что к чему
Основным отличием 0,13-микронной технологии генерации логических схем является
возможность использования самых быстродействующих в мире транзисторов с самой
маленькой величиной затвора (напомню, что все современное компьютерное железо
- это МОП (металл-оксид-полупроводник) технология, грубо говоря, "полевики"
с изолированным затвором), позволяющая Intel производить микросхемы с транзисторными
элементами исключительно малых размеров - толщиной не более одной тысячной доли
человеческого волоса. Полезная ширина канала транзистора составляет 0,06 мкм,
что более чем в два раза меньше номинального значения 0,13 мкм, а толщина оксидного
слоя затвора не превышает 1,5 нм (фактически, это 6-7 атомов).
Транзистор процессора (увеличенный вариант)
(для увеличения шелкните по изображению)
Заглянем в будущее...
Сравнение разработки новых техпроцессов до 2009 года
(для увеличения шелкните по изображению)
Еще одно из новшеств при производстве процессоров Pentium 4 с ядром "Northwood"
- использование медных соединений. Эти соединения связывают различные слои,
из которых состоит микропроцессор, структура которого аналогична "небоскребу"
на поверхности кремниевой пластины. Раньше для межслойных соединений применялся
алюминий. Но медь - лучший проводник, имеющий меньшее удельное сопротивление.
Поэтому при производстве процессоров по 13 мкм техпроцессу Intel применяет технологию
схемных соединений, основанную на использовании шести слоев меди особой марки.
Следствием является снижение энергопотребления и тепловыделения. При производстве
микросхем сохраняется оптимальный коэффициент формы (отношение длины к ширине)
металлических токопроводящих дорожек - 1,6:1 - и низкое линейное сопротивление
схемных соединений. Кстати, общая длина соединений в процессоре Intel Pentium
4 с частотой 2,20 ГГц превышает три километра!
Итак, применение новой 0,13-микронной технологии с медными соединениями привело
к значительному уменьшению площади ядра процессора - до 145 мм2 против 214 мм2
у Pentium 4, выпускавшихся по нормам 0,18 мкм техпроцесса (т.н. "Willamette").
Напряжение питания ядра снизилось с 1,75 до 1,5 В (теоретически транзистору
0,13 мкм достаточно вообще 1,3 В). И если у Pentium 4 2,0 ГГц рассеиваемая тепловая
мощность составляла 69 Вт, то у нового Pentium 4 с частотой 2,20 ГГц она составляет
всего 41 Вт. Все это позволило инженерам Intel увеличить общее количество транзисторов
в процессоре с 42 000 000 до 55 000 000. При этом 40% всех транзисторов отведены
под кэш второго уровня, объем которого соответственно вырос с 256 до 512 Кб.
Именно об этом и свидетельствуют последние три цифры нижней строчки маркировки
процессора.
Вполне логично, что новое ядро требует новую нагрузочную прямую питания процессора,
но тут у пользователей голова "болеть" не должна - VRM всех материнских
плат под Socket 478 требуемую прямую поддерживает. Самое страшное, что может
грозить - это необходимость "перепрошивки" BIOS.
Впрочем, на новом техпроцессе и удвоенном кэш второго уровня различия между
"старым" Pentium 4 и новым, оказывается, не исчерпываются. В новом
ядре, в отличие от предшественника, поддерживается On-chip APIC hardware. Это
означает, что в Pentium 4 с частотой 2,20 ГГц разрешена поддержка SMP-конфигураций.
Официально процессоры Pentium 4 двухпроцессорные конфигурации не поддерживают,
но, по-видимому, Intel в очередной раз остроумно сэкономила. И не являются ли
в этом случае Pentium 4 c частотой 2,20 ГГц и Xeon ("Prestonia") по
сути дела одним и тем же процессором, только с различными форм-факторами: Socket
478 против Socket 603?
В таком случае не исключено, что в будущем могут появиться Dual Socket 478 материнские
платы, конечно, произведенные не Intel.
Хотя Intel и производит Pentium4 на новом ядре с тактовыми частотами, меньшими,
чем 2,20 ГГц (например, Intel Pentium 2А ГГц), появление этого процессора поставило
жирный крест на Socket 423. Pentium 4, произведенные по 0,13-микронному техпроцессу,
будут только на разъем Socket 478.
Итак, это была теория. Ну а что же на практике? Даст ли удвоенный кэш L2 нелинейный
относительно тактовой частоты прирост производительности процессору Intel Pentium
4 с частотой 2,20 ГГц по сравнению с его предшественником? Это вы узнаете из
тестов…
Тесты… 3, 2, 1, 0 … поехали!
Тестовая платформа
(для увеличения шелкните по изображению)
Сравнение нового процессора Pentium 4 с частотой 2,20 ГГц велось преимущественно
с его предшественником - Pentium 4 2,00 ГГц, выполненном по 0,18-микронной технологии.
Безусловно это минус, что сравнивать пришлось только "камни" одной
фирмы-производителя, но все же на результаты взглянуть стоит.
Тестирование велось параллельно на системах, построенных на чипсетах i845D
(материнская плата Intel D845BG) и i850 (материнская плата Intel D850MD). Во
всех системах были установлены видеоадаптеры ASUS V8200 64 Мб DDR и жесткие
диски IBM IC35L60AVER07.
Напомню, что наибольший интерес представляет вопрос: "Дает ли удвоенный
кэш второго уровня новому процессору дополнительную производительность, по сравнению
с предыдущими моделями Pentium 4?" Поскольку у нас, к сожалению, не было
процессоров с одинаковой тактовой частотой, пришлось прибегнуть к помощи знакомой
еще по школьному курсу пропорции. Отношение между частотами процессоров составляет
1,1 (2200/2000). По результатам тестирования соотношения производительностей
лежат в интервале от 1 до 1,22. С нижним пределом все ясно - ухудшения производительности
добиться трудно :), хотя в Интернете есть материалы, рассказывающие о таких
умельцах. А вот 1,22 - прекрасный результат, свидетельствующий практически о
10% росте производительности! Справедливости ради надо отметить, что такой показатель
был зафиксирован нами лишь единожды в Test CPU MemoryMOVSDtest. Обычно коэффициент
составлял порядка 1,15-1,16, что свидетельствует о 5% добавочной производительности.
Напоследок
Иными словами, хотя новый Pentium 4, выполненный по 0,13-микронной технологии,
и является продуктом эволюционного развития - это совсем неплохой продукт, хоть
и подвели с новым чипсетом i845D, как видно из тестов (об этом чипсете мы поговорим
с вледующем нашем материале). Инженеры Intel не просто увеличили тактовую частоты,
но и, используя преимущества новой технологии, удвоили объем кэш второго уровня,
получив в итоге более совершенный и производительный процессор, хотя общественность,
как и в большинстве случаев, ждала чего-то революционного.
Но могу вас успокоить - после внедрения новых технологий Intel, таких, как
Hyper-Threading в процессоры, направленные на применение в настольных системы,
и обширное внедрение кэша 3го уровня, производительность и работа с приложениями
поднимутся на принципиально новый уровень. А начнется все (мнение Hardvision)
после выхода новых процессоров - 64-битнного серверного McKinley
(середина 2002), и Prescott, выход которого запланирован во второй половине
2003 года.
Итак, с новым "камнем" - P4 2,2 ГГц борьба Intel vs. AMD продолжается…
Ссылки по теме:
- CeBIT-2002
- Корпорация
Compaq начинает год с выпуска серии усовершенствованных ПК Presario
- Процессор
Intel McKinley: подробности
- Intel
Pentium с частотой 5 ГГц без охлаждения
- Intel Pentium 4 1.4 и 1.5 ГГц - все или
почти все о нем
Автор Дмитрий Коростелев, статья
предоставлена журналом "Хабаровский
компьютерный рынок"
Редактирование и дополнение Дмитрий "Digit" Петрусенко
В статье использовались материалы корпорации Intel
