Intel Pentium 4 E 'Prescott' review

Prescott-specificaties

Hieronder een tabel waarin de specificaties van de nieuwe Prescott en een aantal andere leden van de Pentium 4-familie zijn terug te vinden, naast die van de bekende AMD-modellen:

Features

Athlon 64 FX

Athlon 64

Pentium 4 C

Pentium 4 E

Pentium 4 EE

XP 3200+

Kloksnelheid

2,2-2,4GHz

2-2,2GHz

2,4-3,4GHz

2,8-3,4GHz

3,2-3,4GHz

2,2GHz

Procédé (µ)

0,13 SOI

0,13 SOI

0,13 Cu

0,09 Cu

0,13 Cu

0,13 Cu

Transistors

105,9 M

105,9 M

55 M

125 M

168 M

37,5 M

Spanning

1,55 V

1,55 V

1,5 - 1,55 V

1,3 - 1,5 V

1,55 V

1,65 V

Grootte core

193mm²

193mm²

131mm²

112mm²

>200mm²

101mm²

Pipeline (integer / FP)

12 / 17 stappen

12 / 17 stappen

21 stappen

31 stappen

21 stappen

10 / 15 stappen

Adresruimte

Athlon 64 FX

Athlon 64

Pentium 4 C

Pentium 4 E

Pentium 4 EE

XP 3200+

Fysiek

1TB flat (40 bit)

1TB flat (40 bit)

64GB PSE (36 bit)

64GB PSE (36 bit)

64GB PSE (36 bit)

4GB

Virtueel

256TB (48 bit)

256TB (48 bit)

4GB

4GB

4GB

4GB

SIMD

3DNow! / SSE / SSE2

3DNow! / SSE / SSE2

SSE / SSE2

SSE / SSE2 / SSE3

SSE / SSE2

3DNow! / SSE

Cache

Athlon 64 FX

Athlon 64

Pentium 4 C

Pentium 4 E

Pentium 4 EE

XP 3200+

L1-cache (data / instr.)

64KB / 64KB

64KB / 64KB

8KB / 8-16KB **

16KB / 8-16 KB **

8KB / 8-16KB **

64KB / 64KB

L1-latency

3

3

2

2

2

3

L2-cache

1024KB

1024KB

512KB

1024KB

512KB

512KB

L2-breedte

128 bit

128 bit

256 bit

256 bit

256 bit

64 bit

L2-latency

16

16

9 ~ 20

9 ~ 20 ***

9 ~ 20

11 ~ 20 *

L3-cache

-

-

-

-

2MB

-

Geheugen

Athlon 64 FX

Athlon 64

Pentium 4 C

Pentium 4 E

Pentium 4 EE

XP 3200+

Configuratie

2x DDR400

DDR400

2x DDR400

2x DDR400

2x DDR400

DDR400

Bandbreedte

6,4GB/s

3,2GB/s

6,4GB/s

6,4GB/s

6,4GB/s

3,2GB/s

** 12.000 micro-ops, vergelijkbaar met 8KB L1-cache als er veel complexe instructies worden uitgevoerd, maar bij simpele instructies komt het meer overheen met 16KB.

*** Niet gemeten.

De grote verrassing hier is dat Intel het deel van de pipeline achter de trace cache met nog eens tien stappen heeft verlengd. Als het aantal stappen voor de trace cache gelijk is gebleven, dan kent Prescott in totaal ongeveer 39 stappen. Hoewel de eerste 8 stappen slechts decodeerwerk doen en dus - in de meeste gevallen - geen effect hebben op de branch mispredection penalty, geeft dit een goed idee van in hoeverre de architectuur is ontworpen voor hogere kloksnelheid. De Athlon 64 kent maar 12 stappen, inclusief decoding. We hebben nu een betere schatting van hoe groot de trace cache is ten opzichte van een normale L1 I-cache. Intel schat dat het tussen de 8 en 16KB ligt. Nu de L1 D-cache is verdubbeld naar 16KB heeft de Pentium 4 een even grootte L1-cache aan boord als de oudere Pentium III. De cache is tevens een cycle sneller. Ook opmerkelijk is de grootte van de Prescott-core: slechts 112mm² met 125 miljoen transistors. Als AMD in de herfst overstapt op 0,09 micron zal de Athlon 64 ongeveer 120mm² worden.

125 miljoen transistors?

Het aantal transistors van Prescott was voor veel mensen verbazend groot. Laten we eens berekenen hoeveel transistors 512KB extra L2-cache kost:

512 * 1024 (kilobyte) * 8 (bits) * 6 (aantal transistors in één SRAM-cel) = 25,2 miljoen

Wanneer we dat optellen bij het aantal transistors van Northwood (55 miljoen) komen we uit op ongeveer 80 miljoen transistors. Tellen we er nog een miljoen bij voor het grotere L1-cache en een paar grotere buffers, dan komen we nog lang niet aan het enorme aantal van 125 miljoen. Markus Weingartner van Intel licht toe:

"Een groot aantal transistors is bestemd voor de 'Full Scan'-technologie. Dat is een debugging technologie die het voor ons mogelijk maakt de CPU te debuggen tot op de kleinste functionele onderdelen. Ook moet je bedenken dat er nieuwe instructies zijn toegevoegd aan de Prescott, niet alleen maar cache."

Zelfs met deze uitleg van Intel in het achterhoofd is het echter duidelijk dat Prescott een aantal features bevat die op dit moment nog simpelweg uitgeschakeld zijn. De meest waarschijnlijke kandidaten zijn een 64-bits uitbreiding op x86 en ondersteuning voor Dynamic Multi Threading met speculative pre-execution. De Prescott-core zoals die er nu ligt is in feite echter nog gewoon een Northwood, met verbeteringen voor vier specificieke doeleinden:

• Hogere kloksnelheden mogelijk maken


• Negatieve invloed van de lange pipeline verminderen


• Performance van HyperThreading verbeteren


• IPC (Instructions Per Clockcycle) verhogen

De eerste doelstelling is bereikt door het verbeterde klokdistributienetwerk, die vier keer zo goed is in vergelijking tot Northwood, en het laten ontwerpen van functionele blokken door computers, speciaal gericht op beter opschalen.

• Volgende pagina 3. Architecturale verbeteringen