Prescott: Pentium 4 potřetí

Od uvedení prvních procesorů Pentium 4 uplynulo bezmála tři a půl roku během
této doby prošlo přitom jádro procesoru pouze jedinou zásadní změnou: zhruba

před dvěma roky, krátce poté, co P4 dosáhlo hranice dvou GHz, nahradily první

generaci označovanou jako Willamette nové, výkonnější procesory s jádrem

Northwood. Nyní přichází třetí generace procesorů Pentium 4 s jádrem Prescott.



Pentium 4 se pochopitelně během své dosavadní existence dočkalo i mnoha

drobnějších změn, jako byl nárůst frekvence sběrnice či zavedení technologie

Hyper Threading přesto se žádná z nich významně nedotkla vlastní architektury

procesoru. Když Intel před dvěma lety odhalil první plány týkající se Pentia 4

s jádrem Prescott, předpokládalo se, že půjde, podobně jako v případě procesorů

s jádrem Northwood, pouze o zmenšení stávajícího jádra (dané novým výrobním

90nm procesem) a rozšíření vyrovnávací paměti (cache) druhé úrovně. S

přibývajícím množstvím informací bylo ovšem stále jasnější, že Prescott není

Pentium 4 s větší cache pamětí, ale že se ve skutečnosti jedná o zcela nový

procesor, který sice vychází z mikroachitektury NetBurst (jež je srdcem P4),

ale od dosavadních procesorů se v mnohém liší. Změny, které byly v procesoru

provedeny, ovšem úzce souvisí s filozofií architektury NetBurst ta předpokládá

zvyšování výkonu procesorů pomocí rychlého nárůstu pracovních frekvencí.

Ostatně již v době, kdy byly představovány první procesory Pentium 4, Intel

oznámil, že nová architektura umožní v nadcházejících letech dosahovat

pracovních frekvencí nad 5 GHz. Dosavadní Pentium 4 s jádrem Northwood ovšem

takové frekvence dosáhnout nemůže (maximum se pohybuje okolo hranice 3,5 GHz) a

jeho pouhé zmenšení (které obvykle znamená nižší spotřebu a možnost vyšších

pracovních frekvencí) by zřejmě cestu k hranici 5 GHz neotevřelo.

Nové Pentium 4 bylo, podobně jako jeho předchůdci, navrženo tak, aby dosahovalo

co nejvyšších pracovních frekvencí. Jestliže sledujete problematiku procesorů

podrobněji, pak vám dozajista neušlo, že výrobci procesorů používají různé

postupy jak zvýšit výkon. Ten je dán jednak pracovní frekvencí (tedy počtem

pracovních cyklů za vteřinu), a také množstvím práce, které je procesor schopen

v jednom pracovním cyklu průměrně „zvládnout“. Když Intel uváděl v roce 2000

první generaci procesorů Pentium 4, byl jejich výkon, i přes startovní

frekvenci 1,4 GHz, často srovnatelný se staršími procesory pracujícími na

výrazně nižší frekvenci. Hlavní příčinou byla odlišná architektura nových

procesorů ta byla sice uzpůsobena pro snadné zvyšování pracovní frekvence,

množství práce (obvykle označované termínem IPC, tedy Instructions Per Cycle)

odvedené v jednom pracovním cyklu bylo ovšem o něco nižší. Jistou roli pak

hrála i absence programů optimalizovaných pro nový procesor.

Moderní CPU zpracovávají obvykle mnoho instrukcí současně (jak paralelně, tak

po krocích v sérii): výpočty (instrukce) jsou na sobě ovšem často závislé aby

procesor nemusel vždy čekat na dokončení předchozích výpočtů, obsahuje

speciální jednotky, které se starají o správné řazení instrukcí, jež jsou na

sobě závislé, a odhaduje výsledky logických operací, aby mohl celé „potrubí“ co

nejefektivněji zaplnit. I když jsou tyto odhady poměrně úspěšné, občasný omyl

je nevyhnutelný. V takovém případě je nutné sekvenci výpočtů zastavit, potrubí

„vyčistit“ a naplnit znovu. Čím delší je toto potrubí (čím více sekcí či kroků

obsahuje), tím déle trvá jeho vyčištění a znovunaplnění, a tím větší množství

operací je nutno „zahodit“. Výhodou dlouhého instrukčního potrubí je, že

umožňuje rozdělit výpočty na menší části, které je možno provádět rychleji

(souvisí to i se složitostí obvodů na CPU), a tím lze dosahovat vyšší pracovní

frekvence. Jeho nevýhodou je naopak nižší hodnota IPC, tedy počet instrukcí

zpracovaný průměrně za jeden pracovní cyklus (kvůli větší „penalizaci“ za

špatný odhad).

Zatímco Pentium III mělo instrukční potrubí s deseti kroky, první a druhá

generace Pentia 4 zvýšily jeho délku na dvojnásobek. Třetí generace P4 s jádrem

Prescott má instrukční potrubí opět prodlouženo na 31 kroků. Důvod je jasný:

nové instrukční potrubí umožňuje snazší zvyšování pracovní frekvence. Aby byl

eliminován či minimalizován negativní dopad delšího instrukčního potrubí, byly

pozměněny i další části procesoru. Tou nejviditelnější změnou je zvětšení

vyrovnávací paměti druhé úrovně na 1 MB, zvětšena a pozměněna ovšem byla i

vyrovnávací paměť první úrovně (na 16 KB). Vylepšeny byly pochopitelně jednotky

pro řazení instrukcí (Schedule) a předpovídání větvení (Branch Prediction) na

detailní rozbor těchto úprav ale bohužel nemáme dostatek prostoru. Pozitivních

změn se konečně dočkaly i hlavní celočíselné jednotky (ALU) jednou z

nejvýznamnějších je „reduced integer multiply“, tedy schopnost procesoru

násobit celá čísla přímo v celočíselné ALU (dříve se tyto výpočty prováděly za

pomoci jednotky pro výpočet v plovoucí desetinné čárce).

Nové Pentium 4 „Prescott“ je prozatím uváděno na stejných frekvencích jako

procesory s jádrem Northwood konkrétně se jedná o 2,8, 3, 3,2 a nově též 3,4

GHz (3,4GHz P4 s jádrem Northwood je taktéž novinkou). Aby bylo možné procesory

snáze odlišit, jsou ty s novým jádrem označeny písmenem E (např. Pentium 4

2,80E). Procesory lze osadit do existujících desek s čipovými sadami i865/i875

obvykle je ale nutná aktualizace BIOSu, doporučujeme též ověřit kompatibilitu

na stránkách výrobce. Je pravděpodobné, že Prescott budou podporovat i desky s

čipsety jiných výrobců, v době uzávěrky jsme však neměli k dispozici přesné

údaje. Z plánů Intelu pro rok 2004 vyplývá, že procesory s frekvencí 3,4 GHz

jsou konečnou pro patici s478. Rychlejší Pentia 4 (výhradně s jádrem Prescott)

budou určena pro novou patici LGA-775, která se objeví v průběhu roku.

Tím nejdůležitějším je ale pochopitelně výkon nových Pentií 4. Ten ovlivňuje

jak delší instrukční potrubí (negativně), tak i větší cache a další inovace

(pozitivně). Při srovnání se staršími P4 Northwood na stejné pracovní frekvenci

je nové P4 Prescott výjimečně o něco rychlejší, obvykle se ale spíše drží v

těsném závěsu. Rozdíly jsou malé (do 3 až 5 procent, výjimečně 7 procent),

nehledě na to, že současné aplikace nejsou pro nový procesor (zejména instrukce

SSE3) optimalizovány. Zajímavé přitom je, že na vyšších pracovních frekvencích

je u mnoha testů rozdíl menší zdá se, že architektura Prescottu je pro vysoké

frekvence skutečně optimalizována.

Prescott představuje novou generaci procesorů Pentium 4, jejíž plný potenciál

se projeví až během tohoto roku poté, co budou uvedeny jeho rychlejší varianty

pro novou platformu (patici) LGA-775 (do konce roku bychom se měli dočkat 4GHz

modelu). Prodává se za stejnou cenu jako klasická Pentia 4, a se současnými

aplikacemi nenabízí prozatím žádnou zásadní výhodu. Pokud si tedy nyní kupujete

nové PC s Pentiem 4, můžete klidně zůstat u starší varianty Northwood. Čas

Prescottu přijde koncem jara, s uvedením patice LGA-775. Zajímavé bude

pochopitelně i srovnání s konkurenčním procesorem AMD Athlon 64, který je již

dostupný ve třech variantách (3000+, 3200+ a 3400+), to je ale samostatné téma,

jemuž se budeme věnovat až si možnosti, vlastnosti a výkon Prescottu řádně

osaháme.





Extrémní Pentium 4 3,4 GHz

Krátce po Prescottu dorazila do redakce další žhavá novinka Intelu procesor

Pentium 4 Extreme Edition na frekvenci 3,4 GHz. Extreme Edition je postaven na

architektuře Northwood, je však vybaven rozsáhlou L3 cache pamětí o velikosti 2

MB, která mu spolu s vysokou frekvencí propůjčuje obrovský výkon. První

provedené testy naznačují, že nové „XE“ převzalo titul nejvýkonnějšího PC

procesoru (ten doposud náležel Athlonu 64-FX 51, těsně následovanému starší

verzí Pentia 4 „XE“ s frekvencí 3,2 GHz). Přesto nebo právě proto není Extreme

Edition konkurencí klasických Pentií 4 ani nového Prescottu jeho cena se blíží

hranici 30 000 Kč bez DPH, a je tak určeno těm nejnáročnějším uživatelům, kteří

se při koupi nejvýkonnějšího PC neohlížejí na peníze.