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Pentium 4, da ieri ad oggi

14/09/2004
- A cura di
Hardware & Periferiche - Una panoramica su uno dei più grandi e discussi processori desktop di questi ultimi anni.

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P4_logo_m.jpgSono passati ormai più di due anni dalla commercializzazione del primo Pentium 4, e ancora questo processore si trova sulla cresta dell'onda..

Ma parliamoci chiaro, questo processore, per diventare quello che ora è, è stato il risultato di molte modifiche, apportate al progetto originale, Willamette. A tal proposito, vediamo di fare un passo indietro...

  • Cenni "Storici"
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    AMD, dal suo canto, era riuscita per prima a superare la "barriera" del GigaHertz; per la casa di Sunnyvale quindi, fu un bel periodo. All'inizio Intel invano aveva tentato di introdurre un processore che raggiungesse quelle frequenze, infatti il Pentium III (Coppermine) 1.13 GHz, venne subito ritirato dal mercato per consistenti problemi di funzionamento. Fu quindi un glorioso periodo per AMD, infatti, si potè notare come la parola "GigaHertz" bastasse a promuovere i propri processori. Solo più tardi Intel, riuscì ad immettere sul mercato processori che superarono il GHz, gli ultimi Pentium III, Coppermine e Tualatin. Questi processori erano dotati di una validissima architettura, che purtroppo però, non permetteva elevatissime frequenze di clock, difatti l'ultimo Pentium III (Tualatin), peraltro destinato a piattaforme server, si fermò a 1.4 GHz.

    Intel doveva quindi riscattarsi. Capì che ormai le vendite dei processori erano in larga parte legate alla loro frequenza di funzionamento: più il processore era veloce, più era "richiesto". Fu questa "filosofia" a dare vita all'architettura NetBurst, quella che tutt'ora costituisce il Pentium 4. Questa CPU quindi, si potrebbe definire quasi come una CPU da marketing. Le Pipeline furono allungate fino a 20 stadi in modo da garantire una maggiore frequenza, anche se le operazioni per ciclo di clock, erano in numero inferiore rispetto, per esempio, ad Athlon. Ma ciò non costituì un grosso ostacolo per Intel.

  • Nascita e sviluppo del Pentium 4
  • Willy2.jpg

    Nel 2001, esce finalmente il Pentium 4, processore dalle grandi aspettative. Il primo Pentium 4, era costituito da core Willamette, core che presentava molte innovazioni, quali, oltre ad un'architettura completamente nuova (NetBurst Micro Architecture), l'introduzione delle allora nuove istruzioni SSE2 (Streaming SIMD Extensions 2), 256 kB di cache di secondo livello a 8 vie, nuovo package PPGA (con socket 423 pin), e, cosa più importante, l'introduzione dell'ormai famoso Bus Quad Pumped. Questo particolare bus, riesce infatti a quadruplicare la frequenza del Front Side Bus, aumentando di molto la banda passante. Con il core Willamette, questo Bus si è "fermato" alla frequenza di 400 MHz (100x4).

    Direte, un processore formidabile, ma non andò tutto esattamente come preventivato da Intel. Infatti questo processore, era legato inevitabilmente ad un particolare tipo di memorie: Rambus. Queste memorie, oltre ad essere poco reperibili sul mercato, erano caratterizzati da costi molto alti, che "raddoppiavano", se pensiamo che dovevano essere montate obbligatoriamente in coppia. AMD invece, aveva adottato la soluzione DDR, che stava prendendo sempre più piede sul mercato, dati i prezzi non troppo alti e le prestazioni di alto livello. Il primo Pentium 4, quindi, non ottenne il successo sperato. Intel decise quindi di abbandonare Rambus, che oltretutto stava creando non pochi problemi a livello di chipset. Fu creato quindi il chipset i845, con supporto SDRAM; memorie ormai superate con il processore più veloce sul mercato, un'accoppiata alquanto insolita: un chiaro segnale di una grande crisi per Intel.

    AMD si era praticamente guadagnata il monopolio sulle CPU x86, l'Athlon continuava a dare ottimi risulati, e non solo per le frequenze che riusciva a raggiungere, soprattutto in Overclock, ma perché aveva, a differenza del diretto concorrente Willamette, una validissima architettura alle spalle, caratterizzata soprattutto da una FPU molto potente.

    Intel perciò, si vide costretta a rivedere quasi completamente il piano Pentium 4. Stava per nascere un nuovo core, che, pur puntando alla maggior frequenza possibile, sarebbe stato all'altezza, e forse più, di Athlon.

  • Northwood, il Pentium 4 che tutti conosciamo.
  • P4-13die.jpgIl progetto Willamette, venne abbandonato, e nel 2002, proprio quando le ultime versioni di questo core erano rilasciate con package 478 pin, venne immesso sul mercato Northwood, il successore di Willamette, destinato a permanere fino ai giorni nostri. Il neo nato di casa Intel, disponeva di molte innovazioni; la prima, il processo produttivo, che passò da 0,18 micron a 0,13 micron, permettendo consumi ed emissione di calore in quantità minori (almeno per quanto riguarda i primi step) ; il raddoppio della cache di secondo livello, che passò da 256KB a 512KB; una revisione profonda del core stesso, con una migliorata FPU; e ultimo, ma non meno importante, l'abbinamento di questo processore alle memorie DDR.

    Dapprima, Northwood fu caratterizzato dallo stesso Bus Quad Pumped del suo predecessore, ovvero a 400 MHz (Northwood A). Particolarmente migliorata fu la versione con Bus Quad Pumped a 533 MHz (133x4, Nortwood B). Ben presto Intel si affrettò a produrre Pentium 4 Northwood di ogni taglio, con frequenze sempre più alte, che AMD, con la sua architettura, non era in grado di raggiungere, anche con l'avvento di un "nuovo" processore: l'Athlon XP. AMD si vide quindi costretta a "presentare" i propri processori seguiti dal PR, ovvero "Performance Rating", cioè l'equivalente di un AlthonXP nei confronti di un Athlon "Base", (altri affermano erroneamente (o forse in modo ironico) che si tratti invece di un "Pentium Rating", cioè l'equivalente ipotetico di un Athlon XP nei confronti di un Pentium 4).

    Come abbiamo detto, la scalata ai MHz continuava inesorabile, e venne quindi presentata l'ultima CPU con Bus Quad Pumped a 533 MHz: Pentium 4 a 3,06 GHz. Oltre alla frequenza sbalorditiva, il processore in questione integrava un'inetressante novità: Hyper Threading. Questa nuova tecnologia, permette di far riconoscere e utilizzare il processore come due processori distinti, sebbene il secondo sia "virtuale". In pratica la tecnologia sfrutta i cicli di clock in idle, impiegandoli per eseguire altri thread. La speciale funzione, è disattivabile in qualsiasi momento da BIOS. Fino ad ora, la tecnologia non si è dimostrata molto utile, in quanto la maggiorparte dei sistemi operativi desktop odierni non è provvista di supporto Dual Processor, quindi l'Hyper Threading si rivela utile con applicazioni multiasking, per il resto, le prestazioni sono quasi allineate con lo stesso processore ma con Hyper Threading disattivato.

    Ma il Northwood, non finì ancora di stupire, infatti, dopo poco tempo, uscì la versione con Bus Quad Pumped a 800 MHz (il che implica un FSB di 200 MHz!), Northwood C, che viene tutt'ora ampiamente usata; questa versione, oltre che per le (ormai solite) frequenze di clock molto elevate (fino a 3.2 GHz), permette di avere una banda passante molto ampia, data la frequenza del bus stesso molto elevata. CPU in questione inoltre, permette margini d Overclock molto ampi. Questo processore viene associato ai chipset i875p (per sistemi di fascia alta/workstation), e i865p (per sistemi desktop di fascia medio-alta). E interessante notare come la maggiorparte delle schede madri per Pentium 4 con bus a 800 MHz, adotti in larga parte questi due chipset; i motivi sono principalmente due: il primo, è che sono davvero ottimi chipset (ricordiamoci che Intel, prima di essere produttrice di processori, è una grande produttrice di chip), il secondo, è che non tutti gli altri produttori di chip riescono ad ottenere la licenza per il particolare Bus Quad Pumped a 800 MHz.

  • Pentium 4 con Hyper Threading Extreme Edition, edizione "estrema"...
  • P4ee.jpg

    Ed ecco infine l'apice del Northwood, il Pentium 4 Extreme Edition. Questo processore fu annunciato da Intel verso metà Settembre 2003, proprio una settimana prima dell'uscita ufficiale dell'Athlon 64, anche se a dire la verità, fino ad ora quasi nessuno è riuscito quantomeno a vederlo. Al 90% è stata una mossa di Intel per lanciare, in attesa del Prescott, un processore che potesse stare dietro ad Athlon 64. Inoltre i costi si dovrebbero aggirare sui 1000€, non troppo economico. Vi domanderete allora cos'ha di tanto importante questo processore... il core intanto, non è puramente Norhwood, è un core Gallatin, proprio degli Xeon, opportunamente "adattato" alla frequenza di 3.2 GHz e al Bus di 800 MHz; l'Extreme Edition infatti, vanta una cache di Terzo livello di ben 2 MByte, così si spiegano i 178 milioni di Transistor che compongono questo core, di cui 123 milioni solo per la cache L3. Tra Xeon e Pentium infatti, non vi è grossissima differenza. Lo Xeon in più del Pentium 4 ha, essendo pensato per sistemi Server, il supporto Dual/Multi Processor, la cache di terzo livello, e un core più, se possiamo così definire, "grezzo"; e non dimentichiamoci inoltre dei prezzi esorbitanti!

    Questo processore non è ancora reperibile sul mercato, nonostante il suo prematuro annuncio, e "ufficialmente", sarebbe indicato per giocatori o per utenti particolarmente esigenti (e con tanti soldoni da spendere...).

  • Previsioni per il futuro...
  • Tejas.jpgNorthwood, non sarà l'ultimo core della "famiglia" NetBurst. Il prossimo attesoè Prescott, di cui in questi ultimi tempi si sente tanto parlare, e a dire la verità, non molto bene. Questa CPU infatti, non si è presentata nel più brillante dei modi: dapprima in quanto la sua immissione sul mercato, con classico package 478 pin, sulla carta mostrava abbondanti incompatibilità con molte schede madri bus 800 MHz, date le diverse specifiche di alimentazione; molte di queste incompatibilità sono ora state "scongiurate"; vi è poi il ritardo della sua effettiva commercializzazione, che in pincipo fu fissata per il 4 dicembre 2003, ma che poi slittò a Febbraio 2004; e infine ci sono i problemi legati al processo produttivo (che passa da 0,13 micron a 0,09 micron), che sono sentiti soprattutto in merito a consumi (in termini di energia) ed emissioni di calore; CPU arriverà a dover dissipare ben 100w (il Northwood più potente in condizioni di default arriva massimo ad 85w) nella versione con package 478 pin. Intel sta incontrando non pochi problemi legati al passaggio di processo produttivo, soprattutto, come abbiamo detto, in quanto a consumo energetico e alla conseguente dissipazione termica. Si pensava infatti che con il passaggio da 0,13 micron a 0,09 micron, le temperature ed i consumi sarebbero ulteriormente scese, ma secondo recenti informazioni pervenuteci attraverso varie fonti, ma anche da Intel stessa, si riesce a capire come vi si presentino dei grossi problemi. CPU, resterà con package 478 pi fino a metà 2004, poi, verrà introdotto un nuovo package da Intel: il package LGA 775, che verrà associato ad un nuovo socket chiamato Socket T (T è molto probabilmente ricavata T di Tejas, successore di Prescott, che adotterà lo stesso tipo di package), sempre con Bus Quad Pumped a 800 MHz. Questo nuovo package non prevederà più Pin, bensì solo contatti (in questo caso 775). Il socket T infatti, avrà una struttura molto diversa dai socket attuali.

    Dalla parte delle innovazioni, Prescott integrerà un nuovo set d'istruzioni SIMD, le SSE3; la cache di primo livello passerà dagli attuali 8KB del Northwood a 16KB, mentre quella di secondo livello passerà da 512KB a 1MB; l'Hyper Threading sarà migliorato; verranno introdotte 13 nuove istruzioni definite PNI (Prescott New Instructions) ; avrà il supporto a memoria dual-channel DDR2 a 400/533 MHz, a PCI-Express x16 e avrà come SouthBridge, l'ICH6. Il supporto LaGrande (corrispettivo hardware di Palladium), potrebbe essere integrato in Prescott ma non attivato; Intel ha comunque assicurato che anche nelle versioni successive al core Prescott, se LaGrande sarà presente, sarà comunque disattivabile liberamente dall'utente.

    Tejas, come abbiamo detto, sarà il successore del core Prescott, anche se di questa CPU si sa ancora molto poco. Verrà presentato da subito in package LGA 775 e socket T, con dapprima frequenze di bus di 800 MHz, poi con frequenze di bus di 1066 MHz. Il processo produttivo, sarà inizialmente a 0,09 micron, mentre poi verrà utilizzato un processo produttivoo a 0,065 micron. Le innovazioni (rispetto questa volta a Prescott), saranno altre 8 nuove istruzioni, denominate TNI (Tejas New Instructions), Enhanced Hyper Threading, 24KB di cache L1 e 1 o 2MB di cache L2. All'inizio la sua uscita era prevista per fine 2004, ma pare che i recenti problemi legati al core Prescott abbiano influito anche su Tejas, che probabilmente, nelle versioni dal clock più elevato, arriverà a consumare fino a 120w, decisamente troppo per sistemi di raffreddamento convenzionali, che già si trovano in seria difficoltà con Prescott. Intel perciò sta adottando opportune conromisure: pur di guadagnare qualche grado in meno è disposta a proporre un nuovo Form Factor, il BTX, che avrà una disposizione diversa degli elementi, sia quelli integrati sulla scheda madre che quelli nel case, al fine di creare un flusso d'aria che potrà giovare alle temperature. Fonti non certe, affermano che in Tejas (e forse in qualche ultimo esemplare di Prescott), sarà inserita la tecnlogia denominata Yamhill, un progetto abbandonato da Intel qualche anno fa ma ripreso in merito ai successi conseguiti da AMD con l'architettura x86-64. Yamhill infatti, prevede un'architettura simile a quella di AMD, con supporto ai 64 bit e supporto nativo di codice a 32 bit.

    Dopo Tejas, che avrà per quel periodo abbondantemente superato la soglia dei 6 GHz, sarà la volta di Nehalem, del quale si sa poco o niente. Si sa solamente che per questa CPU l'architettura non sarà puramente NetBurst, e ciò implica l'introduzione di una nuova architettura IA32 a parte di Intel, magari con prospettive totalmente diverse da quella NetBurst... staremo a vedere.

    Ecco stilato un freddo campionario di cos'è stato, cos'è, e cosa sarà il Pentium 4, in tutte le sue forme. Ovviamente, in merito a cambiamenti, l'articolo verrà aggiornato.

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