Pentium 4 Northwood: a legkisebb óriás

Az Intel 2000 novemberében jelentette be Pentium 4 processzorát, amelyet a szakma meglehetősen hűvösen fogadott. Bár kétségtelen, hogy az chipek jó teljesítményt nyújtottak, számos tekintetben nem váltották be a hozzájuk fűzött reményeket. Annak ellenére, hogy a Pentium 4 alapját alkotó NetBurst architektúra számos technikai újítást vonultat fel, az Intelnek el kellett ismernie, hogy a rendelkezésre álló idő szűkössége és technikai problémák miatt egyes tervezett újításokat kénytelek voltak kihagyni a chipből.

A NetBurst architektúrát az Intel mérnökei -- élükön Glenn Hinton vezető tervezővel -- rendkívül magas órajelen való működésre tervezték. Patrick Gelsinger, az Intel műszaki igazgatója szerint az architektúra akár 10 GHz-es órajelen is képes működni, ha ennek eljön az ideje. Természetesen a magas órajel eléréséhez gyártástechnológiai korlátokat is le kell győzni, és az első akadályt sikeresen vette a kaliforniai vállalat, amikor a Pentium 4 processzort a 0,13 mikronos csíkszélességgel és rézalapú technológiával készülő "Northwood" kódnevű maggal kezdte gyártani.

A Pentium 4 architektúrája változatlan maradt, a Northwood mag a fejlettebb előállítási technológián kívül csupán egyetlen dologban különbözik elődjétől, a 0,18 mikronos csíkszélességű "Willamette"-től, mégpedig a másodszintű gyorsítótár méretében. Míg a 2000 őszén debütált Pentium 4 processzorok 256 kbyte másodszintű cache-t tartalmaztak, addig a Northwood 512 kbyte-os Level 2 cache-sel rendelkezik. A megnövelt méretű másodszintű gyorsítótár révén az új Pentium 4 teljesítménye azonos órajelen alkalmazástól függően 5-15 százalékkal magasabb, mint elődjéé.

A fejlettebb gyártástechnológia alkalmazásának műszaki és gazdasági eredményei is vannak. Műszaki vonatkozásban a kisebb csíkszélesség javára írható a tranzisztorok kisebb kapuhossza, amely kisebb magméretet és alacsonyabb működési feszültséget jelent, ami közvetlenül hat a processzor teljesítményfelvételére, illetve disszipációjára. Az Intel állítása szerint a Northwood magos Pentium 4 processzorokban található a világ legmagasabb kapcsolási sebességű és egyben legkisebb kapuhosszúságú tranzisztora, amely valaha sorzatgyártásba került. A tranzisztorok kapuhossza 60 nanométer.

[oldal:A fejlett gyártástechnológia előnyeiről]

A Northwood magos Pentium 4 processzorok a nagyobb cache miatt 42 millió helyett immáron 55 millió tranzisztort tartalmaznak, azonban a lapka mérete a korábbi 217 mm2-ről 146 mm2-re csökkent. A chipek működési feszültsége 1,75 Volt helyett már csak 1,5 Volt, a teljesítménydisszipáció pedig egy 2 GHz-es lapkát figyelembe véve 67 Wattról 49,8 Wattra csökkent.

Az alacsonyabb hőleadás miatt a Pentium 4 bekerülhet azokba az apró méretű, főként a vállalati piacon népszerű kompakt számítógépekbe is, amelyekbe eddig túlzott teljesítményfelvétele és hűtési igényei miatt nem juthatott el. Ez tovább növelheti a népszerűségét az Intel számára amúgy is hagyományosan erős vállalati piacon. Az Intel hamarosan megkezdi a Pentium 4 "alacsony hőleadású" változatainak szállítását is, mégpedig 1,6 GHz-es, 1,8 GHz-es és 2 GHz-es kivitelben.

Természetesen a nagyobb kapcsolási sebességű tranzisztorok és a kedvezőbb energiafogyasztás, illetve hőleadás révén az órajel is jelentősen növelhető. Jelenleg a Pentium 4 leggyorsabb változata 2,2 GHz-en üzemel, de a ha figyelembe vesszük a Moore-törvényt, illetve az Intel eddigi maketingstratégiáját, akkor valószínűsíthetjük, hogy a chipek órajele még ebben az évben eléri a 3 GHz-et.

Ezzel el is jutottunk a fejlettebb gyártástechnológia gazdasági vonatkozásaihoz. Mint az közismert, a processzorokat kör alakú szilíciumostyákból, ún. waferekből állítják elő. Egy ilyen ostyából nyilvánvalóan csak korlátozott mennyiségű chip állítható elő, és ezeknek a száma a lapkák méretétől és az alapanyag minőségétől függ. Minél kisebb a processzormag mérete, annál több fér rá egy szilíciumostyára, adott darabszámú selejt esetén százalékosan kisebb lesz a hibaarány is.

Ezek alapján elmondható, hogy a kisebb magméret rendkívül előnyösen befolyásolja a gyártási költségeket. Az Intel állítása szerint a 0,13 mikronos gyártástechnológia alkalmazásával egy adott szilíciumostyából közel kétszer annyi processzor állítható elő, mint 0,18 mikronos technológiával. Félvezetőipari elemzők véleménye szerint egy 0,18 mikronos csíkszélességű, 217 mm2 méretű Willamette maggal rendelkező Pentium 4 processzor gyártási költségei elérték a 100 dollár is, ezzel szemben egy Northwood magos chip "bekerülési költsége" mindössze 55 dollár körül alakul. 45 el nem költött dollár pedig 45 dollár profit. A kedvezőbb előállítási ár természetesen jó szolgálatot tesz az Intelnek az AMD-vel folytatott árversenyben is.

[oldal:DDR SDRAM, a jövő ígérete]

A Northwood magos Pentium 4 chipek kizárólag Socket478 kivitelben lesznek elérhetők és az Intel a továbbiakban nem is tervezi újabb, Socket423 foglalatba illeszthető processzorok piacra dobását. Természetesen a ma kapható Socket423 kivitelű Pentium 4 chipek még hosszú ideig kaphatóak lesznek a boltokban.

A 0,13 mikronos technológiával gyártott Pentium 4 chipekkel egyidőben debütált az Intel i845D alaplapi lapkakészlete is, amely DDR SDRAM memóriát támogat. Bár a tajvani chipsetgyártók mindegyike készített már DDR SDRAM-ot támogató Pentium 4 chipkészletet, ezek kedvező ár/teljesítményük ellenére mégsem tudtak elterjedni. Ennek fő oka, hogy a legnagyobb alternatív gyártóként ismert VIA chipkészletei nem rendelkeztek az Intel licencével, ezért a vezető alaplapgyártók és számítógépgyártók a jogi problémák tisztázódásáig eltekintettek P4X266, P4X266A és az integrált grafikus maggal rendelkező P4M266 nevű lapkakészletek használatától. A szintén tajvani SiS és ALi -- Intel licencekkel rendelkező -- chipkészletei pedig egyszerűen nem voltak kellő mennyiségben hozzáférhetők.

Az i845D sikerére és fogadtatására jellemző, hogy december vége óta nagyobb mennyiségben kelt el, mint SDRAM-ot támogató elődje, az i845. Az Intel továbbra is a Rambus DRAM-ot használó i850 chipkészletet ajánlja a legnagyobb teljesítményű konfigurációkba, azonban a mérések szerint a jóval olcsóbb DDR SDRAM-ot használó, i845D-alapú konfigurációk teljesítménye alig marad el az i850 chipkészletes rendszerekétől. Az i845D-t körülvevő várakozásra jellemző, hogy a lapkakészlet megjelenése után a DDR SDRAM memória ára a felfokozott igények miatt meredeken emelkedni kezdett.

Bár sokan nem hittek benne, az Intel mégis elérte, hogy 2001 a Pentium 4 éve legyen. A folyamatosan növekedő órajel és az újabbnál újabb árcsökkenések, valamint a chipkészletgyártók támogatása meghozta a kívánt hatást: a harmadik negyedévre a Pentium 4 lett a legnagyobb példányszámban értékesített processzor, a negyedik negyedévben az eladott chipek száma pedig megduplázódott.

[oldal:Hyperthreading]

Természetesen a technikai fejlődés sem áll meg. A vállalat tervei szerint a második negyedév elején átáll az eddigi 400 MHz-es helyett 533 MHz órajelű front side busz használatára, az év második felében pedig aktiválja a Pentium 4 chipekben a többszálú utasításvégrehajtási (SMT) technológiát, a "Hyperthreading"-et.

A Hyperthreading lényege, hogy a processzor az operációs rendszer és az alkalmazások felé két független processzornak látszik, ezáltal képes kiaknázni a többszálú programozás párhuzamosságából adódó előnyöket. Mivel egyidőben több utasításszál végrehajtása zajlik, az egyik szál megakadása -- például egy hosszú ideig tartó adatbehívás -- esetén a másik szál futása tovább folyhat, a processzor erőforrásai nem maradnak kihasználatlanul.

Mivel az Intel saját mérései szerint egy átlagos x86 program futtatása esetén a Pentium 4 erőforrásainak csupán 35 százaléka van kihasználva, további utasításszálak párhuzamos futtatásával a kihasználtság lényegesen növelhető. Fontos tudni, hogy a Hyperthreading lehetőségeinek kihasználásához operációs rendszer és alkalmazás-szintű támogatás is szükséges, azonban a nagy számítási igényű programokat -- mint amilyenek a 3D modellezőprogramok, tudományos alkalmazások, digitális médiatömörítők -- rendszerint felkészítik a többprocesszoros rendszerek kihasználására.

Az Intel szerint a Hyperthreading segítségével a processzorok számítási teljesítménye akár 30 százalékkal is növekedhet, többprocesszoros rendszerek esetében a teljesítménynövekedés lineáris. A többprocesszoros munkaállomásokba és szerverekbe szánt Intel chipek közül elsőként a Prestonia magon alapuló Xeon MP tartalmazza majd a Hyperthreading technológiát.

Az új technológiák bevezetésével párhuzamosan az Intel minden bizonnyal folytatja majd agresszív marketingpolitikáját, és ennek köszönhetően a Pentium 4 idén vélhetően még nagyobb sikerek elé néz, mint tavaly.