Sockel 478/423 Prozessoren (Pentium 4)

Der Intel Pentium 4 Prozessor steckt seit November 2000 zunächst im PPGA-Gehäuse für Sockel 423 (Codename: Willamette, 42 Mio Transistoren, 0.18u-Technik, ) und hat ein neue Architektur, die auf hohe Frequenzen optimiert ist - angepeilt sind bis zu 5GHz. Der erste und zunächst einzige passende Chipsatz, Intel 850, unterstützt 2 oder 4 Rambus-Module. Bei 100MHz Systemtakt wird ein Quad-Datarate-Verfahren (Quad pumped) angewendet: die CPU ist in der Lage 4 Datenwörter mit 64Bit Breite pro Takt zu übertragen, also max 3200MB/s. Man spricht hier auch von FSB400 oder 400-MHz-Bus, dies paßt genau zu der Geschwindigkeit von Rambus-Modulen. Der Datencache ist mit 8kB kleiner als beim Pentium III (16kB) oder beim Athlon (64kB). Mit nur zwei Takten Read-Latency ist er sehr schnell. Prozessorkern und L2-Cache können parallel (dual ported) darauf zugreifen. Der L2-Cache ist mit 256kB ebenso groß wie bei Coppermine.

Info: Der erste Pentium 4 im Sockel 478 hat den "Willamette"-Kern, der von aktuellen Pentium-4-Produkten kaum noch unterstützt wird.

Intel mußte feststellen, daß der Sockel 423 nicht für sehr hohe Taktraten jenseits 2GHz geeignet war, sondern daß mehr Masse- und Versorgungsleitungen notwendig waren und entwickelte den Sockel 478, der sich nur mechanisch unterscheidet: der neue Sockel ist nicht mehr mit Metallstiften an der Platine befestigt, die durch alle Layer der Mainboard-Platine hindurchgehen, sondern er ist in einem Ballgrid-Verfahren (BGA) auf der Platinenoberseite aufgelötet, was dem Board-Hersteller natürlich das Layout vereinfacht. Seit Mitte 2001 ist der Pentium 4 Prozessor im dazu passenden Micro-PGA 478 (oder mPGA) verfügbar. Nach wie vor sitzt auf den Prozessor-Die ein etwa 9 qcm großer Heat-Spreader, der zum einen das Die vor Beschädigung schützt und zum anderen für einen besseren Wärmeübergang zum Kühlkörper sorgt. Der Prozessorkern ist zunächst der gleiche (Willamette, 0.18u) und wechselt später zum "Northwood", der dann im feineren 0.13u-Prozess gefertigt wird, damit noch höhere Frequenzen möglich werden. Mit dem Sockel 478 erscheinen auch die Pentium-4-Chipsätze Intel 845 (Brookdale) für SDRAM VIA P4X266 für DDR-RAM. Auch andere Hersteller (z.B. ALi und SiS) haben Chipsätze für Sockel 478 entwickelt. Der Brookdale-D-Chipsatz mit DDR-RAM-Unterstützung ist von Intel bereits angekündigt. Mit massiven Werbekampanien und Preissenkungen will Intel erreichen, daß Pentium 3 bis Ende 2001 von Pentium 4 abgelöst wird.

Der neue Pentium 4 mit Northwood-Core startet ab 1600 MHz. Damit es nicht zu Verwechslungen mit dem bisherigen Pentium 4 mit Willamette-Core kommt, trägt der 2-GHz-Northwood den Zusatz "A" - offiziell hört er also auf den Namen Pentium 4 2000A. Beim Pentium 4 2200 entfällt das "A" dagegen wieder, denn den Willamette-Pentium-4 soll es mit dieser Frequenz nicht mehr geben.

Durch die Fertigung in 0,13-Mikron-Technologie ist der Northwood weniger stromhungrig und das Design verträgt höhere Taktfrequenzen. Hauptänderung gegenüber dem Willamette-Core sind die auf 512 KByte verdoppelten L2-Caches für Daten und Befehle. Über weiteres Feintuning - sofern erfolgt - schweigt sich Intel aus. Detaillierte Informationen über die NetBurst-Architektur des Pentium 4 finden Sie hier. Die Transistorzahl erhöhte sich infolge des größeren L2-Caches von 42 auf 55 Millionen. Dank der kleineren Strukturbreite wurde das Northwood- Die dennoch kleiner. Es misst nun 146 mm^2 im Vergleich zu 217 mm^2 beim Willamette. Für den Pentium 4 2000 gibt Intel einen TDP-Wert von 75,3 Watt an. Der Pentium 4 2200 kommt dank 0,13 µm-Strukturbreite nur auf 49,8 Watt, was für den Northwood-Core in Sachen Leistungsaufnahme und Kühlung ausreichend Raum für weit höhere Taktfrequenzen schafft.

Die neue low-cost Version des Intel Pentium 4 Prozessors basiert zunächst auf dem Willamette-Core, der vor der Northwood-Einführung in allen Pentium 4-Prozessoren zu finden war. Ab 2 GHz wird der Celeron auf dem Northwood Kern basieren, kenntlich gemacht durch eine drei. Die Pentium 4 Celeron kann als Konkurrenz zu AMD Duron betrachtet werden. Der letzte Celeron für Sockel370 wird mit 1,4GHz getaktet und verbraucht nur max. 34,8W - etwa die Hälfte als sein Nachfolger. (Quellen: 1, 2, 3)

Für folgende Mainboards sind bereits kompatible BIOS-Versionen verfügbar:

Für den Pentium-4-Prozessor steht im zweiten Quartal 2002 eine Erhöhung des effektiven FSB-Taktes auf 533 MHz an (133MHz Quadpumped). Die ersten 533er kommen mit 2,26 und 2,40 GHz. Shuttle hat bereits erste Tests durchgeführt. welche aktuellen Mainboards den neuen Prozessortyp unterstützen:

(Stand 15. April 2002)

Intel Pentium 4 Prozessoren ab zunächst 3,06GHz (später auch ab 2,4 GHz geplant) unterstützen die Hyper-Threading Funktion, welche es einem einzelnen Prozessor erlaubt, Befehle wie ein Dual-Prozessor-System zu verarbeiten. Dabei werden die Instruktionen nicht Stück für Stück hintereinander abgearbeitet, sondern zu parallelen Datenströmen verwoben ("threaded") und dann effizienter verarbeitet. Mit Hilfe dieser Technologie kann das Betriebssystem die internen Prozessor-Ressourcen besser auslasten, was wiederum zu einer erhöhten Performance führt. Diese Technologie hat nur Auswirkung, wenn dies vom Chipsatz unterstützt wird und das Betriebssystem ACPI unterstützt.

Multitasking-Betriebssysteme sollen einen Prozessor damit wie zwei Prozessoren ansprechen können. Anwendungen, die bereits Multi-Threading-fähig sind, sollen mit Hilfe von Intels auf Hyper-Threading angepasste Performance Libraries leicht an die Technologie angepasst werden können. Für "Single-Threading"-Applikationen will Intel einen Code-Optimierer liefern, der es Entwicklern ermöglichen soll, ihre Software Multi-Threading-fähig zu machen. Zudem werden zukünftige Intel-Compiler und VTune Performance Analyzers auf Hyper-Threading angepasst sein.

Diese Chipsätze unterstützen Hyper-Threading: i845E, i845GE, i845PE, i845GV, i845G, i845E, VIA P4X400 und neuere...

Anwendung: Im BIOS muß CPU Hyper-Threading aktiviert sein:

Dann sieht man im Geräte-Manager unter Windows zwei CPUs:

Mehr Infos bei Intel.

Mit der Einführung der 800MHz Front-Side-Busfrequenz steigert sich der maximale Datendurchsatz auf 6,4 GB/s. Mit dem Dual-Channel Speicherinterface der Intel-Chipsätze Springdale (Intel 865) und Canterwood (Intel 875) wird mit zwei DDR400-Speichermodulen die gleiche Transferrate erreicht. Entsprechende Intel CPUs gibt es zunächst mit den Taktfrequenzen 2.4, 2.6, 2.8 und 3.0 GHz. Achtung: Neuere Chipsätze unterstützen oftmals die neueren Pentium 4 Prozessoren mit Northwood- und Prescott-Kern, aber nicht mehr Willamette.

Der Intel Pentium 4 Extreme Edition (kurz: P4 EE) mit seiner Taktfrequenz von zunächst 3,2GHz/800FSB verfügt wie der normale Pentium 4 mit Northwood-Kern über 512kB Level-2-Cache, hat jedoch zusätzlich einen 2MB-Level-3-Cache. P4 EE richtet sich als High-End-Modell eher an den anspruchsvollen Gamer und Power-User. Er ist kompatibel zu den bestehenden Intel-865- und Intel-875-Chipsatzfamilien - was aber nicht heißt, dass das auch alle Boards mitmachen. Hier folgt eine Liste mit kompatiblen Shuttle-Mainboards und XPCs, die erfolgreich getestet worden sind:

Der neue Intel Pentium 4 Prozessor mit "Prescott"-Kern wurde am 31.1.04 vorgestellt, basiert auf einer neuen 90nm-Fertigungstechnologie, hat 1MB L2-Cache und unterstützt neue Befehle. Er trägt die Bezeichnungen "E" oder "A":

• Pentium 4 "E": zunächst 2,8 bis 3,4 GHz, 800FSB, mit Hyperthreading
  (für den Mainstream- und Consumer-Bereich)
• Pentium 4 "A": 2,8GHz, 533FSB, kein Hyperthreading
  (für den Value-Bereich)

Trotz Einführung der 90nm-Technologie und einer Senkung der Kernspannung auf 1.25 bis 1.4 V kontte die Verlustleistung des Prescott-Prozessors gegenüber des Northwoods nicht gesenkt werden. Die max. Verlustleistung beträgt für die Prescott mit 3,2 oder 3,4 GHz ganze 103 Watt auf einer Fläche von 112 qmm (zum Vergleich: Northwood hat auf 134 qmm bei 3,2GHz eine max. Verlustleistung von 82W).

Die "Prescott New Instructions" werden nun SSE3 genannt - insgesamt fügt Intel dem Prozessor 13 Befehle hinzu:

• Floating-Point to Integer-Transformationen (FISTTP)
• Complexe Arithmetik (ADDSUBPD, ADDSUBPS, MOVDDUP, MOVSHDUP, MOVSLDUP)
• Video Encoding (LDDQU)
• SIMD Floating Point mit AOS-Format (HADDPD, HSUBPD, HADDPS, HSUBPS)
• Thread Synchronisation (MONITOR, MWAIT)

Alle 2-3 Jahre findet eine Schrumpfung des Herstellungsprozesses statt:
350nm (1994), 250nm (1996), 180nm (1998), 130 (2000), 90 (2003), 65nm (2005), 45nm (2007), 32nm (2009), 22nm (2011)