Prescott e Extreme Edition: le novità di Intel

Vista dall'esterno la cpu Pentium 4 con Core Prescott è indistinguibile dalle restanti cpu Socket 478 basate su Core Northwood: il Core, infatti, è ricoperto interamente dalla placca in alluminio, che protegge il Core dal montaggio accidentale del sistema di raffreddamento oltre a facilitare la dissipazione termica. Il processore in nostro possesso è un Engineering Sample, quindi sulla parte superiore non è serigrafato il modello; da segnalare le ultime due sigle sulla destra, 1M, che rimandano al quantitativo di cache L2 integrato on Die (1 Mbyte).

Sulla sinistra Core Prescott; sulla destra Core Northwood. Il numero di condensatori posizionati inferiormente al processore, all'interno dei pin di connessione, è nettamente superiore nel Core Prescott: del resto, la notevole complessità interna al Core lascia prevedere requisiti in termini di alimentazione ben più complessi di quelli delle cpu Northwood.

Il processore Pentium 4 Extreme Edition a 3,4 GHz di clock ha package identico alle cpu Northwood e Prescott; la vera differenza esterna è nella parte inferiore, con un numero di componenti ben superiore a quello di entrambe le altre due tipologie di processore.

La tabella seguente riporta le principali caratteristiche tecniche dei 3 Core che Intel propone per soluzioni Socket 478:

Prescott è il primo processore Intel ad essere basato su processo produttivo a 0.09 micron. Intel è la prima azienda ad implementarlo in un processore, in abbinamento a wafer da 300 millimetri di diametro, e per raggiungere questo importante risultato ha sfruttato al meglio tutta la tecnologia a disposizione. I Core Prescott sono costruiti uitilizzando Strained Silicon e un processo litografico a 193 nanometri, contro l'utilizzo di Normal Silicon e processo litografico a 248 nanometri per i Core di precedente generazione a 0.13 micron.

L'elemento architetturale indubbiamente più interessante del progetto Prescott sono le pipeline più lunghe, passate dai 20 stadi delle cpu Pentium 4 con Core Northwood alle attuali 31. A pipeline più lunghe, tipicamente, corrisponde una maggiore tolleranza, o per meglio dire facilità, ad operare a frequenze di clock più elevate: la scelta di aumentare gli stadi, pertanto, è legata all'obiettivo storico di Intel del progetto Pentium 4, quello cioè di raggiungere frequenze di clock molto elevate. D'altro canto, con un numero così elevato di stages si possono incorrere in penalizzazioni abbastanza consistenti qualora il processore debba interrompere un processo di elaborazione in uno degli stage, e reinserire i dati da zero all'inizio della pipeline.

Per meglio capire come operi la pipeline di un processore può essere utile pensare, a titolo di paragone, ad una catena di montaggio in una fabbrica: il fatto di poter spezzettare il processo di assemblaggio in tante piccole parti più semplici facilita la realizzazione del risultato e permette di velocizzare i tempi, ma qualora in una delle fasi intermedie si dovesse incontrare un problema il dover ricominciare da capo avrà fatto perdere, in proporzione, molto più tempo che in una catena di montaggio con meno fasi intermedie nel processo di lavorazione.

Alla stessa stregua, quindi, l'aumento degli stadi della pipeline porterà il Core Prescott ad avere una superiore tolleranza alle frequenze di clock più elevate, ma allo stesso modo rappresenterà un limite alle pure prestazioni velocistiche, soprattutto confrontando il nuovo Core con quello Northwood a parità di frequenza di clock. Ritornando con la memoria al mese di Novembre 2000, data di debutto delle prime cpu Pentium 4 con Core Willamette, si possono ripresentare alcune analogie: in quel momento la cpu Pentium 4 operava con frequenza massima di 1,5 GHz, in abbinamento a pipeline con molti più stadi delle altre cpu sia Intel che AMD in commercio. Questo aveva permesso di ottenere importanti boost prestazionali in alcune applicazioni, bilanciati da forti gap in quelle nelle quali le pipeline lunghe potevano rappresentare un limite.

Proprio per limitare l'impatto sulle prestazioni di eventuali problemi nella pipeline di rendering, che impongano di ricominciare da capo un processo di elaborazione, Intel ha scelto di ampliare il quantitativo di cache L2 portandolo a 1 Mbyte contro i 512 Kbytes delle cpu Northwood. Un numero maggiore di dati sono direttamente disponibili nelle cache all'interno del processore, così che non sia necessario accedere al più lento bus di sistema per avere le informazioni necessarie ad eseguire le operazioni e, quindi, le pipeline siano per quanto possibile sempre piene di dati da elaborare.

Un ulteriore affinamento del Core introdotto da Intel in Prescott è dato da una nuova implementazione della tecnologia Hyper-Threading: questa non è stata stravolta rispetto a quanto presente nelle cpu Pentium 4 Northwood, ma migliorata così da aumentarne l'efficienza complessiva.

Con Prescott Intel introduce anche un nuovo set di 13 istruzioni proprietarie, SSE3, noto anche con il nome di Prescott New Instructions. Al pari di quello che sono state le SSE2, SSE3 permetteranno di velocizzare una serie di operazioni influenzando sia gli algoritmi multimediali che calcoli aritmetici complessi, ovviamente nel momento in cui il software sarà pensato per sfruttarne la disponibilità. Il numero di applicazioni che supportano al momento SSE3 è molto ridotto, pertanto il beneficio di questo nuovo set di istruzioni aggiuntive deve essere ancora valutato appieno.

In estrema sintesi, Prescott pone le basi per raggiungere frequenze di clock molto elevate grazie sia al processo produttivo a 0.09 micron, sia all'aumentato numero di stage all'interno della pipeline. A parità di frequenza di clock, tuttavia, vi potrebbero essere a livello teorico alcune applicazioni nelle quali il Core Northwood risulterà più veloce a parità di frequenza di clock, grazie all'inferiore numero di stage della pipeline. La cache L2 raddoppiata potrebbe in un certo modo colmare questo divario ma in ogni caso potrebbe non essere sufficiente. In altri ambiti applicativi, viceversa, il Core Prescott dovrebbe essere complessivamente più veloce di quello Northwood grazie sia alle varie migliorie interne, sia all'impatto della cache addizionale.

La tabella seguente riporta tutti i processori Intel Pentium 4, con i differenti Core, presentati dal debutto; alcune di queste cpu non sono più in commercio:

Da segnalare il processore Pentium 4 2,8 GHz A; questo processore è destinato principalmente a clienti OEM ed è basato su Core Prescott a 0.09 micron, ma utilizza la frequenza di bus Quad Pumped di 533 MHz e non utilizza tecnologia Hypertreading.