Введение

Уже больше года прошло с начала выпуска процессоров Intel на базе 90-нанометрового ядра Prescott. Внедрение нового техпроцесса и серьезные переработки внутренней схемы кристалла позволили повысить тактовые частоты до уровня, недоступного предыдущим продуктам. И хотя заветная цифра 4 ГГц до сих пор отсутствует на коробках с процессорами Intel, при разгоне последних степпингов Prescott можно достигнуть и гораздо большего результата. Тем не менее, удельная производительность на гигагерц у Prescott ниже, чем у его предшественника, что не могло не беспокоить разработчиков. Безусловно, основная ставка Intel сделана на расширение функциональности процессоров. Но даже отказавшись (почему - см. ниже) от экстенсивного роста быстродействия путем наращивания тактовой частоты, производитель продолжает поиски альтернативных способов увеличения скорости работы своих своих продуктов. Результатом этих изысканий стало появление ядра Prescott 2M с удвоенным объемом кэш-памяти второго уровня и новой линейки процессоров на его базе, получивших маркировку вида Pentium 4 6xx. Увеличение объема кэша положительно влияет на работу приложений, использующих большие объемы данных, так что показатель удельной производительности у "шестой серии" вырос по сравнению с Prescott.

Новые технологии

Как уже сказано выше, приоритет в разработке теперь отдается расширению функциональных возможностей процессора, поэтому новые Pentium 4 демонстрируют поддержку сразу нескольких новых технологий (некоторые внедрялись и в предыдущие модели, но весь комплект новаций присутствует только у Pentium 4 6xx).
Самая главная из них - EM64T, то есть 64-разрядные расширения, примерно аналогичные технологии AMD64 у конкурента. Практическая польза от использования EM64T наблюдается только в 64-битной версии Windows XP Professional и проидет еще немало времени, пока разработчики оптимизируют свои продукты под 64 бита. Хотя там, где оптимизация кода уже имеется, прирост от применения EM64T наблюдается вплоть до двухкратного.
Технология Execute Disable bit (XD) является незначительным по функциональности, но все же приятным дополнением в сфере безопасности - это аппаратный механизм борьбы с некоторыми вирусами.
Но наибольшее количество нововведений в Pentium 4 6xx связано с управлением питанием процессора. Как известно, высокая рассеиваемая мощность стала основной проблемой Prescott, что заставило Intel не только оптимизировать внутреннюю структуру ядра (последний степпинг E0 и его близнец с двухмегабайтным кэшем N0 гораздо менее горячие, нежели первые образцы), но и внедрять специальные механизмы борьбы с нагревом, аналогичные применяемым в мобильных CPU. Таких механизмов в Pentium 4 6xx аж три штуки, в дополнение к ранее появившемуся TM1: Thermal Monitor 2 (TM2), состояние расширенной блокировки (C1E) и Enhanced Intel Speedstep Technology (EIST). Все они используют одну схему работы: одновременное снижение тактовой частоты до 2800 МГц (путем динамического понижения множителя до 14х, что при шине FSB 200 МГц и дает искомую частоту) и снижение напряжения питания до минимального. По данным Intel, это позволяет уменьшить энергопотребление и нагрев примерно на 40%. Отличие же трех технологий заключается в модели применения. TM2 включается в экстренных случаях при перегреве, независимо от нагрузки. Состояние C1E активизируется в моменты простоя (halt). Обе технологии исключительно аппаратные, не зависят от используемой ОС и могут отключаться через BIOS материнской платы. В отличие от них, EIST поддерживается пока только Windows XP SP2 и позволяет автоматически регулировать частоту и напряжение в зависимости от нагрузки на процессор. Таким образом, новые процессоры в среднем меньше греются в процессе работы и потребляют меньше энергии, хотя при пиковой загрузке (активная игра, рендеринг, бенчмарк) эти их показатели не отличаются от предшественников.

Модельный ряд

Серия Pentium 4 6xx на сегодня представлена пятью моделями с частотой от 3 ГГц до 3.8 ГГц. Это же ядро использует и флагман линейки одноядерных процессоров Intel - Pentium 4 Extreme Edition 3.73 ГГц. Изучая технические характеристики, представленные в таблице, легко заметить значительную "девальвацию" статуса Extreme Edition: ранее его характеристики невозможно было повторить с использованием младших моделей Pentium 4 из-за уникального отличия - 2 Мб L3-кэша, собственно и обеспечивающих солидный прирост скорости. Теперь же разница заключается лишь в более высокой частоте FSB (1066 МГц вместо 800 МГц), что легко исправляется наличием Pentium 4 6xx и материнской платы с возможностью разблокировки множителя (вроде ASUS'овской функции CPU Lock Free) - в режиме 14x266 тактовая частота составит те самые 3.73 ГГц. Поэтому, в качестве "подарка энтузиастам" Intel уменьшили (!) дополнительную функциональность Extreme Edition, отключив в этих процессорах все три новых энергосберегающих технологии - TM2, C1E и EIST. Это звучит странно, но на самом деле вполне логично: как правило, системы охлаждения в компьютерах такого уровня гораздо эффективнее штатных, перегрева не возникает, зато владельцам P4EE вполне может потребоваться максимальная производительность постоянно.

Роадмап Intel на 2005 год предполагает во втором полугодии полную замену процессоров серии Pentium 4 5xx на Pentium 4 6xx во всех секторах рынка. Вполне логично, ведь именно Prescott 2M выглядит технологически завершенным продуктом, в отличие от своего предшественника, что заметно по росту производительности. С выходом 64-битной версии Windows XP Professional, поддержка 64-разрядных расширений становится обязательным требованием к продукту с длинным сроком эксплуатации (реальное массовое внедрение 64 бит начнется не сегодня, но в обозримом будущем пользователь будет гораздо спокойнее чувствовать, зная что ему не придется производить апгрейд для работы с 64-битными приложениями).

В верхнем сегменте новый Pentium 4 Extreme Edition 3,73 ГГц заменил "последнего из могикан" - модель с частотой 3,46 ГГц на основе старого 0.13-микронного ядра Gallatin: новый процессор не только быстрее в штатном режиме, но и позволяет достигать отличных результатов в разгоне. К сожалению, мы обнаружили значительную проблему с именно экстремальным разгоном топового одноядерного процессора Intel - с множителем 14Х для достижения частоты 5 ГГц требуется стабильная работа материнской платы при FSB 355 MHz. Без дополнительных модификаций это и так практически невозможно, а с учетом того, что процессор мог бы работать и на более высоких частотах, однозначно заметен "затык" в частотный потенциал современных материнских плат. Поэтому, для нужд экстремального оверклокинга значительно лучше подходит "младший брат" P4EE-3.73 с индексом 660. Эту модель с штатной частотой 3.6 ГГц мы и подвергли всестороннему тестированию.

Спецификации

Ядро: Prescott-2M
Техпроцесс, нм: 90
Socket: LGA775
Частота, MHz: 3600
Частота FSB, MHz: 800
L1-кэш, KB: 16
L2-кэш, MB: 2
Технология EM64T: есть
Поддержка Execute Disable Bit: есть
Поддержка Enhanced Intel SpeedStep: есть

Осмотр

В тестировании использовалься инженерный образец процессора Intel Pentium 4 660 (3.6 GHz), поэтому его маркировка заметно отличается от типичной.

CPU-Z версии 1.28 умеет абсолютно правильно определять данный процессор, но со значением напряжения Vcore возникли проблемы - конечно же, реально процессор имеет штатное напряжение 1.4 В.

Степпинг N0 является полным технологическим аналогом Prescott E0, но для ядер с двумя мегабайтами кэш-памяти второго уровня. Факт принадлежности к инженерным образцам также не ушел от внимания CPU-Z. На это указывает индекс "(ES)" в названии модели.

Множитель разблокирован в пределах 14х-18х (штатный режим работы - 18х200) однако абсолютно аналогичный результат можно получить и с обычным серийным Pentium 4 660, активизировав функцию "CPU Lock Free" (в BIOS Setup материнской платы от ASUS) или ее аналог в платах других производителей. Таким образом, используя данный процессор можно легко эмулировать Pentium 4 Extreme Edition 3.73 GHz, просто переведя его в режим 14х266.

Процессор поставляется в боксовой версии вместе с кулером традиционной для LGA775 конструкции.

Тестовая система

Процессор: Intel Pentium 4 660 (3,6 GHz)
Материнская плата: ASUS P5WD2 Premium (Intel 955X)
Оперативная память: 2 x 512 Мб Corsair CM2S512A-5400UL (DDR2-667, 3-2-2-8)
Видеосистема: XFX GeForce 6800 Ultra PCIe
Жесткий диск: Western Digital 1200JB + LaCie d2 Hard Drive Extreme 250 GB
Блок питания: Vantec Stealth VAN-520 (520W)
Система охлаждения: ECT Prometeia Mach II GT

Операционная система: Windows XP Professional SP2
Версия DirectX: 9.0c
Драйверы видеокарты: NVIDIA ForceWare 75.90

Тестовые программы

• 3DMark 2001 SE build 330
• Aquamark 3
• Doom 3
• Hexus PiFast
• SuperPi
• WinRAR 3.41 Benchmark

Разгон

Данные о разгоне публикуются исключительно в ознакомительных целях, так как даже в пределах одной партии процессоров возможно значительное колебание предельных частот. Приведенные цифры всего лишь сообщают, как повел себя наш экземпляр продукта и не должны являться единственной основой для выводов о поведении подобных процессоров в целом.

Для всех режимов работы через BIOS материнской платы отключались следующие функции процессора:

• Thermal Monitor 2
• Enhanced Intel Speed Step Technology
• C1E State
• Execute Disable bit (так, на всякий случай:))

В таком случае процессор всегда (кроме аварийных ситуаций) работает в режиме максимального быстродействия, не сбрасывая тактовую частоту и напряжение при отсутствии нагрузки. Рекомендую отключать указанные технологии только в случае использования ПК для бенчмаркинга, т.к. они помогают бороться с высоким тепловыделением чипа. Откровенно говоря, даже во время бенчмаркинга это лишь перестраховка на случай, если процессор, работающий на грани возможностей, вдруг плохо отреагирует на резкие скачки частоты. На пиковую производительность присутствие TM2, C1E и EIST не влияет. После включения указанных "энергосберегающих" технологий мы провели несколько тестов еще раз. Даже весьма чувствительный к процессорной мощности Hexus PiFast не продемонстрировал какой-либо разницы в результате. Зато в перерывах между тестами тактовая частота опускалась с 3600 МГц до 2800 МГц, а напряжение Vcore - до 1.15 В, что благодатно сказывалось на общем температурном режиме. Так что для ежедневного использования советую все же оставлять включенными все "фичи" ядра, не зря же их туда встраивали ;)

Начальная проверка проводилась с использованием боксового кулера. Первой задачей стало определение максимальной частоты работы данного процессора в типичных условиях с воздушным охлаждением.

Предельной стабильной частотой оказались 4100 МГц при 1.5В, дальнейший рост напряжения лишь приводил к повышенному нагреву и, как следствие, падению частоты. Указанное число лишь чуть выше среднестатистического результата для ядра Prescott E0/N0 и заметно хуже показателя нашего экземпляра Pentium 4 Extreme Edition 3.73 GHz (4500 МГц в аналогичных условиях). Тем не менее, для предыдущего поколения ядра Pentium 4 (Northwood) такая частота "на воздухе" является абсолютно недостижимой - наш Pentium 4 Extreme Edition 3.2 GHz (Socket 478) может работать на таких частотах лишь с высокоэффективным phase-change охлаждением.
Дальнейшему росту частоты в данном случае мешает не просто недостаточная эффективность охлаждения, а именно самый что ни на есть настоящий перегрев. С температурой ядра от 70 градусов и выше, процессор недолго протянет в работоспособном состоянии в полной загрузке и обязательно либо начнет принудительно сбрасывать частоту, либо вообще подвесит систему.

Определив примерный базовый потенциал ядра, переходим к самому главному - тестированию с применением в качестве системы охлаждения хорошо известной энтузиастам установки ECT Prometeia Mach II GT.

Как видите, установка "фреонки" дала прирост в целый гигагерц тактовой частоты. 5130 МГц при 1.65 В - именно таким оказался максимальный результат нашего Pentium 4 660. Температура ядра в загрузке составила от -8 до -12С, в покое снижаясь до примерно -20С. Прирост частоты относительно штатного значения составил 42% - отличный показатель для топового процессора, который и так выжимает все соки из существующей технологии.

Обратите внимние на громадный скачок частоты, произошедший при переходе с воздушного охлаждения на систему фазового перехода. Для сравнения, дельта частот Pentium 4 Extreme Edition 3.2 GHz (Gallatin, Socket 478) составила лишь 500 МГц (с 3750 МГц до 4250 МГц) или 13% прироста, в то время как для Prescott 2M она оказалась более 1000 МГц или 25% удельного роста частоты. В первую очередь, такое поведение ядра говорит о том, что время воздушного охлаждения проходит окончательно - современные CPU неспособны раскрыть свой потенциал разгона на "воздухе" из-за недостаточной эффективности последнего для отвода тепла даже при незначительном разгоне.

Прохождение процедуры POST возможно на частотах до 5300 МГц, но операционная система уже отказывается загружаться.

Что касается поведения Intel Pentium 4 Extreme Edition 3.73 GHz под фреоновым охлаждением, то все произошло именно так, как предсказывалось в начале статьи. Пределом работы по FSB для нашего экземпляра ASUS P5WD2 Premium стало ровно 350 МГц. В сочетании с множителем 14х это дает смехотворные 4900 МГц. Проецируя потенциал разгона P4EE-3.73 на воздухе на полученный результат Pentium 4 660 (5130 МГц), я могу оценить реальный потенциал ядра нашего экземпляра P4 Extreme Edition как 5300-5500 МГц. К сожалению, для проверки данного утверждения придется исать материнскую плату, способную выдержать FSB=380 МГц и выше. Возможно, это окажется под силу и P5WD2 Premium после парочки модификаций, но пока что указанная вероятная частота остается лишь гипотезой.

Производительность

Выводы

Потенциал ядра Prescott 2M в его нынешнем виде (степпинг N0) говорит о том, что Intel несколько перестраховались, отменив выход модели с частотой 4 ГГц. С другой стороны, на таких частотах тепловыделение уже становится реальной проблемой, так как традиционное воздушное охлаждение не справляется со своей задачей по эффективному отводу тепла от ядра. В любом случае, судя по всему дальнейшее развитие архитектуры NetBurst пойдет несколько иным путем, нежели экстенсивное наращивание частоты. Intel четко дали понять, что в будущем следует ориентироваться на многоядерные решения, так что серия 6xx вполне может оказаться последней топовой линейкой процессоров Intel без поддержки многопоточности.

Процессор Intel Pentium 4 660 предоставлен украинским представительством Intel, материнская плата ASUS P5WD2 Premium - представительством ASUS в Украине.