Hlavní stránka Hardware Procesory, paměti Test historických CPU 2001-2003: Když AMD válcovalo Intel
Test historických CPU 2001-2003: Když AMD válcovalo Intel
autor: Marek Havelka , publikováno 2.1.2017
Test historických CPU 2001-2003: Když AMD válcovalo Intel

V předchozí části testu jsme zmapovali vývoj procesorů AMD v období jejich největší slávy. V letech 2001 - 2003 PC světu kralovaly Athlony XP a později i nové Athlony 64. Jak obstojí proti P4 a Xeonům s odstupem času? V grafech najdete doplněných i pár současných procesorů pro orientační porovnání s moderním HW.


Pentium 4 – Northwood

První procesory Pentium 4 uvedené koncem roku 2000 mnoho úspěchů nesklidily. Willamette sice nabídlo výrazně vyšší pracovní frekvence ve srovnání s konkurenčními Athlony nebo staršími PIII, ale výkon kvůli nižší efektivitě architektury NetBurst moc přesvědčivý nebyl. K malé oblíbenosti přispěla i závislost na drahých pamětech RDRAM. Dalším hřebíkem do rakve prvních P4 bylo opuštění původního socketu 423, který byl po několika měsících nahrazen modernějším socketem 478. Během roku 2001 přibyly k původním 1,4 a 1,5 GHz P4 Willamette i rychlejší varianty až do 2 GHz. Všechny tyto procesory byly dostupné v obou provedeních – pro socket 423 i 478.

Architektura NetBurst byla od začátku navržena pro výrazné navyšování pracovní frekvence s přechodem na modernější výrobní procesy. Tento plán zafungoval pouze jednou – při nástupu 130nm procesu a na něm založeného jádra Northwood. Ve srovnání s Willamette nesl nový procesor dvojnásobnou L2 cache (512 kB) a díky novému výrobnímu procesu dosahoval vyšších frekvencí při podobné nebo nižší spotřebě. Jádro obsahovalo 55 milionů tranzistorů na ploše 146 mm² (Willamette – 42 milionů tranzistorů a 217 mm²). Tyto P4 se vyráběly výhradně v provedení pro mPGA 478.

První Northwoody byly představeny v lednu 2002. Tyto modely pracovaly na taktu 1,6 až 2,2 GHz. Aby se rozlišily nové P4 od původních, byly stejně taktované verze označeny písmenem A – Pentium 4 1.6A, 1.8A, 2.0A. Sběrnice i nadále zůstala taktována na 400 MHz efektivně s propustností 3,2 GB/s. Během roku Intel rychlým tempem zvyšoval frekvenci svých procesorů až k metě 3 GHz. Postupně vydal Pentia 4 běžící na 2,26, 2,4, 2,53, 2,66, 2,8 a 3,06 GHz. U všech typů už byla použita rychlejší 133MHz sběrnice (efektivně 533 MHz). Zároveň P4 od 2,66 GHz nahoru byly založeny na novém steppingu jádra C1. Nová jádra lépe zvládala vyšší frekvence než předchozí Northwood B0, zároveň se v důsledku přepracování jádra i lehce snížila plocha na výsledných 131 mm². Architektura NetBurst byla kromě vysokých frekvencí optimalizována i pro použití paměti s vysokou propustností. Další řada P4 Northwood byla proto zaměřena na zlepšení v této oblasti.

Během roku 2003 se na trh doslaly vylepšené P4 s FSB 800 MHz, což představovalo významné navýšení propustnosti paměti (při použití DDR 400 v zapojení dual-channel). Nejdříve se objevila nová vlajková loď – P4 3 GHz uvedená v dubnu 2003. O měsíc později se dostaly do prodeje i pomalejší varianty taktované na 2,4, 2,6 a 2,8 GHz. Výraznější navyšování frekvence nad 3 GHz se ukázalo jako problematické, přesto Intel později uvedl ještě o 200 MHz rychlejší Pentium a začátkem roku 2004 byl představen poslední procesor založený na jádře Northwood – 3,4 GHz Pentium 4. Všechny P4 s 800MHz FSB používaly modernější stepping D1 a později i M0. Jádra se steppingem C1 a D1 se objevily i ve starších P4, které se v té době stále vyráběly.

Test historických CPU 2001-2003: Když AMD válcovalo Intel

Pentium 4 3.06 HT - první desktop procesor s technologií Hyper-Threading

Pro zvýšení výkonu v některých typech úloh a lepší konkurenceschopnosti svých procesorů se Intel rozhodl u P4 3,06 a všech později uvedených P4 s FSB 800 aktivovat technologii Hyper-Threading. Jednalo se o možnost vykonávat na jednom jádře současně dvě vlákna aplikace, případně dva nezávislé procesy. HT využívalo částečně nevyužité pipeline při vykonávání jednoho vlákna, což umožnilo navýšit výkon u vhodně napsaných aplikací až o 20 %. Fyzicky bylo HT přítomno i ve starších procesorech na bázi architektury NetBurst, ale aktivní bylo pouze u některých Xeonů pro víceprocesorové zapojení. Pro běžný desktop se HT poprvé objevilo 12. 11. 2002 spolu s P4 3,06 GHz.

Celeron – Northwood

Stejně jako u předchozích CPU Intelu se i v případě P4 objevila odlehčená řada – Celeron. Jako první Intel představil v květnu 2002 Celeron 1,7 GHz založený ještě na starém 180nm jádře Willamette. Během roku pak byly uvedeny i varianty od 1,5 do 2 GHz. Všechny předchozí Celerony se odlišovaly od plnohodnotných Pentií menší cache a obvykle i pomalejší FSB. V případě NetBurst Celeronu zůstala sběrnice plnohodnotná (400 MHz QDR), pouze byla zmenšena L2 cache na polovinu (128 kB). I relativně malé osekání ale znamenalo citelný úbytek výkonu, zejména ve hrách. Výsledný výkon tak nebyl o mnoho lepší než předchozí generace Celeronů Tualatin, přičemž cena celé platformy (s478) byla vyšší a nové Celerony mnohem více topily.

Celerony Northwood se dostaly do prodeje nedlouho po nástupu Willamette Celeronů – už koncem roku 2002. Nový výrobní proces pomohl poněkud snížit spotřebu a postupně i zvýšit frekvenci. Za rok narostl takt ze startovních 2 GHz až na 2,8. Největší slabina v podobě malé L2 cache ovšem zůstala. P4 Northwood cache sice zdvojnásobil, ale Celeron zůstal na svých 128 kB – tedy čtvrtině. Protože se nic nezměnilo ani na rychlosti FSB, výkon nových Celeronů příliš neoslnil. Výkon neškáloval lineárně s frekvencí, a proto zejména u vyšších variant narůstal odstup od plnohodnotných P4 velmi rychle. Často nestačila ani frekvence vyšší o několik set MHz.

Čipsety pro socket 478

Druhá generace Pentia 4 byla ve své době velmi oblíbená. Velký podíl na tom měly nové čipsety od Intelu i dalších výrobců, které přinesly na platformu P4 levné paměti SDRAM a DDR. Intel se rozhodl s nástupem socketu 478 upustit od drahých RDRAM (čipset i850 se pro tuto platformu objevil jen na malém počtu desek) a připojil se k podpoře standardu DDR, který už dříve implementovaly čipové sady pro procesory AMD Athlon a Athlon XP. Jako první podporu DDR přinesl i845 (různé verze uvedeny během roku 2002), který se vyráběl v mnoha variantách – podpora FSB 400/533 MHz, integrované grafické jádro, paměti SDRAM nebo DDR. SDRAM desky se uplatnily spíše v kancelářských počítačích, často v kombinaci s Celerony, protože pro náročnější aplikace a hry nebyla propustnost 1 GB/s (133 MHz SDR) dostačující. Pozdější desky už běžně podporovaly pouze DDR a byly připraveny i pro novější procesory s FSB 533 MHz a HT. Zároveň s přechodem na novější revize i845 začali výrobci desek osazovat modernější jižní můstek ICH 4, který přinesl rozhraní USB 2.0.

Přestože čipset i845 dokázal s DDR pamětí dosáhnout podobného výkonu jako starší i850 s RDRAM, teoretickou propustnost sběrnice FSB (3,2 GB/s při 400 MHz, resp. 4,26 GB/s při 533 MHz) nedokázal s použitím běžných DDR 266 nebo 333 MHz pamětí využít. Úzké místo na straně RAM odstranil Intel nasazením dvoukanálového řadiče, podobně jako u čipsetů využívajících RDRAM. První čipset podporující tento způsob zapojení byl nepříliš známý E7205, označovaný také jako Granite Bay. Kromě podpory dvoukanálového zapojení DDR 266 získal tento čipset ještě další prvenství – rozhraní AGP 8x.

Test historických CPU 2001-2003: Když AMD válcovalo Intel

Základní parametry některých čipsetů pro procesory Intel

Mnohem většího úspěchu se dočkal nástupce v podobě i875P a i865 (mnoho variant). Oba tyto čipsety se objevily na trhu v první polovině roku 2003 a zůstaly tím nejlepším pro socket 478. Stejně jako na E7205 byl přítomen dvoukanálový řadič DDR, zde podporující až 400 MHz. Přibyla i oficiální podpora pro FSB 800, což vyžadovaly pozdější P4. Stranou nezůstala ani ostatní rozhraní na desce – nový jižní můstek ICH5 navýšil počet portů USB 2.0 na 8 a zavedl nový standard SATA. Samotný ICH5 podporoval dva porty SATA o rychlosti 150 MB/s, případné další porty na deskách byly připojeny k přídavným řadičům třetích stran.

Kromě Intelu vyráběli čipové sady pro Pentium 4 i VIA a SiS. Základní desky na nich založené obvykle byly levnější, ale to bylo vykoupeno slabším výkonem a mnohdy i problematickou kompatibilitou s některými komponenty. Tyto alternativní čipsety byly mířené spíše do levnějších PC, přesto velké rozšíření ani oblibu nezískaly.

Pentium M

Do desktopu se v omezené míře dostal i procesor úplně odlišný od P4 nebo Xeonů. Pentium M Intel vyvinul jako náhradu nepříliš povedených mobilních P4 a jako přímého nástupce PIII-M. Základem pro Pentium M se stala osvědčená architektura P6, která se poprvé dostala do světa v roce 1995 s procesorem Pentium Pro. Velmi omezujícím faktorem pro pozdní PIII byla pomalá FSB běžící pouze na 133 MHz a s ní spojené paměti SDRAM. Implementace QDR FSB taktované na 400 MHz převzaté z Pentia 4 tento neduh odstranila. Pro další zlepšení výkonu při práci s pamětí byly zvětšeny i obě cache na dvojnásobek ve srovnání s Tualatinem (64 kB L1, 1 MB L2), přičemž zůstala zachována nízká latence, stejně jako u předchozích procesorů na bázi P6. Pentium M obsahovalo i další změny, mimo jiné byla přidána instrukční sada SSE2. Implementace ale byla velmi slabá a nepřinesla prakticky žádné zrychlení pro aplikace, jejichž kód dokázal SSE2 využít. SSE2 na Pentiu M mělo smysl jen pro zachování 100% softwarové kompatibility s P4.

První Pentia M běžící na frekvencích 1,3 až 1,6 GHz byla představena 12. března 2003. Později přišly ještě rychlejší modely 1,7 a 1,8 GHz. TDP ani u nejrychlejších kusů nepřesáhlo 25 W, což byl proti P4 velký pokrok. 1,8 GHz Pentium M dokázalo podávat výkon srovnatelný s 3GHz P4, které ovšem mělo TDP přes 80 W. Přitom oboje používalo stejný 130nm výrobní proces – jádro Banias obsahovalo 77 milionů tranzistorů na ploše 83 mm².

Test historických CPU 2001-2003: Když AMD válcovalo Intel

Pentium M v destopové desce (přes redukci CT-479) mnohdy dokázalo potrápit i Athlony 64

Přestože Pentium M bylo primárně navrženo pro notebooky a osazovalo se do odlišné patice (socket 479), vzhledem k velmi dobrému výkonu a nízkému zahřívání si našlo cestu i do stolních počítačů. Několik výrobců základních desek vytvořilo standardní mATX desky se socketem 479 a mobilním čipsetem i855PM. Tyto desky měly určitá omezení vyplývající z použitého čipsetu – absence dvoukanálového zapojení DDR, pouze AGP 4x a obvykle slabé možnosti přetaktování. Asus se vydal jinou cestou. Na několika svých vybraných deskách řady P4P800 a P4C800 umožnil pomocí aktualizace BIOSu a speciální redukce CT-479 zapojení Pentia M. Klíčová byla právě ona redukce, která sloužila jako mezičlánek mezi deskou a procesorem. Malý plošný spoj nesl na spodní straně piny pro zapojení do bežného socketu 478, na vrchní straně pak byla osazena mobilní patice socket 479. Kromě dvou patic byly přítomny i různé pasivní a aktivní součástky pro úpravu signálu a umožnění komunikace Pentia M s běžným desktopovým čipsetem i865/875. V konečném důsledku bylo možné Pentium M provozovat s nejlepším desktop hardwarem své doby včetně přetaktování.


Xeon – Foster, Prestonia, Gallatin

Specializované procesory pro servery a pracovní stanice se poprvé objevily při příležitosti uvedení architektury P6 a na ní založeného Pentia Pro. O několik let později se Intel rozhodl rozdělit svoji nabídku procesorů do více produktových řad. Ve výkonných stolních PC se používalo Pentium II, pro servery vznikl nový procesor – Pentium II Xeon. S příchodem Pentia III byla opět dostupná i Xeon verze. PII/III i Xeon byly založeny na stejných jádrech. Odlišnost Xeonů spočívala v nasazení větší externí L2 cache (až 2 MB) běžící na plné rychlosti jádra, zatímco PII/III byly vybaveny menší 512kB cache pracující na poloviční frekvenci. Zároveň Xeony používaly odlišnou patici (slot 2) a běžně se osazovaly do víceprocesorových desek – až 8 CPU v jednom systému.

Test historických CPU 2001-2003: Když AMD válcovalo Intel

Asus PC-DL - dvouprocesorová deska pro Xeony Prestonia a Gallatin založená na čipsetu i875P

Větší změna nastala s přechodem na architekturu NetBurst. Značka Xeon byla v té době už dostatečně zavedená, a proto bylo vypuštěno označení Pentium. Všechny nové procesory se jmenovaly jen Xeon. Zároveň z desktopových procesorů P4 Intel odstranil možnost dvouprocesorového zapojení a v důsledku toho vznikly dvě řady Xeonů – DP (dvoucestné SMP) a MP (4 a více CPU pro jeden systém).

V květnu 2001 Intel představil první Xeony DP založené na jádře Foster. Tyto procesory se kromě patice (socket 603) ničím nelišily od běžných P4 Willamette – tedy frekvence od 1,4 do 1,7 GHz, 256 kB L2 cache a FSB 400 MHz QDR. Později byl uveden ještě Xeon 2.0 GHz, který byl posledním z této řady. Xeon MP už byl z hlediska použitého křemíku podstatně zajímavější. Jako první přinesl do světa x86 L3 cache integrovanou přímo do procesoru a zároveň i technologii Hyper-Threading. Celkem byly v březnu 2002 představeny tři varianty – 1,4, 1,5 a 1,6 GHz. Nejrychlejší verze nesla plně aktivní jádro s 1MB L3 cache, ostatní pak měly polovinu deaktivovanou. Procesory byly stále vyráběny 180nm procesem.

Xeony Foster mnoho úspěchů nesklidily. Jejich výkon nebyl příliš přesvědčivý a negativně je ovlivnila i vysoká cena a svázanost základních desek s drahými paměťmi RDRAM. O poznání lépe dopadla další generace Xeonů založená na jádrech Prestonia a Gallatin. I tady byly procesory rozděleny na dvě skupiny – DP a MP podle možnosti osazení do víceprocesorových desek. První Xeony DP Prestonia byly uvedeny krátce po P4 Northwood 25. února 2002 ve variantách 1,8, 2,0 a 2,2 GHz. Jednalo se vlastně o procesory s jádrem fyzicky shodným s P4, pouze vyrobené v provedení do socketu 603 a s aktivním HT. Do konce roku Intel postupně vydal další Xeony s tímto jádrem taktované až na 2,8 GHz. Kromě vyšší pracovní frekvence se nové procesory dočkaly i zrychlení FSB na 533 MHz. Většina modelů byla dodávána v obojím provedení – pro FSB 400 i 533. V březnu 2003 byly uvedeny Xeony 3.0 a 3.06, které se staly posledními z řady Prestonia. Všechny verze využívající FSB 533 se osazovaly do modernizovaného socketu 604, který se lišil jednodušším pouzdrem procesoru a jedním pinem navíc. Ten znemožňoval zapojení nových Xeonů do starších desek se socketem 603, které stejně oficiálně nepodporovaly rychlejší FSB. Opačný směr (s603 CPU do s604 desky) možný byl.

Test historických CPU 2001-2003: Když AMD válcovalo Intel

Socket 478 (Pentium 4), Socket 604 (Xeon DP), Socket 603 (Xeon MP)

Xeony MP byly i tentokrát založeny na odlišném jádře navrženým speciálně pro využití v serverech. Gallatin na rozdíl od P4 nebo Xeonů Prestonia nesl podobně jako Foster MP integrovanou cache třetí úrovně. Cache byla přímo součástí jádra a běžela na plné frekvenci procesoru. Jako první byly v listopadu 2002 uvedeny tři modely – 1.5, 1.9 a 2.0 GHz. První dva měly aktivní 1 MB L3, nejvyšší model pak využíval plně aktivní jádro s 2 MB L3 cache a stál „lidových“ 3692 dolarů. Během následujícího roku Intel aktualizoval svoji nabídku o další tři Xeony v rozmezí 2 až 2,8 GHz, které nahradily na stejné cenové hladině se nacházející starší Gallatiny. Plná kapacita L3 cache byla i tentokrát vyhrazena jen pro nejrychlejší variantu. Poslední aktualizace se Gallatin dočkal v březnu 2004, kdy se objevil nový stepping jádra C0. Ten se od starších lišil více, než by se mohlo na první pohled zdát – obsahoval totiž dvojnásobek L3 cache, tedy 4 MB. Celkem se do prodeje dostaly opět tři verze – 2.2 GHz (2MB L3), 2.7 GHz (2MB L3) a 3.0 GHz nesoucí plně aktivní cache a obligátní cenovku 3692 dolarů. Všechny Xeony MP Gallatin se osazovaly do staršího socketu 603 a v důsledku toho byla frekvence FSB nastavena na 400 MHz.

Po ukončení vývoje jádra Prestonia Intel začal procesory s jádrem Gallatin prodávat i jako Xeony DP. V roce 2003 a 2004 bylo postupně představeno pět Xeonů v rozmezí 2,4 až 3,2 GHz. Všechny Xeony se vyráběly v provedení pro socket 604 s FSB 533. Plně aktivní cache měl i zde jen nejrychlejší model (2 MB), ostatní si musely vystačit s polovinou. Jádro Gallatin se steppingem M0 našlo uplatnění i v desktopu, kde pohánělo Pentia 4 Extreme Edition, které Intel narychlo vydal jako konkurenci pro Athlon 64 FX. P4 EE pro socket 478 existovaly v rychlostech 3,2 a 3,4 GHz s FSB 800, později spatřila světlo světa i 3,46 GHz verze pro LGA 775 s FSB 1066. Všechny zmíněné P4 měly plně aktivní 2MB L3. Samozřejmostí pro všechny Xeony i P4 s tímto jádrem bylo aktivní HT.

Jádro Gallatin bylo vyráběno po dobu téměř dvou let a během toho času se vystřídalo několik steppingů. Pro první verzi (2 MB L3) se udává počet tranzistorů 169 milionů a plocha 237 mm² (P4 Northwood má 55 milionů a 131 mm²). Pro 4MB variantu se údaje neuvádějí, nicméně podle fotografie jádra se sundaným IHS jsem plochu odhadnul na 300 mm² a počet tranzistorů někde v rozmezí 250–280 milionů. V obou případech se vyrábělo na 130nm procesu.

Test historických CPU 2001-2003: Když AMD válcovalo Intel

Pentium III Coppermine (105 mm²) a Gallatin 4M (zhruba 300 mm²)



 
Komentáře naleznete na konci poslední kapitoly.
97 čtenářů navrhlo autorovi prémii: 46.9Kč Prémie tohoto článku jsou již uzavřené, děkujeme za váš zájem.
Tento web používá k poskytování služeb soubory cookie.